TUGAS AKHIR

PENGARUH PERBEDAAN BENTUK GEOMETRI SALURAN

TURUN PADA CETAKAN PASIR (SEGITIGA, PERSEGI, DAN

LINGKARAN) PADA PEMBUATAN PRODUK COR HANDLE

BRAKE DENGAN BAHAN ALUMUNIUM

Disusun Sebagai Syarat Untuk Mencapai Gelar Sarjana Teknik

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Disusun oleh :

NARENDRA HIDAYAT

NIM : D.200.130.031

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2018

ii

iii

iv

v

vi

HALAMAN MOTTO

“wahai orang – orang yang beriman, jadikanlah Sabar dan Sholatmu

sebagai penolongmu, sesungguhnya allah bersama orang – orang

yang sabar.”

(Al-Baqarah : 153)

“Barang siapa keluar untuk mencari ilmu maka dia berada dijalan Allah.”

(HR. Tirmidzi)

“Tuhan tidak menuntut kita untuk sukses. Tuhan hanya menyuruh kita

berjuang tanpa henti.”

(Emha Ainun Najib)

“Sesuatu akan terlihat tidak mungkin sampai semuanya selesai.”

(Nelson Mandela)

“Masa depan bukan hanya tempat yg kamu tuju, namun tempat yg kamu

ciptakan melalui pikiran, niat, dan dilanjutkan tindakan nyata.”

(Urbanoir)

vii

PENGARUH PERBEDAAN BENTUK GEOMETRI SALURAN TURUN

PADA CETAKAN PASIR (SEGITIGA, PERSEGI, DAN LINGKARAN)

PADA PEMBUATAN PRODUK COR HANDLE BRAKE DENGAN

BAHAN ALUMUNIUM

Narendra Hidayat, Patna Partono, S.T., M.T.

Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta

Jl. A. Yani Tromol Pos 1 Pabelan, Kartasura

E-mail : narendra.hidayat7@gmail.com

Abstrak

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh perbedaan

bentuk geometri saluran turun terhadap penyusutan, cacat porositas,

density, kekerasan dan foto mikro. Bahan baku penelitian ini adalah

menggunakan alumunium bekas atau Rosok, yang dilebur didalam

dapur peleburan skala kecil.

Pada penelitian ini menggunakan 3 jenis saluran turun yaitu:

Sprue segitiga, Sprue persegi dan Sprue lingkaran. Pengujian

komposisi kimia menggunakan Emmision Spektrometer. Untuk

mengetahui cacat penyusutan membandingkan dimensi benda asli

dengan hasil spesimen masing-masing variasi Sprue .Cacat porositas

dapat dilihat dengan mencari nilai perhitungan density, pengujian

kekerasan menggunakan pengujian brinell dengan standar ATSM

E10, pengujian struktur mikro dengan standar ATSM E3.

Hasil rata-rata penyusutan tertinggi terdapat pada Sprue segitiga

sebesar 3,68%, Sprue persegi sebesar 1,9% dan untuk Sprue lingkaran

sebesar 2,04%. Pada porositas diperoleh dari density, Sprue segitiga ρ =

2,746, Sprue persegi ρ = 2,964 dan Sprue lingkaran ρ = 2,825 semakin

tinggi nilai density maka material tersebut semakin padat dan porositasnya

sedikit. Kepadatan material berhubungan dengan kekerasan yang juga

semakin tinggi, diperoleh pada pengujian brinell Sprue segitiga sebesar

88,25 BHN, Sprue persegi sebesar 102,5 BHN dan Sprue lingkaran

sebesar 100,25 BHN. Hasil penelitian menunjukkan bahwa hasil

komposisi kimia di temukan unsur kimia (Al) 87,1% sebagai bahan

utama, (Si) 9,51%, (Fe) 1,08%, (Zn) 1,78% (Mn) 0,192%. Sehingga dari

unsur yang ada material ini termasuk logam alumunium paduan silikon (Al-

Si).

Kata kunci : Paduan alumunium (Al), variasi sprue, penyusutan,

porositas density, kekerasan, foto mikro, komposisi kimia.

viii

PENGARUH PERBEDAAN BENTUK GEOMETRI SALURAN TURUN

PADA CETAKAN PASIR (SEGITIGA, PERSEGI, DAN LINGKARAN)

PADA PEMBUATAN PRODUK COR HANDLE BRAKE DENGAN

BAHAN ALUMUNIUM

Narendra Hidayat, Patna Partono, S.T., M.T.

Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta

Jl. A. Yani Tromol Pos 1 Pabelan, Kartasura

E-mail : narendra.hidayat7@gmail.com

Abstract

This study aims to determine the effect of different geometric

shapes of the descending channel to shrinkage, porosity defects, density,

hardness and micro photographs. The raw material of this research is

using used aluminum or junk alumunium, which is melted in small scale

smelting kitchen.

This research are used 3 types Sprue variations: Sprue triangle,

Sprue square and Sprue circle. Testing of chemical composition using

Emmision Spectrometer. To determine the shrinkage defect compare the

dimensions of the original object with the specimen result of each variation

of Sprue. The porosity defect can be seen by finding the value of density

calculation, hardness testing using brinell test with ATSM standard E10,

testing of microstructure with standard ATSM E3.

The highest shrinkage average yields were on the Triangle Sprue of

3.68%, the Sprue square of 1.9% and for the circle Sprue by 2.04%. In

porosity obtained from density, Triangle Sprue ρ = 2,746, Square Sprue ρ

= 2,964 and Sprue circle ρ = 2,825 the higher density value then the

material is more solid and the porosity is less. Material density is

associated with higher hardness, obtained in triangle spray bronze testing

of 88.25 BHN, a square Sprue of 102.5 BHN and a circle Sprue of 100.25

BHN. The result of the research showed that chemical composition was

found in chemical element (Al) 87,1% as main material, (Si) 9,51%, (Fe)

1.08%, (Zn) 1,78% (Mn) 0,192% . So from the existing elements of this

material include aluminum alloy silicon metal (Al-Si).

Keywords: Aluminum alloy (Al), sprue variation, shrinkage, porosity

density, hardness, micro photo, chemical composition.

ix

HALAMAN PERSEMBAHAN

Syukur Alhamdulillah dipanjatkan kehadirat allah SWT atas berkah

dan Rahmat-NYA, beserta Rosulnya. Alhamdulillah penulis selalu

bersyukuratas kemampuan sederhana yang dimiliki. Rasa bangga,

terharu, serata bahagia atas karunia dan kamudahan yang Engkau

berikan akhirnya skripsi yang sederhana ini dapat terselesaikan. Saya

persembahkan Tugas Akhir ini kepada :

1. Ayahanda (Sukma Hidayat) dan ibunda (Anik Tumiyarsih) yang

dengan ikhlas dan sabar mengasuh, membesarkan, membimbing

serta mendoakanku selalu.

2. Adik-adik saya (Naradipa Hidayat, Nareswara Hidayat dan Aurella

ZF) , keponakan – keponakan , serta sahabat terbaikku yang selalu

mendukung, mendoakan, memotifasi, dan mencairkan suasana

sehingga terasa lebih ringan proses skrisiku.

3. Teman – teman Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta

angkatan 2013 yang selalu membantu dalam segala masalah dalam

pembelajaran.

4. Teman seperjuangan (Laksmana, Ari, Arta, Yudi, Ahmad, Danang)

mahasiswa bimbingan Bapak Patna Partono, S.T.,M.T. yang selalu

memberi semangat, saling membantu dan berjuang bersama.

5. Dosen Universitas Muhammadiyah Surakarta Teknik Mesin yang

telah membimbing saya didalam perkuliahan.

6. Bapak Dosen pembimbing Tugas Akhir Patna Partono, S.T.,M.T.

Saya berterima kasih atas pengarahan dan binbingannya yang telah

banyak saya terima selama berada di Universitas Muhammadiyah

Surakarta.

x

KATA PENGANTAR

Syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang

telah melimpahkan rahmat dan hidayah-NYA, sehingga penulis dapat

menyelesaikan dan menyusun Laporan Tugas Akhir yang berjudul

“PENGARUH PERBEDAAN BENTUK GEOMETRI SALURAN TURUN

PADA CETAKAN PASIR (SEGITIGA, PERSEGI, DAN LINGKARAN)

PADA PEMBUATAN PRODUK COR HANDLE BRAKE DENGAN

BAHAN ALUMUNIUM”, dengan baik dan tepat pada waktunya. Pada

kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. Bapak Ir. Sri Sunarjono, M.T.,Ph.D., selaku Dekan Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta.

2. Bapak Ir. Subroto, M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas

Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.

3. Bapak Ir. Sunardi Wiyono, M.T. selaku Koordinator Tugas Akhir.

4. Bapak Patna Partono, S.T., M.T.selaku Dosen Pembimbing yang

telah membimbing, mengarahkan, memberi petunjuk dalam

penyusunan Tugas Akhir ini.

5. Bapak Ir. Agus Hariyanto, MT. Selaku dosen Pembimbing Akademik

yang memberikan arahan dan bimbingan kepada penulis.

6. Kedua orang tua serta semua keluarga yang telah membesarkan,

mendo’akan, memotovasi serta membiayai semua kebutuhan penulis

sampai sekarang.

7. Teman seperjuangan (Yudi Hartanto, Sholikan Ari W, Laksmana

xi

xii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ................................................................................ i

HALAMAN KEASLIAN SKRIPSI .......................................................... ii

HALAMAN PERSETUJUAN ................................................................. iii

HALAMAN PENGESAHAN .................................................................. iv

LEMBAR SOAL .................................................................................... v

HALAMAN MOTTO ............................................................................... vi

ABSTRAK ............................................................................................. vii

HALAMAN PERSEMBAHAN ............................................................... ix

KATA PENGANTAR ............................................................................. xi

DAFTAR ISI ........................................................................................... xiii

DAFTAR GAMBAR ............................................................................... xvii

DAFTAR TABEL ................................................................................... xxi

DAFTAR SIMBOL ................................................................................. xxii

BAB I PENDAHULUAN

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

1.2 Perumusan Masalah ............................................................ 3

1.3 Pembatasan Masalah .......................................................... 3

1.4 Tujuan Penelitian ................................................................. 4

1.5 Manfaat Penelitian ............................................................... 4

1.6 Sistematika Penulisan .......................................................... 5

BAB II LANDASAN TEORI

2.1 Tinjauan Pustaka ................................................................. 7

xiii

2.2 Dasar Teori .......................................................................... 8

2.2.1. Aluminium ............................................................... 8

2.2.2. Paduan Aluminium.................................................. 10

2.2.3. Jenis-jenis Aluminium Paduan ............................... 14

2.2.4. Proses Pengecoran ................................................ 22

2.2.5. Membuat Coran ..................................................... 23

2.2.6. Pola ......................................................................... 24

2.2.7. Sistem Saluran ...................................................... 25

2.2.8. Rumus Perhitungan Sistem Saluran ..................... 28

2.2.9. Pembekuan Coran ................................................. 30

2.2.10. Pasir Cetak ............................................................ 31

2.2.11. Cacat pada Coran ................................................. 32

2.2.12. Sifat Fisis dan Mekanis ......................................... 36

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Diagram Alir Penelitian ....................................................... 39

3.2 Tempat Penelitian ............................................................... 40

3.3 Alat dan Bahan Penelitian .................................................. 40

3.3.1. Alat Penelitian ............................................................ 40

3.3.2. Bahan Penelitian ........................................................ 44

3.4 Prosedur Penelitian ............................................................ 47

3.4.1. Pembuatan Tungku dan Penutup Tungku ................. 47

3.4.2. Proses Pembuatan Coran .......................................... 48

3.4.3. Persiapan Desain Pola .............................................. 48

xiv

3.4.4. Pembuatan Cetakan Pasir Basah ............................. 50

3.4.5. Peleburan Logam ..................................................... 55

3.4.6. Penuangan Logam Cair dan Pembongkaran

Cetakan ..................................................................... 56

3.4.7. Pengujian Cacat Penyusutan ................................... 57

3.4.8. Pengujian Densitas ................................................... 58

3.4.9. Pengamatan Porositas.............................................. 58

3.4.10. Pengujian Kekerasan .............................................. 59

3.4.11. Pengamatan Struktur Mikro .................................... 61

3.4.12. Pengujian Komposisi Kimia ..................................... 61

3.4.13. Analisa Data ............................................................. 63

3.4.14. Jumlah Spesimen Pengujian ................................... 64

BAB IV DATA DAN ANALISA

4.1 Hasil Perhitungan Perencanaan Sistem saluran ................ 65

4.1.1 Perhitungan Cetakan ................................................ 65

4.2 Pengamatan Keutuhan Produk Cor ................................... 68

4.3 Hasil Penyusutan ................................................................ 69

4.4 Hasil Pengamatan Cacat Porositas ................................... 72

4.5 Hasil Perhitungan Density ................................................. 74

4.6 Hasil Uji Kekerasan Brinell ................................................. 76

4.7 Hasil Uji Struktur Mikro ...................................................... 78

4.8 Hasil Uji Komposisi Kimia ................................................... 80

xv

BAB V PENUTUP

5.1. Kesimpulan .......................................................................... 82

5.2. Saran ................................................................................... 83

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

xvi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Diagram Fasa Al-Cu ......................................................... 15

Gambar 2.2 Diagram Fasa Al – Mn ..................................................... 15

Gambar 2.3 Diagram Fasa Al – Si ...................................................... 16

Gambar 2.4 Diagram Fasa Al-Mg ........................................................ 18

Gambar 2.5 Struktur Mikro Paduan Al – Mg ....................................... 18

Gambar 2.6 Diagram Fasa Al – Si – Mg ............................................ 19

Gambar 2.7 Foto Mikro Paduan Al-Si-Mg ............................................ 19

Gambar 2.8 Diagram Fasa Al – Zn ..................................................... 20

Gambar 2.9 Diagram Fasa Al-Mg-Zn .................................................. 20

Gambar 2.10 Struktur Mikro Paduan Al-Mg ......................................... 21

Gambar 2.11 Struktur Mikro Paduan Al-Si-Cu ...................................... 22

Gambar 2.12 Proses Pembuatan Benda Coran .................................... 24

Gambar 2.13 Sistem Saluran ................................................................ 25

Gambar 2.14 Ukuran Basin (cawan tuang) ........................................... 25

Gambar 2.15 Sprue Runcing ................................................................. 26

Gambar 2.16 Penampang Saluran Pengalir) ........................................ 27

Gambar 2.17 Bentuk Penampang Saluran Masuk ................................ 27

Gambar 2.18 Bagian – bagian Sistem Saluran ..................................... 28

Gambar 2.19 Struktur mikro Pembekuan Logam .................................. 30

Gambar 2.20 Cacat Porositas pada Penampang Potong Produk Cor . 33

xvii

Gambar 2.21 Struktur mikro pembekuan loga Bentuk Cacat

Shrinkage (a) primary type, (b) secondarycavities, (c) discrete

porosity, (d) sink, (e) puncture ......................................................... 33

Gambar 2.22 Cacat Salah Alir ............................................................... 34

Gambar 2.23 Cacat Retakan ................................................................. 36

Gambar 2.24 Proses Pengamatan pada Struktur Mikro ....................... 37

Gambar 2.25 Cacat retakan Bekas Injakan Penetrasi Uji Kekerasan

Brinell ................................................................................................ 38

Gambar 3.1 Diagram alir penelitian ...................................................... 39

Gambar 3.2 Dapur Peleburan skala kecil ................................................ 40

Gambar 3.3 Kowi ................................................................................... 41

Gambar 3.4 Tungku Semen ................................................................... 41

Gambar 3.5 Timbangan Digital ............................................................... 41

Gambar 3.6 Gelas ukur ......................................................................... 42

Gambar 3.7 Jangka Sorong ................................................................. 42

Gambar 3.8 Infra Red Thermometer ...................................................... 42

Gambar 3.9 Alat Uji Spektrometer .......................................................... 43

Gambar 3.10 Alat Uji Brinell .................................................................... 43

Gambar 3.11 Mikroskop Metalografi ........................................................ 43

Gambar 3.12 Alumunium Rosok .............................................................. 44

Gambar 3.13 Pasir cetak ....................................................................... 44

Gambar 3.14 Kerangka cetak kayu ....................................................... 45

Gambar 3.15 Gas elpiji 3Kg .................................................................. 45

xviii

Gambar 3.16 Pasir gunung ................................................................... 45

Gambar 3.17 Semen ............................................................................. 46

Gambar 3.18 Besi .................................................................................. 46

Gambar 3.19 Tungku dan Penutup tungku ........................................... 46

Gambar 3.20 2D Tungku Peleburan ...................................................... 47

Gambar 3.21 Aliran Proses Pembuatan Coran ..................................... 48

Gambar 3.22 Desain Pola Spesimen dan Sprue .................................. 49

Gambar 3.23 Dimensi Pola Spesimen .................................................. 49

Gambar 3.24 Bentuk dan Dimensi Sprue .............................................. 50

Gambar 3.25 Kerangka cetak ................................................................ 50

Gambar 3.26 Papan Kayu ..................................................................... 51

Gambar 3.27 Persiapan Cetakan Bawah dan Penaburan Calcium

Carbonat pada Pola ........................................................................ 51

Gambar 3.28 Proses Pengayakan Pasir, Pengisian pasir,

Penumbukan dan Perataan ............................................................ 52

Gambar 3.29 Pembalikan Cetakan Bawah, Pembersihan pinggir

Pola, dan Penaburan calcium carbonat .......................................... 52

Gambar 3.30 Pemasangan Kerangka Cetakan Atas dan Peletakan

Sprue ............................................................................................... 53

Gambar 3.31 Pengayakan Pasir, Penumbukan, Perataan, dan

Pelepasan Sprue ............................................................................. 53

Gambar 3.32 Pengangkatan Kerangka Cetak Atas, Pembuatan

Ingate dan Pengangkatan pola ....................................................... 54

xix

Gambar 3.33 Pemasangan Kerangka Cetak Atas ................................ 54

Gambar 3.34 Peralatan Dapur Peleburan ............................................. 55

Gambar 3.35 Memasukan Kompor dan Pemasangan Regulator ......... 55

Gambar 3.36 Menghidupkan Kompor Gas ............................................ 55

Gambar 3.37 Memasukan Kowi kedalam tungku dan Memasukan

Alumunium bekas ............................................................................ 56

Gambar 3.38 Penutup Tungku Peleburan ............................................. 56

Gambar 3.39 Pengangkatan kowi dan Penuangan logam cair ................... 57

Gambar 3.40 Pembongkaran Cetakan .................................................. 57

Gambar 3.41 Tabel Konversi BHN......................................................... 60

Gambar 3.42 Spesimen Uji Kekerasan ................................................. 60

Gambar 3.43 Alat Uji Kekerasan Brinnel ............................................... 60

Gambar 3.44 Spectrometer ................................................................... 63

Gambar 4.1 Pengamatan keutuhan produk cor ................................... 68

Gambar 4.2 Pengukuran Hasil Coran .................................................. 69

Gambar 4.3 Persentase penyusutan variasi bentuk saluran turun

(sprue) ............................................................................................. 71

Gambar 4.4 solidification cast metal ..................................................... 72

Gambar 4.5 Perbandingan porositas spesimen. (A) Sprue segitiga,

(B) Sprue persegi, (C) Sprue lingkaran ........................................... 73

Gambar 4.6 Bagian Spesimen yang di Uji Density .............................. 74

Gambar 4.7 Grafik Hasil Uji Density ..................................................... 75

Gambar 4.8 Spesimen Uji Kekerasan ................................................... 76

xx

Gambar 4.9 Grafik Hasil Uji Kekersan ................................................... 77

Gambar 4.10 ASM Alumunium paduan Silicon ..................................... 78

Gambar 4.11 Perbandingan foto mikro pada pembesaran 100x. (A)

Sprue segitiga, (B) Sprue persegi, (C) Sprue lingkaran ................. 79

Gambar 4.12 Perbandingan foto mikro pada pembesaran 200x. (A)

Sprue segitiga, (B) Sprue persegi, (C) Sprue lingkaran ................. 79

xxi

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Karakteristik dan sifat alumunium (Hans orsted pada tahun

1825, pertama kali diisolasi oleh friedrich wohler pada

tahun 1827) ........................................................................... 8

Tabel 2.2 Alumunium dan paduanya serta kode penanaman ............... 11

Tabel 2.3 Bentuk cacat permukaan kasar dan penyebab ..................... 35

Tabel 3.1 Jumlah specimen pengujian .................................................. 64

Tabel 4.1 Tabel penyusutan paduan logam .......................................... 67

Tabel 4.2 Hasil Pengukuran Spesimen Asli Dan Hasil Coran ............. 69

Tabel 4.3 Presentase penyusutan dalam persen (%) ........................... 70

Tabel 4.4 Hasil perhitungan density ..................................................... 75

Tabel 4.5 Hasil Uji Kekerasan Brinel .................................................... 77

Tabel 4.6 Data hasil uji komposisi kimia rata-rata aluminium .............. 80

xxii

DAFTAR SIMBOL

G = Berat benda cor (kg)

= Massa jenis logam (kg/m3)

t = Waktu cor (detik)

h = Tinggi (cm)

n = Jumlah saluran masuk

d = Diameter (cm)

Asm = Luas penampang saluran masuk (mm)