variasi komposisi 0,88; 1,28; dan 1,77 persen mangan ...bentuk yang rumit, mudah dilakukan proses...

i

VARIASI KOMPOSISI 0,88; 1,28; DAN 1,77 PERSEN

MANGAN TERHADAP KEKUATAN TARIK

DAN KEKERASAN BESI COR KELABU

SKRIPSI

Untuk memenuhi sebagian persyaratan

memperoleh gelar Sarjana Teknik

Disusun oleh:

EDUARDUS LEJAR PAMUNGKAS KRISMIARNO

NIM: 155214087

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2019

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

ii

COMPOSITION VARIATIONS 0,88; 1,28; AND 1,77 PERCENT

OF MANGANESE ON TENSILE STRENGTH

AND HARDNESS OF GRAY CAST IRON

FINAL PROJECT

As partial fuilments of the requirement

To obtained the Sarjana Teknik degree In Mechanical Engineering

By:

EDUARDUS LEJAR PAMUNGKAS KRISMIARNO

Student Number: 155214087

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGENEERING

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKATA

2019


iii




Disusun oleh :

Eduardus Lejar Pamungkas Krismiarno

NIM: 155214087

Telah disetujui oleh :

Dosen Pembimbing SkripsiBudi

Setyahandana, S.T., M.T.


iv




Dipersiapkan dan ditulis oleh:

Eduardus Lejar Pamungkas Krismiarno

NIM 155214087

Telah dipertahankan di depan Panitia Penguji

Pada tanggal 12 Juni 2019

dan dinyatakan telah memenuhi syarat

Susunan Panitia Penguji

Nama Lengkap Tanda Tangan

Ketua : Budi Sugiharto, S.T., M.T. ………………………….

Sekretaris : Achileus Hermawan, S.T, M.Eng ………………………….

Anggota : Budi Setyahandana, S.T., M.T. ………………………….

Yogyakarta, 12 Juni 2019

Fakultas Sains Dan Teknologi

Universitas Sanata Dharma

Dekan,

Sudi Mungkasi, S.Si., M. Math.Sc., Ph.D


v

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi yang saya tulis ini tidak

memuat karya atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah disebutkan dalam

kutipan dan daftar pustaka, sebagaimana layaknya karya ilmiah.

Yogyakarta, 27 Mei 2019

Peneliti,

E. Lejar Pamungkas K.


vi

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN

PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma :

Nama : Eduardus Lejar Pamungkas Krismiarno

Nomor Mahasiswa : 155214087

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan

Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul :

Variasi Komposisi 0,88; 1,28; Dan 1,77 Persen Mangan Terhadap Kekuatan

Tarik Dan Kekerasan Besi Cor Kelabu

Beserta perangkat yang diperlukan. Dengan demikian saya memberikan kepada

Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan

dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data,

mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikannya di internet atau media

lain untuk kepentingann akademis tanpa perlu meminta izin dari saya maupun

memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai

peneliti.

Dengan demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.

Dibuat di Yogyakarta

Pada tanggal 27 Mei 2019

Yang menyatakan;

Eduardus Lejar Pamungkas K


vii

ABSTRAK

Besi cor merupakan salah satu material teknik yang paling banyak

digunakan karena proses pembuatannya yang mudah, mampu dituang menjadi

bentuk yang rumit, mudah dilakukan proses pemesinan dan tahan aus. Untuk

meningkatkan sifat mekanisnya, besi cor kelabu ditambahkan dengan unsur-unsur

paduan yang sesuai, salah satunya unsur Mangan (Mn). Penelitian ini bertujuan

untuk mengetahui perbandingan kekuatan tarik,keuletan, dan nilai kekerasan besi

cor kelabu FC 250 variasi 0,46%, 0,88%, 1,28%, 1,77% Mn.

Peleburan dilakukan menggunakan tanur induksi, logam cair dari tanur

induksi dituang ke dalam kowi kemudian ke dalam ladle untuk mempermudah

proses penuangan ke cetakan pasir. Mn yang telah dihaluskan dimasukkan ke

dalam ladle sebelum dituang ke cetakan pasir. Setelah mendapatkan material

dengan 4 variasi komposisi Mn, dilakukan pengujian tarik dan kekerasan

menggunakan alat uji kekerasan Brinell. Dimensi benda uji tarik mengacu pada

ASTM E8/E8M.

Hasil yang didapatkan menunjukkan bahwa komposisi Mn yang semakin

tinggi mampu meningkatkan kekerasan besi cor kelabu hingga 237,40 BHN atau

meningkat 50,83%. Kekuatan tarik tertinggi terjadi pada komposisi 0,88% Mn yaitu

sebesar 262,34 MPa dari komposisi awal 0,46% sebesar 225 MPa. Nilai regangan

terendah terjadi pada komposisi 1,77% Mn.

Kata Kunci: Besi cor kelabu, FC 250, komposisi Mn, kekuatan tarik, kekerasan


viii

ABSTRACT

Cast iron is one of the most widely used engineering materials because the

manufacturing process is easy, capable of being poured into complex shapes, easy

to do machining and wear-resistant. To improve its mechanical properties, gray cast

iron is added with suitable alloy elements, one of which is the element of

Manganese (Mn). This study aims to determine the comparison of tensile strength,

tenacity, and hardness value of FC 250 gray cast iron variations of 0,46%; 0,88%,

1,28%; and 1,77% Mn.

Melting was done using an induction furnace, molten metal from the

induction furnace was poured into the kowi then into the ladle to facilitate the

pouring process into the sand mold. The mashed Mn was put into the ladle before

being poured into the sand mold. After obtaining the material with 4 variations of

Mn composition, tensile and hardness tests were carried out using Brinell hardness

test equipment. The dimensions of the tensile test object refer to ASTM E8 / E8M.

The higher composition of Mn can increase the hardness of gray cast iron

to 237.40 BHN or increase by 50.83%. The highest tensile strength occurs in the

composition of 0.88% Mn which is equal to 262.34 MPa from the initial

composition of 0.46% at 225 MPa. The lowest strain value occurs in the

composition of 1.77% Mn.

Keywords: Gray cast iron, FC 250, Mn composition, tensile strength, hardness


ix

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, atas

berkat dan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan

baik. Skripsi merupakan salah satu persyaratan untuk mendapat gelar Sarjana

Teknik di Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas

Sanata Dharma Yogyakarta. Berbagai hal telah ditempuh dalam usaha untuk

terselainya skripsi ini.

Penulisan skripsi ini dapat selesai berkat peran serta berbagai pihak, dalam

kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada:

1. Sudi Mungkasi, S.Si., M. Math., Sc., Ph.D, selaku Dekan Fakultas Sains dan

Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi , M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik

Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

3. Budi Setyahandana, S.T., M.T, selaku Dosen Pembimbing Skripsi.

4. Dr. Yohanes Baptista Lukiyanto, selaku Dosen Pembimbing Akademik.

5. Semua Dosen Program Studi Teknik Mesin yang telah memberi ilmu

pengetahuan sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.

6. Vinancius Andun Krismiarno dan Yohana Fransiska Sutiyem, selaku orang

tua penulis yang selalu memberi motivasi dan dukungan baik berupa materi

maupun spirirtual.

7. Yohanes Danu Eko P, Damar Dwi O, dan Ignatius Reynaldo serta semua

pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah ikut membantu

dalam menyelesaikan Skripsi ini.


x

8. Seluruh teman-teman Teknik Mesin USD angkatan 2015 yang telah menjadi

teman seperjuangan penulis.

9. Seluruh staff dan laboran Program Studi Teknik Mesin yang telah ikut

membantu dan memberikan ilmu kepada penulis.

10. Dara Pelangi Paramitasari, S.Pd yang selalu memberikan dukungan dan

telah membantu dalam penyusunan skrispsi ini.

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kata sempurna dan

masih banyak terdapat kekurangan di dalamnya. Oleh sebab itu penulis

mengharapkan kritik serta saran dari pembaca yang membangun untuk

penyempurnaan skripsi ini. Terimakasih.

Yogyakarta, 27 Mei 2019

Penulis


xi

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL .............................................................................................. i

HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ................................................ iii

HALAMAN PENGESAHAN .............................................................................. iv

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ................................................................ v

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH

UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ........................................................... vi

INTISARI ............................................................................................................ vii

ABSTRACT ......................................................................................................... viii

KATA PENGANTAR .......................................................................................... ix

DAFTAR ISI ......................................................................................................... xi

DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... xiii

DAFTAR TABEL ................................................................................................ xv

DAFTAR LAMPIRAN ...................................................................................... xvi

BAB I PENDAHULUAN ....................................................................................... 1

1.1 Latar Belakang .......................................................................................... 1

1.2 Rumusan Masalah ..................................................................................... 2

1.3 Tujuan Penelitian ....................................................................................... 2

1.4 Batasan Masalah ........................................................................................ 3

1.5 Manfaat Penelitian ..................................................................................... 3

BAB II DASAR TEORI ......................................................................................... 4

2.1 Klasifikasi Besi Cor ................................................................................... 4

2.2 Grafit Besi Cor Kelabu ............................................................................ 10

2.3 Sifat Mekanis Besi Cor Kelabu ............................................................... 12

2.4 Sifat Fisik dan Kimia Besi Cor Kelabu ................................................... 13

2.5 Pengaruh Unsur Kimia Pada Besi Cor .................................................... 14

2.5.1 Mangan (Mn) ................................................................................... 14

2.5.2 Karbon (C) ....................................................................................... 16

2.5.3 Silikon (Si) ....................................................................................... 17

2.5.4 Sulfur (S) .......................................................................................... 18

2.5.5 Fosfor (P) ......................................................................................... 18

2.6 Dasar-Dasar Pengecoran (Casting) ......................................................... 19

2.6.1 Pengertian Pengecoran ..................................................................... 19


xii

2.6.2 Sifat Logam Cair .............................................................................. 20

2.6.3 Pengecoran dengan Cetakan Pasir ................................................... 20

2.7 Pengujian ................................................................................................. 21

2.7.1 Pengujian Tarik ................................................................................ 21

2.7.2 Pengujian Kekerasan ........................................................................ 24

2.8 Tinjauan Pustaka ..................................................................................... 29

BAB III METODOLOGI PENELITIAN .......................................................... 29

3.1 Skema Penelitian ..................................................................................... 29

3.2 Bahan yang Digunakan ........................................................................... 30

3.3 Peralatan yang Digunakan ....................................................................... 31

3.3.1 Alat yang Digunakan Dalam Proses Pengecoran ............................. 31

3.3.2 Alat yang Digunakan Dalam Pembuatan Benda Uji ........................ 34

3.3.2 Alat Pengujian .................................................................................. 35

3.4 Proses Pengecoran ................................................................................... 36

3.4.1 Cetakan yang Digunakan ................................................................. 37

3.4.2 Peleburan Bahan............................................................................... 38

3.4.3 Penuangan Logam Cair .................................................................... 38

3.4.4 Pembekuan dan Pelepasan Coran..................................................... 40

3.5 Pembuatan Benda Uji .............................................................................. 40

3.5.1 Benda Uji Tarik ................................................................................ 40

3.5.2 Benda Uji Kekerasan........................................................................ 42

3.6 Pengujian ................................................................................................. 42

3.6.1 Pengujian Tarik ....................................................................................... 42

3.6.2 Pengujian Kekerasan Brinnel ........................................................... 43

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN .................................... 46

4.1 Hasil Pengujian ........................................................................................ 46

4.2 Data Hasil Pengujian Kekerasan Brinell ................................................. 46

4.3 Data Hasil Pengujian Tarik ..................................................................... 49

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................... 52

5.1 KESIMPULAN ....................................................................................... 53

5.2 SARAN ................................................................................................... 54

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 55

LAMPIRAN .......................................................................................................... 57


xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Struktur mikro besi cor putih .............................................................. 5

Gambar 2.2 Struktur mikro besi cor kelabu ........................................................... 6

Gambar 2.3 Struktur mikro besi cor mampu tempa ............................................... 8

Gambar 2.4 Struktur mikro besi cor nodular .......................................................... 9

Gambar 2.5 Distribusi grafit besi cor kelabu ........................................................ 10

Gambar 2.6 Diagram fasa Fe-Mn ......................................................................... 15

Gambar 2.7 Alat uji tarik ...................................................................................... 21

Gambar 2.8 Diagram Tegangan – Regangan........................................................ 22

Gambar 2.9 Alat uji kekerasan Brinell ................................................................. 24

Gambar 3.1 Diagram Penelitian ........................................................................... 29

Gambar 3.2 Besi Cor Kelabu ................................................................................ 30

Gambar 3.3 Ferromangan ..................................................................................... 30

Gambar 3.4 Tungku Induksi ................................................................................. 31

Gambar 3.5 Kowi ................................................................................................. 32

Gambar 3.6 Ladle dan peganggan ladle ............................................................... 33

Gambar 3.7 Mesin Bubut ..................................................................................... 34

Gambar 3.8 Mesin Uji Tarik ................................................................................ 35

Gambar 3.9 Alat Uji Kekerasan Brinell ............................................................... 36

Gambar 3.10 Mikroskop ....................................................................................... 36

Gambar 3.11 Proses pembuatan cetakan .............................................................. 37

Gambar 3.12 Penuangan besi cor cair dari tanur ke dalam kowi ......................... 38

Gambar 3.13 Penuangan besi cor cair ke dalam ladle .......................................... 39

Gambar 3.14 Penuangan besi cor cair ke dalam cetakan ..................................... 39

Gambar 3.15 Hasil coran ...................................................................................... 40

Gambar 3.16 Standar ukuran spesimen pengujian tarik ....................................... 41

Gambar 3.17 Dimensi benda uji tarik ................................................................... 41

Gambar 4.1 Grafik rata-rata kekerasan Brinell Besi Cor ..................................... 48

Gambar 4.2 Grafik rata-rata kekuatan tarik besi cor kelabu pada beberapa

komposisi Mn ................................................................................... 50


xiv

Gambar 4.3 Grafik rata-rata regangan besi cor kelabu pada beberapa

komposisi Mn ................................................................................... 51


xv

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Komposisi kandungan besi cor................................................................ 4

Tabel 2.2 Standar Besi Cor Kelabu ......................................................................... 7

Tabel 2.3 Sifat Mekanis Besi Cor Kelabu ............................................................... 8

Tabel 2.4 Diameter indentor pengukuran kekerasan Brinell dan Beban ............... 25

Tabel 2.5 Standar pengujian kekerasan Rockwell ................................................. 26

Tabel 3.1 Pengunaan indentor uji kekerasan Brinnel ............................................ 44

Tabel 4.1 Data hasil pengujian kekerasan pada beberapa komposisi Mn ............. 47

Tabel 4.2 Data hasil pengujian tarik besi pada beberapa komposisi Mn .............. 49


xvi

DAFTAR LAMPIRAN

LAMPIRAN 1 Komposisi besi cor kelabu komposisi 0,46% Mn ........................ 58




LAMPIRAN 5 Hasil pengujian tarik besi cor kelabu komposisi 0,46% Mn ........ 62





LAMPIRAN 10 Hasil pengujian tarik besi cor kelabu komposisi 0,88% Mn ...... 67
















1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Besi cor merupakan salah satu material teknik yang paling banyak

digunakan karena proses pembuatannya yang mudah, mampu diproduksi secara

massal, dan biaya proses produksi yang kompetitif. Besi cor memiliki beberapa

kelebihan diantaranya mudah dituang menjadi bentuk yang rumit, tahan aus, mudah

dilakukan proses permesinan, peredam getaran yang baik (damping capacity),

mempunyai kekuatan tekan yang tinggi, dan sifat korosinya lebih baik

dibandingkan dengan baja kontruksi biasa (Umardani dan Nurferdian, 2009).

Meskipun banyak menawarkan keuntungan, tateapi terdapat beberapa kekurangan

yaitu sifat mekaniknya yang tidak setinggi baja. Besi cor kelabu juga memiliki

kekurangan yaitu keuletan yang rendah atau getas.

Besi cor merupakan jenis besi yang berasal dari bijih besi kasar yang dalam

pengolahanannya dengan cara dilebur ataupun dituang, karena proses inilah maka

disebut dengan besi tuang/cor. Dalam proses peleburan atau pengecoran besi cor

kelabu, bahan baku yang digunakan diantaranya besi kasar (pig iron), besi scrap,

baja scrap, dan bahan paduan lain yang memiliki keragaman komposisi. Unsur

karbon dalam material besi cor kelabu lebih tinggi dibandingkan dengan material

baja. Selain unsur karbon, terdapat pula unsur lain diantaranya silikon (Si), mangan

(Mn), sulfur (S), fosfor (P) dan unsur paduan lainnya.

Penambahan unsur-unsur paduan yang sesuai dengan perlakuan panas yang

tepat, maka sifat mekanis besi cor dapat diatur/ditingkatkan susuai dengan


2

kebutuhan. Tembaga dan nikel adalah unsur paduan yang sesuai, karena mampu

membentuk grafit dan cenderung menjaga besi cor kelabu bebas dari chill, sehingga

efeknya akan menekan pembentukan ferrit bebas. Hal ini akan meningkatkan sifat

mekanis dari besi cor kelabu (Suprihanto, 2007).

Unsur paduan lain yang dapat meningkatkan sifat mekanis besi cor kelabu

adalah Mn, oleh karena itu penelitian ini akan membahas mengenai pengaruh

variasi unsur Mn terhadap kekuatan tarik dan kekerasan besi cor kelabu, dengan

variasi komposisi Mn sebesar 0,88; 1,28; dan 1,77 persen.

1.2 Rumusan Masalah

Pengujian ini dilakukan untuk menganalisa perbedaan besi cor kelabu tanpa

penambahan mangan dengan besi cor kelabu penambahan mangan guna

mengetahui peningkatan sifat mekanisnya. Rumusan permasalahannya adalah

sebagai berikut :

1. Bagaimana pengaruh komposisi 0,88%, 1,28%, dan 1,77% Mn terhadap

kekerasan besi cor kelabu?


kekuatan tarik besi cor kelabu?


regangan besi cor kelabu?

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah :

1. Untuk mengetahui pengaruh variasi komposisi 0,88%, 1,28%, dan 1,77% Mn

terhadap kekerasan besi cor kelabu


3


terhadap kekuatan tarik besi cor kelabu


terhadap regangan besi cor kelabu

1.4 Batasan Masalah

Agar penelitian ini lebih mengarah ke tujuan yang ingin dicapai dan tidak

meluas, maka penulis membatasi pokok permasalahan sebagai berikut :

1. Material yang digunakan adalah besi cor kelabu FC 250 dengan kandungan

0,46% Mn

2. Variasi komposisi unsur Mn sebanyak 0,88%, 1,28% dan 1,77%

3. Penambahan unsur Mn ke dalam logam cair menggunakan metode open ladle

4. Cetakan yang digunakan adalah cetakan pasir

5. Pengujian yang dilakukan adalah pengujian tarik dan pengujian kekerasan

Brinell

6. Spesimen uji tarik menggunakan standar ASTM E8

1.5 Manfaat Penelitian

Penelitian ini diharapkan akan memberikan manfaat sebagai berikut:

1. Dapat menambah wawasan tentang bahan teknik besi cor terutama besi cor

kelabu.

2. Penelitian ini dapat dijadikan referensi untuk penelitian selanjutnya mengenai

pengaruh penambahan unsur Mn pada besi cor kelabu.

3. Hasil dari penelitian ini diharapkan dapat dikembangkan lebih lanjut.


4

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Klasifikasi Besi Cor

Besi cor merupakan paduan dari besi dan karbon dengan kandungan karbon

antara 2 – 4 persen. Unsur silikon dapat membantu karbon bergerak bebas sehingga

grafit mudah terbentuk sehingga akan mempengaruhi sifat mekanis besi cor.

(Dowling, 2012: 72).

Tabel 2.1 Komposisi kandungan besi cor (Heine, 1971)

Unsur Besi Kelabu

(%)

Besi Nodular

(%)

Besi Putih

(%)

Besi Mampu

Tempa (%)

Karbon (C) 2,5 – 4,0 3,0 – 4,0 1,8 – 3,6 2,2 – 2,9

Silikon (Si) 1,0 – 3,0 1.8 – 2.8 0.5 – 1.9 0.9 – 1.9

Mangan(Mn) 0,2 – 1,0 0,1 – 1,0 0,25 – 0,8 0,15 – 1,0

Fosfor (P) 0,05 – 1,0 0,01 – 0,1 0,06 – 0,2 0,02 – 0,2

Sulfur (S) 0,02 – 0,25 0,01 – 0,03 0,06 – 0,2 0,02 – 0,2

Tabel 2.1 menunjukkan bahwa unsur karbon dan silikon sangat

mempengaruhi jenis besi cor yang dihasilkan. Hal ini terjadi karena karbon dan

silikon mempengaruhi terbentuknya grafit dalam besi cor apabila kandungannya

ditingkatkan, sedangkan pada saat besi cor dalam fasa cair karbon bersenyawa

dengan besi untuk membentuk besi karbida/sementit. Silikon yang terkandung

dalam besi cor akan menyebabkan sementit menjadi tidak stabil sehingga

cenderung membentuk grafit. Selain kandungan karbon dan silikon, terbentuknya

berbagai jenis besi cor juga dipengaruhi oleh laju pendinginan selama proses


5

pembekuan. Unsur-unsur paduan logam ditambahkan ke dalam besi cor untuk

mendapatkan sifat-sifat mekanis yang diinginkan.

Besi cor memiliki temperatur lebur sekitar 1200 oC. Temperatur lebur yang

rendah ini sangat menguntungkan dalam hal pengecoan karena mudah dicairkan

sehingga energi yang dibutuhkan tidak terlalu besar dan dapur peleburan yang lebih

sederhana. Besi cor memiliki sifat mampu tuang yang baik, sebingga mampu

dicetak menggunakan cetakan yang rumit sekalipun. Menurut klasifikasinya besi

cor dapat dikelompokan menjadi empat yaitu :

1. Besi Cor Putih (White Cast Iron)

Besi cor putih dibuat dengan proses laju pendinginan yang cepat sehingga

akan terbentuk karbida Fe3C yang metastabil dan karbon tidak memiliki

kesempatan untuk membentuk grafit.

Gambar 2.1 Struktur mikro besi cor putih

Besi cor putih mengandung unsur karbon sekitar 1,8 – 3,6 %, dan

kandungan mangan antara 0,2 – 0,8 %. Sedangkan kandungan fosfor dan sulfurnya

sekitar 0,2 %. Besi cor putih memiliki sifat yang getas namun kekerasannya tinggi

sehingga besi cor ini biasanya diaplikasikan sebagai suku cadang yang

mengharuskan ketahanan aus.


6

2. Besi Cor Kelabu (Grey Cast Iron)

Besi cor kelabu adalah besi cor dengan kadar silikon antara 1 – 3%, sehingga

grafit mudah terbentuk. Dalam hal ini grafit atau karbon bebas tersebar dalam

bentuk serpihan (flake). Grafit yang berbentuk serpih ini menyebabkan besi cor

kelabu mempunyai sifat mampu mesin yang baik serta mampu meredam getaran

(damping capcity). Besi cor kelabu mempunyai sifat mampu las yang rendah,

ketahan korosi yang rendah, dan kekuatan tarik dan keuletan yang rendah sehingga

mudah retak.

Gambar 2.2 Struktur mikro besi cor kelabu

Besi cor kelabu adalah salah satu bahan yang memiliki nilai kekuatan yang

tinggi. Kekuatan dan keuletan besi cor kelabu sangat dipengaruhi oleh jumlah,

bentuk, dan distribusi grafit. Salah satu unsur pembentuk grafit adalah silikon

karena mampu mengubah komposisi eutektik yang diterapkan dengan

menggunakan karbon ekuivalen dan bukan kadar karbon sebenarnya. (Smallman

dan Bishop ,2000).

Besi cor kelabu mempunyai matrik ferrit, perlit, sementit, martensit, dan

bainit yang mempunyai klasifikasi masing-masing. Ferrit dalam besi cor kelabu

sangan ulet namun kekerasannya rendah. Perlit dalam besi cor kelabu mempunyai

kombinasi keuletan dan kekerasan yang baik, namun nilainya masih rendah.


7

Sementit dan martensit mempunyai kekerasan yang tinggi, tetapi memiliki sifat

yang getas. Diantara matrik-matrik tersebut, bainit memepunyai kekerasan dan

keuletan yang paling baik. (Setyana, L.D: 2015)

Tabel 2.2 Standar Besi Cor Kelabu

(Sumber : Fosesco Ferrous Foundaryman’s Handbook)

Tabel 2.2 menunjukkan spesifikasi besi cor kelabu berdasarkan kekuatan

tarik minimum yang diukur dalam N/mm² yang dimaksudkan untuk membantu

selama proses pengecoran besi cor kelabu, apabila diminta untuk memasok ke

negara lain. Besi cor kelabu diproduksi secara komersial dengan range komposisi

yang sangat luas. Beberapa pengecoran yang memproduksi besi cor kelabu dengan

spesifikasi yang sama bisa saja meggunakan komposisi yang berbeda, hal ini

bertujuan agar biaya bahan baku yang digunakan menjadi lebih efisien atau dengan

menggunakan bahan baku yang secara lokal tersedia disekitarnya. Hal ini dapat

mengoptimalkan pengecoran bahan sesuai dengan spesifikasi maupun geometri

produk yang diinginkan.


8

Tabel 2.3 Sifat Mekanis Besi Cor Kelabu (ASM Vol 1, 2005)

ASTM

A 48

Class

Uji Tarik Tegangan Geser Uji

Kekerasan

MPa ksi Mpa ksi HB

20 152 22 179 26 156

25 179 26 220 32 174

30 214 31 276 40 210

35 252 36,5 334 48,5 212

40 293 42,5 393 57 235

50 362 52,5 503 73 262

60 431 62,5 610 88,5 302

Secara umum besi cor kelabu digolongkan berdasarkan nilai kekuatan

tariknya. Dari Tabel 2.3 dapat diketahui besi cor kelabu memiliki nilai kekuatan

tarik 152 hingga 431 Mpa dan memiliki nilai kekerasan 156 sampai 302 HB.

3. Besi Cor Mampu Tempa (Malleable Cast Iron)

Besi cor mampu tempa terbentuk dari besi besi cor putih yang sudah

dilakukan perlakuan panas, dengan tujuan untuk menguraikan Fe3C sehingga akan

terdekomposisi menjadi besi dan grafit. Grafit yang terbentuk berupa gumpalan

grafit dan tidak memiliki tepi-tepi tajam seperti ditunjukkan pada Gambar 2.3.

Gambar 2.3 Struktur mikro besi cor mampu tempa


9

Besi cor mampu tempa memiliki kandungan karbon sekitar 2,5 % dan

kandungan silikon antara 0,9 – 2,0 %. Perlakuan panas terhadap besi cor ini dapat

membentuk fase feritik, perlitik, atau matensit temper, perubahan struktur diikuti

pula dengan perubahan sifat mekaniknya sehingga memiliki keuletan yang tinggi

dan mampu tempa yang baik. Oleh karena itu disebut besi cor mampu tempa

umumnya digunakan untuk perkakas dan komponen-komponen kereta api.

4. Besi Cor Nodular (Nodular Cast Iron)

Grafit pada besi cor nodular sebesar 10 – 15% dari volume totalnya serta

tersebar merata di dalam matriksnya yang mirip dengan baja karbon seperti

ditunjukkan pada Gambar 2.4. Oleh karena itu besi cor nodular memiliki sifat

mekanik yang dimiliki sebagaimana halnya dengan baja karbon, seperti mampu

tarik dan keuletan yang tinggi. Namun demikian karena struktur besi cor nodular

juga terdapat grafit, maka mampu tarik dan ketahanan impaknya akan lebih rendah

jika dibandingkan dengan baja karbon yang memiliki matrik serupa.

Gambar 2.4 Struktur mikro besi cor nodular

Sifat-sifat besi cor nodular dipengaruhi oleh unsur-unsur yang terdapat

dalam tabel periodik. Beberapa dari unsur tersebut memiliki konsentrasi yang kecil

sehingga pengaruhnya relatif kecil. Pengaruh unsur-unsur ini berhubungan erat


10

dengan kecepatan laju pendinginan dan ketebalan coran, oleh karena itu penentuan

komposisi besi cor nodular sangat memperhitungkan tentang kecepatan laju

pendinginan.

2.2 Grafit Besi Cor Kelabu

Grafit adalah kumpulan karbon yang dihasilkan selama proses pembekuan

dan pendinginan. Grafit memiliki kekerasan sekitar 1 HB, kekuatan tariknya 2

kgf/mm2 (N/mm2) dan masa jeninya 2,2 kg/dm³. Grafit memberikan pengaruh yang

sangat besar terhadap sifat mekanis besi cor kelabu. Salah satu karakteristik yang

dimiliki oleh besi cor kelabu adalah bidang patahannya berbentuk serpih, patahan

yang terjadi dengan rambatan yang melintasi satu serpih ke serpih lainnya. Karena

sebagian besar permukaan patahan melintasi flake grafit dan grafitnya sangat

banyak, maka permukaannya berwarna kelabu. Proses pembentukan grafit terjadi

karena tingginya kadar karbon, unsur Si, temperatur penuangan yang tinggi, dan

laju pendinginan yang lambat (Setyana, 2015).

Struktur besi cor jumlahnya dapat mencapai 85% dari seluruh kandungan

karbon yang ada, sekitar 6 – 17% dari volume total sebagai akibat dari berat jeninya

yang kecil. Sifat mekanis dari besi cor dapat dipengaruhi oleh bentuk, ukuran,

distribusi, dan banyaknya grafit di dalamnya seperti ditunjukkan pada Gambar 2.5.

(Surdia dan Chijiiwa, 1999).

Gambar 2.5 Distribusi grafit besi cor kelabu


11

Struktur A, memiliki serpihan grafit yang merata dan orientasinya

sembarang, struktur seperti ini muncul pada besi cor kelas tinggi dengan matrik

perlit. Selain itu terdapat juga serpihan grafit yang bengkok sehingga memberikan

kekuatan yang tinggi pada besi cor kelabu. Grafit yang bengkok ini diperoleh

dengan cara meningkatkan pengendapan kristal-kristal sepanjang austenit

proeutektoid.

Struktur B, memiliki bentuk seperti bunga ros (rosette) dengan orientasi

sembarang. Struktur ini merupakan salat satu sel eutektoid yang bagian tengahnya

mempunyai potongan-potongan halu dari grafit dan serpih grafit radial

disekitarnya. Sruktur seperti ini biasanya terjadi karena produk coran yang tipis dan

mengalami laju pendinginan yang cepat.

Struktur C, memiliki ukuran serpih yangsaling menumpuk dengan orientasi

sembarang, dan muncul pada hyper eutectoid. Hal ini disebabkan karena jumlah

grafit yang begitu banyak, sehingga ferrit sangat mudah mengendap. Akibat

pengendapan ini struktur akan menjadi lemah, sehingga besi cor dengan tipe grafir

seperti ini jarang digunakan.

Struktur D, mempunyai potongan grafit eutekik yang halus, yang

mengkristral diantara dendrit-dendrit kristal austenit dengan orientasi sembarang,

hal ini disebabkan karena pendinginan lanjut pada proses pembekuan eutektik.

Potongan grafit seperti ini menyebabkan besi cor memiliki kekutan yang tinggi

namun keuletannya rendah.

Struktur E, muncul apabila kandungan karbon yang rendah, hal ini akan

mengurangi kekutan besi cor karena jarak yang dekat antara potongan-potongan


12

grafitnya. Akan tetapi didapatkan kekuatan yang tinggi, disebabkan karena

kandungan karbon yang rendah dan berkurangnya pengendapan grafit.

2.3 Sifat Mekanis Besi Cor Kelabu

Sifat-sifat mekanis diantaranya kekuatan tarik dan regangan, kekerasan,

kekuatan tekan, kekuatan bentur (impact), kekuatan lelah (fatique), ketahan aus,

sifat mampu mesin, dan peredam getaran. Berikut adalah sifat-sifat penting dari

besi cor kelabu :

1. Kekuatan Tarik dan Regangan

Kekuatan tarik dari besi cor kelabu antara 10 – 30 kgf/mm2, dan

regangannya berkisar 0,3 – 1,2%. Kekuatan tarik yang tinggi juga akan

mempengaruhi regangannya.

2. Kekuatan Bentur

Sifat dari besi cor kelabu getas,dan lemah terhadap benturan. Kandungan

karbon dan fosfor yang tinggi meyebabkan kekuatan bentur menjadi rendah.

3. Kekerasan

Kekerasan besi cor kelabu berkisar 156 – 302 HB dan sangat erat

hubungannya dengan struktur grafit kasar didalam matrik ferit yang menyebabkan

kekerasannya rendah. Namun kekerasannya akan lebih tinggi apabila struktur

grafitnya halus.

4. Mampu Mesin

Besi cor kelabu mempunyai sifat mampu mesin dan ketahanan aus yang

baik, karena grafit pada besi cor kelabu bekerja sebagai pelumas. Sifat mampu

mesin yang baik juga dipengaruhi oleh kekerasan dan kekuatan tariknya, semakin


13

rendah kekuatan tarik dan kekerasannya maka sifat mampu mesinnya semakin

tinggi.

2.4 Sifat Fisik dan Kimia Besi Cor Kelabu

Struktur besi cor adalah campuran dari berbagai fasa, seperti grafit, ferrit,

perlit, dan selanjutnya stedit (sulfida mangan) yang masing-masing fasa

mempunyai sfat-sifat sendiri. Sifat dari besi cor kelabu berubah menurut

perbandingan campuran dari fasa-fasa tersebut (Surdia dan Chijiiwa, 1986). Berikut

diuraikan mengenai sifat fisik dan kimia besi cor kelabu :

1. Berat Jenis

Berat jenis besi cor kelabu yaitu 7,1 – 7,3 gr/cm3 pada temperatur kamar,

sedangkan dalam keadaan cair berat jenisnya berkisar antara 6,75 – 6,95 gr/cm3.

Berat jenis ini sangat dipengaruhi oleh kandungan grafit di dalam besi cor kelabu.

Penurunan berat jenis berbanding lurus dengan tingginya temperatur, semakin

tinggi temperatur maka berat jenisnya akan semakin berkurang.

2. Pemuaian Panas

Pemuaian panas pada besi cor kelabu lebih rendah dibandingkan dengan

baja, dan lebih tinggi jika dibandingkan dengan besi cor putih. Pemuaian panas ini

dapat berubah menurut komposisi, struktur, dan temperatur yang diberikan.

3. Konduktivitas Listrik

Grafit merupakan tahanan listrik terbesar. Konduktivitas listrik ini

dipengaruhi oleh kandungan grafit, distribusi serta bentuk dari potongan grafit.

Untuk membentuk grafit, maka dapat ditambahkan karbon dan silisium, sehingga

akan mengurangi konduktivitas listrik dari besi cor kelabu. Selanjutnya, grafit kasar


14

mengurangi konduktivitas listrik meskipun besi cor mengandung kadar karbon

yang sama.

4. Ketahan Korosi

Ketahan korosi terhadap asam dari besi cor kelabu tidak terlalu baik apabila

dibandingkan dengan baja, hal ini dikarenakan karena pengaruh sel kimia antara

besi dan grafit. Akan tetapi ketahan korosi besi cor yang disebabkan oleh air murni

maupun air laut lebih baik dari baja. Struktur yang halus dengan potongan-

potongan grafit yang halus sangat baik dalam ketahanan korosi. Ketahan korosi

sulit jika dipengaruhi oleh unsur-unsur lain selain karbon dan silisium, namun untuk

memperbaiki ketahanan korosinya sangat efektif jika ditambakan dengan khrom,

nikel, maupun tembaga (Surdia dan Chijiiwa, 1986).

2.5 Pengaruh Unsur Kimia Pada Besi Cor

2.5.1 Mangan (Mn)

Mangan berasal dari bahasa latinmagnes, berwarna keabu-abuan dan

bersifat getas, sifatnya mirip dengan besi namun mangan lebih ringan. Mangan

memiliki empat bentuk alotropi, yaitu alpha mangan, gamma mangan, beta mangan,

dan delta mangan. Logam ini akan menguap pada 2.061oC (Cardarelli, 2008).

Mangan dapat ditemukan dalam banyak mineral, seperti alabandit (MnS), pirolusit

(MnO2), haussmanit (Mn3O4), dan sebagainya. Mangan biasanya diproduksi dalam

bentuk ferromangan (Fe-Mn-C) dan silikonmangan (Si-Mn-C). Ferromangan

mengandung lebih dari 76% Mn dan 7% C untuk karbon tinggi, 1,5% C untuk

karbon menengah dan kurang dari 1% untuk karbon rendah. Sedangkan


15

silikonmangan mengandung sekitar 65–85% Mn, 15% Si, dan 2 % C (Cardarelli,

2008)

Mangan murni tidak bereaksi dengan oksigen, nitrogen maupun hidrogen

pada suhu kamar, namun pada suhu tinggi mangan akan bereaksi dengan oksigen,

sulfur, dan fosfor. Oleh karena itu industri pembuatan besi menggunakan mangan

sebagai bahan reduksi, desulfurisasi, dan defosforisasi. Mangan akan larut dengan

cepat pada kondisi asam dan merupakan unsur penstabil sebagai pengganti nikel

yang harganya mahal.

Gambar 2.6 Diagram fasa Fe-Mn (Kubaschewski, 1982)

Mangan merupakan unsur yang memiliki efek untuk pembentukan karbida

Fe,Mn₃C, jadi semakin tinggi kandungan mangan yang ditambahkan ke dalam besi

cor kelabu maka karbida yang terbentuk juga semakin banyak, yang kemudian

berimbas pada pembentukan perlit yang semakin banyak pula. Banyaknya perlit

akan meningkatkan kekuatan material namun memiliki elongasi atau ductility yang

lebih rendah jika dibandingkan dengan material yang memiliki perlit lebih sedikit.


16

Mangan yang terdapat dalam besi cor kelabu dapat mengurangi efek buruk

belerang dengan membentuk senyawa MnS (mangansulfida) yang pada besi cor

(FC/FCD) berfungsi sebagai partikel inti pembekuan, dengan demikian khususnya

pada besi cor kelabu proses inokulasi menjadi tidak perlu dilakukan. Selebihnya

Mn akan membentuk karbida dan tersegregasi pada batas butiran yang berdampak

pada penurunan duktilitas.Umumnya kandungan Mn dalam besi cor kelabu berkisar

antara 0,2 – 1,2%, kandungan Mn yang semakin tinggi akan meningkatkan

kandungan perlit di dalam strukturnya. Kandungan Mn yang efektif dalam besi cor

adalah Mn tanpa senyawa S, dengan perhitungan sebagai berikut :

Mn (%) = 1,7 x %S + 0,2 s/d 0,3%…………………………….. (1)

Oleh karena itu semakin banyak kandungan S pada besi cor kelabu, maka

Mn yang dibutuhkan juga semakin tinggi. Kandungan Mn dapat saja lebih dari

1% pada material yang memiliki tebal dimensi yang lebih besar, namun kelebihan

Mn ini bisa memicu terbentukya ledeburit atau pembekuan putih.

2.5.2 Karbon (C)

Karbon sebagai unsur yang paling penting mempunyai pengaruh yang besar

terhadap sifat mekanis besi cor. Jumlah kandungan karbon di dalam besi cor kelabu

sekitar 2 – 3,7 % yang berperan sebagai pembentuk senyawa Fe3C atau sementit

dan dalam keadaan bebas disebut dengan grafit. Meningkatnya unsur karbon dari

2,5 hingga 3,6% pada besi cor menyebabkan titik lumer menurun. Namun dengan

meningkatnya kadar karbon berguna unutk benda tuang yang berdinding tipis dan

benda tuang dengan bentuk istimewa karena besi cor lebih mudah dituang.


17

Meningkatnya kandungan karbon sebesar 2,5 hingga 3,6% juga

mengakibatkan kekuatan tarik dan kekuatan lentur dari besi cor kelabu menurun.

Pengurangan kekuatan tarik besi cor kelabu menurun dari 350 N/mm² pada 2,5%

karbon hingga kira-kira 150 N/mm² pada 3,6% karbon. Penurunan kekuatan lentur

besi cor kelabu pada kandungan 2,5% karbon sebesar 560 N/mm² menurun jika

dibandingkan dengan 3,6% karbon yaitu sebesar 300 N/mm². kekuatan lentur besi

cor kelabu adalah lebih tinggi dari kekuatan tariknya. Ini disebabkan karena

kekuatan tekan besi tuang kelabu adalah 2,5 hingga 3 kali kekuatan tariknya.

2.5.3 Silikon (Si)

Seperti halnya dengan karbon, Silikon juga sangat berpengaruh terhadap

sifat mekanis besi cor, keduanya memiliki fungsi yang hampir sama yaitu untuk

mempercepat pembentukan grafit, sehingga kedua unsur ditentukan berdasarkan

harga tingkat kejenuhan karbon. Kandungan silikon yang tinggi memungkinkan

pembentukan grafit, dan dapat meningkatkan sifat mampu mesin dari besi cor

kelabu. Jumlah silikon dalam besi cor menentukan beberapa bagian karbon yang

terikat dengan Fe dan beberapa bagian membentuk karbon bebas setelah mencapai

keadaan seimbang.

Silikon berfungsi untuk membentuk ikatan yang keras dengan Fe sehingga

dapat dikatakan apabila kandungannya diatas 3,25 % mampu meningkatkan

kekerasan besi cor kelabu. Kadar silikon yang tinggi juga dapat memperbesar

kemungkinan pembentukan grafit, sehingga meningkatkan sifat mekanis besi cor.

Untuk benda coran yang kecil dianjurkan menggunakan kadar Si yang tinggi,

sedangkan untuk coran yang besar menggunakan kadar yang lebih rendah. Untuk


18

memperoleh bahan yang tahan terhadap asam dan korosi, kadar silikon yang

diberikan sebesar 17 %.

2.5.4 Sulfur (S)

Sulfur akan mengurangi kelarutan karbon dalam besi cor akan

meningkatkan penggrafitan. Namun pada kenyataannya penambahan sulfur justru

akan mengurangi grafit dan cenderung membentuk besi cor putih, kecuali jika

adanya kandungan Mn di dalam besi cor. Sulfur cenderung akan membentuk

sulphide dan membentuk besi cor putih yang biasanya akan menimbulkan bintik-

bintik keras pada permukaannya.

2.5.5 Fosfor (P)

Fosfor dapat meningkatkan fluiditas logam cair dan menurunkan titik

leburnya, oleh sebab itu kadar fosfor yang diajurkan adalah sekitar 1% ditambahkan

pada besi cor yang kecil dan memiliki bagian yang tipis. Kadungan fosfor lebih dari

1% dapat mencegah pembentukan grafit, serta mengurangi kelarutan karbon dan

memperbanyak sementit, sehingga struktur besi cor menjadi keras akibat sementit

sukar terurai. Saat proses peleburan, biasanya terjadi peningkatan kadar fosfor

hingga 0,02%. Untuk mengendalikan hal tersebut perlu dipilih kualitas besi bekas

yang tepat.

2.5.6 Chromium (Cr)

Cr dapat mengakibatkan pembentukan ferrit bebas dan membentuk struktur

perlitik sehingga mampu meningkatkan kekuatan tarik dan kekerasan besi cor

kelabu. Terlalu banyak Cr akan menurunkan sifat machinability, namun untuk


19

keperluan khusus seperti camshaft Cr bisa saja ditambahkan hingga 1% untuk

meningkatkan ketahan aus.

2.6 Dasar-Dasar Pengecoran (Casting)

2.6.1 Pengertian Pengecoran

Pengecoran adalah suatu proses manufaktur yang menggunakan logam cair

dan cetakan untuk menghasilkan produk dengan bentuk geometri yang diinginkan.

Dalam prosesnya, tahapan dalam proses pengecoran memiliki parameter yang harus

diperhatikan, meliputi pembuatan cetakan, persiapan peleburan logam, penuangan

logam cair kedalam cetakan (pouring), pengangkatan atau pelepasan produk dari

cetakan, hingga proses daur ulang pasir cetakan.

Dibandingkan dengan proses permesinan, pengecoran memiliki kelebihan

dan kekurangan, kelebihan yang paling penting adalah dari segi komplek atau

tidaknya suatu produk yang dihasilkan. Produk yang dihasilkan memiliki bentuk

dan geometri internal maupun eksternal yang komplek, yang biasanya tidak bisa

atau sukar dilakukan dalam proses permesinan. Selain itu dalam proses pengecoran

ini tidak ada material sisa, sedangkan dalam proses permesinan akan menghasilkan

material sisa akibat proses pembentukan produknya.

Akan tetapi proses pengecoran ini memiliki kekurangan, yaitu adanya

keterbatasan sifat mekanik dari produk yang dihasilkan. Hal ini disebabkan karena

adanya porositas atau penyusutan material pada saat pembekuan. Kekurangan lain

dalam proses pengecoran adalah keakuratan dimensi ukuran untuk beberapa proses

pengecoran.


20

2.6.2 Sifat Logam Cair

Logam cair adalah cairan seperti air tetapi memiliki berat jenis logam cair

lebih besar dari pada air. Seperti kita ketahui, berat jenis air adalah 1000 kg/m3,

sedangkan berat jenis besi cor 6800 – 7800 kg/m3. Aliran logam cair sangat

dipengaruhi oleh kekentalan logam cair dan kekerasan cetakan. Kekentalan logam

cair sangat tergantung pada temperatur leburnya, semakin tinggi temperature maka

kekentalannya akan semakin rendah. Logam cair yang mengalir pada dinding

cetakan pasir tidak akan menyebabkan dinding cetakan menjadi basah maupun

meresap ke dalam cetakan, asalkan jarak antar partikel pasir sangat rapat.

Apabila logam cair melalui rongga pada sebuah cetakan, logam cair tersebut

tidak mengikuti keadaan cair sempurna. Jika temperaturnya jauh di atas titik

leburnya, maka lapisan beku tidak akan cepat muncul pada permukaan dinding

cetakan. Jika temperaturnya dekat dengan titik leburnya, maka lapisan beku akan

cepat muncul pada permukaan dinding permukaan, yang akan menyebabkan jalan

aliran menjadi sempit. Hal ini mengakibatkan mampu alir dari logam cair akan

menurun, karena jalan aliran meyempeit dan bisa saja menyumbat aliran.

2.6.3 Pengecoran dengan Cetakan Pasir

Pengecoran menggunakan cetakan pasir merupakan suatu proses

manufaktur yang menggunakan pasir sebagai media cetaknya untuk menghasilkan

bentuk coran yang mendekati bentuk geometri akhir produknya. Cetakan pasir

merupakan cetakan yang paling banyak digunakan karena memiliki beberapa

keunggulan yaitu mampu mencetak logam dengan titik lebur yang tinggi dan

mampu mencetak benda cor dengan berbagai macam ukuran.


21

Proses pengecoran cetakan pasir meliputi : pembuatan cetakan, persiapan

dan peleburan logam, penuangan logam cair ke dalam cetakan, pembongkaran dan

pembersihan coran, serta proses daur ulang pasir cetakan.

2.7 Pengujian

2.7.1 Pengujian Tarik

Uji tarik bertujuan untuk mengetahui sifat-sifat mekanik dan perubahan dari

suatu material terhadap pembebanan tarik. Beban tarik tersebut dimulai dari nol dan

berhenti pada beban atau tegangan patah tarik dari material yang diuji. Spesimen

yang akan diuji telah dibentuk memiliki ukuran standar pengujian tarik kemudian

dipasang dengan cara menjepit kedua ujungnya kemudian diberikan beban atau

gaya tarik secara perlahan, dari nol hingga benda uji tersebut patah.

Gambar 2.7 Alat uji tarik

Bentuk dan ukuran benda uji yang dipakai disesuaikan dengan alat uji yang

dipakai yaitu dengan menggunakan standar ASTM, dan perhitungan yang

digunakan menggunakan rumus :

a. Rumus kekuatan tarik

σ = 𝑃𝑚𝑎𝑥

𝐴0 …………………………….. (2)


22

𝜎 = Tegangan tarik (kg/mm2)

Pmax = Tegangan maksimum yang diberikan (kg)

A0 = Luas penampang spesimen uji (mm2 )

b. Rumus regangan

Ꜫ = 𝐿1−𝐿0

𝐿0𝑋100% ………………… (3)

Ꜫ = Regangan total (%)

L1 = Panjang mula-mula (mm)

L0 = Panjang setelah patah (mm)

Gambar 2.8 Diagram Tegangan - Regangan

(Sumber: Suroto. A, Sudibyo. B: Ilmu Logam/Metalurgi, hal 3)

Gambar 2.2 menunjukkan pada saat tidak ada pembebanan (0) hingga

mencapai titik E/P, garis pada grafik masih menunjukan garis lurus. Titik E/P

disebut batas elastis, sebenarnya nilai pada titik P lebih besar dari titik E, tetapi

karena besarnya hanya berbeda sedikit maka kedua titik tersebut besarnya dianggap

sama. Besarnya pembebanan di daerah 0-E, maka spesimen uji hanya akan


23

mengalami deformasi elastik. Disebut elastic karena jika gaya pembebanan

dihilangkan, maka spesimen uji tersebut akan kembali pada panjang mula-mula,

titik E merupakan batas antara deformasi elastik dan deformasi plastik. Apabila

besarnya gaya pembebanan yang diberikan telah melewati titik E, maka grafik yang

terbentuk akan berupa garis lengkung karena 0-E merupakan garis lurus, maka

berlaku hubungan modulus elastisitas E :

E = 𝜎

Ꜫ …………………………… (4)

Pengecilan penampang terjadi pada saat tegangan sudah mencapai titik S,

pada titik S ini pula specimen uji mengalami pertambahan panjang walaupun beban

yang diberikan tidak ditambah, titik S dinamakan Yield Point. Apabila pembebanan

yang terjadi sudah mencapai tititk B, maka tegangan ini merupakan tegangan tarik

maksimum yang mampu ditahan oleh spesimen uji tersebut. Titik B dinamakan

tegangan patah, karena pada titik B spresimen uji akan menunjukkan gejala patah

berupa retakan. Retakan ini akan semakin bertambah dan akhirnya spesimen uji

akan patah pada titik F. Dari pengujian tarik dapat diketahui sifat mekanik dari suatu

material:

a. Semakin tinggi kemampuan kekuatan tarik suatu material, maka akan lebih

kuat juga material tersebut mampu untuk menerima kekuatan tarik. Tetapi jika

semakin rendah kemampuan tarik suatu material, maka akan semakin lemah

pula dapat menerima kekuatan tarik.

b. Semakin tinggi regangan yang terjadi pada suatu material maka semakin

mudah material tersebut untuk dibentuk, begitu pula sebaliknya. Jika semakin

kecil regangan maka material tersebut akan sulit untuk dibentuk.


24

2.7.2 Pengujian Kekerasan

Kekerasan (hardness) adalah salah satusifat mekanik dari suatu material.

Kekerasan suatu material harus diketahui, khususnya material yang dalam

penggunaannya akan mengalami gesekan dan deformasi plastik yang diakibatkan

oleh tekanan. Deformasi plastis merupakan suatu keadaan dari suatu material ketika

menerima gaya, maka sruktur mikro dari material tersebut tidak dapat kembali ke

bentuk semula. Secara ringkas kekerasan didefinisikan sebagai kemampuan suatu

material untuk menahan beban identasi atau penetrasi (penekanan). Pengujian ini

dilakukan dengan cara memberikan penekanan pada bidang benda uji

menggunakan indentor dan beban tertentu. Uji kekerasan merupakan pengujian

yang paling efektif untuk mengetahui nilai kekerasan dari suatu material, karena

dengan pengujian ini dapat dengan mudah mengetahui sifat mekanis material

tersebut. Meskipun pengukurannya hanya dilakukan pada satu titik atau lebih, nilai

kekerasannya cukup valid untuk menyatakan kekerasan dari suatu material.

Ada tiga macam metode kekerasan yang umumnya digunakan, yaitu :

1. Pengujian Kekerasan Brinell (HB/BHN)

Metode kekerasan Brinnel ini diajukan oleh J.A Brinell pada tahun 1900 ini

merupakan uji kekerasan yang paling banyak digunakan serta disusun

pembakuannya (Dieter, 1987). Uji kekerasan ini merupakan pembentukan lekukan

pada permukaan logam dengan menggunakan bola baja yang dikeraskan, kemudian

ditekan dengan pembebanan tertentu. Pengujian ini menggunakan boal baja keras,

dengan diameter bola baja bervariasi yaitu 10 mm, 5 mm, dan 2,5 mm.


25

Gambar 2.9 Alat uji kekerasan Brinell

Cara pengujiannya yaitu bola baja dengan lambang D mm ditekan dengan

beban tertentu pada permukaan material yang akan diuji, dengan beban P kg. Beban

yang diberikan biasanya selama 30 detik, setelah itu diameter bekas lekukan diukur

menggunakan mikroskop. Pemilihan beban pada pengujian ini tergantung dari

kekerasan material yang diuji, semakin keras material maka beban yang digunakan

juga semakin besar, begitu juga sebaliknya. Pengujian ini memerlukan permukaan

benda uji yang halus, rata dan bersih dari debu serta kerak. Rumus yang digunakan

untuk menghitung angka kekerasan Brinell adalah sebagai berikut :

BHN = 2𝑃

(𝜋𝐷)(𝐷−√𝐷2−𝑑2) …………………… (5)

Keterangan :

P = beban yang diberikan (kg)

D = diameter bola baja (mm)

d = diameter lekukan (mm)


26

Untuk mengetahui nilai standar yang digunakan untuk diameter bola baja

(indentor) dan beban, dengan daerah kekerasan yang akan diukur dapat dilihat pada

tabel dibawah ini :

Tabel 2.4 Diameter indentor pengukuran kekerasan Brinell dan Beban

(Sumber: Surdia, T., Saito, S. : Teknik pengecoran Logam)

Diameter

Indentor D

(mm)

Beban (kg)

30 D² 10 D² 5 D² 12,5 D² D²

10 3000 1000 500 125 100

5 750 250 125 - -

Bahan yang

diukur

Logam keras,

baja, besi cor

Paduan

tembaga,

paduan

aluminium

keras

Tembaga,

dan paduan

aluminium

Logam

lunak,

timah dan

lainnya

Logam

lunak,

timah dan

lainnya

1. Pengujian Kekerasan Rockwell (HR/RHN)

Pengujian kekerasan dengan metode Rockwell dilakukan dengan tujuan

untuk menentukan kekerasan suatu material terhadap indentor kerucut intan yang

ditekankan pada permukaan material uji . Adapun standar pengujian kekerasan

dengan metode Rockwell ditinjukkan pada Tabel 2.5


27

Tabel 2.5 Standar pengujian kekerasan Rockwell

Skala Penekan

Beban Skala

Kekerasan

Warna

Angka Awal Utama Jumlah

A Kerucut Intan 120 10 50 60 100 Hitam

B Bola Baja 1,558 mm 10 90 100 130 Merah

C Kerucut Intan 120 10 140 150 100 Hitam

D Kerucut Intan 120 10 90 100 100 Hitam

E Bola baja 3,175 mm 10 90 100 130 Merah

F Bola Baja 1,558 mm 10 50 60 130 Merah

G Bola Baja 1,558 mm 10 140 150 130 Merah

H Bola Baja 3,175 mm 10 50 60 130 Merah

K Bola Baja 3,175 mm 10 140 150 130 Merah

L Bola Baja 6,35 mm 10 50 60 130 Merah

M Bola Baja 6,35 mm 10 90 100 130 Merah

P Bola Baja 6,35 mm 10 140 150 130 Merah

R Bola Baja 12,7 mm 10 50 60 130 Merah

S Bola Baja 12,7 mm 10 90 100 130 Merah

V Bola Baja 12,7 mm 10 140 150 130 Merah

2. Pengujian Kekerasan Vickers (HV/HVN)

Pengujian ini didasarkan pada penekanan indentor yang berbentuk pyramid

diamond terbalik dengan sudut puncak 136⁰ ke permukaan logam yang akan diuji

kekerasannya, dimana permukaan logam harus rata dan bersih. Proses pengujiannya


28

adalah setelah diberikan gaya yekan secara statis pada permukaan benda uji,

kemudian dihilangkan dan pyramid diamond dikeluarkan dari bekas yang terjadi,

maka diagonal segi empat bekas teratas kemudian diukur, yang kemudian ukuran

ini digunakan sebagai angka kekerasan logam yang diuji. Permukaan bekas

merupakan bentuk segi empat karena berbentuk piramida sama siss.

Untuk memperoleh nilai kekerasan Vickers digunakan rumus sebagai

berikut :

Hv = 2𝐹𝑠𝑖𝑛136⁰

𝐷² =

1,8554𝐹

𝐷² …………………… (6)

F = beban yang digunakan (kg)

D = panjang diagonal rata-rata (mm)


29

2.8 Tinjauan Pustaka

Penelitian yang telah dilakukan oleh Irawan (2017) membahas mengenai

pengaruh penambahan mangan besi cor kelabu menggunakan cetakan pasir.

Penelitian ini menggunakan pola kayu silinder. Hasil data pengujian yang diperoleh

dari CE meter temperatur awal saat dituang ke dalam cetakan 1356,8 ⁰C, temperatur

liquid 1155,4 ⁰C, temperatur solid 1113,6 ⁰C pada saat tersebut besi mulai padat

namun masih berwarna merah hingga temperatur akhir 1060 ⁰C dimana besi telah

membeku dan megeras dalam waktu 180 detik. Hasil komposisi kimia terdapat 20

unsur tetapi hanya 6 unsur yang berpengaruh terhadap besi cor kelabu yaitu

Fe=0,0512, C=0,0315, Si=0,0175, Mn=0,0037, Cr=0,0018, Ni=0,0004. Unsur

tersebut mengandung lebih dari 0,5% komposisi besi cor kelabu. Gambar struktur

mikro terdapat perbandingan grafit dan sementit, serta terdapat perlit yang membuat

nilai kekerasan meningkat. Dari hasil pengujian kekerasan spesimen tanpa Mn rata-

rata kekerasannya 34,10 HRB, dan spesimen menggunakan Mn rata-rata sebesar

41,14 HRB. Hasil pengujian tarik tanpa Mn didapat hasil tertinggi beban maksimal

sebesar 263,14 N, serta tensile strength 216,16 N/mm², sedangkan spesimen dengan

penambahan Mn didapat hasil tertinggi beban maksimal sebesar 268,12 N,

sedangkan tensile strength 216,75 N/mm².

Imam (2016), penelitian ini membahas mengenai pengaruh kadar mangan

terhadap struktur mikro dan kekerasan baja paduan Fe-17Cr-xMn melalui metode

peleburan. Penelitian ini menggunakan bahan baja karbon Fe-C AISI 1010 (0,1%

C; 0,21% Mn; 0,03% Cr; 0,03 Ni). Ferromangan medium karbon(76,25% Mn;

1,92% C) komposisi kimia. Komposisi Mn yang divariasikan adalah sebesar 10%;


30

12%; 14%; dan 16%. Hasil pengukuran kekerasan Brinell menunjukkan

peningkatan nilai kekerasan dengan bertambahnya kadar Mn dan karbon. Nilai

kekerasan paduan meningkat dari 184,32 HB untuk paduan Fe-17Cr-10Mn,203,33

HB untuk paduan Fe-17Cr-12Mn dan yang tertinggi adalah 247,67 HB untuk

paduan Fe-17Cr-14Mn. Paduan Fe-17Cr-16Mn memiliki kekerasan 245 HB, lebih

rendah dari paduan Fe-17Cr-14Mn. Nilai kekerasan paduan masih sebanding

dengan kadar Mn pada keempat paduan. Pengamatan struktur mikro dapat

disimpulkan bahwa peningkatan kadar Mn pada paduan Fe-17Cr-xMn,

menurunkan jumlah fasa ferrit dan meningkatkan fasa austenite.

Rahardjo dan Bintang (2014), telah melakukan penelitian yang membahas

mengenai pengaruh unsur Ni, Cr, dan Mn terhadap sifat mekanik baja kekuatan

tinggi berbasis laterit. Pada komposisi Mn 0,4% berat; Cr 0,1-0,9% berat dan Ni

0,1 dan 3% berat, terjadi peningkatan tarik yang signifikan, tetapi diiringi dengan

penurunan keuletan baja paduan sintetis. Sifat mekanik tertinggi diperoleh pada

paduan C yaitu kekutan luluh sebesar 561,6 N/mm², kekuatan tarik sebesar 765

N/mm², dan nilai kekerasan sebesar 309,14. Peningkatan sifat mekanik dihasilkan

karena terbentuknya karbida (Fe,Mn)₃C dan (Fe,Cr)₃C dalam baja paduan sintetis

berbasis laterit.

Kesimpulan yang dapat diambil dari ketiga penelitian diatas adalah bahwa

peningkatan komposisi Mn dalam besi maupun baja mampu meningkatkan sifat

mekanisnya, hal ini terjadi karena Mn akan bereaksi dengan Fe dan membentuk

besi karbida FeMn₃C atau yang biasa disebut sementit. Tetapi Mn dalam besi atau


31

baja justru dapat menurunkan keuletannya juga menurunkan jumlah fasa ferrit,

namun akan meningkatkan fasa austenite jika dilihat pada uji struktur mikronya


29

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Skema Penelitian

Skema urutan proses penelitian ditunjukkan pada gambar 3.1.

Gambar 3.1 Diagram penelitian

Mulai

Persiapan Bahan

Proses Pengecoran

Besi Cor

Kelabu

Besi Cor

Kelabu 1,2%

Mn

Besi Cor

Kelabu 0,8%

Mn

Besi Cor

Kelabu 1,7%

Mn

Uji Tarik dan Uji Kekerasan

Analisis Data

Kesimpulan

Uji komposisi


30

3.2 Bahan yang Digunakan

Dalam proses pembuatan spesimen uji, bahan utama yang digunakan antara

lain sebagai berikut :

a. Besi Cor Kelabu

Bahan utama yang digunakan dalam penelitian ini adalah besi cor kelabu

yang diperoleh dari Koperasi Batur Jaya Ceper, dapat dilihat pada Gambar 3.1.

Gambar 3.2 Besi Cor Kelabu

b. Mangan

Bahan paduan yang digunakan dalam penelitian ini adalah mangan dengan

kemurnian 77%. Mangan pada Gambar 3.2 diperoleh di Koperasi Batur Jaya Ceper

Klaten.

Gambar 3.3 Ferromangan


31

Kedua bahan utama ini nantinya akan dipadukan sehingga menjadi empat

material yang berbeda yaitu sebagai berikut :

1. Besi cor kelabu pengecoran awal

2. Besi cor kelabu komposisi 0,88% Mn

3. Besi cor kelabu komposisi 1,28 % Mn, dan

4. Besi cor kelabu komposisi 1,77 % Mn

3.3 Peralatan yang Digunakan

3.3.1 Alat yang Digunakan Dalam Proses Pengecoran

Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :

a. Pasir

Proses pengecoran dalam penelitian ini menggunakan cetakan pasir karena

lebih tepat untuk pengecoran besi cor kelabu dan lebih ekonomis. Jenis pasir yang

digunakan adalah pasir alam.

b. Tungku Induksi

Tungku induksi yang ditunjukkan pada Gambar 3.3 digunakan sebagai

tempat peleburan besi cor kelabu. Tanur induksi yang digunakan terdapat di

Koperasi Batur Jaya Ceper dengan kapasitas 500 kg.

Gambar 3.4 Tungku Induksi


32

c. Kowi

Kowi digunakan sebagai wadah logam cair dari tanur induksi yang nantinya

akan dipindah ke tempat cetakan pasir untuk mempermudah proses penuangan.

Sebelum logam cair dituang ke dalam kowi, bagian dalam permukaan kowi terlebih

dahulu dilapisi menggunakan pasir khusus agar besi cor cair tidak lengket dan

menyebabkan kebocoran pada kowi. Kowi dapat dilihat pada Gambar 3.4.

Gambar 3.5 Kowi

d. Ladle/Gayung

Ladle dalam penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 3.5, digunakan untuk

menuangkan besi cor kelabu cair ke dalam cetakan. Ladle yang digunakan terdapat

di Koperasi Batur Jaya Ceper dengan kapasitas 10 kg. Sebelum digunakan, bagian

permukaan dalam ladle harus dilapisi dengan pasir khusus agar besi cor cair tidak

lengket dan menyebabkan kebocoran.


33

Gambar 3.6 Ladle dan peganggan ladle

e. Timbangan Digital

Timbangan digital pada penelitian ini digunakan untuk menimbang berat

dari mangan.

f. Saringan

Saringan pada penelitian ini digunakan sebagai pengayak/penyaring pasir

cetakan untuk mendapatkan pasir yang halus merata agar hasil cetakan pasir

menjadi padat dan sempurna.

g. Sekop

Sekop dalam penelitian ini digunakan untuk mempermudah pembuatan

cetakan pasir.

h. Bubuk Batu Kapur

Bubuk batu kapur ini digunakan sebagai pelapis pada bagian luar cetakan

agar pada saat penuangan besi cor cair tidak melekat pada cetakan.


34

3.3.2 Alat yang Digunakan Dalam Pembuatan Benda Uji

Adapun alat permesinan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai

berikut :

a. Mesin Bubut

Mesin bubut yang ditunjukkan pada Gambar 3.7 digunakan untuk membuat

benda uji tarik dari hasil proses pengecoran.

Gambar 3.7 Mesin Bubut

b. Gergaji

Gergaji digunakan untuk memotong hasil coran menjadi bagian yang lebih

kecil. Potongan ini yang digunakan sebagai spesimen uji kekerasan.

c. Kikir

Kikir digunakan memperhalus permukaan hasil coran maupun bekas

pemotongan.

d. Amplas

Amplas pada penelitian digunakan untuk menghaluskan permukaan

spesimen untuk proses pengujian kekerasan.


35

e. Jangka Sorong

Alat ukur jangka sorong digunakan untuk mengukur spesimen pada saat

proses permesinan.

3.3.2 Alat Pengujian

Ada alat pengujian yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :

a. Mesin Uji Tarik

Mesin uji tarik digunakan untuk mengetahui kekuatan tarik dan regangan

dari spesimen bahan yang diuji yaitu besi cor kelabu. Mesin uji tarik pada Gamabar

3.8 terdapat di laboratorium Universitas Sanata Dharma.

Gambar 3.8 Mesin Uji Tarik

b. Alat Uji Kekerasan Brinnel

Alat uji kekerasan ini digunakan untuk pengujian ketahanan material

terhadap deformasi plastis yang diakibatkan oleh tekanan, sehingga dapat diketahui

kekerasan dari suatu material tersebut. Alat uji kekerasan ditunjukkan pada Gambar

3.9 terdapat di laboratorium Universitas Sanata Dharma yaitu alat uji kekerasan

Brinell.


36

Gambar 3.9 Alat Uji Kekerasan Brinell

c. Mikroskop

Mikroskop dalam penelitian ini digunakan untuk menentukan dan

mengukur diameter bekas penekanan indentor pada spesimen uji setelah pengujian

kekerasan Brinnel. Mikroskop yang digunakan terdapat di laboratorium Universitas

Sanata Dharma dan ditunjukkan pada Gambar 3.10.

Gambar 3.10 Mikroskop

3.4 Proses Pengecoran

Pada saat melakukan proses pengecoran ada beberapa tahapan yang harus

dilakukan. Proses pertama adalah mempersiapkan alat dan bahan, pembuatan


37

cetakan, selanjutnya peleburan (melting) material, kemudian penuangan (pouring)

logam cair ke dalam cetakan dan terakhir pembongkaran cetakan.

Dalam penelitian ini penambahan mangan dilakukan dengan menumbuk

terlebih dahulu bongkahan mangan menjadi butiran halus agar nantinya dapat

tercampur secara merata. Mangan yang telah dihaluskan kemudian ditimbang dan

dihitung persentase beratnya sesuai dengan kapasitas ladle. Hal ini dilakukan

karena mangan tidak dilebur di dalam tungku, melainkan ditambahkan ke dalam

ladle sebelum besi cor cair dituangkan ke dalam cetakan.

3.4.1 Cetakan yang Digunakan

Proses pengecoran dalam penelitian ini menggunakan cetakan pasir karena

lebih tepat untuk pengecoran besi cor dan lebih ekonomis. Siapkan pasir cetak yang

akan digunakan, lalu padatkan pasir pada pola sesuai dengan bentuk coran yang

akan dibuat termasuk buat lubang aliran masuk untuk mengalirkan logam kedalam

rongga cetakan. Dalam pembuatan cetakan pasir ini ditunjukkan pada Gambar 3.11,

pastikan pasir benar-benar padat sehingga tidak ada rongga yang dapat

mengakibakan cacat pada hasil coran.

Gambar 3.11 Proses pembuatan cetakan


38

3.4.2 Peleburan Bahan

Peleburan besi cor kelabu dilakukan menggunakan tanur induksi. Material

yang telah disapkan sebelumnya dimasukkan sedikit demi sedikit kedalam tanur

induksi. Artinya, setelah material sedikit demi sedikit dimasukan ke dalam tanur

induksi harus ditunggu sampai cair terlebih dahulu, kemudian ditambahkan

material lagi hingga tanur terisi penuh. Proses ini membutuhkan waktu kurang lebih

selama 45 menit.

3.4.3 Penuangan Logam Cair

Setelah bahan dilebur dan menjadi logam cair, tahap selanjutnya adalah

penuangan bahan ke dalam cetakan. Kowi yang telah dilapisi dengan pasir khusus

disiapkan, kemudian logam cair yang berasal dari tanur induksi dituamgka ke dalam

kowi. Gambar 3.12 merupan proses penuangan besi cor cair dari tanur induksi ke

dalam kowi.

Gambar 3.12 Penuangan besi cor cair dari tanur ke dalam kowi

Setelah itu kowi dibawa menggunakan crane ke bagian cetakan. Kemudian

logam cair yang ada di dalam kowi dituangkan ke dalam ladle untuk mempermudah

penuangan (pouring) ke dalam cetakan, seperti ditunjukkan pada Gambar 3.13.

Sebelum dituang ke dalam ladle, Mn terlebih dahulu dimasukkan ke dalam ladle


39

sesuai dengan komposisi yang telah ditentukan. Mn yang telah dihaluskan akan

tercampur dengan sendirinya pada saat besi cor cair dari kowi dituangkan ke dalam

ladle.

Gambar 3.13 Penuangan besi cor cair ke dalam ladle

Hal yang perlu diperhatikan saat penuangan logam cair ke dalam cetakan

ini adalah kecepatan penuangan, karena apabila penuangan dilakukan dengan

lambat maka akan menyebabkan cacat pada hasil coran berupa rongga-rongga

udara. Gambar 3.14 merupakan proses penuangan logam cair ke dalam cetakan

pasir.

Gambar 3.14 Penuangan besi cor cair ke dalam cetakan


40

3.4.4 Pembekuan dan Pelepasan Coran

Proses selanjutnya adalah pembekuan logam cair. Dalam proses ini

kecepatan atau laju pembekuan akan mempengaruhi coran yang dihasilkan. Setelah

coran membeku, kemudian bongkar cetakan pasir dan bersihkan sisa-sisa pasir yang

masih menempel pada coran kemudian didiamkan hingga dingin, hasil coran

ditunjukkan pada Gambar 3.15. Untuk mempermudah proses selanjutnya, potong

atau kikir coran yang berlebih.

Gambar 3.15 Hasil coran

3.5 Pembuatan Benda Uji

Hasil pengecoran berupa silinder pejal berjumlah 36 buah, untuk uji tarik

berjumlah 32 buah dengan diameter 15 mm dan panjang 180 mm. sedangkan untuk

uji kekerasan berjumlah 4 buah silinder dengan diameter 30 mm dan panjang 300

mm.

3.5.1 Benda Uji Tarik

Setelah proses pengecoran selanjutnya diproses menjadi spesimen uji tarik

melalui proses machining. Benda uji tarik dibuat dengan menggunakan mesin bubut


41

sesuai dengan standarisasi ASTM E8/E8M-16a seperti pada Gambar 3.16 dan

Gambar 3.17.

Gambar 3.16 Standar ukuran spesimen pengujian tarik

(Sumber : ASTM E8/E8M-16a)

Gambar 3.17 Dimensi benda uji tarik

Keterangan :

D = 6 mm

L = 24 mm

P = 30 mm

R = 6 mm

PT = 94 mm


42

3.5.2 Benda Uji Kekerasan

Hasil dari proses pengecoran yang berupa silinder pejal berdiameter 30 mm

dan panjang 300 mm kemudian dipotong menggunakan gergaji, hasil potongan

memiliki ketebalan 10 mm. Salah satu sisi dari potongan tersebut kemudian dipilih

dan diamplas untuk digunakan sebagai tempat penekanan indentor.

3.6 Pengujian

Dalam penelitian ini ada dua pengujian yang akan dilakukan, yaitu dengan

pengujian tarik dan uji kekerasan Brinnel. Spesimen yang akan diuji memiliki

kondisi yang berbeda-beda, antara lain :

1. Benda uji tarik dan kekerasan besi cor kelabu FC 250

2. Benda uji tarik dan kekerasan dengan variasi komposisi 0,88%, 1,28%, dan

1,77% Mn

3.6.1 Pengujian Tarik

Spesimen uji yang telah disiapkan, kemudian dijepit kedua ujungnya secara

vertikal terhadap sumbu penjepit pada mesin uji tarik. Beban tarik diberikan mulai

dari nol hingga maksimum sampai berhenti pada tegangan/beban patah dari

spesimen uji. Setiap kali dibuat catatan mengenai perubahan atau pertambahan

panjang dan gaya yang diberikan. Hasil catatan tersebut telah digambarkan dalam

bentuk diagram tegangan-regangan. Adapun urutan langkah pengujian tarik sebagai

berikut :

1. Alat uji tarik, komputer, dan printer disiapkan. Printer digunakan agar hasil

pengujian dan grafik bisa dapat langsung dicetak.


43

2. Mesin uji tarik dihidupkan, kemudian pasang benda uji dengan cara

menjepit pada kedua penjepit atas dan bawah pada mesin uji tarik. Penjepit

bagian atas dinaikkan dan diturunkan dengan kecepatan lambat sehingga

penjepit benda uji dalam kondisi yang tepat. Pastikan bahwa posisi benda

uji benar-benar pada kondisi vertikal, kemudian kedua penjepit

dikencangkan.

3. Benda uji diberikan beban tarik dengan kecepatan 5 mm/detik, sehingga

benda uji akan bertambah panjang dan sampai pada saat benda uji tersebut

patah/putus. Perpatahan yang diharapkan adalah pada bagian panjang ukur

(gauge length) dari benda uji.

4. Setelah benda uji patah, print seluruh data yang telah didapatkan selama

pengujian tarik penambahan beban dan pertambahan panjang dengan

interval yang ditentukan.

3.6.2 Pengujian Kekerasan Brinnel

Pengujian kekerasan dengan metode Brinell dalam penelitian ini dilakukan

dengan menggunakan alat uji kekerasan Brinell. Sebelum melakukan pengujian,

terlebih dahulu ditentukan diameter indentor bola baja yang akan digunakan yauit

2,5 mm. Dari indentor yang telah ditentukan, pembebanan yang akan diberikan

terhadap benda uji sebesar 187,5 kg. Lama waktu pemberian beban tekan yang

diberikan adalah selama kurang lebih 30 detik, dan dilakukan lima (5) kali

penekanan dengan titik yang berbeda-beda untuk satu variabel benda uji. Besarnya

nilai kekerasan dapat dihitung menggunakan perhitungan sebagai berikut :

BHN = 2𝑃

(𝜋𝐷)(𝐷−√𝐷2−𝑑2) …………………………………….. (3.1)


44

P = Gaya yang diberikan

D = Diameter indentor

d= Diameter lekukan

Diameter indentor yang digunakan tergantung pada tebal spesimen yang

akan diuji. Untuk menentukan hal tersebut dapat dilihat pada Tabel 3.1.

Tabel 3.1 Pengunaan indentor uji kekerasan Brinnel

Adapun urutan proses pengujian kekerasan sebagai berikut :

1. Permukaan spesimen uji dihaluskan menggunakan amplas untuk

mendapatkan permukaan yang merata. Pastikan bahwa permukaan benda uji

benar-benar rata dan tidak terjadi kemiringan.

Tebal Benda Uji (mm) Diameter Indentor/D (mm)

1 – 3 2,5

3 – 6 5

>6 10

Diameter Indentor

(D)

(mm)

𝑃

𝐷2= 5

𝑃

𝐷2= 10

𝑃

𝐷2= 30

Beban (kg)

2,5 31,25 62,5 187,5

5 125 250 750

10 500 1000 3000

HB rata-rata P/D2 Material

160 30 Baja, besi cor

160 – 80 10 Kuningan, logam paduan Cu

80 – 20 5 Aluminium, tembaga


45

2. Setelah itu alat uji kekerasan brinnel disiapkan dan posisikan spesimen uji

tugak lurus terhadap indentor agar pembebanan yang diberikan dapat

maksimal.

3. Beban penekanan ditentukan sesuai dengan Tabel 3.1 dan syarat bola

indentor yang akan digunakan.

4. Lakukan penekanan indentor ke permukaan benda uji dengan cara memutar

handle penekan, kemudian tunggu selama kurang lebih 30 detik untuk

mendapatkan lekukkan yang maksimal.

5. Putar handle penekan ke arah sebaliknya untuk menghilangkan

pembebanan, dan lakukan kembali pembebanan di permukaan spesimen uji

yang berbeda.

6. Ambil dan amati bekas lekukan injakan indentor pada spesimen uji

menggunakan mikroskop.

7. Pengujian kekerasan dilakukan pada daerah/titik berbeda setiap spesimen

sesuai dengan kebutuhan untuk mendapatkan perhitungan yang valid.


46

BAB IV

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Pengujian

Sebelum dilakukan pengujian, hasil coran terlebih dahulu dilakukan proses

uji komposisi bahan. Besi cor kelabu pengecoran awal mengandung 0,46 % Mn,

kemudian kandungan Mn yang divariasikan pada besi cor kelabu adalah sebesar

0,88%, 1,28%, 1,77% Mn. Sehingga terdapat empat material yang digunakan

dengan variasi jumlah Mn yang berbeda-beda,dapat dilihat pada lampiran 1-4 pada

halaman 58-61.

Dalam penelitian ini, ada dua pengujian yang dilakukan, yaitu pengujian

tarik dan pengujian kekerasan. Setelah diperoleh data dari proses pengujian,

selanjutnya dilakukan pengolahan data dan perhitungan kemudian ditampilkan

dalam bentuk tabel dan grafik.

4.2 Data Hasil Pengujian Kekerasan Brinell

Pengujian kekerasan bertujuan untuk membandingkan nilai kekerasan dari

besi cor kelabu pada beberapa komposisi Mn. Pengujian kekerasan ini dilakukan

dengan menggunakan metode uji kekerasan Brinell menggunakan pembebeban

187,5 kg. Pada pengujian kekerasan Brinell ini dilakukan sebanyak lima kali pada

titik yang berbeda-beda agar mendapatkan data yang valid. Untuk memperoleh

hasil perhitungan seperti pada Tabel 4.1 digunakan Persamaan 2.5. Adapun data

hasil pengujian kekerasan dapat dilihat pada Tabel 4.1 dan pada Gambar 4.1.


47

Tabel 4.1 Data hasil pengujian kekerasan Besi Cor

pada beberapa komposisi Mn

Besi Cor

Kelabu

d

(mm)

P

(kg)

D

(mm)

Kekerasan Brinell

(BHN)

0,46% Mn

1,16 187,5 2,5 167,37

1,24 187,5 2,5 145,11

1,24 187,5 2,5 145,11

1,20 187,5 2,5 155,69

1,14 187,5 2,5 173,68

Rata-rata 157,39

0,88% Mn

1,12 187,5 2,5 180,32

1,10 187,5 2,5 187,33

1,14 187,5 2,5 173,68

1,12 187,5 2,5 180,32

1,10 187,5 2,5 187,33

Rata-rata 181,80

1,28% Mn

1,06 187,5 2,5 202,55

1,04 187,5 2,5 210,83

1,02 187,5 2,5 219,59

1,04 187,5 2,5 210,83

1,04 187,5 2,5 210,83

Rata-rata 210,92

1,77% Mn

0,96 187,5 2,5 249,24

0,94 187,5 2,5 260,40

1,02 187,5 2,5 219,59

1,00 187,5 2,5 228,88

1,00 187,5 2,5 228,88

Rata-rata 237,40


48

Gambar 4.1 Grafik rata-rata kekerasan Brinell Besi Cor

Kelabu pada beberapa komposisi Mn

Gambar 4.1 menunjukkan perbandingan nilai rata-rata antara hasil

pengujian kekerasan Besi Cor Kelabu pada beberapa komposisi Mn, yaitu

komposisi awal 0,46%, 0,88%, 1,28%, 1,77% Mn. Dari grafik tersebut dapat

diketahui bahwa semakin tinggi komposisi Mn pada besi cor kelabu dapat

meningkatkan kekerasannya hingga 50,83%. Peningkatan nilai kekerasan ini terjadi

akibat Mn bereaksi dengan besi karbida dengan membentuk senyawa FeMn₃C, hal

inilah yang membuat besi cor kelabu menjadi lebih keras.

Nilai kekerasan besi cor kelabu komposisi 0,46% Mn sebesar 157,39 BHN

dan selalu mengalami peningkatan. Peningkatan kekerasan besi cor kelabu secara

berturut-turut adalah besi cor kelabu komposisi 0,88% Mn mengalami peningkatan

15,50% yaitu sebesar 181,80 BHN, besi cor kelabu komposisi 1,28% Mn

mengalami peningkatan 34,00% sebesar 210,92 BHN, dan besi cor kelabu

komposisi 1,77% Mn meningkat 50,83% sebesar 237,40 BHN.

157.39181.80

210.92237.40

0

50

100

150

200

250

0,46 0,88 1,28 1,77Kek

eras

an B

rin

ell

(BH

N)

Komposisi Mn (%)


49

4.3 Data Hasil Pengujian Tarik

Pengujian tarik ini bertujuan untuk mengetahui kekuatan tarik maksimum

dan regangan dari besi cor kelabu pada beberapa variasi komposisi 0,46%, 0,88%,

1,28%, dan 1,77% Mn. Data hasil pengujian tarik dapat dilihat pada Tabel 4.2 dan

Gambar 4.2.

Tabel 4.2 Data hasil pengujian tarik besi cor kelabu pada beberapa komposisi Mn

Besi

Cor

Kelabu

Benda

Uji

D

(mm)

Lo

(mm)

Pmax

(kgf)

ΔL

(mm)

A

(mm²)

Ꜫ

(%)

σ

(kgf/mm²)

σ

(Mpa)

0,46%

Mn

1 6,00 30 643,56 1,69 28,26 5,63 22,77 223,33

2 6,00 30 669,85 1,47 28,26 4,90 23,70 232,46

3 6,00 30 625,06 1,81 28,26 6,03 22,12 216,91

4 6,00 30 655,74 2,49 28,26 8,30 23,20 227,56

5 6,00 30 647,92 2,66 28,26 8,87 22,93 224,85

Rata-rata 6,75 22,95 225,02

0,88%

Mn

1 6,00 30 736,78 2,32 28,26 7,73 26,07 255,68

2 6,00 30 783,86 2,26 28,26 7,53 27,74 272,02

3 6,00 30 729,00 1,99 28,26 6,63 25,80 252,98

4 6,00 30 760,66 2,15 28,26 7,17 26,92 263,97

5 6,00 30 769,54 1,61 28,26 5,37 27,23 267,05

Rata-rata 6,89 26,75 262,34

1,28%

Mn

1 6,00 30 602,80 2,03 28,26 6,76 21,33 209,19

2 6,00 30 596,59 2,24 28,26 7,46 21,11 207,03

3 6,00 30 601,41 1,80 28,26 6,00 21,28 208,71

4 6,00 30 621,07 2,45 28,26 8,16 21,98 215,53

5 6,00 30 601,22 2,02 28,26 6,73 21,27 208,64

Rata-rata 7,03 21,39 209,82

1,77%

Mn

1 6,00 30 545,83 1,67 28,26 5,57 19,31 189,42

2 6,00 30 578,43 1,18 28,26 3,93 20,47 200,73

3 6,00 30 578,77 2,04 28,26 6,80 20,48 200,85

4 6,00 30 583,39 2,48 28,26 8,27 20,64 202,45

5 6,00 30 537,82 2,06 28,26 6,87 19,03 186,64

Rata-rata 6,29 19,99 196,02


50

Tabel 4.2 menunjukkan data hasil pengujian tarik besi cor kelabu degan

beberapa variasi komposisi Mn. Dilakukan 5 kali pengujian tarik pada setiap variasi

material untuk mendapatkan data yang dibutuhkan. Untuk mengetahui nilai rata-

rata tegangan tarik maksimum dan regangan dapat dilihat pada Gambar 4.2.

Gambar 4.2 Grafik rata-rata kekuatan tarik besi cor kelabu


Dari Gambar 4.2 dapat diketahui nilai rata-rata kekuatan tarik besi cor

kelabu dan besi cor kelabu komposisi 0,46%, 0,88%, 1,28%, dan 1,77% Mn.

Kekuatan tarik besi cor kelabu 0,46% Mn adalah sebesar 225,02 MPa. Nilai

kekuatan tarik tertinggi terjadi pada besi cor kelabu penambahan 0,88% Mn yaitu

sebesar 262,34 MPa atau meningkat 16,59%. Penurunan kekuatan tarik terjadi pada

komposisi 1,28% dan 1,77% Mn. Pada komposisi 1,28% Mn mengalami penurunan

6,75%, dan pada komposisi 1,77% Mn kembali mengalami penurunan sebesar

12,88%.

Dari hasil analisis yang telah dilakukan, dapat dikatakan bahwa komposisi

0,88% Mn dalam besi cor kelabu mampu meningkatkan kekuatan tariknya hingga

225.02

262.34

209.82196.02

0

50

100

150

200

250

300

0.46 0.88 1.28 1.77

Kek

uat

an T

arik

(M

Pa)

Komposisi Mn (%)


51

16,59%. Peningkatan kekerasan ini dipengaruhi oleh pembentukan karbida

FeMn₃C, sehingga penambahan Mn yang semakin banyak akan meningkatkan

pembentukan besi karbida yang kemudian akan berimbas pada pembentukan perlit

yang semakin banyak pula. Namun pada komposisi 1,28% hingga 1,77% Mn,

kekuatan tarik besi cor kelabu mengalami penurunan. Penurunan kekuatan tarik ini

bisa disebabkan karena Mn pada komposisi 1,28% dan 1,77% penyebarannya tidak

merata jika dibandingkan dengan komposisi 0,88% Mn. Akibatnya ada bagian Mn

yang berlebih/kaya Mn tetapi juga ada bagian yang sedikit/miskin Mn, sehingga

area patahan uji tarik terjadi pada area yang miskin Mn.

Gambar 4.3 Grafik rata-rata regangan besi cor kelabu


Dari Gambar 4.2 dapat diketahui nilai rata-rata regangan besi cor kelabu

komposisi 0,46%, 0,88%, 1,28%, dan 1,77% Mn. Diketahui besi cor kelabu

komposisi 0,46% Mn memiliki nilai regangan sebesar 6,75%. Pada komposisi

0,88% Mn, besi cor kelabu mengalami peningkatan regangan dengan nilai regangan

6.75 6.89 7.03

6.29

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

0.46 0.88 1.28 1.77

Reg

angan

(%

)

Komposisi Mn (%)


52

sebesar 6,89%. Peningkatan regangan kembali terjadi pada komposisi 1,28% Mn

yaitu sebesar 7,03%, namun mengalami penurunan pada komposisi 1,77%.

Dari analisis data yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa komposisi

Mn yang semakin tinggi pada besi cor kelabu mampu meningkatkan regangannya,

namun peningkatannya tidak signifikan. Penurunan nilai regangan terjadi pada

komposisi Mn paling tinggi yaitu komposisi 1,77% sebesar 6,29%, walaupun

penurunan yang terjadi tidak signifikan.


53

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 KESIMPULAN

Dari pembahasan yang telah diperoleh berdasarkan pengujian yang

dilakukan, dapat ditarik beberapa kesimpulan yaitu sebagai berikut :

1. Komposisi Mn dalam besi cor kelabu yang semakin tinggi mampu

meningkatkan kekerasannya. Besi cor kelabu kandungan 0,46% Mn

memiliki rata-rata nilai kekerasan 157,39 BHN. Setelah komposisi Mn

divariasikan sebesar 0,88%, 1,28%, dan 1,77% nilai kekerasannya selalu

mengalami peningkatan rata-rata sebesar 14,69% setiap perubahan

komposisinya. Peningkatan kekerasan secara berturut-turut adalah sebesar

181,80 BHN, 210,92 BHN, dan 237,40 BHN. Jadi, komposisi Mn hingga

1,77% dapat meningkatkan kekerasan besi cor kelabu hingga 50,83%

apabila dibandingkangkan dengan komposisi awal 0,46% Mn.

2. Kekuatan tarik tertinggi terjadi pada komposisi 0,88% Mn meningkat

16,59% yaitu sebesar 262,34 Mpa, jika dibandingkan dengan komposisi

0,46% Mn. Setelah komposisi Mn melebihi 0,88% yaitu pada komposisi

1,28% dan 1,77% Mn, kekuatan tariknya mengalami penurunan secara

berturut-turut

3. Komposisi Mn yang semakin meningkat pada besi cor kelabu mampu

meningkatkan regangannya, namun peningkatan yang terjadi tidak

signifikan. Nilai regangan terendah terjadi pada komposisi 1,77% Mn yaitu

sebesar 6,29%.


54

5.2 SARAN

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, ada beberapa saran yang dapat

dikemukakan agar penelitian ke depannya memperoleh hasil yang lebih maksimal

adalah sebagai berikut :

1. Untuk penelitian selanjutnya agar data yang diperoleh lebih akurat maka

faktor yang perlu diperhatikan adalah: Ketelitian dalam proses pengukuran

sebelum dilakukan proses pengujian, perlu diperhatikan mengenai ukuran

spesimen yang harus disesuaikan dengan kapasitas alat pengujian, sebisa

mungkin pada saat proses pengujian dilakukan dengan berurutan.

2. Sebelum melakukan pengujian, diharuskan memahami penggunaan alat uji

agar mempermudah proses penelitian.

3. Selama proses penelitian sebaiknya mengambil gambar/foto dari spesimen

sebelum dan setelah pengujian.

4. Untuk penelitian lebih lanjut, sebaiknya menambahkan pengujian struktur

mikro agar dapat diketahui pula pengaruh penambahan Mn pada struktur

besi cor kelabu.


55

DAFTAR PUSTAKA

Anonim, 1987, Manual book of ASTM Standart, American Society for Testing

Material, Piladelpia.PA.

ASM Metals Handbook. (1990-1, 2005-2), Vol 01 : Properties and Selection Irons,

Steels, and High-Performance Alloys, ASM International.

Binudi, R. dan Bintang A. 2014. Pengaruh Unsur Ni, Cr, dan Mn Terhadap Sifat

Mekanik Baja Kekuatan Tinggi Berbasis Laterit. Tangerang Selatan: Pusat

Peneltian Metalurgi LIPI.

Brown, J. R. 2000. Foseco Ferrous Foundryman’s Handbook.

Cardarelli, F. 2008. Materials Handbook A Concise Desktop Reference Second

Edition. London: Springer.

Dieter, G. E. 1987. Metalurgi Mekanik. Edisi ke III. Jakarta: Erlangga.

Dowling, N. E. 2012. Mechanical Behavior of Materials. London: Pearson

Education.

Heine, R. W. 1971. The Carbon Equivalent Fe-C-Si Diagram and its Application

to Cast Iron. A.F.S. Cast Metals Research Journal. 7, 49.

Imam, S. 2016. Pengaruh Kadar Mangan (Mn) Terhadap Struktur Mikro dan

Kekerasan Baja Paduan Fe-17Cr-xMn Melalui Metode Peleburan. Surabaya:

Intitut Teknologi Sepuluh November.

Irawan, H. 2017. Pengaruh Penambahan Mangan Terhadap Sifat Fisis dan

Mekanis Besi Cor Kelabu. Surakarta: UMS.

Kubaschewski, O. 1982. Iron-Binary Phase Diagram. Springer Science. Verlag

Berlin Heidelberg.

Setyana, L. D., dan Tarmono, T. (2015). Studi Ukuran Grafit Besi Cor Kelabu

Terhadap Laju Keausan Pada Produk Blok Rem Metalik Kereta Api. Jurnal

Material Teknologi Proses.

Smallman, R. E. dan Bishop, R. J. 2000. Metalurgi Fisik Modern dan Rekayasa

Material. Jakarta: Erlangga.

Suprihanto, A. Satridjo. D. dan Suratman, R.2007. Pengaruh Penambahan Unsur

Cr Dan Cu Terhadap Kekuatan Tarik Besi Cor Kelabu Fc20 . Semarang:

Teknik Mesin Undip.

Surdia, T. dan Chijiiwa, K. 2013. Teknik Pengecoran Logam. Jakarta: PT. Pradnya

Pramita.

Surdia, T. dan Saito, S. 1999. Pengetahuan Bahan Teknik. Jakarta: Pradnya

Pramita.


56

Umardani dan Nurferdian. 2009. Pengaruh Penambahan Kandungan Silikon Pada

Besi Cor Kelabu Dengan Metode Fluiditas Strip Mould Terhadap Sifat

Mekanis Dan Struktur Mikro.. Semarang: Teknik Mesin Undip.


57

LAMPIRAN


58

LAMPIRAN 1: Komposisi besi cor kelabu komposisi 0,46% Mn.


59

LAMPIRAN 2: Komposisi besi cor kelabu komposisi 0,88% Mn


60



61



62

LAMPIRAN 5: Hasil pengujian tarik besi cor kelabu komposisi 0,46% Mn.


63



64

LAMPIRAN 7:Hasil pengujian tarik besi cor kelabu komposisi 0,46% Mn.


65



66



67



68



69



70



71



72



73



74



75



76



77



78



79



80



81



variasi komposisi 0,88; 1,28; dan 1,77 persen mangan ...bentuk yang rumit, mudah dilakukan proses...

Documents