BAB II KAJIAN PUSTAKA

Transkripsi

1 BAB II KAJIAN PUSTAKA A. Kajian Teori dan Penelitian yang Relevan 1. Kajian teori a. Pengecoran (casting) 1) Pengertian Pengecoran Pengecoran adalah suatu proses pembuatan benda kerja dari logam dengan jalan mencairkan logam tersebut pada temperatur tertentu, kemudian dituangkan ke dalam cetakan dan dibiarkan mendingin dan membeku (Wibowo, 2012). Ada 4 faktor yang berpengaruh atau merupakan ciri dari proses pengecoran, yaitu: a) Adanya aliran logam cair ke dalam rongga cetak. b) Terjadi perpindahan panas selama pembekuan dan pendinginan dari logam dalam cetakan. c) Pengaruh material cetakan. d) Pembekuan logam dari kondisi cair. Klasifikasi pengecoran berdasarkan umur dari cetakan yaitu: a) Pengecoran dengan Sekali Pakai (Expendable Mold) Contohnya pengecoran dengan cetakan pasir, karena hanya bisa digunakan satu kali pengecoran saja. Setelah itu cetakan tersebut dirusak saat pengambilan benda coran. Dalam pembuatan cetakan pasir, jenis-jenis pasir yang digunakan adalah pasir silika, pasir zircon, atau pasir hijau. Sedangkan perekat antar butir-butir pasir dapat digunakan bentonit, resin, furan, atau fiberglas. b) Pengecoran dengan Cetakan Permanen (Permanent Mold) Contohnya pengecoran dengan cetakan logam bercampur grafit. 2) Tahapan Pengecoran Secara garis besar urutan proses pengecoran logam memiliki langkah-langkah sebagai commit berikut: to user 5

2 6 a) Peleburan Logam Peleburan logam merupakan proses mencairkan logam pada temperatur tertentu dengan menggunakan energi panas yang dihasilkan oleh tungku. Dalam pelaksanaannya peleburan logam ini memerlukan kalor yang sangat tinggi untuk mencairkan logam tersebut hingga logam mencair pada titik cair logam. Titik cair dari masing-masing logam berbeda-beda, jadi dalam melakukan peleburan logam kita harus mempertimbangkan bahan, berat jenis, titik cair dan koefisien dari bahan yang digunakan untuk mencairkan logam, yang dapat dilihat pada tabel 2.1. berikut: Tabel 2.1. Berat Jenis, Titik Cair, dan Koefisien Kekentalan Bahan Berat Jenis (g/mm 3 ) Titik Cair (0 0 C) Koefisien kekentalan (Cm 2 /det) Air 0,9982 (20) 0 C 0 0, Air raksa 13,56 (20) 0 C 38,9 0,00114 Timah 5,52 (232) 0 C 232,0 0,00199 Putih Timah 10,55 (440) 0 C 327,0 0,00156 Hitam Seng 6,27 (420) 0 C 420,0 0,00508 Aluminium 2,35 (760) 0 C 660,0 0,00508 Tembaga 7,84 (1200) 0 C 1.083,0 0,00395 Besi 7,13 (1600) 0 C ,00560 Besi Tuang 6,9 (1300) 0 C 1.170,0 0,00230 (Sumber: Hardi Sudjana. 2008: 179) b) Pembuatan Pola Pola adalah suatu model yang memiliki ukuran dan bentuk yang sama dengan bentuk produknya kecuali pada bidang-bidang tertentu yang disebabkan oleh faktor-faktor lain seperti bidang

3 7 pisah (parting line), bentuk rongga (cavity), dan proses pemesinannya yang menyebabkan kesulitan untuk dibentuk langsung pada pola (Akuan, 2010). Faktor-faktor tersebut selanjutnya akan diantisipasi dengan perhitungan penyusutan logam dan toleransi pemesinannya. Untuk itu ada beberapa faktor yang harus diperhatikan saat perencanaan pola yaitu bidang pisah, penyusutan pola, dan kemiringan pola. Tabel 2.2. Tambahan Penyusutan yang Disarankan Tambahan Penyusutan Bahan 8/1.000 Besi cor, baja cor tipis 9/1.000 Besi cor, baja cor tipis yang banyak menyusut 10/1.000 Sama dengan atas dan alumunium 12/1.000 Paduan alumunium, Brons, baja cor (tebal 5-7 mm) 14/1.000 Kuningan kekuatan tinggi, baja cor 16/1.000 Baja cor (tebal lebih dari 10 mm) 20/1.000 Coran baja yang besar 25/1.000 Coran baja besar dan tebal (Sumber: Tata Surdia dan Kenji Chijiiwa, 1986: 52) c) Pembuatan Cetakan Pasir Cetakan adalah suatu alat pada proses pengecoran yang terbuat dari suatu material tahan temperatur tinggi (refractory) dan memiliki suatu rongga dengan bentuk geometri tertentu untuk dicor dan menghasilkan suatu produk cor yang sesuai dengan bentuk geometri rongga tersebut. Mengenai bahan untuk pembuatan cetakan, Akuan berpendapat, Pasir hingga saat ini masih mendominasi sebagai material

4 8 cetakan karena pasir memiliki beberapa keuntungan antara lain mudah didapat dan cukup murah (2010: 50). Rangka cetak yang digunakan dalam pembuatan cetakan pasir ada bermacam-macam yaitu cetakan pasir dengan satu rangka cetak, cetakan pasir dengan dua rangka cetak, dan cetakan pasir dengan tiga rangka cetak. d) Penuangan Penuangan adalah proses memasukkan cairan logam ke dalam rongga cetak yang terdapat pada cetakan. Proses penuangan berlangsung dalam waktu yang pendek. Dalam proses ini logam cair yang dikeluarkan dari dapur peleburan akan diterima oleh ladel pembawa dan kemudian dituangkan kedalam cetakan dengan menggunakan kowi (gayung) penuang. Ladel pembawa dan kowi penuang tersebut terbuat dari plat baja dan bagian dalamnya dilapisi dengan batu tahan api (Wibowo, 2012). e) Pembongkaran dan Pembersihan Coran Pembongkaran dilakukan setelah logam mengalami pembekuan dalam waktu tertentu di dalam cetakan. Benda coran diambil dari cetakan dan pasir-pasir yang menempel dibersihkan, kemudian untuk saluran turun, saluran masuk, dan penambah yang masih menempel dilepas dari benda coran dengan cara dipukul menggunakan palu (hammer). f) Pemeriksaan Hasil Coran Pemeriksaan hasil coran dilakukan untuk memelihara kualitas dari coran, untuk menekan biaya dengan mengetahui terlebih dahulu produk yang cacat, dan untuk penyempurnaan teknik. Pemeriksaan coran yang biasa dilakukan adalah pemeriksaan rupa yang bertujuan untuk meneliti: ketidakteraturan, inklusi retak, retakan dan sebagainya yang terdapat pada permukaan. Pemeriksaan cacat dalam yang bertujuan untuk meneliti adanya cacat seperti rongga commit udara, to user rongga penyusutan, inklusi, retakan

5

6 10 d) Lubang Penuangan (Saluran Turun Atau Sprue) Merupakan saluran masuk dari luar dengan posisi vertikal. Saluran ini juga dapat lebih dari satu, tergantung kecepatan penuangan yang diinginkan. Akuan (2010) berpendapat, Umumnya bentuk sprue mengecil ke bawah dengan kemiringan 2-7 (hlm. 35). Besarnya diameter saluran ditentukan berdasarkan berat coran yang akan digunakan, untuk mengetahui perbandingan antara berat coran dengan ukuran diameter saluran dapat dilihat pada tabel 2.3. Tabel 2.3.Perbandingan Antara Berat Coran dengan Ukuran Diameter Saluran Berat Coran (Kg) Ukuran Diameter/Sprue (mm) S/ (Sumber: Hardi Sudjana, 2008: 208) e) Pengalir (Runner) Pengali biasanya mempunyai irisan seperti trapesium atau setengah lingkaran sebab irisan demikian mudah dibuat pada permukaan pisah, lagi pula pengalir mempunyai luas permukaan yang terkecil untuk satu luas irisan tertentu, sehingga lebih efektif untuk pendinginan yang lambat. commit Pengalir to user lebih baik sebesar mungkin untuk

7

8 12 sekarang, proses pengecoran dengan cetakan pasir masih menjadi andalan industri pengecoran terutama industri-industri kecil. Secara umum pengecoran cetakan pasir membutuhkan hal-hal sebagai berikut: a) Pasir Kebanyakan pasir yang digunakan dalam pengecoran adalah pasir silika (SiO2). Pasir merupakan produk dari hancurnya batu-batuan dalam jangka waktu yang lama. Alasan pemakaian pasir sebagai bahan cetakan adalah karena murah dan ketahanannya terhadap temperatur tinggi. Ada dua jenis pasir yang umum digunakan yaitu naturally bonded (banks sands) dan synthetic (lake sands), karena komposisinya mudah diatur, pasir-pasir sintetik lebih disukai oleh banyak industri pengecoran. Pemilihan jenis pasir untuk cetakan melibatkan beberapa faktor seperti bentuk dan ukuran pasir. Sebagai contoh, pasir halus dan bulat akan menghasilkan produk yang mulus atau halus. Untuk membuat pasir cetak selain dibutuhkan pasir juga pengikat (bentonit, clay atau lempung) dan air. Ketiga bahan tersebut diaduk dengan komposisi tertentu dan siap dipakai sebagai bahan pembuat cetakan. b) Jenis Cetakan Pasir Ada tiga jenis cetakan pasir yaitu green sand mold, col-box mold, dan no-bake mold. Cetakan yang paling banyak digunakan dan paling murah adalah jenis green sand mold (cetakan pasir basah). Kata basah dalam cetakan pasir basah berarti pasir cetak itu masih cukup mengandung air atau lembab ketika logam cair dituangkan ke cetakan itu. Istilah lain dari green sand mold adalah skin dried mold. Cetakan ini sebelum dituangkan logam cair, terlebih dahulu permukaan dalam cetakan dipanaskan atau dikeringkan. Karena itu kekuatan cetakan ini meningkat dan mampu untuk diterapkan pada pengecoran produk-produk besar. Dalam cetakan kotak dingin (coldbox mold), pasir dicampur dengan pengikat yang terbuat dari bahan organik dan anorganik commit dengan to user tujuan lebih meningkatkan kekuatan

9 13 cetakan. Akurasi dimensi lebih baik daripada cetakan pasir basah dan sebagai konsekuensinya, jenis cetakan ini lebih mahal. Dalam cetakan yang tidak dikeringkan (no bake mold), resin sintetik cair dicampurkan dengan pasir dan campuran itu akan mengeras pada temperatur kamar. Karena ikatan antar pasir terjadi tanpa adanya pemanasan, maka seringkali cetakan ini disebut juga cold-setting processes. Selain diperlukan cetakan yang tinggi, beberapa sifat lain dari no-bake mold yang perlu diperhatikan adalah permeabilitas cetakan (kemampuan untuk melakukan sirkulasi udara atau gas). c) Pola Pola merupakan gambaran dari bentuk produk yang akan dibuat. Pola dapat dibuat dari kayu, plastic atau polimer atau logam. Pemilihan material pola tergantung pada bentuk dan ukuran produk cor, akurasi dimensi, jumlah produk cor, dan jenis proses pengecoran yang digunakan. Jenis-jenis pola diantaranya: (1) Pola tunggal (One Piece Pattern Atau Solid Pattern) Biasanya digunakan untuk bentuk produk yang sederhana dan jumlah produk sedikit. Pola ini dibuat dari kayu dan tentunya tidak mahal. (2) Pola terpisah (Split Pattern) Terdiri dari dua buah pola yang terpisah sehingga akan diperoleh rongga cetak dari masing-masing pola. Dengan pola ini, bentuk produk yang akan dihasilkan lebih rumit dari pola tunggal. (3) Match-Plate Pattern Jenis ini yang populer digunakan di industri. Pola terpasang jadi satu dengan suatu bidang datar, di mana dua buah pola atas dan bawah dipasang berlawanan arah pada suatu pelat datar. Jenis pola ini sering digunakan bersama-sama dengan mesin pembuatan cetakan dan dapat menghasilkan laju produksi tinggi untuk produk-produk commit kecil. to user

10

11

12

13

14

15 19 Tabel 2.4. Temperatur Tuang Jenis-Jenis Logam Jenis Logam Temperatur Tuang ( C) Paduan Ringan Tembaga Kuningan Besi Cor Baja Cor (Sumber: Tata Surdia dan Kenji Chijiiwa, 1986 : 109) 1) Macam-macam Besi Cor Macam-macam besi cor dapat dibagi menjadi beberapa bentuk yaitu: a) Besi Cor Kelabu Adalah besi cor dengan kadar silikon yang tinggi (± 2% Si) membentuk grafit dengan mudah sehingga Fe3C tidak terbentuk. Dalam hal ini karbon di dalam bahan ini berbentuk lamel-lamel grafit pada waktu membeku. Lamel-lamel itu berbentuk seperti dedaunan dan patahan dari suatu besi terlihat grafit yang berbentuk lamel kecil memberikan warna kelabu pada permukaan patahnya, maka disebut besi cor kelabu. Besi cor kelabu sangat rendah keuletannya karena adanya serpihan karbon, akan tetapi dengan adanya serpih-serpih ini besi cor kelabu merupakan peredam getaran yang baik. b) Besi Cor Nodular Grafit yang terdapat dalam logam berbentuk bulatan sehingga disebut besi cor nodular. Hal tersebut terjadi bila ditambahkan magnesium pada cairan besi cor. Dibandingkan dengan grafit yang mempunyai bentuk serpih seperti daun, grafit berbentuk bulat atau nodular mempunyai derajat konsentrasi tegangan yang sangat kecil, sehingga kekuatan besi cor menjadi lebih

16 20 baik. Sifat besi cor nodular mempunyai keuletan yang baik, ketahanan korosi dan ketahanan panas yang baik pula. c) Besi Cor Putih Dengan kadar silikon yang rendah dan kecepatan pendinginan yang tinggi, karbon di dalam besi tuang pada waktu pembekuan tidak dipisahkan menjadi karbon bebas sehingga jadi grafit dan bersenyawa dengan besi yang disebut sementit. Permukaan patahnya bila logam dipatahkan akan terlihat berwarna putih karena tidak adanya lamel-lamel grafit. Besi cor putih sangat keras, getas dan tahan aus. d) Besi Cor Mampu Tempa Besi cor mampu tempa digolongkan menjadi besi cor mampu tempa perapian putih dan besi cor mampu tempa perapian hitam. Besi cor perapian putih mempunyai kandungan silikon yang rendah dan belerang yang tinggi. Dan besi cor perapian hitam mempunyai kandungan silikon yang tinggi dan belerang yang rendah. Besi cor perapian putih dibuat dengan proses penghilangan karbon pada besi cor putih, sehingga kulitnya berubah menjadi ferit dan struktur dalamnya terdiri dari matriks perlit dengan karbon yang bulat. Dan besi cor perapian hitam dibuat dengan melunakkan besi cor putih tetapi sementit terurai menjadi ferit dan grafit sehingga patahannya menjadi hitam. 2) Pembekuan Besi Cor Dimulai dari besi cor cair hipoeutektik atau hipereutektik didinginkan, akan membeku menjadi kristal berupa austenit primer atau grafit primer setelah sampai kepada garis cair. Pendinginan terus berlanjut dan setelah sampai temperatur eutektik, fase berupa grafit-austenit menginti dan tumbuh di sekitar kristal primer. Pada saat ini grafit tumbuh ke segala arah dengan menyentuh cairan dan membentuk cabang-cabang sesuai dengan laju pertumbuhannya,

17

18 22 kira-kira 2 kgf/ dan berat jenisnya kira-kira 2,2. Dalam struktur besi cor biasa 85 % dari kandungan karbon berbentuk sebagai grafit. Dalam struktur mikro, ada berbagai bentuk dan ukuran dari potongan-potongan grafit, yaitu halus dan besar, serpih atau asteroid, bergumpal atau bulat. Keadaan potonganpotongan grafit ini memberikan pengaruh yang besar terhadap sifat-sifat mekanik besi cor. Sebagai contoh besi cor kelabu yang mengandung 3,6 % karbon dan 2,1 % silisium, mempunyai serpih-serpih grafit dengan kekuatan tarik 18 kgf/, sedangkan besi cor bergrafit bulat yang mempunyai kandungan karbon dan silisium yang sama dan berkekuatan tarik 55 sampai 70 kgf/. Perbedaan ini disebabkan oleh perbedaan bentuk dari potongan-potongan grafit, dimana serpih-serpih grafit mengalami pemusatan tegangan pada ujung-ujungnya, kalau suatu gaya bekerja tegak lurus pada arah serpih, sedangkan grafit bulat tidak mengalami hal tersebut (Surdia & Chijiiwa, 1986). b) Ferit Ferit didefinisikan sebagai larutan pada temperatur normal yang mempunyai bentuk kristal kubus pemusatan ruang dan besi dan mengandung sejumlah kecil karbon. Oleh karena itu ferit relatif lunak, liat dan cukup kuat. Kekerasan ferit adalah 100 sampai 140 kekerasan brinell. Ferit dalam besi cor adalah ferit-silisium yang liat tetapi tidak diinginkan dalam jumlah yang banyak karena apabila berlebihan akan merusak sifat-sifatnya (Sixtiyas, 2011). c) Sementit Struktur sementit ( C) merupakan unsur dasar yang paling keras yaitu memiliki 650 kekerasan brinell, tetapi juga sangat ampuh karena kandungan karbonnya yang tinggi. Sementit tidak membentuk matriks sendirian tetapi terpisah dalam matrik atau

19 23 membentuk struktur eutektik dengan ferit, atau tersisihkan sebagai stedit bercampur dengan fosfida besi. Sementit sangat keras dan merusak mampu mesin, sehingga pengendapan sementit lebih baik dihindari kecuali untuk mendapatkan sifat tahan aus. d) Perlit Perlit adalah struktur yang berbentuk lapisan dan ferit yang liat dan sementit yang keras dan getas. Sifat perlit ulet dan baik sekali ketahanan ausnya, serta cukup keras yaitu memiliki 200 sampai 230 kekerasan brinell, sehingga untuk besi cor kelas tinggi perlu mempunyai matrik perlit. Kandungan perlit dalam besi cor tergantung pada kadar grafit pada besi. e) Steadit Steadit disisihkan dalam bentuk luar biasa dalam matrik perlit. Steadit adalah eutektik temer dari besi γ, sementit dan fosfida besi (F C) yang sangat keras. Titik cairnya 950 C sehingga cenderung tersisih di daerah pembekuan akhir kadang-kadang besi cor dibuat supaya mempunyai kandungan fosfor yang tinggi, tetapi apabila terlalu banyak akan menyebabkan rapuh. 4) Pengaruh Kandungan Unsur pada Struktur Besi Cor Besi cor adalah paduan besi yang mengandung karbon, silikon, mangan, fosfor, belerang, dan unsur yang lain. Yang mana setiap unsur memiliki pengaruh yang besar terhadap besi cor. Adapun pengaruh itu adalah: a) Pengaruh Karbon dan Silikon Karbon dan silikon mempunyai pengaruh paling besar pada besi cor. Dengan meningkatnya kadar karbon akan mengalami penurunan kekuatan tarik, kekuatan lentur juga regangan pada besi cor. Akan tetapi silikon meningkatkan kekuatan dari ferit dalam besi cor. Dan dengan silikon dapat dicapai suhu cair eutektik yang rendah commit sesuai to user dengan kadar karbon 2% sampai

20 24 dengan 3.5% yang akhirnya silikon mengakibatkan dekomposisi karbida menjadi besi dan grafit. Silikon yang banyak cenderung membuat besi cor kelabu. b) Pengaruh Mangan Mangan tidak memberikan pengaruh yang sungguh-sungguh pada struktur kecuali untuk kandungan silikon yang rendah. Mangan mencegah penggrafian dan menggalakkan kestabilan sementit dan larut di dalamnya. Mangan membuat butir-butir halus yang perlitis dan mencegah pengendapan ferlit, sehingga dikehendaki penambahan mangan untuk mendapat strukur yang hanya perlit dan grafit. c) Pengaruh Fosfor Dalam besi cor fosfor berbentuk stedit atau kristal eutektik dan fosfida besi. Fosfor mencegah pengendapan grafit dan kalau kandungannya lebih dari 100% sementit kasar timbul pada ledeburite. Struktur ini tidak menjadi halus meski dalam keadaan pendinginan cepat. Pertambahan kandungan fosfor mengurangi kelarutan karbon dan memperbanyak sementit pada kandungan karbon yang tetap, sehingga struktur menjadi keras, sementit sukar terurai. d) Pengaruh Belerang Belerang mengurangi kelarutan karbon dalam besi cair, dan dalam hal ini menggalakkan penggrafitan. Tetapi kenyataannya menambah belerang akan mengurangi grafit dan cenderung untuk membentuk besi cor putih. Kecuali adanya mangan, belerang cenderung untuk membentuk sulfida besi dan menggalakkan pembentukan besi cor putih. e) Pengaruh Unsur Lain Unsur tambahan lain yang menggalakkan penggrafitan adalah tembaga, nikel dan alumunium, dan unsur yang mencegah penggrafitan adalah commit khrom, to user molibden.

21 25 5) Sifat Fisis dan Mekanis Besi Cor a) Sifat Fisis Sifat fisis suatu bahan adalah keadaan logam apabila mengalami peristiwa fisika, juga didefinisikan sebagai sifat dan bahan logam yang berpengaruh di dalam penggunaan sebagai bahan untuk bagian-bagian mesin dan konstruksi. Dan apabila suatu bahan akan dilakukan pengujian sifat fisisnya, maka bisa dikatakan di dalam pngujian bahan itu adalah pengujian tak merusak yaitu pengujian dengan tidak menimbulkan kerusakan pada komponen benda kerja yang diuji. Dan secara umum sifat fisis bahan dapat dikenali dengan panca indra karena bentuk fisiknya. Sifat fisis dan bahan logam antara lain adalah, susunan kristal, daya hantar panas, titik cair dan struktur mikro. b) Sifat Mekanis Sifat mekanis didefinisikan sebagai ukuran kemampuan bahan membawa atau menahan gaya atau tegangan. Pada saat menahan beban, atom-atom atau struktur molekul berada dalam keseimbangan. Gaya ikatan pada struktur, menahan setiap usaha untuk mengganggu keseimbangan ini misalnya gaya luar atau beban. Tegangan dihasilkan dan gaya seperti tarikan, tekanan, atau geseran yang menarik, mendorong, memelintir, memotong, atau mengubah bentuk potongan bahan dengan beberapa cara. Perubahan bentuk yang terjadi sering sangat kecil dan hanya alatalat yang mempunyai ketelitian yang tinggi yang dapat mendeteksinya. Sifat-sifat yang digunakan untuk mengetahui sifat mekanis dari suatu logam adalah: (1) Ductility (Keliatan) merupakan ukuran deformasi plastis tertinggi yang dialami beban sampai patah.

22 26 (2) Toughness (Ketangguhan) adalah kapasitas atau kemampuan bahan untuk menyerap energi sampai patah. (3) Hardness (Kekerasan) adalah kemampuan suatu bahan terhadap penetrasi atau penusukan bahan lain yang lebih keras. (4) Strength (Kekuatan) adalah kemampuan suatu benda untuk menahan gaya yang bekerja atau kemampuan bahan menahan deformasi. (5) Weldability (Mampu Las) adalah kemampuan logam untuk dilas. (6) Elasticity (Elastisitas) adalah kemampuan suatu benda untuk kembali berbentuk semula tanpa deformasi plastis. (7) Machinability (Mampu Mesin) adalah kemampuan suatu benda untuk dikerjakan dengan mesin seperti, bubut, frais, dan bor. (8) Brittleness (Kegetasan) adalah sifat benda yang mudah retak atau pecah yang merupakan kebalikan dan ductility (keliatan). d. Besi Cor Kelabu Besi cor kelabu adalah besi cor dengan kadar silikon yang tinggi (1-3 % Si) membentuk grafit dengan mudah sehingga Fe 3 C tidak terbentuk. Dalam hal ini grafit atau karbon bebas tersebar di dalam bentuk serpihan. patahan besi cor kelabu akan berwarna keabu-abuan yang disebabkan oleh grafit pada besi cor kelabu. Grafit yang berbentuk serpih, menyebabkan besi cor kelabu mempunyai sifat mampu mesin yang baik serta memiliki sifat menyerap getaran yang baik. 1) Struktur Grafit Grafit adalah salah satu bentuk kristal karbon yang memiliki sifat lunak dan rapuh, grafit ini mempunyai kekerasan Brinell H B sekitar 1, kekuatan tarik sekitar 2 kgf/mm 2 dan memiliki berat jenis sekitar 2,2. Dalam struktur besi cor biasa 85 % dari kandungan karbon berbentuk sebagai grafit commit (Surdia to user & Chijiiwa, 1986).

23

24 28 panjang dan lebar ditumpuk dan dikelilingi oleh grafit serpih di daerah eutektik. Struktur ini begitu lemah, disertai oleh pengendapan ferit (Surdia & Chijiiwa, 1986). d) Struktur D: Penyisihan antar dendrit, orientasi sembarang Struktur D ini mempunyai potongan-potongan grafit eutektik yang halus, yang mengkristal di antara dendrit-dendrit kristal mula dari austenit. Ini muncul dengan adanya pendinginan lanjut dalam pembekuan eutektik (Surdia & Chijiiwa, 1986). e) Struktur E: Penyisihan antar dendrit, orientasi tertentu Struktur grafit E ini muncul kalau kandungan karbon agak rendah, struktur ini sangat mengurangi kekuatan karena jarak antar potongan-potongan grafit yang dekat seperti gambar D. Akan tetapi kadang didapatkan kekuatan yang tinggi pula disebabkan kandungan karbon yang rendah dan berkurangnya pengendapan grafit (Surdia & Chijiiwa, 1986). 3) Sifat Mekanis Dari Coran Besi Cor Kelabu Sifat-sifat mekanis diantaranya kekuatan tarik, perpanjangan, kekerasan, kekuatan tekan, kekuatan bentur, kekuatan lelah, tahanan aus, mampu mesin, sifat meredam getaran dan sebagainya. Berikut ini hanya sifat-sifat penting dari besi cor kelabu yang akan dijelaskan: a) Kekuatan Tarik dan Perpanjangan Kekuatan tarik pada besi cor kelabu berkisar antara kgf/mm 2. Dan perpanjangan pada besi cor kelabu ini berkisar antara 0,3 sampai 1,2 % dan kekuatan tarik yang tinggi akan mempengaruhi perpanjangannya (Surdia & Chijiiwa, 1986). b) Kekuatan Bentur Sifat besi cor kelabu adalah getas dan lemah terhadap benturan. Kandungan karbon silisium dan fosfor yang lebih tinggi menyebabkan kekuatan bentur yang lebih rendah. Pengendapan sementit dan stedit commit dapat to mengurangi user kekuatan bentur.

25 29 c) Kekerasan Kekerasan besi cor kelabu berkisar kekerasan brinell, dan sangat erat hubungannya dengan struktur, grafit kasar dalam matriks ferit menyebabkan kekerasan rendah dan grafit halus sedikit menyebabkan kekerasan tinggi. d) Mampu Mesin Besi cor kelabu mempunyai sifat mampu mesin dan tahan aus. Grafit pada besi cor kelabu bekerja sebagai pelumas sehingga mempunyai sifat mampu mesin yang baik. Kekerasan dan kekuatan tarik yang lebih rendah juga menyebabkan mampu mesin yang lebih baik. 4) Sifat-Sifat Fisik dan Kimia Dari Coran Besi Cor Kelabu Struktur besi cor adalah campuran dari berbagai fasa seperti grafit, ferit, perlit, dan selanjutnya stedit (sulfida mangan) yang masingmasing fasa mempunyai sifat-sifat sendiri. Sifat besi cor berubah menurut perbandingan campuran dari fasa-fasa tersebut (Surdia & Chijiiwa, 1986). Di bawah ini diuraikan sifat-sifat fisik dan kimia dari besi cor kelabu: a) Berat Jenis Berat jenis pada besi cor kelabu yaitu antara 7,1-7,3 pada temperatur kamar. Berat jenis ini sangat dipengaruhi oleh kandungan grafit, sedangkan dalam keadaan cair berat jenisnya berkisar antara 6,75-6,95. Penurunan berat jenis berbanding lurus dengan tingginya temperatur sehingga semakin tinggi temperatur besi cor kelabu, maka berat jenisnya juga semakin berkurang. b) Pemuaian Panas Koefisien pemuaian panas pada besi cor kelabu ini berkisar 10 x 10-6 / 0 C, pemuaian ini lebih rendah bila dibandingkan dengan baja dan lebih tinggi bila dibandingkan dengan pemuaian besi cor putih. Pemuaian ini berubah menurut komposisi, struktur, dan temperatur.

26 30 c) Konduktivitas Listrik Grafit merupakan tahanan listrik terbesar. Konduktivitas listrik ini dipengaruhi oleh kandungan grafit, distribusi dan bentukbentuk dari potongan grafit. Penambahan karbon dan silisium menggalakkan pembentukan grafit, yang mengurangi konduktivitas listrik. Selanjutnya grafit kasar mengurangi konduktivitas listrik meskipun besi cor mempunyai kadar karbon yang sama. d) Ketahanan Korosi Besi cor kelabu buruk dalam ketahanan korosinya terhadap asam dibandingkan dengan baja, hal ini dikarenakan pengaruh sel kimia antara besi dan grafit. Akan tetapi ketahanan besi cor terhadap korosi yang disebabkan oleh air murni dan air laut lebih baik dari baja. Struktur yang halus dengan potongan-potongan grafit yang halus sangat baik dalam ketahanan korosi. Ketahanan korosi sukar dipengaruhi oleh unsur-unsur lain selain karbon dan silisium, akan tetapi untuk memperbaiki ketahanan korosi sangat efektif apabila ditambahkan khrom, nikel atau tembaga (Surdia & Chijiiwa, 1986). e. Pengujian Bahan Pengujian bahan adalah kegiatan yang dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui sifat-sifat logam kemampuan terhadap pembebanan tertentu. Contohnya uji tarik, kekerasan, impact, komposisi kimia, struktur mikro dan untuk mengetahui kesalahan yang ada pada bahan (Sixtiyas, 2011). Pengujian dibedakan menjadi 2 yaitu pengujian tak merusak dan pengujian dengan merusak. 1) Pengujian Impact Impact adalah kemampuan suatu bahan dalam mendapatkan beban dinamis sehingga sifat-sifat ketangguhannya dapat diketahui. Spesimen impact biasanya commit berbentuk to user U atau V.

27 31 Uji impact adalah suatu pengujian yang digunakan untuk menentukan sifat-sifat suatu material yang mendapatkan beban dinamis, sehingga dari pengujian ini dapat diketahui sifat ketangguhan suatu material baik dalam wujud liat atau ulet, dan dalam wujud getas. Dengan catatan bahwa apabila nilai harga impact semakin tinggi maka material tersebut memiliki sifat keuletan yang tinggi, di mana tanda-tanda jika material itu dikatakan ulet jika patahan yang terjadi pada bidang patah tidak rata dan tampak seperti berserat-serat. Tetapi apabila nilai harga impact rendah, maka material tersebut mempunyai sifat yang getas. Tanda-tandanya jika material itu dikatakan getas adalah jika patahan yang terjadi pada bidang patah itu rata dan mengkilap seperti kristal. Dalam melakukan pengujian, sebaiknya temperatur berkisar diantara 20 sampai 22 C, karena bentuk patahan banyak dipengaruhi oleh temperatur. Jika menyimpang dari batas-batas tersebut, maka pada hasil pengujian harus dicantumkan temperaturnya. Pengujian biasanya dilakukan dengan alat Charpy Test. Ada 2 jenis batang uji standar yang digunakan. Ada yang takiknya berbentuk U dan ada yang berbentuk V. Harga impact dapat dicari dengan menggunakan rumus di bawah ini: Harga Impact = = ( )...(1) Di mana: W: Berat Pendulum (N) m: Massa Pendulum (kg) A: Luas Penampang Patahan Spesimen (mm ) R: Panjang Lengan Pendulum (m) g: Percepatan Gravitasi (9,8 m/ )

28

29 33 b) Metode Elastik/Pantul (Rebound) Dengan metode ini, kekerasan suatu material ditentukan oleh alat Scleroscope yang mengukur tinggi pantulan suatu pemukul (hammer) dengan berat tertentu yang dijatuhkan dari suatu ketinggian terhadap permukaan benda uji. Tinggi pantulan (rebound) yang dihasilkan mewakili kekerasan benda uji. Semakin tinggi pantulan tersebut, yang ditunjukkan oleh dial pada alat pengukur, maka kekerasan benda uji dinilai semakin tinggi. c) Metode Indentasi Pengujian dengan metode ini dilakukan dengan penekanan benda uji dengan indentor dengan gaya tekan dan waktu indentasi yang ditentukan. Kekerasan suatu material ditentukan oleh dalam ataupun luas area indentasi yang dihasilkan (tergantung jenis indentor dan jenis pengujian). Berdasarkan prinsip bekerjanya metode uji kekerasan dengan cara indentasi dapat diklasifikasikan sebagai berikut: (1) Metode Brinell Uji kekersan ini berupa pembentukan lekukan pada permukaan logam memakai bola baja yang dikeraskan yang ditekan dengan beban tertentu. Beban diterapkan selama waktu tertentu, biasanya 30 detik, dan diameter lekukan diukur dengan mikroskop, setelah beban tersebut dihilangkan. Permukaan yang akan dibuat lekukan harus relatif halus, rata dan bersih dari debu atau kerak. Angka kekerasan brinell (BHN) dinyatakan sebagai beban P dibagi luas permukaan lekukan. Pada prakteknya, luas ini dihitung dari pengukuran mikroskopik panjang diameter jejak. BHN dapat ditentukan dari persamaan berikut: BHN = = π ( ) ( )( )...(2)

30

31

32 36 D : Diagonal Rata-Rata (mm) Yang mana d = Agar diperoleh nilai kekerasan yang cermat, sebaiknya harus diambil nilai rata-rata dari pengujian sekurang-kurangnya tiga kali penekanan yang berdekatan. Uji vickers sama halnya dengan pengujian lain, harus dilakukan pada suhu antara 18-28, dan permukaan benda yang akan diuji juga harus diamplas sampai licin atau mengkilap dan harus dijaga supaya tidak terjadi perubahan struktur oleh pengerjaan tersebut. Selain itu, bidang penopang harus rata. Sehingga terletak rapat pada benda uji dan garis kerja penekanan juga harus tegak lurus dengan bidang uji. Setelah penekanan pada alat vickers selesai, maka spesimen dapat dilihat hasil penekanan dengan mikroskop. Dengan pembesaran yang dikehendaki, baik 50x, 100x, 200x, 500x dan akan didapat diagonal atau diameter penekanan dari penetrator yang berupa bujur sangkar. (3) Metode Rockwell Berbeda dengan metode Brinell dan Vickers dimana kekerasan suatu bahan dinilai dari diameter/diagonal jejak yang dihasilkan maka metode Rockwell merupakan uji kekerasan dengan pembacaan langsung (direct-reading). Metode ini banyak dipakai dalam industri karena pertimbangan praktis. Variasi dalam beban dan indetor yang digunakan membuat metode ini memiliki banyak macamnya. Metode yang paling umum dipakai adalah Rockwell B (dengan indentor bola baja berdiameter 1/6 inci dan beban 100 kg) dan Rockwell C (dengan indentor intan dengan beban 150 kg). Walaupun demikian metode Rockwell lainnya juga biasa dipakai. Oleh karenanya skala kekerasan Rockwell suatu material harus dispesifikasikan dengan jelas.

33 37 Contohnya 82 HRB, yang menyatakan material diukur dengan skala B: indentor 1/6 inci dan beban 100 kg. Berikut ini diberikan Tabel 2.5. yang memperlihatkan perbedaan skala dan range uji dalam skala Rockwell: Tabel 2.5.Skala Uji Kekerasan Rockwell Skala Penekan Beban Utama B Bola baja 1/ C Intan 150 A Intan 60 D Intan 100 E Bola baja 1/8 100 F Bola baja 1/16 60 G Bola baja 1/ H Bola baja 1/8 60 K Bola baja 1/8 150 L Bola baja ¼ 60 M Bola baja ¼ 100 P Bola baja ¼ 150 R Bola baja ½ 60 S Bola baja ½ 100 V Bola baja ½ 150 Dial Merah Hitam Hitam Hitam Merah Merah Merah Merah Merah Merah Merah Merah Merah Merah Merah (Sumber: Tata Surdia dan Shinroku Saito, 1999: 32) 3) Pengujian Komposisi Kimia Pengujian komposisi kimia bertujuan untuk mengetahui berbagai macam unsur dan prosentasenya yang terdapat dalam bahan uji. Dengan pengujian ini kita dapat mengetahui atau menentukan golongan dari bahan uji tersebut. Sehingga dari penggolongan itu kita dapat menentukan poin-poin yang berhubungan dengan

34 38 pengecoran. Sedangkan dalam pengujian kekerasan kita dapat membantu dalam hal menetapkan beban penetrasi dan lama penekanan. 4) Pengujian Struktur Mikro Pengujian struktur mikro termasuk pengujian tanpa dengan merusak bahan, dan digolongkan sebagai pengujian sifat fisis bahan. Pengujian ini dilakukan dengan menggunakan Olimpus Metallurgical Microscope, dengan tujuan untuk melihat struktur suatu bahan misalkan mengamati struktur dari besi cor kelabu, akan terlihat bentuk, ukuran dan penyebaran dari grafit,ferit, sementit, dan perlit. Sebelum dilakukan pengamatan, benda uji harus mengalami pemrosesan terlebih dahulu yaitu penghalusan dengan pengamplasan, pemolesan dan pengetsaan. 2. Penelitian yang Relevan Adapun beberapa penelitian yang relevan dan dijadikan referensi pada penelitian ini antara lain: a. Pada penelitian yang dilakukan oleh Chandra Prasetya, Yudy Surya Irawan, dan Tjuk Oerbandono (2004) meneliti tentang pengaruh jumlah saluran masuk pada pengecoran impeller turbin crossflow terhadap cacat permukaan dan porositas. Bahan untuk pembuatan impeller turbin crossflow adalah alumunium. Dari penelitian diperoleh suatu kesimpulan hasil coran dengan jumlah ingate 1 memiliki kecenderungan nilai porositas paling tinggi daripada hasil coran dengan jumlah ingate 2 dan 3 karena pembekuan akan lebih merata jika jumlah ingate lebih dari satu. Cacat rongga udara (blowholes) pada ingate berjumlah 1, 2, dan 3 berturut-turut adalah sebesar 66 lubang, 51 lubang, dan 29 lubang. b. Pada penelitian yang dilakukan oleh Bambang Kusharjanta, Wahyu Purwo Raharjo, dan Joko Santoso (2012) meneliti tentang pengaruh bentuk penampang runner terhadap cacat porositas dan nilai kekerasan produk cor alumunium cetakan pasir. commit Bentuk to penampang user runner berpengaruh terhadap

35 39 terjadinya cacat porositas dan nilai kekerasan produk cor alumunium dimana lingkaran merupakan bentuk penampang runner dengan persentase porositas terendah dan nilai kekerasan tertinggi, sedangkan segitiga sama kaki merupakan bentuk penampang runner dengan persentase porositas tertinggi dan nilai kekerasan terendah. Semakin tinggi nilai persentase cacat porositas pada produk cor alumunium cetakan pasir, maka semakin rendah nilai kekerasannya. c. Pada penelitian yang dilakukan oleh Bambang Kusharjanta, Dody Ariawan, dan Murjoko (2011) meneliti tentang kajian letak saluran masuk (ingate) terhadap cacat porositas, kekerasan, dan ukuran butir paduan alumunium pada pengecoran menggunakan cetakan pasir. Berdasarkan hasil penelitian, pengujian, dan analisa letak saluran masuk di atas memiliki rata-rata persentase cacat porositas 10,34% sedangkan variasi letak saluran masuk di bawah sebesar 8,16%. Rata-rata kekerasan letak saluran masuk di atas sebesar 94,06 HV sedangkan letak saluran masuk di bawah sebesar 102,1 HV. Untuk ukuran butir letak saluran masuk di bawah lebih halus dengan rata-rata keliling butir sebesar 22,77 цm dibandingkan letak saluran masuk di bawah dengan rata-rata keliling butir sebesar 25,39 цm. d. Daryanto (2003), meneliti tentang sifat fisis dan mekanis besi tuang (FC 25) yang sesuai dengan standar industri. Kesimpulan hasil pengujian komposisi kimia didapatkan perbedaan hasil komposisi kimia dengan alat uji CE meter dengan spektro meter dikarenakan logam pada waktu masih panas dan sudah membeku. Hasil pengujian struktur makro dapat diketahui struktur makro penyusun pada besi cor kelabu adalah grafit, perlit, juga steadit. e. Manjunath Swamy H M, J.R. Nataraj, C.S. Prasad (2012) dalam penelitiannya yang berjudul Design Optimization of Gating System by Fluid Flow and Solidification Simulation for Front Axle Housing. Hasil penelitian menunjukkan bahwa penggunaan jumlah ingate yang banyak dan pengalir yang simetris commit mampu to user mengurangi jumlah cacat porositas

36 hingga 97 % pada pembuatan produk Front Axle Housing dibandingkan dengan penggunaan ingate sedikit dan pengalir yang tidak simetris. 40 B. Kerangka Berfikir Berdasarkan uraian pada kajian pustaka maka dapat ditentukan kerangka berpikir sebagai berikut: Pulley adalah salah satu komponen mesin yang hampir setiap mesin industri menggunakannya. Prinsip kerja pulley adalah untuk meneruskan daya dari suatu poros untuk diteruskan ke bagian mesin lainnya (Khurmi dan Gupta, 2005). Bahan untuk pembuatan pulley adalah dari besi cor kelabu dan alumunium. Akan tetapi kebanyakan jenis pulley terbuat dari hasil pengecoran besi cor kelabu. Banyak pelaku industri kecil maupun menengah yang mesin produksinya menggunakan penggerak pulley. Mereka sering mengganti pulley yang sudah rusak terutama karena pulley cepat mengalami keausan akibat beban yang terus-menerus. Pada umumnya proses pengecoran untuk pembuatan pulley menggunakan cetakan pasir basah dan jumlah saluran masuk ke rongga cetakan satu buah. Penggunaan jumlah saluran masuk yang ideal dapat memperbaiki kualitas hasil coran pulley, sehingga diharapkan pulley hasil coran tidak mudah mengalami kerusakan. Jumlah saluran masuk yang ideal akan sangat berpengaruh terhadap sifat mekaniknya, terutama ketangguhan dan kekerasan dalam penelitian ini. Ada dua variabel pokok yang dipakai dalam penelitian ini yaitu variabel bebas dan variabel terikat. Variabel bebas dalam penelitian ini adalah variasi jumlah saluran masuk. Variabel terikatnya adalah ketangguhan dan kekerasan pulley dari besi cor kelabu. Untuk lebih jelasnya hubungan antar variabel bebas dan variabel terikat dapat dilihat pada gambar di bawah ini:

37 41 Y1 X X1 X2 X3 Y2 Gambar Kerangka Berfikir Keterangan: X : Variasi jumlah saluran masuk (variabel bebas) X1 : Jumlah saluran masuk satu X2 : Jumlah saluran masuk dua X3 : Jumlah saluran masuk tiga Y1 : Ketangguhan pulley (variabel terikat 1) Y2 : Kekerasan pulley (variabel terikat 2)