TUGAS AKHIR PENGARUH VARIASI MEDIA CETAKAN PASIR, CETAKAN LOGAM DAN CETAKAN RCS ( RESIN COATED SAND ) TERHADAP PRODUK CORAN ALUMINIUM Disusun Sebagai Syarat Untuk Mencapai Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta Disusun oleh : ADAM HANANTO UTOMO NIM : D.200.120.008 JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2016
ii
iii
iv
v
MOTTO Karena sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan. Sesungguhnya Sesudah kesulitan itu ada kemudahan (Alam Nasyroh 5-6) Janganlah larut dalam satu kesedihan dan satu kesalahan karena masih ada hari esok yang menyongsong sejuta keindahan. Jangan lihat masa lalu dengan penyesalan, jangan pula melihat masa depan dengan ketakutan, tetapi lihat semua dengan kekuatan hati yang penuh kesadaran. Jangan terlalu memikirkan hasil, yang terpenting ialah kerja keras dan berdoa, Ikhtiar dan tawakal, anggap hasil baik adalah bonus dari kerja keras dan doa kita, jikalau pun hasil buruk mungkin ini jalan terbaik dari- Nya Bagaimanapun bentuk kerja keras dan usaha kita, jangan sampai terlepas dari awalan Basmallah pun akhiran Hamdallah. Kun Fayakun vi
HALAMAN PERSEMBAHAN Dengan penuh harap ridho Allah SWT, teriring perasaan syukur dan sabar yang mendalam serta penghargaan yang tinggi, setelah melewati berbagai ujian dalam perjuangan yang tak kenal lelah, Saya mempersembahkan Tugas Akhir ini kepada : Bapak dan Ibu yang dengan segala kasih sayang, kesabaran, keikhlasan dan pengorbanannya yang senantiasa membimbing dan mendo akanku. Kakak dan Adik yang selalu memotivasi, mendo akan dan mencairkan suasana sehingga terasa lebih ringan proses skripsiku. Teman-teman Teknik mesin angkatan 2012 yang selalu menyemangati dan hadir seperti keluarga. Teman seperjuangan mahasiswa bimbingan Bapak Patna Partono, ST, MT yang selalu saling membantu dan berjuang bersama. Dosen Universitas Muhammadiyah Surakarta Teknik Mesin yang telah membimbing saya didalam perkuliahan. Bapak Dosen pembimbing tugas akhir Patna Partono, ST, MT. Saya berterima kasih atas pengarahan dan bimbingannya yang telah banyak saya terima selama berada di Universitas Muhammadiyah Surakarta. vii
PENGARUH VARIASI MEDIA CETAKAN PASIR, CETAKAN LOGAM DAN CETAKAN RCS ( RESIN COATED SAND ) TERHADAP PRODUK CORAN ALUMINIUM Adam Hananto Utomo, Patna Partono Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. A. Yani Tromol Pos 1 Pabelan, Kartasura Email : adamhananto2@gmail.com Abstrak Penggunaan material cetakan dalam produk cor mempunyai sifat dan karakter sendiri. Sifat-sifat ini sangat berpengaruh terhadap kualitas produk cor. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh variasi cetakan terhadap kualitas cor, cacat cor dan nilai kekerasan. Penelitian ini menggunakan Alumunium bekas atau Rosok, yang dilebur didalam dapur krusible, variasi cetakan yang digunakan 3 jenis yaitu: cetakan pasir, cetakan logam dan cetakan RCS (Resin Coated Sand). Untuk mengetahui cacat penyusutan membandingkan dimensi benda asli dengan hasil spesimen masing-masing spesimen cetakan. Cacat porositas dapat dilihat dengan mencari nilai perhitungan density berpedoman kepada standart ASTM E-252, pengujian kekerasan menggunakan pengujian brinell dengan standar ASTM E10, pengujian struktur mikro dilakukan dengan standar ASTM E3 dengan cara melihat spesimen dibawah mikroskop dan pengujian komposisi kimia dilakukan dengan standar ASTM E1251 cara menembakkan gas argon kepermukaan spesimen, sehingga hasilnya akan terbaca pada komputer. Nilai persentase penyusutan untuk variasi cetakan pasir basah sebesar 0,61%, cetakan logam sebesar 0,64% dan untuk cetakan RCS (Resin Coated Sand) sebesar 0,59 %. Hasil penelitian penyusutan menunjukan bahwa cetakan logam mempunyai nilai penyusutan tinggi dan terendah yaitu RCS (Resin Coated Sand) dan cetakan pasir basah diantara kedua cetakan logam dan cetakan RCS (Resin Coated Sand) penyusutan terjadi karena konduktivitas masing-masing cetakan dalam menyerap panas sehingga semakin tinggi konduktifitas membuat pembekuan logam cepat dan berpengaruh juga pada besar butir yang dilihat pada struktur mikro, pembekuan cepat membuat butir menjadi kecil dengan bentuk memanjang viii
serta jarak antar butirnya rapat. Pada porositas di peroleh dari density, cetakan pasir basah ρ = 2,513, cetakan logam ρ = 2,597 dan RCS (Resin Coated Sand) ρ = 2,506 semakin tinggi nilai density maka material tersebut semakin padat dan porositasnya sedikit. Kepadatan material berhubungan dengan kekerasan yang juga semakin tinggi, diperoleh pada pengujian brinell cetakan pasir basah sebesar 58,256 BHN, cetakan logam sebesar 61,219 BHN dan cetakan RCS (Resin Coated Sand) 57,124 BHN. Komposisi kimia material ditemukan unsur (Al) 91,43%, (Si) 4,07%, (Zn) 2,13%, (Fe) 1,76%, (Cu) 0,147%, (Cr) 0,175% dan unsur lainnya, sehingga dari unsur yang ada material ini termasuk logam aluminium paduan silicon (Al-Si). Kata kunci : alumunim (Al), cetakan, kekerasan, komposisi kimia, strktur mikro. ix
PENGARUH VARIASI MEDIA CETAKAN PASIR, CETAKAN LOGAM DAN CETAKAN RCS ( RESIN COATED SAND ) TERHADAP PRODUK CORAN ALUMINIUM Adam Hananto Utomo, Patna Partono Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. A. Yani Tromol Pos 1 Pabelan, Kartasura Email : adamhananto2@gmail.com Abstrack The use of printed material in the cast product has the nature and character of its own. These properties greatly affect the quality of the cast product. The purpose of this study was to determine the effect of variations in the mold of the quality of the cast, cast defects and hardness. This study uses aluminum used or former, which melted in the kitchen krusible, a variation of the mold used three types: sand molds, metal molds and mold RCS (Resin Coated Sand). To determine the shrinkage defects dimensional objects compare the original with the results of specimens of each specimen mold. Defects porosity can be seen by looking for value calculation of density guided by the standard ASTM E-252, hardness testing using a test Brinell with ASTM E10, testing microstructure done with standard ASTM E3 by viewing a specimen under a microscope and chemical composition testing done with standard ASTM E1251 argon gas-fired way to the surface of the specimen, so the result will be read on a computer. The percentage value of depreciation for the wet sand molds variation of 0.61%, 0.64% metal mold and to mold RCS (Resin Coated Sand) by 0.59%. The research result of depreciation show that the metal mold has a shrinkage value of high and low of RCS (Resin Coated Sand) and mold the wet sand between the two metal molds and mold RCS (Resin Coated Sand) shrinkage occurs because the conductivity of each mold to absorb heat so the higher conductivity makes the metal solidification fast and also affect the large grains are seen on the microstructure, rapid freezing to make the grain to be small with an elongated shape and the distance between the grain x
elevator. At the porosity is obtained from the density, wet sand mold ρ = 2.513, metal molds ρ = 2.597 and RCS (Resin Coated Sand) ρ = 2.506 density, the higher the value of the material is a little more dense and porosity. The density of material related to violence are also higher, obtained on wet sand molds Brinell testing at 58.256 BHN, amounting to 61.219 BHN metal mold and mold RCS (Resin Coated Sand) 57.124 BHN. The chemical composition of the material was found elements (Al) 91.43% (Si) 4.07%, (Zn) 2.13%, (Fe) 1.76%, (Cu) 0.147%, (Cr) 0.175% and the element more so than the elements present this material include metal aluminum silicon alloy (Al- Si). Keywords: aluminum (Al), mold, hardness, chemical composition, microstructure. xi
KATA PENGANTAR Segala puji syukur ke hadirat Allah SWT atas segala rahmat dan karunia- Nya yang telah terlimpahkan kepada penulis, sehingga Tugas Akhir ini dapat terselesaikan dengan baik. Adapun Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi persyaratan Sidang Sarjana S-1 pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. Dalam penyusunan Tugas Akhir ini, penulis banyak mendapat bantuan dari berbagai pihak, pada kesempatan ini, penulis dengan penuh keikhlasan hati ingin menyampaikan terima kasih kepada : 1. Bapak Dr. H. Sri Sunarjono MT. Ph.D selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. 2. Bapak Tri Widodo BR. ST. MSc., Ph.D selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. 3. Bapak Patna Partono, ST, MT. selaku Dosen Pembimbing yang telah membimbing, mengarahkan, memberi petunjuk dalam penyusunan Tugas Akhir ini. 4. Dosen jurusan Teknik Mesin beserta Staff Tata Usaha Fakultas Teknik 5. Ibu tercinta dan teristimewa yang senantiasa selalu mencintai, menyayangi, memberikan dukungan, menenangkan hati dan mendo akan penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir. 6. Bapak tercinta yang telah memberikan kasih sayang, mendidik dan memberikan pendidikan akan hidup kepada penulis. xii
7. Teman angkatan 2012 yang sudah banyak membantu saya dan mendukung saya dalam perkuliahan selama di Universitas Muhammadiyah Surakarta. Akhir kata, penulis mohon maaf sebelum dan sesudahnya, jika sekiranya terdapat kesalahan dan kekurangan dalam penulisan Tugas Akhir ini, yang disebabkan adanya keterbatasan-keterbatasan antara lain waktu, dana, literatur yang ada, dan pengetahuan yang penulis miliki. Harapan penulis semoga laporan ini bermanfaat untuk pembaca. Tugas Akhir ini semoga dapat bermanfaat khususnya bagi penulis dan pihak lain yang membutuhkan, Amin ya Robbaallamin. Surakarta, 8 Desember 2016 Penulis xiii
DAFTAR PUSTAKA Halaman judul... Halaman Pernyataan Keaslian Tugas Akhir... Halaman Persetujuan... Halaman Pengesahan... Lembar Soal Tugas Akhir... Halaman Motto... Halaman Persembahan... i ii iii iv v vi vii Abstraksi... viii Kata Pengantar... xii Daftar Isi... xiv Daftar Gambar... xviii Daftar Tabel... xxiii BAB I PENDAHULUAN 2.1 Latar Belakang... 1 2.2 Perumusan Masalah... 3 2.3 Batasan Masalah... 3 2.4 Tujuan Penelitian... 4 2.5 Manfaat Penelitian... 5 2.6 Sistematika Penulisan... 5 BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Tinjauan Pustaka... 7 2.2 Dasar teori... 8 2.2.1. Aluminium... 8 xiv
2.2.2. Harga Kekerasan... 10 2.2.3. Paduan Alumunium... 16 2.2.4. Jenis-jenis Alumunium Paduan... 20 2.2.5. Proses Pengecoran... 28 2.2.6. Pola... ` 29 2.2.7. Sistem Saluran... 29 2.2.8. Pembekuan Coran... 32 2.2.9. Pasir Cetak... 33 2.2.10. Cetakan Logam... 34 2.2.11. Cetakan RCS (Resin Coated Sand)... 35 2.3 Sifat Fisis dan Mekanis... 41 2.3.1. Komposisi Kimia... 41 2.3.2. Strktur Mikro... 42 2.3.3. Kekerasan (Hardness)... 43 2.4 Hipotesisi... 43 BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Diagram Alir Penelitian... 44 3.2 Tempat Penelitian... 45 3.3 Alat dan Penelitian... 45 3.3.1. Alat... 45 3.3.2. Bahan... 50 3.4 Prosedur Penelitian... 53 3.4.1. Perencanaan Desain Pulley... 53 3.4.2. Pembuatan Cetakan Pasir... 55 xv
3.4.3. Pembuatan Cetakan Logam... 58 3.4.4. Pembuatan Cetakan RCS (Resin Coated Sand). 63 3.4.5. Peleburan Logam... 66 3.4.6. Penuangan Logam Cair... 67 3.4.7. Pembongkaran Cetakan... 67 3.4.8. Pengujian Cacat Penyusutan... 68 3.4.9. Pengujian Cacat Porositas... 69 3.4.10. Pengamatan Struktur Mikro... 69 3.4.11. Pengujian Komposisi Kimia... 70 3.4.12. Pengujian Kekerasan... 72 3.4.13. Analisa Data... 73 3.5 Jumlah Spesimen Pengujian... 73 BAB IV DATA DAN ANALISIS 4.1 Cacat Penyusutan... 74 4.1.1. Pembahasan Cacat Penyusutan... 77 4.2 Persentase Porositas... 78 4.2.1. Pembahasan Persentase Penyusutan... 80 4.3 Pengujian Kekerasan... 81 4.3.1. Harga Kekerasan Brinell... 81 4.3.2. Pembahasan Pengujian Kekerasan Brinell... 85 4.4 Strktur Mikro... 86 4.5 Komposisi Kimia Hasil Produk Cor Alumunium... 87 4.5.1.Pembahasan Komposisi Kimia... 88 xvi
BAB V RENCANAN ANGGARAN BIAYA (RAB) 5.1 RENCANAN ANGGARAN BIAYA (RAB)... 90 5.2 Biaya Upah dan Bahan untuk Pengecoran... 90 5.3 Perhitungan Rencana Anggaran Biaya Pembuatan Pulley Menggunakan Media Cetakan Pasir... 90 5.4 Perhitungan Rencana Anggaran Biaya Pembuatan Pulley Menggunakan Media Cetakan Logam... 92 5.5. Perhitungan Rencana Anggaran Biaya Pembuatan Pulley Menggunakan Media Cetakan RCS (Resin Coated Sand)... 95 BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan... 98 5.2 Saran... 99 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xvii
DAFTAR GAMBAR 2.1 Prinsip Uji Kekerasan Brinell... 11 2.2 Prinsip Uji Kekerasan Vickers... 14 2.3 Prinsip Uji Kekerasan Rockwell... 16 2.4 Diagram Fasa Al-Cu... 21 2.5 Diagram Fasa Al-Mn... 21 2.6 Diagram Fasa Al-Si... 22 2.7 Diagram Fasa Al-Mg... 24 2.8 Struktur Mikro Paduan Al-Mg... 24 2.9 Diagram Fasa Al-Si-Mg... 25 2.10 Foto Mikro Paduan Al-Si-Mg... 25 2.11 Diagram Fasa Al-Zn... 26 2.12 Diagram Fasa Al-Mg-Zn... 26 2.13 Struktur Mikro Paduan Al-Mg-Zn... 27 2.14 Struktur Mikro Paduan Al-Si-Cu... 27 2.15 Sistem Saluran... 29 2.16 Ukuran Basin (cawan tuang)... 30 2.17 Sprue Runcing... 30 2.18 Penampang Saluran Pengalir... 31 2.19 Bentuk Penampang Saluran Masuk... 31 2.20 Bagian- bagian Sistem Saluran... 32 2.21 Strktur Mikro Pembekuan Logam... 32 2.22 Cacat Porositas pada Penampang Potong Produk Cor. 38 2.23 Bentuk Cacat Shrinkage... 39 xviii
2.24 Cacat Salah Alir... 39 2.25 Cacat Retakan... 41 2.26 Proses Pengamatan Pada Struktur Mikro... 42 2.27 Bekas Injakan Penetrasi Uji Kekerasan Brinell... 43 3.1 Diagram Alir Penelitian... 44 3.2 Sekop... 45 3.3 Penumbuk... 45 3.4 Lanset... 46 3.5 Tabung Silinder... 46 3.6 Penjepit... 46 3.7 Dapur Peleburan... 46 3.8 Kowi... 47 3.9 Ladle... 47 3.10 Timbangan Digital... 47 3.11 Digital Calipers... 48 3.12 Infra Red Thermometer... 49 3.13 Alat Uji Speaktrometer.... 49 3.14 Alat Uji Brinel... 49 3.15 Mikroskop Metalografi... 50 3.16 Limbah Alumunium Bekas... 50 3.17 Pasir Cetak... 50 3.18 Plat Besi Potongan... 51 3.19 Cetakan Kayu... 51 3.20 Cetakan Boundary Silinder... 51 xix
3.21 Pasir RCS (Resin Coated Sand)... 52 3.22 Polyester Putty... 52 3.23 Calcium Carbonate... 52 3.24 Aliran Proses pada Pembuatan Coran... 53 3.25 Desain Pola Pulley... 53 3.26 Proses Permesinan... 54 3.27 Pola Pulley... 54 3.28 Kerangka Cetak... 55 3.29 Papan Cetakan Bawah... 55 3.30 Posisi Peletakan Pola... 56 3.31 Persiapan Cetakan Bawah... 56 3.32 Penuangan Pasir dan Penumbukan Cetakan Bawah... 56 3.33 Cetakan Bawah... 57 3.34 Posisi Peletakan Silinder Saluran Mask... 57 3.35 Cetakan Atas... 57 3.36 Hasil Pola Cetakan Atas dan Bawah... 58 3.37 Sambungan Cetakan Logam... 58 3.38 Desain Cetakan Atas... 59 3.39 Proses Pengeboran Sprue... 59 3.40 Pembubutan Permukaan Pola Cetakan Atas... 60 3.41 Desain Cetakan Tengah... 60 3.42 Proses Pembubutan Permukaan Pola Cetakan Tengah 61 3.43 Pemotongan cetakan tengah... 61 3.44 Desain Cetakan Bawah... 62 xx
3.45 Pembubutan Permukaan Pola Cetakan Bawah... 62 3.46 Assambly Cetakan Logam... 63 3.47 Desain Cetakan RCS... 63 3.48 Posisi Boundary Cetakan Atas... 64 3.49 Pemanasan RCS... 64 3.50 Pembuatan Guide... 65 3.51 Pembuatan Cetakan Bawah... 65 3.52 Pelepasan Pola dari Cetakan... 66 3.53 Assembly Cetakan RCS... 66 3.54 Persiapan dan Penuangan Coran... 67 3.55 Pembongkaran Cetakan... 68 3.56 Potongan Spesimen Pengamatan Rongga Penyusutan 68 3.57 Spectrometer... 71 3.58 Spesimen Uji Kekerasan... 72 3.59 Alat Uji Kekerasan Brinell... 73 4.1 Spesimen Pengujiann Cacat Penyusutan... 74 4.2 Pengkuran Hasil Coran... 75 4.3 Histogram Hasil Persentase Penyusutan Variasi Cetakan... 76 4.4 Bagian Spesimen yang di Uji Density... 77 4.5 Spesimen Uji Density... 78 4.6 Histogram Hasil Density pada Variasi Cetakan... 79 4.7 Perbandingan Porositas Foto Makro... 80 4.8 Posisi Titik Kekerasan pada Spesimen... 85 xxi
4.9 Histogram Perbandingan Kekerasan Variasi Cetakan Cor Alumunium... 85 4.10 Perbandingan Foto Mikro pada Pembesaran 100x... 86 4.11 Perbandingan Foto Mikro pada Pembesaran 200x... 86 xxii
DAFTAR TABEL 2.1 Karakteristik dan Sifat Alumunium... 9 2.2 Penggunaan Diameter Penetrator... 12 2.3 Nilai Kekerasan Brinell pada Masing-masing Beban... 12 2.4 Gaya Maksimal Masing-masing Parameter Penetrator.. 12 2.5 Skala yang Dipakai dalam Pengujian Rockwell... 15 2.6 Alumunium dan Paduannya Serta Kode Penamaan... 17 2.7 Bentuk Cacat Permukaan Kasar dan Penyebab... 40 3.1 Jumlah Spesimen Uji... 73 4.1 Dimensi Produk Cor... 75 4.2 Hasil Persentase Penyusutan Semua Variasi Cetakan. 76 4.3 Hasil Perhitungan Density... 78 4.4 Harga Kekerasan Brinell pada Spesimen Cetakan Pasir Basah... 82 4.5 Harga Kekerasan Brinell pada Spesimen Cetakan Logam... 83 4.6 Harga Kekerasan Brinell pada Spesimen Cetakan RCS 84 4.7 Hasil Uji Komposisi Kimia... 87 4.8 Keunggulan dan Kelemahan Cetakan... 89 5.1 Rencana Aanggaran Biaya (RAB)... 97 xxiii