PENGARUH UKURAN RISER TERHADAP CACAT PENYUSUTAN DAN CACAT POROSITAS PRODUK COR ALUMINIUM CETAKAN PASIR

Transkripsi

1 PENGARUH UKURAN RISER TERHADAP CACAT PENYUSUTAN DAN CACAT POROSITAS PRODUK COR ALUMINIUM CETAKAN PASIR SKRIPSI Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Oleh : I. HARMONIC KRISNAWAN NIM. I JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2012

2 PENGARUH UKURAN RISER TERHADAP CACAT PENYUSUTANN DAN CACAT POROSITAS PRODUK COR ALUMINIUM CETAKAN PASIR Disusun oleh : I Harmonic Krisnawan NIM. I Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II Bambang Kusharjanta., ST., MT Wahyu Purwoo R., ST., MT NIP NIP Telah dipertahankann di hadapan Tim Dosen Penguji pada November 2012 hari Rabu, Teguh Triyono., ST NIP Ir. Wijang Wisnu Raharjo., MT NIP Mengetahui: Ketua Jurusan Teknik Mesin Koordinator Tugas Akhir Didik Djoko Susilo., ST., MT Wahyu Purwoo R., ST., MT NIP NIP ii

3 PERSEMBAHAN Kupersembahkan karya sederhana ini kepada : Ibunda Sri Astutik dan Ayahanda Drs. Minarwan terimakasih atas doa, tetesan air mata, dan semua nasihat yang menjadikan ananda bisa seperti sekarang. Saudara tercinta Inderawati Kusumaningtiyas, Amd. Kep, terimakasih atas semua dukungan dan doa kepada adikmu ini. Astrid atas semua doa, dukungan, dan kesabaranmu. COSINUS 08 atas persaudaraan yang telah kalian ajarkan kepadaku. iii

4 MOTTO Jika berhasil bersyukurlah, jika gagal bersabarlah. ( Bambang Kusharjanta ) Jadilah manusia yang manusiawi. ( K.H. Anwar Zahid ) Dadio wong sing duwe rumangsa, ojo dadi wong sing rumangsa duwe. ( Krisnawan ) Meraih kejayaan dengan hati, rasional, keadilan, dan membuang ego. ( Cosinus 08 ) iv

5 Pengaruh Ukuran Riser Terhadap Cacat Penyusutan Dan Cacat Porositas Produk Cor Aluminium Cetakan Pasir I Harmonic Krisnawan Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta, Indonesia krisna.mesin@yahoo.com Abstrak Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh ukuran saluran penambah (riser) terhadap cacat penyusutan dan cacat porositas paduan aluminium pada proses pengecoran menggunakan cetakan pasir. Pada penelitian ini bahan baku aluminium berasal dari limbah piston bekas sepeda motor. Saluran penambah (riser) yang digunakan berbentuk botol dengan ukuran leher (neck) diameter 25 mm dan tinggi 5 mm. Variasi ukuran saluran penambah (riser) yaitu : diameter 30 mm dengan tinggi 100 mm, diameter 40 mm dengan tinggi 56 mm, dan diameter 50 mm dengan tinggi 36 mm. Pengujian penuyusutan dengan membandingkan volume produk dengan volume cetakan. Pengamatan rongga penyusutan dengan membelah produk cor menjadi dua bagian. Pengujian porositas dengan membandingkan densitas teoritis dengan densitas terukur. Pengujian densitas teoritis menggunakan standar ASTM E-252. Berdasarkan penelitian kesimpulan yang dapat diambil adalah untuk menghasilkan produk cor dengan nilai persentase penyusutan dan persentase porositas yang rendah digunakan riser dengan ukuran diameter besar dan tinggi. Kata kunci : saluran penambah, penyusutan, porositas, paduan aluminium. v

6 Influence of Riser Size on Shrinkage and Porosity Defect of Aluminium Castings by Using Sand Molds I Harmonic Krisnawan Departement of Mechanical Engineering Engineering Faculty of Sebelas Maret University Surakarta, Indonesia krisna.mesin@yahoo.com Abstract This experiment is aimed to determine the influence of riser size on shrinkage and porosity defect of aluminium castings by using sand molds. The raw material of aluminium alloy in this experiment is derived from waste of motorcycle piston. Bottle shape riser is used with the size of neck is 25 mm of diameters and 5 mm of height. Variations of riser size are: 30 mm of diameters with 100 mm of height, 40 mm of diameters with 56 mm of height, and 50 mm of diameters with 36 mm of height. The shrinkage testing is conducted by comparing the castings volume to the molds volume. The observation of shrinkage cavity is done by cleaving the castings into two pieces. The porosity is tested by comparing the true density to the apparent density. The true density testing uses ASTM E-252 standard. The result of this experiment are is to produce castings which low shrinkage and porosity defect is used riser which large of diameters and height size. Keywords : riser, shrinkage, porosity, aluminium alloy. vi

7 KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul Pengaruh Ukuran Riser Terhadap Cacat Penyusutan Dan Cacat Porositas Produk Cor Aluminium Cetakan Pasir ini dengan baik. Adapun tujuan dari penulisan skripsi ini adlah senagai salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar sarjana teknik di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. Dalam penulisan skripsi ini penulis banyak menemui kesulitan yang dapat terselesaikan berkat bantuan berbagai pihak. Oleh karena itu penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Kedua orang tua dan keluarga atas dukungan secara moral, material, dan spiritual. 2. Bapak Didik Djoko Susilo, ST. MT sebagai Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. 3. Bapak Bambang Kusharjanta, ST. MT dan Bapak Wahyu Purwo Raharjo, ST. MT atas bimbingan yang diberikan kepada penulis. 4. Bapak Teguh Triyono, ST dan Bapak Ir. Wijang Wisnu Raharjo, MT sebagai dosen penguji. 5. Staf tata usaha Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. 6. Mas Maruto, Mas Endri,dan Mas Arifin atas bantuannya dalam pengambilan data. 7. Staf Laboratorium Pengujian Bahan Politeknik Manufaktur Ceper. 8. Syaiful, Widi, dan Addin atas semua bantuan selama mengerjakan skripsi ini, semoga langkah kalian senantiasa diberkahi Tuhan. 9. Saudaraku COSINUS 08 atas persaudaraan kita selama ini. 10. Astrid atas doa, dukungan, dan kesabaranmu. Tidak lupa penulis menyampaikan terima kasih kepada pihak pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan skripsi ini yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu. vii

8 Penulis sangat menyadari atas banyaknya kekurangan dalam penyusunan skripsi ini. Oleh karena itu, penulis memohon maaf atas segala kekurangan dalam penyusunan skripsi ini. Kritik dan saran yang membangun sangat penulis harapkan demi kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi penulis pada khususnya dan bagi pembaca pada umumnya. Terima kasih. Surakarta, November 2012 Penulis viii

9 DAFTAR ISI Halaman Judul... i Halaman Pengesahan... ii Halaman Persembahan... iii Halaman Motto... iv Halaman Abstrak... v Kata Pengantar... vii Daftar Isi... ix Daftar Tabel... xi Daftar Gambar... xii Daftar Notasi.. xiii BAB I Pendahuluan Latar Belakang Perumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan dan Manfaat Sistematika Penulisan BAB II Landasan Teori Tinjauan Pustaka Dasar Teori Proses Pengecoran Pembekuan Coran Pembekuan Terarah (Directional Solidification) Pola Sistem Saluran Perhitungan Casting Modulus Pasir Cetak Cetakan Pasir Aluminium Paduan Cacat Penyusutan (Shrinkage Defects) Cacat Porositas Hipotesis BAB III Metodologi Penelitian Tempat Penelitian Alat dan Bahan Penelitian Prosedur Penelitian Persiapan Pola Pembuatan Pasir Cetak Pembuatan Cetakan Pasir Peleburan Logam Penuangan Logam Cair Pembongkaran Cetakan Pasir Pengujian Cacat Penyusutan Pengujian Cacat Porositas Pengamatan Struktur Mikro Analisa Data Jumlah Spesimen Pengujian 29 ix

10 3.5 Diagram Alir Penelitian Jadwal Penelitian BAB IV Data Dan Analisis Produk Cor Hasil Pengecoran Cetakan Pasir Cacat Penyusutan Perhitungan Modulus Cor Persentase Penyusutan Produk Cor Pengamatan Rongga Penyusutan Persentase Porositas BAB V Kesimpulan Dan Saran Kesimpulan Saran Daftar Pustaka Lampiran x

11 DAFTAR TABEL Tabel 3.1 Tabel variasi ukuran saluran penambah (riser) Tabel 3.2 Jumlah spesimen pengujian Tabel 3.3 Jadwal penelitian Tabel 4.1 Hasil uji komposisi kimia Tabel 4.2 Nilai modulus cor saluran penambah (riser) Tabel 4.3 Volume produk cor Tabel 4.4 Hasil perhitungan persentase penyusutan Tabel 4.5 Data perhitungan densitas nyata sesuai ASTM E Tabel 4.6 Hasil perhitungan densitas semu Tabel 4.7 Persentase porositas xi

12 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Struktur kolom... 7 Gambar 2.2 Bagian-bagian sistem saluran Gambar 2.3 Diagram fasa paduan aluminium-silikon Gambar 2.4 Bentuk cacat shrinkage Gambar 2.5 Cacat porositas pada penampang potong produk cor Gambar 3.1 Limbah piston bekas Gambar 3.2 Dapur peleburan Gambar 3.3 Termometer inframerah Gambar 3.4 Stopwatch Gambar 3.5 Timbangan digital Gambar 3.6 Gelas breker Gambar 3.7 Kotak kaca Gambar 3.8 Mikroskop optik Gambar 3.9 Pola sistem saluran Gambar 3.10 Basin tampak depan Gambar 3.11 Basin tampak atas Gambar 3.12 Saluran turun tampak samping Gambar 3.13 Penampang waduk (well) Gambar 3.14 Penampang pengalir (runner) Gambar 3.15 Penampang saluran masuk (ingate) Gambar 3.16 Bagian-bagian saluran penambah Gambar 3.17 Penampang benda cor tampak depan Gambar 3.18 Penampang benda cor tampak atas Gambar 3.19 Potongan spesimen pengamatan rongga penyusutan Gambar 3.20 Daerah pengamatan rongga penyusutan Gambar 3.21 Diagram alir penelitian Gambar 3.21 Diagram alir penelitian (lanjutan) Gambar 4.1 Produk cor lengkap dengan sistem salurannya Gambar 4.2 Spesimen pengujian cacat penyusutan Gambar 4.3 Hubungan antara persentase penyusutan variasi ukuran riser.. 37 Gambar 4.4 Cacat rongga penyusutan pada produk cor Gambar 4.5 Sampel uji densitas Gambar 4.6 Hubungan antara persentase porositas variasi ukuran riser Gambar 4.7 Struktur mikro sampel uji variasi I (perbesaran 200X) Gambar 4.8 Struktur mikro sampel uji variasi II (perbesaran 200X) Gambar 4.9 Struktur mikro sampel uji variasi III (perbesaran 200X) xii

13 A c A g A r A s M c DAFTAR NOTASI : Luas permukaan cor : Luas permukaan ingate : Luas permukaan runner : Luas penampang sprue : Modulus cor m : massa produk cor S : persentase penyusutan t : tinggi riser % P : persentase porositas produk cor V c : Volume cor V cetakan : Volume cetakan V produk : Volume produk ρo : true density ρs : apparent density ø : diameter riser xiii

14 xiv

15 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Industri pengecoran logam tumbuh seiring dengan perkembangan teknik dan metode pengecoran serta berbagai model produk cor yang membanjiri pasar domestik. Produk cor banyak dipergunakan dalam kehidupan sehari-hari mulai dari perabotan rumah tangga, komponen otomotif, pompa air sampai propeler kapal. Permintaan pasar akan produk logam cor yang prospektif dan luas ini, kurang diimbangi dengan peningkatan kualitas produk (Hidayat, 2010). Pada coran dapat terjadi berbagai macam cacat tergantung pada bagaimana keadaannya, sedangkan cacat-cacat tersebut boleh dikatakan jarang berbeda menurut bahan dan macam coran. Banyak cacat ditemukan dalam coran secara biasa. Seandainya sebab-sebab dari cacat-cacat tersebut diketahui, maka pencegahan terjadinya cacat dapat dilakukan. Cacat-cacat tersebut umumnya disebabkan oleh perencanaan, bahan yang dipakai (bahan yang dicairkan, pasir dan sebagainya), proses (mencairkan, pengolahan pasir, membuat cetakan, penuangan, penyelesaian dan sebagainya) atau perencanaan coran (Surdia, 2000). Salah satu hal yang mempengaruhi terjadinya cacat pada produk cor adalah desain sistem saluran yang kurang baik. Sistem saluran pada cetakan pasir meliputi cawan tuang, saluran turun (sprue), dam atau waduk, saluran pengalir (runner), saluran penambah (riser), dan saluran masuk (ingate). Penelitian ini akan mendalami tentang ukuran saluran penambah (riser). Saluran penambah memberikan logam cair yang mengimbangi penyusutan dalam proses pembekuan dari coran. Pada proses pengecoran kecepatan solidifikasi mempengaruhi sebagian besar mikrosrtuktur dari besi cor, dimana terjadi perubahan sifat mekanik dari besi cor seperti ketangguhan, kekerasan, mampu mesin, dan lain-lain. Perencanaan yang baik dari riser atau pengumpan harus menghasilkan pembekuan terarah, hal ini penting karena perencanaan riser yang tidak baik akan menghasilkan cacat yang lain seperti penyusutan atau rendahnya kekuatan luluh produk. Oleh karena

16 2 itu, perencanaan risering system yang lebih baik diperlukan untuk meningkatkan kualitas produk cor (Nandi dkk, 2011). Ukuran saluran penambah (riser) seringkali digunakan sebagai parameter untuk mengamati perilaku pembekuan logam pada proses pengecoran. Dalam hal ini yang menjadi perhatian adalah pengaruh ukuran saluran penambah (riser) terhadap terjadinya cacat penyusutan. Sedangkan pengaruh ukuran saluran penambah (riser) terhadap terjadinya cacat produk yang lain seperti porositas tidak begitu diperhatikan. Padahal terjadinya cacat porositas akan menyebabkan menurunnya sifat mekanik dari produk coran. Pada penelitian ini akan dilakukan kajian ukuran saluran penambah (riser) tidak hanya terhadap terjadinya cacat penyusutan saja tetapi juga pengaruhnya terhadap terjadinya cacat porositas produk pada pegecoran aluminium dengan cetakan pasir. Dengan mempertimbangkan ukuran saluran penambah (riser) diharapkan dapat meningkatkan kualitas produk cor aluminium Perumusan Masalah 1. Adakah pengaruh variasi ukuran saluran penambah (riser) terhadap terjadinya cacat penyusutan produk cor aluminium. 2. Adakah pengaruh variasi ukuran saluran penambah (riser) terhadap terjadinya cacat porositas produk cor aluminum Batasan Masalah Untuk mengurangi kopleksitas permasalahan serta menentukan arah penelitian yang lebih baik maka ditentukan batasan masalah sebagai berikut: 1. Paduan aluminium yang digunakan berasal dari piston bekas sepeda motor. 2. Kecepatan penuangan logam cair dianggap seragam. 3. Cetakan yang digunakan yaitu cetakan pasir basah. 4. Penampang sprue berbentuk lingkaran dengan ketinggian = 50 mm dan luas penampang masuk sprue (A s ) = 130 mm Penampang saluran masuk (ingate) berbentuk persegi panjang dengan panjang ingate 20 mm.

17 3 6. Komposisi pasir cetak yang dipakai yaitu 80% pasir silika, 10% bentonit, dan 10% air (% berat). 7. Volume logam cair di dalam riser seragam sebesar mm Sistem saluran menggunakan unpressurised system dengan rasio A s : A r : A g yaitu 1 : 2 : Tujuan dan Manfaat Tujuan dari penelitian ini antara lain : 1. Mengetahui pengaruh ukuran saluran penambah (riser) terhadap terjadinya cacat penyusutan aluminium paduan pada pengecoran menggunakan cetakan pasir. 2. Mengetahui pengaruh ukuran saluran penambah (riser) terhadap terjadinya cacat porositas aluminium paduan pada pengecoran menggunakan cetakan pasir. Manfaat dari penelitian ini antara lain : 1. Menambah pengetahuan tentang teknologi pengecoran logam khususnya logam aluminium paduan. 2. Menambah pengetahuan tentang perencanaan sistem saluran yang baik pada proses pengecoran aluminium paduan dengan menggunakan cetakan pasir. 3. Menambah pengetahuan tentang ukuran saluran penambah (riser) yang sesuai untuk menghasilkan produk cor yang baik pada pengecoran pasir Sistematika Penulisan Sistematika penulisan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut : BAB I : Pendahuluan, menjelaskan tentang latar belakang masalah, perumusan masalah, batasan masalah, tujuan dan manfaat penelitian serta sistematika penulisan. BAB II : Dasar teori, berisi tinjauan pustaka yang berkaitan dengan pengaruh ukuran saluran penambah (riser) terhadap terjadinya cacat penyusutan dan cacat porositas paduan aluminium pada pengecoran menggunakan cetakan pasir, dasar teori tentang proses pengecoran, pembekuan commit coran, to user pembekuan terarah, pola, sistem

18 4 saluran, perhitungan casting modulus, pasir cetak, cetakan pasir, aluminium paduan, cacat penyusutan (shrinkage defects), cacat porositas. BAB III : Metodologi penelitian menjelaskan tempat penelitian, alat dan bahan penelitian, prosedur penelitian, jumlah spesimen pengujian, diagram alir penelitian, dan jadwal penelitian. BAB IV : Data dan analisa, menjelaskan data hasil penelitian serta analisa hasil dari perhitungan. BAB V : Penutup, berisi tentang kesimpulan dan saran.

19 5 BAB II LANDASAN TEORI 2.1. Tinjauan Pustaka Tjitro (2001) melakukan penelitian tentang pengaruh bentuk riser terhadap cacat penyusutan produk cor aluminium cetakan pasir. Penelitian ini menggunakan 3 variasi yaitu variasi riser I berbentuk silinder dengan diameter 10 mm dan tinggi 60 mm. Variasi riser II berbentuk kerucut terpancung dengan diameter 10 mm dan 25 mm serta tingginya 60 mm. Riser terakhir berbentuk kerucut terpancung pula dengan diameter 10 mm dan 100 mm dimana tingginya 60 mm. Hasil penelitian menunjukkan bahwa variasi riser III mengahasilkan coran tanpa cacat penyusutan. Sedangkan Variasi riser I dan II terjadi cacat penyusutan akibat tidak berfungsinya riser dengan baik. Ini dapat disimpulkan bahwa cacat penyusutan (shrinkage defect) dipengaruhi oleh nilai casting modulus. Selain itu, diameter leher riser harus memiliki batas minimal untuk menghindari tidak berfungsinya riser. Tjitro dan Gunawan (2003) melakukan penelitian tentang pengaruh bentuk penampang riser terhadap cacat porositas. Bentuk penampang riser yang digunakan yaitu bulat dan segi empat. Dari hasil penelitian menggunakan pemeriksaan mikrografi menunjukkan bahwa bentuk penampang riser mempunyai pengaruh terhadap timbulnya cacat porositas. Timbulnya cacat penyusutan dapat diawali dengan terbentuknya cacat porositas. Persentase cacat porositas produk coran dengan penampang riser segi empat lebih besar dibandingkan penampang riser bulat. Shafiee, dkk (2009) melakukan penelitian tentang pengaruh desain saluran terhadap ketangguhan mekanik hasil pengecoran. Pada penelitian ini digunakan aluminium paduan Al-7Si-Mg dengan melakukan variasi terhadap bentuk dari belokan runner yaitu bentuk L dan bentuk radius. Metode penelitian ini dengan melakukan simulasi menggunakan ADSTEFAN simulation software. Hasil dari penelitian ini adalah pada runner dengan belokan radius dapat menghasilkan produk cor yang memiliki ketangguhan sifat mekanik yang lebih baik dan cacat porositas yang lebih commit kecil dibandingkan to user runner dengan belokan L.

20 6 Hidayat (2010) mengatakan dalam penelitiannya tentang pengaruh model saluran tuang pada cetakan pasir terhadap hasil cetakan dengan menggunakan variasi cawan tuang (basin) yaitu offset basin dan stepped offset basin. Hasil dari penelitian yang menggunakan pemeriksaan mikrografi menunjukkan bahwa menggunakan cawan tuang offset basin maupun offset stepped basin dapat menghasilkan coran dengan cacat porositas kecil dibandingkan tanpa menggunakan cawan tuang. Nandi, dkk (2011) melakukan penelitian tentang perilaku pembekuan dari aluminium cor (LM6) dengan menggunakan Computer-Aided Simulation Software. Pada penelitian ini dilakukan variasi terhadap ukuran riser dan ukuran leher riser dan mempelajari pengaruhnya terhadap terjadinya cacat penyusutan. Metode penelitiannya adalah dengan membandingkan hasil simulasi komputer dengan metode pengecoran konvensional. Hasil dari penelitian ini adalah pada riser dengan ukuran ø 44 mm x 88 mm tinggi dengan ukuran leher riser ø 20 mmx 5 mm tinggi tidak terjadi cacat penyusutan. Murjoko (2011) melakukan penelitian terhadap pengaruh letak saluran masuk terhadap cacat porositas aluminum paduan pada proses pengecoran menggunakan cetakan pasir. Pada penelitian ini dilakukan variasi letak saluran masuk (ingate) yaitu saluran masuk atas dan saluran masuk bawah. Hasil dari penelitian ini rata-rata persentase porositas yang terjadi pada variasi letak saluran masuk atas sebesar 10,34 %, nilai ini lebih besar dibandingkan persentase rata-rata porositas yang terjadi pada spesimen dengan variasi letak saluran masuk bawah yang hanya sebesar 8,16 % Dasar Teori Proses Pengecoran Surdia (2000) menyatakan dalam pembuatan produk cor harus dilakukan proses-proses seperti : pencairan logam, membuat cetakan, menuang membongkar dan membersikan coran. Untuk mencairkan logam bermacam-macam tanur dipakai. Umumnya yang digunakan adalah kupola dan tanur induksi. Cetakan biasanya dibuat dengan jalan memadatkan pasir. Pasir yang dipakai kadangkadang pasir alam atau pasir buatan commit yang to mengandung user tanah lempung. Cetakan

21 7 pasir mudah dibuat dan tidak mahal bila digunakan pasir yang cocok. Kadangkadang dicampurkan pengikat khusus misalnya semen atau resin, karena penggunaan zat-zat tersebut dapat memperkuat cetakan. Pada umumnya logam cair dituangkan dengan pengaruh gaya berat, walaupun kadang-kadang dipergunakan tekanan pada logam cair selama atau setelah penuangan. Setelah penuangan, coran dikeluarkan dari cetakan dan dibersihkan, bagian-bagian yang tidak perlu dibuang dari coran. Kemudian coran diselesaikan dan dibersihkan agar memberikan rupa yang baik Pembekuan Coran Pembekuan coran dimulai dari bagian logam yang bersentuhan dengan cetakan yaitu ketika panas dari logam cair diambil oleh cetakan sehingga bagian logam yang bersentuhan dengan cetakan mendingin sampai titik beku, di mana kemudian inti-inti kristal tumbuh. Bagian dalam dari coran mendingin lebih lambat daripada bagian luar, sehingga kristal-kristal tumbuh dari inti asal mengarah ke bagian dalam coran dan butir-butir kristal tersebut berbentuk panjang-panjang seperti kolom, yang disebut struktur kolom (Surdia, 2000). Gambar 2.1 Struktur kolom (ASM Handbook commit to Vol.15, user casting)

22 8 Tjitro (2001) menyatakan pembekuan (solidification) selama pengecoran mengalami tiga jenis penyusutan yaitu: liquid contraction, solidification contraction dan solid contraction. Liquid contraction adalah penyusutan yang terjadi pada logam cair jika logam cair didinginkan dari temperatur tuang menuju temperatur pembekuan (solidification temperature). Solidification contraction adalah penyusutan yang terjadi selama logam cair melalui phasa pembekuan (perubahan phasa cair menjadi phasa padat). Solid contraction adalah penyusutan yang terjadi selama periode solid metal didinginkan dari temperatur pembekuan menuju temperatur ruang. Liquid contraction dan solidification contraction dapat ditangani dengan merancang sistem riser yang baik dan tepat. Kekosongan (void) yang ditimbulkan oleh dua jenis penyusutan tersebut diisi cairan logam yang disuplai dari riser. Sedangkan solid contraction dapat diatasi dengan membuat dimensi pola lebih besar daripada dimensi produk cor untuk mengkompensasi penyusustan yang terjadi Pembekuan Terarah (Directional Solidification) Masing-masing area pada produk cor memiliki laju pendinginan yang berbeda. Hal ini disebabkan adanya variasi luas penampang, perbedaan laju pelepasan panas, dan sebagian area yang cenderung membeku lebih cepat dibandingkan area lainnya. Gejala ini bila tidak ditangani dengan baik akan menimbulkan kekosongan atau shrinkage akibat solidification contraction. Solidification contraction biasanya terjadi pada bagian produk cor yang mengalami pembekuan terakhir. Solidification contraction menimbulkan cacat shrinkage pada produk cor. Para ahli pengecoran menggunakan prinsip dasar itu untuk membuat produk cor yang bebas cacat dengan cara menambahkan volume logam di bagian produk yang membeku terakhir. Cadangan logam pengumpan ini disebut riser. Arah pembekuan berhubungan dengan casting modulus. Casting modulus menunjukkan ratio antara volume cor dengan luas permukaannya. Jika volume cor cetakan meningkat berarti semakin banyak logam cair maka waktu untuk mendinginkan memerlukan waktu lebih lama. Sebaliknya panas yang ada di dalam cor harus dilepaskan melalui permukaan cor, semakin besar luas permukaan cor akan semakin cepat commit cor to tersebut user dingin. Jadi casting modulus

23 9 semakin besar maka waktu yang dibutuhkan untuk pembekuan (solidification) semakin lama (Tjitro, 2001) Pola Surdia (2000) menyatakan pola diperlukan dalam pembuatan coran. Pola yang dipergunakan untuk pembuatan cetakan benda coran dapat digolongkan menjadi pola logam dan pola kayu (termasuk pola plastik). Pola logam dipergunakan agar dapat menjaga ketelitian ukuran benda coran, terutama dalam masa produksi, sehingga unsur pola bisa lebih lama dan produktivitas lebih tinggi. Bahan dari pola logam bisa bermacam-macam sesuai dengan penggunaannya. Sebagai contoh, logam tahan panas seperti : besi cor, baja cor, dan paduan tembaga adalah cocok untuk pola pada pembuatan cetakan kulit, sedangkan paduan ringan adalah mudah diolah dan dipilih untuk pola yang dipergunakan untuk masa produksi dimana pembuatan cetakan dilakukan dengan tangan. Pola kayu dibuat dari kayu, murah, cepat dibuatnya dan mudah diolahnya dibanding dengan pola logam. Oleh karena itu pola kayu umumnya dipakai untuk cetakan pasir. Faktor penting untuk menetapkan macam pola adalah proses pembuatan cetakan dimana pola tersebut dipakai, dan lebih penting lagi pertimbangan ekonomi yang sesuai dengan jumlah dari biaya pembuatan cetakan dan biaya pembuatan pola Sistem Saluran Surdia (2000) menyatakan sistem saluran adalah jalan masuk bagi cairan logam yang dituangkan ke dalam rongga cetakan. Tiap bagian diberi nama, mulai dari cawan tuang dimana logam cair dituangkan dari ladel, sampai saluran masuk ke dalam rongga cetakan. Sistem saluran terdiri dari : 1. Cawan tuang (pouring basin) Merupakan penerima yang menerima cairan logam langsung dari ladel. Cawan tuang biasanya berbentuk corong atau cawan dengan saluran turun di bawahnya. Cawan tuang harus mempunyai konstruksi yang tidak dapat melalukan kotoran yang terbawa dalam logam cair dari ladel. Oleh karena itu cawan tuang tidak boleh terlalu commit dangkal. to user

24 10 2. Saluran turun (sprue) Saluran turun adalah saluran yang pertama yang membawa cairan logam dari cawan tuang ke dalam pengalir dan saluran masuk. Saluran turun dibuat lurus dan tegak dengan irisan berupa lingkaran. 3. Pengalir (runner) Pengalir saluran yang membawa logam cair dari saluran turun ke bagianbagian yang cocok pada cetakan. 4. Saluran masuk (ingate) Saluran masuk adalah saluran yang mengisikan logam cair dari pengalir ke dalam rongga cetakan. 5. Penambah (riser) Penambah memberi logam cair yang mengimbangi penyusutan dalam pembekuan dari coran, sehingga ia harus membeku lebih lambat dari coran. Basin Sprue Riser Well Ingate Runner Gambar 2.2 Bagian-bagian sistem saluran Tjitro (2002) menyatakan riser adalah sistem saluran yang berfungsi untuk menampung kelebihan logam cair, sebagai cadangan logam cair bila terjadi penyusutan dan pengumpan untuk menyuplai cairan logam kepada produk cor bila terjadi penyusutan. Oleh karena itu, ukuran riser harus diperhitungkan dengan baik sehingga efisiensi penambah dapat dioptimalkan. Pada penelitian ini metode yang digunakan dalam menetukan ukuran riser adalah metoda casting modulus. Riser yang digunakan memiliki bentuk menyerupai botol. Riser ini terdiri dari dua bagian yaitu neck dan riser. Menurut Nandi (2011) secara umum ukuran commit diameter to user neck adalah 40 % sampai dengan

25 11 50% dari ukuran diameter riser, tinggi neck adalah sepertiga sampai setengah kali diameternya, dan tinggi riser adalah dua kali diameternya. Tjitro (2002) menyatakan bahwa untuk menetukan ukuran riser dengan metode casting modulus maka casting modulus riser harus lebih besar dibandingkan casting modulus produk cor Perhitungan Modulus Cor (Casting Modulus) Pada ASM Handbook, untuk menentukan nilai modulus cor perhitungan dilakukan dengan menggunakan persamaan sebagai berikut : = (2.1) Dimana, M c : Modulus cor (mm) V c : Volume cor (mm 3 ) A c : Luas permukaan cor (mm 2 ) (ASM Handbook Vol.15, casting) Pasir Cetak Surdia (2000) menyatakan pasir cetak yang paling lazim adalah pasir gunung, pasir pantai, pasir sungai, dan pasir silica yang disediakan alam. Pasir cetak memerlukan sifat-sifat yang memenuhi persyaratan sebagai berikut : 1. Mempunyai sifat mampu bentuk sehingga mudah dalam pembuatan cetakan dengan kekuatan yang cocok. Cetakan yang dihasilkan harus kuat sehingga tidak rusak karena dipindah-pindah dan dapat menahan logam cair waktu dituang ke dalamnya. Karena itu kekuatannya pada temperatur kamar dan kekuatan panasnya sangat diperlukan. 2. Permeabilitas yang cocok. Dikhawatirkan bahwa hasil coran mempunyai cacat seperti rongga penyusutan, gelembung gas atau kekesaran permukaan, kecuali jika udara atau gas yang terjadi dalam cetakan waktu penuangan disalurkan melalui rongga-rongga diantara butir-butir pasir keluar dari cetakan dengan kecepatan yang sesuai.

26 12 3. Distribusi besar butir yang cocok. Permukaan coran diperhalus kalau coran dibuat di dalam cetakan yang berbutir halus. Tetapi kalau butir pasir terlalu halus, gas akan sulit keluar dan menyebabkan cacat. Sehingga diperluka distribusi besar butir yang sesuai. 4. Tahan terhadap temperatur logam yang dituang. Butir pasir harus mempunyai derajat tahan api tertentu terhadap temperatur tinggi ketika logam cair bertemperatur tinggi dituang ke dalam cetakan. 5. Komposisi yang cocok. Butir pasir bersentuhan dengan logam yang dituang mrngalami peristiwa kimia dan fisika karena logam cair mempunyai temperatur yang tinggi. Bahan-bahan yang tercampur yang mungkin menghasilkan gas atau larut dalam logam adalah tidak dikehendaki. 6. Mampu dipakai lagi. Pasir harus dapat dipakai berulang-ulang supaya ekonomis. 7. Pasir harus murah Cetakan Pasir Akuan (2009) menyatakan pemilihan cetakan pasir yang akan digunakan pada proses pengecoran logam dipengaruhi oleh beberapa faktor teknis dan pertimbangan ekonomisnya. Ada beberapa jenis cetakan pasir yang biasa dipergunakan, yaitu antara lain: a. Cetakan pasir basah b. Cetakan pasir kering c. Cetakan pasir CO2 proses d. Cetakan pasir kulit e. Cetakan pasir yang mengeras sendiri lainnya Proses pengecoran dengan cetakan pasir dilakukan dengan menggunakan gaya gravitasi secara natural agar logam cair dapat mengisi rongga cetakan dengan baik, oleh karena itu desain sistem saluran (gating system) akan sangat menentukan kualitas produk cor.

27 Aluminium Paduan Surdia (2000) menyatakan aluminium merupakan logam ringan mempunyai ketahanan korosi yang baik dan hantaran listrik yang baik dan sifatsifat yang baik lainnya sebagai sifat logam. Kekuatan mekaniknya sangat meningkat dengan penambahan Cu, Mg, Si, Mn, Zn, Ni, dan sebagainya, secara satu persatu atau bersama-sama, memberikan juga sifat-sifat baik lainnnya seperti ketahanan korosi, ketahanan aus, koefisien pemuaian rendah dan sebagainya. Material ini dipergunakan di dalam bidang yang luas bukan saja untuk peralatan rumah tangga tetapi juga dipakai untuk keperluan material pesawat terbang, mobil, kapal laut, konstruksi, dan sebagainya. Paduan aluminium utama antara lain : 1. Paduan Al-Cu dan Al-Cu-Mg 2. Paduan Al-Mn 3. Paduan Al-Si 4. Paduan Al-Mg 5. Paduan Al-Mg-Si 6. Paduan Al-Mg-Zn Gambar 2.3 Diagram fasa paduan aluminium-silikon (ASM Handbook commit to Vol.15, user casting)

28 14 Pada penelitian ini digunakan bahan paduan aluminium-silikon. Paduan aluminium-silikon merupakan jenis paduan aluminium yang paling banyak digunakan dalam proses pengecoran dibandingkan dengan jenis paduan aluminium yang lain. Hal ini disebabkan antara lain sifat fluiditas yang baik. Silikon ditambahkan dengan tujuan untuk meningkatkan mampu cor (castability) serta memperbaiki sifat mekanis dari aluminium murni (Tjitro, 2002) Cacat Penyusustan (Shrinkage Defects) Beeley (2001) menyatakan cacat shrinkage timbul dari kegagalan mengganti kekurangan cairan logam dan penyusutan pembekuan. Kejadian ini biasanya gejala ketidaktepatan sistem saluran (gating system) dan teknik pengumpanan (risering). Cacat ini juga dapat timbul antara lain jika temperatur tuang terlalu tinggi. Cacat tersebut dapat dieliminir atau dikurangi dengan mendesain pembekuan yang terarah atau menggunakan chill. Berbagai bentuk cacat shrinkage yang sering dijumpai seperti diperlihatkan pada gambar 2.3. Gambar 2.4 Bentuk cacat shrinkage (a) primary type, (b) secondarycavities, (c) discrete porosity, (d) sink, (e) puncture (Beeley, 2001) Berbeda dengan cacat primary shrinkage, secondary shrinkage terjadi di bagian dalam produk cor dan biasanya timbul pada tempat yang jah dari riser (pengumpan). Cacat shrinkage yang commit terjadi to user pada bagian dalam produk cor akan

29 15 mengurangi tegangan produk cor. Cacat ini teridentifikasi pada saat produk cor dilakukan proses permesinan Cacat Porositas Pada proses pengecoran logam memungkinkan munculnya gas-gas yang bereaksi menjadi komposisi kimia atau menjadi rongga-rongga udara. Gas tersebut muncul karena adanya udara yang terjebak selama proses penuangan, kontak antara logam cair dengan cetakan, atau dari lapisan yang terbentuk selama proses pembekuan sebagai hasil dari reaksi kimia atau perubahan mampu larut logam cair terhadap suhu (Beleey,2001). Jumlah gas yang terserap atau ikut larut bersama cairan logam bergantung pada jenis logam yang dileburkan. Aluminium merupakan jenis logam yang kemampuan melarutkan hidrogennya cukup tinggi. Porositas oleh gas hidrogen dalam produk coran paduan Al-Si akan memberikan pengaruh yang buruk pada kekuatan serta kesempurnaan dari produk coran tersebut. Cacat porositas dapat dikurangi dengan mendesain ukuran dan penempatan riser yang tepat. Dengan ukuran dimensi riser yang tepat diharapkan gas mampu mengalir secara bebas ke arah riser (Tjitro, 2003). Gambar 2.5 Cacat porositas pada penampang potong produk cor (Tjitro, 2003)

30 Hipotesis Ukuran saluran penambah (riser) berpengaruh terhadap terjadinya cacat penyusutan dan cacat porositas produk cor aluminium cetakan pasir.

31 17 BAB III METODE PENELITIAN 3.1. Tempat Penelitian Penelitian dilakukan di Laboratorium Pengecoran, Laboratorium Material Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta, dan Laboratorium Pengecoran Logam Politeknik Manufaktur Ceper Alat dan Bahan Penelitian Bahan yang digunakan dalam penelitian ini yaitu : 1. Paduan aluminium yang berasal dari limbah piston bekas yang berasal dari sepeda motor. Gambar 3.1 Limbah piston bekas 2. Pasir cetak Pasir cetak terdiri dari campuran pasir silika 80%, bentonit 10%, dan air 10% (persen berat). 3. Kayu Kayu ini digunakan sebagai bahan untuk pembuatan pola. 4. Serbuk karbon Sebuk karbon digunakan untuk mengolesi permukaan pola agar pasir cetak tidak mudah menempel pada pola saat pembuatan cetakan pasir. Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut : 1. Timbangan Timbangan ini digunakan untuk menimbang komposisi pasir silika, bentonit, dan air.

32 18 2. Cethok pasir Digunakan untuk mencampur pasir cetak. 3. Penumbuk Digunakan untuk memadatkan pasir pada saat pembuatan cetakan pasir. 4. Dapur peleburan Digunakan untuk tempat melebur paduan aluminium. Gambar 3.2 Dapur peleburan 5. Arang, briket, dan solar Digunakan sebagai bahan bakar pada proses peleburan. 6. Blower Digunakan sebagai peniup pada proses peleburan. 7. Kowi Digunakan sebagai tempat logam paduan aluminium yang akan dilebur 8. Ladle Digunakan untuk mengambil dan menuang logam cair ke dalam cetakan. 9. Termometer Inframerah Digunakan sebagai sensor suhu untuk mengetahui temperatur logam cair. Gambar 3.3 commit Termometer to user inframerah

33 Stopwatch Digunakan untuk menghitung waktu tuang. 11. Timbangan digital Gambar 3.4 Stopwatch Digunakan untuk menimbang massa spesimen. 12. Gelas breker dan kotak kaca Gambar 3.5 Timbangan digital Digunakan untuk mengukur volume spesimen. Gambar 3.6 Gelas breker Gambar 3.7 Kotak kaca

34 Gergaji Digunakan untuk memotong kayu untuk pembuatan flask dan pola serta gergaji besi untuk memotong spesimen yang akan diuji. 14. Amplas Digunakan untuk menghaluskan permukaan spesimen yang akan diuji. Amplas yang digunakan yaitu nomor 60 sampai dengan Autosol Digunakan untuk menghilangkan goresan yang timbul pada permukaan spesimen uji setelah dilakukan pengamplasan. 16. Mikroskop optik Mikroskop ini digunakan untuk membantu mengamati struktur mikro spesimen. Gambar 3.8 Mikroskop optik

35 Prosedur Penelitian Persiapan Pola Membuat pola sesuai dengan desain yang telah dibuat (gating ratio 1:2:2). Basin Riser Ingate Sprue Well Runner Benda Cor Dimensi sistem saluran (dalam mm) 1. Basin. Gambar 3.9 Pola sistem saluran Gambar 3.10 Basin tampak depan Gambar commit 3.11 Basin to user tampak atas

36 22 2. Saluran turun (sprue) Luas penampang sprue (A s ) = 130 mm 2 A s 3. Waduk (well) Gambar 3.12 Saluran turun tampak samping Gambar 3.13 Penampang waduk (well)

37 23 4. Pengalir (runner) Luas penampang runner (A r ) = 260 mm 2 Panjang runner = 150 mm Gambar 3.14 Penampang pengalir (runner) 5. Saluran masuk (ingate) Luas penampang ingate (A g ) = 260 mm 2 Panjang ingate = 20 mm Gambar 3.15 Penampang saluran masuk (ingate) 6. Saluran penambah (riser) Riser Neck Gambar 3.16 Bagian-bagian saluran penambah

38 24 Tabel 3.1 Tabel variasi ukuran saluran penambah (riser) Riser Neck No Diameter (mm) Tinggi (mm) Diameter (mm) Tinggi (mm) Dimensi benda cor Gambar 3.17 Penampang benda cor tampak depan Gambar 3.18 Penampang benda cor tampak atas

39 Pembuatan pasir cetak 1. Mempersiapkan pasir silika, bentonit, dan air. 2. Menimbang pasir silika, bentonit, dan air dengan komposisi berat 80%, 10%, 10%. 3. Mencampur semua bahan sampai tercampur rata Pembuatan cetakan pasir 1. Mempersiapkan kerangka cetak (flask), pola produk cor, dan pola saluran. 2. Mempersiapkan papan kayu yang diletakkan di bawah kerangka cetak sebagai alas kerangka cetak bawah (drag). 3. Mengoleskan serbuk grafit di atas papan kayu dan pola agar pasir cetak tidak mudah menempel pada pola. 4. Memasukkan pola ke dalam kerangka cetak bawah dan disusun di atas papan kayu yang telah dipersiapkan. 5. Menuangkan pasir cetak ke dalam kerangka cetak sambil ditumbuk hingga padat. 6. Membalik kerangka cetak bawah setelah terisi penuh dengan pasir cetak dan menyingkirkan papan kayu dari kerangka cetak bawah. 7. Meletakkan kerangka cetak atas (cope) di atas kerangka cetak bawah dan dikaitkan sehingga pasangan kerangka tidak mudah bergeser atau bergerak. 8. Mengoleskan serbuk grafit pada permukaan pola cetakan pasir. 9. Memasang pola cawan tuang (basin), saluran turun (sprue), dan saluran penambah (riser) pada pola. 10. Menuangkan pasir cetak ke dalam kerangka cetak atas sambil menumbuk pasir cetak hingga padat. 11. Mengangkat kerangka cetak atas dari kerangka cetak bawah setelah kerangka cetak atas terisi penuh dengan pasir cetak. 12. Mengeluarkan pola, cawan tuang (basin), saluran turun (sprue), dan saluran penambah (riser) dari cetakan pasir. Dengan terangkatnya pola dari cetakan pasir akan meninggalkan rongga cetak (cavity).

40 Memasang kembali kerangka cetak atas di atas kerangka cetak bawah. Pada tahap ini, cetakan pasir sudah siap untuk dituangkan logam cair dan membuat produk cor. 14. Mengulangi langkah 1 13 untuk variasi ukuran saluran penambah (riser) Peleburan logam 1. Mempersiapkan dapur peleburan. 2. Mempersiapkan kowi kemudian memasukkan piston bekas ke dalam kowi. 3. Memasukkan arang dan briket ke dalam tungku peleburan kemudian menyalakan api 4. Menghidupkan blower Penuangan logam cair 1. Mengukur suhu aluminium cair sampai didapat suhu 700 O C. 2. Mendekatkan cetakan pasir di dekat dapur peleburan untuk menghindari penurunan temperature yang terlalu besar. 3. Mengambil alumunium cair kemudian menuangkannya di atas cawan tuang secara kontinyu. 4. Mencatat waktu tuang dan suhu tuang logam cair Pembongkaran cetakan pasir Cetakan pasir dibongkar untuk mengeluarkan produk cor. Sisem saluran dipisahkan dari produk cor. Produk cor dibersihkan dan diberi tanda untuk membedakan setiap variasi saluran penambah (riser). Kemudian spesimen difoto Pengujian cacat penyusutan 1. Mempersiapkan spesimen pengujian. 2. Menghitung volume cetakan (V cetakan ) 3. Mengukur volume produk cor (V produk ) dengan menggunakan kotak kaca berukuran 150 mm x 150 mm x 150 mm. 4. Perhitungan prosentase penyusutan menggunakan cara yang dipergunakan Febriantoko (2011) dengan persamaan commit to : user

41 27 = 100 % (3.1) Dimana : S : persentase penyusutan V cetakan : volume cetakan (mm 3 ) V produk : volume produk (mm 3 ) 5. Membelah produk cor untuk mengamati terjadinya rongga penyusutan. A A Gambar 3.19 Potongan spesimen pengamatan rongga penyusutan Gambar 3.20 Daerah pengamatan rongga penyusutan Pengujian cacat porositas 1. Mempersiapkan sampel pengujian. 2. Menguji komposisi kimia produk cor. 3. Menghitung nilai true density dengan menggunakan ASTM E Mengukur massa produk cor dengan menggunakan timbangan digital. 5. Mengukur volume produk cor dengan menggunakan gelas breker.

42 28 6. Menghitung nilai apparent density dengan menggunakan cara yang dipergunakan Tipler (2001) dengan persamaan : = (3.2) dimana, ρ s : apparent density (gr/mm 3 ) m : massa produk cor (gr) V : volume produk cor (mm 3 ) 7. Menghitung persentase porositas dengan menggunakan cara yang dipergunakan Tjitro (2003) dengan persamaan : % = 100 % (3.3) dimana : % P : persentase porositas produk cor (%) ρo : true density (gr/mm 3 ) ρs : apparent density (gr/mm 3 ) Pengamatan struktur mikro Pengamatan struktur mikro bertujuan untuk mengetahui struktur mikro produk dan mengamati terjadinya cacat porositas secara mikroskopis. Adapum langkah-langkah pengamatan struktur mikro adalah sebagai berikut : 1. Melakukan pengamplasan dengan tingkat kekasaran bertahap yaitu mulai nomor 60 sampai dengan nomor Melakukan pemolesan pada spesimen uji menggunakan autosol. 3. Mengamati struktur mikro menggunakan mikroskop optik dengan perbesaran 200X.

43 Analisa data 1. Menganalisa cacat penyusutan yang terjadi dan membandingkan pada setiap variasi 2. Menganalisa cacat porositas yang terjadi dan membandingkan pada setiap variasi. 3. Mengamati struktur mikro sampel uji pada setiap variasi. 4. Menarik kesimpulan Jumlah spesimen pengujian Tabel 3.2 Jumlah spesimen pengujian Variasi spesimen No Jenis pengujian Jumlah Ukuran 1 Ukuran 2 Ukuran 3 1 Penyusutan Porositas 3.5. Diagram alir penelitian MULAI PEMBUATAN POLA PEMBUATAN CETAKAN PASIR (Untuk semua variasi ukuran riser) PENGECORAN FINISHING SPESIMEN UJI KOMPOSISI KIMIA PENGUJIAN CACAT PENYUSUTAN A Gambar 3.21 Diagram alir penelitian

44 30 A UJI DENSITAS 1. Menghitung true density spesimen uji (ASTM E-252) 2. Menghitung apparent density dengan rumus = UJI POROSITAS Menghitung persentase porositas menggunakan rumus % = ρ _ρ ρ METALOGRAFI ANALISA DATA KESIMPULAN SELESAI Gambar 3.22 Diagram alir penelitian (lanjutan)

45 Jadwal Penelitian Tabel 3.3 Jadwal Penelitian BULAN JENIS I II III IV V VI KEGIATAN Studi pustaka Pembuatan proposal penelitian Persiapan alat Pelaksanaan penelitian & Pengambilan data Analisa data Hasil & Kesimpulan penelitian Pembuatan laporan

46 32 BAB IV DATA DAN ANALISIS 4.1. Produk Cor Hasil Pengecoran Cetakan Pasir Setelah dilakukan proses pengecoran logam, maka perlu dilakukan uji komposisi kimia untuk mengetahui kompisisi unsur-unsur kimia yang terdapat di dalam produk cor. Pada penelitian ini pengujian komposisi kimia dilakukan di Politeknik Manufaktur Ceper. Hasil pengujian komposisi kimia ditampilkan pada tabel 4.1. Tabel 4.1 Hasil uji komposisi kimia Unsur Komposisi (% wt) Al 84,98 Si 12,0 Fe 0,734 Cu 0,99 Mn 0,06 Mg <0,05 Cr <0,015 Ni 0,038 Zn 0,307 Sn <0,05 Ti <0,01 Pb 0,131 Be 2 x 10-4 Ca 5,9 x 10-3 Sr <5x 10-4 Zr *0,642 Berdasarkan hasil uji komposisi kimia diketahui bahwa sampel produk merupakan paduan Al-Si hypoeutectic dengan kadar Si sebesar 12,0 %.

47 33 (a) (b) (c) Gambar 4.1 Produk cor lengkap dengan sistem salurannya, (a) variasi I,(b) variasi II, (c) variasi III 4.2. Cacat Penyusutan Sebelum melakukan analisis cacat penyusutan, sistem saluran dipisahkan terlebih dahulu dari produk cor. Sehingga diperoleh bentuk spesimen seperti pada gambar 4.2. Spesimen berupa balok dengan ukuran 140 mm x 140 mm x 1 mm yang mengalami perubahan penampang pada sisi bawahnya berupa silinder dengan diamneter 50 mm dan tinggi 10 mm. Pada penelitian ini ukuran saluran penambah (riser) digunakan untuk menentukan modulus cor dari riser pada setiap variasi. Modulus cor ini yang akan dipergunakan untuk memperkirakan arah pembekuan dari produk cor. Analisa

48 34 cacat penyusutan ada dua tahap yaitu menghitung persentase penyusutan produk cor dan pengamatan secara visual terhadap rongga penyusutan. (a) (b) Gambar 4.2 Spesimen pengujian cacat penyusutan, (a) bagian atas, (b) bagian bawah Perhitungan Modulus Cor Dengan menggunakan persamaan (2.1) dapat dihitung nilai modulus cor dari produk dan riser sebagai berikut : 1. Modulus cor produk Spesimen produk cor berupa balok dengan silinder di bagian permukaan bawah seperti ditunjukkan pada gambar 4.2 (a) dan 4.2 (b). Ukuran balok 140 mm x 140 mm x 10 mm dan ukuran silinder diameter 50 mm dengan tinggi 50 mm. Sehingga nilai modulus cor produk adalah : = =4, Modulus cor riser Contoh perhitungan (ukuran variasi I) Diameter neck : 25 mm Tinggi neck : 5 mm Diameter riser : 30 mm Tinggi riser : 100 mm

49 35 = ,13 =6, ,5 Hasil perhitungan modulus cor riser semua variasi ukuran saluran penambah (riser) ditunjukkan pada tabel 4.2. Tabel 4.2 Nilai modulus cor saluran penambah (riser) No Riser Neck Modulus Diameter Tinggi Diameter Tinggi (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) , , ,33 Berdasarkan perhitungan di atas, diperoleh nilai modulus cor riser yang lebih besar dari nilai modulus cor produk cor. Hal ini bertujuan untuk menghasilkan pembekuan logam ke arah saluran penambah (riser) Persentase Penyusutan Produk Cor 1. Data hasil pengukuran volume produk cor. Variasi I II III Tabel 4.3 Volume produk cor Volume Spesimen (mm 3 ) commit 4 to user

50 36 2. Perhitungan persentase penyusutan Perhitungan persentase penyusutan dengan menggunakan persamaan (3.1) sebagai berikut : Contoh perhitungan (spesimen 1, variasi I) V mold : mm 3 V produk : mm 3 = %=11,30 % Hasil perhitungan persentase penyusustan semua variasi ukuran saluran penambah (riser) ditunjukkan pada tabel 4.4. Tabel 4.4 Hasil perhitungan persentase penyusutan Variasi Spesimen V mold (mm 3 ) V produk (mm 3 ) S (%) , ,09 I , , ,30 Rata-rata 10, , ,09 II , , ,09 Rata-rata 8, , ,09 III , , ,09 Rata-rata 7,13

51 37 Persentase Penyusutan Variasi I (ø=30 mm, t=100 mm) Variasi II (ø=40 mm, t=56 mm) Variasi III (ø=50 mm, t=36 mm) Variasi Ukuran Riser Gambar 4.3 Hubungan antara persentase penyusutan variasi ukuran riser Gambar 4.3 menunjukkan hubungan antara persentase penyusutan dengan variasi ukuran saluran penambah (riser). Nilai yang ditampilkan merupakan nilai rata-rata dari lima spesimen dari setiap variasi ukuran saluran penambah (riser). Nilai persentase penyusutan untuk variasi I sebesar 10,26%, untuk variasi II sebesar 8,17%, dan untuk variasi III sebesar 7,13%. Berdasarkan data di atas, ukuran saluran penambah (riser) mempengaruhi nilai persentase penyusutan yang terjadi pada produk cor. Perbedaan nilai persentase penyusutan tersebut disebabkan oleh perbedaan ukuran saluran penambah (riser) dari setiap variasi. Perbedaan ukuran ini berpengaruh terhadap nilai modulus cor riser pada setiap variasi. Nilai modulus cor ini mempengaruhi laju pembekuan logam cair selama proses pembekuan. Semakin tinggi nilai modulus cor maka waktu pembekuan logam akan semakin lama dan sebaliknya semakin rendah nilai modulus cor maka waktu pembekuan akan semakin cepat. Pada tabel 4.2 ditampilkan nilai modulus cor riser dari setiap variasi. Nilai modulus cor riser untuk variasi I sebesar 6,51 mm, untuk variasi II sebesar 7,32 mm, dan untuk variasi III sebesar 7,33 mm. Berdasarkan nilai tersebut maka variasi I memiliki nilai persentase penyusutan terbesar. Hal ini disebabkan oleh waktu pembekuan logam di dalam riser pada variasi I lebih cepat bila

52 38 dibandingkan dengan variasi II dan III sebagai akibat dari besarnya laju pembekuan logam di dalam riser. Sehingga, riser tidak dapat berfungsi dengan baik untuk menyuplai logam cair ketika terjadi penyusutan. Pada variasi II dan variasi III memiliki modulus cor riser yang nilainya sama besar tetapi memiliki nilai persentase penyusutan yang berbeda. Pada gambar 4.3 diketahui nilai persentase penyusutan variasi II lebih besar dibandingkan nilai persentase penyusutan variasi III. Hal ini disebabkan oleh ukuran diameter riser pada variasi III lebih besar dibandingkan ukuran diameter riser pada variasi II. Dengan diameter yang besar menyebabkan bidang pembekuan yang bergerak dari arah tepi dinding cetakan lebih lambat untuk bertemu di daerah pusat sumbu simetri riser. Sehingga riser dapat berfungsi dengan baik untuk menyuplai logam cair ketika terjadi penyusutan Pengamatan Rongga Penyusutan (a) (b) (c) Gambar 4.4 Cacat rongga penyusutan pada produk cor (a) variasi I (b) variasi II (c) variasi III