PENGARUH LAPISAN KARBON PADA CETAKAN PERMANEN

TERHADAP DISTRIBUSI KEKERASAN GRINDING CYL

DENGAN MATERIAL BESI COR KELABU

Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi Strata I

pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Oleh :

HUSEN MUHAMMAD ASSROFI

NIM : D 200 120 160

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2017

i

ii

iii

1

PENGARUH LAPISAN KARBON PADA CETAKAN PERMANEN

TERHADAP DISTRIBUSI KEKERASAN GRINDING CYL

DENGAN MATERIAL BESI COR KELABU

Abstrak

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh lapisan karbon pada

solidifikasi besi cor kelabu dalam cetakan permanen untuk tapping awal.Penelitian

ini menggunakan cetakan permanen besi cor ductile (FCD).Metodologi penelitian

ini di lakukan dengan melting besi cor dalam tungku induksi kemudian di tuang

pada cetakan FCD yang dilapisi karbon untuk membuat spesimen besi cor kelabu

kemudian diuji sifat-sifat fisis dan mekanis. Pengujian dalam bentuk cairan besi cor

kelabu menggunakan alat uji CE Meter lalu pada spesimen besi cor kelabu di uji

komposisi kimia dengan spectrometer kemudian di uji kekerasan dan foto mikro

yang di ambil dari bagian yang kontak langsung dengan udara dan yang kontak

langsung dengan cetakan FCD.

Hasil penelitian berupa grafik yang di peroleh dari CE Meter menunjukkan

temperatur 1260.3°C saat proses tapping awal di tuang dalam cetakan di mulai pada

grafik yang terbaca CE Meter terjadi penurunan temperatur, pada temperatur liquid

1121.3°C bentuknya masih cair sampai temperatur solid 1118.7°C sehingga di

peroleh nilai CEL=4,47% ; C=3,98% ; dan SI=1,86% di mana besi mulai padat

namun masih berwarna merah hingga temperatur 1060°C dan mengeras dalam

waktu 180 detik, sedangkan hasil uji komposisi kimia dalam bentuk solid atau

padat antara lain : Fe 93,26% ; C 3,06% ; Si 1,80% dan unsur lainnya di bawah

1%. Hasil uji struktur mikro bagian spesimen yang di uji kekerasan terlihat grafit

dan sementit dan hasil uji kekerasan spesimen pada bagian A=82.54, 90.15, 91.27,

87.60, 86.09. B=86.60, 90.44, 90.03, 88.77, 88.60. C=92.07, 96.20, 96.66, 88.38,

90.83. dan D= 96.12, 92.85, 92.28, 93.81, 94.50 dan harga kekerasan tertinggi yaitu

pada bagian C3 sebesar 96.66, sedangkan harga kekerasan terendah yaitu pada

bagian A1 sebesar 82.54. Berdasarkan data tersebut dapat di simpulkan bahwa

setiap bagian mempunyai tingkat kekerasan yang bervariatif, karena setiap titik atau

bagian yang di uji mempunyai kandungan karbon yang berbeda-beda. Semakin

tinggi kandungan karbon maka akan semakin tinggi tingkat kekerasannya serta

mempengaruhi sifat fisis besi cor kelabu.

Kata kunci :Solidifikasi, molding FCD, spectrometer, struktur mikro, kekerasan.

Abstract

The research aims to determine the effect of the carbon coating on the

solidification of gray cast iron in a permanent mold for the initial tapping. This

research uses a permanent mold cast iron ductile (FCD). This research

methodology was conducted with cast iron melting in induction furnace and the is

poured in the mold FCD coated carbon to create gray cast iron specimens were

then tested the physical properties and mechanical. The testing in the form of liquid

grey cast iron CE Meter test equipment spectrometer then in the micro hardness

tester and photos are taken from the direct contact with the air and direct contact

the mold FCD.

2

The result of the research is a chart obtained from CE Meter indicates the

temperature 1260.3°C during tapping intial cast in the mold begins on the chart

that reads CE Meter decrease temperature of solid 1118.7°C so that the value

CEL= 4,47% ; C= 3,98% and SI= 1,86% where in iron solid starts but still the red

until 1060°C temperature and hardened whitin 180 seconds, while the result of

chemical composition in the form of solid or solid among others : Fe 93,26% ; C

3,06% ; Si 1,80% and other elements below 1%. Test result microstructure in the

section of the specimen hardness test looks graphite and cementite and hardness

test result A=82.54, 90.15, 91.27, 87.60, 86.09. B=86.60, 90.44, 90.03, 88.77,

88.60. C=92.07, 96.20, 96.66, 88.38, 90.83. and D= 96.12, 92.85, 92.28, 93.81,

94.50 and specimens at the highest hardness rate in the C3 at 96.66 , while the

price of the A1 82.54 based on this data we can conclude that each part has a

varied level of hardness, because each point or section in the test has a carbon

content of different the higher the carbon content. The higher the level of hardness

and influence the nature of fission gray cast iron.

Keyword :solidification, molding FCD, spectrometer, microstructure, hardness.

1. PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Pengecoran dapat diartikan sebagai suatu proses manufaktur dengan

menggunakan material cair dan cetakan untuk menghasilkan bagian-bagian

dengan bentuk yang mendekati geometri akhir produk. Pengecoran dapat

dilakukan menggunakan material yang berupa cair, contoh adalah material

logam cair, termoplastik dan material lain yang dapat menjadi cair atau

pasta ketika dalam kondisi kering.

Besi cor merupakan paduan besi yang mengandung karbon 2-4 %,

Silikon 1,10 %, mangan 1-15%, fosfor 0,05-15% dan belerang. Unsur

karbon dalam besi cor berupa sementit, karbon bebas atau grafit.besi cor

mempunyai keuletan yang relatif rendah sehingga tidak dapat ditempa,

diroll atau didrawing. Dari diagram Fe C percepatan pendinginan

menghasilkan perubahan fisis. Penggunaan besi cor cukup luas karena besi

cor ini memiliki sifat khusus seperti mudah dituang pada saat kondisi cair

sehingga banyak digunakan di industri pengecoran logam.

1.2. Tujuan

1. Mengetahui komposisi kimia pada saat cair dan laju pendinginan besi

cor kelabu pada cetakan permanen FCD.

3

2. Meneliti komposisi kimia pada hasil pengecoran menggunakan cetakan

permanen FCD.

3. Meneliti kekerasan pada hasil pengecoran menggunakan cetakan

permanen FCD.

4. Meneliti struktur mikro pada hasil pengecoran menggunakan cetakan

permanen FCD.

1.3. BatasanMasalah

Adapunbatasandalampenelitianini, yaitu :

1. Material yang dipakai adalah besi cor kelabu di PT. Bonjor Jaya Klaten.

2. Mengetahui laju pendinginan dan komposisi pada saat material cair

menggunakan alat CE Meter.

3. Pengujian kekerasan hasil coran menggunakan kekerasan Rockwell.

4. Pengujian struktur mikro hasil coran.

5. Proses pelapisan carbon pada cetakan permanen FCD.

2. METODE PENELITIAN

2.1. Alat dan Bahan

Alat : Tanur Induksi, Cetakan Permanen FCD, Frame, Pyrometer laser,

Ladle, Tang penjepit, Kamera DSLR, Pukul besi, Sekop,Uji

Komposisi spectrometer, Uji Kekerasan Rockwell, Mikroskop optic

Olympus metallurgical tester,CE meter.

Bahan : Arang, Solar, karbon, Cairan besi siap tuang, Resin, Katalis.

4

2.2. Diagram Alir Penelitian

Gambar 1. Diagram Alir Penelitian

2.3. Tahapan Penelitian

a. Proses pencairan logam dilakukan di dalam tungku induksi pencairan

logam.

b. Sebelum penuangan pada cetakan, molding disiapkan untuk proses

pemanasan (preheating). Setelah itu dilakukan proses pelapisan karbon

pada cetakan dengan menggunakan karbon yang dicampur solar.

c. Melakukan proses penuangan besi cor cair ke dalam cetakan permanen.

d. Proses pelepasan produk (coran) dari cetakan.

e. Proses pendinginan udara bebas.

MULAI

Studi literatur dan menyiapkan alat

Melting besi cor dapur peleburan

Molding

Pelapisan karbon pada cetakan

Penuangan besi cor dalam cetakan

tapping CE Meter

Solidifikasi besi cor kelabu

Preparasi spesimen

Pengujian komposisi Pengujian kekerasan

Pengujian struktur mikro

Hasil dan kesimpulan

Analisa data

SELESAI

5

f. Setelah coran dingin dilakukan pemotongan dengan alat wire cut di

Politeknik ATMI Surakarta, pemilihan pemotongan dengan wire cut

bertujuan struktur kimia pada spesimen tidak berubah dan

menghasilkan potongan yang rapi. Selanjutnya potongan hasil coran

dimounting untuk proses pengujian.

g. Kemudian melakukan proses pengujian kekerasan menggunakan alat uji

kekerasan Rockwell, pengujian komposisi kimia dan pengujian struktur

mikro.

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1. Hasil Penelitian Uji CE Meter

Gambar 2. Grafik Hasil Uji CE Meter

Dari grafik CE Meter diatas menunjukkan proses solidifikasi dimana

temperatur 1260.30C saat proses tapping awal dituang dalam cetakan terjadi

penurunan temperatur, pada temperatur liquid 1121.30C bentuknya masih

cair sampai temperatur solid 1118.70C sehingga diperoleh nilai CEL=4,47%

; C=3,98% ; Si=1,86% dimana besi mulai padat namun masih berwarna

merah hingga temperatur 10600C dan mengeras dalam waktu 180 detik.

6

3.2. Pengujian Kekerasan (Rockwell)

Gambar 3. Bagian yang di Uji Kekerasan (Rockwell)

Tabel 1. Hasil Pengujian Kekerasan Rockwell Menggunakan Karbon pada Bagian A

No Lokasi pada bagian A

Hasil Kekerasan (HRB)

HRB ( kgf )

1 A1 82,54 100

2 A2 90,15 100

3 A3 91,27 100

4 A4 87,60 100

5 A5 86,09 100

Tabel 2. Hasil Pengujian Kekerasan Rockwell Tidak Menggunakan karbon pada

Bagian A

No Lokasi pada bagian A

Hasil Kekerasan (HRB)

HRB ( kgf )

1 A1 200,91 200

2 A2 250,96 200

3 A3 205,52 200

4 A4 158,63 200

5 A5 147,29 200

7

Diagram Bagian A

Gambar 4. Diagram Harga Kekerasan Bagian A

Tabel 3. Hasil Pengujian Kekerasan RockwellMenggunakan Karbon pada Bagian B

No Lokasi Pada bagian B

Hasil Kekerasan (HRB)

HRB ( kgf )

1 B1 86,60 100

2 B2 90,44 100

3 B3 90,03 100

4 B4 88,77 100

5 B5 88,60 100

Tabel 4. Hasil Kekerasan Rockwell Tidak Menggunakan Karbon pada Bagian B

No Lokasi Pada bagian B

Hasil Kekerasan (HRB)

HRB ( kgf )

1 B1 147,29 200

2 B2 236,02 200

3 B3 189,22 200

4 B4 202,39 200

5 B5 145,58 200

A1 A2 A3 A4 A5

Karbon 82,54 90,15 91,27 87,6 86,09

Tanpa Karbon 200,91 250,96 205,52 158,63 147,29

050

100150200250

Ro

ck

well

Diagram Bagian A

8

Diagram Bagian B

Gambar 5. Diagram Harga Kekerasan Bagian B

Tabel 5. Hasil Pengujian Kekerasan RockwellMenggunakan Karbon pada Bagian C

No Lokasi Pada bagian C

Hasil Kekerasan (HRB)

HRB ( kgf )

1 C1 92,07 100

2 C2 96,20 100

3 C3 96,66 100

4 C4 88,38 100

5 C5 90,83 100

Tabel 6. Hasil Kekerasan Rockwell Tidak Menggunakan Karbon pada Bagian C

No Lokasi Pada bagian C

Hasil Kekerasan (HRB)

HRB ( kgf )

1 C1 145.58 200

2 C2 172.27 200

3 C3 181.46 200

4 C4 221.09 200

5 C5 189.62 200

B1 B2 B3 B4 B5

Karbon 86,6 90,44 90,03 88,77 88,6

Tanpa Karbon 147,29 236,02 189,22 202,39 145,58

050

100150200250

Ro

ck

well

Diagram Bagian B

9

Diagram Bagian C

Gambar 6. Diagram Harga Kekerasan Bagian C

Tabel 7. Hasil Pengujian Kekerasan RockwellMenggunakan Karbon pada Bagian D

No Lokasi Pada bagian D

Hasil Kekerasan (HRB)

HRB ( kgf )

1 D1 96,12 100

2 D2 92,85 100

3 D3 92,28 100

4 D4 93,81 100

5 D5 94,50 100

Tabel 8. Hasil Pengujian Kekerasan Rockwell Tidak Menggunakan Karbon pada

Bagian D

No Lokasi Pada bagian D

Hasil Kekerasan (HRB)

HRB ( kgf )

1 D1 189,62 200

2 D2 165,12 200

3 D3 219,04 200

4 D4 200,15 200

5 D5 200,91 200

C1 C2 C3 C4 C5

Karbon 92,07 96,2 96,66 88,38 90,83

Tanpa Karbon 145,58 172,27 181,46 221,09 189,62

050

100150200250

Ro

ck

well

Diagram Bagian C

10

Diagram Bagian D

Gambar 7. Diagram Harga Kekerasan Bagian D

3.3. Pengujian Foto Micro

Foto micro bagian A

Gambar 8. Hasil Foto Micro Bagian A1,A2,A3,A4,A5 Dengan Pembesaran 200x

Foto micro bagian B

D1 D2 D3 D4 D5

Karbon 96,12 92,85 92,28 93,81 94,5

Tanpa Karbon 189,62 165,12 219,04 200,15 200,91

050

100150200250

Ro

ck

well

Diagram Bagian D

A1

A5 A4

A3 A2 cementit

grafit

cementit

cementit

cementit

cementit

cementit

cementit

cementit

grafit

cementit

cementit

cementit

grafit

cementit

cementit

cementit

grafit

cementit

cementit

cementit

grafit

cementit

cementit

cementit

B1

B5 B4

B3 B2

cementit

grafit

cementit

cementit

cementit

grafit

cementit

cementit

cementit

grafit

cementit

cementit

cementit

grafit

cementit

cementit

cementit

grafit

cementit

cementit

cementit

cementit

cementit cementit

cementit

11

Gambar 9. Hasil Foto Micro Bagian B1,B2,B3,B4,B5 Dengan Pembesaran 200x

Foto micro bagian C

Gambar 10. Hasil Foto Micro Bagian C1,C2,C3,C4,C5 Dengan pembesaran 200x

Foto micro bagian D

Gambar 11. Hasil Foto Micro Bagian D1,D2,D3,D4,D5Dengan Pembesaran 200x

Dari hasil foto micro pada bagian A3 91,27 HRB mempunyai tingkat

kekerasan yang tinggi. Pada bagian B2 90,44 HRB mempunyai tingkat

kekerasan yang paling tinggi karena cementit lebih mendominasi dari pada

grafit. Pada bagianC3 96,66 HRB mempunyai tingkat kekerasan yang paling

tinggi karena cementit lebih mendominasi dari pada grafit. Pada bagian D1

96,12 HRB mempunyai tingkat kekerasan yang paling tinggi karena cementit

lebih mendominasi dari pada grafit.

C1

C5

C3

C4

C2 cementit

grafit

cementit

cementit

cementit

grafit

grafit

grafit

cementit

grafit

D1

D5

D3

D4

D2

grafit

grafit

grafit grafit

grafit cementit

cementit

cementit cementit

cementit

12

3.4 Pengujian Komposisi Kimia

No KandunganUnsur

Sampel Uji

Spesimen Uji

Bagian Atas

Standart

Deviasi

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

Fe 2

C

Si

Mn 1

P

S

Cr 1

Mo

Ni 1

Al

B

Co

Cu

Mg

Nb

Pb

Sn

Ti

V

W

93.26

3.06

1.80

0.437

0.113

0.051

0.096

0.000

0.061

0.009

0.0018

0.000

0.105

0.006

0.034

0.0064

0.009

0.042

0.000

0.027

0.0907

0.0551

0.0391

0.0052

0.0026

0.0019

0.0040

0.0000

0.0001

0.0002

0.0001

0.0000

0.0078

0.0006

0.0002

0.0004

0.0007

0.0014

0.0000

0.0002

4. PENUTUP

4.1 Kesimpulan

1. Berdasarkan data hasil pengujian yang diperoleh dari CE meter maka

diperoleh kandungan karbon sebesar 3.98%, silicon sebesar 1.86% dan

fospor sebesar 0%. Dengan demikian dapat diketahui bahwa besi cair

dengan kandungan karbon sebesar 3.98% maka pada saat membeku

disebut besi cor kelabu.

2. Dari data hasil pengujian kekerasan bagian A (sisi samping kanan yang

kontak langsung pada molding) menggunakan karbon paling tinggi pada

bagian A3 91,27 HRB dan tanpa karbon paling tinggi pada bagian A2

250,96 HRB. Bagian B (bagian yang kontak langsung pada molding)

13

menggunakan karbon paling tinggi pada bagian B2 90,44 HRB dan

tanpa karbon paling tinggi pada bagian B2 236,02 HRB. Bagian C (sisi

kiri atau bagian tengah yang telah dibelah) menggunakan karbon paling

tinggi pada bagian C3 96,66 HRB dan tanpa karbon paling tinggi pada

bagian C4 221,09 HRB. Bagian D (bagian atas yang kontak langsung

dengan udara bebas) menggunakan karbon paling tinggi pada bagian

D1 96,12 HRB dan tanpa karbon paling tinggi pada bagian D3 219,04

HRB. Dari hasil foto mikro dapat di lihat terbentuknya struktur grafit

dan sementit yang berseragam tergantung dari tingkat kekerasannya.

Pada pengujian komposisi kimia di dapat 20 unsur kandungan yang

berbeda dan dapat diketahui jenis besi cor kelabu FC 150 karena

terdapat kandungan C sebesar 3,06% dan Si sebesar 1.80%.

4.2 Saran

Dalam penelitian selanjutnya, penulis mempunyai beberapa saran yang

dapat digunakan untuk proses pengembangan dan pembuatan besi cor

kelabu pada cetakan permanen untuk pengembangan tapping awal, yaitu:

1. Melakukan study literatur tentang teknik pengecoran sebagai referensi

pendukung.

2. Memperhatikan persiapan alat dan bahan guna mendapatkan waktu

yang tepat dan hasil yang baik.

3. Saat proses penelitian berjalan koordinasi dalam tim sangatlah penting

baik dalam pembuatan dokumentasi, pembuatan spesimen, dan proses

pengujian spesimen, guna mendapatkan data yang akurat.

4. Memperhatikan tingkat kekerasan pada setiap titik yang di uji, karena

penelitian ini berkosentrasi pada analisa kekerasan, begitu juga untuk

pengujian yang lainnya.

5. Melakukan pengujian lebih dari satu kali atau berulang, guna untuk

mendapatkan hasil yang lebih valid.

14

PERSANTUNAN

Syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas

berkat dan rahmat-NYA sehingga penyusunan laporan penelitian ini dapat

terselesaikan.

Tugas Akhir berjudul “Pengaruh Lapisan Karbon Pada Cetakan

Permanen Terhadap Distribusi Kekerasan Grinding Cyl Demgan Material

Besi Cor Kelabu”, dapat terselesaikan atas dukungan dari beberapa pihak.

Untuk itu pada kesempatan ini, penulis dengan segala ketulusan dan

keikhlasan hati ingin menyampaikan rasa terima kasih dan penghargaan

yang sebesar-besarnya kepada:

1. Ir. Sri Sunarjono, MT., Ph.D., Dekan Fakultas Teknik Universitas

Muhammadiyah Surakarta.

2. Tri Widodo Besar Riyadi, ST., MSc., Ph.D., Ketua Jurusan Teknik

Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta.

3. Agus Yulianto, ST, MT. Dosen pembimbing yang banyak memberikan

ilmu, waktu, dorongan serta arahan dalam proses bimbingan sehingga

penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.

4. M. Alfatih Hendrawan, ST,MT. Dosen Pembimbing Akademik yang

telah memberikan arahan, bimbingan serta motivasi selama masa

kuliah.

5. Semua pihak yang telah membantu semoga Allah SWT membalas

kebaikan kita semua.

15

DaftarPusataka

Abdan Syakura, 2011. “Proses Pengecoran Vakum dan Mikrostruktur Paduan”,

Skripsi S-1, Universitas Indonesia, Depok.

Amanto, Hari, danDaryanto. 1999. IlmuBahan, Jakarta: PT. BumiAksara.

ASM, Metals Handbook Volume 4 Forming, ASM Handbook

Committe,America1991.

Darmoko C, 2016.“Pengaruh lapisan karbon terhadap sifat fisis dan mekanis pada

solidifikasi besi cor kelabu dalam cetakan permanen untuk tapping

awal”, TugasAkhir S-1, UMS, Surakarta.

De Garmo, E. Paul, 1981. Material and Processes In Manufacturing, edisi keempat,

Erlangga, Jakarta.

Doru M. Stefanescu The Ohio State University, Colombus, Ohio, USA2005.

Dunia Erie, “Besi Cor Kelabu”. 19 July 2010.

http://mantantukanginsinyur.blogspot.co.id/2010/07/19/besi-cor-

kelabu.html 14 Juli 2016./ 17:03

Ganwarich P. Hasil berkolerasi dengan yang di ukur sifat mekanik: konten grafit di

kurangi meningkatkan kekuatan tarik.

Kuryloa P. 2012.Klarifikasi jenis material paduan sangat diperlukan dalam industri

mesin.

Stefanescu, Doru M. B., Juli 2007, “Modeling Of Cast Iron Solidification” Tata

McGraw Hill, 7 West Patel Nagar, New Delhi 110 008.

Yulianto, A, 2016.Pengecoran besi cor kelabu dengan menggunakan cetakan besi

cor ulet yang telah dipanaskan.