PENGARUH PERMEABILITAS DAN TEMPERATUR TUANG CETAKAN PASIR TERHADAP SIFAT IMPAK DAN STRUKTUR MIKRO HASIL CORAN ALUMINIUM SILIKON (Al-7%Si) Oleh : Kadek Indra Adhi Y Dosen Pembimbing : Dr. Ir. I Ketut Gede Sugita, MT : A A I A S Komaladewi,ST,MT ABSTRAK Aluminium adalah logam non ferro yang sangat luas penggunannya di bidang industri. Logam alumium mempunyai sifat-sifat penting diantaranya adalah ringan,tahan korosi, dan penghantar panas yang baik yang menyebabkan aluminium dipilih menjadi salah satu bahan untuk membuat komponen mesin yang memiliki sifat ringan seperti pulley, velg, piston dan lain sebagainya. Tingginya penggunaan logam aluminium di industri manufacture tidak lepas dari teknologi pengecoran. Hasil coran aluminium yang digunakan pada komponen mesin, masih banyak yang mengalami kerusakan salah satu diantaranya kemampuan alir gas (permeabilitas) dan kekuatan cetak yang kurang baik. Penelitian ini diharapkan mampu mengetahui kemampuan produk pengecoran terhadap beban impak dari berbagai temperatur yang di ukur dan diharapkan dapat meningkatkan produktifitas hasil coran. Penelitian ini menggunakan variasi nilai permeabilitas yaitu 22.29 cm 3 /min, 27.06 cm 3 /min, dan 31.62 cm 3 /min, dan menggunakan variasi temperatur tuang yaitu 680 0 C,730 0 C dan 780 0 C. Penelitian ini dilakukan guna untuk meningkatkan kualitas produk, salah satunya dengan cara mengamati pengaruh permeabilitas dan temperatur tuang terhadap kekuatan impak yang akan dilakukan dengan pengujian impak dan pengamatan struktur mikro dan struktur makro pada hasil pengecoran alumunium silikon dengan menggunakan alat uji mikroskop optik dan alat uji SEM. Hasil penelitian menunjukan bahwa semakin tinggi nilai permeabilitas dan semakin rendah temperatur penuangan maka semakin besar nilai kekuatan impak yang terjadi demikian sebaliknya. Hasil pengujian impak menunjukkan bahwa nilai kekuatan impak tertinggi diperoleh pada temperatur tuang 680 0 C dengan nilai permaebilitas 31.62 cm 3 /min yaitu 0.048736 Nm/mm 2 dan nilai kekuatan impak terendah diperoleh pada temperatur tuang 780 0 C dengan nilai permaebilitas 22,29 cm 3 /min yaitu 0.03813 Nm/mm 2. Kata kunci: pengecoran, permeabilitas, temperatur tuang, uji impak iii
PENGARUH PERMEABILITAS DAN TEMPERATUR TUANG CETAKAN PASIR TERHADAP SIFAT IMPAK DAN STRUKTUR MIKRO HASIL CORAN ALUMINIUM SILIKON (Al-7%Si) Author : Kadek Indra adhi Yogeswara Guidance : Dr. Ir. I Ketut Gede Sugita, MT : A A I A S Komaladewi,ST,MT ABSTRACT Aluminum is a non-ferrous metal which is widely used in the field of industry. Aluminum metal has important properties that is light, corrosion resistant, and a good conductor of heat that causes aluminum is selected to be one material for engine components that have properties such as pulleys, Velg, Piston and so on. The high use of aluminum metal in the manufacturing industry can not be separated from the foundry technology. The results of aluminum castings used in machine components, many still suffered damage one of the value of gas flow capability (permeabilit y) and poor print strength. This research is expected to know the ability of casting products against various conditions that are measured and expected to increase the productivity of castings. This research uses variation of permeability value that is 22.29 cm 3 /min,27.06 cm 3 /min, and 31.62 cm 3 /min, and using variation of casting temperature that is 680 0 C,730 0 C and 780 0 C. This research is done in order to improve product quality, one of them by observing effect of permeability and temperature Pour against impact strength to be done with impact test and observation of micro structure and macro structure at silicon aluminum casting result by using optical microscope and SEM test equipment. The results showed that the higher the permeability value and the lower the pouring temperature, the greater the impact strength value so vice versa. The impact test results showed that the highest impact strength value was obtained at 680 0 C casting temperature with cm 3 /min permeability value of 0.048736 Nm/mm 2 and the lowest impact strength value was obtained at 780 0 C casting temperature with 22,29 cm 3 /min permaebility value 0.03813 Nm/mm 2. Keywords: casting, permeability, Casting temperature, impact test iv
KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat rahmat-nya penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul PENGARUH PERMEABILITAS DAN TEMPERATUR TUANG CETAKAN PASIR TERHADAP SIFAT IMPAK DAN STRUKTUR MIKRO HASIL CORAN ALUMINIUM SILIKON (Al-7%Si) Dalam penyusuna skripsi ini penulis mendapat banyak bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapakan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: Bapak Dr.Ir. I Ketut Gede Sugita, MT selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Udayana. Bapak Dr.Ir. I Ketut Gede Sugita, MT Selaku Dosen Pembimbing I. Bapak A A I A S Komaladewi,ST,MT Selaku Dosen Pembimbing II. Bapak Dr.Ir.I.Gusti Ngurah Nitya Santhiarsa,MT Selaku Dosen Penguji I. Bapak I Gede Putu Agus Suryawan,ST,MT Selaku Dosen Penguji II. Bapak Dr.Ir.I Ketut Suarsana,MT. Selaku Dosen Penguji III. Bapak Ir. I Nyoman Budiarsa,MT,Ph.D Selaku Dosen Pembimbing Akademik. Bapak/Ibu dosen serta staf pegawai Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Udayana. Keluarga yang selalu mendukung dan membantu dalam perkuliahan hingga penyusunan proposal skripsi. Penulis menyadari bahwa skripsi ini tentu jauh dari kesempurnaan mengingat keterbatasan pengetahuan dan referensi yang penulis miliki. Oleh karena itu kritik dan saran yang sifatnya konstruktif sangat penulis harapkan dari berbagai pihak. Sekali lagi penulis mengucapkan banyak terima kasih dan penulis mohon maaf apabila ada kekurangan atau kesalahan dalam penulisan skripsi ini. Bukit Jimbaran, 11 Juli 2017 Penulis v
DAFTAR ISI Halaman LEMBAR PENGESAHAN... i LEMBAR PERSETUJUAN... ii ABSTRAK... iii ABSTRACT... iv KATA PENGANTAR... v DAFTAR ISI... vi DAFTAR GAMBAR... viii DAFTAR TABEL... ix DAFTAR RUMUS... x BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 3 1.2 Rumusan Masalah... 3 1.3 Batasan Masalah... 3 1.4 Tujuan Penelitian... 3 1.5 Manfaat Penelitian... 3 BAB II DASAR TEORI... 4 2.1 Pengecoran (casting)... 4 2.2 Methode Pengecoran... 5 2.2.1 Bagian-Bagian Dari Cetakan Pasir... 7 2.2.2 Jenis-jenis cetakan pasir... 8 2.2.3 Susunan Pasir Cetak... 9 2.2.4 Pasir... 10 2.3 Permeabilitas... 11 2.4 Alumunium... 12 2.5.1 Sifat Fisik Alumunium... 12 2.5.2 Sifat Mekanik Alumunium... 13 2.5 Silikon... 13 2.6.1 Sifat Fisik Silikon... 13 2.6.2 Diagram Fase Paduan Alumunium Silikon... 14 2.6 Sifat-Sifat Mekanik Material... 14 2.7 Pengujian Spesimen... 16 2.7.1 Uji Impak... 16 2.7.1 Pengujian Struktur Mikro... 22 BAB III METODE PENELITIAN... 24 3.1 Diagram Alir Penelitian... 24 3.2 Bahan dan Alat Penelitian... 25 3.2.1 Bahan Penelitian... 25 3.2.2 Alat Penelitian... 27 3.3 Variabel Penelitian... 33 3.3.1 Variabel Bebas... 33 3.3.2 Variabel Terikat... 33 vi
3.3.3 Variabel Kontrol... 33 3.4 Pelaksanaan Penelitian... 33 3.3.1 Proses Pembuatan Spesimen (Proses Pengecoran)... 33 3.3.2 Proses Pengujian Spesimen... 36 3.5 Waktu dan Tempat Penelitian... 40 3.5.1 Tempat Penelitian... 40 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 41 4.1 Data Hasil Penelitian... 41 4.2 Data Hasil Pengujian Permeabilitas Pasir... 41 4.3 Hasil Uji Impak... 42 4.4 Data Struktur Makro Spesimen Uji Impak... 47 4.5 Data Struktur Mikro Spesimen Uji Impak... 49 4.5.1 Pembahasan Struktur Mikro... 52 4.6 Pembahasan... 53 BAB V PENUTUP... 54 5.1 Kesimpulan... 54 5.2 Saran... 54 DAFTAR PUSTAKA... 55 LAMPIRAN vii
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Proses pembuatan benda cor... 6 Gambar 2.2 Pengecoran dengan cetakan pasir... 7 Gambar 2.3 Bentuk butir-butir pasir cetak... 9 Gambar 2.4 Grafik Diagram fasa Al-Si ( Tottendan Mac Kenzie, 2003 )... 14 Gambar 2.5 Ilustrasi Uji Impak... 17 Gambar 2.6 Skema dari Mikroskop Optik... 23 Gambar 3.1 Pasir cetak... 25 Gambar 3.2 Alumunium... 26 Gambar 3.3 Silikon... 27 Gambar 3.4 Dapur pengecoran... 27 Gambar 3.5 Blower... 27 Gambar 3.6 Kowi... 28 Gambar 3.7 Timbangan... 28 Gambar 3.8 Permeabilitas test... 28 Gambar 3.9 Timbangan digital... 29 Gambar 3.10 Vernier caliper... 29 Gambar 3.11 Gergaji tangan... 29 Gambar 3.12 Amplas... 30 Gambar 3.13 Autosol... 30 Gambar 3.14 Kain beludru... 31 Gambar 3.15 Alat uji Impact... 31 Gambar 3.16 Alat Uji Mikroskop Optik... 32 Gambar 3.17 Bagian cetakan pasir a) Dimensi cetakan penuh, b) bagian dalam cetakan... 34 Gambar 3.18 Proses peleburan... 35 Gambar 4.1 Skema Spesimen Pengujian Uji Impak (ASTM E-23)... 42 Gambar 4.2 Grafik Nilai Rata-rata Kekuatan Impak Terhadap Variasi Permaebilitas dan Temperatur Tuang... 46 Gambar 4.3 Struktur makro patahan spesimen dengan variasi permaebilitas dengan temperatur tuang 680 o C... 47 Gambar 4.4 Struktur makro patahan spesimen dengan variasi permaebilitas dengan temperatur tuang 730 o C... 48 Gambar 4.5 Struktur makro patahan spesimen dengan variasi permaebilitas dengan temperatur tuang 780 o C... 49 Gambar 4.6 Struktur mikro spesimen dengan masing-masing variasi permaebilitas dan temperatur tuang... 52 viii
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Jenis Logam dan Temperatur Tuang... 6 Tabel 2.2 Sifat Fisik Aluminium... 12 Tabel 2.3 Sifat mekanik aluminium... 13 Tabel 4.1 Hasil pengukuran permeabilitas pasir.... 41 Tabel 4.2 Data Ukuran Spesimen Impak... 42 Tabel 4.3 Data Hasil Uji Impak... 13 ix
DAFTAR RUMUS Halaman Rumus 2.1 Impact strength... 18 Rumus 2.2 Energi yang diserap... 18 Rumus 2.3 Energi Awal... 18 Rumus 2.4 Energi Akhir... 18 x
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Aluminium adalah logam non ferro yang sangat luas penggunannya di bidang industri.logam alumium mempunyai sifat-sifat penting diantaranya adalah ringan,tahan korosi, dan penghantar panas yang baik yang menyebabkan aluminium dipilih menjadi salah satu bahan untuk membuat komponen mesin yang memiliki sifat ringan seperti pulley, velg, piston dan lain sebagainya (Khoirrudin, dkk, 2014). Aluminium lebih banyak dipakai sebagai paduan dari pada sebagai logam murni, dikarenakan aluminium tidak kehilangan sifat ringan dan sifat-sifat mekanisnya dan mampu cornya dapat diperbaiki dengan menambah unsur-unsur lainnya. Unsur paduan pada aluminium diantaranya : tembaga, mangan, silikon, magnesium, nikel, dan sebagainya (Surdia dan Kenji, 1986). Paduan aluminium-silikon (Al-Si) digunakan secara luas dibidang otomotif karena memiliki ketahanan aus dan tahan korosi yang baik. Tingginya penggunaan logam aluminium di industri manufacture tidak lepas dari teknologi pengecoran yaitu membentuk suatu material logam dengan cara mencairkan logam dan menuangkan ke rongga cetak yang berbentuk sesuai material logam yang diinginkan (Akuan A,2010).Kadang-kadang produk yang akan diinginkan mempunyai bentuk yang rumit dan sulit untuk dibentuk melalui proses permesinan, sehingga harus dibentuk melalui proses pengecoran. Untuk membuat coran harus dilakukan proses-proses seperti: pencairan logam, pembuatan cetakan pasir, penuangan, dan pembongkaran (Wibowo,2012). Pengecoran yang paling banyak digunakan di home industry adalah pengecoran cetakan pasir (sand casting) (Suhardi,1992). Pengecoran ini menggunakan cetakan yang terbuat dari pasir. Pasir yang dipakai dapat dibentuk lagi menjadi cetakan. Pengecoran dengan cetakan yang terbuat dari pasir memiliki keunggulan biayanya yang murah, mudah dalam pengerjaanya, dapat membuat benda-benda kerja yang bentuknya rumit dan berukuran besar (Khoirrudin, dkk, 2014). 1
Hasil coran aluminium yang digunakan pada komponen mesin, masih banyak yang mengalami kerusakan sehingga dilakukan pergantian komponen. Penggantian komponen ini, salah satunya disebabkan oleh beban yang diterima komponen mesin secara terus menerus dan cacat hasil coran.timbulnya cacat-cacat tersebut dipengaruhi beberapa hal diantaranya kemampuan alir gas (permeabilitas) dan kekuatan cetak yang kurang baik(astika, dkk, 2010).Cacat coran dapat juga dipengaruhi oleh letak saluran masuk yang kurang baik, yang akan meningkatkan presentase cacat porositas yang menyebabkan semakin rendah nilai kekerasanya (Kusharjanto, Ariwan, &Murjoko, 2011). Kajian tentang pengecoran dengan pengaruh variasi jumlah saluran masuk terhadap struktur mikro dan ketangguhannya pada aluminium silikon menggunakan cetakan pasir. Hasil dari penelitian tersebut diketahui harga ketangguhan impak rata-rata hasil coran aluminium semakin menurun dengan bertambahnya jumlah saluran masuk yang menyebabkan kekerasan meningkat sehingga menjadikannya bersifat semakin getas dan semakin banyak jumlah variasi saluran masuk pada hasil coran ditunjukan bahwa struktur mikro yang terbentuk memiliki butiran Al-Si yang berbentuk panjang seperti jarum yang berwarna gelap tersebar merata dipermukaan aluminium (Khoirrudin, dkk, 2014). Dari kajian sebelumnya peneliti akan meneliti tentang pengaruh permeabilitas dengan variasi temperatur tuang. Penelitian ini difokuskan untuk mengetahui pengaruh permeabilitas dan temperatur tuang terhadap sifat impak melalui uji ketangguhan dan struktur mikro pada paduan (Al-7%Si) dengan menggunakan metode sand casting. Permeabilitas adalah kemampuan cetakan untuk melepaskan gas-gas yang terperangkap dalam cetakan selama waktu penuangan. Pengujian impak adalah suatu pengujian dilakukan untuk mengetahui kekuatan bahan terhadap pembebanan kejut (shock resistance), seperti sifat kerapuhan dari produk tuangan (casting) serta pengaruh bentuk dari produk tersebut (Sudjana, 2008) sedangkan pemeriksaan struktur mikro memberikan informasi tentang bentuk struktur, dan ukuran butir. Penelitian ini diharapkan mampu mengetahui kemampuan produk pengecoran terhadap beban impak dari berbagai temperatur yang di ukur dan diharapkan dapat meningkatkan produktifitas hasil coran. 2
1.2 Rumusan Masalah 1. Bagaimanakah pengaruh permeabilitas dan temperatur tuang terhadap kekuatan impak hasil coran Aluminium silikon(al-7%si). 2. Bagaimanakah pengaruh permeabilitas dan temperatur tuang terhadap struktur mikro hasil coran Aluminium silikon(al-7%si). 1.3 Batasan Masalah 1. Bahan yang diteliti adalah logam paduan aluminium silikon (Al-7%Si) dengan variasi permeabilitas dengan variasi temperatur tuang. 2. Paduan alumunium silikon (Al-7%Si) di lebur dan dituang kemasing-masing variasi permeabilitas dengan temperatur yang berbeda. 3. Temperatur penuangan yang digunakan dalam proses pengecoran adalah 680, 730, dan 780 0 C. 4. Nilai variasi permeabilitas cetakan pasir yang digunakan adalah 22.29 cm 3 /min, 27.06 cm 3 /min, dan 31.62 cm 3 /min 5. Pengujian yang dilakukan adalah uji impact, dan uji struktur mikro. 6. Komposisi pasir cetak : 85% pasir, 10% bentonit, dan 5%air. 1.4 Tujuan Penelitian 1. Mengetahui pengaruh permeabilitas dan temperatur tuang terhadap sifat impak hasil coran aluminium silikon (Al-7%Si) dengan metode cetakan pasir. 2. Mengetahui pengaruh permeabilitas dan temperatur tuang terhadap stuktur mikro hasil coran aluminium silikon (Al-7%Si) dengan metode cetakan pasir. 1.5 Manfaat Penelitian Penelitian ini diharapkan dapat diperoleh suatu manfaat berupa : 1. Dapat memberikan pengetahuan tentang pengaruh permeabilitas cetakan pasir pada alumunium silikon. 2. Dapat menerapkan ilmu dari teori yang dipelajari dengan praktek langsung dalam pengecoran Alumunium. 3. Dapat memberi pengetahuan tentang hasil penelitian yang telah dilakukan guna referensi penelitian selanjutnya. 4. Dapat membuat produk yang berkualitas dengan mengetahui sifat-sifat bahan dari hasil pengujian impak 3
4