ANALISIS HASIL PENGECORAN ALUMINIUM DENGAN VARIASI MEDIA PENDINGINAN Dosen Jurusan Teknik Mesin Universitas Janabadra Yogyakarta INTISARI Setiap logam akan mengalami perubahan fasa selama proses pengecoran, baik perubahan sifat fisis maupun mekanis yang disebabkan oleh proses pembekuan. Perubahan sifat ini antara lain dipengaruhi media pendingin yang digunakan pada saat proses pendinginan. Karena sifat fisis dan mekanis dari suatu logam sangat penting dalam konstruksi permesinan, maka dalam penelitian ini digunakan media pendinginan yang berbeda yaitu: udara suhu kamar, air sumur dan oli SAE 40. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk membandingkan sifat fisis dan mekanis hasil pengecoran Aluminium dengan media pendinginan yang berbeda. Dari pengujian ketangguhan, dapatlah diketahui bahwa benda uji dengan media pendingin udara suhu kamar mempunyai nilai ketangguhan yang lebih baik dibanding dengan media pendingin air sumur dan oli SAE 40. Pada pengujian kekerasan benda uji dengan media pendingin air sumur mempunyai nilai kekerasan lebih baik dibanding dengan media pendingin udara suhu kamar dan oli SAE 40. Kata Kunci : Pengecoran, media pendinginan, Aluminium I. PENDAHULUAN A. Latar Belakang Masalah Penggunaan proses pengecoran selain untuk mencairkan logam, juga dipakai untuk proses pembentukan logam sesuai dengan bentuk yang dibutuhkan. Pengecoran adalah untuk mencairkan suatu logam setelah itu dituangkan kedalam cetakan dan cara ini banyak di gunakan pada masa kini. Pengecoran logam tersebut digunakan dapur peleburan yang berfungsi untuk mencairkan logam. Aluminium murni merupakan logam yang mempunyai berat jenis yang lebih ringan dibanding dengan baja, disamping itu aluminium ini memiliki tahanan karat yang baik. Setiap logam akan mengalami perubahan fasa selama proses pengecoran, baik perubahan sifat fisis maupun mekanis yang disebabkan oleh proses pembekuan, perubahan sifat ini antara lain tergantung dari media pendingin yang digunakan pada saat proses pendinginan. Karena sifat fisis dan mekanis dari suatu logam sangat penting dalam suatu konstruksi permesinan, maka dalam penelitian ini digunakan media pendinginan yang berbeda yaitu: udara suhu kamar, air sumur dan oli SAE 40.. B. Manfaat Penelitian a. Manfaat dari penelitian ini dapat menambah wawasan bagi industri pengecoran. b. Dapat membandingkan sifat fisis dan mekanis hasil pengecoran dengan media pendinginan yang berbeda. ISSN 1441 1152 117
Analisa Hasil... Media Pendingin II. LANDASAN TEORI Aluminium merupakan logam ringan mempunyai ketahanan korosi yang baik dan hantaran listrik yang baik serta memiliki sifat sifat yang baik lainya. Untuk meningkatkan sifat mekanisya yaitu dengan menambahkan paduan Cu, Mg, Si, Mn, Zn, Ni, secara satu persatu atau bersama sama, sehingga sifat sifat baik lainya meningkat seperti ketahanan korosi, ketahanan aus, dan koefisien pemuaian rendah. Material ini dipergunakan didalam bidang yang luas bukan saja untuk peralatan rumah tangga tapi juga dipakai untuk keperluan material pesawat terbang, mobil, kapal laut dan kontruksi. Aluminium mempunyai berat jenis 2,69 g/cm 3 dan titik leburnya 660 o C. Dengan berat jenis yang rendah, alumunium sangat cocok sebagai bahan konstruksi, meskipun kekuatan dari aluminium murni agak rendah akan tetapi kekuatan itu dapat ditingkatkan dengan menambahkan unsur paduan pada aluminium tersebut (aluminium alloy) sehingga kekuatanya mendekati kekuatan yang dimiliki baja konstruksi, yaitu dengan penambahan unsur paduan tembaga (Cu), silikoin (Si), magnesium (Mg), mangan (Mn), nikel (Ni) dan sebagainya, yang dapat mengubah sifat-sifat mekanis Aluminium. A. Pembekuan logam Apabila cairan logam murni perlahan-lahan didinginkan, maka akan terjadi pembekuan pada temperatur yang konstant. Temperatur ini disebut titik o beku, yang khusus bagi logam. Alumunium mempunyai titik beku 660 C. Dalam pembekuan logam cair, pada permulaannya tumbuh inti-inti kristal. kemudian kristal-kristal tumbuh disekeliling inti tersebut, dan inti lain yang baru timbul pada saat yang sama. Akhirnya seluruhnya ditutupi oleh butir kristal sampai logam cair habis. Hal ini mengakibatkan bahwa seluruh logam menjadi susunan kelompok-kelompok butir kristal dan batas-batasnya yang terjadi diantaranya, disebut batas butir. Pada saat kristal yang satu bertemu dengan kristal lainnya yang sedang tumbuh, pertumbuhan kedua kristal tersebut terhenti dan permukaan singgungnya disebut batas butir. (1) (2) (3) (4) (5) Keterangan : 1) Keadaan cair 4) Kristal menyentuh tetangganya 2) Inti baru timbul menghentikan pertumbuhannya. 3) Kristal tumbuh sekeliling inti. 5) Pembekuan lengkap menjadi struktur Gambar 2.1. Ilustrasi skematis dari pembekuan logam ( Tata surdia, 2000 ) ISSN 1441 1152 118
Besar butir tergantung pada laju pendinginan dan pada proses pengerjaan panas atau pengerjaan dingin sewaktu logam dibentuk. Logam dengan butiran yang halus umumnya memiliki kekuatan dan keuletan yang lebih baik dibandungkan dengan logam yang butirannya lebih kasar. Hal ini disebabkan karena pada proses deformasi, logam dengan butiran halus mempunyai hambatan slip yang lebih besar. Logam dengan butir yang kasar lebih mudah permesinannya., lebih mudah dikeraskan melalui perlakuan panas dan memiliki daya hantar listrik dan panas yang lebih baik. Logam berbutir kasar akan mengeras secara merata, sedangkan yang berbutir halus tidak mudah retak sewaktu dicelup (didinginkan dengan tiba-tiba). Ada dua pembekuan pada logam cair yaitu : 1. Pembekuan paduan Apabila logam yang terdiri dari dua unsur atau lebih didinginkan dari keadaan cair, maka butir butir kristalnya akan berbeda dengan dengan butir butir kristal logam murni. Dalam ilmu logam struktur yang sama disebut fasa. Oleh karena itu paduan adalah susunan dari beberapa fasa larutan padat, senyawa antar logam dan logam murni 2. Pembekuan coran Pembekuan coran dimulai dari bagian logam yang bersentuhan dengan cetakan, yaitu ketika panas dari logam cair diambil oleh cetakan sehingga bagian logam yang bersentuhan dengan cetakan mendingin sampai titik beku, dan kemudian inti inti kristal tumbuh. Bagian dalam dari coran akan mengalami pendinginan lebih lambat dibanding bagian luar, sehingga kristal kristal tumbuh dari inti asal mengarah kebagian dalam coran dan butir butir kristal tersebut berbentuk panjang panjang seperti kolom. Bagian tengah coran mempunyai gradien temperatur yang kecil sehingga merupakan susunan dari butir butir kristal dengan orientasi sembarang. Cetakan logam dapat menyebabkan permukaan logam menjadi halus dan cetakan pasir menyebabkan permukaan kasar. Dalam suatu daerah beku yang lebar kristal kristal dendrit tumbuh dari inti inti dan akhirnya pembekuan berakhir pada keadaan dendrit dendrit tersebut membeku. B. Komponen perangkutan Menurut Warpani (1990), lalu lintas adalah kegiatan lalu lalangnya orang dan atau kendaraan sedangkan perangkutan adalah usaha memindahkan orang dan atau barang dari satu tempat ke tempat lain. Perangkutan memiliki lima unsur pokok yakni manusia yang membutuhkan, barang yang dibutuhkan, kendaraan sebagai alat angkut, jalan sebagai prasarana angkutan, dan organisasi (pengelola angkutan). Oleh karenanya, aturan-aturan untuk menggerakkan organisasi perangkutan menjadi unsur yang sama pentingnya dengan komponen lain. Tanpa disertai aturan dan penegakannya, maka kinerja transportasi sulit tercapai secara maksimal. ISSN 1441 1152 119
Analisa Hasil... Media Pendingin III. METODE PENELITIAN A. Diagram Alir Penelitian Mulai Pengecoran Pendinginan Air sumur Pendinginan Oli SAE 40 Pendinginan Udara suhu k Pengujian ketangguhan Kekerasan Metalografi Analisis Selesai Gambar 3.1. Diagram alir penelitian B. Bahan Baku Coran Aluminium Tahapan kegiatan studi ini dilakukan dengan skema seperti gambar berikut. Bahan baku utama yang digunakan adalah terdiri dari komponenkomponen baang bekas sepeda motor dan sisa kerja mesin yang terbuat dari bahan aluminium, antara lain : a. Dudukan kampas rem tromol b. Tromol sepeda motor c. Handel rem d. Plat nomer e. Blok kopling f. Mangkokan kopling g. Piston C. Proses Pengecoran Pengecoran dilakukan di Universitas Janabadra Yogyakarta. Pengecoran benda uji menggunakan media pendinginan yang berbeda, dapur peleburan menggunakan sistem gerak dengan dua pengabut. ISSN 1441 1152 120
Gambar 3.2. Dapur peleburan Waktu yang digunakan pada saat pengecoran yaitu selama 2 jam, setelah bahan baku mencair kemudian dilakukan penuangan kedalam cetakan, Proses penuangan logam cair yang dilakukan pada saat pengecoran yaitu menggunakan ladel. D. Proses Pendinginan Sistem pendinginan dalam pengecoran aluminium menggunakan beberapa media pendingin dan lama pendinginan 3 jam, proses pendinginan tanpa melepas atau membongkar hasil coran dari cetakan sehingga proses pendinginanya bersama - sama dengan cetakanya. Media pendinginan dalam penelitian ini diantaranya : 1. Pendinginan udara suhu kamar. 2. Pendinginan air sumur. 3. Pendinginan oli SAE 40. Volume dari masing masing media pendingin sebanyak 1500 ml, kecuali pendinginaan udara dan untuk tempat dari media pendingin menggunakan jenis yang sama (bekas kaleng tiner) yang mempuyai kapasitas air 2000 ml. ISSN 1441 1152 121
Analisa Hasil... Media Pendingin IV. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Hasil Penelitian Tabel 4.1. Penurunan Temperatur setiap 15 menit sekali dengan variasi media pendingin pada saat proses pendinginan. Media pendingin Waktu Air sunur ( o C) Oli SAE 40 ( o C ) Udara suhu kamar ( o C ) 15 85 95 125 30 78 79 120 45 75 70 100 60 72 65 92 75 68 53 82 90 64 52,5 78 105 52 49,5 76 120 48 46,5 70 135 43 44 66,5 150 35 42 65 165 34 40 64,5 180 33 38 58,5 195 31 37 42 Σ penurunan suhu 4.5 4.8 6.92 Pengukuran penurunan temperatur pada media pandingin dilakukan setiap 15 menit sekali dengan menggunakan termokopel, lamanya pendinginan 3 jam. Pengukuran pada media pendingin dilakukan dengan cara alat ukur dimasukan kedalam media pendingin, sedangkan untuk media pendinginan udara kamar alat ukur diletakan disekitar benda coran dengan jarak 5 cm. temperatur ( o C ) 140 120 100 80 60 40 20 0 0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 Waktu ( menit ) Pendinginan Air Pendinginan Oli Pendinginan Udara Gambar 4.1. Grafik pendinginan Tabel 4.1. Hasil Pengujian Impact No Media Pendingin Kerja (Joule) Ketangguhan ( Joule/m 2 ) 1 Udara 4, 6 0,058 2 Olie SAE 40 2,57 0,032 3 Air Sumur 2,2 0,028 ISSN 1441 1152 122
Kerja (Joule) 5 4 3 2 1 0 Uji Ketangguhan Variasi Media Pendinginan Udara Olie SAE 40 Air Sumur Gambar 4.2. Hubungan kerja dengan variasi pendinginan Dari hasil pengujian ketangguhan benda uji dengan media pendinginan udara suhu kamar lebih tangguh dibandingkan dengan benda uji dengan media pendinginan oli SAE 40. Hal ini dikarenakan laju pendinginan udara suhu kamar lebih lambat dibanding laju pendinginan oli SAE 40 dan air sumur, struktur mikro benda uji pendinginan udara suhu kamar unsur magnesium (Mg) yang terbentuk lebih banyak dan merata dari benda uji pendinginan oli SAE 40 dan air sumur. Nilai ketangguhan benda uji dengan media pendinginan udara suhu kamar 0.058 Joule/mm 2, dengan media pendinginan oli SAE 40 0.032 Joule/mm 2 dan dengan media pendinginan air sumur 0.028 Joule/mm 2, sehinggga benda uji dengan media pendinginan udara suhu kamar lebih tangguh. C. Pengujian Kekerasan Pengujian kekerasan menggunakan Rocwell dengan beban 100 kg, menggunakan penetrator bola dengan diameter 1/16 in. Tabel 4.1. Hasil Uji Kekerasan No Media pendingin Nilai kekerasan ( HR B ) 1. Udara suhu kamar 24,7 2. Air sumur 31,9 3. Oli SAE 40 27,1 ISSN 1441 1152 123
Analisa Hasil... Media Pendingin Harga kekerasan (HR B ) 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 24,6 HR B Media pendinginan udara suhu kamar 31,9 HR B 27,1 HR B Media pendinginan air sumur media pendinginan oli SAE 40 Gambar 4.3. Grafik hubungan kekerasan dengan variasi pendinginan. Dari hasil pengujian kekerasan benda uji dengan media pendinginan air sumur lebih keras dibandingkan dengan hasil dari media pendinginan oli SAE 40 dan media pendinginan udara suhu kamar. Laju dari pendinginan air sumur lebih cepat dari laju pendinginan oli SAE 40 dan udara suhu kamar, sehingga struktur mikro yang terbentuk pada benda uji dengan media pendinginan air sumur mempunyai unsur magnesium (Mg) lebih banyak dan merata dari benda uji dengan media pendinginan oli SAE 40 dan udara suhu kamar. D. Pengujian metalografi Mg 2 Si Al Gambar 4.4. Struktur mikro dengan pendinginan udara pembesaran 100 X Al Mg 2 Si Gambar 4.5 Struktur mikro dengan pendinginan air sumur pembesaran 100 X ISSN 1441 1152 124
Al Mg 2 Si Gambar 4.6 Struktur mikro dengan pendinginan oli SAE 40 pembesaran 100 X V. KESIMPULAN DAN SARAN Berdasarkan hasil penelitian dan pembahasan dapat disimpulkan : 1. Dari pengujian ketangguhan, benda uji dengan media pendingin udara suhu kamar mempunyai nilai ketangguhan yang lebih baik dibanding dengan media pendingin air sumur dan oli SAE 40. 2. Pada pengujian kekerasan benda uji dengan media pendingin air sumur mempunyai nilai kekerasan lebih baik dibanding dengan media pendingin udara suhu kamar dan oli SAE 40. 3. Pada pengujian metalografi terdapat unsur silisium (Si) dan magnesium (Mg) sehingga benda tersebut mempunyai sifat ketangguhan dan kekerasan yang baik. DAFTAR PUSTAKA Amsted, B.H., Ostwald, Myron, L., Begemen, Teknologi Mekanik. Penerbit Erlangga, Jakarta. Hari Amanto,. Daryanto,., 1999, Ilmu Bahan. Bumi Angkasa Ismanto, Diktat Metalurgi Fisik. Jurusan Teknik Mesin Universitas Janabadra Yogyakarta. Robert, F. Mahl. Chairman of all 7 commites. Metal Handbook Atlas of Microstructures of Industrial Alloy. American Sociaty For Metal. Surdia, T, E. Chijiwa. K. 2000. Teknik Pengecoran Logam. Penerbit Pradnya Paramita, Jakarta., Diktat Pengecoran Logam. Jurusan Teknik Mesin Universitas Janabadra Yogyakarta. Tata Surdia. E. Saito. S, 2000. Pengetahuan Bahan Teknik. Penerbit Pradnya Paramita. Jakarta. ISSN 1441 1152 125