PENGARUH TEMPERATUR TUANG TERHADAP KEKUATAN IMPAK DAN STRUKTUR MIKRO PADA PADUAN ALUMINIUM SILIKON ( Al7%Si ) DENGAN METODE PENGECORAN EVAPORATIF Oleh : I Gusti Ngurah Liladipta Pinatih Dosen Pembimbing : Dr. Ir. I Ketut Gede Sugita, MT Dewa Ngakan Putra Negara, ST, MT
ABSTRAK Pada proses pengecoran, suhu tuang sangat berpengaruhterhadap hasil benda atau produk yang dihasilkan, baik secara sifat mekanis maupun struktur mikronya.Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh temperatur tuang terhadap kekuatan impak dan struktur mikro material yang dibuat dengan metode pengecoran evaporatif. Material yang digunakan adalah campuran ( Al-7%Si )yang dipanaskan hingga mencair, kemudian dituang dengan variasi temperatur 700oC, 750oC, 800oC. Selanjutnya dibuat menjadi spesimen uji impak berdasarkan (ASTM E23) dan spesimen uji mikro struktur.Uji impak dilakukan menggunakan metode Charpy dan struktur mikro diobservasi dengan mikroskop optik. Hasil yang diperoleh menunjukan bahwa kekuatan impak paduan Al-7%Si pada temperatur tuang 700oC adalah0,051281Nm/mm², pada temperatur tuang 750oC adalah0,051058Nm/mm²,dan pada temperatur tuang 800oC adalah0,04614Nm/mm².Ketangguhan material yang terbaik ditemukan pada temperatur tuang 700 oC dengan nilai 0,051281Nm/mm2.Observasi struktur mikro menunjukan bahwa pada temperatur tuangdaar 700oChingga 800oC menunjukkan ukuran dendrit α semakin mengecil dan pipih serta jaraknya semakin melebar. Berdasarkan foto makro bentuk permukaan patahan adalah datar, yang menunjukan sifat material cenderung getas Kata kunci : Pengecoran evaporatif,Aluminium silikon,Temperature tuang,Kekuatan Impak,Struktur mikro.
THE EFFECT OF TEMPERATURE CASTING TO IMPACT STRENGTH AND MICROSTRUCTURE ON SILICON ALUMINIUM ALLOY ( Al-7%Si ) BY EVAPORATIVE CASTING METHODE
Author
: I Gusti Ngurah Liladipta Pinatih
Guidance
:Dr. Ir. I Ketut Gede Sugita, MT Dewa Ngakan Putra Negara, ST, MT
ABSTRACT At casting process, pouring temperature significantly influence of the final product, both in the mechanical properties and micro structure. The purpose of this study was determine the effect of temperature on the impact strength and micrustructure of product manufactured by evaporative casting methods. The material used is ( Al-7%Si ) alloy heated until melted, then poured with temperature variation of 700o C, 750o C, and 800o C. Subsequently made into a specimens impact test based on ASTM E23 and specimens microstructure test. Impact test was conducted using Charpy method and microstructure was observed with a microscope optic. The result obtained show that impact strength of Al-7%Sialloy at pouring temperature 700oC was 0,051281Nm/mm², and at pouring temperature 750 oC and 800oC were 051058Nm/mm²and0,04614Nm/mm², respectively.The best thoughness of material (0,051281Nm/mm²) was obtained at pouring temperature 700oC. the microstructure observation showed that from pouring temperatures 700oC, to 800oC, α dendrite size was smaller and flater, and the distance widened. Macrostructure observation show that fracture surface form was flat which is indicated that material properties tend to be brittle. Keyword : Evaporative casting, Aluminium silicon, Temperature casting, Impact strength, microstrusture.
DAFTAR ISI
Halaman LEMBAR PENGESAHAN ..................................................................
i
LEMBAR PERSETUJUAN .................................................................
ii
ABSTRAK ..........................................................................................
iii
ABSTRACT ........................................................................................
iv
KATA PENGANTAR ........................................................................
v
DAFTAR ISI .....................................................................................
vi
DAFTAR GAMBAR .......................................................................... viii DAFTAR TABEL ..............................................................................
x
DAFTAR LAMPIRAN ………………………………………………….. ...
xi
BAB I PENDAHULUAN ....................................................................
1
1.1
Latar Belakang… .............................................................
1
1.2
Rumusan Masalah.............................................................
3
1.3
Batasan Masalah...............................................................
3
1.4
Tujuan Penelitian .............................................................
3
1.5
Manfaat Penelitian............................................................
3
BAB II LANDASAN TEORI ..............................................................
5
2.1 Pengecoran Logam ...........................................................
5
2.2 Keunggulan dan Kelemahan Pengecoran ............................
5
2.3 PengecoranLostfoam .........................................................
6
2.4 Polystyrene Foam / Styrofoam ...........................................
8
2.5 Pasir Cetak.......................................................................
9
2.6 Penuangan Paduan Al-7%Si…………………………… ........... 10 2.7 Bahan Utama Penelitian. ................................................... 10 2.7.1 Aluminium (Al) ........................................................
10
2.17.1 Sifat fisik aluminium . .................................... 11 2.17.2 Sifat mekanis aluminium. ............................... 12 2.7.2 Silikon (Si) ..............................................................
12
2.8 Jenis – jenis Paduan Aluminium ............................................
13
2.9 Cacat Pengecoran .............................................................
16
2.10 Sifat – sifat mekanik material. ........................................... 19 2.11 Pengujian Spesimen. ......................................................... 20 2.11.1 Uji Impak. ............................................................. 20 2.11.2 Pengujian Struktur Mikro. ....................................... 25
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ............................................
30
3.1
Diagram Alir Penelitian ....................................................
30
3.2
Bahan dan Alat Penelitian ....................................................
32
3.2.1 Bahan Penelitian. .....................................................
32
3.2.2 Alat Penelitian. ........................................................
34
Pelaksanaan Penelitian ......................................................
42
3.3.1 Pembuatan Spesimen. ...............................................
42
3.3.2 Proses Pengujian Spesimen. ......................................
44
Tempat Penelitian ...............................................................
50
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ...............................................
51
3.3
3.4
4.1
Hasil Uji Impak ................................................................
51
4.2
Data Struktur Makro Spesimen Uji Impak ..........................
54
4.2.1 Pembahasan Struktur Makro ....................................
57
Data Hasil Uji Struktur Mikro ...............................................
57
4.3.1 Pembahasan struktur Mikro. .....................................
59
Pembahasan Uji Struktur Makro dan Mikro. ......................
59
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................................
61
4.3
4.4
5.1
Kesimpulan ......................................................................
61
5.2
Saran ................................................................................
61
DAFTAR PUSTAKA ..........................................................................
62
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1
Perkembangan Pengecoran lostfoam ..............................
7
Gambar 2.2
Diagram Fasa Campuran Aluminium Silikon ..................
14
Gambar 2.3
Porositas ......................................................................
16
Gambar 2.4
Hot Tear and Crack ......................................................
17
Gambar 2.5
Inclusion ......................................................................
17
Gambar 2.6
Misruns .......................................................................
18
Gambar 2.7
Cold shut .....................................................................
18
Gambar 2.8
Shrinkage ....................................................................................
19
Gambar 2.9
Ilustrasi Uji Impak. …………………… ....................................
21
Gambar 2.10
Perpatahan Ulet ...........................................................................
24
Gambar 2.11 Perpatahan Granular .....................................................
25
Gambar 2.12 Ilustrasi Pengujian Struktur Mikro .................................
26
Gambar 2.13 Ilustrasi Skematik Mikro Pembekuan Struktur Logam .....
25
Gambar 2.14 Chil zone, columunar zone, dan equiaxed zone. ..............
26
Gambar 3.1
Aluminium Alloy .........................................................
32
Gambar 3.2
Silikon .........................................................................
32
Gambar 3.3
Pasir Cetak...................................................................
33
Gambar 3.4
Arang Kayu..................................................................
33
Gambar 3.5
Dapur Peleburan ...........................................................
34
Gambar 3.6
Blower .........................................................................
34
Gambar 3.7
Kowi ...........................................................................
35
Gambar 3.8
Tang Panjang ...............................................................
35
Gambar 3.9
Timbangan Digital ........................................................
36
Gambar 3.10 Cetakan Pasir ...............................................................
36
Gambar 3.11 Styrofoam ....................................................................
37
Gambar 3.12 Alat Potong Styrofoam ..................................................
37
Gambar 3.13 Alat Uji Impak .............................................................
38
Gambar 3.14 Mikroskop ...................................................................
38
Gambar 3.15 Thermocouple dan Display ............................................
39
Gambar 3.16 Varnier Caliper ...........................................................
39
Gambar 3.17 Gergaji .........................................................................
40
Gambar 3.18 Kikir ............................................................................
40
Gambar 3.19 Amplas ........................................................................
41
Gambar 3.20 Autosol ........................................................................
41
Gambar 3.21 Kain Beludru .................................................................
42
Gambar 3.22 Alat Poles. ...................................................................
42
Gambar 3.23 Cetakan Tiga Dimensi Penuh.........................................
43
Gambar 3.24 Bagian Dalam Cetakan ..................................................
43
Gambar 3.25 Skema Spesimen Pengujian Uji Impak (ASTM E23) .......
45
Gambar 3.26 Spesimen Uji Impak .....................................................
46
Gambar 3.27 Proses Pemotongan Hasil Coran ....................................
47
Gambar 3.28 Proses Grinding ............................................................
48
Gambar 3.29 Proses Polishing .............................................................
48
Gambar 3.30 Proses Uji Mikro. ........................................................... 50 Gambar 4.1
Skema Spesimen UJi Impak (ASTM E23) ......................
51
Gambar 4.2
Grafik Nilai Kekuatan Impak Terhadap Temperatur Tuang .....
53
Gambar 4.3
Grafik Nilai Rata-rata Kekuatan Impak Terhadap Temperatur Tuang ..........................................................................
53
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1
Sifat fisik Aluminium .....................................................
11
Tabel 2.2
Sifat mekanis aluminium .................................................
12
Tabel 4.1
Data ukuran spesimen uji impak ..............................................
51
Tabel 4.2
Data Hasil Uji Impak.. ........................................................ 52
Tabel 4.3
Struktur makro patahan spesimen dengan temperature tuang 700oC. ............................................................................................
Tabel 4.4
Struktur makro patahan spesimen dengan temperature tuang 750oC. ............................................................................................
Tabel 4.5
Tabel 4.6
54
55
Struktur makro patahan spesimen dengan temperature tuang 800oC. ............................................................................................
56
Foto mikro diambil dengan pembesaran 10x. ....................
58
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman Lampiran 1.
Hasil Uji XRF Aluminium.........................................
64
Lampiran 2.
ASTM E23................................................................... 65
Lampiran 3.
Dokumentasi Proses Pembuatan Material Uji................ 67
Lampiran 4.
Dokumentasi Proses Pembuatan Spesimen.................... 68
Lampiran 5.
Dokumentasi Proses Uji Impak dan Uji Struktur Mikro.....
69
Lampiran 6.
Hasil foto mikro setelah ImageJ .....................................
70
Lampiran 7.
Pernyataan....................................
73
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Dewasa ini perkembangan di dunia otomotif sangat pesat terlihat dari semakin banyaknya pengguna kendaraan bermotor di jalan raya dengan berbagai merk dan varian, terutama pengguna sepeda motor. Pada industri otomotif khususnya sepeda motor, keberadaan aluminium sangat penting yang sering dimanfaatkan untuk pembuatan suku cadang serta elemen-elemen mesin sepeda motor tersebut. Seperti digunakan untuk pembuatan piston, cylinder head, crank case, dll. Salah satu produk yang dihasilakan oleh industri otomotif berupa tuas rem tangan. Seiring berjalannya waktu pemakaian, tuas rem tangan sering kali mengalami kegagalan seperti patah, retak maupun bengkok. Kegagalan tersebut terjadi karena tuas rem tangan mendapat impak atau benturan karena terjatuh ataupun menabrak sesuatu. Karena aluminium memiliki kekuatan yang rendah, makalogam aluminium dipadukan dengan silikon karena unsur ini dapat meningkatkan mampu alir dan juga menurunkan shrinkage sehingga secara langsung dapat menurunkan reject( Mohhamad Zainal Abidin, FT UI, 2008). Logam aluminium sering digunakan sebagai komponen otomotif memiliki karakteristik logam yang ringan, proses manufaktur lebih mudah, dan keuletan yang lebih baik sehingga sangat baik digunakan pada komponen komponen mesin, velg, rem, dan komponen penting lainnya, akan tetapi logam silikon ini juga memiliki berat jenis yang lebih rendah dari aluminium sehingga tidak memberikan kontribusi penambahan berat produk. Sifat silikon yang keras digunakan sebagai peningkat kekerasan dan penahan keausan pada aluminium. Pembuatan tuas rem sepeda motor biasanya menggunakan metode pengecoran Permanent Mold Casting, dimana pada metode pengecoran ini cetakan dapat digunakan berulang kali, cetakan tersebut dari logam dan grafit. Kualitas pengecoran ini tergantung dari kualitas mold, umumnya untuk mendapatkan kualitas yang bagus maka dikerjakan dengan proses machining yang memiliki keakuratan tinggi. Terdapat beberapa kelemahan dengan metode ini yaitu seperti harga cetakan yang
mahal, perlu perhitungan yang tepat dalam mengerjakan cetakan, cetakan hanya satu macam produk, ukuran produk kecil dan sederhana, serta tidak dapat mengecor baja. Untuk mengatasi kelemahan pengecoran dengan metode Permanent Mold Casting, dapat menggunakanpengecoran dengan metode evaporative/LFC (Lostfoam casting) yang sangat efektif sebagai pemanfaatan limbah lostfoam yang sangat berlimpah, selain itu keberadaan lostfoam yang mudah dibentuk, murah, dan mudah didapat. Pengecoran evaporative memiliki banyak keuntungan. Cetakan dari pola berbahan polystyrene foam mudah dibuat dan murah (Barone, 2005). Pasir yang digunakan dapat dengan mudah digunakan lagi karena tidak menggunakan pengikat (Behm, dkk, 2003). Penggunaan cetakan foam meningkatkan keakuratan dimensi dan memberikan peningkatan kualitas coran dibandingkan dengan cetakan konvensional (Monroe, 1992). Pengecoran evaporative mempunyai ketelitian yang baik karena pola cetakan yang dibentuk sesuai dengan ukuran benda yang dihasilkan, benda dengan dimensi besar serta mempunyai demensi yang rumit dapat diproduksi dengan cara ini. Pada proses pengecoran, suhu tuang sangat berpengaruh terhadap hasil benda atau produk yang dihasilkan, baik secara sifat mekanis maupun struktur mikronya.Temperatur tuang semakin tinggi maka porositas yang terbentuk semakin banyak sehingga menurunkan kekuatan impact (Yanuar Handoko,2008). Penelitian ini diharapkan mendapatkan nilai kekuatan impak paduan Aluminium Silikon sebagai objek utama penelitian yang diperkuat dengan analisa secara metallography dengan melakukan pengujian struktur mikro. Pentingnya pembenahan kualitas produk Otomotif terutama pada tuas rem tangan, dalam penelitian ini diharapkan dapat memberi refrensi bagi industri pembuatan suku cadang kendaraan bermotor yang menggunakan bahan baku aluminium sebagai bahan utamanya sehingga kedepannya diharapkan material uji tersebut dapat dijadikan acuan bahan pertimbangan dalam pemilihan material utama pembuatan suku cadang khususnya tuas rem tangan agar tercapainya peningkatan kualitas produksi di industri otomotif yang berimbas pada aspek ekonomi serta kepuasan konsumen sebagai pemakai merasa nyaman serta aman mengendarai kendaraan bermotornya tanpa takut tuas rem tangannya maupun suku cadang lain rusak atau patah saat berkendara di jalan raya.
1.2 Rumusan Masalah 1. Bagaimana pengaruh variasi temperatur tuang pada pengecoran Al-7%Si dengan metode evaporative casting terhadap kekuatan impact paduan (Al7%Si)? 2. Bagaimana pengaruh variasi temperatur tuang dengan metode evaporative casting terhadap struktur mikro paduan (Al-7%Si)? 1.3 Tujuan penelitian Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh temperatur penuangan terhadap kekuatan impact dan struktur mikro aluminium silikon (Al93%-Si7%) pada pengecoran evaporative. 1.4 Batasan masalah Agar penelitian ini tidak meluas atau menyebar dari masalah yang dirumuskan, maka perlu adanya pembatasan penelitian, adalah sebagai berikut : 1. Suhu yang diukur adalah suhu pada saat awal mulai proses penuangan logam cair kedalam cetakan. 2. Temperatur yg digunakan adalah 700oC, 750oC, dan 800oC. 3. Diasumsikan tidak ada penurunan temperatur dari suhu tuang sampai saat proses penuangan. 4. Komposisi campuran aluminium silikon (Al-7%Si). 5. Untuk pembuatan pola cetakan menggunakan Polystyrene foam (PS) 6. Pasir yang digunakan adalah pasir cetak. 7. Pengujian yang dilakukan adalah pengujian impak dan struktur mikro. 8. Suhu lingkungan pada saat penuangan dianggap konstan.
1.5 Manfaat penelitian Diharapkan penelitian ini dapat memberikan manfaat sebagai berikut : 1. Memberikan acuan untuk penelitian selanjutnya dengan metode evaporative. 2. Memberikan acuan bagi industri pengecoran tentang temperatur penuangan terbaik dengan metode evaporative. 3. Memberikan kontribusi positif bagi ilmu pengetahuan dan teknologi untuk bidang pengecoran evaporative.
4. Memberikan kontibusi positif dengan manfaat pengecoran eveporative tentang pemanfaatan limbah lostfoam.
