pengaruh preheating pada cetakan permanen …eprints.ums.ac.id/73512/11/naskah publikasi-63...
TRANSCRIPT
PENGARUH PREHEATING PADA CETAKAN PERMANEN
TERHADAP KECEPATAN PEMBEKUAN PADA
PENGECORAN BESI COR KELABU
Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi Strata I pada
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Oleh:
GALIH PRASETYO
D 200 140 245
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2019
i
1
PENGARUH PREHEATING PADA CETAKAN PERMANEN TERHADAP
KECEPATAN PEMBEKUAN PADA PENGECORAN BESI COR KELABU
Abstrak
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh preheating cetakan permanen
dengan suhu 100oC, 200oC, 300oC terhadap kecepatan pembekuan material besi
cor kelabu. Metodologi penelitian ini dilakukan dengan cara melebur besi cor
kelabu kedalam tungku induksi hingga cair lalu dituangkan kedalam cetakan
permanen. Pengujian saat logam masih cair menggunakan alat uji CE meter
kemudian setelah material membeku dilakukan beberapa pengujian antara lain uji
komposisi kimia, uji stuktur mikro, uji kekerasan. Penelitian ini menggunakan
material besi cor kelabu. Dari spesimen ini akan ditentukan 12 titik per spesimen
untuk mengetahui sifat fisis dan mekanis di beberapa titik yang telah ditentukan.
Pengujian komposisi kimia menggunakan alat spectrometer sedangkan Uji
kekerasan menggunakan uji kekerasan mikro rockwell. Hasil dari pengujian CE
meter menunjukan kandungan karbon sebesar 3,86% dan kandungan silikon
sebesar 2,38%. Hasil pengujian menunjukan pengaruh preheating cetakan
terhadap kecepatan pembekuan besi cor kelabu dimana semakin tinggi preheating
cetakan maka semakin lama laju pendinginannya. Dari data pengujian stuktur
mikro pada bagian yang diuji kekerasan terlihat grafit dan perlit. Dari hasil
kekerasan diperoleh bahwa harga tertinggi kekerasan terdapat pada area D dengan
kekerasan 73 HRC kemudian yang terendah pada area B dengan kekerasan 53
HRC.
Kata kunci : pengecoran, besi cor kelabu, preheat cetakan, kekerasan
Abstract
This study aims to determine the effect of permanent mold preheating at 100 ° C,
200 ° C, 300 ° C on the freezing speed of gray cast iron material. The
methodology of this research is done by melting gray cast iron into the induction
furnace until it is liquid and then poured into a permanent mold. Testing when the
metal is still liquid using a CE meter test then after the material freezes, several
tests are carried out including chemical composition test, micro structure test,
hardness test. This study uses gray cast iron material. And these specimens will be
determined 12 points per specimen to determine physical and mechanical
properties at several predetermined points. Testing the chemical composition
using a spectrometer while the hardness test uses rockwell micro hardness test.
The result from the CE meter test showed a carbon content of 3.86% and silicon
content of 2.38%. The test results show the effect of the preheating of the mold on
the freezing speed of gray cast iron where the higher the preheating of the mold
2
the longer the cooling rate. From the microstructure testing data on the parts tested
the hardness was seen graphite and pearlite. The result of the hardness was that
the highest price of hardness was in area D with a hardness of 73 HRC then the
lowest in area 8 with a hardness of 53 HRC.
Keywords : casting, gray cast iron, preheat mold, hardness
1. PENDAHULUAN
Pengecoran logam merupakan salah satu metoda pembentukan benda kerja atau
bahan baku benda kerja yang telah sejak lama dilakukan bahkan jauh sebelum
berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi sebagaimana bukti-bukti yang
ditemukan oleh archaeologist berupa benda kuno seperti, koin-koin emas, perak,
perunggu dalam bentuk 3 dimensi melalui proses pengecoran, artinya paling tidak
proses pengecoran sudah dilakukan sejak berkembangnya peradaban manusia
(Hardi sudjana, 2008). Berbagai macam metode pengecoran logam telah
ditemukan dan terus disempurnakan, diantaranya centrifugal casting, investment
casting,sand casting, dan lain lain. Proses pengecoran adalah proses terbentukya
logam dengan cara mencairkan logam padat dalam tungku peleburan dengan
temperatur tinggi, kemudian di tuangkan kedalam cetakan dan di biarkan
membeku.
Besi cor merupakan salah satu jenis logam yang sudah lama digunakan
manusia untuk menunjang kehidupan dalam bentuk peralatan atau komponen
rumah tangga, permesinan,alat tranportasi dan lain lain. Sekitar 80 persen mesin
kendaraan terbuat dari besi cor. Pada dasarnya besi cor merupakan paduan
eutektik dari besi dan karbon yang memiliki temperatur leleh sekitar 1200o
celcius. Besi cor umumnya mengandung unsur silicon antara 1-3 persen. Dengan
kandungan sebesar ini, silicon mampu meningkatkan kekuatan besi cor melalui
penguatan fasa ferit. Besi cor dengan kandungan kadar karbon antara 2-3 persen
dan dengan kandungan silicon tersebut ,memiliki temperatur leleh eutektik lebih
rendah. Besi cor digolongkan menjadi empat macam yaitu besi cor kelabu, besi
cor putih, besi cor nodular dan besi cor mampu tempa.
3
Besi cor kelabu memiliki kadar silicon yang relatif tinggi yaitu antara 1 – 3
persen. Dengan silicon sebesar ini besi cor akan membentuk grafit dengan mudah
sehingga fasa karbida Fe3C tidak terbentuk. Grafit serpih besi cor ini terbentuk
saat proses pembekuan. Besi cor kelabu memiliki kandungan karbon antara 2,5 –
4,0 persen, dan kandungan mangan antara 0,2 – 1,0 persen. Sedangkan kandungan
fosfor antara 0,002 – 1,0 persen dan sulfar antara 0,02 – 0,025 persen. Salah satu
karakteristik dari besi cor ini adalah bidang patahannya. Patahan terjadi dengan
rambatan yang melintasi satu serpih ke serpih lainnya. Serpihan grafit yang
dimiliki oleh besi cor menyebabkan keuletan bahan menjadi sangat rendah.
Bahkan bisa nol persen. Namun demikian, grafit serpih ini mampu meredam
getaran dengan cukup baik. Dengan kata lain besi cor ini memiliki kapasitas
peredaman tinggi.Dalam proses pengecoran logam terdapat beberapa jenis cetakan
yang digunakan antara lain yaitu cetakan tidak permanen dan cetakan permanen.
Cetakan permanen bisanya terbuat dari baja yang memiliki titik lebur lebih tinggi
dari meterial yang di tuangkan.
Cetakan permanen yang digunakan harus melalui proses preheating terlebih
dahulu sebelum besi cor cair dituangkan kedalam cetakan. Preheating merupakan
proses pemanasan cetakan sebelum besi cor dituangkan kedalam cetakan yang
bertujuan untuk menaikan temperatur cetakan. Karena apabila selisih temperatur
besi cor dengan temperatur terlalu jauh maka akan menimbulkan ledakan. Oleh
karena itu diperlukan penelitian lebih lanjut tentang preheating cetakan yang aman
dan karakter logam yang di hasilkan pada temperatur tertentu terutama pada besi
cor kelabu.
4
2. METODE
2.1 Diagaram Alir Penelitian
Gambar 1 Diagram Alir Penelitian
Mulai
Penuangan besi cor dalam cetakan
Melting
bahan baku
Pemanasan cetakan permanen
Persiapan alat dan bahan
Suhu 100 oC,
suhu riil cetakan
100oC
Penuangan ke ladle
Solidifikasi besi cor kelabu
Dikeluarkan dari cetakan
CE Meter
Analisa Data
Selesai
Studi literatur
Preparasi spesimen
Pengujian
komposisi kimia
Pengujian
stuktur mikro
Pengujian
kekerasan
Hasil dan kesimpulan
Suhu 200 oC,
suhu riil cetakan
194oC
Suhu 300 oC,
suhu riil cetakan
285oC
5
2.2 Alat dan Bahan Penelitian
2.2.1 Alat
1) Tanur Induksi
2) CE Meter
3) Cetakan permanen
4) Frame penyangga
5) Pyrometer laser
6) Amplas
7) Alat uji komposisi kimia
8) Alat uji rockwell
9) Alat uji foto stuktur mikro
10) Mesin wirecut
11) Thermocouple
12) Burner kompor gas
13) Tabung gas 3 kg
2.2.2 Bahan
1) Besi cor kelabu
2) Resin
3) Autosol
4) Kain bludru
2.3 Langkah – langkah Penelitian
Langkah - langkah penelitian antara lain :
1) Mempersiapkan alat dan bahan.
2) Memasang kabel thermocuple diatas cetakan dan didalam bagian bawah
cetakan untuk mengukur temperatur catakan.
3) Melakukan pemanasan cetakan dengan temperatur 100oC, 200oC, 300oC.
4) Melakukan penguangan logam cair kedalam cup CE meter untuk
mengetahui laju pendinginan.
5) Melakukan penuangan logam cair kedalam cetakan.
6
6) Menunggu proses pembekuan logam cair dan melihat temperatur logam
cair melalui thermocuple yang terpasang.
7) Mengeluarkan logam padat dari cetakan hasil pembekuan logam cair.
8) Mengukur kembali temperatur cetakan setelah spesimen dikeluarkan dari
cetakan.
9) Setelah spesimen jadi selanjutnya melakukan proses pemotongan
dengan menggunakan mesin wire cut.
10) Melakukan pemolesan dengan cara di amplas menggunkan amplas
ukuran 80,120,400,600,800,1000,2000,5000.
11) Melakukan pemolesan dengan autosol dan kain.
12) Melakukan uji komposisi kimia.
13) Melakukan uji foto stuktur mikro.
14) Melakukan uji kekerasan mikrorockwell.
15) Pengujian selesai.
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1 Hasil Uji CE Meter
Gambar 1 grafik uji CE Meter
Hasil uji kandungan logam cair dengan CE meter di dapat temperatur awal
saat di tuangkan pada cetakan bersuhu 1370˚C, temperatur liquid 1120,2˚C
bentuknya masih berupa cair, temperatur solid 1111,1˚C keadaan besi kali
ini mulai padat namun masih berwarna merah hingga temperatur akhir
7
1060˚C dimana keadaan logam telah beku.Dari hasil data tersebut dapat
diketahui Carbon Equivalent Value dengan rumus sebagai berikut ini:
CEV = %C+ (%Si+%P)
3
Dimana: CEV : Carbon Equivalent Value
C : Kandungan Karbon (%)
Si : Kandungan Silikon
P : Kandungan Fosfor
Sehingga, CEV = 3,86+(2,36+0)
3
CEV = 4,653%
3.2 Hasil Uji Komposisi Kimia
Pengujian komposisi kimia bertujunan untuk mengetahui presentasi
kandungan unsur-unsur paduan yang terkandung didalam spesimen uji.
Pengujian dilakukan dengan menggunakan alat spektrum komposisi kimia
universal (spectrometer) di Laboratorium Politeknik Manufaktur Ceper
Klaten. Dari hasil pengujian didapatkan hasil data sebagai berikut :
Tabel 1 Hasil uji komposisi kimia
UNSUR
Sample Uji
18/S1151 (%) Standar Deviasi
C 3,9121 0,07930
Si 2,2655 0,00048
Mn 0,40290 0,00545
P 0,08874 0,01458
Cr 0,07115 0,00401
8
S 0,12073 0,00230
Zn 0,01036 0,00028
Sb <0,0000 0,00000
Mg <0,0000 0,00000
Sn 0,01289 0,00215
Ti 0,00039 0,00041
Cu 0,22182 0,00415
Mo 0,00123 0,00168
Ni 0,03234 0,00370
V 0,00250 0,00078
Al <0,0000 0,00000
B <0,0000 0,00000
Co <0,0000 0,00000
Pb 0,00067 0,00033
3.3 Pengujian Kekerasan
Pengujian dari kekerasan menggunakan metode HRC (Hardness Rockwell
Cone) adalah bertujuan untuk mengetahui sebuah nilai kekerasan pada setiap
bagian titik yang telah di tandai dengan lingkaran hitam seperti gambar
spesimen di bawah. terdiri dari 4 bagian yang kami beri nama dengan simbol
huruf A sampai D.
9
Gambar 2 Potongan spesimen kekerasan berjumlah 12 titik
3.4 Pengujian Foto Mikro
Pengujian ini dilakukan untuk melihat stuktur mikro yang terdapat
didalam spesimen sehingga bisa diketahui bentuk dari stuktur mikronya.
3.5 Hasil Pengujian Kekerasan dan Foto Stuktur Mikro
3.5.1 Hasil uji kekerasan
Tabel 2 Hasil uji kekerasan temperatur cetakan 100oC
No Area titik
Hasil uji
kekerasan
(HRC)
1 A1 60
2 A2 59,5
3 A3 60,5
4 B1 61
5 B2 62,5
6 B3 67
7 C1 66,5
8 C2 67,5
9 C3 66,5
10 D1 65,5
11 D2 67,5
10
12 D3 68
Tabel 3 Hasil uji kekerasan temperatur cetakan 200oC
No Area titik
Hasil uji
kekerasan
(HRC)
1 A1 67
2 A2 68
3 A3 68
4 B1 58
5 B2 58
6 B3 57,5
7 C1 62,5
8 C2 67
9 C3 69
10 D1 70
11 D2 65,5
12 D3 70
Tabel 4 Hasil uji kekerasan temperatur 300oC
No Area titik
Hasil uji
kekerasan
(HRC)
1 A1 55
2 A2 54,5
3 A3 54,5
4 B1 54
5 B2 53,5
6 B3 54,5
7 C1 56
8 C2 58
9 C3 67
10 D1 67
11 D2 69,5
12 D3 73
11
3.5.2 Hasil pengujian foto struktur mikro
A1 A2 A3
B1 B2 B3
C1 C2 C3
D1 D2 D3
Gambar 3 Foto struktur mikro temperatur cetakan 100OC
61 62,5 62,5
66,5 67,5 60,5
66,5 67,5 68
60 59,5 60,
5
12
A1 A2 A3
B1 B2 B3
C1 C2 C3
D1 D2 D3
Gambar 4 Foto struktur mikro temperatur cetakan 200OC
67 68 68
58 58 55,7
62,5 67 69
70 65,5 70
13
A1 A2 A3
B1 B2 B3
C1 C2 C3
D1 D2 D3
Gambar 5 Foto struktur mikro suhu cetakan 300OC
55 54,5 54,5
55 53,5 54,5
56
54,5
58
54,5
67
54,5
67
54,5
69,5
54,5
73
54,5
14
3.5.3 Hasil laju pendinginan spesimen per menit
Tabel 5 Laju pendinginan spesimen Temperatur cetakan 100oC
Gambar 6 Grafik laju pendnginan suhu cetakan 100 OC
643
578
491
353305
271244 225 210 204 196
170 161 158 156 154 152 148 145 142 139 136
0
100
200
300
400
500
600
700
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
TEM
PER
ATU
R (
O C
)
WAKTU (MENIT)
LAJU PENDINGINAN TEMPERATUR CETAKAN 100 O C
Temperatur Bawah (OC) Temperatur Atas (OC)
No Temperatur
Atas (OC)
Temperatur
Bawah
(OC)
1 170 643
2 161 578
3 158 491
4 156 353
5 154 305
6 152 271
7 148 244
8 145 225
9 142 210
10 139 204
11 136 196
15
Tabel 6 Laju pendinginan spesimen Temperatur cetakan 200oC
No Temperatur
Atas (OC)
Temperatur
Bawah (OC)
1 185 1007
2 176 897
3 171 620
4 167 508
5 164 429
6 160 374
7 158 335
8 155 306
9 151 284
10 148 267
11 144 254
12 142 243
13 139 224
14 134 210
15 132 200
Gambar 7 Grafik laju pendnginan suhu cetakan 200 OC
1007897
620508
429374 335 306 284 267 254 243 224 210 200
185 176 171 167 164 160 158 155 151 148 144 142 139 134 1320
200
400
600
800
1000
1200
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
TEM
PER
ATU
R (
O C
)
WAKTU (MENIT)
LAJU PENDINGINAN SUHU CETAKAN 200 O C
Temperatur Bawah (OC) Temperatur Atas (OC)
16
Tabel 7 Laju pendinginan spesimen Temperatur cetakan 300oC
No Temperatur
Atas (OC)
Temperatur
Bawah
(OC)
1 560 780
2 410 532
3 349 450
4 317 440
5 285 390
6 262 353
7 246 315
8 234 295
9 224 275
10 216 260
11 209 248
12 203 230
13 197 225
14 192 221
15 188 215
16 183 207
17 179 200
Gambar 8 Grafik laju pendinginan suhu cetakan 300 OC
780
532450 440
390 353 315 295 275 260 248 230 225 221 215 207 200560
410349 317 285 262 246 234 224 216 209 203 197 192 188 183 1790
200
400
600
800
1000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
TEM
PER
ATU
R (
O C
)
WAKTU (MENIT)
LAJU PENDINGINAN SUHU CETAKAN 300 O C
Temperatur Bawah (OC) Temperatur Atas (OC)
17
3.5.4 Perbandingan kekerasan rata-rata per Area
Tabel 8 Perbandingan kekerasan rata-rata area A
Temperatur cetakan (oC) Kekerasan (HRC)
100 60
200 67,6
300 54,6
Gambar 9 Grafik perbandingan kekerasan pada area A
60
67,6
54,6
0
10
20
30
40
50
60
70
80
100 200 300
KEK
ERA
SAN
(H
RC
)
TEMPERATUR CETAKAN (O C)
PERBANDINGAN KEKERASAN PADA AREA A
18
Tabel 9 Perbandingan kekerasan rata-rata area B
Temperatur cetakan (oC) Kekerasan (HRC)
100 63,5
200 57,8
300 54
Gambar 10 Grafik perbandingan kekerasan pada area B
63,5
57,8
54
48
50
52
54
56
58
60
62
64
66
100 200 300
KEK
ERA
SAN
(H
RC
)
TEMPERATUR CETAKAN (O C)
PERBANDINGAN KEKERASAN PADA AREA B
19
Tabel 10 Perbandingan kekerasan rata-rata area C
Temperatur cetakan (oC) Kekerasan (HRC)
100 66,8
200 66,1
300 60,3
Gambar 11 Grafik perbandingan kekerasan pada area C
66,866,1
60,3
56
58
60
62
64
66
68
100 200 300
KEK
ERA
SAN
(H
RC
)
TEMPERATUR CETAKAN (O C)
PERBANDINGAN KEKERASAN PADA AREA C
20
Tabel 11 Perbandingan kekerasan rata-rata area D
Temperatur cetakan (oC) Kekerasan (HRC)
100 67
200 68,5
300 59,8
Gambar 12 Grafik perbandingan kekerasan pada area D
67
68,5
59,8
54
56
58
60
62
64
66
68
70
100 200 300
KEK
ERA
SAN
(H
RC
)
TEMPERATUR CETAKAN (O C)
PERBANDINGAN KEKERASAN PADA AREA D
21
4. PENUTUP
4.1 Kesimpulan
Dari hasil penelitian dan pengujian yang dilakukan didapatkan data yang
diperoleh, maka dapat ditarik suatu kesimpulan yaitu :
1) Preheating dengan temperatur 100oC ,200oC ,300oC pada cetakan
permanen menghasilkan beragam kecepatan pembekuan spesimen.
Semakin tinggi temperatur preheatingnya semakin lama proses
pembekuan spesimen dan semakin cepat pendinginannya kekerasannya
semakin tinggi.
2) Hasil pada uji foto stuktur mikro pada bagian yang diuji kekerasan
terlihat grafit dan ferit. Sedangkan hasil pengujian kekerasan di 36 titik
pada suhu 100oC, 200oC, 300oC diperoleh hasil harga tertinggi terdapat
di area D dengan kekerasan 73 HRC sedangkan harga kekerasan
terendah terdapat di area B dengan kekerasan 53,5 HRC.
3) Berdasarkan hasil yang dieroleh dari CE meter maka diperoleh
kandungan karbon sebesar Carbon = 3,86% ; Silicon = 2,39 %.
Dengan demikian dapat diketahui bahwa besi cor yang miliki
kandungan karbon 3,86% maka pada saat membeku disebut besi cor
kelabu.
4.2 Saran
Dalam penelitian selanjutnya, penulis mempunyai bebrapa saran yang
dapat digunakan untuk proses pengembangan dan pembuatan besi cor
kelabu, yaitu:
1) Perlu alat pemanas cetakan yang lebih modern dan cepat dalam
menaikan temperatur cetakan sehingga bisa menghemat waktu
menunggu cetakan panas sesuai temperatur yang diinginkan.
22
2) Saat proses penelitian berjalan, koordinasi dalam tim sangatlah
penting baik dalam pembuatan dokumentasi, pembuatan spesimen,
dan proses pengujian, guna mendapatkan hasil yang akurat.
3) Pengujian sebaiknya dilakukan lebih dari sekali agar data yang
didapatkan lebih akurat.
DAFTAR PUSTAKA
Darmoko C, 2016. “Pengaruh Lapisan Karbon Terhadap Sifat Fisis dan Mekanis
Pada Solidfikasi Besi Cor Kelabu Dalam Cetakan Permanen
Untuk Tapping Awal”, Tugas Akhir S-1 UMS, Surakarta.
Sanjaya, Rama.2014.” Diagram Kesetimbangan Besi Karbida dan
Transformasinya”, Tugas Ilmu Logam USU, Sumatera Utara.
Sefnath.2013.”Diagram CCT”
(http://sefnath.blogspot.com/2013/09/perlkuan-panas-heat-
treatment.html/m=1 diakses tanggal 2 januari 16.00)
Stanfanescu, Doru M. B., Juli 2007.“Modelling Of Cast Iron Solidfication”. Tata
McGraw Hill, 7 West Patel Nagar, New Dehli 110 008.
Sudjana, Hardi. 2008. Teknik Pengecoran Logam jilid 1. Direktorat pembinaan
sekolah menengah kejuruan, jakarta.
Surdia, Tata. MS dan Saito, Shinroku. 1985. Pengetahuan Bahan Teknik. Cetakan
ke-4.PT. Prandnya Paramitha, Jakarta.
Syaikhu, Dwi Martha Dinata. 2017. “Pengaruh Preheating Pada Cetakan
Permanen Terhadap Distribusi Kekerasan Grinding Cyl
Dengan Material Besi Cor Kelabu”, Tugas Akhir S-1 UMS,
Surakarta
Yulianto, A., Soenoko,R ., Wahyono, S & As’sad Sonief . 2016.”The Influence Of
Preheated Ductile Cast Iron Mold Towards Gray Cast
Iron”.ARPN Jurnal Of Engineering and Applied Science.Vol.
11, No 19.