PENGEMBANGAN PADUAN ALUMINIUM-NIKEL 2012 - file-TR-TeX_13.pdfmengingat terlalu besar perbedaan...

download PENGEMBANGAN PADUAN ALUMINIUM-NIKEL 2012 - file-TR-TeX_13.pdfmengingat terlalu besar perbedaan antara titik lebur Al ( 660 C) dibandingkan titik lebur paduan bronze yang sebesar 1200

of 9

  • date post

    06-Feb-2018
  • Category

    Documents

  • view

    222
  • download

    6

Embed Size (px)

Transcript of PENGEMBANGAN PADUAN ALUMINIUM-NIKEL 2012 - file-TR-TeX_13.pdfmengingat terlalu besar perbedaan...

  • TR-72 1268: Iwan Setyadi & Arie Hendarto

    PENGEMBANGAN PADUAN ALUMINIUM-NIKEL BRONZE UNTUKAPLIKASI MODEL BALING-BALING KAPAL PENUMPANG BERDAUN

    LIMA PADA IKM PENGECORAN LOGAM DI KABUPATEN TEGAL

    Iwan Setyadidan Arie Hendarto

    Badan Pengkajian dan Penerapan TeknologiPusat Teknologi Industri Proses

    Gedung Teknologi 2 Lantai 3Kawasan Puspiptek Serpong-Tangerang

    Telepon (021) 75875940 - 758944

    e-Mail: i1setyadi2810@gmail.com

    Disajikan 29-30 Nop 2012

    ABSTRAK

    Baling-baling kapal merupakan salah satu komponen penting kapal yang memberikan tenaga dengan mengubah putaranmesin menjadi gaya gerak atau gaya dorong pada kapal. Kehandalan suatu baling-baling kapal ditentukan oleh kekuatan, dayatahan aus dan korosi yang dimiliki, dimana peranan jenis logam paduan sangat menentukan. Dalam upaya mengembangkandan memberdayakan industri kecil pembuat komponen kapal yang merupakan potensi kabupaten Tegal, maka dilakukan risetpengembangan pembuatan baling-baling kapal penumpang, khususnya baling-baling berdaun lima dengan pengecoran paduanAl-Ni bronze. Dalam tulisan ini dibahas peramuan dan aplikasi paduan Al-Ni bronze untuk pengecoran model baling-balingkapal penumpang berdaun lima dengan memvariasikan kandungan aluminiumnya. Pengecoran dilakukan dengan menggu-nakan cetakan kombinasi, yaitu cetakan kulit (shell moulding) dan cetakan green sand. Hasil penelitian menunjukkan bahwaperancangan paduan B dengan target Al sebesar 9% memiliki komposisi kimia yang sesuai dengan standar, dimana kandunganAl aktual sebesar 8,65% dan memiliki kekerasan sebesar 170,2 BHN. Sedangkan perancangan paduan A dan C memiliki kan-dungan Al aktual sebesar 6,7% dan 11,21%, namun di luar batasan standar BKI. Dengan demikian rancangan paduan B dapatdijadikan acuan untuk pembuatan prototype baling-baling dengan ukuran sebenarnya.

    Kata Kunci: Perancangan, paduan, Al-Ni bronze, baling-baling kapal, pengecoran.

    I. PENDAHULUANSalah satu dari 22 kegiatan ekonomi prioritas na-

    sional dalam MP3EI adalah industri perkapalan yangsaat ini sangat dibutuhkan dalam rangka penguatankonektivitas nasional.[1] Tingginya permintaan daripasar lokal maupun global, membuat kinerja industriperkapalan nasional menunjukkan peningkatan. De-ngan menguatnya industri perkapalan di Indonesia se-harusnya secara otomatis akan meningkatkan perkem-bangan industri penunjangnya, termasuk komponenkapal. Namun sayangnya industri perkapalan saatini masih menghadapi berbagai kendala yaitu masihtingginya impor kapal dan komponennya, kapasitasgalangan kapal yang masih terbatas, serta kurangnyadukungan pemerintah terhadap tumbuhnya industrikomponen dalam negeri.

    Baling-baling kapal merupakan salah satu kompo-nen penting kapal yang berfungsi sebagai pemberi gaya

    dorong pada kapal.[2] Kehandalan suatu baling-balingkapal ditentukan oleh kekuatan, daya tahan aus dankorosi yang dimiliki, dimana peranan jenis logam pa-duan sangat menentukan. Bahan yang banyak dipakaiadalah logam paduan yang terdiri dari tembaga-seng-mangan-aluminium-nikel-besi, yang umumnya dike-nal dengan nama Manganese Bronze dan AluminiumNickel Bronze.[36] Sifat-sifat mekanisnya lebih baikdaripada bronze dan kuningan biasa, demikian juga ke-tahanan korosi dan gesekannya.

    Untuk memproduksi baling-baling kapal denganlogam paduan jenis tersebut, kendala yang dihadapioleh industri kecil pengecoran logam, adalah; pertama,sebagian master alloy yang diperlukan tidak tersediadi dalam negeri. Kesulitan yang kedua adalah berkai-tan dengan proses peleburan logam, yaitu karena kan-dungan aluminiumnya yang bisa mencapai 9% akan sa-ngat reaktif terhadap oksigen dari atmosfer tungku, dan

    Prosiding InSINas 2012

  • 1268: Iwan Setyadi & Arie Hendarto TR-73

    GAMBAR 1: Baling-baling Kapal Berdaun Lima.

    membentuk oksida Al2O3 yang bisa menyebabkan ca-cat. Kesulitan yang ketiga adalah; pada paduan Man-ganese dan terutama Aluminium Nickel Brons mudahterjadi cacat rongga penyusutan (shrinkage).[7, 8]

    Dalam upaya mengembangkan dan member-dayakan industri kecil pembuat komponen kapalyang merupakan potensi klaster industri unggulandi kabupaten Tegal, maka dilakukan riset pengem-bangan pembuatan baling-baling kapal penumpang,khususnya baling-baling berdaun lima. Salah satu pe-ngembangan yang dilakukan adalah penelitian tentangtentang teknik pemaduan logam (alloying) AluminiumNickel Bronze untuk pembuatan model/prototypebaling-baling dengan memanfaatkan semaksimalmungkin bahan baku dan penunjang yang tersediadi dalam negeri, sehingga dapat diaplikasikan diindustri kecil pengecoran logam. Penelitian meliputiperancangan peramuan bahan-bahan peleburan danpengecoran serta beberapa pengujian, khususya pe-ngujian komposisi kimia dan uji kekerasan. Hasilpenelitian yang optimal, akan dimanfaatkan sebagaiacuan untuk melakukan peleburan dan pengecoranuntuk baling-baling ukuran yang sebenarnya.

    II. METODOLOGIAdapun metodologi penelitian yang dilakukan

    meliputi:

    A. Studi literaturDalam penelitian ini mutu baling-baling akan men-

    gacu pada standard Biro Klasifikasi Indonesia (BKI),yaitu badan sertifikasi yang mempunyai kewenanganuntuk menetapkan standard mutu produk komponen-komponen kapal, diantaranya baling-baling kapal. BKImembagi paduan tembaga sebagai bahan dasar pem-buatan baling-baling menjadi empat kelas yaitu CU1,

    CU2, CU3, dan CU4 tergantung pada komposisi kimi-anya seperti ditunjukkan pada TABEL 1 berikut.

    CU1 dan CU2 dikenal sebagai Manganese Bronze se-dangkan CU3 dan CU4 sebagai Aluminium Nickel Brons.

    B. Perancangan peramuan bahanPerancangan peramuan bahan dilakukan untuk

    mengetahui kebutuhan jenis dan berat bahan baku danbahan paduan dikaitkan dengan target komposisi yangakan dicapai.[10, 11] Dalam hal ini logam paduan yangdibuat adalah jenis Aluminium Nickel Brons sebanyak100 kg. Bahan baku utama adalah scrap kawat tem-baga dan bahan paduan adalah ingot aluminium, scrapNickel screen, Ferro Mangan, Geram bubutan besi cor.Bahan baku dan bahan paduan yang dipakai dipilih ba-han yang murah dan mudah diperoleh di daerah setem-pat, sehingga dapat diterapkan di industri kecil pengec-oran logam yang umumnya kesulitan memperoleh ba-han paduan (master alloy) import.

    C. Persiapan bahan baku dan cetakanPersiapan bahan baku dilakukan dengan menim-

    bang berat bahan baku dan bahan paduan yang di-dasari pada hasil rancangan peramuan bahan. Sedang-kan cetakan yang dibuat adalah cetakan Y block[9] un-tuk benda uji dan cetakan untuk model baling-balingkapal berdaun lima yang menggunakan cetakan kom-binasi, yaitu cetakan kulit (shell moulding) dan cetakanpasir basah (green sand molding).[7, 8] Cetakan kulitadalah cetakan yang terbuat dari campuran pasir silikadan bahan perekat (resin thermoset) setebal 5-20mmyang akan mengeras ketika campuran tersebut dibakardengan suhu 175 - 350 C pada permukaan pola yangterbuat dari logam aluminium sehingga menyerupaikulit. Bahan cetakan kulit umumnya terdapat di-pasaran dan sudah siap pakai dan dikenal dengannama pasir resin bakar (resin coated sand). Sebagai intipasir (core) digunakan cetakan pasir proses CO2. Kom-posisi bahannya adalah pasir silika 94-95% ditambahwaterglass (Na2OnSiO2) 5-6% dan kemudian diinjeksidengan gas CO2 untuk mengeraskan campuran pasirtersebut. Selanjutnya cetakan kulit tersebut ditanamdalam pasir cetak basah (green sand molding), yangberfungsi sebagai back-up sand, dan diletakkan dalamkotak rangka cetak.

    D. Proses Peleburan dan PengecoranProses peleburan dilaksanakan pada tungku pelebu-

    ran jenis krusibel (crucible furnace) yang menggunakanoil burner sebagai sumber panas. Salah satu kesulitanyang dihadapi dalam pengecoran aluminium bronzeadalah pembentukan lapisan tipis aluminium oksidayang terbentuk dengan segera ketika permukaan logamcair bersentuhan dengan udara atmosfir. Ketika lapisantipis ini dipecahkan, maka dross akan terperangkap di-dalam coran dan menyebabkan penurunan kekuatanmekanis paduan tersebut. Oleh karena itu turbulensi

    Prosiding InSINas 2012

  • TR-74 1268: Iwan Setyadi & Arie Hendarto

    TABEL 1: Klasifikasi Paduan Tembaga untuk Bahan Baling-baling Kapal dan KomposisiKimianya[9]

    Komposisi kimia (%)Kelas

    CU1 CU2 CU3 CU4Cu 52 62 50 - 57 77 - 82 70 - 80Al 0,5 3,0 0,5 2,0 7,0-11,0 6,5 9,0Mn 0,5 4,0 1,0 4,0 0,5 4,0 8,0 20,0Zn 35 40 33 - 38 Max 1,0 Max. 6,0Fe 0,5 2,5 0,5 2,5 2,0 6,0 2,0 5,0Ni Max. 1,0 2,5 8,0 3,0 6,0 1,5 3,0Sn 0,1 1,5 0,1 1,5 Max 0,1 Max. 1,0Pb Max. 0,5 Max. 0,5 Max 0,03 Max 0,05

    GAMBAR 2: Persiapan Bahan Baku dan Cetakan Y-Block dan Baling-baling

    cairan harus dihindari sebisa mungkin selama prosesproses peleburan dan pengecoran, dan pengadukanhanya boleh dilakukan seminimal mungkin. Untukmeminimalkan terjadinya oksidasi dengan udara danmembersihkan aluminium oksida yang terbentuk makaselama peleburan cairan harus diberikan perlindunganberupa bahan fluks khusus dan diakhiri dengan ba-han deoksidiser. Dalam penelitian ini digunakan bahanfluks dengan nama dagang Albral 2 sebanyak 1% dariberat cairan. Bahan flux ini adalah campuran Kalsiumdan Natrium Fluoride yang berbentuk serbuk. Untukmenghilangkan gas H2 yang terserap oleh cairan, di-gunakan bahan degasser berbentuk blok cincin terbuatdari bahan dolomit (CaMg(CO3)2) yang beratnya 50gram per buah, dengan merek dagang Logas 50. Untukmenghilangkan kelebihan oksida digunakan bahan de-oksidiser yang berupa butiran tembaga posfor (posphorcopper granule) sebanyak 0,1%. Temperatur cairandikontrol dengan menggunakan termokopel type K.Temperatur penuangan untuk coran dengan ketebalankurang dari 13 mm adalah 1250 C.[7, 11] Acuan mate-rial yang dilebur berdasarkan rancangan peramuan ba-han, yang dilakukan sebanyak 3 kali peleburan denganvariasi prosentase kandungan Aluminium, masing-masing: rancangan A (7% Al), rancangan B (9% Al)dan rancangan C (11% Al) guna mendapatk