PENGARUH BENTUK PENAMPANG RUNNER TERHADAP CACAT ...

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

PENGARUH BENTUK PENAMPANG RUNNER

TERHADAP CACAT POROSITAS DAN NILAI KEKERASAN

PRODUK COR ALUMINIUM CETAKAN PASIR

SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu syarat

untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknik

Oleh :

JOKO SANTOSO

NIM. I 0408042

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2012


commit to user

v

Pengaruh Bentuk Penampang Runner terhadap Cacat Porositas dan Nilai

Kekerasan Produk Cor Aluminium Cetakan Pasir

Joko Santoso

Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret

Surakarta, Indonesia

E-mail : [email protected]

Abstrak

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh bentuk penampang

saluran pengalir (runner) terhadap cacat porositas dan nilai kekerasn produk cor

paduan aluminium menggunakan cetakan pasir.

Pada penelitian ini bahan baku aluminium berasal dari limbah piston

bekas truk. Variasi bentuk penampang saluran pengalir (runner) yang digunakan

yaitu : lingkaran, persegi, dan segitiga. Pengujian porositas dilakukan dengan

membandingkan densitas nyata dengan densitas nampak. Pengujian densitas nyata

menggunakan standar ASTM E-252. Pengukuran nilai kekerasan menggunakan

alat uji keras Brinell dengan diameter indentor 10 mm dan pembebanan 500 kgf.

Hasil penelitian menunjukkan saluran pengalir (runner) dengan bentuk

penampang lingkaran menghasilkan nilai persentase porositas rata-rata yang lebih

rendah dan nilai kekerasan rata-rata yang lebih tinggi dibanding saluran pengalir

(runner) dengan bentuk penampang persegi dan segitiga.

Kata kunci : saluran pengalir, porositas, kekerasan, paduan aluminium.

mailto:[email protected]


commit to user

vi

Influence of Cross-Sectional Shapes of Runner on Porosity Defect and

Hardness Number of Aluminium Casting Products by Using Sand Molds

Joko Santoso

Departement of Mechanical Engineering

Engineering Faculty of Sebelas Maret University

Surakarta, Indonesia

E-mail : [email protected]

Abstract

This study is aimed to determine the influence of cross-sectional shapes

of runner on porosity defect and hardness number of aluminium alloy castings

product by using sand molds.

The raw material of aluminium alloy in this experiment is derived from

waste of truck piston. Variations of cross-sectional shapes of runner are: circular,

rectangular, and triangular. The porosity testing is conducted by comparing the

true density to the apparent density. The true density testing uses ASTM E-252

standard. The hardness number testing is conducted by using Brinell hardness

testing machine with 10 mm of indenter’s diameter and 500 kgf of test force.

The result showed that runner with circular cross-sectional shape has the

lower average porosity percentage and higher hardness number than runner with

rectangular and triangular cross-sectional shapes.

Keywords : runner, porosity, hardness, aluminium alloy.

mailto:[email protected]


commit to user

vii

KATA PENGANTAR

Assalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh.

Segala puji dan syukur Penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala

yang telah memberikan nikmat, rahmat, taufiq serta hidayah kepada Penulis. Atas

ridho-NYA, Penulis mampu menyelesaikan skripsi ini. Shalawat dan salam semoga

selalu tercurahkan kepada manusia paling sempurna, rahmat bagi seluruh alam,

Rasulullah Muhammad shallallahu ‘alaihi wa sallam. Adapun penulisan skripsi ini

merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik di Jurusan

Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.

Dalam pembuatan skripsi ini, Penulis tidak lepas dari bimbingan, bantuan,

dorongan, doa dan kerja sama dari semua pihak. Untuk itu, dengan kerendahan hati,

Penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada :

1. Bapak Bambang Kusharjanta, ST., MT., selaku Dosen Pembimbing Skripsi I

atas kesabaran beliau dalam memberikan bimbingan, bantuan, masukan dan

saran bagi Penulis.

2. Bapak Wahyu Purwo Raharjo, ST., MT., selaku Dosen Pembimbing Skripsi II

dan Koordinator TA Program Studi S1 Reguler Jurusan Teknik Mesin yang

dengan sabar membimbing, membantu, dan memberikan masukan serta saran

kepada Penulis.

3. Bapak Didik Djoko Susilo, ST., MT., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret dan juga selaku Dosen Penguji.

4. Bapak Purwadi Joko Widodo, ST., M.Kom., selaku Dosen Penguji.

5. Bapak Heru Sukanto, ST., MT., Selaku Dosen Penguji.

6. Prof. Muhammad Nizam, ST., MT., PhD., selaku Dosen Pembimbing

Akademik.

7. Para Dosen dari dalam maupun luar Jurusan Teknik Mesin FT UNS beserta para

Staffnya.

8. Ibunda Maslikhatun, ibu yang tak pernah gagal menunjukkan kasih sayangnya.

9. Ayahanda Udjang Rispandie, ayah terhebat sedunia.

10. Adik-adikku, Aditya Handayani dan Nurul Amalia Hidayati.


commit to user

viii

11. Alhabib Novel bin Muhammad Alaydrus, guru hidup yang penuh keajaiban.

12. Olivia Silmy Zumrudah beserta keluarga besar Abah Ahmad Syafruddin Abdul

Kadir dan Ummi Hasyimatul Akromah, yang telah banyak memberikan berbagai

bentuk bantuan dan dukungan.

13. Teman seperjuangan, I. Harmonic Krisnawan.

14. Tino Prasetyo ‘08, Addin Galih ‘08, Sulistyo Widiatmoko ‘08, Syaiful Huda ‘08,

Dewi Utami ‘10, Farid Rizkiyanda ’11, Lasikun ‘12, dan Agil Fitri Pamungkas

’12, yang telah berlelah-lelah membantu langsung di laboratorium, semoga

Allah membalas kebaikan Anda semua.

15. Teman-teman Cosinus ’08, berjuta rasanya berjuang bersama Anda semua

selama masa perkuliahan. Semoga kita semua sukses dunia dan akhirat.

16. Mas-mas dan Adik-adik di KMTM FT UNS, Teknik Mesin, Jaya!

17. Teman-teman di Kost dan Masjid Hidayatullah Ngasinan: Adi, Mas Trias, Mas

Udin, Erfan, Fendy, Agus, Cahyo, Muamar, Agung, Ihsan, Pak Jiman, Pak

Hodo, Pak Karno dan keluarga Ibu Maryono.

18. Semua pihak yang belum disebut namanya, yang telah membantu dalam

menyelesaikan skripsi ini. Penulis mengucapkan terima kasih dan maaf yang

sebesar-besarnya atas segalanya. Semoga Allah membalas kebaikan Anda semua

dan selalu mencurahkan kasih sayang-NYA yang tiada akhir untuk Anda semua.

Penulis menyadari bahwa peyusunan skripsi ini masih jauh dari sempurna.

Oleh karena itu, Penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun

dari semua pihak untuk memperbaiki dan menyempurnakan penulisan karya lain

yang akan datang. Penulis berharap, semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi semua

pihak.

Wassalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh.

Surakarta, Desember 2012

Penulis


commit to user

ix

DAFTAR ISI

Halaman Judul ................................................................................................... i

Abstrak .............................................................................................................. v

KATA PENGANTAR ..................................................................................... vii

Daftar Isi ............................................................................................................ ix

Daftar Gambar ................................................................................................... xi

Daftar Tabel ....................................................................................................... xii

BAB I PENDAHULUAN ................................................................................. 1

1.1. Latar Belakang .......................................................................................... 1

1.2. Perumusan Masalah ................................................................................... 2

1.3. Batasan Masalah ........................................................................................ 2

1.4. Tujuan Penelitian ....................................................................................... 2

1.5. Manfaat Penelitian ..................................................................................... 2

1.6. Sistematika Penulisan ................................................................................ 3

BAB II LANDASAN TEORI ........................................................................... 4

2.1. Tinjauan Pustaka ........................................................................................ 4

2.2. Dasar Teori ................................................................................................. 5

2.2.1. Pengecoran .............................................................................................. 5

2.2.2. Pola ....................................................................................................... 5

2.2.3. Sistem Saluran ......................................................................................... 5

2.2.4. Gating Ratio ............................................................................................ 6

2.2.5. Pasir Cetak ............................................................................................... 6

2.2.6. Cetakan .................................................................................................... 7

2.2.7. Aluminium Paduan .................................................................................. 7

2.2.8. Cacat Porositas ........................................................................................ 8

2.2.9. Kekerasan Brinell .................................................................................... 9

BAB III METODE PENELITIAN .................................................................... 11

3.1. Tempat Penelitian ....................................................................................... 11

3.2. Alat dan Bahan ........................................................................................... 11

3.3. Prosedur Penelitian ..................................................................................... 14


commit to user

x

3.3.1. Persiapan Pola ......................................................................................... 14

3.3.2. Pembuatan Pasir Cetak ............................................................................ 16

3.3.3. Pembuatan Cetakan Pasir ........................................................................ 16

3.3.4. Tahap Peleburan ...................................................................................... 16

3.3.5. Tahap Penuangan ..................................................................................... 16

3.3.6. Tahap Pembongkaran Cetakan Pasir ....................................................... 16

3.3.7. Pengujian Cacat Porositas ....................................................................... 17

3.3.8. Pengujian Kekerasan Brinell ................................................................... 17

3.3.9. Tahap Analisis ......................................................................................... 18

3.4. Jumlah Spesimen Pengujian ....................................................................... 18

3.5. Diagram Alir Penelitian .............................................................................. 18

3.6. Jadwal Penelitian ........................................................................................ 19

BAB IV DATA DAN ANALISIS ..................................................................... 20

4.1. Hasil Pengujian Komposisi Kimia ............................................................. 20

4.2. Produk Hasil Pengecoran Pasir .................................................................. 21

4.3. Cacat Porositas ........................................................................................... 21

4.4. Nilai Kekerasan .......................................................................................... 25

4.5. Hubungan Cacat Porositas dengan Nilai Kekerasan .................................. 26

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................ 28

5.1. Kesimpulan ................................................................................................. 28

5.2. Saran ....................................................................................................... 28

Daftar Pustaka ................................................................................................... 29

Lampiran ............................................................................................................ xii


commit to user

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Sistem Saluran .............................................................................. 5

Gambar 2.2. Diagram Fasa Paduan Aluminium-Silikon ................................... 8

Gambar 2.3. Cacat Porositas pada Paduan AlSi ................................................ 9

Gambar 2.4. Cara Pengujian Kekerasan Brinell ................................................ 9

Gambar 3.1. Piston Truk Bekas ......................................................................... 11

Gambar 3.2. Tungku Peleburan ......................................................................... 12

Gambar 3.3. Termometer Inframerah ................................................................ 12

Gambar 3.4. Timbangan Digital ........................................................................ 13

Gambar 3.5. Bejana Ukur .................................................................................. 13

Gambar 3.6. Alat Uji Keras Brinell ................................................................... 14

Gambar 3.7. Pola ............................................................................................... 14

Gambar 3.8. Variasi Runner .............................................................................. 15

Gambar 3.9. Dimensi Runner ............................................................................ 15

Gambar 3.10. Benda Cor ................................................................................... 15

Gambar 3.11. Diagram Alir Penelitian .............................................................. 18

Gambar 4.1. Produk Hasil Pengecoran .............................................................. 21

Gambar 4.2. Grafik nilai Apparent Density rata-rata tiap variasi ...................... 23

Gambar 4.3. Grafik Persentase Porositas rata-rata tiap variasi ......................... 24

Gambar 4.4. Grafik Hubungan Cacat Porositas dengan Nilai Kekerasan ......... 26

Gambar 4.5. Spesimen dengan Runner Berpenampang Lingkaran ................... 27

Gambar 4.6. Spesimen dengan Runner Berpenampang Bujur Sangkar ............ 27

Gambar 4.7. Spesimen dengan Runner Berpenampang Segitiga Sama Sisi ..... 27


commit to user

xii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Diameter bola baja dan beban kekerasan Brinell ............................. 10

Tabel 3.1. Jumlah spesimen pengujian .............................................................. 18

Tabel 3.2. Jadwal penelitian .............................................................................. 19

Tabel 4.1. Data Hasil Uji Komposisi Kimia ...................................................... 20

Tabel 4.2. Data Perhitungan Sesuai ASTM E-252 ............................................ 21

Table 4.3. Data Perhitungan Sesuai ASTM E-252 (lanjutan) ........................... 22

Tabel 4.4. Apparent Density .............................................................................. 22

Table 4.5. Apparent Density (lanjutan) ............................................................. 23

Tabel 4.6. Persentase Porositas ......................................................................... 24

Tabel 4.7. Nilai Kekerasan Brinell .................................................................... 25


commit to user

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Pengecoran merupakan bagian yang sangat penting pada kebanyakan

mesin, turbin, termasuk beberapa suku cadang dan alat-alat rumah tangga.

Produksi pengecoran pada kenyataannya cukup rumit karena proses

pengecoran berhubungan dengan beberapa cacat seperti adanya rongga udara

(cavity), porositas, retak, dan perubahan bentuk yang menyebabkan penolakan

(rejection) pada pengecoran yang menghendaki kualitas yang baik. (Gupta et

al., 2011).

Salah satu unsur penting yang perlu diperhatikan dalam memproduksi

produk pengecoran yang berkualitas tinggi adalah perancangan saluran (gating

design). Upaya penelitian secara meluas telah banyak dilakukan dalam rangka

mempelajari pengaruh perancangan saluran pada pola aliran logam cair saat

memasuki cetakan. Penelitian-penelitian tersebut menunjukkan bahwa

perancangan sistem saluran yang optimal dapat mengurangi turbulensi pada

aliran logam cair, meminimalisasi udara yang terjebak, inklusi pasir,

terbentuknya lapisan oksida dan terak. (Shafiee et al., 2009)

Sistem saluran adalah jalan masuk bagi cairan logam yang dituangkan ke

dalam rongga cetakan. Tiap bagian diberi nama, dari mulai cawan tuang

dimana logam dituangkan dari ladle, sampai saluran masuk ke dalam rongga

cetakan. Nama-nama itu ialah cawan tuang (pouring cup), saluran turun

(sprue), pengalir (runner) dan saluran masuk (ingate). (Surdia dan Chijiwa,

2000)

Runner merupakan saluran yang mengalirkan logam cair dari saluran

turun (sprue) ke saluran masuk (ingate) yang selanjutnya akan masuk ke

rongga cetakan. Dengan mempertimbangkan bentuk penampang runner

diharapkan akan mengurangi resiko terjadinya cacat yang sering timbul pada

sand casting. Penelitian ini akan mendalami tentang pengaruh bentuk

penampang pengalir (runner) terhadap cacat porositas dan nilai kekerasan cor

aluminium menggunakan cetakan pasir.


commit to user

2

1.2. Perumusan Masalah

1. Adakah pengaruh variasi bentuk penampang runner terhadap terbentuknya

cacat porositas produk cor aluminium cetakan pasir.

2. Bagaimanakah nilai kekerasan produk cor aluminium cetakan pasir dengan

variasi bentuk penampang runner.

1.3. Batasan Masalah

1. Aluminium paduan yang digunakan berasal dari piston truk bekas.

2. Kecepatan penuangan logam cair dianggap seragam.

3. Cetakan yang digunakan yaitu cetakan pasir basah.

4. Penampang sprue berbentuk lingkaran dengan ketinggian = 100 mm dan

luas penampang masuk sprue = 130 mm2.

5. Saluran masuk (ingate) terletak di bawah dengan penampang saluran

masuk (ingate) berbentuk persegi panjang dengan panjang ingate 20 mm.

6. Komposisi pasir cetak yang dipakai yaitu 80 % pasir silika, 10 % bentonit,

dan 10 % air (% berat).

7. Sistem saluran menggunakan unpressurised system dengan rasio As : Ar :

Ag yaitu 1 : 2 : 2.

8. Suhu peleburan adalah 770-810 oC.

1.4. Tujuan Penelitian

1. Mengetahui pengaruh bentuk penampang runner terhadap terjadinya cacat

porositas yang terjadi pada produk cor aluminium cetakan pasir.

2. Mengetahui pengaruh bentuk penampang runner terhadap nilai kekerasan

produk cor aluminium cetakan pasir.

3. Mengetahui hubungan persentase cacat porositas dengan nilai kekerasan

pada produk cor aluminium cetakan pasir.

1.5. Manfaat Penelitian

1. Menambah pengetahuan tentang teknologi pengecoran logam khususnya

aluminium paduan.


commit to user

3

2. Menambah pengetahuan tentang bentuk sistem saluran yang baik pada

proses pengecoran aluminium cetakan pasir

3. Menambah pengetahuan tentang bentuk penampang runner yang sesuai

untuk menghasilkan hasil coran aluminium yang baik pada pengecoran

pasir.

1.6. Sistematika Penulisan

BAB I : Pendahuluan, menjelaskan tentang latar belakang masalah,

perumusan masalah, batasan masalah, tujuan dan manfaat

penelitian, serta sistematika penulisan.

BAB II : Landasan teori, berisi tinjauan pustaka yang berkaitan dengan

pengaruh bentuk penampang saluran pengalir (runner) terhadap

cacat porositas dan nilai kekerasan produk cor aluminium

cetakan pasir, dasar teori tentang pengecoran, pola, sistem

saluran, gating ratio, pasir cetak, cetakan, Aluminium paduan,

cacat porositas, dan kekerasan Brinell.

BAB III : Metodologi penelitian, menjelaskan tentang tempat penelitian,

alat dan bahan yang digunakan, prosedur penelitian, jumlah

spesimen pengujian, diagram alir penelitian, dan jadwal

penelitian.

BAB IV : Data dan analisis, berisi tentang data hasil penelitian dan analisis

dan perhitungan dari data penelitian.

BAB V : Penutup, berisi tentang kesimpulan dan saran.


commit to user

4

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1. Tinjauan Pustaka

Ahmad dan Hashim (2011) meneliti tentang pengaruh diameter vortex

runner sistem saluran pada kekuatan coran paduan Al-12Si. Hasil dari

eksperimen tersebut adalah bahwa nilai kekuatan mekanik dari coran paduan

Al-12Si berbanding lurus dengan diameter runner.

Shafiee et al. (2009) melakukan penelitian tentang pengaruh desain

saluran runner pada kekuatan mekanik coran paduan Al-Si7-Mg yang dicor

menggunakan proses pengecoran pasir. Desain runner yang digunakan dalam

penelitian ini adalah bentuk belokan radius dan bentuk L. Pola aliran dari

proses pengisian diidentifikasikan menggunakan perangkat lunak simulasi

ADSTEFAN. Dari penelitian tersebut diketahui bahwa coran yang

menggunakan saluran runner dengan bentuk belokan radius mempunyai

kehandalan sifat mekanik yang lebih baik dan cacat porositas yang lebih

sedikit dibandingkan bentuk belokan L.

Sun et al. (2008) merancang sistem saluran untuk pengecoran paduan

magnesium. Hasil simulasi menunjukkan bahwa desain sistem saluran

memiliki pengaruh yang signifikan terhadap kualitas pengecoran magnesium.

Empat parameter sistem saluran yang digunakan yaitu tinggi ingate, lebar

ingate, tinggi runner dan lebar runner yang dioptimalkan dengan

pertimbangan kriteria yang objektif termasuk kecepatan pengisian,

penyusutan porositas, dan product yield. Dari simulasi yang dilakukan

menunjukkan bahwa runner yang pendek namun lebar efektif menurunkan

kecepatan di ingate.

Tjitro dan Gunawan (2003) dalam penelitiannya mengungkapkan

bahwa bentuk penampang riser berpengaruh terhadap cacat pengecoran

aluminium. Penelitian tersebut membandingkan pengaruh antara penampang

riser berbentuk segiempat dengan penampang berbentuk bulat terhadap

persentase cacat porositas pada coran. Dari penelitian tersebut didapatkan


commit to user

5

hasil bahwa persentase cacat porositas pada penampang riser berbentuk

segiempat lebih tinggi daripada penampang riser berbentuk bulat.

2.2. Dasar Teori

2.2.1. Pengecoran

Pengecoran adalah suatu proses produksi yang menggunakan logam

cair dan cetakan untuk menghasilkan komponen dengan bentuk yang

mendekati bentuk geometri akhir produk jadi. Logam cair akan dituangkan

atau ditekan ke dalam cetakan yang memiliki rongga sesuai dengan bentuk

yang diinginkan.

2.2.2. Pola

Pola yang dipergunakan untuk pembuatan cetakan benda coran dapat

digolongkan menjadi pola logam dan pola kayu (termasuk pola plastik).

Pola logam dirgunakan agar dapat menjaga ketelitian ukuran benda coran,

terutama dalam masa produksi sehingga unsur pola bisa lebih lama dan

produktivitas lebih tinggi. Pola kayu dibuat dari kayu, murah, cepat

dibuatnya dibandingkan dengan pola logam. Oleh karena itu, pola kayu

umumnya dipakai untuk cetakan pasir.

2.2.3. Sistem Saluran

Sistem saluran adalah jalan masuk bagi cairan logam yang

dituangkan ke dalam rongga cetakan. Tiap bagian diberi nama, dari mulai

cawan tuang dimana logam cair dituangkan dari ladel sampai saluran masuk

ke dalam rongga cetakan. Nama-nama itu adalah cawan tuang, saluran

turun, pengalir, dan saluran masuk.

Gambar 2.1. Sistem Saluran (Surdia dan Chijiwa, 2000)


commit to user

6

a. Cawan tuang (pouring basin)

Cawan tuang merupakan penerima yang menerima cairan logam

langsung dari ladel. Cawan tuang biasanya berbentuk corong atau cawan

dengan saluran turun di bawahnya.

b. Saluran turun (sprue)

Saluran turun dibuat lurus dan tegak dengan irisan berupa lingkaran.

Kadang-kadang irisannya sama dari atas sampai bawah atau mengecil

dari atas ke bawah. Yang pertama dipakai kalau dibutuhkan pengisian

yang cepat dan lancar sedangkan yang kedua dipakai apabila diperlukan

penahanan kotoran sebanyak mungkin.

c. Pengalir (runner)

Pengalir biasanya mempunyai irisan seperti trapesium atau setengah

lingkaran sebab irisan demikian mudah dibuat pada permukaan pisah.

Pengalir lebih baik sebesar mungkin untuk melambatkan pendinginan

logam cair. Tetapi kalau terlalu besar tidak ekonomis. Karena itu ukuran

yang cocok harus dipilih sesuai dengan panjangnya.

d. Saluran masuk (ingate)

Saluran masuk mengalirkan logam cair dari runner hingga masuk ke

dalam rongga cetakan.

2.2.4. Gating Ratio

Gating ratio digunakan untuk membandingkan luas penampang dari

komponen sistem saluran yaitu luas penampang sprue (As), runner (Ar) dan

gate (Ag). Secara garis besar gating ratio dibagi 2 yaitu pressurised system

dan unpressurised system. Pressurised system memiliki perbandingan

As>Ar>Ag, sedangkan unpresurised system As<Ar<Ag. Rasio yang biasa

digunakan untuk pressurised system antara lain 1:0,75:0,5 ; 1:2:1 ; 2:1:1

sedangkan rasio untuk unpressurised system yaitu 1:2:2 ; 1:3:3 , sistem ini

sering digunakan untuk pengecoran alumunium dan magnesium.

2.2.5. Pasir cetak

Surdia (2000) menyatakan pasir cetak memerlukan sifat-sifat yang

memenuhi persyaratan sebagai berikut :


commit to user

7

a. Mempunyai sifat mampu bentuk sehingga mudah dalam pembuatan cetakan

dengan kekuatan yang cocok.

b. Permeabilitas yang cocok.

c. Distribusi besar butir yang cocok

d. Tahan terhadap temperatur logam yang dituang

e. Komposisi yang cocok

f. Mampu dipakai lagi

g. Pasir harus murah.

Pasir yang lazim digunakan untuk cetakan pasir antara lain pasir gunung, pasir

pantai, pasir sungai, dan pasir silika.

2.2.6. Cetakan

Cetakan adalah rongga tempat logam cair dituang dan akan membentuk

coran sesuai dengan pola yang dipakai.

Berdasarkan bahan yang digunakan, cetakan diklasifikasikan atas :

a. Cetakan pasir basah (green-sand molds)

b. Cetakan kulit kering (skin dried mold).

c. Cetakan pasir kering

d. Cetakan lempung (Loam mold)

e. Cetakan furan (Furan mold)

f. Cetakan CO2

g. Cetakan logam

2.2.7. Aluminium Paduan

Surdia (2000) menyatakan aluminium dipakai sebagai paduan daripada

sebagai logam murni, sebab tidak kehilangan sifat ringan dan sifat-sifat

mekanisnya dan mampu cornya diperbaiki dengan menambah unsur-unsur lain.

Unsur-unsur paduan itu adalah tembaga, silisium, magnesium, mangan, nikel

dan sebagainya, yang dapat mengubah sifat-sifat paduan aluminium. Paduan

utama aluminium antara lain :

a. Paduan Al-Cu dan Al-Cu-Mg d. Paduan Al-Mg-Si

b. Paduan Al-Mn e. Paduan Al-Si


commit to user

8

Gambar 2.2. Diagram Fasa Paduan Aluminium-Silikon

(ASM Handbook Vol.15, Casting)

2.2.8. Cacat Porositas

Porositas adalah suatu cacat atau void pada produk cor yang dapat

menurunkan kualitas benda tuang. Salah satu penyebab terjadinya porositas

pada penuangan paduan aluminium adalah gas hidrogen. Porositas oleh gas

hidrogen dalam benda cetak paduan aluminium silikon akan memberikan

pengaruh yang buruk pada kekuatan serta kesempurnaan dari benda tuang

tersebut. Penyebab utama timbulnya cacat porositas pada proses pengecoran

adalah:

a. Temperatur penuangan yang tinggi

b. Gas yang terserap dalam logam cair selama proses penuangan.

c. Cetakan yang kurang kering

d. Reaksi antara logam induk dengan uap air dari cetakan.

e. Kelarutan hidrogen yang tinggi

f. Permeabilitas pasir yang kurang bagus.


commit to user

9

Gambar 2.3. Cacat porositas pada paduan AlSi (Tjitro, 2003)

Untuk menentukan persentase porositas, terlebih dahulu menentukan

true density dan apparent density. Berdasarkan data true density dan apparent

density maka besarnya porositas secara kuantitatif dapat dihitung sebagai

berikut :

{

}

dimana:

%P : persentase porositas produk cor (%)

ρs : apparent density (gr/cm3)

ρ0 : true density (gr/cm3)

(Tjitro dan Gunawan, 2003)

2.2.9. Kekerasan Brinell

Kekerasan ini diukur dengan mempergunakan alat pengukur kekerasan

Brinell. Cara pengukuran ditunjukkan dalam gambar berikut:

Gambar 2.4. Cara pengujian kekerasan Brinell (Surdia, 2000)


commit to user

10

Bola baja keras dengan diameter D mm ditekankan ke permukaan

bagian yang diukur dengan beban P kgf. Kekerasan Brinell adalah beban P

dibagi luas bidang (mm2) penekanan yang merupakan deformasi tetap sebagai

akibat penekanan. Tabel berikut menunjukkan harga standar untuk diameter

bola baja keras dan beban dengan daerah kekerasan yang diukur.

Tabel 2.1. Diameter bola baja dan beban untuk pengukuran kekerasan Brinell.

Diameter bola baja Beban (kgf)

D (mm) 30 D2 10 D2 5 D2 12,5 D2 D2

10 3000 1000 500 (125) (100)

5 750 (250) (125) - -

Daerah kekerasan

yang cocok untuk 160-450 53-200 26-100 7-25 5-26

Pengukuran

Bahan yang diukur Logam keras Paduan tembaga, Tembaga, Logam lunak,

baja, besi cor paduan aluminium paduan timah

Keras aluminium dan lainnya

Catatan: Harga di antara kurung untuk alat khusus


commit to user

11

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1. Tempat penelitian

Penelitian dilakukan di Laboratorium Pengecoran, Laboratorium

Material Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret

Surakarta dan Laboratorium Logam Politeknik Manufaktur Ceper.

3.2. Alat dan Bahan

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini yaitu :

1. Piston truk bekas.

Gambar 3.1. Piston Truk Bekas

2. Pasir cetak

Terdiri atas campuran pasir silika 80%, bentonit 10%, dan air 10% (persen

berat).

3. Kayu

Digunakan sebagai bahan untuk pembuatan pola.

4. Serbuk karbon

Digunakan untuk melapisi permukaan pola agar pasir cetak tidak menempel

pada pola saat diangkat dari cetakan pasir.

Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah:

a. Timbangan

Digunakan untuk menimbang pasir silika, bentonit, dan air.


commit to user

12

b. Cethok pasir

Digunakan untuk mencampur pasir cetak.

c. Penumbuk

Digunakan untuk memadatkan pasir cetak saat pembuatan cetakan pasir.

d. Tungku peleburan

Digunakan untuk tempat melebur paduan aluminium.

Gambar 3.2. Tungku peleburan

e. Arang, briket, dan solar.

Digunakan sebagai bahan bakar pada proses peleburan.

f. Blower

Digunakan sebagai penyuplai udara pada proses peleburan.

g. Kowi

Digunakan sebagai tempat logam paduan aluminium yang akan dilebur.

h. Ladle

Digunakan untuk mengambil dan menuang logam cair ke dalam cetakan.

i. Termometer Inframerah

Digunakan sebagai sensor suhu untuk mengetahui temperatur logam cair.

Gambar 3.3. Termometer inframerah


commit to user

13

j. Timbangan digital

Digunakan untuk menimbang massa spesimen.

Gambar 3.4. Timbangan digital

k. Bejana ukur

Terbuar dari kotak kaca, digunakan untuk mengukur volume spesimen.

Gambar 3.5. Bejana ukur

l. Gergaji

Digunakan untuk memotong kayu untuk pembuatan pola serta gergaji besi

untuk memotong spesimen yang akan diuji.

m. Kikir

Digunakan untuk meratakan permukaan spesimen yang akan diukur

kekerasannya.

n. Ragum

Digunakan untuk mencekam spesimen pada saat digergaji atau dikikir.


commit to user

14

o. Alat Uji Keras Brinell

Digunakan untuk mengukur kekerasan spesimen.

Gambar 3.6. Alat Uji Keras Brinell

3.3. Prosedur Penelitian

3.3.1. Pesiapan pola

1) Membuat pola sesuai dengan desain, dengan As:Ar:Ag = 130 mm2 : 260

mm2 : 260 mm

2.

Gambar 3.7. Pola

Runner


commit to user


commit to user

16

3.3.2. Pembuatan pasir cetak

1) Menyiapkan pasir silika, bentonit, dan air

2) Menimbang pasir silika, bentonit, dan air dengan komposisi berat 80%,

10%, 10%

3) Mencampur semua bahan sampai tercampur rata

3.3.3. Pembuatan cetakan pasir

1) Menyiapkan pola serta sistem salurannya.

2) Mengoleskan serbuk karbon pada pola

3) Meletakkan pola pada papan cetakan kemudian mengisi pasir cetak pada

drag (cetakan bawah).

4) Memadatkan pasir secara manual menggunakan penumbuk sampai

permukaan cetakan rata.

5) Mengangkat pola dengan hati-hati.

6) Mengulangi langkah 2 - 5 untuk membuat cetakan atas (cope).

7) Menggabungkan cope diatas drag.

8) Mengulangi langkah 1-7 untuk variasi bentuk penampang runner yang

lain.

3.3.4. Tahap peleburan

1) Mempersiapkan dapur kowi, tungku peleburan dan bahan bakar.

2) Memasukkan piston bekas ke dalam kowi..

3) Menyalakan tungku peleburan hinga suhu 770-810 oC.

3.3.5. Tahap penuangan

1) Membuka penutup tungku peleburan.

2) Mengambil logam cair dengan menggunakan ladle.

3) Menuangkan logam cair ke dalam cetakan pasir.

3.3.6. Tahap pembongkaran cetakan pasir

Setelah coran membeku kemudian membongkar cetakan pasir dan

membersihkan coran dari pasir sampai bersih.


commit to user

17

3.3.7. Pengujian cacat porositas

1) Mempersiapkan sampel pengujian.

2) Menguji komposisi kimia produk cor.

3) Menghitung nilai true density berdasarkan ASTM E-252.

4) Mengukur massa produk cor dengan menggunakan timbangan digital.

5) Mengukur volume produk cor dengan menggunakan bejana ukur.

6) Menghitung nilai apparent density dengan menggunakan rumus :

dimana,


m : massa produk cor (gr)

v : volume produk cor (cm3)

7) Menghitung persentase porositas dengan menggunakan rumus :

( )

dimana :

% P : persentase porositas produk cor (%)

ρo : true density (gr/cm3)


3.3.8. Pengujian kekerasan Brinell

1) Mempersiapkan spesimen yang akan diuji.

2) Menyalakan alat uji keras Brinell dengan menekan tombol ON.

3) Mengatur diameter indentor dan besarnya pembebanan.

4) Meletakkan spesimen uji di atas dudukan.

5) Mengatur dudukan spesimen hingga spesimen menyentuh indentor.

6) Menjalankan pengujian dengan menekan tombol Start.

7) Mengambil spesimen dari alat uji setelah proses pengujian selesai.

8) Mengukur diameter hasil pembebanan menggunakan mikroskop makro.

9) Menghitung nilai kekerasan menggunakan rumus yang telah ada.


commit to user

18

3.3.9. Tahap analisis

1) Menganalisis hubungan antara bentuk penampang (runner) dengan cacat

porsitas produk cor.

2) Menganalisis hubungan antara bentuk penampang (runner) dengan nilai

kekerasan produk cor.

3) Membuat kesimpulan.

3.4. Jumlah Spesimen Pengujian

Tabel 3.1. Jumlah spesimen pengujian

Pengujian

Bentuk penampang saluran turun Jumlah

Lingkaran Bujur

sangkar

Segitiga

sama sisi

Uji porositas dan

uji keras Brinell 3 3 3 9

3.5. Diagram Alir Penelitian

MULAI

PEMBUATAN POLA

PEMBUATAN CETAKAN PASIR

PENGECORAN

PEMOTONGAN

SISTEM SALURAN

UJI KOMPOSISI KIMIA

UJI KERAS BRINELL

ANALISIS DATA

KESIMPULAN

SELESAI

UJI POROSITAS

A

A

Gambar 3.11. Diagram Alir Penelitian


commit to user

19

3.6. Jadwal Penelitian

Tabel 3.2. Jadwal penelitian

JENIS

KEGIATAN

BULAN

I II III IV V VI

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4

Studi pustaka

Pembuatan

proposal

Persiapan alat

Pelaksanaan

penelitian &

pengambilan

data

Analisis data

Hasil &

Kesimpulan

Pembuatan

laporan


commit to user

20

BAB IV

DATA DAN ANALISIS

4.1. Hasil Pengujian Komposisi Kimia

Setelah proses pengecoran selesai dilakukan, didapatkan hasil coran yang

masih lengkap dengan sistem salurannya. Sebelum dilakukan pengujian untuk

mengetahui persentase porositas, maka diperlukan data komposisi kimia dari

produk coran yang telah dibuat, dimana data komposisi kimia dalam bentuk

persentase berat ini akan digunakan untuk menghitung besarnya densitas nyata.

Pengujian komposisi kimia dilakukan di Laboratorium Pengujian Bahan Logam

POLMAN Ceper, Klaten.

Tabel 4.1. Data Hasil Uji Komposisi Kimia

Unsur Komposisi

( % wt)

Al 84,43

Si 12,3

Fe 0,726

Cu 1,24

Mn 0,0327

Mg <0,0500

Cr <0,0150

Ni 0,0504

Zn 0,0503

Sn <0,0500

Ti <0,0100

Pb 0,155

Be 0,0001

Ca 0,0058

Sr <0,0005

V <0,0100

Zr 0,947


commit to user

21

4.2. Produk Hasil Pengecoran Pasir

(a) (b) (c)

Gambar 4.1. Produk hasil pengecoran

( a. Penampang runner bentuk lingkaran; b. Penampang runner bentuk bujur

sangkar c. Penampang runner bentuk segitiga sama sisi sama sisi)

4.3. Cacat Porositas

Untuk mencari besarnya persentase porositas terlebih dahulu menentukan

true density dan apparent density. Besarnya true density didapatkan sesuai

perhitungan yang mengacu pada ASTM E-252 sebagai berikut:

Tabel 4.2. Data perhitungan sesuai ASTM E-252

Unsur 1/densitas Persentase

berat

1/densitasX

(m3/Mg) persentase berat

Cu 0.1116 1.2400 0.1384

Fe 0.1271 0.7260 0.0923

Si 0.4292 12.3000 5.2792

Mn 0.1346 0.0327 0.0044

Mg 0.5522 0.0500 0.0276

Zn 0.1401 0.0503 0.0070

Ni 0.1123 0.0504 0.0057

Cr 0.1391 0.0150 0.0021

Ti 0.2219 0.0100 0.0022

Pb 0.0882 0.1550 0.0137

V 0.1639 0.0100 0.0016

B 0.4274 0.0000


commit to user

22

Tabel 4.3. Data perhitungan sesuai ASTM E-252 (lanjutan)

Unsur 1/densitas Persentase

berat

1/densitasX

(m3/Mg) persentase berat

Be 0.5411 0.0001 0.0001

Zr 0.1541 0.9470 0.1459

Ga 0.1693 0.0000

Bi 0.1020 0.0000

Sn 0.1371 0.0500 0.0069

Cd 0.1156 0.0000

Co 0.1130 0.0000

Li 1.8727 0.0000

JUMLAH 15.6365 5.7270

Al 0.3705 84.4300 31.2813

JUMLAH 37.0083

Besarnya nilai true density yaitu

Mg/m

3=2,702 x x

g/cm

3

=2,702 g/cm3.

Sedangkan nilai apparent density didapat dengan mencari massa dan

volume dari setiap spesimen. Nilai apparent density dari setiap spesimen dapat

dilihat pada tabel berikut:

Tabel 4.4. Apparent Density

Variasi Spesimen Massa Volume Apparent Density

(gram) (cm3) (

) gram/cm

3

Lingkaran

1 126.19 47.5 2.66

2 125.09 47.5 2.63

3 126.87 47.5 2.67

Bujur

Sangkar

1 124.51 47.5 2.62

2 124.67 47.5 2.62

3 125.03 47.5 2.63


commit to user

23

Tabel 4.5. Apparent Density (lanjutan)

Variasi Spesimen Massa Volume Apparent Density

(gram) (cm3) (

) gram/cm

3

Segitiga

Sama Sisi

1 123.22 47.5 2.59

2 127.47 50.0 2.55

3 126.98 50.0 2.54

Gambar 4.2. Grafik nilai Apparent Density rata-rata tiap variasi

Setelah nilai true density dan apparent density telah diketahui, maka

dengan menggunakan persamaan:

[

]

dimana :

% P : persentase porositas produk cor (%)

ρo : true density (gram/cm3)

ρs : apparent density (gram/cm3)

didapatkan persentase porositas dari tiap spesimen sebagai berikut:

2.65

2.63

2.56

2.50

2.52

2.54

2.56

2.58

2.60

2.62

2.64

2.66

2.68

Ap

par

en

t D

en

sity

(gr

am/c

m3 )

Lingkaran Bujur Sangkar Segitiga Sama Sisi


commit to user

24

Tabel 4.6. Persentase Porositas

Variasi Spesimen Porositas Rata-rata

Deviasi % Deviasi (%) Porositas

Lingkaran

1 1.68

1.79

0.11 6.15

2 2.54 0.75 41.90

3 1.15 0.64 35.75

Bujur Sangkar

1 2.99

2.81

0.18 6.41

2 2.86 0.05 1.78

3 2.58 0.23 8.19

Segitiga Sama Sisi

1 3.99

5.22

1.22 23.37

2 5.65 0.43 8.24

3 6.01 0.79 15.13

Gambar 4.3. Grafik Persentase Porositas Rata-Rata Tiap Variasi

Dari tabel dan grafik di atas dapat diketahui bahwa rata-rata persentase

porositas tertinggi terdapat pada spesimen dengan penampang runner berbentuk

segitiga sama sisi yaitu sebesar 5,22 %, dan rata-rata persentase porositas terendah

terdapat pada spesimen dengan penampang runner berbentuk lingkaran yaitu

sebesar 1,79 %. Sedangkan rata-rata persentase porositas pada spesimen dengan

1.79

2.81

5.22

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

Pe

rse

nta

se P

oro

sita

s (%

)

Lingkaran Bujur Sangkar Segitiga Sama Sisi


commit to user

25

bentuk penampang runner bujur sangkar berada di antara lingkaran dan segtiga

sama sisi, yaitu sebesar 2,81 %.

Di antara tiga bentuk penampang runner (lingkaran, bujur sangkar, dan

segitiga sama sisi), segitiga sama sisi merupakan bentuk penampang yang paling

tidak efektif. Sumber porositas yang utama pada pengecoran aluminium adalah

hidrogen, yang mempunyai daya larut yang tinggi dalam aluminium cair (Puga et

al., 2009). Pada penelitian ini, cetakan yang digunakan adalah cetakan pasir basah.

Sehingga pada saat aluminium cair dituang ke dalam cetakan, air yang terdapat

pada cetakan akan menguap dan bereaksi dengan aluminium cair.

2Al + 3H2O Al2O3 + 3H2 (gas hidrogen)

Runner berbentuk penampang segitiga sama sisi menyebabkan aluminium

cair yang mengalir di dalamnya bebas bergolak (Dai et al., 2002). Aluminium cair

yang bergolak tersebut menyebabkan gas hidrogen terperangkap di dalam produk

coran, sehingga menimbulkan cacat porositas.

4.4. Nilai Kekerasan

Setelah melakukan pengujian kekerasan menggunakan alat uji keras

Brinell, didapatkan nilai kekerasan tiap spesimen sebagai berikut:

Tabel 4.7. Nilai Kekerasan Brinell

Variasi Spesime

n rerata d HBW rerata HBW Deviasi

%

Deviasi

Lingkaran

1 2.58 94.19

93.95

0.24 0.26

2 2.58 93.82 0.13 0.14

3 2.58 93.82 0.13 0.14

Bujur Sangkar

1 2.66 88.62

88.17

0.45 0.51

2 2.67 87.95 0.22 0.25

3 2.67 87.95 0.22 0.25

Segitiga Sama

Sisi

1 2.81 78.94

78.03

0.91 1.17

2 2.83 77.81 0.22 0.28

3 2.84 77.34 0.69 0.88


commit to user

26

Dari tabel di atas dapat diketahui bahwa nilai kekerasan rata-rata tertinggi

dimiliki oleh spesimen dengan penampang runner berbentuk lingkaran yaitu

sebesar 93,95 BHN, dan nilai kekerasan rata-rata terendah dimiliki oleh spesimen

dengan penampang runner berbentuk segitiga sama sisi yaitu sebesar 78,08 BHN.

Sedangkan spesimen dengan penampang runner berbentuk bujur sangkar

mempunyai nilai kekerasan di antara lingkaran dan segitiga sama sisi, yaitu

sebesar 88,17 BHN. Hal tersebut terjadi karena cacat porositas menyebabkan nilai

kekerasan logam berkurang. Spesimen dengan bentuk penampang runner

lingkaran mempunyai nilai kekerasan tertinggi karena persentase porositasnya

paling rendah.

4.5. Hubungan Cacat Porositas dengan Nilai Kekerasan

Berdasarkan data persentase porositas dan nilai kekerasan tiap spesimen

yang telah diperoleh, dapat dibuat sebuah grafik hubungan cacat porositas dengan

nilai kekerasan tiap spesimen sebagai berikut:

Gambar 4.4. Grafik Hubungan Cacat Porositas dengan Nilai Kekerasan Brinell

Dari grafik di atas dapat diketahui bahwa semakin tinggi persentase cacat

porositas, maka semakin rendah nilai kekerasannya. Sebaliknya, semakin rendah

persentase cacat porositas, maka semakin tinggi nilai kekerasannya. Hal ini

dinyatakan dengan rata-rata persentase cacat porositas dan nilai kekerasan Brinell

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

80.00

90.00

100.00

0.00 2.00 4.00 6.00 8.00

BH

N

Porositas (%)

Lingkaran

Bujur Sangkar

Segitiga Sama Sisi


commit to user

27

pada spesimen dengan penampang runner lingkaran sebesar 1,79 % dan 93,95

BHN, sedangkan rata-rata persentase cacat porositas dan nilai kekerasan Brinell

pada spesimen dengan bentuk penampang runner segitiga sama sisi sebesar 5,22

% dan 78,03 BHN.

Berikut ini adalah foto mikro untuk tiap variasi dengan perbesaran 100 X:

Gambar 4.5. Spesimen dengan Runner Berpenampang Lingkaran

Gambar 4.7. Spesimen dengan Runner Berpenampang Bujur Sangkar

Gambar 4.8. Spesimen dengan Runner Berpenampang Segitiga Sama Sisi

Porositas

Porositas

Porositas


commit to user

28

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, dapat diambil beberapa

kesimpulan sebagai berikut :

1. Bentuk penampang runner berpengaruh terhadap terjadinya cacat porositas

produk cor aluminium cetakan pasir, dimana lingkaran merupakan bentuk

penampang runner dengan persentase porositas terendah dan segitiga sama

sisi merupakan bentuk penampang runner dengan persentase porositas

tertinggi.

2. Bentuk penampang runner berpengaruh terhadap nilai kekerasan produk cor

aluminium cetakan pasir, dimana lingkaran merupakan bentuk penampang

runner dengan nilai kekerasan tertinggi dan segitiga sama sisi merupakan

bentuk penampang runner dengan nilai kekerasan terendah.

3. Semakin tinggi nilai persentase cacat porositas pada produk cor aluminium

cetakan pasir, maka semakin rendah nilai kekerasannya.

5.2. Saran

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, penulis menyarankan:

1. Melakukan penelitian terhadap variasi panjang runner.

2. Melakukan penelitian terhadap variasi bentuk penampang ingate.

PENGARUH BENTUK PENAMPANG RUNNER TERHADAP CACAT ...

Documents

Transcript of PENGARUH BENTUK PENAMPANG RUNNER TERHADAP CACAT ...