PENGARUH PREHEATING PADA CETAKAN PERMANEN TERHADAP DISTRIBUSI KEKERASAN GRINDING CYL DENGAN MATERIAL BESI COR KELABU

Transkripsi

1 PENGARUH PREHEATING PADA CETAKAN PERMANEN TERHADAP DISTRIBUSI KEKERASAN GRINDING CYL DENGAN MATERIAL BESI COR KELABU Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi Strata I pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Oleh : : DWI SYAIKHU MARTHA DINATA D PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2017 i

2 HALAMAN PERSETUJUAN PENGARUH PREHEATING PADA CETAKAN PERMANEN TERHADAP DISTRIBUSI KEKERASAN GRINDING CYL DENGAN MATERIAL BESI COR KELABU PUBLIKASI ILMIAH Oleh: DWI SYAIKHU MARTHA DINATA D Telah diperiksa dan disetujui untuk diuji oleh: Dosen Pembimbing Agus Yulianto, ST, MT. i

3 HALAMAN PENGESAHAN PENGARUH PREHEATING PADA CETAKAN PERMANEN TERHADAP DISTRIBUSI KEKERASAN GRINDING CYL DENGAN MATERIAL BESI COR KELABU Oleh: DWI SYAIKHU MARTHA DINATA D Telah dipertahankan di depan Dewan Penguji Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta Pada hari sabtu, 12 April 2017 Dan dinyatakan telah memenuhi syarat Dewan Penguji: 1. Agus Yulianto, ST, MT. (...) (Ketua Dewan Penguji) 2. Ir. Bibit Sugito, MT. (...) (Anggota I Dewan Penguji) 3. Ir. Ngafwan, MT. (...) (Anggota II Dewan Penguji) Dekan, Ir. Sri Sunarjono, MT., Ph.D NIK. 682 ii

4 PERNYATAAN Dengan ini saya menyatakan bahwa publikasi ilmiah ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan disuatu perguruan tinggi dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan orang lain, kecuali secara tertulis diacu dalam naskah dan disebutkan dalam daftar pustaka. Apabila kelak terbukti ada ketidakbenaran dalam pernyataan saya diatas maka akan saya pertanggung jawabkan sepenuhnya. Surakarta, 18 April 2017 Penulis Dwi Syaikhu Martha Dinata D iii

5 PENGARUH PREHEATING PADA CETAKAN PERMANEN TERHADAP DISTRIBUSI KEKERASAN GRINDING CYL DENGAN MATERIAL BESI COR KELABU ABSTRAK Tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui pengaruh preheating pada cetakan permanen besi cor ductile pada suhu C terhadap sifat fisis dan mekanis besi cor kelabu. Pembekuan besi cor kelabu ini dipantau dengan ce meter dan setelah mengeras akan mengalami beberapa pengujian logam, antara lain: uji kekerasan, uji metalografi dan uji komposisi kimia. Penelitian ini menggunakan material besi cor kelabu. Dari spesimen besi cor kelabu ini akan ditentukan 16 titik uji untuk mengetahui sifat fisis dan mekanis dibeberapa titik yang telah ditentukan. Pengujian komposisi kimia menggunakan standar JIS. Hasil pengujian menunjukkan pengaruh preheating dengan suhu C pada cetakan permanen besi cor ductile dengan material besi cor kelabu. Hasil uji struktur mikro bagian spesimen yang di uji kekerasan terlihat dan sementit dan hasil uji kekerasan spesimen pada bagian A= 82.54, 90.15, 91.27, dan HRB. B=86.60, 90.44, 90.03, dan HRB. C=92.07, 96.20, 96.66, dan HRB. dan D= 96.12, 92.85, 92.28, dan HRB. Sehingga harga kekerasan tertinggi yaitu pada bagian C3 sebesar 96,66 HRB, sedangkan harga kekerasan terendah yaitu pada bagian A1 sebesar 82,54 HRB. Pada hasil pengujian peleburan logam menggunakan CE meter diperoleh temperatur awal C, temperatur liquid C, temperatur solid C sehingga di peroleh nilai CEL=4,47% ; C=3,98% ; dan SI=1,86% di mana besi mulai padat namun masih berwarna merah hingga temperatur 1060 C dan mengeras dalam waktu 180 detik, sedangkan hasil uji komposisi kimia dalam bentuk solid atau padat antara lain : Fe 93,26% ; C 3,06% ; Si 1,80% dan unsure lainnya di bawah 1%. Pada hasil uji komposisi kimia terdapat 20 unsur kimia dangan kadar yang berbeda dan pengamatan struktur mikro di temukan struktur dan sementit. Dari hasil pengujian tersebut bisa diketahui bahwa material yang terbentuk adalah besi cor kelabu FC 150 dengan standar JIS. Kata kunci :besi cor kelabu FC150, kekerasan, ce meter, komposisi kimia. PENGARUH PREHEATING PADA CETAKAN PERMANEN TERHADAP DISTRIBUSI KEKERASAN GRINDING CYL DENGAN MATERIAL BESI COR KELABU ABSTRACK The purpose of this research is to know the influence of preheating on permanent mold cast iron ductile temperature physical properties of C against mechanicaland grey cast iron. The freezing gray cast iron is monitored with CE and hardened after going throuht some test of metal, among other: metalografi test, hardness and chemical composition test. The research of using grey cast iron material. Of specimens this grey cast iron to be determined 4-1

6 point test to find out the physical and mechanical properties in some predetermined point. Testing chemical composition using standard JIS. The test result show the influence of preheating with temperature 400 o C on permanent mold cast iron ductile cast iron grey material. Test result of specimen that are part of microstructure in hardness test visible graphite and sementite and hardness test results of specimens at the A= 101,09, 90,15, 91,27, 87,60 and 86,09 HRB. B= 86,60, 90,44, 90,03, 92,97 and 88,60 HRB. C= 92.07, 96.20, 96.66, and HRB. and D= , 92.85, 92.28, and HRB, and price the highest hardness in C3 of 96,66 HRB, while the lowest rates of hardness in parts of the A1 of 82,54 HRB. On the results of testing metal foundries use CE metres obtained initial temperature of C, C, liquid temperature the temperature of the solid C so that s earned value CEL = 4,47%, C = 3,98%, and Si = 1,86% where the iron starts but still solid red until the temperature of C and harden within 180 seconds, while the chemical composition test results in the form of solid or solid follows: 93,26% Fe, C 3,06%, Si 1,80% and other elements of under 1%. On the results of the test chemical composition there are 20 chemical elements with different levels and observation of microstructure discover the structure of graphite and e. From thr results of these tests can noted that is formed is a grey cast iron FC 150 with JIS Standards. Keyword : grey cast iron FC150, violence, ce meters, chemical composition. 1. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Dengan semakin majunya teknologi sekarang ini, tuntutan manusia dalam bidang industri semakin besar. kebutuhan akan material besi dalam bentuk baja dan besi cor juga sangat besar. Industri pengecoran logam merupakan industri hulu dan industri yang menjadi tumpuan bagi industri barang modal khususnya industri komponen. Proses pengecoran adalah proses terbentuknya logam dengan cara mencairkan padat dalam tungku dengan temperatur tinggi, kemudian menuangkan logam cair ke dalam cetakan dan dibiarkan membeku. Dalam proses pengecoran logam terdapat beberapa macam cetakan yang digunakan. Cetakan tersebut antara lain adalah cetakan permanen dan cetakan tidak permanen. Cetakan permanen biasa terbuat dari baja yang memiliki titik lebur lebih tinggi dari material besi cor yang dituangkan. Pengunaan cetakan permanen biasanya bertujuan untuk pembuatan dengan skala besar dalam dunia industri. 2

7 Cetakan permanen yang digunakan harus melalui proses preheating sebelum dituang besi cor cair dalam rongga cetakan tersebut. Preheating disini yang dimaksud adalah pemanasan cetakan permanen dari logam ferro untuk menaikkan suhu cetakan. Selisih temperatur besi cor cair yang dituang dengan cetakan akan menimbulkan ledakan jika terlalu jauh. Maka diperlukan penelitian tentang preheating yang aman dan karakter logam yang dihasilkan pada temperatur preheating tertentu. Untuk itu sangat diperlukan penelitian yang terkait dengan preheating cetakan permanen khususnnya untuk material besi cor ductile Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah : 1. Mengetahui pengaruh preheating pada cetakan permanen besi cor ductile pada temperatur tertentu. 2. Mengetahui komposisi kimia pada saat cair dan laju pendinginan besi cor kelabu pada cetakan permanen. 3. Mengetahui sifat fisis dan mekanis besi cor kelabu hasil preheating pada beberapa titik yang ditentukan. 1.4 Batasan Masalah Berdasarkan latar belakang dan perumusan masalah diatas, penelitian ini berkonsentrasi pada : 1. Material yang dipakai adalah besi cor di PT. Bonjor Jaya Klaten. 2. Preheating cetakan permanen besi cor ductile pada temperatur C. 3. Pengujian sifat fisis dan mekanis dari spesimen yang di uji. 2. METODE PENELITIAN 2.1. Alat dan Bahan Alat pengecoran : Tanur induksi, Cetakan permanen FCD, frame, pyrometer laser, ladle, Alat bantu : Tang penjepit, kamera DSLR, pukul besi, sekop, dll. 3

8 Alat uji : Uji komposisi spectrometer, uji kekerasan rockwell, Mikroskop optik olympus metallurgical tester, CE meter. Bahan penelitian : arang, solar, karbon, Cairan besi siap tuang di PT.Bonjor Jaya Klaten, resin, katalis Diagram Alir Penelitian MULAI Studi literatur Persiapan alat dan bahan Melting besi cor Penuangan ladle Pemanasan cetakan 400 o C Penuangan besi cor dalam cetakan CE Meter Solidifikasi besi cor kelabu Preparasi spesimen Pengujian komposisi Pengujian kekerasan Pengujian struktur Analisa data Hasil dan kesimpulan SELESAI Gambar 1. Diagram Alir Penelitian 2.3. Tahapan Penelitian a. Proses pencairan logam dilakukan di dalam tungku induksi pencairan logam. b. Sebelum penuangan pada cetakan, molding disiapkan untuk proses pemanasan (preheating). Setelah itu dilakukan proses pelapisan 4

9 karbon pada cetakan dengan menggunakan karbon yang dicampur solar. c. Melakukan proses penuangan besi cor cair ke dalam cetakan permanen. d. Proses pelepasan produk (coran) dari cetakan. e. Proses pendinginan udara bebas. f. Setelah coran dingin dilakukan pemotongan dengan alat wire cut di Politeknik ATMI Surakarta, pemilihan pemotongan dengan wire cut bertujuan struktur kimia pada spesimen tidak berubah dan menghasilkan potongan yang rapi. Selanjutnya potongan hasil coran dimounting untuk proses pengujian. g. Kemudian melakukan proses pengujian kekerasan menggunakan alat uji kekerasan Rockwell, pengujian komposisi kimia dan pengujian struktur mikro. 3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1. Hasil Penelitian Uji CE Meter Gambar 2. Grafik Hasil Uji CE Meter Dari grafik CE Meter diatas menunjukkan proses solidifikasi dimana temperatur C saat proses tapping awal dituang dalam cetakan terjadi penurunan temperatur, pada temperatur liquid C bentuknya masih cair sampai temperatur solid C sehingga diperoleh nilai CEL=4,47% ; C=3,98% ; Si=1,86% dimana besi mulai padat namun masih berwarna merah hingga temperatur C dan mengeras dalam waktu 180 detik. 5

10 3.2. Pengujian Kekerasan (Rockwell) Gambar 3. Bagian yang di Uji Kekerasan (Rockwell) Tabel 1. Hasil Pengujian Kekerasan Rockwell tanpa Preheating pada Bagian A. No Lokasi pada Hasil Kekerasan HRB Bagian A (HRB) ( kgf ) 1 A1 82, A2 90, A3 91, A4 87, A5 86, Tabel 2. Hasil Pengujian Kekerasan Rockwell menggunakan Preheating pada Bagian A. No Lokasi pada Hasil Kekerasan HRB Bagian A (HRB) ( kgf ) 1 A1 88, A2 91, A3 93, A4 87, A5 86,

11 Rockwell (HRB) Diagram Bagian A Bagian A 0 A1 A2 A3 A4 A5 Preheating Un Preheating Gambar 4. Diagram Harga Kekerasan Bagian A. Tabel 3. Hasil Pengujian Kekerasan Rockwell tanpa Preheating pada Bagian B. No Lokasi Pada Hasil Kekerasan HRB Bagian B (HRB) ( kgf ) 1 B1 86, B2 90, B3 90, B4 88, B5 88, Tabel 4. Hasil Pengujian Kekerasan Rockwell menggunakan Preheating pada Bagian B. No Lokasi Pada Hasil Kekerasan HRB Bagian B (HRB) ( kgf ) 1 B1 86, B2 91, B3 91, B4 93, B5 90,

12 Rockwell (HRB) Diagram Bagian B Bagian B 0 B1 B2 B3 B4 B5 Preheating Un Preheating Gambar 5. Diagram Harga Kekerasan Bagian B. Tabel 5. Hasil Pengujian Kekerasan Rockwell tanpa Preheating pada Bagian C. No Lokasi Pada Hasil Kekerasan HRB Bagian C (HRB) ( kgf ) 1 C1 92, C2 96, C3 96, C4 88, C5 90, Tabel 6. Hasil Pengujian Kekerasan Rockwell menggunakan Preheating pada Bagian C. No Lokasi Pada Hasil Kekerasan HRB Bagian C (HRB) ( kgf ) 1 C1 93, C2 96, C3 97, C4 90, C5 89,

13 Rockwell (HRB) Diagram Bagian C Bagian C 0 C1 C2 C3 C4 C5 Preheating Un Preheating Gambar 6. Diagram Harga Kekerasan Bagian C. Tabel 7. Hasil Pengujian Kekerasan Rockwell tanpa Preheating pada Bagian D. No Lokasi Pada Hasil Kekerasan HRB bagian D (HRB) ( kgf ) 1 D1 96, D2 92, D3 92, D4 93, D5 94, Tabel 8. Hasil Pengujian Kekerasan Rockwell menggunakan Preheating pada Bagian D. No Lokasi Pada Hasil Kekerasan HRB bagian D (HRB) ( kgf ) 1 D1 96, D2 93, D3 95, D4 93, D5 95,

14 Rockwell (HRB) Diagram Bagian D Bagian D 0 D1 D2 D3 D4 D5 Preheating Un Preheating Gambar 7. Diagram Harga Kekerasan Bagian D Tabel 9. Standart Deviasi Kekerasan Rockwell tanpa Preheating DATA Bagian A Bagian B Bagian C Bagian D STDEV Tabel 10. Standart Deviasi Kekerasan Rockwell menggunakan Preheating DATA Bagian A Bagian B Bagian C Bagian D STDEV Dari table kekerasan di atas dapat dijelaskan kekerasan besi cor kelabu dengan perlakuan panas (preheating) mengalami kenaikan. Pada bagian A kekerasan dengan preheating mengalami kenaikan sebesar 2,25%. Pada bagian B kekerasan dengan preheating mengalami kenaikan sebesar 2,07%. Pada bagian C kekerasan dengan preheating mengalami kenaikan sebesar 0,6% dan Pada bagian D kekerasan dengan preheating juga mengalami kenaikan sebesar 1,08%. 10

15 3.3. Pengujian Foto Micro A1 Foto micro bagian A A2 A3 A4 A5 Gambar 8. Hasil Foto Micro Bagian A1,A2,A3,A4,A5 Dengan Pembesaran 200x Foto micro bagian B B1 B2 B3 B4 B5 Gambar 9. Hasil Foto Micro Bagian B1,B2,B3,B4,B5 Dengan Pembesaran 200x Foto micro bagian C C1 C2 C3 C4 C5 Gambar 10. Hasil Foto Micro Bagian C1,C2,C3,C4,C5 Dengan pembesaran 200x 11

16 Foto micro bagian D D1 D2 D3 D4 D5 Gambar 11. Hasil Foto Micro Bagian D1,D2,D3,D4,D5 Dengan Pembesaran 200x Dari hasil foto micro kita melihat perbandingan dan berbanding lurus tingkat kekerasan pada setiap bagian. Pada bagian (A1)88,11 HRB, (A2)91,74 HRB, (A3)93,31 HRB, (A4)87,85 HRB, (A5)86,50 HRB. Pada bagian A3 mempunyai tingkat kekerasan yang tinggi, karena lebih mendominasi dari pada. Pada bagian (B1)86,81 HRB, (B2)91,57 HRB, (B3)91,70 HRB, (B4)93,46 HRB, (B5)90,12 HRB. Pada bagian B4 mempunyai tingkat kekerasan yang paling tinggi karena lebih mendominasi dari pada. Pada bagian(c1)93,45 HRB, (C2)96,76 HRB, (C3)97,23 HRB, (C4)90,31 HRB, (C5)89,14 HRB. Pada bagian C3 mempunyai tingkat kekerasan yang paling tinggi karena lebih mendominasi dari pada. Pada bagian (D1)96,72 HRB, (D2)93,38 HRB, (D3)95,15 HRB, (D4)93,53 HRB, (D5)95,86 HRB. Pada bagian D1 mempunyai tingkat kekerasan yang paling tinggi karena lebih mendominasi dari pada. Jika komposisi lebih mendominasi maka besi cor kelabu akan lebih lunak. 3.4 Pengujian Komposisi Kimia No Kandungan Unsur Fe 2 C Si Mn 1 P S Cr 1 Mo Sampel Uji Spesimen Uji Bagian Atas Standart Deviasi

17 Ni 1 Al B Co Cu Mg Nb Pb Sn Ti V W PENUTUP 4.1. Keesimpulan 1. Preheating pada temperatur C pada cetakan permanen menghasilkan distribusi kekerasan yang seragam. 2. Berdasarkan data hasil pengujian yang diperoleh dari CE meter maka diperoleh kandungan karbon sebesar 3.98%, silicon sebesar 1.86% dan fospor sebesar 0%. Dengan demikian dapat diketahui bahwa besi cair dengan kandungan karbon sebesar 3.98% maka pada saat membeku disebut besi cor kelabu. 3. Dari data hasil pengujian kekerasan bagian A (sisi samping kanan yang kontak langsung pada molding) dengan harga kekerasan paling tinggi bagian A3 sebesar 93,31 HRB, Bagian B (bagian yang kontak langsung pada molding bagian bawah) dengan harga kekerasan paling tinggi bagian B4 sebesar 93,46 HRB, Bagian C (sisi kiri atau bagian tengah spesimen yang telah dibelah) dengan harga kekerasan paling tinggi bagian C3 sebesar 97,23 HRB dan Bagian D (bagian atas yang kontak langsung dengan udara bebas) dengan harga kekerasan paling tinggi bagian D1 sebesar HRB. Dari hasil foto mikro dapat di lihat terbentuknya struktur dan sementit yang berseragam tergantung dari tingkat kekerasannya. Pada pengujian komposisi kimia didapat 20 unsur kandungan yang berbeda dan dapat diketahui jenis besi cor kelabu FC 150 karena terdapat kandungan C sebesar 3,06% dan Si sebesar 1.80%. 13

18 4.2 Saran Dalam penelitian selanjutnya, penulis mempunyai beberapa saran yang dapat digunakan untuk proses pengembangan dan pembuatan besi cor kelabu, yaitu : 1. Perlu alat pemanas cetakan permanen yang lebih modern supaya lebih akurat dalam proses preheating. 2. Perlu adanya kelengkapan termometer ruangan untuk mengetahui suhu udara bebas tempat pendinginan spesimen demi kelengkapan data yang lebih detail lagi. 3. Saat proses penelitian berjalan koordinasi dalam tim sangatlah penting baik dalam pembuatan dokumentasi, pembuatan spesimen, dan proses pengujian spesimen, guna mendapatkan data yang akurat. 4. Melakukan pengujian lebih dari satu kali atau berulang, guna untuk mendapatkan hasil yang lebih valid. 4.3 PERSANTUNAN Syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas berkat dan rahmat-nya sehingga penyusunan laporan penelitian ini dapat terselesaikan. Tugas Akhir berjudul Rancang Bangun Heat Exchanger Tube Non Fin Tiga Pass, Shell Satu Pass Untuk Mesin Pengering Emponempon, dapat terselesaikan atas dukungan dari beberapa pihak. Untuk itu pada kesempatan ini, penulis dengan segala ketulusan dan keikhlasan hati ingin menyampaikan rasa terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada: 1. Ir. Sri Sunarjono, MT., Ph.D., Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. 2. Tri Widodo Besar Riyadi, ST., MSc., Ph.D., Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta. 14

19 3. Agus Yulianto, ST, MT. Dosen pembimbing yang banyak memberikan ilmu, waktu, dorongan serta arahan dalam proses bimbingan sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. 4. Ir. Bibit Sugito, MT. Dosen Pembimbing Akademik yang telah memberikan arahan, bimbingan serta motivasi selama masa kuliah. 5. Semua pihak yang telah membantu semoga Allah SWT membalas kebaikan kita semua. Daftar Pustaka Akbari M, Buhl S, Leinenbach C, Spoleak R, Wagener K. Sebagian besar komponen otomotif sangat tergantung pada fenomena pembekuan. Darmoko C, Pengaruh lapisan karbon terhadap sifat fisi dan mekanis pada solidifikasi besi cor kelabu dalam cetakan permanen untuk tapping awal, TugasAkhir S-1, UMS, Surakarta. E. Paul De Garmo, Material and Processes in Manufacturing. 1 January Juli 2016./ 20:06 Martanta, Teguh Cristy Pengaruh Preheating Pada Cetakan Permanen Terhadap Sifat Fisis Dan Mekanik Besi Cor Kelabu. UMS. Surakarta Stefanescu, Doru M. B., Juli 2007, Modeling Of Cast Iron Solidification Tata McGraw Hill, 7 West Patel Nagar, New Delhi Surdia, Tata. MS. Dan Saito, Shinroku Pengetahuan Bahan Teknik. Cetakan ke-4. PT. Prandnya Paramita, Jakarta. Ganwarich P. Hasil berkolerasi dengan yang di ukur sifat mekanik: konten di kurangi meningkatkan kekuatan tarik. Kuryloa P Klarifikasi jenis material paduan sangat diperlukan dalam industry mesin. Yulianto, A, Pengecoran besi cor kelabu dengan menggunakan cetakan besi cor ulet yang telah dipanaskan. 15