PROPOSAL SKRIPSI
PENGARUH TEKANAN DAN KETEBALAN RONGGA CETAKAN TERHADAP MEKANISME PEMBEKUAN PADA PROSES HPDC (HIGH PRESSURE DIE CASTING) UNTUK MATERIAL Al-Si
Oleh :
Renhard Niptro G NIM : 1007113735
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN S1 FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS RIAU 2014
HALAMAN PENGESAHAN
Proposal Skripsi dengan judul : “Pengaruh Tekanan Dan Ketebalan Rongga Cetakan Terhadap Mekanisme Pembekuan Pada Proses HPDC (High Pressure Die Casting) Untuk Material ADC 12” yang dipersiapkan dan disusun oleh : Renhard Niptro G 1007113735 Program Studi Teknik Mesin S1, Fakultas Teknik Universitas Riau, Telah diseminarkan di hadapan Tim Pembanding pada tanggal 9 Juni 2014.
SUSUNAN TIM PEMBANDING NAMA/NIP Nama jelas dan gelar NIP. Nama jelasdan gelar NIP.
PARAF
Menyetujui, Pembimbing Utama Pembanding,
Pembimbing
Nama jelas dan gelar NIP.
Nama jelas dan gelar NIP.
Mengetahui, Program Studi Teknik Mesin S1 Ketua,
Nama jelas dan gelar NIP. i
DAFTAR ISI
HALAMAN PENGESAHAN........................................................................................ i DAFTAR ISI.................................................................................................................ii DAFTAR GAMBAR ...................................................................................................iv DAFTAR TABEL......................................................................................................... v 1. Judul Penelitian ......................................................................................................... 1 2. Latar Belakang .......................................................................................................... 1 3. Rumusan Masalah ..................................................................................................... 2 4. Tujuan Penelitian ...................................................................................................... 2 5. Batasan Masalah........................................................................................................ 2 6. Tinjauan Pustaka ....................................................................................................... 3 6.1 HPDC (High Pressure Of Die Casting) .............................................................. 3 6.2 Pembekuan Logam .............................................................................................. 6 6.3 Tingkat Pemadatan .............................................................................................. 9 6.4 Aluminium (Al) ................................................................................................. 11 6.5 Struktur Mikro ................................................................................................... 13 6.6 Dasar-Dasar Dalam Senyawa Logam................................................................ 17 6.7 Pengaruh Tekanan Injeksi terhadap Porositas ................................................... 17 6.8 Sifat Mekanik Dengan Memvariasikan Tekanan .............................................. 18 7. Metodologi Penelitian ............................................................................................. 20 7.1 Penelusuran Literatur ........................................................................................ 21 7.2 Pengumpulan Bahan.......................................................................................... 21 7.3 Pembuatan Cetakan ........................................................................................... 21 7.4 Pengujian Komposisi......................................................................................... 23 7.5 Peleburan Material ............................................................................................ 23 7.6 Penuangan Logam Cair ..................................................................................... 24 7.7 Penekanan pada tekanan 3 MPa, 5 MPa, dan 7 MPa ........................................ 25 ii
7.8 Pelepasan dari cetakan....................................................................................... 25 7.9 Pengamatan struktur mikro benda cor ............................................................... 25 7.10 Metode Penelitian............................................................................................ 26 7.11 Teknik pengumpulan data ............................................................................... 26 8. Jadwal Kegiatan ...................................................................................................... 27 9. Biaya Kegiatan ........................................................................................................ 28 10. Daftar Pustaka ....................................................................................................... 29 11. Lampiran ............................................................................................................... 30
iii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Skema mesin pengecoran HPDC; a) Cold Chamber, b) Hot Chamber..... 4 Gambar 2. Model pergerakan logam cair di dalam saluran injeksi (Bar-Meirs, 2000)4 Gambar 3. Siklus Injeksi Pada Tekanan Die Casting.................................................. 5 Gambar 4. Proses pembekuan logam cair ................................................................... 7 Gambar 5. Pembekuan logam coran dalam cetakan.................................................... 7 Gambar 6. Ilustrasi skematis dari pembekuan logam.................................................. 8 Gambar 7. Tingkat Pemadatan .................................................................................. 10 Gambar 8. Tingkat Pemadatan Secara Pendek .......................................................... 10 Gambar 9. Tingkat Pemadatan Secara Panjang......................................................... 10 Gambar 10. Diagram Fasa Al-Si ............................................................................... 12 Gambar 11. Struktur Mikro Aluminium.................................................................... 15 Gambar 12. Struktur Mikro Paduan Al-Si................................................................ 15 Gambar 13. Struktur Mikro Paduan Al-Si-Mg......................................................... 16 Gambar 14. Diagram Metode Penelitian ................................................................... 20 Gambar 15. Skema Cetakan HPDC........................................................................... 22 Gambar 16. Mesin HPDC.......................................................................................... 23 Gambar 17. Skema Peleburan ................................................................................... 24 Gambar 18. Penuangan Logam Cair (Jurnal Pengaruh Tekanan Pada Proses HPDC Terhadap Kekerasan Dengan Material ADC 12 Oleh Sri Harmanto, A.P. Bayuseno, Sri Nugroho) ............................................................................................................... 24 Gambar 19. Pengamatan Struktur Mikro................................................................... 26
iv
DAFTAR TABEL
Tabel 1. Pedoman angka untuk pengecoran bertekanan. ............................................. 3 Tabel 2. Kelebihan dan kekurangan proses HPDC ...................................................... 6 Tabel 3. Pengaruh Tekanan Terhadap Porositas ........................................................ 18 Tabel 4. Pengaruh Tekanan Terhadap Kekerasan ...................................................... 19 Tabel 5. Komposisi ADC 12 ...................................................................................... 23
v
1. Judul Penelitian Pengaruh Tekanan Dan Ketebalan Rongga Cetakan Terhadap Mekanisme Pembekuan Pada Proses HPDC (High Pressure Die Casting) Untuk Material ADC 12
2. Latar Belakang Pengunaan Aluminium dan logam paduan Aluminium didunia industri terus berkembang dan di era modernisasi yang terjadi saat ini, menuntut manusia untuk melaksanakan rekayasa guna memenuhi kebutuhan yang semakin kompleks, tak terkecuali dalam hal teknologi yang berperan penting dalam kelangsungan hidup manusia seperti dalam hal rekayasa dan proses perlakuan pada logam yang mempunyai pengaruh fital karena merupakan elemen dasar untuk membuat sesuatu yang berguna dalam bidang kontruksi bangunan khususnya. Struktur logam yang terjadi pada pemadatan merupakan suatu proses transisi fase dari fase cair ke fase padat yang berlangsung secara diskontinu. Ketika cairan logam mulai membeku, struktur butir kristal yang terjadi pada umumnya tidak seragam. Tingkat ketidak seragaman tersebut akan bergantung pada gradien temperatur likuidus-solidus, laju pemindahan kalor, geometri cetakan dan faktor pengiring lainnya. Pada saat cairan bersentuhan dengan dinding cetakan, cairan akan mengalami pendinginan dan kristalisasi. Laju pendinginan yang tinggi tersebut menyebabkan nukleasi kristal-kristal lebih efektif dibanding dengan pertumbuhannya masing-masing. Dengan menurunnya, temperatur dan laju pendinginan akibat perbedaan suhu antara cairan dan dinding cetakan yang semakin mengecil. Pertumbuhan kristal-kristal akan semakin efektif dibanding dengan pertumbuhan intiinti kristal baru. Proses perlakuan ini dapat di artikan sebagai suatu metode untuk membuat suatu material menjadi suatu produk yang siap pakai yang didukung data-data empiris. Metode tersebut dapat dijabarkan melalui proses pembuatan untuk 1
mendapatkan data-data seperti sifat-sifat material (kimia, fisika, mekanik, dan teknologi).
3. Rumusan Masalah Mengetahui mekanisme pembekuan pada proses pengecoran HPDC (High Pressure Die Casting) untuk material ADC 12 pada tekanan dan ketebalan rongga cetakan yang berbeda.
4. Tujuan Penelitian 1. Mengetahui pola pembekuan terhadap pengaruh variasi tekanan pada proses HPDC (High Pressure Die Casting) untuk material ADC 12. 2. Mengetahui pola pembekuan terhadap variasi ketebalan rongga cetakan pada proses HPDC (High Pressure Die Casting) untuk material ADC 12. 3. Mengetahui pola pembekuan yang dominan terjadi pada proses HPDC (High Pressure Die Casting) untuk material ADC 12.
5. Batasan Masalah 1. Material benda uji adalah ADC 12. 2. Variabel tekanan yang akan di uji 3 MPa, 5 MPa, dan 7 MPa dengan temperature tuang 750˚C (Jurnal Pengaruh Tekanan Pada Proses HPDC Terhadap Kekerasan Dengan Material ADC 12 Oleh Sri Harmanto, A.P. Bayuseno, Sri Nugroho Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Semarang) 3. Variabel ketebalan rongga cetakan pengecoran 4 mm, 8 mm, dan 12 mm. (Jurnal Pengaruh Tebal Coran Pada Proses HPDC Terhadap Porositas Dengan Material ADC 12 Oleh Sri Harmanto) 4. Eksprimen difokuskan pada proses pengecoran dengan HPDC (High Pressure Die Casting). 2
6. Tinjauan Pustaka 6.1 HPDC (High Pressure Of Die Casting) Pengecoran logam merupakan proses yang melibatkan pencairan logam, membuat cetakan, menuang, membongkar dan membersihkan logam. Dalam mencairkan logam dapat digunakan berbagai macam tanur seperti kupola atau tanur induksi frekuensi rendah dipergunakan untuk besi cor, tanur busur listrik atau tanur induksi busur tinggi dipergunakan untuk baja cor dan tanur kurs untuk paduan tembagaatau paduan coran ringan, karena tanur –tanur ini dapat menghasilkan logam yang baik dan sangat ekonomis untuk pengecoran logam – logam tersebut. Teknik Pengecoran HPDC ini dilakukan dengan menginjeksikan logam cair dengan tekanan kedalam cetakan logam. Prinsip HPDC adalah mendorong logam cair pada shot tube kedalam cetakan dengan tekanan, tekanan ini dapat mencapai 100 MPa. Tabel 1 menunjukkan tekanan yang digunakan untuk beberapa jenis material yang digunakan. Tabel 1. Pedoman angka untuk pengecoran bertekanan.
Proses pengecoran yang paling umum digunakan untuk mengerjakan suatu prose penginjeksian adalah dengan menggunakan pengecoran HPDC (High Pressure Die Casting) yaitu, menggunakan desain mesin Cold Chamber dan Hot Chamber seperti pada Gambar 2.
3
a)
b)
Gambar 1. Skema mesin pengecoran HPDC; a) Cold Chamber, b) Hot Chamber Bagaimanapun metode pengecoran ini secara optimal yang dikendalikan dngan cara model injeksi. Pada zaman dulu, pengecoran HPDC menggunakan pemukulan injeksi. Prinsip injeksi dapat digunakan untuk mengisi stiap rongga cetakan dalam deretan langkah-langkah, dapat dilihat sebagai contoh pada Gambar 2.
a)
b)
Gambar 2. Model pergerakan logam cair di dalam saluran injeksi (Bar-Meirs, 2000)
4
Gambar 3. Siklus Injeksi Pada Tekanan Die Casting Langkah 1– pengeluaran udara dari shot sleeve Langkah 2– Logam di injeksikan ke dalam Die Langkah 3– Penekanan selama proses pembekuan Langkah 4– pengeluaran cetakan
Kelebihan dan kekurangan HPDC Konvensional die casting merupakan proses yang efisien dan
ekonomis dengan penggunaan yang optimal produknya dapat menggantikan komponen sejenis yang diproduksi dengan berbagai proses manufaktur. Penggabungan cetakan menjadi satu mengurangi biaya dan upah buruh. Proses ini akan menguntungkan jika jumlah komponen yang dicor melebihi 5000 hingga 10000. Umur cetakan HPDC bervariasi dari 8000 kali pengecoran untuk perunggu dan 800.000 kali pengecoran untuk paduan zinc. Berikut keuntungan dan kerugian metoda ini (Jorstad, 2003):
5
Tabel 2. Kelebihan dan kekurangan proses HPDC Keuntungan
Kekurangan
Proses sangat cepat,
Dapat membuat komponen sangat
penggunaan tekanan tinggi dan
tipis dan rumit
thermal fatigue tinggi
Tingkat presisi tinggi dibandingkan
Biaya bengkel sangat mahal karena
Proses pengisian sangat cepat
dengan proses konvensional
mengakibatkan aliran turbulen yang
Hanya memerlukan sedikit
dapat menyerap gas dalam jumlah
pengerjaan untuk finishing
besar
Part inset dapat digunakan pada
Komponen dengan menggunakan inti biasanya sangat sulit untuk
awal proses contoh bearing dan baut
dicor.
Hanya dapat mengecor logam dengan titik lebur rendah.
6.2 Pembekuan Logam Proses pembekuan logam dimulai dari bagian yang bersentuhan dengan cetakan, saat panas dari logam cair diserap oleh cetakan sehingga logam mendingin hingga mencapai titik beku kemudian muncul inti-inti kristal. Bagian dalam coran mendingin lebih lambat daripada bagian luar, sehingga kristal-kristal tumbuh dari inti asal mengarah bagian dalam coran dan terbentuklah struktur kolom. Struktur ini muncul dengan jelas apabila gradien temperatur yang besar terjadi pada permukaan coran besar. Akibat adanya perbedaan kecepatan pembekuan, terbentuklah arah pembekuan yang disebut dendritik. Proses pembekuan logam cair diilustrasikan sebagaimana pada gambar berikut :
6
Gambar 4. Proses pembekuan logam cair
Gambar 5. Pembekuan logam coran dalam cetakan Permukaan logam hasil coran yang halus merupakan efek dari logam yang mempunyai daerah beku yang sempit, sedangkan permukaan logam hasil cor yang kasar merupakan efek dari logam yang mempunyai daerah beku yang lebar. Cetakan logam akan menghasilkan hasil coran dengan permukaan yang lebih halus dibandingkan dengan cetakan pasir. Apabila cairan logam murni perlahan-lahan didinginkan, maka terjadi pembekuan pada temperatur yang konstan. Temperatur ini disebut titik beku,yang khusus bagi logam. Aluminium mempunyai titik cair 6600C (Suprayitno, 2009). 7
Pembekuan logam cair, pada awalnya terbentuk inti-inti kristal, kemudian kristal-kristal terbentuk di sekeliling inti tersebut dan inti lain yang baru terbentuk pada saat yang sama. Akhirnya seluruhnya ditutupi oleh butiran kristal sampai logam cair habis dituang. Hal ini mengakibatkan bahwa seluruh logam menjadi susunan kelompok-kelompok butiran kristal dan batasan-batasan yang terjadi diantaranya, disebut sebagai batas butir. Pada saat kristal yang bertemu dengan kristal lainnya yang telah terbentuk, terbentuknya kedua kristal tersebut terhenti dan permukaan singgungnya disebut batas butir.
Gambar 6 Ilustrasi skematis dari pembekuan logam Keterangan: 1. Keadaan cair. 2. Inti baru terbentuk. 3. Kristal terbentuk pada sekeliling inti. 4. Kristal menyentuh bagian yang disampingnya untuk menghentikan pertumbuhannya. 5. Pembekuan secara merata hingga membentuk pembekuan. Besar butiran tergantung pada laju pendinginan dan pada proses pengerjaan panas atau pengerjaan dingin sewaktu logam dibentuk. Logam dengan butiran yang halus umumnya memiliki kekuatan dan keuletan yang lebih baik dibandingkan dengan logam yang butirannya lebih besar. Logam dengan butiran yang kasar lebih mudah pemesinannya dan lebih mudah dikeraskan melalui perlakuan panas dan memiliki daya hantar listrik yang lebih baik. Logam berbutir 8
kasar akan mengeras secara merata, sedangkan yang berbutir halus tidak mudah retak sewaktu dicelup (pendinginan secara tiba-tiba). Ada dua macam pembekuan pada logam cair yaitu : 1. Pembekuan Paduan Apabila logam yang terdiri dari dua unsur atau lebih didinginkan dari keadaan cair, maka butir-butir kristalnya akan berbeda dengan butir-butir kristal logam murni. Dalam ilmu logam struktur yang sama disebut fasa. Oleh karena itu paduan adalah susunan dari beberapa fasa larutan padat, senyawa antara logam dan logam murni. 2. Pembekuan Coran Pembekuan coran dimulai dari bagian logam yang bersentuhan dengan cetakan, yaitu ketika panas dari logam cair diambil oleh cetakan sehingga bagian logam yang bersentuhan dengan cetakan yang mendingin sampai titik beku, dan kemudian inti-inti kristal terbentuk. Bagian dalam dari coran akan mengalami pendinginan lebih lambat dibandingkan dengan bagian bagian luar, sehingga kristal dari inti mengarah kebagian dalam coran dan butir-butir kristal tersebut berbentuk panjang seperti kolom. Bagian tengah coran mempunyai gradien temperatur yang kecil sehingga susunan butir-butir kristal dengan bentuk sembarang (tidak beraturan). Cetakan logam dapat menyebabkan permukaan logam menjadi halus dan cetakan pasir menyebabkan permukaan menjadi kasar. Dalam suatu daerah beku kristal-kristal dendrit yang berbentuk lebar terbentuk dari inti-inti dan akhirnya pembekuan berakhir pada keadaan dendrit-dendrit tersebut membeku (Sudjana, 2008).
6.3 Tingkat Pemadatan Bagian yang penting dari tingkat pemadatan, perlu diketahui bahwa waktu (t) untuk logam dipadatkan untuk mencapai ketebalan x dalam cetakan pasir, di 9
mana tingkat kehilangan panas dari pengecoran dikendalikan oleh konduktivitas cetakan, diberikan oleh hukum ketebalan yang berbentuk parabolik:
Keterangan: t = waktu k = konstanta x = ketebalan s = solid
Gambar 7 Tingkat Pemadatan Ada 2 model tingkat pemadatan yaitu: 1. Pembekuan Pendek
Gambar 8 Tingkat Pemadatan Secara Pendek
2. Pembekuan Panjang
Gambar 9 Tingkat Pemadatan Secara Panjang 10
Pengaruh unsur paduan selama pemadatan.
Perubahan struktur selama pendinginan hingga temperatur ruangan serta struktur yang dihasilkannya.
6.4 Aluminium (Al) Bentuk fisik aluminium biasnya adalah aluminium berwarna putih, mengkilat, dan lunak. Aluminium mempunyai beberapa sifat-sifat karakteristik fisis antara lain merniliki massa jenis sekitar 2,7 kg/m³, penghantar panas yang baik (konduktor panas), penghantar listrik yang baik (konduktor listrik), tahan terhadap korosi, dan susunan atom face centered cubic (FCC), karakteristiknya ringan, lunak, mudah dideformasi dan temperatur lelehnya rendah yaitu dengan temperatur 660⁰C maka akan mencair. Penggunaan paduan aluminium-silikon dalam pengecoran sangat banyak digunakan karena fluiditas tinggi, mampu cor baik, densitas rendah dan properti mekanik mudah dikontrol. Penambahan aluminium dengan silikon hingga 11% disebut hypoeutectic, 11-13% disebut eutektik, dan di atas 13% disebut hypereutectic. Paduan lain yang sering ditambahkan seperti Fe, Cu, Mg, Ni, Zn bertujuan untuk mendapatkan hasil pengecoran atau properti mekanik yang optimum. Pada saat solidifikasi Al-Si hipoeutektik 7% Si didinginkan dari fasa cair pada suhu Ts akan terbentuk struktur dendrit yang ukurannya kecil saat mencapai suhu T1. Perbedaan temperatur antara Ts-T disebut temperatur superheat. Solidifikasi tidak terjadi pada temperatur tunggal T1 saja melainkan akan membeku sempurna setelah melewati temperatur eutectic (Te). Pada saat temperatur liquidus (T1), dendrit tumbuh dan mengalami pengintian yang lebih banyak hingga mencapai temperatur eutektik (Te).
11
Aluminium Paduan Al-Si Paduan Al-Si merupakan material yang memiliki sifat mampu cor yang baik, dapat diproses dengan permesinan, dan dapat dilas. Paduan Al-Si cocok digunakan pada pengecoran HPDC (High Pressure Die Casting). Diagram fasa paduan Al-Si ditunjukkan pada Gambar 2.4 dimana diagram fasa ini digunakan sebagai pedoman umum untuk menganalisa perubahan fasa pada proses pengecoran Al-Si.
Gambar 10. Diagram Fasa Al-Si Jenis paduan Al-Si menurut kandungan silicon sesuai diagram fasa Al-Si terdiri dari 3 macam, yaitu:
a. Hypoeutectic Padual Al-Si disebut Hypoeutectic yaitu apabila pada paduan tersebut terdapat kandungan silikon <11.7% dimana struktur akhir yang terbentuk pada fasa ini adalah struktur ferrite (alpha) yang kaya akan aluminium dengan struktur eutektik sebagai tambahan. 12
b. Eutectic Paduan Al-Si disebut Eutectic yaitu apabila pada paduan tersebut terdapat kandungan silikon sekitar 11.7% sampai 12.2%. Pada komposisi ini paduan Al-Si dapat membeku secara langsung (dari fasa cair ke fasa padat). c. Hypereutectic Paduan Al-Si disebut Hypereutectic yaitu apabila pada paduan tersebut terdapat kandungan silikon lebih dari 12.2% sehingga kaya akan kandungan silicon dengan fasa eutektik sebagai fasa tambahan. Dengan adanya struktur Kristal silicon primer pada daerah ini mengakibatkan karakteristik sebagai berikut: 1. Ketahanan aus paduan meningkat. 2. Ekspansi termal rendah. 3. Memiliki ketahanan retak panas yang baik. Karateristik ADC 12 ADC 12 paduan aluminium dan Silikon 12% digunakan sebagai bahan untuk membuat sepatu rem. ADC 12 memiliki keunggulan sebagai berikut: 1. Memiliki berat yang relati ringan. 2. Tahan terhadap korosi. 3. Konduktivitas termal tinggi. 4. Lunak tapi kuat sehingga apabila kampas rem habis, sepatu rem tidak merusak drum. 5. Ulet sehingga jarang ditemuan retakan.
6.5 Struktur Mikro Hubungan antara struktur mikro dengan sifat mekanik logam dipengaruhi oleh kuantitas fasa, ukuran fasa dan pengaruh bentuk fasa. Paduan Al-Si memiliki kombinasi karakteristik yang baik antara lain castability, ketahanan korosi yang 13
baik (good corossion resistance), ketahanan aus (wear resistance), dan mampu mesin yang baik (machinability). Sifat mekanik pada dasarnya dikontrol oleh struktur mikro dari logam coran tersebut. Oleh karena itu, untuk mendapatkan suatu komposisi dari aluminium cor sangat dimungkinkan dengan mengoptimasi ukuran butir, struktur eutektik, ukuran sel, serta ukuran dan distribusi dari fasa intermetalik sehingga didapatkan sifat mekanik yang diinginkan. Penurunan kekuatan tarik yang kecil terjadi pada aluminium A356 dengan meningkatnya ukuran butir. Semakin besar ukuran butir, nilai kekerasannya semakin menurun. Sifat mekanik aluminium juga dipengaruhi oleh ukuran sel dendrit (dendrite cell size). Tegangan tarik ultimate dan nilai elongasi mengalami penurunan dengan meningkatnya ukuran sel dendrit. Struktur eutektik dan ukuran sel pada aluminium paduan terdapat dendrite fibers, yang dapat ditingkatkan sifat mekaniknya melalui perlakuan panas. Struktur Mikro Aluminium Aluminium merupakan logam ringan mempunyai ketahanan korosi yang baik dan antaran listrik yang baik. Dengan penambahan unsur Mg, Cu, Si, Mn, Zn dan Ni secara satu persatu atau bersamaaan akan meningkatkan sifat mekanik, ketahanan korosi, ketahanan aus dan koefisien pemuaian rendah. Kandungan aluminium yang terdapat di alam berupa senyawa bauksit (Al2O3.2H2O) dan kaofin (AL3O32SiO22H2O). Biji aluminium tersebut masih mengandung pengotor SiO2 (bersifat asam), FeO2(basa), CaCO3 dan TiO8 sehingga harus dimurnikan dengan zat kimia asam atau basa untuk mendapatkan aluminium murni.
14
Gambar 11. Struktur Mikro Aluminium Struktur Mikro Paduan Al-Si Al-Si merupakan jenis dari paduan aluminium, Aluminium-Silicon mempunyai sifat mudah dituang/dicor dan tahan terhadap korosi. Penguatan Al-Si dilakukan dengan cara menambah sejumlah kecil unsur lain, seperti Cu, Mg, atau Fe. Semakin tinggi kandungan besi maka Al-Si akan semakin getas. Bentuk struktur mikro Al-Si ditunjukkan pada Gambar 13
Gambar 12. Struktur Mikro Paduan Al-Si Al-Si mempunyai karakteristik ringan, specific-strength yang baik, konduktivitas termal yang baik, machineability yang baik dan tahan terhdap korosi. Paduan Al-Si kompleks biasa digunakan untuk pengecoran part komersial 15
serta digunakan dalam industri otomotif, aerospace, transportasi dan pertahanan. Hypereutectic Al-Si biasa digunakan untuk membuat piston mesin 2 tak dengan ukuran kecil. Hypereutectic adalah daerah atau zona diatas temperature eutectic atau titik cair besi, sedangkan hypoeutectic adalah daerah di bawah temperatur eutectic. Struktur Mikro Paduan Al-Si-Mg Paduan Al-Mg-Si mempunyai kekuatan yang kurang baik sebagai sebagai bahan tempaan dibandingkan paduan-paduan yang lain. Tetapi kelebihan dari paduan ini yaitu; sangat liat, mampu dibentuk dengan penempaan pada temperatur biasa, mempunyai kemampuan bentuk yang lebih baik melalui ekstrusi dan tahan korosi. Bentuk struktur mikro Al-Si-Mg ditunjukkan pada Gambar 13.
Gambar 13. Struktur Mikro Paduan Al-Si-Mg
16
6.6 Dasar-Dasar Dalam Senyawa Logam Pemilihan dan penentuan macam-macam unsur yang akan digunakan sebagai unsur paduan dianalisis sesuai dengan kebutuhan sifat bahan yang diinginkan serta kemungkinan terjadinya larutan berbagai unsur tersebut baik dalam senyawa kimia atau pun dalam bentuk campuran, dimana proses pencampurannya dilakukan dalam keadaan terurai (cair), sehingga menghasilkan larutan unsur paduan yang homogen. Pemilihan bahan paduan yang tidak tepat dari suatu unsur paduan baik jenis maupun jumlahnya, walaupun terjadi larutan, unsur tersebut akan larut dalam keadaan bebas dalam bentuk partikel partikel hingga pembekuan pada temperatur ruangan. Jika partikel dari unsur-unsur ini memiliki persentase jumlah yang relatif besar maka akan mereduksi atau mempengaruhi sifat akhir dari bahan paduan yang kita kehendaki. Walaupun pada kondisi tertentu keadaan partikel bebas ini juga diperlukan apabila dikehendaki sifat free cutting dari bahan tersebut, seperti lead dan brass ke dalam baja paduan, tellurium ke dalam paduan tembaga. Senyawa unsur-unsur dalam paduan logam juga dipengaruhi oleh proses pendinginan yang mengakibatkan pembekuan dari paduan ini. Namun yang perlu diperhatikan dalam pemilihan unsur sebagai bahan paduan antara lain (Sudjana, 2008)
6.7 Pengaruh Tekanan Injeksi terhadap Porositas Pengecoran HPDC adalah proses pengecoran dengan cara menginjeksikan logam cair ke dalam cetakan dan memberikan tekanan selama pembekuan dalam ruang tertutup (Masnur, 2008). Besarnya tekanan dalam pengecoran akan berpengaruh terhadap porositas. Semakin tinggi tekanan yang diberikan akan menghasilkan porositas semakin rendah. Pengaruh tekanan injeksi terhadap porositas dapat dilihat seperti pada Tabel 2 di bawah ini.
17
Tabel 3. Pengaruh Tekanan Terhadap Porositas
Tekanan akan mendorong keluar gas dalam cairan dan udara yang terdapat pada celah antara dinding cetakan dengan cairan logam (Ghomashchi, M.R.,1998). Volume gas di dalam coran berbanding terbalik dengan tekanan, di mana semakin tinggi tekanan, volume gas semakin kecil, dan porositas gas semakin rendah (John Champbell, 2003). Jika penyusutan selama pembekuan tidak diimbangi dengan kecepatan pengisian cairan logam (feeding), maka akan timbul porositas penyusutan. Semakin tinggi tekanan, semakin tinggi feeding, coran semakin padat (soundness), dan porositas penyusutan semakin rendah (Elfendri, 2009).
6.8 Sifat Mekanik Dengan Memvariasikan Tekanan Varisasi Tekanan Terhadap Kekerasan Dari hasil pengujian kekerasan yang dilakukan oleh (Jurnal Pengaruh Tekanan Pada Proses HPDC Terhadap Kekerasan Dengan Material ADC 12 Oleh Sri Harmanto, A.P. Bayuseno, Sri Nugroho Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Semarang) bawah ini.
18
Tabel 4. Pengaruh Tekanan Terhadap Kekerasan
Dari Tabel 4 dapat dilihat bahwa semakin tinggi tekanan, kekerasannya juga semakin tinggi. Peningkatan tekanan menyebabkan peningkatan undercooling thermal sehingga jumlah inti yang terbentuk juga lebih banyak. Peningkatan koefisien heat transfer juga meningkatkan heat flux pada interface logam cair dan dinding cetakan sehingga meningkatkan laju pembekuan (Masnur, 2008). Jumlah inti yang lebih banyak menyebabkan butiran semakin halus, sehingga kekerasannya semakin tinggi juga.
19
7. Metodologi Penelitian Mulai
STUDI LITERATUR Metode Pengujian HPDC (High Pr es sure Die Casting) Struktur Mikro.
Pengumpulan Bahan
Pembuatan Cetakan
Uji Kompos isi
Peleburan Material
Penuangan Logam cair
Penekanan Pada Tekanan 3 MPa, 5 Mpa dan 7 MPa
Pelepasan dari Cetakan
Pengamatan Struktur Mikro Benda Cor
Hasil dan Analisa
Kesimpulan
Selesai
Gambar 14. Diagram Metode Penelitian 20
Penelitian ini akan dilakukan dalam beberapa tahap yaitu: penelusuran literatur, pengumpulan bahan, pembuatan cetakan, uji komposisi, peleburan material, penuangan logam, penekanan pada tekanan 3 MPa, 5 MPa, dan 7 MPa, pelepasan dari cetakan, pengamatan struktur mikro benda cor, hasil dan analisa, dan kesimpulan dapat diuraikan sebagai berikut:
7.1 Penelusuran Literatur Penelusuran literatur meliputi : pencarian bahan tentang cara pengujian dengan pengecoran HPDC (High Pressure Die Casting), bahan mengenai struktur mikro dari ADC 12 dan berdiskusi dengan pembimbing yang dilaksanakan di Universitas Riau.
7.2 Pengumpulan Bahan Bahan yang dikumpulkan adalah jenis material ADC 12 sekitar sebanyak 20 Kg.
7.3 Pembuatan Cetakan Pembuatan cetakan dengan menggunakan mesin HPDC yang digunakan untuk mengepres ADC 12 masuk ke dalam cetakan. Alat pres ini menggunakan sistem dongkrak hidrolis dengan kemampuan penekanan hingga 9 MPa. Mesin HPDC seperti yang ditunkukkan pada Gambar
21
Gambar 15 Skema Cetakan HPDC Keterangan :
12. Piston hidrolik
1. Ulir penjepit cetakan
13. Poros pengikat dudukan
2. Cetakan bergerak
14. Bak Oli
3. Rongga cetak
15.Motor
4. Cetakan tetap
16. Pompa Oli
5. Dudukansilinder pengecoran
17. Tombol On/OFF
6. Silinder pengecoran
18. Pengatur tekanan
7. Lubang pengecoran
19. Tuas Penggerak Piston hidrolik
8. Piston penekan
20. Pengukur Tekanan
9. Ladel/ kowi
21. Selang saluran oli
10. Penghubung poros
22. Thermokopel
11. Silinder hidrolik
23. Digital Temperatur
22
Gambar 16. Mesin HPDC
7.4 Pengujian Komposisi Bahan yang digunakan adalah material Aluminium paduan ADC 12 dengan komposisi sebagai berikut : (Jurnal Analisa Cacat Coran pada High Pressure Die Casting (HPDC) dengan bahan ADC12 oleh Dedy Masnur dan Putri Nawangsari) Tabel 5. Komposisi ADC 12 Al
Cu
Mg
Si
Fe
Mn
Ni
Zn
Pb
Sn
Ti
Cr
85.27 2.13 0.02 10.57 0.74 0.18 0.03 0.91 0.05 0.04 0.03 0.03
7.5 Peleburan Material Material yang akan dilebur dibersihkan terlebih dahulu, sehingga diharapkan tidak ada kotoran yang menempel pada saat material mencair, kemudian material ADC 12 dimasukkan ke dalam, Crucible Furnace hingga mencair. Skema peleburan dapat dilihat seperti pada Gambar.
23
Gambar 17. Skema Peleburan
7.6 Penuangan Logam Cair Proses penuangan dilakukan dengan cepat dan berhati- hati untuk menghindari terjadi pembekuan setelah diangkat dari tungku. Setelah bahan coran masuk ke dalam lubang pengecoran mesin HPDC kemudian tuas mesin HPDC didorong ke depan untuk memberikan penekanan pada bahan coran sehingga bahan coran masuk ke seluruh bagian cetakan. Kendala pada saat proses penuangan yaitu bahan coran cepat sekali membeku. Proses penuangan aluminium cair ke dalam mesin HPDC ditunjukkan pada Gambar 17.
Gambar 18. Penuangan Logam Cair (Jurnal Pengaruh Tekanan Pada Proses HPDC Terhadap Kekerasan Dengan Material ADC 12 Oleh Sri Harmanto, A.P. Bayuseno, Sri Nugroho) 24
7.7 Penekanan pada tekanan 3 MPa, 5 MPa, dan 7 MPa Spesimen yang digunakan : Dengan Tekanan 3 MPa dengan ketebalan rongga 4 mm= 3 buah Dengan Tekanan 3 MPa dengan ketebalan rongga 8 mm= 3 buah Dengan Tekanan 3 MPa dengan ketebalan rongga 12 mm= 3 buah Dengan Tekanan 5 MPa dengan ketebalan rongga 4 mm= 3 buah Dengan Tekanan 5 MPa dengan ketebalan rongga 8 mm= 3 buah Dengan Tekanan 5 MPa dengan ketebalan rongga 12 mm= 3 buah Dengan Tekanan 7 MPa dengan ketebalan rongga 4 mm= 3 buah Dengan Tekanan 7 MPa dengan ketebalan rongga 8 mm= 3 buah Dengan Tekanan 7 MPa dengan ketebalan rongga 12 mm= 3 buah Dengan temperatur tuang pada saat pengecoran yaitu pada temperatur 750˚C
7.8 Pelepasan dari cetakan Proses penuangan dari cetakan dilakukan setelah didinginkan kira-kira selama 5 menit kemudian cetakan di buka, biarkan hasil coran dingin dengan sendirinya. Setelah itu hasil pengecoran dikeluarkan dari cetakan.
7.9 Pengamatan struktur mikro benda cor Pengujian struktur mikro dilakukan di Laboraturium Laboratorium Teknik Mesin Universitas Riau Pekanbaru dengan menggunakan alat Mikroskop Optik. Pengujian struktur mikro dilakukan setelah spesimen uji mengalami proses polishing dan etching, hingga spesimen uji tampak mengkilap serta tidak ada goresan pada permukaan spesimen uji. Sebelum melakukan pengamatan struktur mikro, material uji harus melalui beberapa proses persiapan yang harus dilakukan yakni:
25
1. Pemotongan (Sectioning) 2. Pengamplasan (Grinding) 3. Pemolesan (Polishing) 4. Pengetsaan (Etching) Setelah semua proses persiapan dilakukan, maka tahap selanjutnya adalah melakukan pengamatan dengan menggunakan mikroskop optik dengan berbagai varisasi pembesaran. Dari hasil pengamatan mikroskopis akan diperoleh informasi dan analisa data tentang struktur mikro yang terbentuk. Proses pengujian mikrografi ditunjukkan pada Gambar
Gambar 19. Pengamatan Struktur Mikro
7.10 Metode Penelitian Metode penelitian yang dilakukan adalah metode eksperimen. Metode eksperimen yang digunakan adalah menganalisis struktur mikro akibat tekanan dan tebal rongga cetakan pengecoran.
7.11 Teknik pengumpulan data Teknik pengumpulan datanya adalah observasi, dimana data diperoleh dari hasil pengamatan bentuk struktur mikro akibat tekanan dan tebal rongga cetakan. 26
8. Jadwal Kegiatan Bulan ke-
No.
Jenis Kegiatan
1
Studi Literatur
Fakultas Teknik UR
2
Pengumpulan Bahan
Dilakukan di Kota Pekanbaru
3
Pembuatan Cetakan
Laboratorium Teknik UR
4
Uji Komposisi
Laboratorium Teknik UR
5
Peleburan Material
Laboratorium Teknik UR
6
7
8
Pemberian Tekanan Pada HPDC Pelepasan Dari Cetakan Pengamatan Struktur Mikro
Lokasi
1 2 3 4 5 6 f
Laboratorium Teknik UR
Laboratorium Teknik UR
Laboratorium Teknik UR
9
Hasil Dan Analisa
Laboratorium Teknik UR
10
Pembuatan Laporan
Fakultas Teknik UR
11
Seminar Hasil
Fakultas Teknik UR
27
9. Biaya Kegiatan No. Jenis Pengeluaran
Biaya yang Diusulkan (Rp)
1
Pembuatan cetakan
2
Bahan bakar
600.000,
3
Pembelian aluminium ADC 12
600.000,
4
Biaya survei pengumpulan bahan
150.000,
Jumlah
3.000.000,
4.350.000,
28
10. Daftar Pustaka
Surdia, Tata & Saito, Shinroku. 1992.“Pengetahuan Bahan Teknik. (edisi kedua)”. Jakarta: Pradnya Paramita.
Masnur Dedy, 2008, “Pengaruh Parameter Proses Terhadap Fluiditas dan Kualitas Coran ADC 12 dengan High Pressure Die Casting”, Thesis S-2 Teknik Mesin Universitas Gadjah Mada.
Harmanto Sri, Bayuseno A.P, & Nugroho Sri, 2012, “Pengaruh Tekanan Pada Proses HPDC Terhadap Kekerasan Dengan Material ADC 12”, Jurnal Teknik Mesin Politeknik Negeri Semarang, Semarang
Bar-Meirs, G., 2000, “Fundamental of Die Casting Design”,Gnu Free Document
Campbell, J., 2003, “Casting 2nd Edition”, Butterworth-Heinemann
Campbell, J. dan Harding, R. A., 1994, “Talat 3205 Fluidity of Molten Metals”, European Aluminium Association
JIS Handbook Non Ferrous Metals and Metallurgy, 1997, Japanese Standards Association
Conditions”, Scripta Materialia, Elsevier, vol. 53, pp. 7-10.
Vinarcik, E. J., 2003, “High Integrity Die Casting Processes”, John Wiley & Sons
Masnur Dedy dan Nawangsari Putri, “Analisa Cacat Coran pada High Pressure Die Casting (HPDC) dengan bahan ADC12” Jurnal Teknik Mesin Universitas Riau Pekanbaru
Harmanto Sri, “Pengaruh Tebal Coran Pada Proses HPDC Terhadap Porositas Dengan Material ADC 12”, Jurnal Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Semarang, Semarang
29
11. Lampiran 1. Identitas Diri 1 2 3 4 5 6 7
Nama Lengkap (dengan gelar) Jenis Kelamin Program Studi NIM Tempat dan Tanggal Lahir E-mail Nomor Telepon/HP
Renhard Niptro G Laki-Laki S1 1007113735 Kota Pinang, 06 Oktober 1991
[email protected] 081362410193
2. Riwayat Pendidikan SD
SMP
SMA SMK Swasta
Nama Institusi
SD Swasta YP.Bina Ilmu
SMP Swasta Indonesia YP.Bina Ilmu Membangun 2, Torgamba
Jurusan
Tahun
-
-
1998 – 2004
2004 – 2007
Teknik Mekanik Otomotif
2007 - 2010
Masuk-Lulus
30
