KEKERASAN, STRUKTUR MIKRO, DAN KONTUR PERMUKAAN
advertisement
KEKERASAN, STRUKTUR MIKRO, DAN KONTUR PERMUKAAN HASIL CORAN ALUMUNIUM SILIKON (Al7%Si) MENGGUNAKN METODE EVAPORATIVE CASTING DENGAN VARIASI DENSITAS STYROFOAM Oleh : I Wayan Sahhendra Dosen Pembimbing : Dr.Ir. I Ketut Gede Sugita, MT : Dewa Ngakan Ketut Putra Negara,St,MSc ABSTRAK Pengecoran lostfoam (evaporative casting) adalah salah satu metode pengecoran logam dengan menggunakan pola polystyrene foam sebagai cetakan. Cetakan dari pola berbahan polystyrene foam mudah dibuat dan murah. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui perbedaan kekerasan, kekasaran, dan struktur mikro hasil coran dengan menggunakan variasi densitas styrofoam. Penelitian ini dilakukan dengan membuat cetakan dari styrofoam dengan densitas 0,038 g/cm3 , 0,016 g/cm3 , dan 0,011 g/cm3. Proses pengecoran dimulai dari peleburan logam paduan aluminium silicon dengan suhu tuang 750 ˚ C kemudian didinginkan hingga mencapai suhu ruangan dilanjutkan dengan pemerikasan hasil coran. Setelah lulus pemeriksaan hasil coran dilakukan pembuatan sepsimen uji dan dilakukan pengujian kekerasan, kekasaran, dan pengamatan struktur mikro. Hasil penelitian ini menunjukan bahwa cetakan dengan densitas berbeda menghasilkan kekerasan, kekasaran, dan stuktur mikro yang berbeda pula. Berdasarkan hasil uji kekerasan, kekasaran permukaan, dan pengamatan struktur micro didapatkan hasil maksimal pada specimen dengan cetakan styrofoam dengan densitas 0,011 g/cm3 dengan nilai kekerasan 44.44 dan nilai kekasaran permukaan dengan nilai 0.07mm. Kata kunci :Evaporative casting, uji kekerasan, uji kekasaran permukaan, strukturmikro, densitas styrofoam DAFTAR ISI Halaman LEMBAR PENGESAHAN................................................................................... i LEMBAR PERSETUJUAN.................................................................................. ii ABSTRAK.............................................................................................................. iii ABSTRACT............................................................................................................ iv KATA PENGANTAR............................................................................................. v DAFTAR ISI........................................................................................................... vi DAFTAR GAMBAR.............................................................................................. ix DAFTAR TABEL................................................................................................... x BAB I PENDAHULUAN...................................................................................... 1 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 BAB II LANDASAN TEORI............................................................................... 4 2.1 Pengecoran Logam............................................................................. 4 2.2 Metode Pengecoran............................................................................ 4 2.3 Teknik-Teknik Pengecoran Logam..................................................... 6 2.3.1 Pengecoran Cetakan Pasir....................................................... 6 2.3.2 Pengecoran Gravitasi............................................................... 10 2.3.3 Permanent Mold Casting.......................................................... 12 2.3.4 Pengecoran Cetak Tekan........................................................... 12 2.3.5 High Pressure Die Casting....................................................... 14 2.3.6 Kelebihan dan Kelemahan Teknik Pengecoran........................ 15 2.4 Pengecoran Lostfoam ......................................................................... ........................................................................................................17 2.4.1Pasir Cetak.................................................................................. ........................................................................................................19 2.4.2 Pola Polysterene Foam / Sterofoam........................................... ........................................................................................................20 2.4.3Penuangan................................................................................... ........................................................................................................21 2.4.4 Alumunium................................................................................ ........................................................................................................22 2.4.5 Silikon........................................................................................ ........................................................................................................24 2.4.6 Diagram Fase Paduan Alumunium Silikon............................... ........................................................................................................25 2.5 Cacat-Cacat Pada Hasil Pengecoran .................................................. 25 2.5.1 Jenis-Jenis Cacat Pengecoran.................................................. 26 1. Porositas............................................................................. 26 2. Cacat Porositas Shrinkage.................................................. 27 3. Hot Tear and Crack........................................................... 28 4. Inclusion............................................................................ 28 5. Misruns.............................................................................. 29 6. Cold Shuts.......................................................................... 29 7. Shrinkage........................................................................... 30 2.6 Kekasaran Permukaan........................................................................ 33 2.6.1 Permukaan............................................................................... 33 2.6.2 Parameter Kekasaran Permukaan ........................................... 34 2.6.3 Toleransi Kekasaran Permukaan............................................... 35 2.6.4 Penunjukkan Konfigurasi Permukaan...................................... 37 2.6.5 Dial Gauge................................................................................ 37 2.6.6 Standar Deviasi ........................................................................ 37 2.7 Uji Kekerasan (Uji Kekerasan Vickers)..................................................... 39 2.8 Pengujian Stuktur Micro............................................................................. 40 2.8.1 Tes Metalography............................................................................. 41 2.8.2 Dasar Teori Mikro............................................................................. 2.9 Densitas................................................................................................ ........................................................................................................44 BAB III METODE PENELITIAN...................................................................... 45 3.1 Diagram Alir Penelitian...................................................................... .............................................................................................................................45 3.2 Bahan dan Alat Penelitian................................................................... .............................................................................................................................47 3.2.1 Bahan Penelitian....................................................................... ........................................................................................................47 1. Alumunium......................................................................... ........................................................................................................47 2. Silikon................................................................................. ........................................................................................................47 3. Pasir Cetak.......................................................................... ........................................................................................................48 4. Arang Kayu......................................................................... ........................................................................................................48 3.2.2 Alat Penelitian.......................................................................... ........................................................................................................49 1. Alat Pengecoran Spesimen............................................... ............................................................................................49 2. Alat Uji Spesimen Hasil Pengecoran................................ ............................................................................................53 3. Alat Pembuatan Spesimen................................................. ............................................................................................55 3.3 Pelaksanaan Penelitian........................................................................ ...............................................................................................................58 3.3.1 Proses Pengujian Spesimen...................................................... .............................................................................................................................59 1. Uji Kekasaran (Vickers)...................................................... .............................................................................................................................59 2. Pengukuran Kontur Permukaan.......................................... .............................................................................................................................62 3. Uji Stuktur Micro................................................................... 3.4 Waktu dan Tempat Penelitian ............................................................. ...............................................................................................................68 3.4.1 Waktu......................................................................................... .............................................................................................................................68 3.4.2 Tempat Penelitian...................................................................... .............................................................................................................................68 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN............................................................... 69 4.1 Data Hasil Penelitian.......................................................................... .............................................................................................................................69 4.2 Data Hasil Pengujian Kekerasan (Vickers)......................................... .............................................................................................................................69 4.3 Uji Kontur Permukaan........................................................................ ...............................................................................................................72 4.4 Struktur Mikro .................................................................................... ...............................................................................................................76 64 4.5 Pembahasan ........................................................................................ ...............................................................................................................78 BAB V PENUTUP................................................................................................. 81 5.1 Kesimpulan......................................................................................... .............................................................................................................................81 5.2 Saran................................................................................................... .............................................................................................................................81 DAFTARPUSTAKA LEMBAR PERNYATAAN LAMPIRAN DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Pengecoran dengan cetakan pasir (sand casting).......................... 6 Gambar 2.2 Teknik pengecoran gravitasi.......................................................... 11 Gambar 2.3 Permanent Mold Casting............................................................... 12 Gambar 2.4 Teknik Die Casting....................................................................... 12 Gambar 2.5 Hot Chamber Process.................................................................... 13 Gambar 2.6 14 High Pressure Die Casting(HPDC)............................................... Gambar 2.7 Diagram fasa Al-Si......................................................................... 24 Gambar 2.8 Porositas gas.................................................................................. 26 Gambar 2.9 Porositas shrinkage........................................................................ 27 Gambar 2.10 Hot tear and Crack........................................................................ 27 Gambar 2.11 Inclusion........................................................................................... 28 Gambar 2.12 Misruns............................................................................................ 28 Gambar 2.13 Cold shut.......................................................................................... 29 Gambar 2.14 Kekasaran, gelombang dan kesalahan bentuk dari suatu permukaan 33 Gambar 2.15 Profil suatu permukaan.................................................................... 34 Gambar 2.16 Penunjukan konfigurasi permukaan................................................. 36 Gambar 2.17 Alat uji Vickers................................................................................. 39 Gambar 2.18 Specimen, ukuran, dan bentuk obyek pembesaran............................ ........................................................................................................................ 41 Gambar 2.19 Pengaruh etsa terhadap permukaan specimen.......................................... Gambar 2. 20 pantulan sinar pada pengamatan metalography....................................... 44 Gambar 3.1 Alumunium...................................................................................... 47 Gambar 3.2 Silikon ............................................................................................. 47 Gambar 3.3 48 Pasir cetak ....................................................................................... Gambar 3.4 Arang kayu..................................................................................... 48 Gambar 3.5 Dapur Peleburan ............................................................................. 49 Gambar 3.6 Blower ............................................................................................ 49 Gambar 3.7 Kowi................................................................................................. 50 Gambar 3.8 Tang panjang.................................................................................. 50 Gambar 3.9 Timbangan .................................................................................... 51 Gambar 3.10 Cetakan pasir.................................................................................. 52 Gambar 3.11 Styrofoam....................................................................................... 52 Gambar 3.12 Alat potong Styrofoam................................................................... 53 Gambar 3.13 Alat uji kekerasan............................................................................. 54 Gambar 3.14 Mitutoyo surftest SJ-210.................................................................. 54 Gambar 3.15 Microscop optic ....................................................................................... Gambar 3.16 Varnier Caliper................................................................................. 55 Gambar 3.17 Gregaji Tangan................................................................................. 56 Gambar 3.19 Amplas............................................................................................. 56 Gambar 3.20 Aoutosol........................................................................................... 57 Gambar 3.21 Kain Beludru.................................................................................... 57 Gambar 3.22 Cetakan tiga dimensi........................................................................ 58 Gambar 3.22 Dial gauge dan ragum...................................................................... 62 Gambar 3.23 Struktur micro specimen dengan densitas Styrofoam 0,038 g/cm3........... Gambar 3.24 Struktur micro specimen dengan densitas Styrofoam 0,016g/cm3............ Gambar 3.25 Struktur micro specimen dengan densitas Styrofoam 0,011 g/cm3............... ......................................................................................................................................... Gambar 3.26 Struktur micro specimen dengan cetakan pasir......................................... Gambar 4.1 Grafik Uji Kekerasan (Vikers).............................................................. 72 Gambar 4.2 Grafik Kontur Permukaan dengan Spesimen Cetakan Pasir.............. 74 Gambar 4.3 Grafik Kontur Permukaan Spesimen dengan Cetakan Polysterene Foam Densitas 0,038 g/cm3..................................................................................... 74 Gambar 4.4 Grafik Kontur Permukaan Spesimen dengan Cetakan Polysterene Foam Densitas 0,011 g/cm3....................................................................................................... Gambar 4.5 Grafik Kontur Permukaan Spesimen dengan Cetakan Polysterene Foam Densitas 0,016g/cm3............................................................................................75 Gambar 4.6 Atlas Struktur Micro Alumunium Silikon Al-7%Si............................ 76 Gambar 4.7 Struktur Mikro Spesimen Cetakan Pasir............................................. 76 Gambar 4.8 Struktur Mikro Spesimen Dengan Densitas Styrofoam 0,038 g/cm3. . 77 Gambar 4.9 Struktur Mikro Spesimen Dengan Densitas Styrofoam 0,016g/cm3... 77 Gambar 4.10 Struktur Mikro Spesimen Dengan Densitas Styrofoam 0,011g/cm3. 7 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Macam-macam temperature penuangan logam cair kedalam cetakan 8 Tabel 2.2 Sifat Fisik alumunium........................................................................ 22 Tabel 2.3 Sifat mekanik alumunium................................................................... 23 Tabel 2.4 Cacat-cacat pengecoran...................................................................... 29 Tabel 2.5 Toleransi harga kekasaran rata-rata Ra................................................ 35 Tabel 2.6 Toleransi harga kekasaran rata-rata Ra dari hasil pengerjaan beberapa proses pengerjaan..................................................................................................... 36 Tabel 3.1 Data uji kekerasan paduan 97% AL 7% Si......................................... 61 Tabel 3.2 Data uji kekasaran permukaan paduan 97% AL 7% Si...................... 63 Tabel 3.3 Jadwal penelitian................................................................................ 68 Tabel 4.1 Data uji kekerasan paduan alumunium silicon (Al-7%Si)................. 71 Tabel 4.2 Hasil penghitungan kontur permukaan dengan dial gauge................ 73 Tabel 4.3 78 Rangkuman hasil penelitian................................................................ BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Alumunium merupakan logam yang banyak digunakan dalam berbagai aplikasi. Produk- produk alumunium sering dihasilkan melalui proses pengecoran (casting). Alumunium hasil pengecoran banyak dijumpai dalam rumah tangga dan komponen otomotif seperti misalnya velg, piston, block mesin, dan lain sebagainya. Di sisi lain keberadaan lostfoam yang mudah dibentuk, murah, dan berlimpah menjadi motivasi penulis untuk mengadakan penelitian dengan menggunakan metode “Pengecoran Evaporative” menggunakan bahan dasar campuran alumunium dan silikon dengan variasi densitas sterofoam untuk mendapatkan perbandingan kekerasan, kekasaran, dan stuktur micro hasil coran yang sesuai dengan yang diinginkan. Tujuan mencari perbandingan kekerasan, kekasaran, dan stuktur micro pada benda cor adalah sebagaimana diketahui campuran alumunium silicon banyak di gunakan sebagai bahan dasar pembuatan piston, dalam pembuatan piston kekerasan, kekasaran, dan stuktur micro piston sangat berpengaruh terhadap kinerja mesin dan daya tahan mesin. Pengecoran lostfoam (evaporative casting) adalah salah satu metode logam dengan menggunakan pola polystyrene foam. Metode ini ditemukan dan dipatenkan oleh Shroyer pada tahun 1958 (Shroyer, 1958). Pada tahun 1964, konsep penggunaan cetakan pasir kering tanpa pengikat telah dikembangkan dan dipatenkan oleh Smith (Smith, 1964). Pengecoran lostfoam merupakan langkah baru dalam memproduksi benda-benda dengan metode pengecoran. Pada saat ini belum banyak industri pengecoran logam yang menggunakan metode ini dalam memproduksi benda cor. Sedikitnya industri yang menerapkan metode pengecoran ini mungkin dikarenakan mereka belum banyak mengetahui seluk beluk metode pengecoran lostfoam. Usaha penelitian dan perbaikan pada metode pengecoran lostfoam telah banyak dilakukan oleh para peneliti baik dengan melakukan eksperimen langsung atau dengan pendekatan metode numerik untuk mensimulasi proses pengecoran ini. Pengecoran lostfoam memiliki banyak keuntungan. Cetakan dari pola berbahan polystyrene foam mudah dibuat dan murah. Pasir yang digunakan dapat dengan mudah digunakan lagi karena tidak menggunakan pengikat. Penggunaan cetakan foam meningkatkan keakuratan dimensi dan memberikan peningkatan kualitas coran dibandingkan dengan cetakan konvensional. Sudut-sudut kemiringan draft dapat dikurangi atau dieliminasi. Pengecoran lostfoam dapat memproduksi benda yang kompleks, tidak ada pembagian cetakan, tidak memakai inti, mengurangi tenaga kerja dalam pengecorannya sehingga cepat untuk membuat benda-benda prototype. Banyak faktor yang mempengaruhi hasil pengecoran dengan metode pengecoran lostfoam. Ukuran benda cor, ukuran pasir silika, densitas jenis sterofoam, lama penggetaran cetakan, ukuran benda dan komposisi material yang dituang. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kekerasan dan kontur permukaan hasil coran menggunakan teknik pengecoran evaporative dengan variasi densitas sterofoam. 1.2 Perumusan Masalah Berdasarkan latar belakang diatas maka dapat disusun perumusan masalah yang terkait penelitian ini yaitu bagaimanakah kekerasan, kontur permukaan, dan stuktur micro hasil coran menggunakan teknik pengecoran evaporative dengan variasi densitas sterofoam. 1.3 Batasan Masalah Agar penelitian ini tidak meluas atau menyebar dari masalah yang dirumuskan, maka perlu adanya pembatasan penelitian. Dimana batasan batasannya adalah sebagai berikut : 1. 2. Suhu tuang alumunium silikon adalah 750 ˚ C. Bahan yang digunakan adalah paduan alumunium silikon dengan komposisi 3. 4. campuran alumunium silikon (Al-7%Si). Pasir yang digunakan adalah pasir silica. Untuk pembuatan pola cetak menggunakan Polystyrene foam dengan densitas 5. 0,038 g/cm3 , 0,016 g/cm3 , dan 0,011 g/cm3 Pengujian yang dilakukan adalah uji kekerasan, struktur mickro, dan kekasaran 1.4 hasil coran. Tujuan Penelitian Adapun tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh densitas sterofoam terhadap kekerasan, struktur micro, dan kontur permukaan alumunium silikon (Al93%-Si7%) pada pengecoran evaporative. 1.5 Manfaat Penelitian Diharapkan penelitian ini dapat memberikan manfaat sebagai berikut : 1. Memberikan acuan bagi industri pengecoran tentang pengaruh densitas 2. sterofoam terhadap hasil coran dengan pengecoran evaporative. Memberikan kontibusi positif dengan manfaat pengecoran evaporative tentang 3. pemanfaatan limbah lostfoam. Dapat mengklasifikasikan sterofoam baik yang digunakan untuk pengecoran lostfoam untuk mendapatkan hasil coran yang diinginkan.
