PENGARUH UKURAN NECK RISER TERHADAP CACAT PENYUSUTAN DAN CACAT POROSITAS PADA PROSES PENGECORAN ALUMINIUM MENGGUNAKAN CETAKAN PASIR SKRIPSI Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Oleh : ADDIN GALIH PRAKOSO NIM. I 0408020 JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2013
ii
iii
Pengaruh Ukuran Neck Riser Terhadap Cacat Porositas dan Cacat Penyusutan Pada Proses Pengecoran Produk Aluminium Menggunakan cetakan pasir Addin Galih Prakoso Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta, Indonesia E-mail : addin.prakoso20@yahoo.co.id Abstrak Cacat pada suatu pengecoran dapat terjadi akibat sistem saluran yang kurang baik. Salah satu saluran yang dapat menimbulkan cacat jika di desain dengan kurang baik adalah saluran penambah. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh ukuran diameter leher penambah terhadap prosentase porositas dan penyusutan produk cor. Pada penelitian ini bahan baku yang digunakan adalah limbah dari sepatu rem tromol sepeda motor. Variasi penelitian ini berjumlah tiga, yaitu diameter leher penambah 10 mm, 15 mm, dan 20 mm. Pengujian porositas dilakukan dengan membandingkan densitas teoritis dan densitas aktual. Densitas teoritis dihitung menggunakan standar ASTM E 252-06 sedangkan densitas aktual dihitung menggunakan teori Archimedes. Pengujian penyusutan dilakukan dengan menggunakan ASTM D 955-00. Volume benda cor diukur dengan menggunakan gelas ukur. Hasil penelitian menujukkan bahwa persentase porositas dan penyusutan terbesar terjadi pada leher penambah dengan diameter 10 mm. Diikuti dengan leher penambah ukuran 15 mm. Porositas dan penyusutan terkecil terjadi pada leher penambah dengan diameter 20 mm. Kata kunci : Paduan aluminium, porositas, penyusutan, neck riser iv
Infulence of Neck Riser Size Against Porosity Defect and Shrinkage Defect in Aluminium Casting Using Sand Mold Addin Galih Prakoso Department of Mechanical Engineering Engineering Faculty of Sebelas Maret University Surakarta, Indonesia E-mail: addin.prakoso20@yahoo.co.id Abstract Defect in a casting can be due to poor channel system. One of channel that can be create a defect if poorly designed is riser. This research is aimed to determine the effect of neck riser diameter against percentage of porosity and shrinkage of the cast product. Raw material aluminium alloy that used in this research is derived from waste motorcycle shoe drum brake. There are three variation in this experiment, neck riser with diameter 10 mm, 15 mm, 20 mm. Porosity test is done by comparing the theoretical density and the actual density. Theoretical density is calculated using the standard ASTM E 252-06 while the actual density is calculated using Archimedes theory. Shrinkage testing performed using ASTM D 955-00. The volume of the cast was measured using a measuring cup. The reseach result showed that the greatest percentage of porosity and shrinkage occurs in the neck riser with a diameter of 10 mm. Followed by the neck riser with size of 15 mm. Smallest porosity and shrinkage occurs in the neck riser with a diameter of 20 mm. Keyword : Alumnium alloy, porosity, shrinkage, neck riser v
KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Allah SWT karena berkat rahmat, karunia dan hidayah-nya serta menetapkan hati sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Penulisan skripsi ini diajukan untuk memenuhi persyaratan guna mencapai gelar sarjana teknik di Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. Dibalik selesainya penulis dalam menyusun skripsi ini tidak lepas dari bantuan dari berbagai pihak, maka pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan terima kasih kepada semua pihak yang telah berpartisipasi dalam penelitian dan penulisan skripsi ini, khususnya kepada: 1. Bapak Bambang Kusharjanta, S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing skripsi I yang telah membimbing dan membantu dalam penyusunan skripsi. 2. Bapak Wahyu Purwo Raharjo, S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing skripsi II yang telah membantu dan membimbing dalam penyusunan skripsi. 3. Bapak Purwadi Joko Widodo, S.T., M.kom dan Bapak Wibowo, S.T., M.T selaku Dosen Penguji yang telah memberikan saran-saran. 4. Bapak Ir. Wijang Wisnu Raharjo, S.T. selaku pembimbing akademik yang telah memberikan banyak saran dan motivasi. 5. Bapak-bapak dosen jurusan Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret yang telah berkenan menyampaikan ilmunya. 6. Keluarga tercinta yang telah memberikan sumbangan besar baik moral maupun materi. 7. Teman seperjuangan (Arif Sudibyo) semoga sukses selalu. 8. Yunie Widhyastuti yang selalu memberikan motivasi, semangat dan bantuan. 9. Teman-teman S1 Reguler angkatan 2008 (Cosinus 08) yang telah memberikan bantuan dan dukungan sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. vi
10. Keluarga besar KMTM Universitas Sebelas Maret yang telah menjadi tempat belajar berorganisasi. Penulis menyadari bahwa dalam skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu, penulis berharap masukan dan saran dari pembaca sehingga skripsi ini menjadi lebih baik. Dengan segala keterbatasan yang ada, penulis berharap skripsi ini dapat memberikan manfaat kepada penulis pribadi dan pembaca pada umumnya. Surakarta, Agustus 2013 Penulis vii
DAFTAR ISI Halaman Halaman Judul... i Halaman Pengesahan... ii Halaman Abstrak... iii Kata Pengantar... v Daftar Isi... vii Daftar Tabel... ix Daftar Gambar... x Daftar Notasi... xii Daftar Lampiran... xiii BAB I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Perumusan Masalah... 2 1.3 Batasan Masalah... 2 1.4 Tujuan Penelitian... 3 1.5 Manfaat Penelitian... 3 1.6 Sistematika Penulisan... 3 BAB II. LANDASAN TEORI 2.1 Tinjauan Pustaka... 4 2.2 Dasar Teori... 6 2.2.1 Proses Pengecoran... 6 2.2.2 Pola... 6 2.2.3 Sistem Saluran... 7 2.2.4 Gating Ratio... 8 2.2.5 Penambah (riser)... 9 2.2.6 Pasir Cetak... 10 2.2.7 Cetakan... 11 2.2.8 Dapur Peleburan (furnace)... 12 2.2.9 Paduan Aluminium... 13 viii
2.2.10 Diagram Fasa Al-Si... 14 2.2.11 Pembekuan Logam... 15 2.2.12 Pengujian Komposisi Kimia... 16 2.2.13 Densitas Teoritis dan Densitas Nyata... 17 2.2.14 Cacat Porositas... 18 2.2.15 Cacat Penyusutan... 19 2.2.16 Perhitungan Modulus Cor (casting modulus)... 21 2.2.17 Perhitungan Modulus Riser... 21 2.3 Hipotesis... 21 BAB III. METODE PENELITIAN 3.1 Tempat Penelitian... 22 3.2 Alat dan Bahan Penelitian... 22 3.3 Prosedur Penelitian... 26 3.4 Variasi Pengujian... 32 3.5 Diagram Alir Penelitian... 33 BAB IV. DATA DAN ANALISA 4.1 Produk Cor Aluminium... 34 4.2 Pengujian Komposisi Kimia... 34 4.3 Cacat Penyusutan... 35 4.4 Persentase Porositas produk cor... 42 4.5 Struktur Mikro Produk Cor... 46 BAB V. PENUTUP 5.1 Kesimpulan... 49 5.2 Saran... 49 DAFTAR PUSTAKA... 50 LAMPIRAN ix
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 3.1 Variasi Neck Riser... 28 Tabel 3.2 Jumlah Spesimen Pengujian... 32 Tabel 4.1 Hasil Pengujian Komposisi Kimia Produk Cor... 35 Tabel 4.2 Nilai Modulus Riser... 36 Tabel 4.3 Perbandingan Modulus Cor Dengan Modulus Riser... 37 Tabel 4.4 Data Hasil Pengukuran Produk Cor... 37 Tabel 4.5 Hasil Perhitungan Prosentase Penyusutan Produk Cor... 38 x
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Pola Kayu... 6 Gambar 2.2 Sistem Saluran... 7 Gambar 2.3 Penambah Terbuka dan Penambah Buntu... 10 Gambar 2.4 Diagram Fasa Al-Si... 14 Gambar 2.5 Struktur Mikro Al-Si... 15 Gambar 2.6 Struktur Mikro Pembekuan Logam... 16 Gambar 2.7 Penimbangan Produk Cor... 18 Gambar 2.8 Cacat Porositas Paduan Al-Si... 19 Gambar 2.9 Bentuk Cacat Shrinkage... 20 Gambar 3.1 Sepatu Rem Sepeda Motor Bekas... 22 Gambar 3.2 Tungku crucible... 23 Gambar 3.3 Ladle... 23 Gambar 3.4 Termometer Infra Merah Merk SANFIX... 24 Gambar 3.5 Mikroskop Mikro dan Kamera... 25 Gambar 3.6 Arun metal scan... 26 Gambar 3.7 Desain Sistem Saluran... 26 Gambar 3.8 Desain Saluran Turun... 27 Gambar 3.9 Desain Saluran Masuk... 27 Gambar 3.10 Neck Riser Variasi A, B, dan C... 28 Gambar 3.11 Produk Cor Aluminium... 29 Gambar 3.12 Potongan Spesimen Uji Penyusutan... 31 Gambar 3.13 Diagram Alir Penelitian... 33 Gambar 4.1 Produk Cor Aluminium... 34 Gambar 4.2 Hubungan Antara Diameter Neck Riser Dengan... 39 Prosentase Penyusutan Gambar 4.3 Hubungan Antara Prosentase commit to Penyusutan user Dengan Nilai M r /M c 40 xi
Gambar 4.4 Rongga Penyusutan Pada Produk Cor... 41 Gambar 4.5 Hubungan Antara Diameter Neck Riser Dengan... 45 prosentase penyusutan Gambar 4.6 Hubungan Antara Prosentase Porositas Dengan Nilai M r /M c... 46 Gambar 4.7 Struktur Mikro Produk Cor Aluminium... 47 xii
DAFTAR NOTASI ρ th : densitas aluminium (mg/m 3 ) ρ Al : densitas aluminium (mg/m 3 ) m Al : % massa aluminium ρ Si : densitas silikon (mg/m 3 ) m Si : % massa silikon ρ Fe : densitas besi (mg/m 3 ) m Fe : % massa besi ρ u : densitas unsur (mg/m 3 ) m u : % massa unsur lainnya ρ m : densitas aktual (gr/cm 3 ) W udara : massa produk cor di udara (gram) W fluida : massa produk cor dalam fluida (gram) ρ fluida : densitas fluida (gr/cm 3 ) % P : prosentase porositas produk cor (%) ρ m : densitas aktual (gr/cm 3 ) ρ th : densitas teoritis (gr/cm 3 ) S : prosentase penyusutan V cetakan : volume cetakan (cm 2 ) V produk : volume produk (cm 2 ) M c : Modulus cor (mm) V c : Volume cor (mm 3 ) A c : Luas permukaan cor (mm 2 ) M r : Modulus riser (mm) V r : Volume riser (mm 3 ) A r : Luas permukaan riser (mm 2 ) xiii
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1. Data Uji Komposisi Kimia Aluminium Lampiran 2. Data Perhitungan Persentase Porositas Lampiran 3. Data Perhitungan Persentase penyusutan xiv