TUGAS AKHIR
Pengaruh Variasi Temperatur Tuang Dan Jumlah Saluran Turun Terhadap kualitas Coran Berbahan Besi Cor ( FC 25 )
Disusun : Andika Sixtiyas D 200 040 073
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA Maret 2011
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul: Pengaruh Variasi Temperatur Tuang Dan Jumlah Saluran Turun Terhadap Kualitas Coran Berbahan Besi Cor (FC 25)”, yang dibuat untuk memenuhi sebagian syarat memperoleh derajat sarjana S1 pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan atau duplikasi dari skripsi yag sudah dipublikasikan dan atau pernah dipakai untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di lingkungan Universitas Muhammadiyah Surakarta atau instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya saya cantumkan sebagaimana mestinya.
Surakarta, Maret 2011 Yang menyatakan
Andika Sixtiyas
ii
HALAMAN PERSETUJUAN Tugas Akhir berjudul “Pengaruh Variasi Temperatur Tuang Dan Jumlah Saluran Turun Terhadap Kualitas Coran Berbahan Besi Cor (FC 25)”, telah disetujui Pembimbing dan diterima untuk memenuhi persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Teknik.
Dipersiapkan oleh : Nama
: ANDIKA SIXTIYAS
NIM
: D 200 040 073
Disetujui pada Hari
:
Tanggal
:
Pembimbing Utama
Pembimbing Pendamping
Ir. H. Masyrukan, MT.
Ir. Bibit Sugito, MT.
iii
HALAMAN PENGESAHAN Tugas Akhir berjudul “Pengaruh Variasi Temperatur Tuang Dan Jumlah Saluran Turun Terhadap Kualitas Coran Berbahan Besi Cor (FC 25)”, telah disetujui Pembimbing dan diterima untuk memenuhi persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Teknik.
Dipersiapkan oleh : Nama
: ANDIKA SIXTIYAS
NIM
: D 200 040 073
Disahkan pada Hari
: ___________
Tanggal
: ___________
Tim Penguji : Ketua
: Ir. H. Masyrukan, MT
……...........................................
Anggota
: Ir. Bibit Sugito, MT
.................................................
Anggota
: Dr. Supriyono
.................................................
Dekan
Ketua Jurusan
Ir. Agus Riyanto, MT.
Ir. Sartono Putro, MT.
iv
HALAMAN SOAL TUGAS AKHIR
v
HALAMAN MOTTO
Katakanlah: “Sesungguhnya sholatku, ibadakku, hidupku, dan matiku hanyalah untuk Allah, Tuhan semesta alam (Q.S. Al-An’aam (6) : 162) Sesungguhnya Alloh tidak akan mengubah keadaan suatu kaum, sehingga mereka akan menggubah keadaan yang ada pada diri mereka sendiri. (Q.S. Ar Ra’d (13) : 11) “Orang yang paling utama diantara manusia adalah orang mukmim yang mempunyai ilmu, dimana kalau dibutuhkan (orang) dia membawa manfaat/memberi petunjuk, dan kalau tidak dibutuhkan dia memperkaya/menambah sendiri pengetahuannya”. (HR. Baihaqi) JADILAH DIRIMU SENDIRI, JANGAN JADI ORANG LAIN.
Andika Sixtiyas
vi
HALAMAN PERSEMBAHAN
Dengan perasaan syukur, bangga, haru, dan penghargaan yang mendalam, setelah melewati berbagai cobaan, halangan maupun rintangan dalam perjuangan yang panjang, Aku mempersembahkan Tugas Akhir ini kepada : ¾ Ibunda tercinta “Sri Wasiati”, dengan kebesaran cintanya, yang senantiasa menuntunku dan mencurahkan hamparan do’a untukku, mengajariku arti hidup dan kehidupan, sehingga aku dapat menghargai setiap waktu dan kesempatan. ¾ Ayahanda “Sujito Harjono”, terima kasih Ayah, ku persembahkan gelar ini buat mu yang telah lama engkau nanti. ¾ Buat kakak-kakakku dan adik-adikku. ¾ Saudara-saudaraku seiman seagama. ¾ Teman-teman
mahasiswa
jurusan
Muhammadiyah Surakarta angkatan 2004.
vii
Teknik
Mesin
Universitas
KATA PENGANTAR
Assalaamu’alaikum Wr. Wb. Alhamdulillaahirabbil’aalamin, segala puji syukur kita panjatkan kepada Allah SWT, Tuhan Yang Maha Mulia lagi Maha Perkasa. Karena atas rahmatNya yang senantiasa memberikan pertolongan serta hidayah-Nya yang telah membukakan pintu dalam hati dan pikiran, sehingga penulis mampu menyelesaikan penelitian dan penyusunan skripsi ini dengan baik. Shalawat serta salam semoga tetap tercurah kepada junjungan Nabi besar kita Muhammad SAW, beserta keluarga, sahabat-sahabatnya, tabi’ien, tabi’iet - tabi’ien, dan seluruh pengikut setia Nabi Muhammad SAW sampai akhir zaman, Amiin. Adapun tugas akhir ini merupakan salah satu syarat untuk mencapai gelar Sarjana Tenik dari Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta yang mempunyai arti penting, selain sebagai salah satu mata kuliah wajib, juga untuk menerapkan ilmu yang dipelajari selama ini sebagai aktualisasi secara nyata, seperti yang diwujudkan dalam penyusunan Tugas Akhir ini. Dalam penyusunan tugas akhir
ini, cukup banyak hambatan dan
permasalahan yang penulis hadapi. Namun berkat rahmat Allah SWT melalui berbagai pihak yang telah memberikan dorongan, bimbingan, arahan serta bantuan maka segala permasalahan tersebut telah dilalui.
viii
Maka pada kesempatan ini penulis bermaksud untuk menyampaikan ucapan terima kasih yang sedalam-dalamnya kepada yang terhormat : 1. Bapak Ir. Agus Riyanto, MT, selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. 2. Bapak Ir. Sartono Putro, MT, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. 3. Bapak Ir. H. Masyrukan, MT, selaku Dosen Pembimbing I yang telah membimbing, mengarahkan, memberikan petunjuk dalam penyusunan Tugas Akhir ini dengan sangat perhatian, baik, sabar dan ramah. 4. Bapak Ir. Bibit Sugito, MT, selaku Dosen Pembimbing II yang telah membimbing, mengarahkan, memberikan petunjuk dalam penyusunan Tugas Akhir ini dengan sangat perhatian, baik, sabar dan ramah. 5. Bapak Nur Aklis, ST, selaku pembimbing akademik. 6. Dosen Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta yang telah memberikan ilmu pengetahuan kepada penulis selama mengikuti kegiatan kuliah. 7. Kedua orang tuaku serta Seluruh kakak - kakakku dan adik-adikku yang setiap waktu selalu mendoakan, memberikan semangat, dorongan, motivasi dan biaya selama ini. 8. Teman-teman seperjuanganku, Santosa, Sarno, Yogie, mas Joko,Budi, terima kasih kerja samanya. 9. Mas Sri Partopo TU, terima kasih atas semua bantuan yang telah diberikan. 10. Teman–teman TM’04, atas kerjasama dan kekompakannya.
ix
Mudah-mudahan Allah SWT senantiasa mencurahkan rahmad-Nya terhadap ketulusan semua pihak yang telah membantu penyusunan skripsi ini dan semoga dijadikan-Nya sebagai amalan jariyah sebagai bekal untuk kehidupan masa depan. Amin. Dan penulis menyadari sepenuhnya bahwa tugas akhir ini banyak terdapat kekurangan yang perlu untuk penyempurnaan. Maka dari itu saran serta kritikan yang dapat membangun sangatlah penulis harapkan demi kesempurnaan dalam penulisan ini. Wassalaamu’alaikum Wr. Wb.
Surakarta, Maret 2011
Penulis
x
PENGARUH VARIASI TEMPERATUR TUANG DAN JUMLAH SALURAN TURUN TERHADAP KUALITAS CORAN BERBAHAN BESI COR ( FC 25 ) Andika Sixtiyas, Masyrukan, Bibit Sugito Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. A. Yani Pabelan Tromol Pos 1 Pabelan, Kartasura Email :
[email protected] ABSTRAKSI Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui kekuatan tarik pada uji tarik, harga kekerasan,harga Impact, hasil foto mikro,hasil uji komposisi kimia dari besi cor (FC 25),mengetahui kualitas coran yang dipengaruhi variasi temperatur tuang dan jumlah saluran turun,mengetahui laju temperatur tuang yang bagus untuk proses penuangan pada pengecoran,mengetahui jumlah saluran turun yang bagus untuk pengecoran. Alat uji yang digunakan untuk pengujian adalah alat uji metode Vickers (Piramida Intan) untuk uji kekerasan, alat uji servo pulser untuk uji tarik, alat uji Charpy Test model takik V untuk uji impact, alat uji Spectro Unsur untuk uji komposisi kimia, alat uji Microscope Olympus Photomicrographic System untuk uji struktur mikro. Dari hasil uji kekerasan, didapat harga kekerasan tertinggi yaitu spesimen C (C2), sebesar 0,256 kg/mm². Dari hasil uji tarik, didapat nilai Tegangan Tarik semua sama yaitu sebesar 124,841 N/mm².Nilai Regangan dan ∆L terbesar ada di spesimen A( A1 ) dengan nilai Regangan 5,36×10 J/mm² dan ∆L 0,119 mm.Modulus Elastisitas terbesar di spesimen B (B1)sebesar 693,561 N/mm². Dari hasil uji Impact, didapat nilai Impact dan energi sisa terbesar ada di spesimen C ( C2 ) dengan nilai Impact 7,14×10 J/mm² dan energi sisa 148,04 J. Dari hasil photo mikro, pada photo terdapat perlit lebih banyak disamping grafit dan steadit.Perlit terbentuk dari susunan ferit (Fe) dan sementit (Fe3C),sedang sementit terbentuk dari ikatan 3 besi (Fe) dan 1 karbon (C)dengan perlit lebih banyak menyebabkan kekerasan dan kekuatan tarik lebih tinggi. Ferit lebih banyak menyebabkan kekerasan dan kekuatan tariknya rendah daripada perlit dan grafit yang tersebar merata,membaur membuat ikatan lebih besar yang menyebabkan kekerasan dan kekuatan tarik rendah.Grafit yang membentuk ikatan memiliki bentuk lamel yang membuat besi cor FC 25 tidak kuat dan getas. Dari hasil uji komposisi kimia, besarnya unsur karbon yaitu 3,692 %, yang artinya besi cor mempunyai kekuatan tarik tinggi, dan besi cor termasuk kategori besi cor kelabu karena mengandung unsur Si ≥ 2 %. Kata kunci : Pengecoran, Pasir Besi, Spesimen, Temperatur Tuang, Saluran Turun.
xi
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL ....................................................................................
i
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI .......................................................
ii
HALAMAN PERSETUJUAN .....................................................................
iii
HALAMAN PENGESAHAN .......................................................................
iv
HALAMAN SOAL TUGAS AKHIR ............................................................
v
HALAMAN MOTTO ..................................................................................
vi
HALAMAN PERSEMBAHAN ....................................................................
vii
KATA PENGANTAR .................................................................................
viii
ABSTRAKSI ...............................................................................................
xi
DAFTAR ISI ..............................................................................................
xii
DAFTAR GAMBAR ....................................................................................
xvi
DAFTAR TABEL ....................................................................................... xviii DAFTAR NOTASI .....................................................................................
xix
DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................
xx
BAB I PENDAHULUAN ...........................................................................
1
1.1. Latar Belakang .....................................................................
1
1.2. Tujuan Penelitian .................................................................
3
1.3. Manfaat Penelitian ...............................................................
3
1.4. Lingkup Penelitian .................................................................
4
1.5. Metode Penelitian ................................................................
4
1.6. Sistematika Penulisan ..........................................................
5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ..................................................................
7
2.1. Tinjauan Pustaka ..................................................................
7
2.2. Landasan Teori .....................................................................
9
2.2.1. Pengecoran (Casting) ................................................
9
2.2.2. Teknologi pengecoran dengan metode pasir .............
10
2.2.3. Pengecoran cetakan pasir .........................................
11
2.2.4. Pasir besi ...................................................................
15
xii
2.2.5. Diagram keseimbangan besi - karbon .......................
16
2.2.6. Besi cor .......................................................................
18
2.2.7. Macam – macam besi cor ..........................................
18
2.2.8. Pembekuan besi cor ..................................................
20
2.2.9. Struktur besi cor ........................................................
22
2.2.10. Pengaruh kandungan unsur pada struktur besi cor ...
25
2.2.11. Sifat fisis dan mekanis besi cor ..................................
27
2.3. Pengujian bahan ..................................................................
31
2.3.1. Pengujian kekerasan ..................................................
32
2.3.2. Pengujian tarik ............................................................
35
2.3.3. Pengujian impact .......................................................
39
2.3.4. Pengujian komposisi kimia ........................................
40
2.3.5. Pengujian struktur mikro ............................................
41
BAB III METODOLOGI PENELITIAN .......................................................
42
3.1. Rancangan penelitian ..........................................................
42
3.2. Persiapan Penelitian .............................................................
43
3.2.1. Bahan baku logam.......................................................
43
3.2.2. Bahan tambahan ........................................................
43
3.2.3. Persiapan pembuatan pola .........................................
45
3.2.4. Proses pembuatan cetakan ........................................
48
3.2.5. Proses peleburan .......................................................
56
3.2.6. Proses pemotongan ...................................................
58
3.2.7. Proses pengerjaan akhir .............................................
61
3.2.8. proses perbaikan coran ...............................................
63
3.2.9. Pembuatan spesimen uji .............................................
65
3.3. Instalasi pengujian ...............................................................
66
3.3.1. a) persiapan spesimen uji kekerasan .......................
66
b) persiapan Alat uji kekerasan ................................
66
c) Prosedur pengujian kekerasan .............................
68
3.3.2. a) persiapan spesimen uji tarik .................................
70
b) persiapan Alat uji tarik .......................................... .
xiii
70
c) Prosedur pengujian tarik .........................................
71
3.3.3. a) persiapan spesimen uji impact ..............................
71
b) persiapan Alat uji impact ........................................
72
c) Prosedur pengujian impact .....................................
73
3.3.4. a) persiapan spesimen uji komposisi kimia ................
74
b) persiapan alat uji komposisi kimia ..........................
74
c) prosedur pengujian kimia .......................................
75
3.3.5. a) persiapan spesimen uji struktur mikro ...................
75
b) persiapan alat uji ....................................................
76
c) prosedur pengujian struktur mikro ..........................
77
3.4. Pengukuran hasil pengujian .................................................
77
3.5. sampel spesimen ..................................................................
81
3.5.1. spesimen uji kekerasan ..............................................
82
3.5.2. spesimen uji tarik ........................................................
82
3.5.3. spesimen impact .........................................................
83
3.5.4. spesimen uji komposisi kimia .....................................
84
3.5.5. spesimen uji mikro ......................................................
84
3.6. lokasi penelitian ....................................................................
85
3.7. rancangan analisis data ........................................................
85
3.8. kesulitan ................................................................................
85
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ........................................................
89
4.1. Data Pengujian kekerasan vickers ......................................
89
4.1.1 pembahasan pengujian kekerasan vickers .................
91
4.2. data uji tarik ..........................................................................
92
4.2.1. pembahasan pengujian tarik ......................................
93
4.3. data uji impact ......................................................................
93
4.3.1. pembahasan pengujian impact ..................................
94
4.4. data uji komposisi kimia .......................................................
94
4.4.1. pembahasan pengujian komposisi kimia ...................
95
4.5. hasil foto mikro spesimen ....................................................
96
4.5.1. pembahasan hasil foto struktur mikro ........................
97
xiv
BAB V kesimpulan dan saran ...................................................................
99
5.1. Kesimpulan ...........................................................................
99
5.2. saran .................................................................................... 100 DAFTAR PUSTAKA .................................................................................. 101 LAMPIRAN................................................................................................. 105
xv
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1
Diagram keseimbangan besi - karbon ..............................
16
Gambar 2.2
Pembahasan struktrur besi cor ..........................................
21
Gambar 2.3
Diagram CCT .....................................................................
21
Gambar 2.4
Bentuk penyebaran grafik serpih ......................................
22
Gambar 2.5
Bentuk penyebaran grafik bulat ........................................
23
Gambar 2.6
Skematis prinsip dasar indentasi metode vickers .............
34
Gambar 2.7
Spesifikasi uji tarik .............................................................
37
Gambar 2.8
Kurva tegangan - regangan ..............................................
38
Gambar 2.9
Struktur mikro besi cor kelabu ...........................................
41
Gambar 3.1
Skema diagram alir penelitian ...........................................
42
Gambar 3.2
Tambahan pengerjaan mesin yang biasa untuk coran besi cor ....................................................................
Gambar 3.3
Tambahan pengerjaan mesin yang biasa untuk coran baja ..........................................................................
Gambar 3.4
47 47
Tambahan pengerjaan mesin yang biasa untuk coran paduan bukan besi ...........................................................
48
Gambar 3.5
Proses pembuatan cetakan dengan tangan .....................
51
Gambar 3.6
Contoh cetakan untuk 2 saluran tuang .............................
51
Gambar 3.7
Contoh cetakan untuk 3 saluran tuang ..............................
51
Gambar 3.8
Contoh cetakan untuk 4 saluran tuang ..............................
52
Gambar 3.9
Sekop pasir .......................................................................
52
Gambar 3.10 Alat penumbuk pasir ..........................................................
53
Gambar 3.11 Alat pengaduk pasir ...........................................................
54
Gambar 3.12 Sistem kerja dapur listrik ....................................................
57
Gambar 3.13 Over head crane ................................................................
59
Gambar 3.14 Kereta ladel ........................................................................
59
Gambar 3.15 Ladel besar ........................................................................
60
Gambar 3.16 Ladel kecil ..........................................................................
60
Gambar 3.17 Alat uji kekerasan vickers .................................................
67
xvi
Gambar 3.18 Tombol pemilih beban ( load ) pada alat uji kekerasan vickers .........................................................
67
Gambar 3.19 Jasa penunjuk uji kekerasan vickers .................................
68
Gambar 3.20 Tombol start alat uji vickers .............................................
69
Gambar 3.21 Alat uji tarik ........................................................................
70
Gambar 3.22 Alat uji impact ....................................................................
73
Gambar 3.23 Alat uji komposisi kimia .....................................................
75
Gambar 3.24 Alat uji struktur mikro .........................................................
77
Gambar 3.25 Mikroskop ..........................................................................
78
Gambar 3.26 Batang uji tarik setelah putus .............................................
79
Gambar 3.27 Gambar uji dan skematis pengujian impact ....................... .....80 Gambar 3.28 Spesimen uji komposisi kimia ...........................................
81
Gambar 3.29 Spesimen uji struktur mikro ................................................
81
Gambar 3.30 Spesimen uji kekerasan ....................................................
82
Gambar 3.31 Spesimen uji tarik ..............................................................
83
Gambar 3.32 Spesimen uji impact ...........................................................
83
Gambar 4.1. Histogram harga kekerasan vickers ................................
91
Gambar 4.2. Hasil foto struktur mikro .................................................... 91-97
xvii
DAFTAR TABEL Tabel 2.1. Pengolahan Pasir Besi .........................................................
16
Tabel 2.2. Karakteristik Besi Cor Kelabu ................................................
31
Tabel 3.1. Harga Tambahan Penyusutan .............................................
46
Tabel 4.1. Hasil Pengujian Kekerasan Vickers .....................................
89
Tabel 4.2. Data Hasil Pengujian Tarik ...................................................
92
Tabel 4.3. Data Hasil Pengujian Impact ................................................
93
Tabel 4.4. Hasil Pengujian Komposisi Kimia Besi Cor FC 25 ...............
95
xviii
DAFTAR NOTASI P
: Beban (kg)
D
: Diameter (mm)
d
: Diameter (mm)
BHN : Harga kekerasan Brinell (kg/mm2) VHN : harga kekerasan vieters (kg/mm2) 1 kgf : 9,807 Newton
σ
: Kekuatan tarik saat luluh (N/mm2) : Luas penampang (mm2)
Pluluh : Tegangan saat materi luluh (N/mm2)
ε
: Regangan (%)
∆L
: Perpanjangan (mm)
L
: Panjang (mm)
R
: Fillet (mm)
π
: 3,14
E
: Modulus Elastisitas
σ
: Tegangan (N/mm2)
I
: Nilai Impact (j/mm2)
K
: Energi Impact yang terserap (j)
A
: Luas penampang (mm2)
xix
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1 : Analisa perhitungan uji kekerasan vickers ....................... 106 Lampiran 2 : Analisa perhitungan uji tarik ............................................. 108 Lampiran 3 : Profil grafik hasil uji tarik ................................................... 118 Lampiran 4 : Analisa perhitungan uji impact ......................................... 121 Lampiran 5 : Data hasil uji komposisi kimia dari mesin ......................... 131
xx
