pengaruh permeabilitas dan temperatur tuang … filev kata pengantar puji syukur penulis panjatkan...
TRANSCRIPT
iii
PENGARUH PERMEABILITAS DAN TEMPERATUR TUANG
CETAKAN PASIR TERHADAP
SIFAT IMPAK DAN STRUKTUR MIKRO
HASIL CORAN ALUMINIUM SILIKON (Al-7%Si)
Oleh : Kadek Indra Adhi Y
Dosen Pembimbing : Dr. Ir. I Ketut Gede Sugita, MT
: A A I A S Komaladewi,ST,MT
ABSTRAK
Aluminium adalah logam non ferro yang sangat luas penggunannya di bidang industri.
Logam alumium mempunyai sifat-sifat penting diantaranya adalah ringan,tahan
korosi, dan penghantar panas yang baik yang menyebabkan aluminium dipilih menjadi
salah satu bahan untuk membuat komponen mesin yang memiliki sifat ringan seperti
pulley, velg, piston dan lain sebagainya. Tingginya penggunaan logam aluminium di
industri manufacture tidak lepas dari teknologi pengecoran. Hasil coran aluminium
yang digunakan pada komponen mesin, masih banyak yang mengalami kerusakan
salah satu diantaranya kemampuan alir gas (permeabilitas) dan kekuatan cetak yang
kurang baik. Penelitian ini diharapkan mampu mengetahui kemampuan produk
pengecoran terhadap beban impak dari berbagai temperatur yang di ukur dan
diharapkan dapat meningkatkan produktifitas hasil coran.
Penelitian ini menggunakan variasi nilai permeabilitas yaitu 22.29 cm3/min, 27.06
cm3/min, dan 31.62 cm3/min , dan menggunakan variasi temperatur tuang yaitu
6800C,7300C dan 7800C. Penelitian ini dilakukan guna untuk meningkatkan kualitas
produk, salah satunya dengan cara mengamati pengaruh permeabilitas dan temperatur
tuang terhadap kekuatan impak yang akan dilakukan dengan pengujian impak dan
pengamatan struktur mikro dan struktur makro pada hasil pengecoran alumunium
silikon dengan menggunakan alat uji mikroskop optik dan alat uji SEM.
Hasil penelitian menunjukan bahwa semakin tinggi nilai permeabilitas dan semakin
rendah temperatur penuangan maka semakin besar nilai kekuatan impak yang terjadi
demikian sebaliknya. Hasil pengujian impak menunjukkan bahwa nilai kekuatan
impak tertinggi diperoleh pada temperatur tuang 6800C dengan nilai permaebilitas
31.62 cm3/min yaitu 0.048736 Nm/mm2 dan nilai kekuatan impak terendah diperoleh
pada temperatur tuang 7800C dengan nilai permaebilitas 22,29 cm3/min yaitu 0.03813
Nm/mm2.
Kata kunci: pengecoran, permeabilitas, temperatur tuang, uji impak
iv
PENGARUH PERMEABILITAS DAN TEMPERATUR TUANG
CETAKAN PASIR TERHADAP
SIFAT IMPAK DAN STRUKTUR MIKRO
HASIL CORAN ALUMINIUM SILIKON (Al-7%Si)
Author : Kadek Indra adhi Yogeswara
Guidance : Dr. Ir. I Ketut Gede Sugita, MT
: A A I A S Komaladewi,ST,MT
ABSTRACT
Aluminum is a non-ferrous metal which is widely used in the field of industry.
Aluminum metal has important properties that is light, corrosion resistant, and a good
conductor of heat that causes aluminum is selected to be one material for engine
components that have properties such as pulleys, Velg , Piston and so on. The high
use of aluminum metal in the manufacturing industry can not be separated from the
foundry technology. The results of aluminum castings used in machine components,
many still suffered damage one of the value of gas flow capability (permeabilit y) and
poor print strength. This research is expected to know the ability of casting products
against various conditions that are measured and expected to increase the productivity
of castings.
This research uses variation of permeability value that is 22.29 cm3/min,27.06
cm3/min, and 31.62 cm3/min, and using variation of casting temperature that is
6800C,7300C and 7800C. This research is done in order to improve product quality,
one of them by observing effect of permeability and temperature Pour against impact
strength to be done with impact test and observation of micro structure and macro
structure at silicon aluminum casting result by using optical microscope and SEM test
equipment.
The results showed that the higher the permeability value and the lower the pouring
temperature, the greater the impact strength value so vice versa. The impact test results
showed that the highest impact strength value was obtained at 6800C casting
temperature with cm3/min permeability value of 0.048736 Nm/mm2 and the lowest
impact strength value was obtained at 7800C casting temperature with 22,29 cm3/min
permaebility value 0.03813 Nm/mm2.
Keywords: casting, permeability, Casting temperature, impact test
v
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat
rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “PENGARUH
PERMEABILITAS DAN TEMPERATUR TUANG CETAKAN PASIR TERHADAP
SIFAT IMPAK DAN STRUKTUR MIKRO HASIL CORAN ALUMINIUM SILIKON
(Al-7%Si)”
Dalam penyusuna skripsi ini penulis mendapat banyak bantuan dari berbagai pihak, untuk itu
penulis mengucapakan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
Bapak Dr.Ir. I Ketut Gede Sugita, MT selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Fakultas
Teknik Universitas Udayana.
Bapak Dr.Ir. I Ketut Gede Sugita, MT Selaku Dosen Pembimbing I.
Bapak A A I A S Komaladewi,ST,MT Selaku Dosen Pembimbing II.
Bapak Dr.Ir.I.Gusti Ngurah Nitya Santhiarsa,MT Selaku Dosen Penguji I.
Bapak I Gede Putu Agus Suryawan,ST,MT Selaku Dosen Penguji II.
Bapak Dr.Ir.I Ketut Suarsana,MT. Selaku Dosen Penguji III.
Bapak Ir. I Nyoman Budiarsa,MT,Ph.D Selaku Dosen Pembimbing Akademik.
Bapak/Ibu dosen serta staf pegawai Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas
Udayana.
Keluarga yang selalu mendukung dan membantu dalam perkuliahan hingga penyusunan
proposal skripsi.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini tentu jauh dari kesempurnaan mengingat keterbatasan
pengetahuan dan referensi yang penulis miliki. Oleh karena itu kritik dan saran yang sifatnya
konstruktif sangat penulis harapkan dari berbagai pihak. Sekali lagi penulis mengucapkan
banyak terima kasih dan penulis mohon maaf apabila ada kekurangan atau kesalahan dalam
penulisan skripsi ini.
Bukit Jimbaran, 11 Juli 2017
Penulis
vi
DAFTAR ISI
Halaman
LEMBAR PENGESAHAN ...................................................................................................... i
LEMBAR PERSETUJUAN .................................................................................................... ii
ABSTRAK ............................................................................................................................... iii
ABSTRACT ............................................................................................................................. iv
KATA PENGANTAR .............................................................................................................. v
DAFTAR ISI............................................................................................................................ vi
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................................ viii
DAFTAR TABEL .................................................................................................................. ix
DAFTAR RUMUS .................................................................................................................. x
BAB I PENDAHULUAN ....................................................................................................... 1
1.1 Latar Belakang ....................................................................................................... 3
1.2 Rumusan Masalah .................................................................................................. 3
1.3 Batasan Masalah .................................................................................................... 3
1.4 Tujuan Penelitian ................................................................................................... 3
1.5 Manfaat Penelitian ................................................................................................. 3
BAB II DASAR TEORI ......................................................................................................... 4
2.1 Pengecoran (casting) ................................................................................................ 4
2.2 Methode Pengecoran ............................................................................................... 5
2.2.1 Bagian-Bagian Dari Cetakan Pasir .......................................................... 7
2.2.2 Jenis-jenis cetakan pasir ................................................................................................... 8
2.2.3 Susunan Pasir Cetak .......................................................................................................... 9
2.2.4 Pasir ................................................................................................................................ 10 2.3 Permeabilitas .......................................................................................................... 11
2.4 Alumunium ........................................................................................................... 12
2.5.1 Sifat Fisik Alumunium .......................................................................... 12
2.5.2 Sifat Mekanik Alumunium ..................................................................... 13
2.5 Silikon ................................................................................................................... 13
2.6.1 Sifat Fisik Silikon .................................................................................. 13
2.6.2 Diagram Fase Paduan Alumunium Silikon .................................................................... 14
2.6 Sifat-Sifat Mekanik Material ............................................................................................ 14
2.7 Pengujian Spesimen .......................................................................................................... 16
2.7.1 Uji Impak ....................................................................................................................... 16
2.7.1 Pengujian Struktur Mikro .............................................................................................. 22
BAB III METODE PENELITIAN ....................................................................................... 24
3.1 Diagram Alir Penelitian ........................................................................................ 24
3.2 Bahan dan Alat Penelitian ..................................................................................... 25
3.2.1 Bahan Penelitian .................................................................................... 25
3.2.2 Alat Penelitian ........................................................................................ 27
3.3 Variabel Penelitian ................................................................................................. 33
3.3.1 Variabel Bebas ........................................................................................ 33
3.3.2 Variabel Terikat .................................................................................... 33
vii
3.3.3 Variabel Kontrol ................................................................................... 33
3.4 Pelaksanaan Penelitian ...................................................................................................... 33
3.3.1 Proses Pembuatan Spesimen (Proses Pengecoran) ................................ 33
3.3.2 Proses Pengujian Spesimen.................................................................... 36
3.5 Waktu dan Tempat Penelitian ............................................................................................ 40
3.5.1 Tempat Penelitian ................................................................................. 40
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................................... 41
4.1 Data Hasil Penelitian............................................................................................. 41
4.2 Data Hasil Pengujian Permeabilitas Pasir ............................................................. 41
4.3 Hasil Uji Impak ................................................................................................................. 42
4.4 Data Struktur Makro Spesimen Uji Impak ...................................................................... 47
4.5 Data Struktur Mikro Spesimen Uji Impak ....................................................................... 49
4.5.1 Pembahasan Struktur Mikro .............................................................................. 52
4.6 Pembahasan....................................................................................................................... 53
BAB V PENUTUP.................................................................................................................. 54
5.1 Kesimpulan ........................................................................................................... 54
5.2 Saran ..................................................................................................................... 54
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................................... 55
LAMPIRAN
viii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Proses pembuatan benda cor ................................................................................. 6
Gambar 2.2 Pengecoran dengan cetakan pasir ......................................................................... 7
Gambar 2.3 Bentuk butir-butir pasir cetak ............................................................................... 9
Gambar 2.4 Grafik Diagram fasa Al-Si ( Tottendan Mac Kenzie, 2003 ) ............................... 14
Gambar 2.5 Ilustrasi Uji Impak ............................................................................................... 17
Gambar 2.6 Skema dari Mikroskop Optik ............................................................................... 23
Gambar 3.1 Pasir cetak ............................................................................................................ 25
Gambar 3.2 Alumunium .......................................................................................................... 26
Gambar 3.3 Silikon .................................................................................................................. 27
Gambar 3.4 Dapur pengecoran ................................................................................................ 27
Gambar 3.5 Blower .................................................................................................................. 27
Gambar 3.6 Kowi ..................................................................................................................... 28
Gambar 3.7 Timbangan ........................................................................................................... 28
Gambar 3.8 Permeabilitas test ................................................................................................. 28
Gambar 3.9 Timbangan digital ................................................................................................ 29
Gambar 3.10 Vernier caliper ................................................................................................... 29
Gambar 3.11 Gergaji tangan .................................................................................................... 29
Gambar 3.12 Amplas ............................................................................................................... 30
Gambar 3.13 Autosol .............................................................................................................. 30
Gambar 3.14 Kain beludru ...................................................................................................... 31
Gambar 3.15 Alat uji Impact ................................................................................................... 31
Gambar 3.16 Alat Uji Mikroskop Optik .................................................................................. 32
Gambar 3.17 Bagian cetakan pasir a) Dimensi cetakan penuh, b) bagian dalam cetakan ....... 34
Gambar 3.18 Proses peleburan ................................................................................................ 35
Gambar 4.1 Skema Spesimen Pengujian Uji Impak (ASTM E-23) ........................................ 42
Gambar 4.2 Grafik Nilai Rata-rata Kekuatan Impak Terhadap Variasi Permaebilitas
dan Temperatur Tuang ....................................................................................... 46
Gambar 4.3 Struktur makro patahan spesimen dengan variasi permaebilitas dengan
temperatur tuang 680 oC ......................................................................................................... 47
Gambar 4.4 Struktur makro patahan spesimen dengan variasi permaebilitas dengan
temperatur tuang 730 oC ......................................................................................................... 48
Gambar 4.5 Struktur makro patahan spesimen dengan variasi permaebilitas dengan
temperatur tuang 780 oC ......................................................................................................... 49
Gambar 4.6 Struktur mikro spesimen dengan masing-masing variasi permaebilitas dan
temperatur tuang ..................................................................................................................... 52
ix
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Jenis Logam dan Temperatur Tuang ......................................................................... 6
Tabel 2.2 Sifat Fisik Aluminium ............................................................................................. 12
Tabel 2.3 Sifat mekanik aluminium ......................................................................................... 13
Tabel 4.1 Hasil pengukuran permeabilitas pasir. ..................................................................... 41
Tabel 4.2 Data Ukuran Spesimen Impak ................................................................................ 42
Tabel 4.3 Data Hasil Uji Impak .............................................................................................. 13
x
DAFTAR RUMUS
Halaman
Rumus 2.1 Impact strength ..................................................................................................... 18
Rumus 2.2 Energi yang diserap ............................................................................................... 18
Rumus 2.3 Energi Awal ........................................................................................................... 18
Rumus 2.4 Energi Akhir ......................................................................................................... 18
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Aluminium adalah logam non ferro yang sangat luas penggunannya di bidang
industri.logam alumium mempunyai sifat-sifat penting diantaranya adalah ringan,tahan
korosi, dan penghantar panas yang baik yang menyebabkan aluminium dipilih menjadi
salah satu bahan untuk membuat komponen mesin yang memiliki sifat ringan seperti
pulley, velg, piston dan lain sebagainya (Khoirrudin, dkk, 2014).
Aluminium lebih banyak dipakai sebagai paduan dari pada sebagai logam murni,
dikarenakan aluminium tidak kehilangan sifat ringan dan sifat-sifat mekanisnya dan
mampu cornya dapat diperbaiki dengan menambah unsur-unsur lainnya. Unsur paduan
pada aluminium diantaranya : tembaga, mangan, silikon, magnesium, nikel , dan
sebagainya (Surdia dan Kenji, 1986). Paduan aluminium-silikon (Al-Si) digunakan secara
luas dibidang otomotif karena memiliki ketahanan aus dan tahan korosi yang baik.
Tingginya penggunaan logam aluminium di industri manufacture tidak lepas dari
teknologi pengecoran yaitu membentuk suatu material logam dengan cara mencairkan
logam dan menuangkan ke rongga cetak yang berbentuk sesuai material logam yang
diinginkan (Akuan A,2010).Kadang-kadang produk yang akan diinginkan mempunyai
bentuk yang rumit dan sulit untuk dibentuk melalui proses permesinan, sehingga harus
dibentuk melalui proses pengecoran. Untuk membuat coran harus dilakukan proses-proses
seperti: pencairan logam, pembuatan cetakan pasir, penuangan, dan pembongkaran
(Wibowo,2012).
Pengecoran yang paling banyak digunakan di home industry adalah pengecoran cetakan
pasir (sand casting) (Suhardi,1992). Pengecoran ini menggunakan cetakan yang terbuat
dari pasir . Pasir yang dipakai dapat dibentuk lagi menjadi cetakan. Pengecoran dengan
cetakan yang terbuat dari pasir memiliki keunggulan biayanya yang murah, mudah dalam
pengerjaanya, dapat membuat benda-benda kerja yang bentuknya rumit dan berukuran
besar (Khoirrudin, dkk, 2014).
2
Hasil coran aluminium yang digunakan pada komponen mesin, masih banyak yang
mengalami kerusakan sehingga dilakukan pergantian komponen. Penggantian komponen
ini, salah satunya disebabkan oleh beban yang diterima komponen mesin secara terus
menerus dan cacat hasil coran.Timbulnya cacat-cacat tersebut dipengaruhi beberapa hal
diantaranya kemampuan alir gas (permeabilitas) dan kekuatan cetak yang kurang
baik(Astika, dkk, 2010).Cacat coran dapat juga dipengaruhi oleh letak saluran masuk yang
kurang baik, yang akan meningkatkan presentase cacat porositas yang menyebabkan
semakin rendah nilai kekerasanya (Kusharjanto, Ariwan, &Murjoko, 2011).
Kajian tentang pengecoran dengan pengaruh variasi jumlah saluran masuk terhadap
struktur mikro dan ketangguhannya pada aluminium silikon menggunakan cetakan pasir.
Hasil dari penelitian tersebut diketahui harga ketangguhan impak rata-rata hasil coran
aluminium semakin menurun dengan bertambahnya jumlah saluran masuk yang
menyebabkan kekerasan meningkat sehingga menjadikannya bersifat semakin getas dan
semakin banyak jumlah variasi saluran masuk pada hasil coran ditunjukan bahwa struktur
mikro yang terbentuk memiliki butiran Al-Si yang berbentuk panjang seperti jarum yang
berwarna gelap tersebar merata dipermukaan aluminium (Khoirrudin, dkk, 2014).
Dari kajian sebelumnya peneliti akan meneliti tentang pengaruh permeabilitas dengan
variasi temperatur tuang . Penelitian ini difokuskan untuk mengetahui pengaruh
permeabilitas dan temperatur tuang terhadap sifat impak melalui uji ketangguhan dan
struktur mikro pada paduan (Al-7%Si) dengan menggunakan metode sand casting.
Permeabilitas adalah kemampuan cetakan untuk melepaskan gas-gas yang terperangkap
dalam cetakan selama waktu penuangan. Pengujian impak adalah suatu pengujian
dilakukan untuk mengetahui kekuatan bahan terhadap pembebanan kejut (shock
resistance), seperti sifat kerapuhan dari produk tuangan (casting) serta pengaruh bentuk
dari produk tersebut (Sudjana, 2008) sedangkan pemeriksaan struktur mikro memberikan
informasi tentang bentuk struktur, dan ukuran butir. Penelitian ini diharapkan mampu
mengetahui kemampuan produk pengecoran terhadap beban impak dari berbagai
temperatur yang di ukur dan diharapkan dapat meningkatkan produktifitas hasil coran.
3
1.2 Rumusan Masalah
1. Bagaimanakah pengaruh permeabilitas dan temperatur tuang terhadap kekuatan impak
hasil coran Aluminium silikon(Al-7%Si).
2. Bagaimanakah pengaruh permeabilitas dan temperatur tuang terhadap struktur mikro
hasil coran Aluminium silikon(Al-7%Si).
1.3 Batasan Masalah
1. Bahan yang diteliti adalah logam paduan aluminium silikon (Al-7%Si) dengan variasi
permeabilitas dengan variasi temperatur tuang.
2. Paduan alumunium silikon (Al-7%Si) di lebur dan dituang kemasing-masing variasi
permeabilitas dengan temperatur yang berbeda.
3. Temperatur penuangan yang digunakan dalam proses pengecoran adalah 680, 730, dan
780 0C.
4. Nilai variasi permeabilitas cetakan pasir yang digunakan adalah 22.29 𝑐𝑚3/min, 27.06
𝑐𝑚3/min, dan 31.62 𝑐𝑚3/min
5. Pengujian yang dilakukan adalah uji impact, dan uji struktur mikro.
6. Komposisi pasir cetak : 85% pasir, 10% bentonit, dan 5%air.
1.4 Tujuan Penelitian
1. Mengetahui pengaruh permeabilitas dan temperatur tuang terhadap sifat impak
hasil coran aluminium silikon (Al-7%Si) dengan metode cetakan pasir.
2. Mengetahui pengaruh permeabilitas dan temperatur tuang terhadap stuktur
mikro hasil coran aluminium silikon (Al-7%Si) dengan metode cetakan pasir.
1.5 Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat diperoleh suatu manfaat berupa :
1. Dapat memberikan pengetahuan tentang pengaruh permeabilitas cetakan pasir pada
alumunium silikon.
2. Dapat menerapkan ilmu dari teori yang dipelajari dengan praktek langsung dalam
pengecoran Alumunium.
3. Dapat memberi pengetahuan tentang hasil penelitian yang telah dilakukan guna
referensi penelitian selanjutnya.
4. Dapat membuat produk yang berkualitas dengan mengetahui sifat-sifat bahan dari hasil
pengujian impak
4