ceramic shell pada investment...

STUDI EKSPERIMEN PENGARUH KOMPOSISICERAMIC SHELL PADA INVESTMENT CASTINGTERHADAP KEKASARAN PERMUKAAN DAN POROSITASPRODUK TOROIDAL PISTON

Arif SetiyonoNRP : 2108 100 141

Dosen pembimbing : Dr. Ir. Soeharto, DEANIP : 130 937 168

1.1 Latar Belakang

1.2 Perumusan Masalah

1.3 Batasan Masalah

1.4 Tujuan Penelitian

1.5 Manfaat Penelitian

1.1 Latar Belakang

1. Penelitian di Hangyang University (Korea) tentang desain piston toroidal dengan tipe shallow bowl telah menghasilkan geometri ruangbakar yang optimal pada mesin diesel → SFC meningkat 35% danGas polutan (jelaga, NOx,CO, HC) turun

2. Inisiatif untuk merealisasikan desain piston toroidal denganinvestment casting menggunakan metode ceramic shell jikadibandingkan dengan metode yang lain, seperti: squeeze casting danpowder metallurgy

3. Permasalahan investment casting khususnya dengan metodeceramic shell tentang penggunaan komposisi ceramic shell yang berdampak pada kekasaran permukaan dan porositas pada produkcor

1.2 Perumusan Masalah

1. Bagaimana hubungan antara komposisi alumina dan gipsumpada ceramic slurry terhadap kekasaran permukaan produk corhasil investment casting?

2. Bagaimana hubungan antara komposisi alumina dan gipsumpada ceramic slurry terhadap porositas produk cor hasilinvestment casting?

1.3 Batasan Masalah

1. Aliran logam cair pada saat melalui sistem saluran dan rongga cetakanadalah aliran incompressible flow

2. Peralatan pengecoran dalam investment casting dan peralatan uji dapatbekerja dengan baik

3. Temperatur penuangan dan waktu tuang adalah seragam pada tiapproses pengecoran

4. Proses coating pada pohon lilin menghasilkan ketebalan cetakanceramic shell yang seragam disetiap bagiannya

5. Pada saat proses pengecoran tidak dilakukan degasing

1.4 Tujuan Penelitian

1.Mengetahui hubungan antara komposisi alumina dan gipsumpada ceramic slurry terhadap kekasaran permukaan produk corhasil investment casting

2. Mengetahui hubungan antara komposisi alumina dan gipsumpada ceramic slurry terhadap porositas produk cor hasilinvestment casting

1.5 Manfaat Penelitian

1.Mendapatkan kualitas produk pengecoran yang memilikikekasaran permukaan dan persentase porositas yang rendah

2. Dapat digunakan sebagai bahan pertimbangan dalam pemilihankomposisi ceramic shell pada investment casting untukmendapatkan kualitas produk sesuai dengan yang diinginkan

2.1 Investment Casting

2.2 Lapisan Ceramic Shell

2.3 Komposisi Ceramic Shell

2.4 Keramik

2.5 Sistem Saluran

2.6 Piston

2.7 Aluminium

2.8 Porositas

2.9 Kekasaran Permukaan

2.10 Pengujian Spesimen

2.1 Investment Casting

• CERAMIC SHELL • SOLID MOLD

2.2 Lapisan Ceramic Shell

• Primary coating = menggunakan ceramic slurry (material pengikat + material tahanapi halus)

• Secondary coating = menggunakanmaterial tahan api kasar (silica, zircon, alumina, dan aliminium silica)

Coating

• Selama 60 menit (primary coating + secondary coating ═ 2 – 3 mm)Hardening

• Penghilangan pola lilin pada temperatur 120 C selama 60 menitDewaxing

• Penghilangan pengotor dan pengerasanceramic shell pada temperatur 25 – 730 CSintering

2.3 Komposisi Ceramic Shell

CERAMIC SHELL

(70%-75%) REFRACTORY

MATERIAL

(25%-30%) CERAMIC SLURRY

(Material Pengikat + Material tahan Api

Halus) + AIR

Material Tahan Api Kasar = Pasir aluminium silikat,

alumina, silica, ataupasir zircon

2.4 Keramik

• Susunan kimia feldspar adalah (K, Na) AlSi3O8• Ketahanan temperatur hingga 1200 C Feldspar

• Terdiri dari kristal-kristal silika (SiO2)• Ketahanan temperatur hingga 1710 C Silika

• Terdiri dari alumina hidrat (Al2O3.nH2O, n = 1, 2, 3)

• ketahanan temperatur hingga 2040 CAlumina

2.5 Sistem Saluran

2.6 Piston

Kepala Land atas

Alur ring kompresi 1

Land keduaAlur ring kompresi 2

Land ketiga

Alur ring oli

Skirt

Lubang pin

Saluran oli

Alur pin

Lubang oli

Alur pegas pengunci

Lubang pin

Celah katup

Desaincrown Bagian

piston

2.7 Aluminium

2.8 Porositas

• Permeabilitas rendah menyebabkan udara yang terjebak tidak dapat berdifusi keluar danmembeku didalam dan dipermukaan logam cair

PermeabilitasCetakan

• Temperatur penuangan logam cair yang tinggimeyebabkan gas hidrogen di lingkungan mudahlarut secara difusi

Gas Hidrogen(H2)

• Cetakan Ceramic Shell bereaksi dengan logam cair:• CaSO4 => CaO + SO2• 2SO2 => S2 + 2O2

Gas Sulfur Dioksida (SO2)

2.9 Kekasaran Permukaan

Rt = Kekasaran Total

Rp = Kekasaran Perataan

Ra = Kekasaran rata-rata Aritmetik

Rz = Kekasaran Total rata-rata

2.9 Pengujian Spesimen

Pengujianspesimen

Pengujianporositas

Pengukurankekasaran

permukaan

Pengujiankualitatif

Pengujiankuantitatif

3.1 Diagram Alir Penelitian

3.2 Desain Toroidal Piston

3.3 Material dan Peralatan Penelitian

3.4 Langkah-langkah Percobaan

3.5 Rancangan Lembar Pengambilan Data

3.1diagram Alir Penelitian

3.2 Desain Toroidal Piston

Desain Toroidal Piston 3D Desain Toroidal Piston 2D

Spesifikasi Piston :Tipe : FORD 1000 cc 1.0LAEDiameter Bore : 70,5mmPanjang Piston : 61,8 mmDiameter Pin : 20 mmPajang Pin : 54 mm

3.3 Material dan Peralatan Penelitian

MATERIAL PERALATAN

Lilin (Wax)

Gypsum

Silicon Rubber

Ceramic Powder

Pasir Silica

Aluminium Paduan

Neraca Jarum

Investment Mixing Basin

Pengayak Pasir

Jangka Sorong

Wax Melting Out Container

Burn Out Furnance

Dapur Peleburan Logam

Palu Besi

Gergaji Logam

Mesin Grinding & Polishing

Bejana Ukur

Timbangan Digital

Surface Roughness Tester

3.4 Langkah-langkah Percobaan

PELAPISAN CERAMIC

SHELL

TAHAP

PERSIAPAN

PROSESPENGECORAN

TAHAP PENGUJIAN

3.3 Langkah-langkah Percobaan

TAHAP PERSIAPANPELAPISAN

CERAMIC SHELLPROSES

PENGECORANTAHAP PENGUJIAN

Pendekatan standart AFS:

Panjang sisi sprue atas = 35 mmTinggi sprue = 210 mmPanjang sisi sprue bawah = 31 mmPanjang sisi gate = 31 mm

Perancangan danpembuatansistem saluran

Pembuatanmaster pola

Pembuatan cetakanmaster pola

Duplikasi master pola lilin danperakitan pohon lilin

TAHAP PERSIAPANPELAPISAN

CERAMIC SHELLPROSES

PENGECORANTAHAP PENGUJIAN

3.3 Langkah-langkah Percobaan

Pembuatanbahan

ceramic slurry

VARIASIKOMPOSISI CERAMIC SLURRY :Ceramic Slurry tipe 1 : 95% Alumina + 5% gipsumCeramic Slurry tipe 2 : 90% Alumina + 10% gipsumCeramic Slurry tipe 3 : 85% Alumina + 15% gipsumCeramic Slurry tipe 4 : 80% Alumina + 20% gipsum

Pembuatan ceramic slurry dengan perbandingan(alumina) : air adalah 1 : 3

Pengaukan hingga merataselama minimal 10 menit

TAHAP PERSIAPANPELAPISAN

CERAMIC SHELLPROSES

PENGECORANTAHAP PENGUJIAN

3.3 Langkah-langkah Percobaan

Pelapisanpohon lilin

denganceramic

shell

Pelapisan primer dengan ceramic slurry

Pelapisan sekunderdengan pasir silica

Proses primary coating sebanyak 5x dan secondary coating sebanyak 3x hingga mencapai ketebalan sekitar 10 mm

TAHAP PERSIAPANPELAPISAN

CERAMIC SHELLPROSES

PENGECORANTAHAP PENGUJIAN

3.3 Langkah-langkah Percobaan

Proses oven cetakanceramic

shell

Dewaxing pada temperatur 120 C selama 60 menit untuk memlelehkan pola lilin

Sintering bertahap pada temperatur 25 – 340 C dan 340 - 730 CMasing-masing dengan engan holding time 30 menitUntuk menghilangkan pengotor dan pengerasan ceramic shell

TAHAP PERSIAPANPELAPISAN

CERAMIC SHELLPROSES

PENGECORANTAHAP PENGUJIAN

3.3 Langkah-langkah Percobaan

Peleburan aluminium paduanpada teperatur 700 C

Penuangan logam cair

kedalam cetakan ceramic shell

Penghacuran cetakan ceramic shell

dan pemotongan produk cor

dari sistem saluran

TAHAP PERSIAPANPELAPISAN

CERAMIC SHELLPROSES

PENGECORANTAHAP PENGUJIAN

3.3 Langkah-langkah Percobaan

TAHAP PERSIAPANPELAPISAN

CERAMIC SHELLPROSES

PENGECORANTAHAP PENGUJIAN

3.3 Langkah-langkah Percobaan

TAHAP PERSIAPANPELAPISAN

CERAMIC SHELLPROSES

PENGECORANTAHAP PENGUJIAN

3.3 Langkah-langkah Percobaan

SURFACE SUBSURFACE

4.1 Pembuatan Pola Lilin

4.2 Pembuatan Ceramic Shell

4.3 Proses Pengovenan Ceramic Shell

4.4 Proses Pengecoran

4.5 Pengukuran Kekasaran Permukaan

4.6 Pengukuran Porositas

4.1 Pembuatan Pola Lilin

Cet

akan

Po

la

Mas

ter

Po

la

Du

plik

asiP

ola

Po

ho

nL

ilin

4.1 Pembuatan Ceramic Shell

Cer

amic

Slu

rry

Co

atin

g

Cer

amic

Slu

rry

Co

atin

gP

asir

Sili

ka

Cer

amic

Sh

ell

4.3 Proses Pengovenan Ceramic Shell

De

wax

ing

Sin

teri

ng

Tah

ap1

Sin

teri

ng

Tah

ap2

4.4 Proses Pengecoran

Pen

gec

ora

n1 Api

Pen

gec

ora

n2 Api

Api

Asap

Pen

gec

ora

n4

Api

Asap

Pen

gec

ora

n3

Peleburan Logam

4.5 Pengukuran Kekasaran Permukaan

Bag

ianCrown

Pis

ton

Bag

ian

Sili

nd

erBore

4.5 Pengukuran Porositas

Pen

gu

kura

nM

assa

Sp

esim

en

Pen

gu

kura

nV

olu

me

Sp

esim

en

5.1 Produk Hasil Pengecoran

5.2 Data Hasil Pengukuran Kekasaran permukaan

5.3 Data Hasil Pengukuran Porositas Kuantitatif

5.4 Data Hasil Pengukuran Porositas Kualitatif

5.1 Produk Hasil Pengecoran

Ce

ram

ic S

hell ti

pe1

Cera

mic

Sh

ell ti

pe3

Cera

mic

Sh

ell ti

pe4

Ce

ram

ic S

hell ti

pe2

Pengusutan= 0,16 mm

5.2 Data Hasil Pengukuran Kekasaran permukaan

5.2 Data Hasil Pengukuran Kekasaran permukaan

5.3 Data Hasil Pengukuran Porositas Kuantitatif

5.4 Data Hasil Pengukuran Porositas Kualitatif

Produk 1

Produk 2

Produk 3

Produk 4

Produk 1

Produk 2

Produk 3

Produk 4

5.4 Data Hasil Pengukuran Porositas Kualitatif

6.1 Analisa Produk Cor

6.2 Analisa Data Hasil Pengukuran Kekasaran Permukaan

6.3 Analisa Data Hasil Pengukuran Porositas

6.1 Analisa Produk Cor

6.2 Analisa Data Kekasaran Permukaan

6.3 Analisa Data Hasil Pengukuran Porositas

7.1 Kesimpulan

7.2 Saran

7.1 Kesimpulan

Peningkatan persentase gipsum (CaSO4) dalam ceramic slurry

sebesar 5% hingga 20% telah meningkatkan kekasaranpermukaan produk cor dari 7,71μm hingga 11,36μm

Peningkatan persentase gipsum (CaSO4) dalam ceramic

slurry sebesar 5% hingga 20% telah meningkatkan porositasproduk cor dari 5,16% hingga 15,38%

Produk cor berupa toroidal piston yang dihasilkan dariinvestment casting dengan komposisi gipsum (5% hingga20%) dan alumina (95% hingga 80%) belum dapatmenghasilkan produk yang dengan kualitas yang baik

1.

2.

3.

7.2 Saran

Untuk mengindari terjadinya ledakan logam cairpada saat penuangan logam cair makapegecoran harus dilakukan langsung setelahproses sintering selesai