pengaruh permeabilitas pasir cetak dalam …

32 Vol 9 No. 2 Oktober 2014

PENGARUH PERMEABILITAS PASIR CETAK DALAMPENANGGULANGAN CACAT RONGGA GAS (BLOWHOLES)

PRODUK NIPPLE REM ANGIN KERETA API

J A E L A N IDosen Politeknik Muhammadiyah Tegal Pogram Studi D3 Desain Produk

Email: [email protected]

ABSTRAKPengecoran logam sangat adaptif terhadap tuntutan persyaratan, terutama untukmenghasilkan produk dengan jumlah banyak, perubahan dimensi dan bentuk dapatdilakukan dalam waktu relative cepat dengan kecepatan produksinya cukup tinggi. Sebagaicontoh pada pembuatan nipple rem angin kereta api. Nipple rem angin kereta apimenggunakan besi cor kelabu karena tidak memerlukan persyaratan sifat mekanis spesifikdan harganya murah. Tetapi pada pembuatan nipple rem angin kereta api dijumpai banyakcacat, terutama cacat gas. Untuk menghemat biaya produksi diperlukan penelitian untukmenanggulangi cacat gas.Untuk mengetahui penyebab cacat gas dilakukan melaluipengujian-pengujian sebelum maupun sesudah pengecoran.Sebelum pengecoran dilakukanpengujian permeabilitas pasir cetak, Selain itu dilakukan percobaan untuk membuktikanfactor-faktor penyebab terjadinya cacat. Percobaan itu antara lain membuat variableperbedaan ventilasi pada cetakan, dari hasil percobaan dilakukan verifikasi dengan produkyang baik.Dari hasil hasil penelitian diperoleh penyebab terjadinya cacat gas antara lainpermeabilitas pasir cetak yang kurang sempurna, sebesar 36 cm³ /menit.Sedangkanpersyaratan permeabilitas sebesar 75-85 cm³ / menit.Kata kunci : cacat gas, pasir perak, permeabilitas, ventilasi.

PendahuluanDalam dunia industry, teknologi

pengecoran logam tidak pernahditinggalkan. Pengecoran logam dengancara menuangkan logam cair ke dalamcetakan dan membekukannya di dalamrongga cetak. Dengan demikian produk corberbeda dengan produk wrought yangdiproduksi melalui pengerjaan mekanikseperti forging, rolling atau extruding.Namun, produk wrought pun pada awalnyaberupa coran yaitu ingot yang kemudiandibentuk melalui deformasi plastis untukmenghasilkan produk dengan bentuk yangdiinginkan.

Dengan demikian percobaan logammerupakan salah satu jenis metodepembentukan logam yang penting.Metodepembentukan lainnya adalah machining,forging, welding, hot working, metallurgiserbuk dan lain-lain.Namun demikian untukmenghasilkan sebuah komponen yang dapatdigunaka dalam keteknikan perlu dilakukanbeberapa metode pembentukan

logam.Sebagai contoh sebuah benda corsering membutuhkan permesinan terlebihdahulu sebelum menjadi komponen yangsiap untuk digunakan. Barang-barang corbanyak digunakan di industry transportasi(kereta api, mobil, pesawat terbang, dankapal laut), pembangkit listrik (mesindiesel, mesin pembangkit listrik tenaga air,uap dan gas), industry pertambangan (alat-alat angkut, alat muat, alat gali, alatpengolahan).

Meskipun pengecoran logam sangatadaptif terhadap tuntutan persyaratanterutama untuk menghasilkan produkdengan jumlah banyak (mass production),perubahan dimensi dan bentuk dapatdilakukan dalam waktu relative cepat,kecepatan produksinyapun sangat tinggi,namun selalu ada cacat yang terdapat dalamproduk pengecoran logam. Diantaranyacacat Cut/wash, inklusi pasir, inklusi terak,Drops, Push-up/clamp-off, Rongga gas(blowholes), Penyusutan, Cold shut/coldlap, Misrun.

Vol 9 No. 2 Oktober 2014 33

Rumusan masalah:Bagaimana pengaruh permeabilitas

pasir cetak dalam penanggulangan cacatrongga gas.

Tujuan penelitianUntuk mengetahui pengaruh

permeabilitas pasir cetak dalampenanggulangan cacat rongga gas.

LANDASAN TEORIRongga gas adalah cacat yang paling

banyak terjadi dalam berbagai bentuk.Rongga gas dapat muncul sebagai lubangpada permukaan atau didalam coran,terutama sedikit dibawah permukaan yangmelakukan rongga-rongga bulat. Merekamempunyai warna yang berbeda-bedasesuai dengan sebab terjadinya cacat, yaituwarna karena oksidasi atau karena tidakoksidasi. Pada besi cord an baja corberwarna hitam atau biru, pada paduantembaga berwarna cokelat atau kuning.

a b

c dGambar 1. macam-macam cacat

blowholes(3)

Gambar 1. merupakan macam-macam cacatblowholes, gambar a cacat blowholes yangterdapat dibawah permukaan besi cor,gambar b cacat blowholes yang terletakbersama dros, gambar c cacat blowholesyang terletak disudut, gambar d cacatblowholes yang terletak dibawahpermukaan besi cor dan diketahui setelahproses permesinan.

Sebab-sebab cacat rongga gassecara kasar digolongkan menjadi dua yaitudisebabkan gas dari logam cair dandisebabkan gas dari cetakan. Dalam gambar2. dijelaskan proses terjadinya gas.

Sebab utama dari rongga gas adalahsebagai berikut (2):1. Logam cair dioksidasi.2. Tidak cukup keringnya saluran cerat dan

ladel, logam cair membawa gas.3. Temperatur penuangan yang rendah4. Penuangan yang terlalu lambat5. Cawan tuang dan sistim saluran yang

basah6. Permeabilitas pasir cetak yang kurang

sempurna7. Lubang angin yang tidak memadai pada

inti8. Cetakan yang kurang kering9. Terlalu banyak gas yang timbul dari

cetakan10.Tekanan diatas cetakan terlalu rendah11.Rongga udara oleh penyangga, cil atau

cil dalam.

Dalam peleburan dengan dapurkupola perlu mendapat cairan logam yangbersih yaitu dengan menjaga tingginya alaskokas, dengan menghindari tiupan yangberlebihan, dengan menghilangkankelembaban pada dasar dan dinding olehpemanasan mula dan denganmenghilangkan zat penghilangoksida.Selanjutnya perlu mendapat logam

Gambar 2. Proses terjadinya gas ( 2 )

GasdalamLoga

mcair

Gadaricetaka

n

Logampadat

setelahmembeku

Gasyang

terbawa

Gelembung-

gelembung

Keluardari

lubangangin

Keluardari

cetakan

Terbatas dalam logam

Kedalamlogam cair

Keluardari

penambah

Melalui pasir

Terbatas

padapermukaan

Kepermukaanlogam cair

Rongga udaradalam

Rongga

udaraluar


cair bertemperatur tinggi dengan mengaturjumlah kokas secara sempurna.Saluran danladel harus dikeringkan sampai keringsekali.

Rongga gas (blowholes) bisa terjdidengan mudah terutama pada temperaturpenuangan yang rendah. Apabila letaksaluran turun tidak baik dan waktupenuangan terlalu lama, maka rongga gas(blowholes) mudah terjadi. Oleh karena ituperlu memasang saluran turun pada tempatyang benar dan menuan gkan logam cairdengan temperatur yang tepat dan kecepatanyang cukup cepat. Lihat gambar 3. dan 4.

Gambar 3. Perubahan letak saluran turun(2)

Gambar 4. Perubahan dari saluran turun (2)

Rongga gas (blowholes) bisa disebabkanoleh permeabilitas cetakan yang tidak baik,oleh uap air setempat dan bahan yangmembentuk gas. Oleh karena jumlah gasperlu diusahakan menjadi sekecil mungkin.

Pada pengeluaran gas yang tidaksempurna, terutama untuk inti yangterselubungi logam cair, maka rongga gasakan membentuk cacat yang tidak dapatdihindarkan,sesuai dengan ukuran inti, jalanuntuk gas dibuat dengan membuat lubanganginatau dengan mencampur sinder kokasatau dengan mengeluarkan gas melaluitelapak inti contohnya pada gambar 5.

Kalau tinggi penuangan terlalu rendahtekanan logam menjadi kecil daripasatekanan gas dalam cetakan.Oleh karena itutinggi penuangan yang rendah dapatmenyebabkan rongga udara.Dalam haltertentu tinggi logam cair harus diatas200mm untuk mencegah rongga udara.Lihat gambar 6. dalam hal ini tentu sajakecepatan penuangan harus tinggi

Gambar5. Lubang anginyang sesuai Gambar 6. Perubahan

dari saluran turun (2)

Yang mendominasi dalampengecoran logam. Contohnya produknipple rem angin kereta api yang diproduksioleh perusahaan bubut dan cor TARMIDIPUTRA yang berlokasi di Tegal dimanamempunyai permasalahan terjadi cacatblowholes. Untuk mengatasi permasalahanyang ada, maka diperlukan penelitian gunamencari penyebab terjadinya cacatblowholes sekaligus mencari solusi daripermasalahan yang ada.

METODE PENELITIANPenelitian ini dilaksanakan dengan metodeberikut:Menentukan produk yang cacat gas(blowholes)

Nipple rem angin kereta apidiproduksi dengan menggunakan prosespengecoran logam yang kemudiandilakukan proses machining. Produk Nipplerem angin kereta api yang telahdimachining bisa dilihat pada gambar 7,sedangkan sebelum dimachining bisa dilihatpada gambar 8.

Gambar 7. Nipple remangin kereta api

Gambar 8. Nipple remangin kereta api sebelum

dimachiningPada saat sebelum dimachining

produk Nipple rem angin kereta api belumterlihat cacatnya. Tetapi setelahdimachining ternyata begitu banyak cacatblowholes yang terdapat pada produktersebut. Bahkan 50% lebih produk


mengalami cacat blowholesseperti terlihatpada gambar 9. cacatblowholes baru bisadiketahui pada saat machining karenaletaknya cacat berada di dalam. Jadi setelahmachining kita baru bisa menentukanproduk yang mengalami cacat blowholes.

Gambar 10. Cacat blowholes

Pemeriksaan pasir cetakPasir cetak memerlukan sifat-sifat

yang memenuhi persyaratan sebagaiberikut:1. Mempunyai sifat mampu bentuk

sehingga mudah dalam pembuatancetakan dengan kekuatan yang cocok.Cetakan yang dihasilkan harus kuatsehingga tidak rusak karena dipindah-pindah dan dapat menahan logam cairwaktu dituang kedalamnya. Karena itukekuatannya pada temperature kamardan kekuatan panasnya sangatdiperlukan.

2. Permeabilitas yang cocok. Dikuatirkanbahwa hasil coran mempunyai cacatseperti rongga penyusutan, gelembunggas atau kekasaran permukaan, kecualijika udara atau gas yang terjadi dalamcetakan waktu penuangan disalurkanmelalui rongga-rongga diantara butir-

butir pasir keluar dari cetakan dengankeepatan yang cocok.

3. Distribusi besar butir yang cocok.Permukaan coran diperhalus kalau corandibuat di dalam cetakan yang berbutirhalus. Tetapi kalau butir pasir terlaluhalus, gas sulit keluar dan membuatcacat, yaitu gelembung udara. Distribusibesar butir harus cocok mengingat duasyarat yang disebut diatas.

4. Tahan terhadap temperature logam yangdituang. Untuk besi cor temperaturetuang 1250°C-1450°C. butir pasir danpengikat harus mempunyai derajat tahanapi tertentu terhadap temperaturetinggi.

5. Komposisi yang cocok. Butir pasirbersentuhan dengan logam yang dituangmengalami peristiwa kimia dan fisikakarena logam cair mempunyaitemperature yang tinggi. Bahan-bahanyang bercampur yang mungkinmengahsilkan gas atau larut dalamlogam tidak dikehendaki.

6. mampu dapat didaur ulang. Pasir harusdapat dipakai berulang-ulang supayaekonomis.

7. Pasir harus murah.

HASIL PENELITIAN DANPEMBAHASANPermeabilitas pasir cetak

Pada pengecoran logam yangmenggunakan cetakan pasir, karakteristikpasir cetak sangat berpengaruh terhadaphasil coran. Untuk mendapatkan hasil coranyang baik diperlukan pasir cetak yangmempunyai karakteristik sesuai denganpersyaratan. Untuk bias mengetahuikarakteristik pasir cetak yang digunakandalam pembutan nipple rem angin keretaapi diperlukan pengujian terhadap pasircetak yang digunakan pada pembuatannipple rem angin kereta api. Dari hasilpengujian pasir cetak diperoleh data sepertiyang terlihat pada table 1.

Gambar 9. Perubahan dari saluran turun (2)


Table 1. Data pasir pembuatan nipple remangin kereta api

Pasircetak

PenggunaanKadarair %

Permeabilitasbasah cm3/

menitGFN

KadarClay

Greensand

Coran kecilcetakantangan

5,30 36,0 87,84 8.50

Untuk mengetahui apakah pasircetak merupakan salah penyebab cacatblowholes, maka perlu membandingkanantara data hasil uji pasir cetak denganpersyaratan pasir cetak yang diijinkan.Table III .2 merupakan persyaratan pasircetak yang diijinkan dalam pengecoranlogam.

Dengan menganalisa data diatas,pasir cetak merupakan salah satu penyebabterjadinya cacat rongga gas (blowholes).Terutama pada besarnya nilai permeabilitaspasir cetak yang digunakan untuk membuatnipple rem angin kereta api sebesar 36Cm3/ menit, sedangkan syarat yangdiijinkan adalah 75-85 Cm3/menit. Untuknilai yang lain juga tidak memenuhipersyaratan seperti nilai GFN, Kadar clay,kadar air juga kekuatan tekan basah. Tetapiuntuk hal-hal tersebut tidak begituberpengaruh dalam proses terjadinya cacatblowholes

Table 2. Karakteristik cetakan pasir.Pasircetak

PenggunaanKadarair %

Permeabilitas basahcm3/ menit

GFNKadarClay

Greensand

Coran kecilcetakantangan

6-7 75-85100-140

12-18

Yang sangat berpengaruh adalahnilai permeabilitas. Semakin kecil nilaipermeabilitas, semakin kecil laju aliran gasyang dapat dikeluarkan melalui pasir cetak.Sehingga semakin banyak gas yang terjebakdalam cetakan yang dapat menyebabkancacat rongga gas(blowholes)Hal ini bias dibuktikan dengan percobaanpemberian ventilasi pada pembuatancetakan nipple rem angin kereta api. Sepertiyang terlihat pada gambar III.2 merupakan

hasil percobaan pembuatan nipple remangin kereta.

Gambar 2a. Cacat rongga gas(blowholes) pada cetakan tanpa diberiventilasi. Gambar 2b. Cacat rongga gas(blowholes) pada cetakan diberi satuventilasi. Gambar 2c. Cacat rongga gas(blowholes) pada cetakan diberi duaventilasi. Gambar 2d. Cacat rongga gas(blowholes) pada cetakan diberi tigaventilasi. Percobaan menggunakan pasircetak dengan nilai permeabilitas 36 Cm3/menit dan menggunakan desain saluranlama.

Semakin bertambah ventilasisemakin bertambah nilai permeabilitascetakan pasir, sehingga semakin banyak gasdari logam cair maupun dari cetakan yangdapat dikeluarkan. Semakin banyak gasyang dikeluarkan dari cetakan, jumlah cacatrongga gas ( blowholes)semakin berkurang.

Dari pengamatan visual diperolehsemakin banyak ventilasi yang ada padacetakan semakin berkurang cacat ronggagas ( blowholes) pada benda cor. Untuklebih meyakinkan pengamatan visualdilakukan penimbangan nipple rem anginkereta api hasil percobaan.

Dari hasil penimbangan diperolehsemakin banyak ventilasi semakin beratnipple dari rem angin kereta api hasilpercobaan. Semakin berat nipple dari remangin kereta api hasil percobaan semakinsedikit cacat rongga gas (blowholes). Hasilcoran pada cetakan tanpa ventilasimempunyai berat 480 gram, pada cetakanyang diberi tiga ventilasi mempunyai berat515 gram. Untuk mengetahui volume nipplerem angin kereta api diperoleh dengan carahasil penimbagan niiple rem angin keretaapi dibagi dengan berat jenis berat corkurang lebih 7,23 gram/cm³. dari hasilperhitungan diperoleh data seperti yangterdapat pada tabel 3.


Tabel 3. hasil penimbangan nipple remangin kereta api

Jumlah ventilasi nipplerem angina kereta api

Timbangangram(gr)

Volume(cm³)

Tidak ada ventilasi 469,5 64.94Satu ventilasi 480 66,39Dua ventilasi 493 68,19Tiga ventilasi 515 71,23

Dengan melihat table 3. maka bisa diketahuivolume udara yang terjebak dalam nipplerem angin kereta api hasil percobaan. Yaitumengurangi volume nipple rem angin keretaapi yang bagus sebesar 72,89 cm³ denganmasing-masing volume nipple rem anginkereta api hasil percobaan. Sehinggadidapat table 4.

Tabel 4. hasil penimbangan nipple remangin kereta api

Jumlah ventilasi nipplerem angin kereta api

Volume besicor (cm³)

Volumeudara (cm³)

Tidak ada ventilasi 64,94 7,95Satu ventilasi 66,39 6,5Dua ventilasi 68,10 4,7Tiga ventilasi 71,23 1,66

Dari Tabel 4. diperoleh grafik sepertiterlihat pada gambar 11. Gambar 12.menunjukan semakin banyak ventilasisemakin sedikit cacat rongga gas(blowholes) yang terjadi. Untuk yang tidakterdapat ventilasi menunjukan jumlahvolume rongga gas (blowholes) kuranglebih 7,95 cm³, satu ventilasi, rongga gas(blowholes) kurang lebih 6,5 cm³, ronggagas (blowholes) kurang lebih 4,7 cm³,rongga gas (blowholes) kurang lebih 1,66cm³.

Bertambahnya ventilasiberpengaruh terhadap nilai permeabilitaspasir cetak. Semakin banyak ventilasisemakin besar nilai permeabilitas,sehinmgga semakin sedikit cacat rongga gas(blowholes).

a b

c dGambar 11. Cacat Rongga gas (blowholes)Hasil Percobaan.

Keterangan a.Tanpa Ventilasi b.Satu Ventilasi.c.Dua Ventilasi d.Tiga Ventilasi

02468

10

0 2 4

Volu

me

Uda

ra

Ventilasi

S…

Gambar 12. Grafik Ventilasi-volume udara

KESIMPULANPasir cetak tidak sesuai dengan

persyaratan terutama nilai permeabilitassebesar 36 cm³/menit, persyaratanpermeabilitas yang digunakan untukpembuatan nipple rem angin kereta apisebesar 75-85 cm³/menit.

Pada percobaan menggunakan variabelventilasi, semakin banyak ventilasi semakinsedikit volume rongga gas yang terdapatpada nipple rem angin kereta api. Tanpaventilasi berat nipple 469,5 gr, satu ventilasiberat nipple 480 gr, dua ventilasi beratnipple 793 gr dan untuk tiga ventilasimempunyai berat 515 gr.


DAFTAR PUSTAKABalai Besar Logam dan Mesin, JICA,

Petunjuk Praktis TeknologiPengecoran Besi Tuang, cetakan IIPebruari 2004. P 15.

Foseco Serving the ASEAN Region,Metallurgy & Productionof Grey &Ductile Iron, BCIRA.p9.

Gaskell David R, An Introduction toTRANSPORT PHENOMENA InMATERIALS ENGINEERING,Maxwell Macmillan International,New York Oxford Singapore Sydney,1992.p 607

Mervin T. Rowley, international atlas ofcasting deffects, AmericanFoundrymen’s Society,Inc. 1993.p81-103

Purbaja.A, Teori Praktikum ProsesPengecoran Ferro (FC danFCD),BBPILM, Bandung 2005.

Surdia Tata dan Chijiwa Kenji, TeknologiPengecoran Logam, PradnyaParamita , Jakarta, 1996. P 216-217.

Waspodo Martojo, dan Eddy Agus Basuki,Teknik Pengecoran, OptionMetalurgi, Departemen TeknikPertambangan Institut TeknologiBandung, 2004

pengaruh permeabilitas pasir cetak dalam …

Documents