PENGARUH LAPISAN KARBON PADA CETAKAN PERMANEN TERHADAP DISTRIBUSI KEKERASAN GRINDING CYL DENGAN MATERIAL BESI COR KELABU
Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi Strata I pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Oleh : HUSEN MUHAMMAD ASSROFI NIM : D 200 120 160 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2017
i
ii
iii
PENGARUH LAPISAN KARBON PADA CETAKAN PERMANEN TERHADAP DISTRIBUSI KEKERASAN GRINDING CYL DENGAN MATERIAL BESI COR KELABU Abstrak Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh lapisan karbon pada solidifikasi besi cor kelabu dalam cetakan permanen untuk tapping awal.Penelitian ini menggunakan cetakan permanen besi cor ductile (FCD).Metodologi penelitian ini di lakukan dengan melting besi cor dalam tungku induksi kemudian di tuang pada cetakan FCD yang dilapisi karbon untuk membuat spesimen besi cor kelabu kemudian diuji sifat-sifat fisis dan mekanis. Pengujian dalam bentuk cairan besi cor kelabu menggunakan alat uji CE Meter lalu pada spesimen besi cor kelabu di uji komposisi kimia dengan spectrometer kemudian di uji kekerasan dan foto mikro yang di ambil dari bagian yang kontak langsung dengan udara dan yang kontak langsung dengan cetakan FCD. Hasil penelitian berupa grafik yang di peroleh dari CE Meter menunjukkan temperatur 1260.3°C saat proses tapping awal di tuang dalam cetakan di mulai pada grafik yang terbaca CE Meter terjadi penurunan temperatur, pada temperatur liquid 1121.3°C bentuknya masih cair sampai temperatur solid 1118.7°C sehingga di peroleh nilai CEL=4,47% ; C=3,98% ; dan SI=1,86% di mana besi mulai padat namun masih berwarna merah hingga temperatur 1060°C dan mengeras dalam waktu 180 detik, sedangkan hasil uji komposisi kimia dalam bentuk solid atau padat antara lain : Fe 93,26% ; C 3,06% ; Si 1,80% dan unsur lainnya di bawah 1%. Hasil uji struktur mikro bagian spesimen yang di uji kekerasan terlihat grafit dan sementit dan hasil uji kekerasan spesimen pada bagian A=82.54, 90.15, 91.27, 87.60, 86.09. B=86.60, 90.44, 90.03, 88.77, 88.60. C=92.07, 96.20, 96.66, 88.38, 90.83. dan D= 96.12, 92.85, 92.28, 93.81, 94.50 dan harga kekerasan tertinggi yaitu pada bagian C3 sebesar 96.66, sedangkan harga kekerasan terendah yaitu pada bagian A1 sebesar 82.54. Berdasarkan data tersebut dapat di simpulkan bahwa setiap bagian mempunyai tingkat kekerasan yang bervariatif, karena setiap titik atau bagian yang di uji mempunyai kandungan karbon yang berbeda-beda. Semakin tinggi kandungan karbon maka akan semakin tinggi tingkat kekerasannya serta mempengaruhi sifat fisis besi cor kelabu. Kata kunci :Solidifikasi, molding FCD, spectrometer, struktur mikro, kekerasan. Abstract The research aims to determine the effect of the carbon coating on the solidification of gray cast iron in a permanent mold for the initial tapping. This research uses a permanent mold cast iron ductile (FCD). This research methodology was conducted with cast iron melting in induction furnace and the is poured in the mold FCD coated carbon to create gray cast iron specimens were then tested the physical properties and mechanical. The testing in the form of liquid grey cast iron CE Meter test equipment spectrometer then in the micro hardness tester and photos are taken from the direct contact with the air and direct contact the mold FCD. 1
The result of the research is a chart obtained from CE Meter indicates the temperature 1260.3°C during tapping intial cast in the mold begins on the chart that reads CE Meter decrease temperature of solid 1118.7°C so that the value CEL= 4,47% ; C= 3,98% and SI= 1,86% where in iron solid starts but still the red until 1060°C temperature and hardened whitin 180 seconds, while the result of chemical composition in the form of solid or solid among others : Fe 93,26% ; C 3,06% ; Si 1,80% and other elements below 1%. Test result microstructure in the section of the specimen hardness test looks graphite and cementite and hardness test result A=82.54, 90.15, 91.27, 87.60, 86.09. B=86.60, 90.44, 90.03, 88.77, 88.60. C=92.07, 96.20, 96.66, 88.38, 90.83. and D= 96.12, 92.85, 92.28, 93.81, 94.50 and specimens at the highest hardness rate in the C3 at 96.66 , while the price of the A1 82.54 based on this data we can conclude that each part has a varied level of hardness, because each point or section in the test has a carbon content of different the higher the carbon content. The higher the level of hardness and influence the nature of fission gray cast iron. Keyword :solidification, molding FCD, spectrometer, microstructure, hardness. 1. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Pengecoran dapat diartikan sebagai suatu proses manufaktur dengan menggunakan material cair dan cetakan untuk menghasilkan bagian-bagian dengan bentuk yang mendekati geometri akhir produk. Pengecoran dapat dilakukan menggunakan material yang berupa cair, contoh adalah material logam cair, termoplastik dan material lain yang dapat menjadi cair atau pasta ketika dalam kondisi kering. Besi cor merupakan paduan besi yang mengandung karbon 2-4 %, Silikon 1,10 %, mangan 1-15%, fosfor 0,05-15% dan belerang. Unsur karbon dalam besi cor berupa sementit, karbon bebas atau grafit.besi cor mempunyai keuletan yang relatif rendah sehingga tidak dapat ditempa, diroll atau didrawing. Dari diagram Fe C percepatan pendinginan menghasilkan perubahan fisis. Penggunaan besi cor cukup luas karena besi cor ini memiliki sifat khusus seperti mudah dituang pada saat kondisi cair sehingga banyak digunakan di industri pengecoran logam. 1.2. Tujuan 1. Mengetahui komposisi kimia pada saat cair dan laju pendinginan besi cor kelabu pada cetakan permanen FCD.
2
2. Meneliti komposisi kimia pada hasil pengecoran menggunakan cetakan permanen FCD. 3. Meneliti kekerasan pada hasil pengecoran menggunakan cetakan permanen FCD. 4. Meneliti struktur mikro pada hasil pengecoran menggunakan cetakan permanen FCD. 1.3. BatasanMasalah Adapunbatasandalampenelitianini, yaitu : 1. Material yang dipakai adalah besi cor kelabu di PT. Bonjor Jaya Klaten. 2. Mengetahui laju pendinginan dan komposisi pada saat material cair menggunakan alat CE Meter. 3. Pengujian kekerasan hasil coran menggunakan kekerasan Rockwell. 4. Pengujian struktur mikro hasil coran. 5. Proses pelapisan carbon pada cetakan permanen FCD. 2. METODE PENELITIAN 2.1. Alat dan Bahan Alat : Tanur Induksi, Cetakan Permanen FCD, Frame, Pyrometer laser, Ladle, Tang penjepit, Kamera DSLR, Pukul besi, Sekop,Uji Komposisi spectrometer, Uji Kekerasan Rockwell, Mikroskop optic Olympus metallurgical tester,CE meter. Bahan : Arang, Solar, karbon, Cairan besi siap tuang, Resin, Katalis.
3
2.2. Diagram Alir Penelitian MULAI Studi literatur dan menyiapkan alat Molding CE Meter
Melting besi cor dapur peleburan
tapping
Pelapisan karbon pada cetakan
Penuangan besi cor dalam cetakan
Solidifikasi besi cor kelabu
Preparasi spesimen Pengujian komposisi
Pengujian kekerasan
Pengujian struktur mikro
Analisa data Hasil dan kesimpulan
SELESAI
Gambar 1. Diagram Alir Penelitian 2.3. Tahapan Penelitian a. Proses pencairan logam dilakukan di dalam tungku induksi pencairan logam. b. Sebelum penuangan pada cetakan, molding disiapkan untuk proses pemanasan (preheating). Setelah itu dilakukan proses pelapisan karbon pada cetakan dengan menggunakan karbon yang dicampur solar. c. Melakukan proses penuangan besi cor cair ke dalam cetakan permanen. d. Proses pelepasan produk (coran) dari cetakan. e. Proses pendinginan udara bebas.
4
f. Setelah coran dingin dilakukan pemotongan dengan alat wire cut di Politeknik ATMI Surakarta, pemilihan pemotongan dengan wire cut bertujuan
struktur
kimia
pada
spesimen
tidak
berubah
dan
menghasilkan potongan yang rapi. Selanjutnya potongan hasil coran dimounting untuk proses pengujian. g. Kemudian melakukan proses pengujian kekerasan menggunakan alat uji kekerasan Rockwell, pengujian komposisi kimia dan pengujian struktur mikro. 3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1. Hasil Penelitian Uji CE Meter
Gambar 2. Grafik Hasil Uji CE Meter Dari grafik CE Meter diatas menunjukkan proses solidifikasi dimana temperatur 1260.30C saat proses tapping awal dituang dalam cetakan terjadi penurunan temperatur, pada temperatur liquid 1121.30C bentuknya masih cair sampai temperatur solid 1118.70C sehingga diperoleh nilai CEL=4,47% ; C=3,98% ; Si=1,86% dimana besi mulai padat namun masih berwarna merah hingga temperatur 10600C dan mengeras dalam waktu 180 detik.
5
3.2. Pengujian Kekerasan (Rockwell)
Gambar 3. Bagian yang di Uji Kekerasan (Rockwell) Tabel 1. Hasil Pengujian Kekerasan Rockwell Menggunakan Karbon pada Bagian A No 1 2 3 4 5
Lokasi pada bagian A
Hasil Kekerasan (HRB)
HRB ( kgf )
A1 A2 A3 A4 A5
82,54 90,15 91,27 87,60 86,09
100 100 100 100 100
Tabel 2. Hasil Pengujian Kekerasan Rockwell Tidak Menggunakan karbon pada Bagian A No Lokasi pada Hasil Kekerasan HRB bagian A (HRB) ( kgf ) 1 2 3 4 5
A1 A2 A3 A4 A5
200,91 250,96 205,52 158,63 147,29
6
200 200 200 200 200
Diagram Bagian A
Rockwell
Diagram Bagian A
Karbon
250 200 150 100 50 0
A1
A2
A3
82,54 90,15 91,27
A4
A5
87,6
86,09
Tanpa Karbon 200,91 250,96 205,52 158,63 147,29
Gambar 4. Diagram Harga Kekerasan Bagian A Tabel 3. Hasil Pengujian Kekerasan RockwellMenggunakan Karbon pada Bagian B No 1 2 3 4 5
Lokasi Pada bagian B B1 B2 B3 B4 B5
Hasil Kekerasan (HRB) 86,60 90,44 90,03 88,77 88,60
HRB ( kgf ) 100 100 100 100 100
Tabel 4. Hasil Kekerasan Rockwell Tidak Menggunakan Karbon pada Bagian B No Lokasi Pada Hasil Kekerasan HRB bagian B (HRB) ( kgf ) 1 B1 147,29 200 2 B2 236,02 200 3 B3 189,22 200 4 B4 202,39 200 5 B5 145,58 200
7
Diagram Bagian B
Rockwell
Diagram Bagian B
Karbon
250 200 150 100 50 0
B1
B2
B3
B4
B5
86,6
90,44
90,03
88,77
88,6
236,02
189,22
202,39
145,58
Tanpa Karbon 147,29
Gambar 5. Diagram Harga Kekerasan Bagian B Tabel 5. Hasil Pengujian Kekerasan RockwellMenggunakan Karbon pada Bagian C No 1 2 3 4 5
Lokasi Pada Hasil Kekerasan bagian C (HRB) C1 C2 C3 C4 C5
92,07 96,20 96,66 88,38 90,83
HRB ( kgf ) 100 100 100 100 100
Tabel 6. Hasil Kekerasan Rockwell Tidak Menggunakan Karbon pada Bagian C No 1 2 3 4 5
Lokasi Pada Hasil Kekerasan bagian C (HRB) C1 C2 C3 C4 C5
145.58 172.27 181.46 221.09 189.62
8
HRB ( kgf ) 200 200 200 200 200
Diagram Bagian C
Rockwell
Diagram Bagian C 250 200 150 100 50 0
Karbon
C1
C2
C3
C4
C5
92,07
96,2
96,66
88,38
90,83
172,27
181,46
221,09
189,62
Tanpa Karbon 145,58
Gambar 6. Diagram Harga Kekerasan Bagian C Tabel 7. Hasil Pengujian Kekerasan RockwellMenggunakan Karbon pada Bagian D No 1 2 3 4 5
Lokasi Pada Hasil Kekerasan bagian D (HRB) D1 D2 D3 D4 D5
96,12 92,85 92,28 93,81 94,50
HRB ( kgf ) 100 100 100 100 100
Tabel 8. Hasil Pengujian Kekerasan Rockwell Tidak Menggunakan Karbon pada Bagian D No 1 2 3 4 5
Lokasi Pada Hasil Kekerasan bagian D (HRB) D1 D2 D3 D4 D5
189,62 165,12 219,04 200,15 200,91
9
HRB ( kgf ) 200 200 200 200 200
Diagram Bagian D
Rockwell
Diagram Bagian D 250 200 150 100 50 0
D1
D2
D3
D4
D5
96,12
92,85
92,28
93,81
94,5
Tanpa Karbon 189,62
165,12
219,04
200,15
200,91
Karbon
Gambar 7. Diagram Harga Kekerasan Bagian D 3.3. Pengujian Foto Micro Foto micro bagian A A1
cementit
A2 cementit
grafit
A3
grafit cementit
grafit
cementit
cementit
cementit cementit cementit
A4
cementit
cementit
cementit
A5
cementit
grafit
cementit
grafit
cementit
cementit
cementit
cementit
cementit
cementit
cementit
Gambar 8. Hasil Foto Micro Bagian A1,A2,A3,A4,A5 Dengan Pembesaran 200x Foto micro bagian B B2
B1 grafit
cementit
B3
grafit cementit
grafit
cementit
cementit
cementit cementit
cementit
cementit
cementit cementit cementit cementit
B4 grafit
B5 cementit
cementit
cementit
grafit
cementit
cementit
cementit
cementit cementit
10
Gambar 9. Hasil Foto Micro Bagian B1,B2,B3,B4,B5 Dengan Pembesaran 200x Foto micro bagian C C1
C3
C2
cementit
cementit grafit
grafit
grafit
cementit C5
C4
grafit cementit
cementit
grafit
Gambar 10. Hasil Foto Micro Bagian C1,C2,C3,C4,C5 Dengan pembesaran 200x Foto micro bagian D D3
D2
D1
grafit
grafit
grafit cementit
cementit
cementit D5
D4
grafit grafit
cementit
cementit
Gambar 11. Hasil Foto Micro Bagian D1,D2,D3,D4,D5Dengan Pembesaran 200x Dari hasil foto micro pada bagian A3 91,27 HRB mempunyai tingkat kekerasan yang tinggi. Pada bagian B2 90,44 HRB mempunyai tingkat kekerasan yang paling tinggi karena cementit lebih mendominasi dari pada grafit. Pada bagianC3 96,66 HRB mempunyai tingkat kekerasan yang paling tinggi karena cementit lebih mendominasi dari pada grafit. Pada bagian D1 96,12 HRB mempunyai tingkat kekerasan yang paling tinggi karena cementit lebih mendominasi dari pada grafit.
11
3.4 Pengujian Komposisi Kimia
No KandunganUnsur 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Fe 2 C Si Mn 1 P S Cr 1 Mo Ni 1 Al B Co Cu Mg Nb Pb Sn Ti V W
Sampel Uji Spesimen Uji Standart Bagian Atas Deviasi 93.26 0.0907 3.06 0.0551 1.80 0.0391 0.437 0.0052 0.113 0.0026 0.051 0.0019 0.096 0.0040 0.000 0.0000 0.061 0.0001 0.009 0.0002 0.0018 0.0001 0.000 0.0000 0.105 0.0078 0.006 0.0006 0.034 0.0002 0.0064 0.0004 0.009 0.0007 0.042 0.0014 0.000 0.0000 0.027 0.0002
4. PENUTUP 4.1 Kesimpulan 1. Berdasarkan data hasil pengujian yang diperoleh dari CE meter maka diperoleh kandungan karbon sebesar 3.98%, silicon sebesar 1.86% dan fospor sebesar 0%. Dengan demikian dapat diketahui bahwa besi cair dengan kandungan karbon sebesar 3.98% maka pada saat membeku disebut besi cor kelabu. 2. Dari data hasil pengujian kekerasan bagian A (sisi samping kanan yang kontak langsung pada molding) menggunakan karbon paling tinggi pada bagian A3 91,27 HRB dan tanpa karbon paling tinggi pada bagian A2 250,96 HRB. Bagian B (bagian yang kontak langsung pada molding) 12
menggunakan karbon paling tinggi pada bagian B2 90,44 HRB dan tanpa karbon paling tinggi pada bagian B2 236,02 HRB. Bagian C (sisi kiri atau bagian tengah yang telah dibelah) menggunakan karbon paling tinggi pada bagian C3 96,66 HRB dan tanpa karbon paling tinggi pada bagian C4 221,09 HRB. Bagian D (bagian atas yang kontak langsung dengan udara bebas) menggunakan karbon paling tinggi pada bagian D1 96,12 HRB dan tanpa karbon paling tinggi pada bagian D3 219,04 HRB. Dari hasil foto mikro dapat di lihat terbentuknya struktur grafit dan sementit yang berseragam tergantung dari tingkat kekerasannya. Pada pengujian komposisi kimia di dapat 20 unsur kandungan yang berbeda dan dapat diketahui jenis besi cor kelabu FC 150 karena terdapat kandungan C sebesar 3,06% dan Si sebesar 1.80%. 4.2 Saran Dalam penelitian selanjutnya, penulis mempunyai beberapa saran yang dapat digunakan untuk proses pengembangan dan pembuatan besi cor kelabu pada cetakan permanen untuk pengembangan tapping awal, yaitu: 1. Melakukan study literatur tentang teknik pengecoran sebagai referensi pendukung. 2. Memperhatikan persiapan alat dan bahan guna mendapatkan waktu yang tepat dan hasil yang baik. 3. Saat proses penelitian berjalan koordinasi dalam tim sangatlah penting baik dalam pembuatan dokumentasi, pembuatan spesimen, dan proses pengujian spesimen, guna mendapatkan data yang akurat. 4. Memperhatikan tingkat kekerasan pada setiap titik yang di uji, karena penelitian ini berkosentrasi pada analisa kekerasan, begitu juga untuk pengujian yang lainnya. 5. Melakukan pengujian lebih dari satu kali atau berulang, guna untuk mendapatkan hasil yang lebih valid.
13
PERSANTUNAN Syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas berkat dan rahmat-NYA sehingga penyusunan laporan penelitian ini dapat terselesaikan. Tugas Akhir berjudul “Pengaruh Lapisan Karbon Pada Cetakan Permanen Terhadap Distribusi Kekerasan Grinding Cyl Demgan Material Besi Cor Kelabu”, dapat terselesaikan atas dukungan dari beberapa pihak. Untuk itu pada kesempatan ini, penulis dengan segala ketulusan dan keikhlasan hati ingin menyampaikan rasa terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada: 1. Ir. Sri Sunarjono, MT., Ph.D., Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. 2. Tri Widodo Besar Riyadi, ST., MSc., Ph.D., Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta. 3. Agus Yulianto, ST, MT. Dosen pembimbing yang banyak memberikan ilmu, waktu, dorongan serta arahan dalam proses bimbingan sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. 4. M. Alfatih Hendrawan, ST,MT. Dosen Pembimbing Akademik yang telah memberikan arahan, bimbingan serta motivasi selama masa kuliah. 5. Semua pihak yang telah membantu semoga Allah SWT membalas kebaikan kita semua.
14
DaftarPusataka Abdan Syakura, 2011. “Proses Pengecoran Vakum dan Mikrostruktur Paduan”, Skripsi S-1, Universitas Indonesia, Depok. Amanto, Hari, danDaryanto. 1999. IlmuBahan, Jakarta: PT. BumiAksara. ASM,
Metals
Handbook
Volume
4
Forming,
ASM
Handbook
Committe,America1991. Darmoko C, 2016.“Pengaruh lapisan karbon terhadap sifat fisis dan mekanis pada solidifikasi besi cor kelabu dalam cetakan permanen untuk tapping awal”, TugasAkhir S-1, UMS, Surakarta. De Garmo, E. Paul, 1981. Material and Processes In Manufacturing, edisi keempat, Erlangga, Jakarta. Doru M. Stefanescu The Ohio State University, Colombus, Ohio, USA2005. Dunia
Erie,
“Besi
Cor
Kelabu”.
19
July
2010.
http://mantantukanginsinyur.blogspot.co.id/2010/07/19/besi-corkelabu.html 14 Juli 2016./ 17:03 Ganwarich P. Hasil berkolerasi dengan yang di ukur sifat mekanik: konten grafit di kurangi meningkatkan kekuatan tarik. Kuryloa P. 2012.Klarifikasi jenis material paduan sangat diperlukan dalam industri mesin. Stefanescu, Doru M. B., Juli 2007, “Modeling Of Cast Iron Solidification” Tata McGraw Hill, 7 West Patel Nagar, New Delhi 110 008. Yulianto, A, 2016.Pengecoran besi cor kelabu dengan menggunakan cetakan besi cor ulet yang telah dipanaskan.
15
