STUDI PENGARUH TEMPERATUR PEMASUKAN DAN PENARIKAN BATANG PENGADUK TERHADAP PEMBENTUKAN STRUKTUR GLOBULAR PADA PROSES RHEOCASTING

Transkripsi

1 20 STUDI PENGARUH TEMPERATUR PEMASUKAN DAN PENARIKAN BATANG PENGADUK TERHADAP PEMBENTUKAN STRUKTUR GLOBULAR PADA PROSES RHEOCASTING Oleh : JOKO SUSILO NIM : I JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2010

2 21 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar belakang masalah Akhir-akhir ini perkembangan dunia otomotif, khususnya industri mobil sangat meningkat. Untuk mendapatkan perhatian dari konsumen maka terjadi persaingan dalam pengembangan sistem teknologi untuk penghematan bahan bakar. Disamping itu dengan adanya standar kebijakan pengurangan emisi gas, maka penghematan konsumsi bahan bakar penting untuk semua produsen mobil. Sakurai (2008) menyatakan bahwa berbagai langkah diambil untuk mengurangi konsumsi bahan bakar termasuk dengan menerapkan sistem hybrid atau menggunakan mesin diesel. Tetapi cara yang paling efektif yaitu dengan menurunkan berat dari kendaraan. Pengurangan berat kendaraan sampai 100 kg dapat menurunkan konsumsi bahan bakar 1 l/km. Untuk menerapkan cara diatas maka dibutuhkan material yang ringan untuk menggantikan material baja yang selama ini telah banyak digunakan. Tren yang terbaru adalah penggunaan aluminium alloy dalam bidang otomotif. Aluminium memiliki beberapa keunggulan antara lain: lebih ringan, lebih ulet, mampu bentuknya baik, tidak mudah terkorosi dan titik leburnya rendah. Proses pengolahan bahan baku aluminium menjadi benda coran dalam dunia industri saat ini mengarah pada teknologi semisolid forming. Proses semisolid forming adalah proses pengerjaan logam yang dilakukan dalam kondisi campuran fasa cair dan padat (semisolid atau semiliquid). Pada proses semisolid forming ini diperlukan bahan baku paduan logam yang berstruktur mikro globular. Bahan baku dengan struktur mikro globular membutuhkan gaya pembentukan yang lebih kecil jika dibandingkan dengan struktur mikro dendritik. Untuk memperoleh bahan baku paduan logam yang berstruktur mikro globular tersebut salah satunya dengan menggunakan metode rheocasting. Proses semisolid forming memiliki kelebihan dibandingkan dengan proses pengecoran dan pembentukan secara konvensional. Hal ini

3 22 karena dengan menggunakan proses semisolid forming, bentuk produk dapat dibuat relatif kompleks dan gaya pembentukannya relatif lebih kecil. Selain itu proses semisolid forming juga memiliki kelebihan karena cacat porositas yang relatif rendah sehingga diperoleh sifat mekanik yang lebih baik (Winterbottom, 2000). Surdia (2000) menyatakan Rheocasting merupakan teknik pengecoran yang memberikan perlakuan pada logam cair sebelum menjadi benda coran dalam mesin cor cetak. Proses yang dilakukan yaitu dengan memutar logam cair yang sedang membeku agar butir-butir dendrit terpotong sehingga terbentuk butir baru yang bulat (globular). Proses rheocasting dipengaruhi beberapa faktor antara lain: bahan dan diameter pengaduk, kecepatan putar pengaduk, temperatur pemasukan dan penarikan batang pengaduk Perumusan masalah Bagaimana pengaruh temperatur pemasukan dan penarikan batang pengaduk terhadap pembentukan struktur globular pada proses rheocasting. 1.3 Batasan masalah Untuk menentukan arah penelitian yang baik, permasalahan dibatasi hal-hal berikut ini; 1. Bahan penelitian adalah velg bekas roda mobil paduan Al-Si. 2. Batang pengaduk terbuat dari poros baja karbon rendah dengan diameter 20 mm. 3. Batang pengaduk tidak diberikan preheat atau dalam temperatur kamar. 4. Cetakan terbuat dari pipa baja berdiameter 55 mm 5. Cetakan tidak diberikan preheat atau dalam temperatur kamar. 6. Variasi temperatur pemasukan batang pengaduk 635 o C, 645 o C dan 655 o C 7. Variasi temperatur penarikan batang pengaduk 600 o C, 610 o C dan 618 o C 8. Kecepatan pengadukan 200 rpm

4 23 9. Media quenching yang digunakan air suhu kamar. 10. Logam coran di-quench pada temperatur 585 o C. 11. Pengujian yang dilakukan hanya pengamatan struktur mikro. 1.4 Tujuan dan manfaat Tujuan dari penelitian ini adalah : 1. Mengetahui pengaruh temperatur pemasukan batang pengaduk terhadap faktor bentuk. 2. Mengetahui pengaruh temperatur penarikan batang pengaduk terhadap faktor bentuk. Manfaat dari penelitian ini adalah : 1. Menambah pengetahuan dalam bidang pengecoran semi-solid aluminium khususnya rheocasting. 2. Menambah pengetahuan tentang analisa struktur mikro. 3. Menambah pengetahuan dalam pemanfaatan kembali paduan Al-Si yang didapatkan dari velg mobil bekas. 1.5 Sistematika penulisan Sistematika penulisan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut : BAB I : Pendahuluan, menjelaskan tentang latar belakang masalah, perumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian serta sistematika penulisan. BAB II : Dasar teori, berisi tinjauan pustaka yang berkaitan dengan studi pembentukan struktur mikro globular pada sistem rheocasting, dasar teori tentang proses pengecoran, pembekuan logam, paduan aluminium, temperatur liquidus-solidus paduan aluminium, struktur mikro, metode rheocasting.

5 24 BAB III : Metodologi penelitian menjelaskan bahan penelitian, alat penelitian, langkah penelitian, teknik analisa data dan diagram alir penelitian. BAB IV : Data dan analisa, menjelaskan data hasil penelitian serta analisa hasil dari perhitungan. BAB V : Penutup, berisi tentang kesimpulan dan saran. BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Tinjauan pustaka Ivanchev (2006) menyatakan ada dua teknologi semi solid metal (SSM) yaitu thixocasting dan rheocasting. Pada teknologi thixocasting menggunakan bahan baku utamanya billet dengan struktur mikro butir non-dendritik. Proses thixocasting di awali dengan pemanasan billet dalam mesin induksi sesuai temperatur yang diinginkan untuk menghasilkan semi-solid billet. Selanjutnya semi-solid billet diinjeksikan ke dalam cetakan logam dengan mesin die casting. Sedangkan proses rheocasting terdiri dari pengadukan logam cair pada temperatur semi solid untuk mengahasilkan semi solid metal dengan struktur mikro globular. Selanjutnya semisolid metal diinjeksikan kedalam cetakan logam. Proses rheocasting memiliki beberapa keunggulan dibandingkan thixocasting antara lain : prosesnya lebih sederhana, scrap yang tidak terpakai dapat digunakan kembali sebagai bahan baku, dan biayanya lebih murah.

6 25 Martinez, dkk (2000) menyatakan bahwa sebagian besar dalam penelitian terhadap paduan aluminium, dilakukan peleburan dalam dapur induksi (induction furnace) pada suhu 856 o C-875 o C. Kemudian logam cair dituang ke dalam rongga cetakan dalam kondisi telah mengalami drop temperature hingga temperatur menjadi 700 o C- 800 o C. Untuk mengurangi timbulnya thermal shock, cetakan permanen (permanent mould) sebelumnya dilakukan pemanasan awal (preheated) pada suhu sekitar 260 o C. Surdia (2000) menyatakan Rheocasting merupakan teknik pengecoran yang memberikan perlakuan pada logam cair sebelum menjadi benda coran dalam mesin cor cetak. Proses yang dilakukan yaitu dengan memutar logam cair yang sedang membeku agar butir-butir dendrit terpotong sehingga terbentuk butir baru yang bulat (globular). Struktur mikro logam coran terdiri dari butir-butir kristal primer non dendrit berbentuk bulat dikelilingi fasa eutektik. Perubahan struktur mikro ini memberikan sifat-sifat coran terutama sifat mekanik yang lebih baik. 2.2 Dasar teori Proses Pengecoran 4 Surdia (2000) pengecoran logam merupakan proses yang melibatkan pencairan logam, membuat cetakan, menuang, membongkar dan membersihkan coran. Dalam mencairkan logam dapat digunakan berbagai macam tanur seperti kupola atau tanur induksi frekuensi rendah dipergunakan untuk besi cor, tanur busur listrik atau tanur induksi busur tinggi dipergunakan untuk baja cor dan tanur kurs untuk paduan tembaga atau paduan coran ringan, karena tanur-tanur ini dapat menghasilkan logam yang baik dan sangat ekonomis untuk pengecoran logam-logam tersebut. Cetakan biasanya dibuat dengan cara memadatkan pasir. Pasir yang digunakan adalah pasir alam atau pasir buatan yang mengandung tanah lempung. Kelebihan menggunakan cetakan pasir adalah mudah dibuat dan tidak mahal. Untuk mendapatkan komposisi pasir cetak yang baik biasanya dicampur dengan pengikat khusus, seperti semen, resin furan, resin fenol, atau minyak pengering karena penggunaan zat-zat

7 26 tersebut dapat memperkuat cetakan atau mempermudah pembuatan cetakan. Selain menggunakan cetakan pasir, dapat juga digunakan cetakan logam. Pada umumnya logam cair dituangkan dengan pengaruh gaya berat, walaupun dalam prakteknya sering menggunakan tekanan pada logam cair selama atau setelah penuangan Pembekuan logam Pada cairan logam murni jika didinginkan secara perlahan maka pembekuan terjadi pada temperatur yang konstan, temperatur ini disebut titik beku. Dalam pembekuan logam cair, tumbuhlah inti kristal, kemudian kristal-kristal tumbuh di sekeliling inti tersebut sampai proses pembekuan berakhir. Ukuran butir kristal tergantung pada laju pengintian dan pertumbuhan inti. Jika laju pertumbuhan lebih besar dari laju pengintian maka ukuran butir semakin besar dan jika laju pengintian lebih besar dari laju pertumbuhan inti maka didapatkan ukuran butir yang halus. Pembekuan logam dimulai dari bagian yang bersentuhan dengan cetakan, yaitu ketika panas dari logam cair diserap oleh cetakan sehingga bagian logam yang bersentuhan dengan cetakan itu mendingin sampai titik beku. Setelah proses itu, kemudian inti-inti kristal tumbuh. Bagian dalam dari coran mendingin lebih lambat dari pada bagian luar, sehingga kristal-kristal tumbuh dari inti asal mengarah ke bagian dalam coran dan terbentuklah struktur kolom. Struktur ini muncul dengan jelas apabila gradien temperatur yang besar terjadi pada permukaan coran besar, umpamanya pada pengecoran dengan cetakan logam. Sebaliknya pengecoran dengan cetakan pasir menyebabkan gradien temperatur yang kecil dan membentuk struktur kolom yang tidak jelas. Struktur kolom dapat terlihat seperti Gambar 2.1 berikut.

8 27 Gambar 2.1 Struktur mikro pembekuan logam (ASM Handbook Vol.15, Casting) Paduan Aluminium Paduan aluminium khususnya aluminium silikon sangat banyak digunakan. Paduan ini mempunyai ketahanan korosi yang baik, ringan, koefisien pemuaian kecil, penghantar baik untuk listrik dan panas, mampu cor baik, densitas rendah dan properti mekanik mudah dikontrol. Kadar silikon di bawah 11% disebut aluminium hypoeutectic, 11-13% disebut eutectic, dan di atas 13% adalah aluminium hypereutectic. Paduan lain yang sering ditambahkan seperti Fe, Cu, Mg, Ni, Zn bertujuan untuk mendapatkan hasil pengecoran atau properti mekanik yang optimum. Proses solidifikasi dimulai dari fasa cair pada suhu Ts kemudian berlanjut sampai mencapai suhu T 1. Perbedaan temperatur antara Ts-T 1 disebut temperatur superheat. Solidifikasi sempurna terjadi setelah melewati temperatur eutektik (Te). Pada saat temperatur liquidus (T 1 ), dendrit tumbuh dan mengalami pengintian yang lebih

9 28 banyak hingga mencapai temperatur eutektik (Te). Bentuk struktur dendrit dapat terlihat pada akhir pembentukan struktur mikro aluminium. Tetapi pada paduan aluminium eutektik (11-13% Si), solidifikasi terjadi pada temperatur eutektik. Pada temperatur eutektik semua sisa liquid akan membeku menjadi aluminium-silikon eutektik dalam paduan biner, terlihat pada Gambar 2.2 berikut. Gambar 2.2 Diagram fasa paduan Al-Si (Cook, 1998) Temperatur liquidus dan solidus paduan aluminium Dobrzański (2006) menyatakan bahwa paduan aluminium-silikon hypoeutectic melalui tiga tahap reaksi solidifikasi. Proses solidifikasi dimulai pembentukan dendritik dan diikuti pembentukan dua fasa utama eutektik. Temperatur liquidus (T L ) adalah temperatur dimana proses solidifikasi dimulai, sedangkan temperatur setelah proses solidifikasi selesai disebut temperatur solidus (T S ). Temperatur liquidus (T L ) dan temperatur solidus (T S ) ditentukan dengan cara membuat

10 29 kurva pendinginan. Parameter yang digunakan adalah perubahan temperatur terhadap waktu pada saat proses pendinginan dari fasa cair sampai fasa padat. Temperatur liquidus (T L ) dan temperatur solidus (T S ) merupakan titik terjadinya perubahan gradien pada kurva pendinginan (Altenpohl D, 1982). Temperatur ( o C) % Si Gambar 2.3 Grafik temperatur liquidus-solidus paduan aluminium (Altenpohl, 1982) Struktur mikro Hubungan antara struktur mikro dengan sifat mekanik logam dipengaruhi oleh kuantitas fasa, ukuran fasa dan pengaruh bentuk fasa. Oleh karena itu, untuk mendapatkan komposisi dari aluminium cor yang baik sangat dimungkinkan dengan mengoptimasi ukuran butir, struktur eutektik, ukuran sel, serta ukuran dan distribusi dari fase intermetalik. Semakin besar ukuran butir maka nilai kekerasannya semakin

11 30 menurun. Penurunan nilai elongasi yang besar terjadi pada paduan aluminium yang ditambahkan grain refiner. Sifat mekanik aluminium juga dipengaruhi oleh ukuran sel dendrit. Tegangan tarik ultimate dan nilai elongasi mengalami penurunan dengan meningkatnya ukuran sel dendrit. Struktur eutektik dan ukuran sel pada aluminium paduan terdapat dendrite fibers, yang dapat ditingkatkan sifat mekaniknya melalui perlakuan panas (Granger dan Elliott, 1998). Paduan Al-Si memiliki kombinasi karakteristik yang baik antara lain castability, ketahanan korosi yang baik (good corossion resistance), ketahanan aus (wear resistance), dan mampu mesin yang baik (machinability). Hongmin, dkk (2008) melakukan analisa hasil Low Superheat Pouring with a Shear Field in Rheocasting of Aluminium Alloys rumus matematis berikut ini: dengan menggunakan penurunan 4pA F = 2 perimeter...(2.1) A : luasan struktur mikro F : faktor kebulatan struktur mikro, harga F semakin mendekati 1 semakin bulat struktur mikro tersebut Metode Rheocasting Scamans dan Fan (2005) menyatakan bahwa metode rheocasting digunakan untuk menghasilkan semi-solid metal. Logam yang dicairkan pada temperatur cair (liquidus) atau di atas temperatur cair (superheat) akan melewati fasa semi-solid metal (SSM) sebelum mencapai temperatur solidus. Jika pada fasa semi-solid diberikan gaya geser berupa putaran maka struktur mikro yang awalnya berbentuk kolumnar atau dendritik akan terpotong menjadi butir baru yang bulat (globular). Perbedaan struktur mikro dendritik dan globular diperlihatkan pada Gambar 2.4.

12 31 Tahap berikutnya dalam metode rheocasting adalah pengadukan. Batang pengaduk yang digunakan dalam proses rheocasting selain sebagai pengaduk aluminium cair dari temperatur liquidus hingga solidus juga membantu mempercepat pendinginan aluminium cair tersebut. Kemampuan mendinginkan logam cair sangat dipengaruhi difusivitas termal yang dimiliki material batang pengaduk. Selama pengadukan dalam aluminium cair, gradien temperatur batang pengaduk dapat diminimalisir bergantung dari difusivitas termal material. (a) (b) Gambar 2.4 (a) Struktur mikro dendritik, (b) Struktur mikro globular (Ivanchev, 2006) Setelah mengalami pengadukan logam semi-solid kemudian diproses dalam pengecoran tekanan tinggi (high-pressure die casting). Benda coran yang dihasilkan akan memiliki kualitas yang lebih baik dibandingkan hasil proses pengecoran tekan konvensional yang bahan bakunya logam cair. Hal ini disebabkan karena aliran turbulen lebih sedikit terjadi pada saat logam mengisi cetakan. Dengan demikian komponen yang

13 32 dihasilkan akan sedikit mengandung gas dan inklusi oksida. Proses rheocasting diperlihatkan pada Gambar 2.5. Bahan baku Peleburan Pengadukan Pencetakan Skrap Gambar 2.5 Proses rheocasting (Basner, 2000)

14 33 BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Bahan Penelitian Bahan yang dipakai dalam penelitian ini yaitu paduan aluminium yang berasal dari velg mobil bekas. Paduan Al-Si setelah dilakukan uji komposisi kimia yang terkandung dalam velg dapat ditentukan termasuk dalam paduan aluminium hypoeutectic. Tabel 1 Hasil pengujian komposisi velg Unsur Komposisi (% wt) Unsur Komposisi (%wt) Al 92,89 Sn 0,025 Si 6,23 Ti 0,177

15 34 Fe 0,178 Pb 0,0012 Cu 0,0017 Be 0,0000 Mn 0,015 Ca 0,0017 Mg 0,411 Sr 0,0360 Cr 0,0041 V 0,0207 Ni 0,0078 Zr 0,0132 Zn 0, Alat Penelitian Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut : 1. Mesin rheocasting sederhana Mesin rheocasting ini buatan Laboratorium Proses Produksi Teknik Mesin UNS. Alat ini terdiri dari beberapa bagian utama, yaitu; a. Bed Bed ini berfungsi sebagai tempat diletakannya mold dan isolator panas. b. Motor listrik Motor listrik yang digunakan adalah ¼ HP 3 phase. c. Pully Pully yang digunakan 12 adalah 2 buah dengan diameter 5 cm dan 10 cm. Antara pully yang satu dengan yang lain dihubungkan dengan V-belt. d. Batang pengaduk Batang pengaduk berfungsi sebagai media untuk mengaduk aluminium cair pada cetakan. Batang pengaduk dibuat dari baja karbon rendah

16 35 Gambar 3.1 Mesin rheocasting sederhana 2. Inverter Inverter digunakan untuk mengatur kecepatan putar motor. Pengaturannya dilakukan secara manual dengan potensiometer. Gambar 3.2 Inverter 3. Data akusisi Alat ini digunakan untuk menentukan besarnya temperatur liquidus dan temperatur solidus dan membantu alat kontrol temperatur. Alat ini disambungkan dengan CPU pada komputer dan kabel termokopel tipe K,

17 36 sehingga pada layar monitor komputer dapat terlihat diagram perbandingan antara suhu dengan waktu. Gambar 3.3 Data akusisi 4. Tungku Tahanan Listrik Jenis tungku tahanan listrik yang digunakan pada penelitian ini berkapasitas 1100 o C. Tungku tahanan listrik ini digunakan sebagai tempat peleburan logam bahan penelitian. Tungku tahanan listrik yang digunakan merupakan milik Laboratorium Material Teknik Universitas Sebelas Maret. Gambar 3.4 Tungku tahanan listrik 1100 o C 5. Mikroskop Optik Mikroskop optik digunakan untuk membantu mengamati struktur mikro spesimen. Mikroskop dilengkapi lensa obyektif dengan perbesaran 4X, 10X, 20X, 40X.

18 37 Gambar 3.5 Mikroskop optik 6. Mold Mold atau cetakan dibuat dari pipa baja dengan diameter 55 mm yang didesain seperti gambar sehingga memudahkan dalam pengambilan dan tidak ikut diputar saat pengadukan. Gambar 3.6 Mold 7. Ladle Ladle berfungsi sebagai tempat peleburan bahan sekaligus tempat sebelum logam cair dituang ke dalam mold.

19 38 Gambar 3.7 Ladle 8. Isolator Panas Isolator panas terbuat dari pipa baja dan dilapisi batu tahan api sehingga panas mold saat penuangan logam cair tidak mudah hilang akibat konveksi udara ruangan. Gambar 3.8 Isolator panas 9. Termokopel Termokopel digunakan sebagai sensor temperatur logam cair. Termokopel yang akan digunakan pada penelitian ini adalah tipe K, karena termokopel ini mampu mengukur temperatur hingga 1250 o C. 10. Perlengkapan bantu Perlengkapan bantu ini berupa tang panjang yang digunakan saat pengambilan ladle yang berisi logam cair. 11. Gergaji

20 39 Gergaji ini digunakan untuk memotong spesimen yang akan diuji struktur mikronya. 12. Mesin Ampelas Mesin ini dilengkapi amril dan digunakan untuk menghaluskan spesimen. 13. Autosol Autosol digunakan untuk menghilangkan goresan akibat penghalusan hasil mesin pengampelas. 14. Larutan etsa Etsa dilakukan sebelum melakukan pengujian struktur mikro, hasil pengetsaan adalah korosi pada batas butir, sehingga dapat diamati struktur mikronya. Larutan etsa yang digunakan adalah HF 40% dan air dengan perbandingan 1:5 3.3 Langkah Penelitian Tahapan penelitian dilaksanakan sebagai berikut: 1. Memotong velg bekas dengan gerinda potong tangan menjadi potongan-potongan kecil agar mudah dalam proses peleburan. 2. Melakukan pengujian komposisi kimia velg di Politeknik Manufaktur, Ceper dengan Spektrometer. 3. Membuat cetakan dari pipa baja berdiameter 55 mm, dan isolator panas dengan pipa baja yang dilapisi batu tahan api. 4. Melebur potongan velg ke dalam tungku penghantar listrik dengan temperatur 850 o C, ditahan selama 30 menit. 5. Merangkai alat (unit pengaduk, inverter, data akusisi, termokopel, cetakan, isolator panas dan unit komputer). 6. Menuang aluminium cair ke dalam cetakan

21 40 7. Menjalankan unit pengaduk dengan kecepatan putar 200 rpm berdiameter 20 mm. 8. Melakukan pengadukan dengan variasi temperatur pemasukan batang pengaduk 635 o C, 645 o C dan 655 o C. 9. Melakukan penarikan batang pengaduk dengan variasi temperatur 600 o C, 610 o C dan 618 o C. 10. Meng-quenching logam coran pada temperatur 585 o C ke dalam air 11. Memotong logam coran pada daerah di sekeliling dan di bawah pengaduk. 12. Menghaluskan spesimen dengan mesin amplas dengan kekasaran bertahap mulai 250, 600, 1000 dan Memoles spesimen dengan autosol hingga mengkilap. 14. Membuat larutan etsa yang terdiri dari HF 40% dan air dengan perbandingan 1: Memasukkan spesimen ke dalam larutan etsa selama 15 detik. 16. Mengamati spesimen di bawah mikroskop optik. 17. Mengukur luas, diameter dan keliling dengan software Image Pro-Plus Menghitung rata-rata dan standar deviasi data diameter, faktor bentuk dari masing-masing data. 19. Menyajikan data dalam histogram dan menganalisa 3.4 Teknik Analisa Data Data yang diperoleh adalah struktur mikro dari berbagai variasi parameter penelitian. Dari gambar struktur mikro, selanjutnya diolah lebih lanjut untuk mendapatkan ukuran butir dan faktor bentuk. Ukuran butir ini dapat diketahui dengan menggunakan program image pro plus. Parameter yang dapat diperoleh dari program ini untuk menentukan faktor bentuk adalah luasan struktur mikro dan keliling (perimeter).

22 3.5 Diagram Alir Penelitian 41

23 42 Mulai Velg bekas Uji Komposisi Kimia Pemotongan Velg Peleburan Aluminium Rheocasting Variasi temperatur pemasukan batang pengaduk 635 o C, 645 o C dan 655 o C Variasi temperatur penarikan batang pengaduk 600 o C, 610 o C dan 618 o C Penyiapan struktur mikro Pengamatan Struktur mikro Data dan Analisa Kesimpulan Selesai Gambar 3.9 Diagram alir penelitian

24 43 BAB IV DATA DAN ANALISA 4.1 Temperatur Solidus-Liquidus Temperatur solidus-liquidus merupakan parameter yang digunakan untuk menentukan range temperatur semi-solid sehingga pengadukan pada proses rheocasting dapat dilakukan pada fasa semi-solid aluminium dengan tepat. Penentuan temperatur ini dilakukan menuang aluminium cair pada CEmeter-cup, yang dihubungkan pada data akusisi sehingga dapat tercatat penurunan temperatur logam cair. Temperatur Solidus-Liquidus Suhu (c) T solidus =580 o C T liquidus =620 o C waktu (s) Gambar 4.1 Grafik temperatur solidus-liquidus Berdasarkan Gambar 4.1 dapat ditentukan bahwa T solidus bahan baku penelitian berkisar 580 o C dan T liquidus berkisar pada temperatur 620 o C. 4.2 Hasil rheocasting Benda coran pada penelitian ini terdapat bekas batang pengaduk. Bekas ini diakibatkan oleh perbedaan temperatur yang besar antara logam cair dan batang pengaduk. Hal ini mengakibatkan terbentuknya lapisan padat antara batang pengaduk

25 44 dan logam cair sehingga menghalangi proses mengisinya logam cair pada saat batang pengaduk ditarik dari cetakan (Gambar 4.2). Gambar 4.2. Coran hasil rheocasting 4.3 Analisa Pengamatan Struktur Mikro Sampel yang didapat dari proses rheocasting dibagi menjadi dua daerah yaitu daerah A yang merupakan daerah sekeliling pengaduk dan daerah B merupakan daerah bawah pengaduk (Gambar 4.3). Setelah penyiapan spesimen kemudian sampel diamati dengan mikroskop optik. Gambar 4.3. Pembagian daerah pengamatan

26 45 Teknik pengecoran semi-solid rheocasting dapat menghasilkan coran dengan struktur globular. Gambar 4.4 menunjukkan perbandingan hasil pengecoran konvensional dan rheocasting. (a) (b) Gambar 4.4 Struktur mikro; (a) Pengecoran konvensional; (b) Rheocasting Pengaruh Temperatur Pemasukan Batang Pengaduk terhadap Faktor Bentuk. Identifikasi struktur mikro pada paduan aluminium merupakan aspek yang penting dari metalografi. Struktur mikro paduan aluminium dari proses rheocasting dengan variasi temperatur pemasukan batang pengaduk dapat di tunjukkan pada Gambar 4.5, 4.6 dan 4.7 Terdapat perbedaan bentuk struktur mikro pada posisi A dan B. Pada posisi A yang berada di sekitar batang pengaduk akan mendapatkan gaya pengadukan yang lebih merata jika dibandingkan posisi B yang berada di bawah batang pengaduk. Struktur mikro yang awalnya dendritik terpotong akibat dari gaya pengadukan. Pada tahap awal pertumbuhannya, potongan dendrit akan tumbuh menjadi dendrit. Akan tetapi dengan diberikan gaya geser terus menerus selama proses rheocasting, maka pembekuan dendrit menjadi tidak sempurna dan tumbuh menjadi rosete. Jika laju pendinginannya relatif lambat dan laju regangan gesernya relatif tinggi maka bentuk rosete akan berubah menjadi globular (Fleming, 1991).

27 46 Temperatur pemasukan batang pengaduk akan mempengaruhi efek gaya pengadukan pada aluminium cair. Gaya pengadukan akan lebih efektif memotong struktur dendrit pada temperatur semi-solid, sehingga temperatur pemasukan batang pengaduk harus dimulai di atas temperatur semi-solid. VariasiTemperatur Pemasukan Batang Pengaduk ( o C) A B Gambar 4.5 Struktur mikro dengan variasi temperatur pemasukan batang pengaduk 635 o C, 645 o C dan 655 o C sedangkan temperatur penarikan batang pengaduk 600 o C.

28 47 VariasiTemperatur Pemasukan Batang Pengaduk ( o C) A B Gambar 4.6 Struktur mikro dengan variasi temperatur pemasukan batang pengaduk 635 o C, 645 o C dan 655 o C sedangkan temperatur penarikan batang pengaduk 610 o C.

29 48 VariasiTemperatur Pemasukan Batang Pengaduk ( o C) A B

30 Gambar 4.7 Struktur mikro dengan variasi temperatur pemasukan batang pengaduk 635 o C, 645 o C dan 655 o C sedangkan temperatur penarikan batang pengaduk 618 o C. Pengaruh temperatur pemasukan batang pengaduk terhadap nilai faktor bentuk di daerah A dan B dapat ditunjukkan pada Gambar 4.8, 4.9 dan Dari tiap variasi temperatur pemasukan batang pengaduk menunjukkan bahwa semakin tinggi temperatur pemasukan batang pengaduk diperoleh butir dengan nilai faktor bentuk yang semakin rendah. Hal ini disebabkan karena kecenderungan untuk terbentuknya struktur globular dipengaruhi oleh superheat. Temperatur superheat adalah temperatur di atas temperatur liquid. Pengaruhnya adalah semakin rendah superheat akan menghasilkan struktur yang semakin globular (Zhu, dkk, 2001). Jadi proses pengadukan pada rheocasting lebih efektif dilakukan mendekati temperatur semi-solid. Dari variasi yang dilakukan didapatkan temperatur pemasukan batang pengaduk yang menghasilkan faktor bentuk paling tinggi adalah pada temperatur 635 o C HARGA F HARGA F TEMPERATUR PEMASUKAN ( o C) TEMPERATUR PEMASUKAN ( o C)

31 50 (a) Daerah A (b) Daerah B Gambar 4.8 Grafik harga F variasi temperatur pemasukan batang pengaduk dengan temperatur penarikan 600 o C HARGA F HARGA F TEMPERATUR PEMASUKAN ( o C) TEMPERATUR PEMASUKAN ( o C) 0 (a) Daerah A (b) Daerah B Gambar 4.9 Grafik harga F variasi temperatur pemasukan batang pengaduk dengan temperatur penarikan 610 o C HARGA F HARGA F TEMPERATUR PEMASUKAN ( o C) TEMPERATUR PEMASUKAN ( o C) (a) Daerah A (b) Daerah B

32 51 Gambar 4.10 Grafik harga F variasi temperatur pemasukan batang pengaduk dengan temperatur penarikan 618 o C. Pada daerah pengamatan A dengan variasi temperatur pemasukan batang pengaduk memperlihatkan ukuran butir rata-rata α (Al) primer (Gambar 4.11). Energi kinetik yang semakin besar akan menghasilkan ukuran butir α (Al) primer yang semakin kecil atau halus karena waktu pertumbuhan butir semakin sedikit UKURAN BUTIR (µm) TEMPERATUR PENGADUKAN ( o C) Gambar 4.11 Grafik ukuran butir variasi temperatur pemasukan batang pengaduk. Ukuran butir yang besar juga diakibatkan oleh kecilnya energi kinetik yang diterima (Tabel 4.1) sehingga butir akan mengalami pertumbuhan yang lebih besar dibandingkan pada variasi lain. Tabel 4.1 Nilai energi kinetik variasi temperatur pemasukan batang pengaduk. Variasi Temperatur Energi kinetik

33 52 ( o C) (Joule) , , ,32 Variasi temperatur ( o C) Energi kinetik (Joule) , , ,85 Variasi temperatur ( o C) Energi kinetik (Joule) , , , Pengaruh Temperatur Penarikan Batang Pengaduk terhadap Faktor Bentuk. Struktur mikro hasil pengecoran rheocasting dengan variasi temperatur penarikan batang pengaduk dapat ditunjukkan Gambar 4.12, 4.13 dan Dapat diketahui butir rosete lebih berpotensi terbentuk pada temperatur penarikan batang pengaduk yang tinggi yaitu 618 o C. Hal ini disebabkan karena pada temperatur 618 o C, merupakan awal fasa semi-solid sehingga dendrit yang berhasil terpotong oleh gaya

34 53 pengadukan pun tidak dapat mengalami globularisasi dengan maksimal. Sebaliknya pada variasi penarikan batang pengaduk yang mendekati fasa solid yaitu 600 o C justru dapat menghasilkan struktur globular yang lebih baik jika dibanding variasi yang lain. VariasiTemperatur Penarikan Batang Pengaduk ( o C) A B Gambar 4.12 Struktur mikro pada temperatur pemasukan batang pengaduk 635 o C dengan variasi temperatur penarikan batang pengaduk 600 o C, 610 o C dan 618 o C.

35 54 VariasiTemperatur Penarikan Batang Pengaduk ( o C) A B Gambar 4.13 Struktur mikro pada temperatur pemasukan batang pengaduk 645 o C dengan variasi temperatur penarikan batang pengaduk 600 o C, 610 o C dan 618 o C.

36 55 VariasiTemperatur Penarikan Batang Pengaduk ( o C) A B Gambar 4.14 Struktur mikro pada temperatur pemasukan batang pengaduk 655 o C dengan variasi temperatur penarikan batang pengaduk 600 o C, 610 o C dan 618 o C Pengaruh temperatur penarikan batang pengaduk terhadap nilai faktor bentuk di daerah A dan B dapat ditunjukkan pada Gambar 4.15, 4.16 dan Nilai faktor bentuk akan cenderung menurun seiring meningkatnya temperatur penarikan batang pengaduk. Hal ini disebabkan karena rentang waktu antara penarikan batang pengaduk dengan quenching relatif lebih lama sehingga struktur mikro yang awalnya globular akan tumbuh membesar sehingga mengurangi globularitas dari struktur mikro itu sendiri. Faktor bentuk paling tinggi adalah pada temperatur penarikan batang pengaduk 600 o C.

37 HARGA F HARGA F TEMPERATUR PENARIKAN ( o C) TEMPERATUR PENARIKAN ( o C) (a) Daerah A (b) Daerah B Gambar 4.15 Grafik harga F temperatur pemasukan batang pengaduk 635 o C dengan variasi temperatur penarikan batang pengaduk HARGA F HARGA F TEMPERATUR PENARIKAN ( o C) TEMPERATUR PENARIKAN ( o C) (a) Daerah A (b) Daerah B Gambar 4.16 Grafik harga F temperatur pemasukan batang pengaduk 645 o C dengan variasi temperatur penarikan batang pengaduk.

38 57 HARGA F TEMPERATUR PENARIKAN ( o C) TEMPERATUR PENARIKAN ( o C) HARGA F (a) Daerah A (b) Daerah B Gambar 4.17 Grafik harga F temperatur pemasukan batang pengaduk 655 o C dengan variasi temperatur penarikan batang pengaduk. Variasi penarikan batang pengaduk juga memperlihatkan ukuran butir rata-rata α (Al) primer yang berbeda pula (Gambar 4.18). Ukuran butir maksimum dan minimum yang diperoleh adalah 101 µm dan 90 µm. Pengamatan struktur mikro juga menunjukkan terjadinya variasi faktor bentuk dan ukuran butir pada tiap daerah pengamatan. Keseragaman faktor bentuk dan ukuran butir dapat diketahui melalui harga standar deviasi.

39 UKURAN BUTIR (µm) TEMPERATUR PENGADUKAN ( o C) Gambar 4.18 Grafik ukuran butir variasi temperatur penarikan batang pengaduk. Energi kinetik yang diterima selama proses pengadukan berpengaruh terhadap ukuran butir α primer. Energi kinetik yang kecil akan menghasilkan ukuran butir yang lebih besar dan sebaliknya. Akan tetapi pada grafik ukuran butir variasi temperatur penarikan batang pengaduk kurang sesuai dengan teori yang ada. Perbedaan ini disebabkan karena adanya perbedaan fragmentasi tiap butir yang berbeda. Tabel 4.2 Nilai energi kinetik variasi temperatur penarikan batang pengaduk. Variasi temperatur ( o C) Energi kinetik (Joule) , , ,47

40 59 Variasi temperatur ( o C) Energi kinetik (Joule) , , ,64 Variasi temperatur ( o C) Energi kinetik (Joule) , , ,40

41 60 BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan Berdasarkan hasil penelitian, pengujian dan analisa dapat disimpulkan sebagai berikut : 1 Faktor bentuk pada variasi temperatur pemasukan batang pengaduk 635 o C lebih tinggi dibandingkan temperatur 645 o C dan 655 o C. 2 Faktor bentuk pada variasi temperatur penarikan batang pengaduk 600 o C lebih tinggi dibandingkan temperatur 610 o C dan 618 o C. 3 Faktor bentuk maksimal diperoleh pada temperatur pemasukan batang pengaduk 635 o C dan temperatur penarikan batang pengaduk 600 o C sebesar 0,66 di sekeliling pengaduk dan 0,635 di bawah pengaduk dengan ukuran butir 100 µm dan 105 µm. 5.2 Saran Berdasarkan pelaksanaan dan hasil penelitian dapat disarankan : 1. Melakukan penelitian terhadap variabel pre-heat dan jenis batang pengaduk supaya logam bisa mengisi kembali. 2. Melakukan penelitian terhadap variabel temperatur quenching. 3. Pengambilan gambar struktur mikro tidak dilakukan secara acak.

42 61 DAFTAR PUSTAKA Altenpohl, D., 1982, Aluminium Viewed from Within, Aluminium-Verlag, Dusseldorf. Cook, R., 1998, Modification of Aluminium-Silicon Foundry Alloys. Dobrzański, L.A., Maniara, R., and Sokolowski, J.H., 2006, The Effect of Cast Al-Si-Cu Alloy Solidification Rate on Alloy Thermal Characteristics, University of Windsor, Ontario, Canada. Flemings, M.C., 1991, Behavior of Metal Alloys in The Semisolid State, Metallurgical Transactions A, vol. 22A, hal Granger, A., Douglas, dan Elliott, R., 1998, Aluminium-Silicon Alloys, ASM Handbook Vol. 15 (Casting), USA. Hongmin-Guo, Xiangjie-Yang, dan Bin-Hu, 2008, Low Superheat Pouring in Rheocasting of Aluminium Alloys, Nanchanng University, Nanchang, China. Ivanchev, L., 2006, Rheo-processing of Semi-solid Metal Alloys A New Technology for Manufacturing Automotive and Aerospace Components, CSIR Research & Innovation Conference. Martinez, K.M., dkk., 2000, Effect of Mold Coating on The Thermal Fatigue in Al Permanent Mold Casting, AFS Transaction. Sakurai, Takeo, 2008, The Latest Trends in Aluminum Alloy Sheets for Automotive Body Panels, Kobelco Technology Review. Scamans, Geof, dan Fan, Zhongyun, 2005, Twin Roll Rheocasting of Aluminium Alloys, Innoval Technology, Brunei. Surdia, Tata dan Chijiwa, Kenji, 2000, Teknik Pengecoran Logam, PT Pradnya Paramita, Jakarta. Winterbottom, W.L., 2000, Semi-solid Forming applications : High Volume Automotive Producs, Metallurgical Science and Technology, Vol. 18 No

43 62