PENGARUH MEDIA PENDINGIN TERHADAP BEBAN IMPAK MATERIAL ALUMINIUM CORAN Mukhtar Ali 1*, Nurdin 2, Mohd. Arskadius Abdullah 3, dan Indra Mawardi 4 1,2,3,4 Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Lhokseumawe Jl. Banda Aceh-Medan km. 280 Buketrata Lhokseumawe * Email: taraly58@gmail.com Abstrak Tujuan dari peneltian adalah untuk mengetahui kekuatan impak aluminium skrap hasil proses pengecoran terhadap laju pendinginan pada media air, oli, dan udara. Material yang digunakan sebagai bahan baku pengecoran adalah aluminium bekas dari hasil pemesinan. Metode pengujian dimulai dari pengecoran, pembentuk spesimen dan pengujian impak. Spesimen uji impak dibentuk mengikuti ASTM E.23 and ISO 148, dengan takik-v. Hasil penelitian menunjukan aluminium skrap yang dicor dengan menggunakan media pendingin oli memiliki laju pendinginan yang lebih cepat dibandingkan menggunakan media pendingin air dan udara. Ketangguhan aluminium skrap tinggi dengan media pendinginan air (0,064 joule/mm 2 ), oli (0,063 joule/mm 2 ) dan udara (0,043 joule/mm 2 ). Kata kunci: Aluminium skrap, media pendingin, impak Pendahuluan Penggunaan limbah atau skrap aluminium semakin banyak seiiring dengan meningkatnya harga aluminium murni. Umumnya aluminium skrap tersebut digunakan oleh industri kecil yang memproduksi seperti propeller atau baling-baling perahu nelayan. Produk-produk yang dihasilkan dari aluminium skrap biasanya akan berbeda sifat mekanisnya dari aluminium murni, hal ini dapat disebabkan oleh proses pendinginan. Aluminium dan paduannya merupakan salah satu jenis logam non ferro yang paling banyak digunakan untuk komponen berbagai keperluanbaik untuk komponen teknik maupun non teknik. Ada beberapa keunggulan yang dimiliki aluminium yaitu ringan (berat jenis 2,6 gr/cm 2 ), strength to weight ratio lebih tinggi dari baja, tahan korosi, penghantar listrik dan panas yang tinggi serta mudah difabrikasi dengan cara apapun (casting maupun metal forming). Dalam proses pengecoran aluminium, untuk mendapatkan kualitas komponen yang bermutu dipengaruhi oleh berbagai faktor seperti; komposisi kimia atau jenis paduan aluminium, material cetakan, konstruksi cetakan, laju pendinginan, temperatur penuangan, dan lain-lain. Tujuan dari peneltian adalah untuk mengetahui kekuatan impak aluminium skrap hasil proses pengecoran terhadap laju pendinginan pada media air, oli, dan udara. Waktu pembekuan/pendinginan produk dalam cetakan harus ditentukan secara tepat dengan mempertimbangkan hal-hal sebagai berikut temperatur produk cukup rendah untuk menghasilkan kekuatan mekanis produk yang memadai. Produk tidak menyusut secara berlebih akibat rendahnya temperatur produk sehingga sulit untuk 9
dikeluarkan dari dalam cetakan. Waktu pembekuan dapat mengatur tenggang waktu antara satu penuangan ke penuangan berikutnya sehingga temperatur cetakan tidak mengalami peningkatan atau penurunan yang melebihi toleransi yang ditentukan. Dalam pengertian kimia Aluminium merupakan logam yang reaktif. Apabila di udara terbuka ia akan bereaksi dengan oksigen, jika reaksi berlangsung terus maka Aluminium akan rusak dan sangat rapuh. Permukaan Aluminium sebenarnya bereaksi bahkan lebih cepat daripada besi. Namun lapisan luar Aluminium oksida yang terbentuk pada permukaan logam itu merekat kuat sekali pada logam dibawahnya. Dan membentuk lapisan yang kedap. Oleh karena itu dapat dipergunakan untuk keperluan kontruksi tanpa takut pada sifat kimia yang sangat reaktif. Tapi jika logam bertemu dengan alkali lapisan oksidanya akan mudah larut. Lapisan oksidanya akan bereaksi secara aktif dan akhirnya akan mudah larut pada cairan sekali. Sebaliknya berbagai asam termasuk asam nitrat pekat pekat tidak berpengaruh terhadap Aluminium karena lapisan Aluminium kedap terhadap asam [1]. Iwan S [2] meneliti tentang penambahan grain refiner terhadap kualitas produk cor aluminium. Hasil penelitiannnya menunjukan bahwaadanya peningkatan angka kekerasan dengan adanya penambahan grain refiner dibandingkan tanpa penambahan grain refiner. Kecepatan pendinginan pada pengecoran aluminium sangat berpengaruh terhadap hasil benda coran yang dihasilkan. Kecepatan pendinginan yang tidak seragam di setiap sisi benda cor dapat berdampak timbul adanya cacat berupa shrinkage dalam benda cor. Salah satu usaha untuk mengurangi dampak tersebut maka dilakukan suatu komparasi dua cara mempercepat kecepatan pendinginan dari proses pengecoran, dengan menggunakan cil luar (external chill) dan fin pada proses pengecoran aluminium. Eko S [3] melakukan penelitian eksperimental pengaruh penggunaan cil luar (external chill) atau fin pada pengecoran aluminium terhadap presentase cacat shrinkage. Hasil penelitiannya menunjukan bahwa didapatkan pengaruh penggunaan cil luar lebih besar mengurangi cacat shrinkage, volume shrinkage yang dihasilkan dengan penggunaan cil luar yaitu sebesar (0,0674-0,070%) dibandingkan dengan fin (0,0870-0,131%) dan tanpa fin atau cil luar(0,141%-0,1980%). Sebagai pendukung penelitian didapatkan distribusi temperatur dari pengecoran. cil luar memiliki penurunan distribusi temperatur yang lebih cepat jika dibandingkan dengan penggunaan fin maupun tanpa fin atau cil luar. Peningkatan sifat mekanis sekrap aluminium dengan degassing menunjukan bahwa nilai kekerasan tertinggi yaitu sebesar 67,87 BHN terjadi pada kelompok spesimen yang diberi perlakuan pengadukan rotary degasser selama 2,5 menit [4]. Subarmono [5] melakukan pemanfaatan limbah abu terbang sebagai penguat aluminium matrix composite. Hasil penelitian tersebut menunjukan abu terbang dapat digunakan sebagai penguat aluminium matrix composite (AMC). Hal ini dapat dibuktikan dengan meningkatnya sifat mekanis (kekuatan bending, kekerasan dan ketahanan aus) AMC seiring dengan peningkatan kadar (fraksi berat) abu terbang sampai 5%. Metode Penelitian Material yang digunakan sebagai bahan baku pengecoran adalah aluminium bekas (skrap), baik itu dari limbah produk aluminium atau dari sisa hasil pemesinan aluminium pada bengkel pemesinan. 10
Peralatan yang digunakan yang akan digunakan terdiri dari: a) Dapur krusibel beserta peralatannya. b) Mesin perkakas (frais), berguna sebagai mesin pembuat cetakan spesimen dan pembentuk spesimen. c) Mesin uji impak Matesst, untuk mengukur kekuatan impak Rancangan percobaan a. Pembuatan cetakan Rancangan penelitian dimulai dari pembuatan cetakan raw spesimen. Jenis cetakan yang digunakan untuk raw spesimen adalah permanent mold casting yang terbuat dari mild steel. b. Proses Peleburan Dengan menggunakan material aluminium skrap, proses peleburan dilakukan menggunakan dapur krusibel. Proses peleburan hingga mencapai temperatur tuang 650 0 C. Waktu yang digunakan untuk peleburan hingga aluminium mencair lebih kurang selama 1 jam. Proses penuangan aluminium cair ke ke dalam cetakan menggunakan ladel. c. Proses Pendinginan Pada penelitian ini variasi laju pendinginan dilakukan dengan memvariasikan media pendingin. Media pendingin yang digunakan adalah air, oli dan udara. Coran hasil penuangan aluminium cair beserta cetakan dicelupkan ke dalam media pendingin yang telah disediakan dan dicatat lamanya waktu pendinginan. Jumlah media pendingin air dan oli masing-masing 2000 ml, kecuali pendinginan udara yang menggunakan suhu ruang. Oli yang digunakan adalah oli bekas. d. Proses Pembentukan Spesimen Spesimen uji impak dibentuk mengikuti ASTM E.23 [6], spesimen uji impak dengan takik-v (Gambar 1). Spesimen uji impak dibentuk masing-masing lima buah dari setiap variasi media pendingin. Untuk pengujian kekerasan digunakan spesimen uji impak. Gambar 1. Spesimen uji impak Hasil Dan Pembahasan Laju Pendinginan. Dari hasil pengukuran terhadap laju pendinginan dari masingmasing media pendingin (oli, air dan udara) terhadap aluminium skrap hasil pengecoran diperlihakan pada Gambar 2. 11
Gambar 2. Laju pendinginan alumnium skrap Laju pendinginan mulai diukur pada menit ke 15 sampai menit ke 120. Dari Gambar 2. terlihat laju pendinginan menggunakan oli bekas sedikit lebih cepat dibandingkan menggunakan media air dan udara. Jika dibandingkan dengan laju pendinginan logam ferro pada umumnya, laju pendinginan aluminium terdapat perbedaan. Dengan menggunakan media yang sama (oil, air dan udara), laju pendinginan logam ferro pada umumnya, mulai dari yang paling cepat berturut-turut adalah air, oli, dan udara. Perbedaan ini laju pendinginan antara logam aluminium dengan logam ferro lebih disebabkan tidak terdapatnya unsur ferro yang terkandung di dalam aluminium skrap jika dibandingkan yang dikandung pada logam ferro. Hal ini diperkuat dengan hasil uji kadar kandungan yang dimiliki aluminium skrap hasil coran tersebut, seperti yang diperlihatkan pada Tabel 1. Pada tabel 1 terlihat aluminium skrap tidak memiliki unsur ferro. Tabel 1 Persentase kandungan unsur yang terdapat dalam aluminium skrap Unsur yang terkandung C O Al Cu Massa % 20,96 3,00 74,24 1,80 Hasil pengujian impak. Dari pengujian impak dapat digambarkan grafik hubungan energi impak dan nilai impak terhadap media pendingin,oli, air dan udara (Gambar 3 dan 4). Pada pengujian impak banyaknya energi yang diserap oleh bahan untuk terjadinya perpatahan merupakan ukuran ketahanan impak atau ketangguhan suatu material. Gambar 3 memperlihatkan hubungan energi impak terhadap variasi media pendingin yang digunakan. Aluminium skrap dengan pendinginan menggunakan oli membutuhkan energi impak yang lebih besar dibandingkan spesimen dengan media pendingin air dan udara, yaitu berturut-turut 5.33, 4.96, dan 3.63 joule. Energi impak akan mempengaruhi nilai impak. Faktor yang mempengaruhi nilai impak terhadap 12
energi impak adalah luas penampang. Semakin luas penampang maka, akan semakin besar energi yang akan terserap. Ket. 1 = udara, 2 = air, dan 3 = oli Gambar 3. Grafik hubungan energi impak terhadap media pendingin Ket. 1 = udara, 2 = air, dan 3 = oli Gambar 4. Grafik hubungan nilai impak terhadap media pendingin Gambar 4 memperlihatkan nilai impak atau ketangguhan aluminium skrap terhadap variasi media pendingin udara, air dan oli. Nilai ketangguhan aluminium skrap dengan media pendingin air sebesar 0.064 joule/mm 2 adalah nilai ketangguhan maksimum, kemudian diikuti oleh media pendingin oli sebesar 0.063 joule/mm 2 dan media pendingin udara yaitu 0.043 joule/mm 2. Bahan yang bersifat ulet akan menunjukkan harga impak yang besar, demikian juga sebaliknya. Meskipun tidak signifikan, nilai impak yang dihasilkan pada penelitian ini menunjukan aluminium skrap dengan media pendingin air memiliki sifat yang lebih ulet dibandingkan dengan 13
yang menggunakan oli dan udara. Sifat keuletan yang dimiliki oleh aluminium skrap dengan pendinginan air tidak mempunyai perbedaan yang nyata dibandingkan dengan aluminium pendinginan oli. Tetapi berbeda nyata dengan pendinginan yang menggunakan udara. Kesimpulan Dari hasil penelitian dapat disimpulkan; aluminium skrap yang dicor dengan menggunakan media pendingin oli memiliki laju pendinginan yang lebih cepat dibandingkan menggunakan media pendingin air dan udara. Aluminium skrap yang dicor dengan menggunakan media pendingin air memiliki ketangguhan yang tinggi (0,064 joule/mm 2 ) dibandingkan dibandingkan menggunakan media pendingin oli (0,063 joule/mm 2 ) dan udara (0,043 joule/mm 2 ). Laju pendinginan tidak berpengaruh signifikan terhadap nilai ketangguhan dan kekerasan aluminium skrap coran. Referensi [1] George E Dieter. Metallurgi Mekanik. Jilid 2, Erlangga, Jakarta. 2002. [2] Iwan Setyadi. Analisis Penambahan Grain Refiner Terhadap Kualitas Produk Cor Aluminium. Jurnal M.P.I, Vol.2. No. 3, 2008. [3] Eko Sugiyarto. Studi Eksperimental Pengaruh Penggunaan Cil Luar (External Chill) Atau Fin Pada Pengecoran Aluminium Terhadap Presentase Cacat Shrinkage, Skripsi Teknik Mesin FTI-ITS. 2010. [4] Aris B, Widi Widayat dan Rusiyanto. Peningkatan Sifat Mekanis Sekrap Aluminium dengan Degassing. Jurnal Profesional,Vol. 8, No. 1, Mei 2010. [5] Subarmono, Jamasri, M.W. Wildan dan Kusnanto. Pemanfaatan Limbah Abu Terbang Sebagai Penguat Aluminium Matrix Composite. Jurnal Teknik Mesin Vol. 10, No. 2, Oktober 2008 [6] ASM HandBook. Mechanical Testing and Evaluation. ASM International, Amerika. 2007 14