UNIVERSITAS DIPONEGORO

Transkripsi

1 UNIVERSITAS DIPONEGORO PENGARUH PERLAKUAN PANAS DAN VARIASI TEMPERATUR PENUANGAN TERHADAP SIFAT FISIS DAN MEKANIS MATERIAL SEPATU REM HASIL PENGECORAN HPDC TUGAS AKHIR AGUS TRI PRASETYO L2E FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK MESIN SEMARANG AGUSTUS 2012

2 TUGAS AKHIR Diberikan Kepada Dosen Pembimbing Jangka Waktu Judul Isi Tugas : Nama : Agus Tri Prasetyo NIM : L2E : Dr. Ir. A. P. Bayuseno, M.Sc : 6 Bulan : Pengaruh Perlakuan Panas dan Variasi Temperatur Penuangan terhadap Sifat Fisis dan Mekanis Material Sepatu Rem Hasil Pengecoran HPDC. : Mengetahui dan menganalisis pengaruh perlakuan panas terhadap sifat fisis dan mekanis dari material ADC 12 hasil pengecoran HPDC yang digunakan pada sepatu rem sepeda motor meliputi bentuk butir, densitas dan porositas, struktur mikro, serta nilai kekerasan sehingga hasil analisa dapat dijadikan sebagai referensi pada suatu perusahaan pembuatan sepatu rem sepeda motor. Semarang, 10 Agustus 2012 ii

3 HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS Skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri, dan semua sumber baik yang dikutip maupun yang dirujuk telah saya nyatakan dengan benar. NAMA : Agus Tri Prasetyo NIM : L2E Tanda Tangan : Tanggal : 10 Agustus 2012 iii

4 HALAMAN PENGESAHAN Skripsi ini diajukan oleh : NAMA : Agus Tri Prasetyo NIM : L2E Jurusan/Program Studi : Teknik Mesin Judul Skripsi : Pengaruh Perlakuan Panas dan Variasi Temperatur Penuangan terhadap Sifat Fisis dan Mekanis Material Sepatu Rem Hasil Pengecoran HPDC. Telah berhasil dipertahankan di hadapan Tim Penguji dan diterima sebagai bagian persyaratan yang diperlukan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Jurusan/Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro. TIM PENGUJI Pembimbing : Dr. Ir. A.P Bayuseno, MSc ( ) Penguji : Dr. Ir. Eflita Yohana, MT ( ) Penguji : Dr. Jamari, ST, MT ( ) Penguji : Khoiri Rozi, ST, MT ( ) Semarang, 10 Agustus 2012 Jurusan Teknik Mesin Ketua, Dr. Sulardjaka, ST, MT NIP iv

5 HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI TUGAS AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS Sebagai sivitas akademika Universitas Diponegoro, saya yang bertanda tangan di bawah ini : Nama : AGUS TRI PRASETYO NIM : L2E Jurusan/Program Studi : TEKNIK MESIN Fakultas : TEKNIK Jenis Karya : TUGAS AKHIR demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Universitas Diponegoro Hak Bebas Royalti Noneksklusif (None-exclusive Royalty Free Right) atas karya ilmiah kami yang berjudul : PENGARUH PERLAKUAN PANAS DAN VARIASI TEMPERATUR PENUANGAN TERHADAP SIFAT FISIS DAN MEKANIS MATERIAL SEPATU REM HASIL PENGECORAN HPDC beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti/Noneksklusif ini Universitas Diponegoro berhak menyimpan, mengalihmedia/formatkan, mengelola dalam bentuk pangkalan data (database), merawat dan memublikasikan tugas akhir kami selama tetap mencantumkan nama kami sebagai penulis/pencipta dan sebagai pemilik Hak Cipta. Demikian pernyataan ini kami buat dengan sebenarnya. Dibuat di : Semarang Pada Tanggal : 10 Agustus 2012 Yang menyatakan Agus Tri Prasetyo NIM. L2E v

6 MOTTO Pendidikan merupakan perlengkapan paling baik untuk hari tua (Aristoteles) Sabar dalam mengatasi kesulitan dan bertindak bijaksana dalam mengatasinya adalah sesuatu yang utama Kegagaln hanya terjadi bila kita menyerah (Lessing) Persembahan Tugas Akhir ini kupersembahkan kepada : Kedua orang tuaku, Ibu Atmini dan Bapak Tukadi yang telah memberikan kasih sayang serta dukungannya tanpa kenal lelah. vi

7 ABSTRAK Seiring bertambahnya populasi sepeda motor maka semakin bertambah pula kebutuhan suku cadang, salah satunya yaitu sepatu rem. Sepatu rem dibuat dengan material ADC12 melaui proses pengecoran. HPDC (High Pressure Die Casting) merupakan salah satu metode dalam proses pengecoran yang memiliki keunggulan dibandingkan dengan metode pengecoran yang lain. Namun masih terdapat beberapa kekurangan pada hasil pengecoran HPDC, sehingga pada penelitian ini dilakukan perlakuan panas untuk memperbaiki sifat mekanisnya. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan data nilai kekerasan, struktur mikro, dan porositas sehingga dapat dibandingkan sifat mekanis antara produk sepatu rem tanpa perlakuan panas dengan yang diberi perlakuan panas. Dalam penelitian ini, bahan baku ADC12 yang digunakan merupakan produk PT. Pinjaya Logam, Mojokerto. HPDC dilakukan pada tekanan konstan 7 MPa dan variasi temperatur penuangan 700 o C, 750 o C, dan 800 o C. Perlakuan panas yang dilakukan yaitu age hardening dengan solution treatment 490 o C selama 15 menit dan artificial aging 150 o C selama 4 jam. Uji porositas dilakukan dengan menggunakan hukum Archimedes yaitu menimbang massa basah dan kering spesimen uji. Uji kekerasan menggunakan metode Rockwell dengan skala B, dan uji struktur mikro menggunakan mikroskop optik dengan perbesaran 1000X. Hasil uji porositas menunjukkan bahwa nilai porositas pada temperatur penuangan 700 o C sebesar 13.10%, pada 750 o C sebesar 11.37%, dan pada 800 o C sebesar 11.09%. Pada pengujian kekerasan didapatkan nilai kekerasan meningkat pada temperatur penuangan 700 o C yaitu dari HRB sebelum perlakuan panas menjadi HRB setelah perlakuan panas. Sedangkan pada temperatur penuangan 750 o C dan 800 o C terjadi penurunan nilai kekerasan berturut-turut yaitu dari HRB menjadi HRB dan dari HRB menjadi HRB. Pada uji struktur mikro didapatkan ukuran butir pada 700 o C sebesar mm 2, pada 750 o C sebesar mm 2, dan pada 800 o C sebesar mm 2. Kata Kunci: HPDC, ADC12, Porositas vii

8 ABSTRACT With increasing number of motorcycles also needs brake shoes. Brake shoes are made with material ADC12 through the casting process. HPDC (High Pressure Die Casting) is one of the methods in the casting process which has many advantages over other casting method. But there are still some disadvantages of producing lower mechanical properties, so that the heat treatment was conducted to improve the mechanical properties. This research aims to obtain value of hardness, microstructure, and porosity, so the mechanical properties can be compared between the brake shoe product with and without heat treatment. In this research, the raw material used ADC12 is a product of PT. Pinjaya Metals, Mojokerto. HPDC performed at a constant pressure of 7 MPa and variation of pouring temperature at 700 C, 750 o C, and 800 o C. The heat treatment process used is age hardening with solution treatment at 490 o C for 15 minutes, then artificial aging at 150 o C for 4 hours. Porosity test performed using the Archimedes law that use mass of wet and dry specimen. Hardness test using Rockwell method with the scale of B, and test the microstructure using an optical microscope with a magnification of 1000X. The results of porosity test show that the porosity at pouring temperature 700 C is 13.10%, at 750 o C is 11.37% and at 800 o C is 11.09%. On the hardness testing increased hardness values was obtained at pouring temperature 700 C is HRB before heat treatment to HRB HRB after heat treatment. While at pouring temperature 750 o C and 800 o C the hardness is decreased from HRB to HRB and from HRB to HRB. At test of microstructures obtained at 700 C the grain size is mm 2, at 750 o C is mm 2, and at 800 o C is mm 2. Keywords: HPDC, ADC12, Porosity viii

9 KATA PENGANTAR Alhamdulillahirobbil alamin. Semoga puji syukur senantiasa penulis panjatkan kehadirat Allah Subhanahu Wa Ta ala yang tiada hentinya mencurahkan rahmat dan hidayahnya, sehingga dengan segala karunia-nya penulis dapat menyelesaikan tugas akhir dengan judul Pengaruh Perlakuan Panas dan Variasi Temperatur Penuangan terhadap Sifat Fisis dan Mekanis Material Sepatu Rem Hasil Pengecoran HPDC. ini. Shalawat dan salam semoga selalu tercurah kepada panutan kita Rosulullah Muhammad SAW. Dalam kesempatan ini penulis ingin menyampaikan rasa hormat dan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dan memberikan dorongan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, antara lain: 1. Dr. Ir. A. P. Bayuseno, M.Sc selaku dosen pembimbing, yang telah memberikan bimbingan, pengarahan, dan masukan-masukan kepada penulis untuk menyusun tugas akhir ini. 2. Teman seperjuangan Anggi Taufik Nugraha, Bayu Andriyawan, Haeckel Bayyan Amil Valerat, Kusumaning Rahardian Putri, dan Nasrudin Arif Chamdani yang selalu mendukung dan membantu dalam pelaksanaan tugas akhir maupun penyelesaikan laporan ini. 3. Bapak Sutadi selaku teknisi Laboratorium Proses Produksi Politeknik Negeri Semarang yang telah membantu dalam proses pembuatan dies. 4. Bapak Wahyu selaku teknisi Laboratorium Metalurgi Fisik Teknik Mesin Universitas Diponegoro yang telah membantu dapat proses pengujian karakterisasi. Dengan penuh kerendahan hati, penyusun menyadari akan kekurangan dan keterbatasan pengetahuan yang penyusun miliki sehingga tentu saja penyusunan tugas akhir ini jauh dari sempurna, untuk itu penyusun mengharapkan saran dan kritik yang membangun dari semua pihak demi kemajuan penulis untuk masa yang akan datang. ix

10 Terakhir, dengan selesainya tugas akhir ini berarti selesai pula masa studi penulis di Teknik Mesin UNDIP. Semoga dapat memberikan manfaat bagi penulis dan juga kepada orang lain. Semarang, Agustus 2012 Penulis x

11 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... i HALAMAN TUGAS AKHIR... ii HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS... iii HALAMAN PENGESAHAN... iv HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI TUGAS AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS... v ABSTRAK... vii KATA PENGANTAR... ix DAFTAR ISI... xi DAFTAR LAMPIRAN... xiv DAFTAR GAMBAR... xv DAFTAR TABEL... xviii NOMENKLATUR... xvix BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Tujuan Batasan Masalah Originalitas Penelitian Metode Penelitian Sistematika Penulisan... 4 BAB II DASAR TEORI 2.1 Karakteristik Sepatu Rem Proses Pembuatan Sepatu Rem Pengecoran Gravitasi High Pressure Die Casting (HPDC) Bahan Sepatu Rem Aluminium dan Paduannya xi

12 2.4 Bahan Paduan Aluminium Al-Si Heat Treatment (Perlakuan Panas) Pada Sepatu Rem Age Hardening Struktur Mikro Aluminium Struktur Mikro Paduan Al-Si BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Diagram Alir Penelitian Peralatan yang Digunakan Persiapan Bahan Proses Pembuatan Spesimen Pengujian Spesimen Pengujian Porositas Pengujian Kekerasan Pengujian Struktur Mikro BAB IV ANALISIS DAN PEMBAHASAN 4.1 Studi Karakterisasi Material ADC Komposisi Material ADC Identifikasi Hasil Pengecoran HPDC ADC12 Perlakuan Panas Pengaruh Temperatur Penuangan terhadap Porositas Hasil Pengujian Kekerasan Hasil Pengujian Kekerasan ADC Pembahasan Hasil Pengujian Kekerasan ADC12 tanpa Perlakuan Panas Pembahasan Hasil Pengujian Kekerasan ADC12 Perlakuan Panas Perbandingan Hasil Pengujian Kekerasan ADC12 Perlakuan Panas dan ADC12 tanpa Perlakuan Panas Hasil Pengujian Struktur Mikro xii

13 Pembahasan Hasil Pengujian Struktur Mikro BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xiii

14 DAFTAR LAMPIRAN A. Gambar Teknik Dies B. Perhitungan Densitas C. Perhiutngan Porositas D. Perhitungan Ukuran Butir xiv

15 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Sepatu Rem... 5 Gambar 2.2 Letak Sepatu Rem pada Komponen Rem Tromol... 6 Gambar 2.3 Metode Pengecoran Gravitasi... 7 Gambar 2.4 Tampilan Skematis Pengecoran HPDC... 9 Gambar 2.5 Diagram Fasa Al-Si Gambar 2.6 Urutan Perubahan Fasa pada Proses Artificial Aging Gambar 2.7 (a) Supersaturated Solute Solution, (b) Fasa θ Mulai Terbentuk Precipitate (Al-Cu), (c) Fasa Keseimbangan θ Al-Cu Gambar 2.8 Hubungan antara Lamanya Waktu (Aging) dengan Kekuatan dan Kekerasan Paduan Aluminium Gambar 2.9 Struktur Mikro Aluminium Gambar 2.10 Struktur Mikro Al-Si Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian Gambar 3.2 Gergaji Mesin Gambar 3.3 (a) Tungku Krusibel dan (b) Burner Gambar 3.4 Kowi Gambar 3.5 Blower Gambar 3.6 Mesin HPDC Gambar 3.7 Cetakan Sepatu Rem Gambar 3.8 Furnace Chamber Gambar 3.9 Timbangan Digital Gambar 3.10 Gergaji Tangan Gambar 3.11 (a) Thermocouple dan (b) Display Gambar 3.12 (a) Mesin Amplas dan (b) Mesin Poles Gambar 3.13 Rockwell Hardness Tester Gambar 3.14 (a) Mikroskop Optik dan (b) Kamera Gambar 3.15 Vernier Caliper Gambar 3.16 ADC12 Batangan Gambar 3.17 Proses Pemotongan ADC12 Batangan xv

16 Gambar 3.18 Penimbangan Potongan ADC Gambar 3.19 Proses Peleburan Menggunakan Tungku Krusibel Gambar 3.20 Pengukuran Temperatur Penuangan Gambar 3.21 Proses Penuangan ke Cetakan HPDC Gambar 3.22 Spesimen Hasil Pengecoran Gambar 3.23 Proses Pemotongan Spesimen Gambar 3.24 (a) Proses Solution Heat Treatment, (b) Proses Quenching, (c) Proses Age Hardening, dan (d) Proses Pendinginan Gambar 3.25 Titik Pengujian Kekerasan Gambar 3.26 Pengujian Kekerasan Gambar 3.27 Proses Polishing Gambar 3.28 Pemberian Etsa pada Spesimen Uji Gambar 3.29 Pengujian Mikrografi Gambar 4.1 Posisi Pengujian Spesimen Gambar 4.2 Hasil Porositas Produk Sepatu Rem terhadap Temperatur Penuangan Gambar 4.3 Posisi Penitikan Gambar 4.4 Hasil Kekerasan Terhadap Temperatur Penuangan dan Posisi Pengukuran ADC12 tanpa Perlakuan Panas Gambar 4.5 Hasil Nilai Kekerasan Rata-Rata terhadap Temperatur Penuangan ADC12 tanpa Perlakuan Panas Gambar 4.6 Hasil Nilai Kekerasan terhadap Temperatur Penuangan dan Posisi Pengukuran ADC12 Perlakuan Panas Gambar 4.7 Hasil Nilai Kekerasan Rata-Rata terhadap Temperatur Penuangan ADC12 Perlakuan Panas Gambar 4.8 Perbandingan Nilai Hasil Kekerasan ADC12 tanpa Perlakuan Panas dengan ADC12 Perlakuan Panas Gambar 4.9 Struktur Mikro pada Temperatur Penuangan 700 o C pada Posisi Bawah Gambar 4.10 Struktur Mikro pada Temperatur Penuangan 700 o C pada Posisi Tengah xvi

17 Gambar 4.11 Struktur Mikro pada Temperatur Penuangan 700 o C pada Posisi Atas Gambar 4.12 Struktur Mikro pada Temperatur Penuangan 750 o C pada Posisi Bawah Gambar 4.13 Struktur Mikro pada Temperatur Penuangan 750 o C pada Posisi Tengah Gambar 4.14 Struktur Mikro pada Temperatur Penuangan 750 o C pada Posisi Atas Gambar 4.15 Struktur Mikro pada Temperatur Penuangan 800 o C pada Posisi Bawah Gambar 4.16 Struktur Mikro pada Temperatur Penuangan 800 o C pada Posisi Tengah Gambar 4.17 Struktur Mikro pada Temperatur Penuangan 800 o C pada Posisi Atas Gambar 4.18 Hasil Nilai Rata-rata Pengukuran Besar Butir Gambar A.1 Fix Dies Gambar A.2 Movable Dies xvii

18 DAFTAR TABEL Tabel 4.1 Hasil Uji Komposisi Material ADC Tabel 4.2 Komposisi Paduan Aluminium Die Casting Kelas Tabel 4.3 Data Hasil Pengujian Porositas dan Densitas ADC12 Perlakuan Panas 46 Tabel 4.4 Hasil Pengujian Kekerasan Sepatu Rem dengan Bahan ADC12 (Skala HRB) Tabel 4.5 Nilai Kekerasan Rata-Rata Produk Sepatu Rem ADC Tabel 4.6 Hasil Pengujian Struktur Mikro ADC12 Perlakuan Panas Tabel 4.7 Hasil Perhitungan Ukuran Butir Tabel B.1 Data Hasil Penimbangan Massa Kering dan Massa Basah Tabel B.2 Komposisi dan Densitas Tiap-Tiap Unsur pada ADC Tabel D.1 Hasil Pengamatan Struktur Mikro ADC12 tanpa Perlakuan Panas Tabel D.2 Hasil Pengamatan Struktur Mikro ADC12 Perlakuan Panas Tabel D.3 Hubungan antara f dengan Perbesaran (M) xviii

19 NOMENKLATUR Simbol Definisi Satuan m s Berat sampel kering (kg, g) m g Berat sampel setelah direndam dalam air selama 10 menit (kg, g) V Volume (m 3, cm 3 ) W Berat sampel di udara terbuka (kg, g) ρ Massa jenis (gr/cm 3 ) xix