Daftar Isi
mekanika Jurnal Ilmiah Teknik Mesin I
ISSN
l4l2 -
7962, Volume 9 Nomor
l, September 2010
Parameter Sudut Belok Roda Pada Kendaraan Densan Sistem Kemudi Empat Roda
Wibowo
Pengujian Karakteristik. Aliran Fasa Tunggal Aliran Air Vertikal ke Atas Pada Penukar Kalor Saluran Rectangular Bercelah Sempit |Yibawa Endra J, Tri Istanto, Ahmod
Khusaeni
209
- Zl3
214
- Zlg
Analisis Ketakpastian Pengukuran (Uncertainty Measurement) Pada Pengujian Karakteristik Aliran Fasa Tunggal Aliran Air Vertikal ke Bawah Pada Penukar Kalor Saluran Annular Bercelah Sempit Tri Istanto, lYibawa Endra J, Tinneke
Febrina
225
219
-
226
-230
231
-237
238
-
pengaruh Kerapatan Polystyrene Foam Terhadap Mampu Alir dan [ualitas Coran Paduan Aluminium 356.1 yang Dicor Dengan Metode Evapordlive Ivan funaidy Abdul Karim
243
-246
Studi Antar M*a Top Coat Dan Bond Coat Pada Rekayasa Pelapisan Alumina Sebagai Lapisan Perintang Panas Untuk Aplikasi Temperatur Tinggi Hariyati P, Sulistijono, Lukman N, Rindang F, Cartha K
247
-256
257
-
Karakteristik Perpindahan Panas Pada Loop Thermosyphon Dengan Fluida Ke{a R-l34a Bertekanan 0,8 MPa Suyitno, Wibah,a Endra J, Heru Sukanto, Bobie
Sahendra
Efisiensi Sirip Berbentuk Silinder
PKPurwadi In
-
Cylinder Pressure Measurement and Combustion Analysis of CNG Fuelled SI Engine Testing
Mafiani Ali
A
Sera
242
Studi Pengaruh Temperatur Pemasukan dan Pengeluaran Batang Pengaduk Terhadap Pembentukan Struktur Globular Pada Proses Rheocasting Eko Surojo, Heru Sukanto, Teguh Triyono, Joko Sasilo
t
.
261
MEKANIKA I 257
I'n
Volume 9 Nomor
1,
September 2010
STI]DI PENGARUII TEMPERATUR PEMASUKAN DAN PENGELUARAN BATANG PENGADTJK TERIIADAP PEMBENTUKAN STRUKTUR GLOBULAR PADA PROSES RIIEOCASTING Eko Surojo r, Heru Sukanto I, Teguh Triyono r, Joko Susilo
2
' Staf Pengajar
- Jurusan Teknik Mesin - Universitas Sebelas Marct 'Alumnus Jurusan Telnik Mesit - Universitas Sebelas Marct Kevwords
:
Ahstmct: The production process of globular structure of $emisolid metal u/a.s investigoted The globular stucture was obtained by mechanical srtrridg of mohen metal during
Rheocasting
Semkolid metal Globular structure
solid.ifi,cation- This process has been identifed as rheocasting. In this u'orh o rotaling steel rod was immersed in molten metal of Al-6.23% Si alloy. The rod
cools the alloy below its liquidus temperature to intisle solidirtcofion white stiring the melt. The rod stirred the melt for shon periods and then renoved Efects of rod immersion ond removal temryroture on ,norphobgy of globular structure was studied. Shape factor u$ed to quantify primary d morphology. Shope I refers to petecly spharical morpholagy and vohu close 0 for very complex shape Results show thot tod immersion and remaval temperature had no
factor value
signifcqnt efect on spheicity of primory q- IncreasinS of rod immersron temperature from 6i5 'C to 655 'C slightl, decreased shape foctor fron 0.638 m 0.624. While increaring of rod remaval temparuure from 6M'C to 618 "C slightly decreosed shape fa.ctor from 0-660 to 0.621. The semisolid netal obtained this research inunediately solidify aftzr the rod removal so th4t it $/as unsuitable Jor dircct shaping by die casting-
in
uk
PENDAIIULUAN
semisolid, fa.f,a primer yaog bcrbe
Salah satu usaha untuk meningkatkan efisiensi bahan bakar di bidang otomotif adalah dengar menerapkan srategi peruunan bobot kendama.n. lmplementasi dari strategi ini salah satunya adalah mengganti komponen otomotif berbahan paduan besi dengan paduan aluminum. Pemanfaatan paduan aluminium uotuk pembuatao komponen otomotif
(globular) akan memudahkan terjadinya pergcseran diartara fasa primer tersebut pada saat diberikan gaya pembentukan [4]. Salah satu metode di dalam proses ,remisolid forming adalah rhao-diecast @DC). Pada proses
mengunnmgkan karem cycle time rendah, memperbaiki sifat, memperpanjang umw tooUdies
dihasilkan deri twin-screw slurry makcr dlptoses menggunakan cold chamber die costinS. Dai
pengembargan di bidatrg teknologi prosesnya. Sebagai contoh, pada saat ini berkembang proses baru yang dinamakan proses semkolid formfug, Peocrapan proses semisolid forming dt dalam pembuatan produk otomotif
juga diikuti dengan
dao menurunkan berat produk I I ,2]
Tedapat dua
@tatt
thixoforging). Rheocasting merupakan pros€s yang didahului oleh proses perlakuar fasa cair menjadi rernuorid b€rstruktur non-denditik (globular) yang
selanjutnya langsung membentuknya menjadi produk. Meskipun b€gifi rheocasting juga dapat memiliki p€ngertian sebagai proses pengecoran yang dilakukan dengan memberikan gesemn pada logam cair yang sedang mengalami proses pembskuan untuk menghasilkan struktu globular. Sedangkan thixocasting melalui urutan tahapan proses yaitu penyiapan bilet, memanaskan bilet sampai kondisi
serniJoril berstruktur globular dan selanjutoya membontuknya merjadi produk [3]. Dalam kondisi
E-mail ; esuroj o@ yahoo.com
diproses
dimasukkal ke twin-screw slurry maker. Twin-screw slurry maker berfungsi untuk mengubah logam cair menjadt semisolid slurry (dimana fasa padatnya berbentuk globular) melalui pemberian b€ban geser pada laju regangan tinggi dan dalam kondisi aliran
nrrbulen. Berikutnya bahal seaisolid yang pengujian proses RDC pada paduan aluminium daPat
.
klasihkasi proses semirolid
forming yaitu rheocasting daa thixocastin|
RDC, logam paduan cair yang akan
bulat
dihasilkan spesimen (dalam kondisi as-casl) yang rendah porositasDya, halus dan sengam struhur
mikonya, bagus dalam hal kekuatan
keuletannya [5]
dan
.
Proses uotuk mendapatkan kondisi semiroli.d berstruktur globular dapat juga dilakukan dengan cara mengaduk logam cair di atas icmp€ratur liquidus menggtnakat batang peogaduk sampai tedadi petrurulraq temperatur logam calr yang menyebabkatr lerjadinya inisiasi p€mbekuan [2,6,7].
Indonesia yang memiliki balyak industri penge{oran berpeluang uotuk ikut mengembangkan dan menerapkan proses semisolid forndnS. Proses ini dapat menjadi altematif untuk m€mperbaiki proses p€ngecoran konvensional yang sekarang ada.
|
MEKANIKA.I Volume 9 Nomor l, Sepaember 2010
Berkaitan dengan kepentingan tersebut
maka
dilakukanlah penelitiaD iri. Fase awal penelitian ini bertujuan untuk menghasilkan shuktur globular yang nantinya dapat digunakan sebagai bahan baku proses pengecom[ konvensional seperti misalkan die casrrng. Tulisan ini difokuskan pada studi pengaruh
temperahr. pemasukan
dall
pengeluaran batang
pengaduk terhadap pembentukan struktur globular
deogan metoda pengadukan logam meka k.
cair
Tabel 2. Parameter proses
Parameter ke-
Pell.E\jiaIi rheocasting dilakukan dengan cara memberikan gesemn pada logam cair melalui
pengadukan menggunakan bataog pengaduk.
dad kondisi cair sampai logam mengalami pembekual sebagian. Proses rheocasting id ditunjukkan oleh Gambar I dan
Temperatur
Pemasukan
Pengeluaran
Batang
Variasi
par"anreter
(T-)
Batang Pencaduk
uotuk mempelajari
(T")
pengeruh
temperatur pemasukan batang Dengaduk
2
635'C
610'c
645"C 655 "C
610
635 "C 635 ',C 635 'C
600_"'c 610 "c
0c
610 "c Variasi pammete. untuk mempelajari pengaruh temp€ratua pengeluaran balang pengaduk 3
pendinginan dip€roleh data bahan yaitu temperatur solr'dar 580 oC dan lempentv liquidus 620"C.
Teftpemtu.
Penpaduk
secara
METODOLOGI PENELITIAN Bahan yang diteliti adalah paduar cor Al-Si hipo€utektit. Bahan ini diperoleh dengan cara mel€bu velS mobil. Komposisi kimia bahan yang diteliti ditunjukkan oleh Tabel l. Dari kurva
258
|
I 2 3 Keterangan |
.
2. 3. 4.
618'C
:
Diameter balang peDgaduk = 20 rnm dan ke.epatan putar batang pengaduk = 200 rpm Batang pengaduk tidak dilakukan perBnasaD mula Bahan pengaduk adalah baja karbon. Cetakan dibuat dari pipa baja berdiameter tebal I nun dan tinssi 90 mm
2 inch,
Pengaduka[ dilat-ukan
untuk parametq prosesnya dapat dilihat pada Tabel 2, Setiap parameter pe[gtJjialj. rheocasting diakhiri deDgan p€ncelupan logam semisolid ke.dalam air ketika logam Jernisolid te$ebut mercapai temperatur 585"C.
Tabel 1. Komposisi kimia bahan yang diteliti
AI
si
Fe
Cu
Mn
92,89
6,23
0.178
0.0017
0.015
Ms
Cr
Ni
0,4t1
0,004r
0,078
Zn 0,00
Ti
Pb
o,'t77
0,0012
Be 0,00
Ca 0,0017
Sn
0,025 Sr 0,036
dilakukan di daerah bawah pengaduk dan sekeliling peogaduk. Delgan bant\tan softv,ore image analysk, gambar struhur miko yakni fasa o (Al) primer diukur keliling, luas area dan diametemya. Keliling dan luas area butir ini digunakan untuk menghitung faktor b€ntuk (F) butir tersebut. Faktor b€ntuk
merupakan angka
0,013
yang menunjukkan
tingkat
kebulatan dari suatu butir- Faktor bentuk memiliki nilai antara 0 sampai dengan l. Butir berb€ntuk lingkaran sempuma akan bemilai I, sedangkan jika tidak bulat sempuma maka akan bemilai kurang dari 1. Pe$amaar I digumkan untuk menghitung faktor
ba
bentuk [3,8].
be
F.
Zr 0,0207
Sampel hasil Wngrjian fieocasting diamati struktur mikronya. Pengamatan struktur miko
4r.(luas area butir) (ketlllng butrr)-
(l)
dit ba
63 (0.
r"*5 f*"..*-l
HASIL DAN PEMBAHASAN
Semua sirmDel
ter
roogga udara (Gambar 2) di bagian yang meDgalami pengadukan.
ke
memperlihatkan terbentuknya Rongga udara
ini muncul karera logam'semisolid
tidak dapat mengalir ke posisi batang
pengaduk
ketika batang p€ngaduk tersebut dikeluarkatr dari logam semisolid. Alirao logam semisolid terS9bttt terhalang oleh lapisan fasa padat yang terbentuk di sekeliling batang pengaduk. Hal ini dikarenakan batarg p€ngaduk tidak diksnai pemanasan mula sehingga logam cair ya[g- berkoDtak langsung dengan permukaan batang pengaduk akan turun di
bawah tempentur solidustya dan bertransformasi menjadi fasa padat. Gambar
l.
Skema proses rheocasting
F
rheocqsting
hasil
MEKANIKA I 259 Volume 9 Nomor l, September 2010
P€ngaruh t€mperatur pemasukan batatrg petrgaduk terhadap struktur mikro hasil rheocasting
Hasil peogujial Gambar 3 menunjukkatr bahwa ketiga variasi parameter pros€s rheocasliag d^pat
strultur globular. Terbeftuknya struktui globular ini berlangsutg melalui mekanisme mcoghasilkal
terpotolgnya lengan dendrit akibat gaya pengadukan. Pada tahap awat p€rtumbuhanny4 potongan detddt akatl b€rkembaog menjadi dendrit. Akan tetapi dengan bertambahnya waktu dan gaya geser terus menerus diberikan selama pembekuan
t ,
maka dendrit ters€but aka! berubah meniadi roset.
I
Berikutoya. kar€na laju pendirginannya relarif lambat dan laju regangatr gesemya relatif tinggi
I Canbar 2. Sampel hasil rhzocasting
maka b€trtuk roset tErsebut berubah menjadi globular. Mekanisme terpotolgtrya detrdrit juga dapat melalui pencairan akar lengar delddt akibat
I
ga.Dgguan temperatur selama pengadukan
[2,3].
b. TM = 645'C c. TM = 655'C Gambar 3. Pengaruh lemperatur pemasukau batang pengaduk terhadap struktur mikro di daerah
Selanjutnya pengaruh tempemtur pemasukan batang pengaduk terhadap terhadap harga faktor
bentuk
F butir a (A.l)
dipengaruhi oleh superheat. Pengaruhnya adalah
akat menghasilkal struktur yang semakin globular [9]. Akan t€tapi hasil semakin rendah superheat
primer hasil rheocasting
dipedihatkan pada Gambar 4. Hasilnya menunjukkar bahwa pada temperatur pemasukan batang petrgaduk 635oC menghasilkan harga faktor bentuk F tertinggi (0.638). Sedangkan temporatur pemasukar batang pengaduk 655oC menghasilkan harga falror bertuk F
peDelitian
ter€ndah (0.624).
daerah
Hal ini
ini
menunjukkan bahwa
Perbedaar ini disebabkan karena efek pengadukafl di A lebih besar dibandingkan di daerah B.
disebabkar karena
!.
0,8
0.6
0,t
0,i
0,616 0J99
OJ9J
0,6
U
0,,1
0,:
0:
0,t
0,t 0
635
)
i6.:i
il1
(b) Daerah B (a) Daemh A Gambar 4. Pengaruh temperatur pemasukan batang p€ngaduk terhadap harga F
I
I
pengaruh
temperatur pemasukan batang pengaduk teftadap faktor bentuk F sangadah ke{il. Selain itu terdapat seditit p€rbedaan harg F di daerah A dan B.
ke.cenderungan untuk terbentuknya struktur globular
I
A
|
r
MEKANIKA Volume 9 Nomor 1, September 2010
Pada daerah pengamatan
A
dengan variasi
tempemtur pemasukao batang
pengaduk
memperlihatkan ukuran butir rata-rata o (Al) primer rclatif sama (Gambar 5). Hal ini disebabkan karena ketiga variasi parameter tersebut menghasilkan laju
Pengaruh temp€ratur pengeluaran batang pengaduk tcrhadap struktw mikro hasil rheocasting
Pengaruh temperatur pengeluaran batang pengaduk terhadap shuktur mikro diperlihatkan
pendinginan yang relatif sama Clabel 3). kju pendinginan pada saat logam cair mengalami pembekuan berpengaruh terhadap ukuan butir o
Gambar
primer [2].
memperlihatkan bahwa temp€ratur p€ngeluaran batang pengaduk 600t menghasilkan harga faktor bentuk F tertinggi (0.660). Sedangkan lempemtur pengeluaran batang p€rgaduk 618"C menghasilkaa barga fakor bentuk F terendah (0.621)--Hal ini disebabkan karena semakin tinggi temperatur
1m 100
i80
:r
1
|
t
l
t I
pengeluaran batang pengaduk maka rentaog wakhr antara pengeluaran bataDg pengaduk sampai dengan logan semisolid diquenching semakin lama. Akibatnya fasa padat a (Al) primer hasil pengadukan
20
0
6. Hasilnya meauojukkan bahwa ketiga variasi parameter proses rheocasting dapat menghasilkan srulitu globular. Gambar 7
I 260
@ @ @ F"Tq
Gambar 5. Pengaruh lemperatur pemasukan bata-qg pengaduk terhadap ukuran butir di daerah A
yang awalnya berbentuk globutar akan tumbuh membesar dan efeknya dapat mengurangi globularitas. Akatr tetapi tetapi hasil ini juga
menunjukkan bshwa pengaruh temperatur pengeluamtr batang pengaduk teftadap faldor bentuk
F sansadah kecil. Tabel 3. laju pendinginan pada variasi temperatur pemasukan batarg pelgaduk
laju
Pendinginan
fC/s) 11)
635
&5 655
1,60
T
Gambar 6. Pengaruh temperatu pelgeluaran batang p€ngaduk terhadap shuktur
miko di
daerah A
T
120
E'* 0.5
=30 :60
aoA
30, OJ
z0
l600l l6lol616
E{2
Gambar 7. Pengaruh temperahrr p€ngeluann batang ircngaduk terhadap harga F di daerah A
T
F;?q Gambar 8. Pengaruh temperatur pengeluaran batang pengaduk terhadap ukuran butir di daerah A
L
MEKAITIKA I 26I Volume 9 Nomor I, Seplember 2010
Variasi pengeluaran batang pengaduk juga mernperlibatkan ukuran butir rata-rata a (Al) primcr yang relatif sama (Gambar 8). Hal ini disebabkan karcoa ketiga variasi parameter tersebut memiliki laju pendilginatr yang relatif sama (Tabel 4). Tabel 4.
laju pendinginao
pada variasi temperatur pengeluaratr batalg pengaduk
Variasi temperatur ,
l,aju Pendinginan
Cc)
cc/9
635-600
1,45
635-610
1,72
635-618
1,5
Berdasarkan hasi.l p€nelitian ini maka dapat disimpulkao bahwa : L Temperatur pemasukan bataDg pengaduk datr lemperatur petrgeluamn batang pengaduk pada proses, rheoca.sti1g tidak terlalu berpenganh terhadap harga fahor b€ntuk a primer.
Peningkatan temporatur pemajukal bataog pengaduk dad 635"C ke 655oC menurunkan sedikit harga faktor bentuk struldur globular dad peningkatan
temperah[ pengeluara! batang pengaduk dad
60ffC ke 618'C mequu*an sedikit
harga
faklor b€rtuk skuktur globular dari 0.660 ke
2.
0.621.
Temperatur pemasukan (635-655'C) dan pengeluaran batang pengaduk (6OMI8'C ) tidak terlalu berpelgaruh leftadap ukumn butk q primer. Dari FP-agujian rheocastiag diperoleh ukuran butir u pdmer berkisar atrtara 98 sampai
3.
ul Wirterbottom, W.L., 2000, "Semi-,Solid Forming Applicatiol : High Volume Automotive Products", Metalbrgical Science and Techrclogy, Vol.l8, No. 2, 5-10.
[2] Flemings, M.C-, l99l,,,Behavior of Metal Alloys in The Semisolid State", Metallurpical Tra ns ac t io ns A, V ol. 22A, gsi -g9l. [3] Fan, 2., 2002, "Semisolid Metal hocessine". Interrutionol Mareri4ls Reviews, Vol. 47, No.i
KESIMPUI"AN
0.638 ke 0.624. Sementara
DAFTAR PUSTAKA
dengan 106 Fm.
Lngom semisolid yang dihasilkan dari penelitian
[4] Lashkari, O. and Ghomastrchi, R., 2007, -The implication of Rheology in Semijolid Stare Metal Process : An overview", Joumal of Maerials Processint Teclnology, 182, 229-240.
[5] Fau,
Z. ,
Fang,
X., and Ji, S., 2005,
"Micrcstructure and Mechanical Propenies of Rheo-diecast (RDC) Aluminium Alloys", Mateials Science and Engineeing, A 412.
[6] Yurko, J.A., Martinez, R.A., and Flemings., M.C.. 2003, "Comercial DeveloDment of SemiSolid Rheocasting (ssRfr) Proc€ss", MetqllurSicol Science and Tecluology, Yol. 21,
No.l. S., Suzuki, K., Kamado, S., and Kojim4 Y., 2005, "Refining Nuclei and
[7] tutara, N.G., Tabuchi,
Distributing Spherical Primary Crystals in Billets for Semi-Solid Casting", Joumal of
M are iab O nline, http://www.azom.com.
[8] cuo, H., Yang, X. and Hu, H., 2008, "l,ow
ini
Superheat Pourilg in Rheocasting of Aluminium
diproses lebih lanjut misalkan dicor dengan dre
Technology-Mater. Sci. Ed, Vol. 23, No.
mengalami pcmbekuan sesaat setelah pengadukal sehingga tidak dapat langsung casttng.
UCAPAN TERIMA KASIH Terima kasih kepada DP2M Dircktorat Jendral Pendidikan Tinggi Depanemen PeodidikaD Nasional yatrg telah rnembiayai penelitian ini melalui skema Penelitian Hibah Be.sains Pendanaan Tahun 2009.
Alloys", Joumal
of Wuhat Udversity of 1.
[9] Zhu, M.F., Kim, J.M., and Hong, CP., 2001, "Modeling of 9lobular ard Dendritic Structure
Evolutioo in Sblidification of an Al-7% Mass Si
Alloy'', /5L/ Intemational, Vol.4l, No. 992-998.
9,
|
