LABORATORIUM METALURGI PROSESDEPARTEMEN METALURGI & MATERIALFAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS INDONESIA

LAPORAN AKHIR PRAKTIKUM PASIR CETAK

NPM / KELOMPOK : 0706268480 / 2 (DUA) NPM / KELOMPOK : 1006772512 / 14

TANGGAL DIKUMPULKAN : 26 APRIL 2013

TANGGAL DITERIMA : 26 APRIL 2013

KETERANGAN :

I. Tujuan PraktikumMahasiswa diharapkan dapat mengetahui sifat-sifat pasir cetak dan hubungan antara sifat-sifat pasir cetak dengan proses penuangan yang meliputi :1. Distribusi besar butir pasir.2. Kadar air atau kadar aditif dalam pasir cetak.3. Hubungan antara permeability, kekuatan geser, dan

kekuatan tekan terhadap kadar air serta bahan aditif dalam pasir cetak.

4. Mampu bentuk (flowability) dari pasir cetak.5. Perbedaan karakteristik antara pasir basah (green

sand), pasir kering (dry sand), dan pasir kering tanpa pemanasan (holding sand).

II. Grafik PercobaanII.1 Grafik Distribusi Pasir

Gambar 2.1. Grafik distribusi pasir

II.2 Grafik Distribusi Pasir Kumulatif

Gambar 2.2. Grafik distribusi kumulatif pasir

II.3 Grafik Pengaruh Kadar Air terhadap Kekuatan Tekan

Gambar 2.3. Grafik pengaruh kadar air terhadap kekuatan tekan

II.4 Grafik Pengaruh Kadar Air terhadap Kekuatan Geser

Gambar 2.4. Grafik pengaruh kadar air terhadap kekuatan geser

II.5 Grafik Pengaruh Kadar Air terhadap Flowability

Gambar 2.5. Grafik pengaruh kadar air terhadap flowability

II.6 Grafik Pengaruh Kadar Bentonit terhadap Flowability

Gambar 2.6. Grafik pengaruh kadar bentonit terhadap flowability

III. AnalisisIII.1 Analisis Distribusi Pasir Cetak

Tujuan dari pengujian distribusi pasir cetak adalah untuk mengetahui distribusi pasir yang akan digunakan sebagai bahan utama pembuat cetakan. Pasir ditimbang lalu diayak selama 15 menit dengan mesin pengguncang yang tersusun atas ayakan dengan nomor mesh tertentu. Pada mesin pengguncang, ayakan disusun dari nomor mesh yang terkecil di bagian paling atas hingga nomor mesh yang terbesar di bagian paling bawah. Hal ini bertujuan agar hasil ayakan memiliki distribusi tingkatan pasir yang paling kasar berada di ayakan teratas hingga distribusi pasir yang paling halus berada di ayakan terbawah. Selanjutnya, tiap-tiap ukuran mesh ditimbang untuk mendapatkan nilai distribusi pasir.

Karakteristik pasir yang baik digunakan adalah pasir yang memiliki bentuk butir bulat, karena bentuk butir bulat membutuhkan jumlah pengikat yang lebih sedikit dan flowabilitynya baik. Jika menggunakan pasir berbutir kristal maka dibutuhkan jumlah pengikat yang lebih banyak dan gampang pecah. Pasir cetak

biasanya merupakan kumpulan dari butir-butir yang tidak sejenis. Tapi terkadang terdiri dari butir-butir yang mempunyai ukuran seragam. Untuk mendapatkan sifat permukaan dan permeability yang diinginkan harus digunakan pasir cetak dengan distribusi butir yang seragam dan halus (nilai GFN besar).

Dari percobaan pengujian distribusi pasir yang dilakukan, maka diperoleh data distribusi pasir silika yang dapat dilihat pada tabel 1 di bawah ini :

Tabel 1. Hasil pengujian distribusi pasir

No. Mesh

Massa ayakan

Wn SnWn x Sn

Sebelum (gram)

Sesudah (gram)

70 258,5 293 34,5 0 080 261,5 274,5 13 70 910

100 252,5 258 5,5 80 440120 252 256,5 4,5 100 450140 245 247,5 2,5 120 300170 243 244,5 1,5 140 210270 240 240,5 0,5 170 85400 148,5 148,5 0 270 0

Wadah 479,5 479,5 0 400 0TOTAL Massa 62 1350 2395

Berdasarkan data di atas, dapat ditentukan nilai Grain Fine Number (GFN) dari pasir cetak, yaitu :

GFN = Σ (Wn.Sn) / Σ Wn ............(3.1)Keterangan :GFN = Nomor Kehalusan Butir.Wn = Berat pasir pada tiap ayakan (gram).Sn = Koefisien ayakan (70,...,400)

dari persamaan di atas diperoleh nilai GFN sebesar :GFN = 2395 / 62 = 38,629

Dari perhitungan nilai GFN di atas, maka diperoleh nilai GFN sebesar 38,629. Dengan nilai GFN sebesar itu, jika dilihat dari literatur, maka pasir cetak ini cocok untuk aplikasi pengecoran Grey Cast Iron. Hal ini dapat dilihat dari tabel 2 di bawah ini :

Tabel 2. Tabel literatur nilai GFNAplikasi AFS – GFN

Grey Cast Iron 60 – 75

Steel 40 – 60

Aluminium Alloy 130 – 140

Magnesium Alloy 65 – 80

Dari hasil perhitungan GFN, dapat diambil kesimpulan bahwa pasir yang digunakan cukup halus dan distribusi besar butirnya heterogen. Hal ini menunjukkan bahwa butir pasir yang digunakan dapat menunjang flowability pasir dalam cetakan nantinya dimana butir-butir pasir yang berukuran lebih kecil dapat menempati celah-celah di antara butir-butir besar lainnya. Perhitungan distribusi yang baik sesuai dengan literatur adalah 2/3 dari berat total memiliki 3 nomor mesh yang berdekatan.

Dari percobaan, dengan mengambil mesh nomor 80, 100, dan 120, didapatkan perhitungan distribusi pasir masih cukup jauh dari persyaratan distribusi yang baik yaitu :

% Distribusi pasir ideal = 2/3 x 100%= 66.7 %

% Berat pasir = 13+ 5,5 + 4,5 gram = 23 gram

% Distribusi pasir = 23 x 100 % 200

= 11,5 %

Dari perhitungan berat distribusi tiga pasir yang berurutan (mesh 80, 100, dan 120) diperoleh persentase dari tiga mesh yang berdekatan hanya 11,5 %. Nilai yang diperoleh lebih kecil dibandingkan literatur yang mengindikasikan bahwa distribusi pasir uji belum mencapai nilai ideal seperti pada literatur.

Distribusi besar butir ini memberi pengaruh terhadap kekuatan mekanis pasir serta kemampuan pasir cetak dalam mengalirkan gas-gas melalui pori-pori, semakin baik distribusi pasir, maka semakin baik kekuatan dan permeability-nya. Namun masih banyak faktor lainnya yang mempengaruhi kekuatan dan permeability pasir selain kehalusan dan distribusi.

III.2 Analisis Kadar Air pada Pasir Cetak

Pada pengujian kadar air pada pasir cetak, pasir yang telah ditambahkan air, bahan pengikat berupa bentonit, dan bahan aditif berupa gula tetes (molasses) serta serbuk arang diaduk sampai rata. Pasir yang telah menjadi adonan akan dihitung kandungan airnya dengan menggunakan infrared dryer. Adonan pasir ditimbang sebanyak 30 gram, lalu dilakukan pengujian dengan infrared dryer selama 15 menit. Setelah proses selesai maka dilakukan penimbangan, sehingga selisih antara sebelum dan sesudah merupakan besar kadar air yang terkandung dalam adonan pasir.

Kemudian hasil dari selisih berat tersebut yang merupakan berat kadar air yang terkandung dalam adonan pasir yang disiapkan sebelumnya. Dengan menggunakan teknik perhitungan sederhana, didapatkan bahwa jumlah kadar air dalam adonan sebagai berikut :

Kadar Air = (berat awal-akhir)/berat awal x 100 %Kadar Air = (30-27,5)/30 x 100%

= 8,33 %Pada pengujian ini diperoleh berat akhir pasir setelah

dipanaskan dengan infrared dryer adalah 27,5 gram. Selisih antara berat awal dan akhir setelah dipanaskan adalah sebesar 2,5 gram. Jadi, persentase kadar air yang terkandung didalam adonan pasir adalah 8,33 %.

Namun jika ditelaah lebih dalam, kadar air yang ditambahkan pada awal pengadukan adonan pasir hanyalah sebanyak 5 %. Namun, setelah dilakukan pengujian infra red dryer ternyata jumlah kandungan air meningkat menjadi 8,33%. Peningkatan kadar air ini, dapat berasal dari air yang terkandung di dalam molases. Seperti yang kita ketahui bahwa molasses ini juga mengandung air dalam jumlah atau kadar tertentu.

Faktor lain yang memungkinkan terjadinya peningkatan kadar air adalah pasir silika yang digunakan mengandung kadar air.

LABORATORIUM METALURGI PROSESDEPARTEMEN METALURGI & MATERIALFAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS INDONESIA

LAPORAN AKHIR PRAKTIKUM PASIR CETAK

NPM / KELOMPOK : 1006772512 / 14TANGGAL DIKUMPULKAN : 26 APRIL 2013

TANGGAL DITERIMA : 26 APRIL 2013

KETERANGAN :

Kadar air merupakan salah satu variabel penting selain bentonit yang sangat perlu diperhatikan dalam membuat cetakan pasir. Kadar bentonit dan kadar air yang ditambahkan ke dalam adonan pasir akan mempengaruhi sifat-sifat mekanis pasir cetak. Pengaruh kadar bentonit telah dijelaskan sebelumnya, sedangkan pengaruh penambahan kadar air terhadap cetakan pasir adalah sebagai berikut :

1. meningkatkan kekuatan tekan dari cetakan pasir sampai ke titik optimum.

2. meningkatkan kekuatan geser dari cetakan pasir sampai ke titik optimum.

3. meningkatkan flowability dari cetakan pasir sampai ke titik optimum.

4. meningkatkan permeability dari cetakan pasir

Penambahan kadar air juga tidak bisa seenaknya karena ada batas penambahan maksimum atau nilai optimum kadar air dalam adonan agar kekuatan mekanis tidak menurun jauh. Nilai optimum tersebut maksudnya adalah nilai dimana sifat mekanis dari cetakan pasir merupakan sifat yang paling bagus. Dengan kata lain, apabila kadar air yag diberikan melebihi nilai optimum tersebut maka sifat mekanis dari cetakan pasir akan menurun. Menurut praktikan, nilai optimum ini sangat tergantung dari

kadar bentonit yang ditambahkan. Dengan kata lain, diperlukan perbandingan yang tepat antara kadar air dan kadar bentonit yang ditambahkan ke dalam adonan untuk cetakan pasir.

III.3 Analisis Sifat Mekanis III.3.1 Kekuatan Tekan

Tujuan dari pengujian tekan adalah untuk mengetahui kekuatan tekan dari pasir yang telah dicampur dengan bahan-bahan penguat dan aditif lainnya. Kekuatan tekan dari adonan pasir diuji dengan menggunakan universal sand strength testing machine dengan mode kekuatan tekan, yaitu dengan menggunakan penekan yang permukaannya rata. Sebelum pengujian dilakukan, sampel dicetak dengan menggunakan sand rammer.

Dari hasil pengujian yang dilakukan, diperoleh bahwa besarnya kekuatan tekan dry sand memiliki kekuatan tekan yang paling tinggi dibandingkan dengan kedua jenis pasir lainnya. Pasir kelompok kami menggunakan kadar air 5 % dan bentonit 6 %, dimana pada saat pembuatan sampel untuk uji tekan dan geser ini, sampel sempat pecah atau rusak dan pasir pecahan tersebut kembali digunakan untuk membuat sampel pengujian yang baru.

Kekuatan tekan sampel pasir dilihat ketika sampel pasir telah mengalami retak ketika diaplikasikan tekanan. Sampel dry sand kelompok kami memiliki kekuatan tekan sebesar 42,5 lbs/inch2.

Sedangkan pada sampel uji holding sand didapatkan bahwa sampel ini telah mulai mengalami cracking (kekuatan tekan) pada 2 lbs/inch2. Dan pada sampel uji green sand mulai terjadinya cracking (kekuatan tekan) pada 0,1 lbs/inch2. Hal ini menunjukkan bahwa urutan kekuatan tekan yang dapat diterima oleh pasir dari yang terbesar hingga terkecil adalah dry sand, holding sand, dan green sand. Hal ini dikarenakan pada sampel dry sand telah mendapat panas yang cukup sehingga telah terjadi reaksi pada aditif dan terbentuk ikatan yang lebih kuat antar permukaan butir pasir dalam adonan pasir tersebut.

III.3.2 Kekuatan Geser Pengujian geser merupakan pengujian yang dilakukan untuk

mengetahui kekuatan geser dari pasir yang telah dicampur dengan bahan-bahan penguat dan aditif lainnya. Kekuatan geser dari adonan pasir diuji dengan menggunakan universal sand strength testing machine dengan mode kekuatan geser, yaitu dengan mengganti bentuk alat penekannya. Sebelum pengujian dilakukan, sampel dicetak dengan mengunakan sand rammer. Kekuatan geser merupakan kekuatan ketika sampel pasir telah mengalami retak.

Dari data kekuatan yang diperoleh, maka praktikan dapat mengurutkan kekuatan geser dari sampel yang diuji. Berdasarkan data hasil praktikum, kekuatan geser pasir cetak dari yang paling kuat hingga yang paling lemah adalah dry sand, holding sand, dan green sand dengan kadar air sebesar 5 %. Dimana kekuatan geser dari masing-masing sampel secara berturut-turut adalah 23 lbs/inch2, 1,6 lbs/inch2 dan 0,1 lbs/inch2. Hal ini telah sesuai dengan literatur.

III.4 Pengaruh Kadar Air terhadap Kekuatan TekanKekuatan tekan pasir cetak juga dipengaruhi oleh kadar air

yang dikandungnya. Berdasarkan data dan grafik di atas kekuatan tekan sampel dry sand akan maksimum pada kadar air sekitar 7 %. Sedangkan untuk sampel green sand dan holding sand kekuatan tekannya relatif sama pada kadar air yang berbeda.

Hal ini tidak sesuai dengan literatur seharusnya green sand dan holding sand kekuatan tekannya akan maksimum pada kadar air tertentu bukannya terus sama pada penambahan kadar air berbeda. Kesalahan ini mungkin dikarenakan tidak meratanya pencampuran adonan pasir dengan aditif lainnya dan tidak telitinya dalam pengujian kekuatan tekan. Untuk sampel dry sand , data diperoleh telah sesuai dengan literatur karena kekuatan tekan akan meningkat terus seiring bertambahnya kadar air.

III.5 Pengaruh Kadar Air terhadap Kekuatan GeserBerdasarkan pada data yang diperoleh pada pengujian kekuatan

geser, dapat dilihat pengaruh dari penambahan kadar air pada kadar bentonit yang tetap (6 %) terhadap kekuatan geser pasir cetak. Kekuatan geser sampel dry sand dan holding sand akan optimum pada kadar air sekitar 5 %. Sedangkan pada sampel green sand kekuatan geser akan meningkat seiring dengan peningkatan kadar air. Hal ini dikarenakan pada kekuatan geser yang berpengaruh adalah kekuatan tekan basahnya, sehingga pada sampel green sand (pasir basah) kekuatan gesernya meningkat seiring bertambahnya kadar air.

III.6 Pengaruh Kadar Air terhadap FlowabilityFlowability yang baik merupakan salah satu syarat yang harus

dimiliki oleh pasir yang akan digunakan sebagai cetakan. Flowability maksudnya adalah kemampuan dari pasir untuk mengisi ruangan-ruangan pada cetakan dengan baik. Dengan sifat flowability yang bagus diharapkan pasir yang akan digunakan dapat mengisi cetakan dengan sempurna.

Pada percobaan untuk menguji flowability, dilakukan dengan cara melakukan ramming pada pasir cetak. Lalu kemudian, diukur tinggi dari pasir cetak hasil ramming dan ditambah 0,3 mm. Kemudian tinggi hasil pengukuran ini dibandingkan dengan grafik flowability terhadap ketinggian untuk mengetahui flowability dari pasir yang diuji.

Berdasarkan pada pengujian yang praktikan lakukan flowability pasir cetak dipengaruhi oleh kadar air dan kadar bentonit. Untuk sampel pasir cetak dengan kadar bentonit tetap dan kadar air yang berubah. Berdasarkan data yang didapat, tidak dapat disimpulkan pengaruh kadar air terhadap flowability karena data yang didapatkan tidak memiliki kecenderungan naik atau turun terhadap peningkatan kadar air dan grafik yang dihasilkan naik-turun.

III.7 Kadar Bentonit terhadap Flowability Berdasarkan pada pengujian yang praktikan lakukan

flowability pasir cetak juga dipengaruhi oleh kadar bentonit. Untuk sampel pasir cetak dengan kadar air tetap dan kadar bentonit yang berubah maka akan didapatkan data sebagai berikut :

Tabel 3. Pengaruh kadar bentonit terhadap flowability

Kadar Bentonit

FlowabilityKelompok Kadar Pasir Tekan Geser

14 6%Green 0,1 0,1 35%Dry 42,5 23 47%

Holding 2 1,6 6,25%

15 6%Green 0,1 0,1 52,75%Dry 18 5 58,75%

Holding 0,4 0,7 58,75%

20 5%Green 0,15 0,1 58,25%Dry 67,5 22,5 47,25%

Holding 1 0,1 58,25%

Berdasarkan data pengujian pada tabel 3 maka secara umum flowability akan maksimum pada kadar bentonit relatif rendah (6 %). Flowability pasir cetak akan optimum ketika kadar bentonit sekitar 6 % dan jika kadar bentonit berlebih maka flowability akan menurun. Hal ini dikarenakan kadar bentonit yang berlebihan akan menyebabkan ikatan yang terbentuk sangat kuat, sehingga pasir tidak mudah diatur dan dituang untuk mengisi ruangan-ruangan pada cetakan (flowability rendah).

III.8 Analisis AkhirMelalui percobaan yang telah dilakukan dapat diketahui bahwa

pasir cetak yang baik harus memiliki distribusi pasir yang baik. Distribusi pasir yang ideal, yaitu 2/3 total pasir berada pada ukuran mesh yang berurutan. Nilai distribusi pasir juga ditunjukkan oleh nilai GFN. Kesesuaian antara nilai GFN dan material yang akan di cor sangat penting untuk diperhatikan (tabel 2) untuk memperoleh cetakan dan hasil pengecoran yang baik.

Selain itu, perbandingan antara kadar bentonit dan kadar air yang ditambahkan sangat penting untuk diperhatikan. Perbandingan antara air dan bentonit harus benar-benar tepat. Hal-hal tersebut dimaksudkan agar diperoleh pasir cetak dengan sifat flowability, kekuatan tekan, kekuatan geser dan sifat permeability yang baik sehingga didapat cetakan yang baik pula. Oleh karena itu, diperlukan perbandingan yang benar-benar optimum pada kadar air dan kadar bentonit yang ditambahkan agar diperoleh sifat mekanis yang baik.

IV. Kesimpulan

1. Kadar air dan kadar bentonit dalam pasir cetak akan mempengaruhi sifat mekanis flowability, kekuatan tekan dan kekuatan geser.

2. Distribusi dari pasir cetak yang digunakan cukup bagus. Namun distribusi pasir pada tiga mesh yang berurutan (80, 100 dan 120) cukup jauh dengan berat dua per tiga dari keseluruhan pasir yang digunakan. Persentase distribusi pasir pada tiga mesh tersebut hanyalah 11,5 %, dengan nilai GFN sebesar 38,629

3. Dengan meningkatnya kadar air dan kadar bentonit akan meningkatkan kekuatan tekan dan kekuatan geser sampai ke titik optimum sekitar kadar air atau bentonit sebesar 5 %.

4. Dengan peningkatan kadar bentonit pada kadar air tetap akan meningkatkan sifat flowability sampai ke pada titik optimum. Dimana pada kadar bentonit 6 % flowabilitynya baik.memiliki nilai flowability tertinggi, yaitu sebesar 58,75 %.

5. Kekuatan tekan dan kekuatan geser pada kadar air 5 % dan kadar bentonit 6 % secara berurutan dari yang paling tinggi adalaha. Kekuatan tekan: dry sand, holding sand, dan green

sandb. Kekuatan geser: dry sand, holding sand, dan green

sand

V. Saran

1. Pada proses pembuatan campuran pasir cetak diberikan aditif berupa arang karbon. Penggunaan arang karbon pada pengujian pasir cetak tidak mempengaruhi sifat mekanis yang akan dihasilkan. Jadi menurut praktikan penggunaan arang karbon dalam praktikum pasir cetak dapat dihilangkan.

2. Pada saat praktikum tidak dilakukan pengujian data permeability dikarenakan alat yang digunakan rusak,mudah-mudahan ke depannya bisa dilakukan agar praktikan memiliki pengetahuan dan kemampuan dalam uji tersebut..

3. Memperluas daerah pengujian tekan,geser dan pembuatan sampel dengan merapikan benda dan alat uji yang ada disekitar tempat pengujian.

VI. Referensi

1. Laboratorium Metalurgi Proses Departemen Metalurgi dan Material FTUI. 2011. Modul Praktikum Pasir Cetak. Laboratorium Metalurgi Proses Departemen Metalurgi dan Material FTUI : Depok

2. Dhaneswara,Donanta. Diktat pengecoran logam. Jurusan Metalurgi FTUI. 1998.

3. Suharno, Bambang. 2013. Materi Kuliah Pengecoran Logam : Cetakan & Dapur Peleburan. Departemen Metalurgi dan Material FTUI : Depok..