JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 3, No. 2, (2014) 1-8
1
PENGARUH VOLUME EXOTHERMIC RISER TERHADAP CACAT SHRINKAGE PADA PENGECORAN ALUMINIUM 6061 DENGAN METODE SAND CASTING Muhammad M Munir, Indra Sidharta, Soeharto Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 E-mail:
[email protected] Abstrak— Pada proses pengecoran aluminium 6061 dengan metode cetakan pasir sering terjadi cacat pada hasil coran yang salah satunya adalah cacat shrinkage. Upaya untuk mencegah terjadinya cacat shrinkage pada benda coran salah satunya adalah exothermic riser. Exothermic riser dibuat dari bahan exothermic yang dapat mempertahankan panas logam cair yang ada di riser sehingga dapat mengisi kekurangan logam cair yang terjadi pada benda cor akibat cacat shrinkage. Dibutuhkan penelitian tentang pengaruh volume exothermic riser untuk mencegah terjadinya cacat shrinkage pada benda kerja hasil coran. Penelitian ini dilakukan dengan cara simulasi software finite element dan eksperimen pengecoran logam aluminium 6061. Benda coran berbentuk kubus, open riser yang berbentuk tabung dan sistem saluran yang digunakan adalah bottom – horizontal gating system. Simulasi dilakukan pada pengecoran tanpa riser, riser biasa dan exothermic riser. Volume riser divariasikan dengan cara merubah ukuran diameter riser yang mempunyai tinggi riser tetap 75mm dan ketebalan material exothermic riser juga tetap 5mm hingga didapatakan volume riser efektif tanpa terjadi cacat shrinkage pada benda coran. Eksperimen pengecoran dilakukan untuk mengetahui pengaruh volume exothermic riser sebenarnya pada proses pengecoran. Dari hasil penelitian didapatkan bahwa semakin besar volume exothermic riser, semakin kecil terjadinya cacat shrinkage pada benda coran. Exothermic riser lebih efektif dibandingkan dengan riser biasa dalam upaya mencegah cacat shrinkage. Untuk benda uji kubus dengan volume 456.533mm3 (p = l = t = 77mm), volume riser biasa yang dibutuhkan adalah 477.321,43mm3 (ø90 dan tinggi = 75mm) sedangakan apabila menggunakan exothermic riser volume yang dibutuhkan lebih kecil yaitu 178.258,93mm3(ø5, tinggi = 75mm dan tebal selimut = 5mm). Kata Kunci— volume exothermic riser, cacat shrinkage, alumunium 6061.
I. PENDAHULUAN Banyak dijumpai produk komponen otomotif, komponen pesawat terbang dan produk lainnya berbahan baku aluminium 6061 yang berbentuk sederhana maupun rumit merupakan hasil dari pengecoran dengan menggunakan metode cetakan pasir. Pada proses pengecoran aluminium 6061 dengan metode cetakan pasir sering terjadi cacat pada hasil coran yang salah satunya adalah cacat penyusutan (shrinkage). Cacat penyusutan (shrinkage) dapat dicegah salah satunya dengan saluran penambah (riser) yang harus membeku lebih lambat dari produk cor. Agar riser dapat berfungsi lebih efektif digunakan exothermic riser yang dapat mempertahankan panas logam cair agar tidak mudah terlepas dari riser sehingga proses solidifikasi lebih lambat. Dimensi riser biasa juga dapat dikurangi dengan exothermic riser sehingga kebutuhan volume logam cair yang dituang semakin berkurang.
II. TINJAUAN PUSTAKA A. Exothermic riser Exothermic riser merupakan saluran penambah yang mempunyai selimut terbuat dari material exothermic yang dapat menahan panas logam cair yang ada didalam riser tidak keluar. Selain itu material exothermic dapat menghasilkan energi panas ketika terjadi reaksi kimia sehingga temperatur logam cair yang ada di dalam exothermic riser tidak cepat membeku[3]. Terlihat dari gambar ilustrasi dibawah ini riser yang tanpa pelapis terjadi solidifikasi yang lebih cepat daripada riser dengan insulasi maupun dengan exothermic riser.
Gambar 1. Ilustrasi Natural riser, insulating riser dan exothermic riser[4]. Exothermic riser lebih efektif digunakan untuk pengecoran benda yang relatif besar yang apabila menggunakan riser biasa akan memerlukan ukuran riser yang lebih besar sehingga logam cair yang digunakan dalam pengecoran akan lebih banyak. Exothermic riser dibuat dengan cara mencampurkan material exothermic pada pasir cetak pada daerah riser. Selain itu material exothermic juga dapat dibentuk seperti selimut atau selongsong (sleeve) dengan dimensi dan ketebalan tertentu yang disisipkan pada rongga riser atau diletakkan di luar cetakan[4]. Exothermic riser yang berbentuk selimut (sleeve) dapat dibuat dengan metode pembuatan inti yaitu bahan exothermic riser dicampur dengan air kemudian dikeraskan dengan cara dibakar, pengeringan udara atau menggunakan gas CO2[5]. Secara umum bahan pembentuk exothermic riser terdiri atas bahan tahan temperatur tinggi (refraktori), bahan yang menyebabkan terjadinya reaksi kimia (oksidasi) sehingga menimbulkan panas pada selimut (sleeve) dan bahan pengikat untuk dapat menyatukan bahan – bahan pembentuknya[6]. Bahan – bahan yang digunakan untuk membuat exothermic riser diantaranya adalah : a. Pasir Silika digunakan sebagai insulasi yang tahan terhadap temperatur tinggi. b. Pasir Zircon digunakan untuk menahan panas sama seperti pasir silika.
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 3, No. 2, (2014) 1-8 c. Bentonit atau water glass digunakan sebagai pengganti clay untuk mengikat atau juga sebagai perekat. d. Serbuk Aluminium. e. Iron oxide (Fe3O4). f. Potassium Nitrate sebagai katalis pada reaksi exothermic. Reaksi kimia pada exothermic riser terjadi antara iron oxide (Fe3O4) dengan bubuk aluminium (Aluminium powder) yang dipicu oleh temperatur logam cair lebih dari 300oC dan menghasilkan energi panas. 3Fe3O4 + 8Al = 4Al2O3 + 9Fe + 3369kJ Penggunaan exothermic riser meningkatakan efisiensi penambah mencapai 70% sehingga riser dapat dibuat lebih kecil daripada normal riser. Selain iron oxide, material oksida yang dapat digunakan adalah oksida tembaga, oksida nikel, oksida kobalt dan oksida mangan[7]. B. Cacat shrinkage Adanya shrinkage sering ditandai dengan munculnya cekungan pada permukaan coran dan atau perubahan geometri sebagai akibat dari tekanan udara luar yang lebih besar dari tekanan didalam rongga-rongga shrinkage. Pada setiap pembuatan cetakan (mould) harus selalu memperhitungkan terjadinya penyusutan (shrinkage) setelah terjadi pembekuan. Hal itu terjadi karena adanya perubahan fase dari material cair menjadi padat sehingga akan terjadi perubahan volume. Jadi jika dibandingkan dengan ukuran pada rongga cetak, ukuran produk akan berbeda, yaitu ukurannya menjadi lebih kecil dibandingkan rongga cetaknya.
Gambar 2 Cacat penyusutan (shringkage)[3]. C. Perencanaan riser
Langkah-langkah perencanaan riser berdasarkan pendekatan Foseco Non – Ferrous Foundryman’s Handbook[8]. • Menentukan nilai modulus (C%) C% = 14% untuk natural feeder. • Menentukan nilai shrinkage pada paduan yang akan dicor (S%). • Memperkirakan berat logam cair yang ada di dalam riser (WF). WC adalah berat benda coran. WF = WC × 100 × S % C % 100 D. Studi Literatur Sebelumnya Yudhi Hermawan[1], melakukan penelitian tugas akhir dengan judul “Simulasi Z-Cast dan Pengecoran Alumunium 6061 Variasi Letak Penambah Buta (Blind Riser) dan Temperatur Tuang Terhadap Cacat Shrinkage.
Penelitian dilakukan dengan cara simulasi menggunakan software Z-Cast dan eksperimen. Berdasarkan hasil simulasi dan eksperimen didapatkan bahwa penambah buta (blind riser) yang diletakkan ditengah spesimen paling efektif dalam meminimalisir terbentuknya cacat shrinkage dan temperatur tuang yang baik untuk alumunium 6061 pada penelitian ini adalah 7000C, dimana cacat shrinkage yang terjadi pada benda coran relatif kecil. Richard A. Hardin, dkk[2] melakukan penelitian yang berjudul Riser Sleeve Properties for Steel Casting and
2 Effect of Sleeve Type on Casting Yield yang bertujuan untuk mengetahui pengaruh riser sleeve terhadap kecepatan solidifikasi dan menentukan tipe riser sleeves yang sesuai dan efektif untuk pengecoran baja. Penelitian dilakukan dengan cara melakukan simulasi menggunakan software magmasoft dan eksperimen pengecoran menggunakan exothermic riser dengan KALMINEX 2000 dan insulation sleeve riser KALMIN 70. Dimensi benda coran yang akan dibuat berbentuk kubus dan plat kotak. Percobaan untuk mengetahui performa dari exothermic riser KALMINEX 2000 dilakukan dengan cara mengukur laju solidifikasi logam cair didalam riser menggunkan thermocouple dibandingkan dengan cetakan yang tanpa menggunkan riser exothermic atau riser biasa.
(a) (b) Gambar 3. Grafik laju pendinginan baja pada riser (a) dan grafik perubahan temperatur pada sleeve riser (sand 1 TC) dan cetakan pasir (sand 2 TC) (b) [2]. Pada Gambar 3 grafik (a) membandingkan laju solidifikasi antara penggunaan riser biasa (no sleeve) dan KALMINEX 2000 (with sleeve) bahwa laju pendinginan exothermic riser lebih lambat dari pada menggunakan riser biasa dengan selisih mencapai kurang lebih 1300 detik. Pada gambar grafik (b) menunjukkan bahwa bahan exothermic riser mampu menghasilkan panas yang lebih besar daripada riser biasa mencapai 9500C. Oleh karena itu dapat diambil kesimpulan bahwa dengan menggunakan riser sleeve dapat memperlambat laju pendinginan dibandingkan dengan riser biasa.
(a) (b) Gambar 4 Grafik laju pendinginan baja pada (a) Insulation sleeve riser KALMIN 70 dan (b) exothermic riser KALMINEX 2000[2]. Hasil percobaan dan simulasi menggunakan software didapatkan antara penggunaan Insulation sleeve riser KALMIN 70 dan exothermic riser KALMINEX 2000 dapat dilihat dari grafik gambar 4. Dapat diketahui pada grafik yang membandingkan laju solidifikasi antara penggunaan Insulation sleeve riser KALMIN 70 dan KALMINEX 2000 bahwa laju pendinginan exothermic riser lebih lambat dari
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 3, No. 2, (2014) 1-8 pada menggunkan Insulation sleeve riser KALMIN 70 mencapai kurang lebih 300 detik. Sehingga penggunaan KALMINEX 2000 lebih baik daripada KALMIN 70. III. METODE PENELITIAN
75
m
m
75mm
Data awal dibutuhkan untuk melakukan perencanaan, simulasi dan proses pengecoran sebenarnya. Data tersebut merupakan data – data yang mempunyai potensi berpengaruh pada permasalahan dan mendukung analisa dari permasalahan. Data – data tersebut meliputi : • Dimensi benda coran Benda coran berbentuk kubus sesuai dengan Indian Standart 15865 : 2009 untuk pengujian riser sleeve. adapun dimensinya sebagai berikut :
75mm
Gambar 5. Dimensi benda coran • Material benda coran Jenis material coran yang digunakan adalah Aluminium 6061, yang mempunyai berat jenis (ρ) = 2,7 gr/cm3 = 0,0975 lb/in3 dan temperatur melting = 625 oC. • Material pasir cetak Material pasir cetak yang digunakan adalah pasir silika. A. Perencanaan sistem saluran dan riser Perancangan dimensi sistem saluran perhitungan sesuai dengan perencanaan Foundrymen’s Society (AFS) [9].
berdasarkan American
Gambar 6. Sistem saluran yang direncanakan Perencanaan riser biasa dilakukan dengan pendekatan teori Foseco Non – Ferrous Foundryman’s Handbook[8]. Dimensi riser yang didapatkan berdasarkan perhitungan adalah : Tinggi riser L = 75 mm Diameter riser D = 50 mm B. Simulasi Software Simulasi dengan software dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui pengaruh penggunaan exothermic riser dengan variasi volume terhadap1 cacat shrinkage yang terjadi. Simulasi pertama dilakukan pada benda cor tanpa saluran penambah untuk mengetahui posisi shrinkage yang terjadi.
3 Setelah mendapatkan posisi shrinkage dilakukan simulasi kedua dengan memberikan riser biasa pada posisi shrinkage tersebut yang dimensinya sesuai dengan hasil perhitungan riser hingga didapatkan volume efektif riser biasa. Simulasi selanjutnya yaitu mengganti riser biasa dengan riser exothermic hingga didapatkan volume exothermic riser yang mampu mencegah terjadinya cacat shrinkage pada benda coran. Dari hasil simulasi akan didapatkan proses solidifikasi, letak shrinkage yang terjadi, persentase shrinkage dan temperatur pendinginan setiap detik. C. Eksperimen Pengecoran Eksperimen pengecoran dilakukan untuk mengetahui fenomena variasi volume exothermic riser dalam kegiatan pengecroan sebenarnya. Tahap – tahap eksperimen pengecora adalah • Pembuatan pola dan sistem saluran • Pembuatan rangka cetak • Pembuatan exothermic riser • Persiapan alat dan bahan pembuatan cetakan pasir • Pembuatan cetakan pasir • Peleburan material aluminium 6061 • Penuangan aluminium cair ke dalam cetakan • Pembongkaran cetakan pasir • Inspeksi hasil pengecoran • Pengambilan Data eksperimen merupakan pengambilan data hasil pengukuran atau pengamatan yang dilakukan selama kegiatan penelitian. Data tersebut meliputi : 1. Parameter penuangan yang meliputi waktu tuang, ketinggian penuangan dan temperatur tuang. 2. Pengukuran temperatur pada riser menggunakan alat ukur yang thermocouple tipe k yang dipasang sesuai gambar 7 dengan peralatan akuisisi hasil perancangan sendiri. 3. Pengamatan visual terhadap shrinkage 4. Pengukuran volume shrinkage
Gambar 7. Skema pengukuran temperatur dan peletakan thermocopule (a) tampak atas dan (b) tampak samping Eksperimen pengecoran yang dilakukan meliputi eksperimen pengecoran tanpa riser, pengecoran dengan riser biasa volume efektif hasil simulasi dan pengecroan dengan exothermic riser volume efektif. IV. DATA HASIL SIMULASI DAN EKSPERIMEN A. Data Hasil Simulasi Simulasi dilakukan pada pengecoran logam tanpa riser, pengecoran logam dengan riser biasa dan pengecroan logam dengan riser exothermic riser. Simulasi difokuskan pada proses solidifikasi dari benda cor yang berbentuk kubus
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 3, No. 2, (2014) 1-8
4
dengan dimensi panjang 77mm, lebar 77mm dan tinggi 77mm dengan dimensi sistem saluran dan volume riser yang disesuaikan hasil perhitungan dianggap sudah ideal. Parameter yang digunakan dalam simulasi disesuaikan dengan kondisi pengecoran sebenarnya meliputi : - Material pasir = pasir silika - Material riser = exothermic riser - Material logam cair = Aluminium Al-Mg-Si - Cara penuangan = Gravity filling - Temperatur ruang dan Temperatur awal cetakan = 270C - Temperatur tuang = 7000C dan koefisien perpindahan panas antara logam cair dengan cetakan = 200 W/m2K. Tabel 1. Variasi jenis, volume riser dan dimensi riser pada simulasi ø riser (mm)
t riser (mm)
Tebal material exothermic (mm)
Simulasi
Jenis riser
Volume riser (mm3)
Pengecoran tanpa riser
-
-
-
-
-
Riser biasa Riser biasa Riser biasa Riser biasa Riser biasa Riser biasa Riser biasa Riser biasa Riser biasa Exothermic riser Exothermic riser Exothermic riser Exothermic riser Exothermic riser Exothermic riser Exothermic riser Exothermic riser Exothermic riser Exothermic riser
153.264,44 178.258,93 212.142,86 248.973,21 288.750 331.473,21 377.142,86 425.758,93 477.321,43 477.321,43 425.758,93 377.142,86 331.473,21 288.750 248.973,21 212.142,86 178.258,93 153.264,44 119.330,36
50 55 60 65 70 75 80 85 90 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45
75 75 75 75 75 75 75 75 75 75 75 75 75 75 75 75 75 75 75
5 5 5 5 5 5 5 5 5 5
Pengecoran dengan riser biasa
Pengecoran dengan Exothermic riser
Hasil simulasi didapatkan letak dan persentase cacat shrinkage serta perubahan tempertur logam cair yang ada di riser setiap detik. Berdasarkan hasil simulasi pengecoran tanpa riser didapatkan lokasi cacat shrinkage berada ditengah bagian atas benda kerja. oleh karena itu diperlukan riser yang dipasang pada bagian atas benda kerja untuk mengisi kekurangan logam cair akibat shrinkage.
Gambar 9. Lokasi cacat shrinkage hasil simulasi setiap variasi volume riser biasa Persentase cacat shrinakage yang terjadi pada benda kerja dapat diliahat pada grafik gambar 10 dan hasil simulasi perubahan temperatur logam cair yang ada di riser ditunjukkan pada gambar 11.
Gambar 10. Persentase cacat shrinkage hasil simulasi setiap variasi volume riser biasa
Gambar 8 lokasi cacat shrinkage pada pengcroan tanpa riser Penggunaan riser biasa bertujuan untuk mencegah terjadinya cacat shrinkage pada benda kerja. Pada gambar 9 ditunjukkan pengaruh penggunaan riser biasa dengan variasi volume yang hingga tidak terjadi cacat shrinkage.
Gambar 11. Temperatur pada logam cair yang ada di riser untuk setiap variasi volume riser biasa hasil simulasi
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 3, No. 2, (2014) 1-8
5
Simulasi pengecoran dengan exothermic riser bertujuan untuk mengetahui volume efektif dari exothermic riser. Menurut teori, volume exothermic riser lebih kecil dibandingkan volume riser biasa. Dilakukan variasi volume dengan cara mengurangi diameter riser biasa sebesar 5mm hingga terjadi cacat shrinkage pada benda kerja. hasil simulasi dapat dilihat pada gambar 12 untuk letak cacat shrinakge.
Gambar 14. Temperatur pada logam cair yang ada di riser untuk setiap variasi volume exothermic riser hasil simulasi B. Data Hasil Eksperimen Adapun data parameter penuangan dan data hasil pengematan visual yang didapat dari penelitian pada masing – masing cetakan adalah sebagai berikut. Tabel 2. Parameter penuangan aluminium cair Cetakan Tanpa riser Dengan riser biasa ø90mm Dengan exothermic riser ø55mm
Temperatur penuangan di tungku (oC) 710
Tinggi Penuangan (cm)
Waktu Tuang (s)
5
11
800
5
23
685
5
21
Tabel 3. Hasil pengamatan secara visual pada benda kerja Cetakan Gambar benda hasil coran Keterangan
Gambar 12. Lokasi cacat shrinkage hasil simulasi setiap variasi
volume riser biasa Tanpa riser Dimensi benda : - Panjang = 77mm - Lebar = 77mm - Tinggi = 77mm
Gambar 13. Persentase cacat shrinkage yang terjadi pada benda coran untuk setiap variasi volume exothermic riser hasil simulasi Hasil simulasi yang menunjukkan perubahan temperatur logam cair yang ada di exothermic riser ditunjukkan pada gambar 14.
Cacat shrinkage terletak pada bagian atas benda kerja. membentuk cekungan dengan kedalaman paling besar dipusat benda kerja 3mm
Tidak terjadi cacat shrinkage pada benda kerja. riser bekerja efektif mencegah terjadinya cacat shrinkage pada benda coran.
Dengan riser biasa ø90mm dan tinggi 75mm Dimensi benda : - Panjang = 77mm - Lebar = 77mm - Tinggi = 77mm
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 3, No. 2, (2014) 1-8
Dengan exothermic riser ø55mm dan tinggi 75mm
Dimensi benda : - Panjang = 77mm - Lebar = 77mm - Tinggi = 77mm
Cacat shrinkage terjadi pada daerah tengah bagian atas benda coran yang membentuk cekungan lebih kecil dengan diameter 16mm dengan kedalaman 3mm.
Tabel 4. Hasil pengamatan secara visual pada riser Cetakan
Gambar riser hasil coran
Keterangan Cacat shrinkage terjadi pada bagian atas riser biasa membentuk cekungan dengan kedalaman mencapai 12mm. Cacat shrinkage terjadi pada bagian atas exothermic riser membentuk cekungan kebagian dalam hingga mencapai bagian atas benda coran.
Dengan riser biasa ø90mm dan tinggi 75mm
Dengan exothermic riser ø55mm dan tinggi 75mm
Selain pengamatan visual didapatkan data pengukuran volume shrinkage untuk mengetahui persentase shrinkage hasil pengecoran. Tabel 5. Pengukuran cacat shrinkage pada benda cor Benda hasil pengecoran Tanpa riser Dengan riser biasa ø90mm Dengan exothermic riser ø55mm
6 Simulasi dilakukan dengan menggunakan volume riser yang dijadikan acuan yaitu 153.264,44mm3 dan dilakukan penambahan pada variabel diameter sebesar 5mm jika masih terjadi cacat shrinkage pada benda kerja. Dari hasil simulasi didapatkan volume efektif untuk menanggulangi cacat Shrinkage pada benda kerja kubus adalah yang mempunyai volume 477.321,43mm3. Dari gambar 9 dan 10 dapat dilihat bahwa semakin besar volume riser biasa cacat shrinkage terletak pada riser dan persentase cacat shrinkage pada benda coran akan berkurang. Riser biasa yang mempunyai volume yang besar akan lebih mudah mencegah cacat shrinkage, dikarenakan riser yang mempunyai volume yang besar dapat memperlambat solidifikasi logam cair. logam cair yang tersedia di riser lebih banyak sehingga kebutuhan untuk mengisi benda cor yang menyusut akan terpenuhi sebelum logam cair di riser mengalami pembekuan sendiri. Semakin besar volume riser waktu yang dibutuhkan untuk mencapai temperatur solidus semakin lama sehingga dapat memberikan kesempatan logam cair untuk mengisi volume yang terjadi penyusutan pada benda kerja (lihat gambar 11). Berdasarkan hasil simulasi pengecoran menggunakan exothermic riser volume yang paling efektif adalah volume 178.258,93mm3. Dari gambar 14 ditunjukkan bahwa semakin besar volume exothermic riser laju pendinginan logam cair yang di riser lebih lambat. Hal ini dipengaruhi adanya penambahan selongsong material exothermic mampu mempertahankan temperatur logam cair yang ada di riser agar pendinginan lebih lambat disebabkan karena material exothermic riser sebagai insulasi yang dapat mencegah panas keluar melalui material exothermic dan exothermic riser menghasilkan panas sendiri dari adanya reaksi kimia yang mengahasilkan energi panas. Perbandingan hasil simulasi antara riser biasa dengan riser exothermic bertujuan untuk mengetahui efektifitas riser exothermic dalam menanggulangi cacat shrinkage. Dimensi riser yang akan dibandingkan adalah riser biasa dengan exothermic riser yang mempunyai volume yang sama 178.258,93mm3 diameter 55mm dan tinggi 75mm.
Volume shrinkage %Shrinkage di benda cor 74 17,5 0 0 2 0,47
ml (cm3)
Tabel 6. Pengukuran cacat shrinkage pada riser Volume shrinkage
Benda hasil pengecoran Dengan riser biasa ø90mm Dengan exothermic riser ø55mm
52
%Shrinkage di riser 0,98
34
1.05
ml (cm3)
V. ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN Pada simulasi pengecoran tanpa riser dilakukan untuk mengetahui letak dan persentase cacat shrinakage yang terjadi pada benda coran. Hasil dari simulasi didapatkan terjadi cacat shrinkage pada benda coran kubus standar. Selain disebabkan karena tidak menggunakan saluran penambah shrinkage terjadi karena benda kerja yang relatif tebal sehingga pembekuan yang tidak seragam terjadi pada logam cair yang menyebabkan daerah pembekuan terakhir terletak di tengah. Simulasi riser biasa dilakukan untuk mendapatkan volume riser yang mampu mencegah terjadinya cacat shrinkage.
Gambar 15. Hasil simulasi letak cacat Shrinkage dengan volume riser yang sama pada pengecoran logam dengan menggunakan: (a) Riser biasa dan (b) Exothermic riser Pada pengecoran dengan riser biasa dengan volume 178.258,93mm3, persentase cacat shrinkage yang terbentuk adalah 18,62% pada benda kerja sedangkan pada pengecoran dengan exothermic riser tidak terjadi cacat pada benda kerja, hanya terjadi penyusutan pada riser yang menandakan riser bekerja efektif. Perbedaan pengecoran dengan riser biasa dan exothermic riser adalah ketika logam cair dituang kedalam cetakan temperatur mengalami penurunan disebabkan karena perpindahan panas logam cair yang ada di riser ke udara
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 3, No. 2, (2014) 1-8 melalui open riser, jika menggunakan riser biasa perpindahan panas melalui pasir cetak dan perpindahan panas melalui exothermic riser jika pada pengecoran menggunakan exothermic riser. Perpindahan panas melalui pasir cenderung lebih cepat dibandingkan melalui exothermic riser karena exothermic riser selain berfungsi sebagai bahan insulasi juga dapat menghasilkan energi panas dari hasil reaksi kimia exothermic riser. Logam cair yang ada di exothermic riser temperaturnya ditahan dalam kondisi liquid lebih lama daripada riser biasa, sehingga logam cair dapat mengisi benda coran apabila terjadi cacat shrinkage. Berbeda dengan pasir cetak yang perindahan panasnya relatif cepat sehingga logam cair yang ada di riser lebih cepat membeku dan riser tidak bekerja secara efektif untuk mencegah cacat shrinkage.
7 temperatur pasir cetak. Hal ini menunjukkan bahwa exothermic riser menimbulkan energi panas ketika riser terisi logam cair. Energi panas tersebut yang dapat mempertahan kan temperatur logam cair yang ada di riser agar tetap tinggi. Sedangkan pasir cetak lebih bersifat insulator yang hanya menghambat panas logam cair.
Gambar 17 Temperatur dinding exothermic riser pada pengecoran dengan exothermic riser dan temperatur dinding pasir cetak pada pengecoran dengan riser biasa
VI. KESIMPULAN
Gambar 16 Temperatur logam cair di riser pada pengecoran logam menggunakan riser biasa dan riser exothermic dengan volume yang sama 178.258,93mm3 hasil simulasi. Hasil eksperimen pengecoran logam tanpa riser menunjukkan terjadinya cacat shrinkage pada bagian atas benda coran. Volume cacat shrinkage yang terbentuk mencapai 17,5% dari benda coran. Dibutuhkan saluran penambah (riser) yang diletakkan dibagian atas benda coran untuk mengisi kekurangan logam cair di bagian benda coran yang terjadi cacat shrinkage. Hasil eksperimen pengecoran logam dengan riser biasa menunjukkan pada benda kerja tidak terjadi cacat shrinkage, tetapi pada riser terjadi penyusutan volume yang ditunjukkan dengan bentuk cekung pada bagian atas riser dengan persentase 0,98% dari volume riser biasa. Hal ini menunjukkan bahwa riser bekerja secara efektif dalam mencegah terjadinya cacat shrinkage pada benda coran. Hasil eksperimen pengecoran logam dengan exothermic riser menunjukkan pada benda coran terjadi cacat shrinkage 0,47%, pada riser juga terjadi penyusutan volume yang ditunjukkan dengan bentuk rongga pada bagian tengah riser dengan persentase 1,05% dari volume riser biasa. Hal ini menunjukkan bahwa exothermic riser tidak efektif dalam mencegah terjadinya cacat shrinkage pada benda coran. Cacat shrinkage juga terjadi pada logam cair di riser yang menunjukkan bahwa logam cair yang ada di riser mengisi benda coran yang menyusut tetapi tidak efektif. Hal ini disebabkan karena temperatur tuang terlalu rendah yaitu 6800C, sehingga logam cair yang ada di exothermic riser terlebih dahulu membeku sebelum sepenuhnya mengisi rongga akibat penyusutan pada benda coran. Jika membandingkan efektifitas material exothermic dan pasir cetak dapat dilihat pada gambar 17 yang didapatkan dari pengukuran temperatur pada kegiatan eksperimen, bahwa temperatur exothermic lebih tinggi dibandingkan dengan
1. Semakin besar volume exothermic riser dapat mengurangi terjadinya cacat shrinkage pada benda coran. Tetapi semakin besar exothermic riser yang digunakan maka biaya produksi pengecoran semakin tinggi digunakan untuk pembuatan exothermic riser. Exothermic riser dapat mempertahankan temperatur logam cair di riser dengan berfungsi sebagai insulasi dan menghasilkan panas dari reaksi exothermic-nya sehingga logam cair tersebut dapat mengisi volume benda coran yang berkurang akibat cacat shrinkage. 2. Volume exothermic riser berpengaruh terhadap volume logam cair yang akan mengisi cacat shrinkage pada benda kerja. Jika volume riser lebih kecil daripada volume yang berkurang akibat cacat shrinkage pada benda coran, akan terjadi kekurangan logam cair untuk mencegah terjadinya cacat shrinkage. 3. Volume exothermic riser yang dapat mencegah cacat shrinkage lebih kecil daripada volume riser biasa. Berdasarkan hasil simulasi, volume exothermic riser yang dapat mencegah terjadinya cacat shrinkage untuk benda uji standar berbentuk kubus dengan dimensi p = l = t = 77mm adalah 178258,93mm3 (ø55mm, tinggi = 75mm dan tebal selimut = 5mm). Sedangkan volume riser biasa untuk benda uji yang sama adalah 477321,43mm3 (ø90 dan tinggi = 75mm)
DAFTAR PUSTAKA [1] Hermawan, Yudhi, 2012. Simulasi Z-CAST dan Pengecoran Alumunium 6061 Variasi Letak Penambah Buta (Blind Riser) dan Temperatur Tuang Terhadap Cacat Shrinkage, Tugas Akhir, Jurusan Teknik Mesin Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya. [2] Richard A. H, Thomas J.W dan Beckermann C, 2013. Riser Sleeves Properties for Steel Casting and the Effect of Sleeve Type on Casting Yield. Proceeding of the 67th SFSA Technical and Operating Conference. The University of Iowa, Iowa City.
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 3, No. 2, (2014) 1-8 [3] BEELY, P.R. 2001. FOUNDRY TECHNOLOGY. OXFORD: BUTTERWORTH-HEINEMANN. [4] The Metal Casting Operation
[5] Jain P. L . 2003. Principles of Foundry Technology 4th edition. New-Delhi: Tata McGraw-Hill Education. [6] Strauss. K dan Boddey F. R. 1948. UNITED STATES PATENT OFFICE: Exothermically Reacting Sleeves Risers. Great Britain. [7] Taylor F. H, Flemings M. C, Wulff J. 1993. Foundry Engineering, Wiley Estern Limited.
[8] Brown, John. R. 1994. Foseco Non Ferrous Foundryman’s Handbook. 11th edition. Oxford: Butterworth-Heinemann. [9] American Foundrymen’s Society Training & Research Institute. 1972. Basic Principle of Gating and Risering. Golf&Wolf Roads Des Plainers Illinois.
8
