PENGARUH PREHEATING PADA CETAKAN PERMANEN

TERHADAP KECEPATAN PEMBEKUAN PADA

PENGECORAN BESI COR KELABU

Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi Strata I pada

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Oleh:

GALIH PRASETYO

D 200 140 245

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2019

i

1

PENGARUH PREHEATING PADA CETAKAN PERMANEN TERHADAP

KECEPATAN PEMBEKUAN PADA PENGECORAN BESI COR KELABU

Abstrak

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh preheating cetakan permanen

dengan suhu 100oC, 200oC, 300oC terhadap kecepatan pembekuan material besi

cor kelabu. Metodologi penelitian ini dilakukan dengan cara melebur besi cor

kelabu kedalam tungku induksi hingga cair lalu dituangkan kedalam cetakan

permanen. Pengujian saat logam masih cair menggunakan alat uji CE meter

kemudian setelah material membeku dilakukan beberapa pengujian antara lain uji

komposisi kimia, uji stuktur mikro, uji kekerasan. Penelitian ini menggunakan

material besi cor kelabu. Dari spesimen ini akan ditentukan 12 titik per spesimen

untuk mengetahui sifat fisis dan mekanis di beberapa titik yang telah ditentukan.

Pengujian komposisi kimia menggunakan alat spectrometer sedangkan Uji

kekerasan menggunakan uji kekerasan mikro rockwell. Hasil dari pengujian CE

meter menunjukan kandungan karbon sebesar 3,86% dan kandungan silikon

sebesar 2,38%. Hasil pengujian menunjukan pengaruh preheating cetakan

terhadap kecepatan pembekuan besi cor kelabu dimana semakin tinggi preheating

cetakan maka semakin lama laju pendinginannya. Dari data pengujian stuktur

mikro pada bagian yang diuji kekerasan terlihat grafit dan perlit. Dari hasil

kekerasan diperoleh bahwa harga tertinggi kekerasan terdapat pada area D dengan

kekerasan 73 HRC kemudian yang terendah pada area B dengan kekerasan 53

HRC.

Kata kunci : pengecoran, besi cor kelabu, preheat cetakan, kekerasan

Abstract

This study aims to determine the effect of permanent mold preheating at 100 ° C,

200 ° C, 300 ° C on the freezing speed of gray cast iron material. The

methodology of this research is done by melting gray cast iron into the induction

furnace until it is liquid and then poured into a permanent mold. Testing when the

metal is still liquid using a CE meter test then after the material freezes, several

tests are carried out including chemical composition test, micro structure test,

hardness test. This study uses gray cast iron material. And these specimens will be

determined 12 points per specimen to determine physical and mechanical

properties at several predetermined points. Testing the chemical composition

using a spectrometer while the hardness test uses rockwell micro hardness test.

The result from the CE meter test showed a carbon content of 3.86% and silicon

content of 2.38%. The test results show the effect of the preheating of the mold on

the freezing speed of gray cast iron where the higher the preheating of the mold

2

the longer the cooling rate. From the microstructure testing data on the parts tested

the hardness was seen graphite and pearlite. The result of the hardness was that

the highest price of hardness was in area D with a hardness of 73 HRC then the

lowest in area 8 with a hardness of 53 HRC.

Keywords : casting, gray cast iron, preheat mold, hardness

1. PENDAHULUAN

Pengecoran logam merupakan salah satu metoda pembentukan benda kerja atau

bahan baku benda kerja yang telah sejak lama dilakukan bahkan jauh sebelum

berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi sebagaimana bukti-bukti yang

ditemukan oleh archaeologist berupa benda kuno seperti, koin-koin emas, perak,

perunggu dalam bentuk 3 dimensi melalui proses pengecoran, artinya paling tidak

proses pengecoran sudah dilakukan sejak berkembangnya peradaban manusia

(Hardi sudjana, 2008). Berbagai macam metode pengecoran logam telah

ditemukan dan terus disempurnakan, diantaranya centrifugal casting, investment

casting,sand casting, dan lain lain. Proses pengecoran adalah proses terbentukya

logam dengan cara mencairkan logam padat dalam tungku peleburan dengan

temperatur tinggi, kemudian di tuangkan kedalam cetakan dan di biarkan

membeku.

Besi cor merupakan salah satu jenis logam yang sudah lama digunakan

manusia untuk menunjang kehidupan dalam bentuk peralatan atau komponen

rumah tangga, permesinan,alat tranportasi dan lain lain. Sekitar 80 persen mesin

kendaraan terbuat dari besi cor. Pada dasarnya besi cor merupakan paduan

eutektik dari besi dan karbon yang memiliki temperatur leleh sekitar 1200o

celcius. Besi cor umumnya mengandung unsur silicon antara 1-3 persen. Dengan

kandungan sebesar ini, silicon mampu meningkatkan kekuatan besi cor melalui

penguatan fasa ferit. Besi cor dengan kandungan kadar karbon antara 2-3 persen

dan dengan kandungan silicon tersebut ,memiliki temperatur leleh eutektik lebih

rendah. Besi cor digolongkan menjadi empat macam yaitu besi cor kelabu, besi

cor putih, besi cor nodular dan besi cor mampu tempa.

3

Besi cor kelabu memiliki kadar silicon yang relatif tinggi yaitu antara 1 – 3

persen. Dengan silicon sebesar ini besi cor akan membentuk grafit dengan mudah

sehingga fasa karbida Fe3C tidak terbentuk. Grafit serpih besi cor ini terbentuk

saat proses pembekuan. Besi cor kelabu memiliki kandungan karbon antara 2,5 –

4,0 persen, dan kandungan mangan antara 0,2 – 1,0 persen. Sedangkan kandungan

fosfor antara 0,002 – 1,0 persen dan sulfar antara 0,02 – 0,025 persen. Salah satu

karakteristik dari besi cor ini adalah bidang patahannya. Patahan terjadi dengan

rambatan yang melintasi satu serpih ke serpih lainnya. Serpihan grafit yang

dimiliki oleh besi cor menyebabkan keuletan bahan menjadi sangat rendah.

Bahkan bisa nol persen. Namun demikian, grafit serpih ini mampu meredam

getaran dengan cukup baik. Dengan kata lain besi cor ini memiliki kapasitas

peredaman tinggi.Dalam proses pengecoran logam terdapat beberapa jenis cetakan

yang digunakan antara lain yaitu cetakan tidak permanen dan cetakan permanen.

Cetakan permanen bisanya terbuat dari baja yang memiliki titik lebur lebih tinggi

dari meterial yang di tuangkan.

Cetakan permanen yang digunakan harus melalui proses preheating terlebih

dahulu sebelum besi cor cair dituangkan kedalam cetakan. Preheating merupakan

proses pemanasan cetakan sebelum besi cor dituangkan kedalam cetakan yang

bertujuan untuk menaikan temperatur cetakan. Karena apabila selisih temperatur

besi cor dengan temperatur terlalu jauh maka akan menimbulkan ledakan. Oleh

karena itu diperlukan penelitian lebih lanjut tentang preheating cetakan yang aman

dan karakter logam yang di hasilkan pada temperatur tertentu terutama pada besi

cor kelabu.

4

2. METODE

2.1 Diagaram Alir Penelitian

Gambar 1 Diagram Alir Penelitian

Mulai

Penuangan besi cor dalam cetakan

Melting

bahan baku

Pemanasan cetakan permanen

Persiapan alat dan bahan

Suhu 100 oC,

suhu riil cetakan

100oC

Penuangan ke ladle

Solidifikasi besi cor kelabu

Dikeluarkan dari cetakan

CE Meter

Analisa Data

Selesai

Studi literatur

Preparasi spesimen

Pengujian

komposisi kimia

Pengujian

stuktur mikro

Pengujian

kekerasan

Hasil dan kesimpulan

Suhu 200 oC,

suhu riil cetakan

194oC

Suhu 300 oC,

suhu riil cetakan

285oC

5

2.2 Alat dan Bahan Penelitian

2.2.1 Alat

1) Tanur Induksi

2) CE Meter

3) Cetakan permanen

4) Frame penyangga

5) Pyrometer laser

6) Amplas

7) Alat uji komposisi kimia

8) Alat uji rockwell

9) Alat uji foto stuktur mikro

10) Mesin wirecut

11) Thermocouple

12) Burner kompor gas

13) Tabung gas 3 kg

2.2.2 Bahan

1) Besi cor kelabu

2) Resin

3) Autosol

4) Kain bludru

2.3 Langkah – langkah Penelitian

Langkah - langkah penelitian antara lain :

1) Mempersiapkan alat dan bahan.

2) Memasang kabel thermocuple diatas cetakan dan didalam bagian bawah

cetakan untuk mengukur temperatur catakan.

3) Melakukan pemanasan cetakan dengan temperatur 100oC, 200oC, 300oC.

4) Melakukan penguangan logam cair kedalam cup CE meter untuk

mengetahui laju pendinginan.

5) Melakukan penuangan logam cair kedalam cetakan.

6

6) Menunggu proses pembekuan logam cair dan melihat temperatur logam

cair melalui thermocuple yang terpasang.

7) Mengeluarkan logam padat dari cetakan hasil pembekuan logam cair.

8) Mengukur kembali temperatur cetakan setelah spesimen dikeluarkan dari

cetakan.

9) Setelah spesimen jadi selanjutnya melakukan proses pemotongan

dengan menggunakan mesin wire cut.

10) Melakukan pemolesan dengan cara di amplas menggunkan amplas

ukuran 80,120,400,600,800,1000,2000,5000.

11) Melakukan pemolesan dengan autosol dan kain.

12) Melakukan uji komposisi kimia.

13) Melakukan uji foto stuktur mikro.

14) Melakukan uji kekerasan mikrorockwell.

15) Pengujian selesai.

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1 Hasil Uji CE Meter

Gambar 1 grafik uji CE Meter

Hasil uji kandungan logam cair dengan CE meter di dapat temperatur awal

saat di tuangkan pada cetakan bersuhu 1370˚C, temperatur liquid 1120,2˚C

bentuknya masih berupa cair, temperatur solid 1111,1˚C keadaan besi kali

ini mulai padat namun masih berwarna merah hingga temperatur akhir

7

1060˚C dimana keadaan logam telah beku.Dari hasil data tersebut dapat

diketahui Carbon Equivalent Value dengan rumus sebagai berikut ini:

CEV = %C+ (%Si+%P)

3

Dimana: CEV : Carbon Equivalent Value

C : Kandungan Karbon (%)

Si : Kandungan Silikon

P : Kandungan Fosfor

Sehingga, CEV = 3,86+(2,36+0)

3

CEV = 4,653%

3.2 Hasil Uji Komposisi Kimia

Pengujian komposisi kimia bertujunan untuk mengetahui presentasi

kandungan unsur-unsur paduan yang terkandung didalam spesimen uji.

Pengujian dilakukan dengan menggunakan alat spektrum komposisi kimia

universal (spectrometer) di Laboratorium Politeknik Manufaktur Ceper

Klaten. Dari hasil pengujian didapatkan hasil data sebagai berikut :

Tabel 1 Hasil uji komposisi kimia

UNSUR

Sample Uji

18/S1151 (%) Standar Deviasi

C 3,9121 0,07930

Si 2,2655 0,00048

Mn 0,40290 0,00545

P 0,08874 0,01458

Cr 0,07115 0,00401

8

S 0,12073 0,00230

Zn 0,01036 0,00028

Sb <0,0000 0,00000

Mg <0,0000 0,00000

Sn 0,01289 0,00215

Ti 0,00039 0,00041

Cu 0,22182 0,00415

Mo 0,00123 0,00168

Ni 0,03234 0,00370

V 0,00250 0,00078

Al <0,0000 0,00000

B <0,0000 0,00000

Co <0,0000 0,00000

Pb 0,00067 0,00033

3.3 Pengujian Kekerasan

Pengujian dari kekerasan menggunakan metode HRC (Hardness Rockwell

Cone) adalah bertujuan untuk mengetahui sebuah nilai kekerasan pada setiap

bagian titik yang telah di tandai dengan lingkaran hitam seperti gambar

spesimen di bawah. terdiri dari 4 bagian yang kami beri nama dengan simbol

huruf A sampai D.

9

Gambar 2 Potongan spesimen kekerasan berjumlah 12 titik

3.4 Pengujian Foto Mikro

Pengujian ini dilakukan untuk melihat stuktur mikro yang terdapat

didalam spesimen sehingga bisa diketahui bentuk dari stuktur mikronya.

3.5 Hasil Pengujian Kekerasan dan Foto Stuktur Mikro

3.5.1 Hasil uji kekerasan

Tabel 2 Hasil uji kekerasan temperatur cetakan 100oC

No Area titik

Hasil uji

kekerasan

(HRC)

1 A1 60

2 A2 59,5

3 A3 60,5

4 B1 61

5 B2 62,5

6 B3 67

7 C1 66,5

8 C2 67,5

9 C3 66,5

10 D1 65,5

11 D2 67,5

10

12 D3 68

Tabel 3 Hasil uji kekerasan temperatur cetakan 200oC

No Area titik

Hasil uji

kekerasan

(HRC)

1 A1 67

2 A2 68

3 A3 68

4 B1 58

5 B2 58

6 B3 57,5

7 C1 62,5

8 C2 67

9 C3 69

10 D1 70

11 D2 65,5

12 D3 70

Tabel 4 Hasil uji kekerasan temperatur 300oC

No Area titik

Hasil uji

kekerasan

(HRC)

1 A1 55

2 A2 54,5

3 A3 54,5

4 B1 54

5 B2 53,5

6 B3 54,5

7 C1 56

8 C2 58

9 C3 67

10 D1 67

11 D2 69,5

12 D3 73

11

3.5.2 Hasil pengujian foto struktur mikro

A1 A2 A3

B1 B2 B3

C1 C2 C3

D1 D2 D3

Gambar 3 Foto struktur mikro temperatur cetakan 100OC

61 62,5 62,5

66,5 67,5 60,5

66,5 67,5 68

60 59,5 60,

5

12

A1 A2 A3

B1 B2 B3

C1 C2 C3

D1 D2 D3

Gambar 4 Foto struktur mikro temperatur cetakan 200OC

67 68 68

58 58 55,7

62,5 67 69

70 65,5 70

13

A1 A2 A3

B1 B2 B3

C1 C2 C3

D1 D2 D3

Gambar 5 Foto struktur mikro suhu cetakan 300OC

55 54,5 54,5

55 53,5 54,5

56

54,5

58

54,5

67

54,5

67

54,5

69,5

54,5

73

54,5

14

3.5.3 Hasil laju pendinginan spesimen per menit

Tabel 5 Laju pendinginan spesimen Temperatur cetakan 100oC

Gambar 6 Grafik laju pendnginan suhu cetakan 100 OC

643

578

491

353305

271244 225 210 204 196

170 161 158 156 154 152 148 145 142 139 136

0

100

200

300

400

500

600

700

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

TEM

PER

ATU

R (

O C

)

WAKTU (MENIT)

LAJU PENDINGINAN TEMPERATUR CETAKAN 100 O C

Temperatur Bawah (OC) Temperatur Atas (OC)

No Temperatur

Atas (OC)

Temperatur

Bawah

(OC)

1 170 643

2 161 578

3 158 491

4 156 353

5 154 305

6 152 271

7 148 244

8 145 225

9 142 210

10 139 204

11 136 196

15

Tabel 6 Laju pendinginan spesimen Temperatur cetakan 200oC

No Temperatur

Atas (OC)

Temperatur

Bawah (OC)

1 185 1007

2 176 897

3 171 620

4 167 508

5 164 429

6 160 374

7 158 335

8 155 306

9 151 284

10 148 267

11 144 254

12 142 243

13 139 224

14 134 210

15 132 200

Gambar 7 Grafik laju pendnginan suhu cetakan 200 OC

1007897

620508

429374 335 306 284 267 254 243 224 210 200

185 176 171 167 164 160 158 155 151 148 144 142 139 134 1320

200

400

600

800

1000

1200

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

TEM

PER

ATU

R (

O C

)

WAKTU (MENIT)

LAJU PENDINGINAN SUHU CETAKAN 200 O C

Temperatur Bawah (OC) Temperatur Atas (OC)

16

Tabel 7 Laju pendinginan spesimen Temperatur cetakan 300oC

No Temperatur

Atas (OC)

Temperatur

Bawah

(OC)

1 560 780

2 410 532

3 349 450

4 317 440

5 285 390

6 262 353

7 246 315

8 234 295

9 224 275

10 216 260

11 209 248

12 203 230

13 197 225

14 192 221

15 188 215

16 183 207

17 179 200

Gambar 8 Grafik laju pendinginan suhu cetakan 300 OC

780

532450 440

390 353 315 295 275 260 248 230 225 221 215 207 200560

410349 317 285 262 246 234 224 216 209 203 197 192 188 183 1790

200

400

600

800

1000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

TEM

PER

ATU

R (

O C

)

WAKTU (MENIT)

LAJU PENDINGINAN SUHU CETAKAN 300 O C

Temperatur Bawah (OC) Temperatur Atas (OC)

17

3.5.4 Perbandingan kekerasan rata-rata per Area

Tabel 8 Perbandingan kekerasan rata-rata area A

Temperatur cetakan (oC) Kekerasan (HRC)

100 60

200 67,6

300 54,6

Gambar 9 Grafik perbandingan kekerasan pada area A

60

67,6

54,6

0

10

20

30

40

50

60

70

80

100 200 300

KEK

ERA

SAN

(H

RC

)

TEMPERATUR CETAKAN (O C)

PERBANDINGAN KEKERASAN PADA AREA A

18

Tabel 9 Perbandingan kekerasan rata-rata area B

Temperatur cetakan (oC) Kekerasan (HRC)

100 63,5

200 57,8

300 54

Gambar 10 Grafik perbandingan kekerasan pada area B

63,5

57,8

54

48

50

52

54

56

58

60

62

64

66

100 200 300

KEK

ERA

SAN

(H

RC

)

TEMPERATUR CETAKAN (O C)

PERBANDINGAN KEKERASAN PADA AREA B

19

Tabel 10 Perbandingan kekerasan rata-rata area C

Temperatur cetakan (oC) Kekerasan (HRC)

100 66,8

200 66,1

300 60,3

Gambar 11 Grafik perbandingan kekerasan pada area C

66,866,1

60,3

56

58

60

62

64

66

68

100 200 300

KEK

ERA

SAN

(H

RC

)

TEMPERATUR CETAKAN (O C)

PERBANDINGAN KEKERASAN PADA AREA C

20

Tabel 11 Perbandingan kekerasan rata-rata area D

Temperatur cetakan (oC) Kekerasan (HRC)

100 67

200 68,5

300 59,8

Gambar 12 Grafik perbandingan kekerasan pada area D

67

68,5

59,8

54

56

58

60

62

64

66

68

70

100 200 300

KEK

ERA

SAN

(H

RC

)

TEMPERATUR CETAKAN (O C)

PERBANDINGAN KEKERASAN PADA AREA D

21

4. PENUTUP

4.1 Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan pengujian yang dilakukan didapatkan data yang

diperoleh, maka dapat ditarik suatu kesimpulan yaitu :

1) Preheating dengan temperatur 100oC ,200oC ,300oC pada cetakan

permanen menghasilkan beragam kecepatan pembekuan spesimen.

Semakin tinggi temperatur preheatingnya semakin lama proses

pembekuan spesimen dan semakin cepat pendinginannya kekerasannya

semakin tinggi.

2) Hasil pada uji foto stuktur mikro pada bagian yang diuji kekerasan

terlihat grafit dan ferit. Sedangkan hasil pengujian kekerasan di 36 titik

pada suhu 100oC, 200oC, 300oC diperoleh hasil harga tertinggi terdapat

di area D dengan kekerasan 73 HRC sedangkan harga kekerasan

terendah terdapat di area B dengan kekerasan 53,5 HRC.

3) Berdasarkan hasil yang dieroleh dari CE meter maka diperoleh

kandungan karbon sebesar Carbon = 3,86% ; Silicon = 2,39 %.

Dengan demikian dapat diketahui bahwa besi cor yang miliki

kandungan karbon 3,86% maka pada saat membeku disebut besi cor

kelabu.

4.2 Saran

Dalam penelitian selanjutnya, penulis mempunyai bebrapa saran yang

dapat digunakan untuk proses pengembangan dan pembuatan besi cor

kelabu, yaitu:

1) Perlu alat pemanas cetakan yang lebih modern dan cepat dalam

menaikan temperatur cetakan sehingga bisa menghemat waktu

menunggu cetakan panas sesuai temperatur yang diinginkan.

22

2) Saat proses penelitian berjalan, koordinasi dalam tim sangatlah

penting baik dalam pembuatan dokumentasi, pembuatan spesimen,

dan proses pengujian, guna mendapatkan hasil yang akurat.

3) Pengujian sebaiknya dilakukan lebih dari sekali agar data yang

didapatkan lebih akurat.

DAFTAR PUSTAKA

Darmoko C, 2016. “Pengaruh Lapisan Karbon Terhadap Sifat Fisis dan Mekanis

Pada Solidfikasi Besi Cor Kelabu Dalam Cetakan Permanen

Untuk Tapping Awal”, Tugas Akhir S-1 UMS, Surakarta.

Sanjaya, Rama.2014.” Diagram Kesetimbangan Besi Karbida dan

Transformasinya”, Tugas Ilmu Logam USU, Sumatera Utara.

Sefnath.2013.”Diagram CCT”

(http://sefnath.blogspot.com/2013/09/perlkuan-panas-heat-

treatment.html/m=1 diakses tanggal 2 januari 16.00)

Stanfanescu, Doru M. B., Juli 2007.“Modelling Of Cast Iron Solidfication”. Tata

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

Sudjana, Hardi. 2008. Teknik Pengecoran Logam jilid 1. Direktorat pembinaan

sekolah menengah kejuruan, jakarta.

Surdia, Tata. MS dan Saito, Shinroku. 1985. Pengetahuan Bahan Teknik. Cetakan

ke-4.PT. Prandnya Paramitha, Jakarta.

Syaikhu, Dwi Martha Dinata. 2017. “Pengaruh Preheating Pada Cetakan

Permanen Terhadap Distribusi Kekerasan Grinding Cyl

Dengan Material Besi Cor Kelabu”, Tugas Akhir S-1 UMS,

Surakarta

Yulianto, A., Soenoko,R ., Wahyono, S & As’sad Sonief . 2016.”The Influence Of

Preheated Ductile Cast Iron Mold Towards Gray Cast

Iron”.ARPN Jurnal Of Engineering and Applied Science.Vol.

11, No 19.