Bab III Metode Penelitian III.1 Flowchart Penelitian Tahap-tahap dalam penelitian ini dijelaskan pada flowchart Gambar III.1. Hasil Uji Struktur Mikro dan Uji Keras Hasil Uji Struktur Mikro dan Uji Keras Gambar III.1 Flowchart Penelitian 29
III.2 Perhitungan Parameter-Parameter TFC Data yang diperlukan dalam perhitungan parameter-parameter TFC ditunjukkan dalam Tabel III.1 dibawah ini. Tabel III.1 Data Perhitungan Parameter-Parameter TFC Pada Baja Cor Khrom 25% No Data Simbol Nilai Besaran 1 Massa Jenis (Cair) ρ 7500 Kg/m 3 2 Konduktivitas Panas (Cair) k 16,5 W/m.K 3 Viskositas Dinamik (Cair) μ 0,00715 Pa.s 4 Panas Spesifik (Cair) C p 600 J/Kg.K 5 Panas Laten L 275 KJ/Kg 5 Temperatur Melting T m 1430 C 6 Temperatur Pouring T 1625 C 7 Temperatur Kontak Logam Cair Dengan Logam Induk T 0 1615 C 8 Diameter Saluran Rata-Rata d s 8 mm 9 Sudut Saluran Masuk θ m 50 10 Sudut Saluran Keluar θ k 25 11 Tinggi Penuangan H 90 mm 12 Waktu Tuang t 15 detik 30
Dari data Tabel III.1 dilakukan perhitungan dengan menggunakan persamaanpersamaan yang dijelaskan pada Bab II. Parameter-parameter hasil perhitungan tersebut ditabelkan dalam Tabel III.2 berikut ini. Tabel III.2 Hasil Perhitungan Parameter-Parameter TFC Pada Baja Cor Khrom 25% No Parameter Simbol Nilai Besaran 1 Viskositas Kinematik (Cair) ν 9,53 m 2 /s 2 Difusivitas Panas (Cair) α 3,67 m 2 /s 3 Bilangan Prandtl Pr 0,26-4 Kecepatan Aliran V 1,33 m/s 5 Bilangan Nusselt Nu 18,32-6 Bilangan Reynold Re 11150-7 Koefisien Perp. Panas Konveksi h 37790 W/m 2.K 8 Temperatur Preheat T pr 445,5 C 9 Debit Aliran Q 6,7x10-5 m 3 /s 10 Laju Aliran Massa 0,5 Kg/s 11 Massa Logam Cair m 7,51 Kg 12 Kelompok Bilangan Tak Berdimensi t * 207,33-13 Kelompok Bilangan Tak Berdimensi T * 0,009-14 Kedalaman Penetrasi δ 0,901 mm 31
III.3 Pembuatan Pola dan Cetakan III.3.1 Pembuatan Pola dan Flask Pola yang dibuat adalah pola untuk spesimen, saluran masuk, saluran keluar dan saluran untuk aliran berulang pada rongga cacat. Pola spesimen, saluran masuk dan saluran keluar dibuat dari kayu dengan cara pembubutan sedangkan untuk saluran aliran berulang dibuat dari aluminium dengan alasan agar dapat dipakai berulang kali karena bentuknya sangat kecil. Antara pola saluran dibuatkan pin penyambung sehingga sewaktu flask diisi dengan pasir posisi saluran tidak mudah berubah. Pada Gambar III.2 ditunjukkan ukuran dari spesimen uji sedangkan Gambar III.3 menunjukkan gambar pola-pola tersebut di atas. Gambar III.2 Ukuran Spesimen TFC (b1) (b2) (a) (b3) Gambar III.3 (a) Pola Spesimen, (b1) Pola Saluran Masuk, (b2) Pola Saluran Keluar, (b3) Pola Rongga Aliran Berulang Flask dibuat dari multy-plex yang dibagi menjadi flask atas dan flask bawah sehingga cetakan terbagi menjadi dua bagian. Tujuan dari pemisahan cetakan ini adalah agar 32
rongga cacat, rongga cetakan dan saluran dapat dibersihkan. Flask yang dibuat dapat dilihat pada Gambar III.4. (a) (b) Gambar III.4 (a) Flask Atas (b) Flask Bawah III.3.2 Pembuatan Cetakan Dalam pembuatan cetakan digunakan dua jenis pasir yaitu pasir silika dengan pengikat water glass dan pasir RSC (Resin Coated Sand). Pasir silika digunakan untuk membuat cetakan spesimen sedangkan pasir RSC digunakan untuk membuat cetakan yang digunakan pada proses TFC. III.3.2.1 Pembuatan Cetakan Spesimen Uji Cetakan untuk spesimen uji dibuat dengan pasir silika dengan pengikat water glass dan pengeras gas CO 2 serta ditambahkan gula tetes sebagai breaker agent. Perbandingan komposisinya adalah setiap 50 Kg pasir membutuhkan 1 Kg water glass dan gula tetes 25 gram. Urutan pembuatan cetakan spesimen uji tersebut adalah sebagai berikut: 1. Aduk pasir silika dengan water glass dan breaker agent. 2. Siapkan flask dan pola spesimen dan pola saluran. 3. Atur posisi pola spesimen di dalam flask bawah agar pembuatan saluran pembagi dapat dilakukan dengan mudah. 33
4. Isi flask bawah dengan pasir dan tahan pola spesimen agar posisinya tidak berubah. 5. Padatkan pasir dengan alat penumbuk. Kemudian buat lubang kecil pada pasir cetak dengan kawat (diameter ±1 mm) untuk memasukkan gas CO 2 sehingga pasir menyatu dan mengeras. 6. Balikkan posisi flask bawah yang berisi cetakan dan buat lubang penepat pada permukaan atas pasir. 7. Taburkan bubuk kapur pada permukaan cetakan bawah agar sewaktu membuat cetakan atas pasir tidak lengket. 8. Letakkan flask atas di atas flask bawah yang masih berisi cetakan bawah. 9. Letakkan posisi pola saluran masuk dan saluran penambah pada posisi yang tepat sehingga rongga cetakan dapat terisi penuh dengan logam cair saat pengecoran. 10. Isi flask atas dengan pasir dan padatkan. 11. Buat lubang-lubang angin untuk memasukkan gas CO 2. 12. Pisahkan cetakan atas dan cetakan bawah. Kemudian buat saluran pembagi ke setiap rongga cetak. Saluran pembagi tersebut seperti pada Gambar III.5. Gambar III.5 Saluran Pembagi Pada Cetakan 34
13. Lepaskan pola spesimen dengan hati-hati agar rongga cetakan tidak rusak. 14. Lapisi permukaan rongga cetak dan saluran dengan larutan campuran karbon dengan alkohol untuk menghindari terkikisnya pasir cetak oleh logam cair. 15. Satukan kembali cetakan atas dengan cetakan bawah sebelumnya lapisi permukaan temunya dengan lem khusus untuk melengketkan cetakan dan menghindari kebocoran logam cair. 16. Cetakan siap diisi dengan logam cair. III.3.2.2 Pembuatan Cetakan Untuk Pengujian TFC Cetakan dari pasir RSC digunakan untuk pengujian TFC. Pasir cetak ini menggunakan pengikat (binder) resin alphacet dan hardener alphacure dengan komposisi untuk 2 kg pasir menggunakan resin 250 ml dan hardener 50 ml. Pengerasan dengan hardener alphacure hanya memerlukan waktu kurang lebih 10 menit untuk itu pembuatan cetakan harus dilakukan kurang dari 10 menit. Urutan proses pembuatan cetakan dengan pasir RSC adalah sebagai berikut: 1. Aduk pasir silika, resin dan hardener hingga merata. 2. Siapkan flask bawah, spesimen dan pemanas. 3. Letakkan pemanas di atas spesimen kemudian masukkan ke dalam flask bawah. 4. Isikan pasir ke dalam flask bawah dan pastikan permukaan pemanas menempel pada permukaan bawah spesimen. 5. Padatkan pasir dengan penumbuk dan tunggu hingga mengeras. 6. Balikkan posisi flask bawah dan buat lubang penepat pada permukaan atasnya kemudian taburkan bubuk kapur. 7. Letakkan flask atas di atas flask bawah yang masih berisi cetakan, kemudian pasang pola cacat dan pola saluran. 8. Atur pola saluran sesuai yang diinginkan kemudian masukkan pasir ke dalam flask atas. 35
9. Padatkan pasir dengan penumbuk dan tunggu hingga mengeras. 10. Cetakan siap digunakan untuk pengujian TFC. III.4 Proses Pengecoran TFC Setelah proses pembuatan cetakan selesai maka dilanjutkan dengan proses pengecoran TFC. Langkah-langkah prosesnya adalah sebagai berikut: 1. Persiapan Alat Alat-alat yang diperlukan dalam eksperimen TFC adalah sebagai berikut: a. Cetakan yang di dalamnya sudah dipasang spesimen, thermocouple dan pemanas. b. Thermostate, thermometer digital dan magnetic contactor beserta kabelnya. c. Stopwatch untuk mengontrol waktu tuang yang sudah ditetapkan terlebih dahulu. Rangkaian dari peralatan tersebut di atas seperti terlihat pada Gambar III.6. Gambar III.6 Rangkaian Alat Eksperimen TFC 36
Keterangan gambar: 1. Magnetic Contactor, berfungsi untuk memutus arus yang masuk ke thermostate dan pemanas jika arus yang mengalir melebihi kemampuan magnetic contactor (13 A). 2. Thermostate, berfungsi untuk mengontrol temperatur spesimen dengan cara memutuskan arus yang masuk ke pemanas. 3. Pemanas, dibuat dari keramik (castable cover) dengan daya 3000 W. Pemanas ini bisa memanaskan spesimen hingga 500 C dalam waktu ±10 menit. 4. Kabel yang menghubungkan masing-masing alat dengan sumber listrik. 5. Kabel sensor (thermocouple), berfungsi menghubungkan spesimen dengan thermostate sehingga temperatur spesimen bisa dikontrol. 6. Spesimen uji. 2. Penuangan Logam Cair Setelah semua peralatan disiapkan maka proses selanjutnya adalah proses penuangan logam cair ke dalam rongga cacat. Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam proses pengecoran adalah: a. Temperatur preheat telah mencapai temperatur yang diinginkan. b. Saluran masuk dan saluran keluar dalam keadaan bersih sehingga aliran logam cair lancar. c. Jarak antara peralatan kontrol dengan tempat pengecoran diusahakan cukup jauh sehingga terhindar dari percikan logam cair dan bila perlu dilindungi dengan benda yang tahan terhadap percikan logam cair seperti pelat baja atau ditimbun dengan pasir. d. Aliran logam cair harus kontinyu sehingga laju aliran massa dan kecepatan alirannya konstan. 37
e. Waktu yang diperlukan untuk pengambilan logam cair dari tungku induksi usahakan sesingkat mungkin agar penurunan temperatur logam cair tidak terlalu besar. f. Jarak penuangan dengan saluran masuk tidak boleh terlalu tinggi (±50 mm). Hal ini bertujuan agar kecepatan aliran logam cair sesuai dengan parameter pengujian dan untuk menghindari terbuangnya logam cair. g. Data-data yang dicatat selama proses pengecoran TFC adalah temperatur preheat, temperatur logam cair saat masih berada dalam tungku induksi, temperatur spesimen saat proses penyambungan dan waktu tuang. 3. Pembongkaran Cetakan Setelah hasil pengecoran didinginkan pada lingkungan atmosfir, langkah selanjutnya adalah pembongkaran cetakan. Semua logam cair yang digunakan pada proses eksperimen TFC ditimbang untuk menentukan berat tuang. Selanjutnya spesimen dibersihkan dan dipersiapkan untuk proses pengujian III.5 Pengujian Spesimen Hasil TFC III.5.1 Uji Struktur Mikro Pengujian struktur mikro dilakukan untuk mengetahui fasa-fasa yang terjadi pada logam induk, interface dan weld pool. Dari gambar struktur mikro tersebut akan dianalisa proses penyambungan yang terjadi pada mushy zone atau daerah solidliquid interface. Pengujian struktur mikro dilakukan di laboraturium metalografi Teknik Pengecoran POLMAN dan Teknik Material ITB. Sebelum di lihat pada mikroskop optik laboratorium Teknik Pengecoran POLMAN spesimen di polish dan dietsa menggunakan larutan etsa 3% nital. Sedangkan pengujian struktur mikro yang dilakukan di laboraturium Teknik Material ITB (Mikroskop Optik Epiphot-TME) spesimen di etsa dengan larutan (10 ml HNO 3, 20 ml HCl dan 30 ml air). 38
III.5.2 Uji Kekerasan Mikro Uji kekerasan mikro dilakukan di laboratorium Teknik Material ITB dengan menggunakan alat micro vickers. Pengujian kekerasan dilakukan untuk mengetahui kekerasan spesimen secara mikro terutama pada daerah solid-liquid interface yang ketebalan rata-ratanya hanya 0,75 mm. Selanjutnya harga kekerasan logam induk, interface dan weld pool tersebut dibandingkan dan dianalisa. 39