Jurnal Foundry Vol. 2 No. 1 April 2012 ISSN : 2087-2259 REDESAIN DAPUR KRUSIBEL DAN PENGGUNAANNYA UNTUK MENGETAHUI PENGARUH PEMAKAIAN PASIR RESIN PADA CETAKAN CENTRIFUGAL CASTING Eko Wahyono1, Agus Yulianto2, Agung Setyo Darmawan3 Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta
1,2,3
Abstrak Pengecoran logam adalah proses penuangan logam yang di cairkan ke dalam cetakan kemudian dibiarkan mendingin dan membeku. Hasil dari proses pengecoran disebut dengan coran. Redesain ini mempunyai tujuan yaitu untuk mengetahui komposisi kimia hasil cor centrifugal casting, membandingkan struktur mikro dan kekerasan dari material aluminum hasil cor centrifugal casting yang menggunakan lapisan pasir resin dan tidak menggunakan pasir resin. Dalam tugas akhir ini, krusibel yang diredesain menggunakan tangki bekas yang berbentuk silinder dengan tebal 3 mm, diameter silinder baja 780 mm, tinggi silinder baja 600 mm, tinggi tutup dalam 140 mm, tinggi tutup luar 40 mm, diameter dalam 310 mm, tebal kowi 20 mm, tinggi kowi 290 mm Dari hasil penelitian dan pembahasan di dapat Dari hasil pengujian komposisi kimia di dapatkan komposisi kimia dapat di golongkan dalam paduan Al-Si. Dimana unsur Al (86.49), Si (6.89), Fe (1.11), Cu (1.46), Mn (0.102), Mg (0.277), Cr (0.011), Ni (0.141), Zn (3.24), Sn (0.0542), Ti (0.0764), Pb (0.143), Be (0.00), Ca (0.0061), Sr (0.00), V (0.0072), Zr (0.0100), sehingga termasuk pada paduan Aluminum cor 356. Pengujian struktur mikro pada cetakan tanpa lapisan pasir resin struktur yang terang adalah α dan yang gelap adalah eutectic (α eutectic+Si) . Sedangkan yang menggunakan pasir resin struktur yang terang adalah α dan yang gelap adalah eutectic (α eutectic+Si) dan butir dari cetakan yang menggunakan lapisan pasir resin lebih besar dari yang tidak menggunkan lapisan pasir resin. Dari hasil pengujian kekerasan yang dilakukan dapat di ambil kesimpulan bahwa laju pendinginan pada cetakan yang menggunakan lapisan pasir resin lebih lambat sehingga butirannya lebih besar. Dari cetakan yang tidak menggunakan lapisan pasir resin kekerasan 90 HB dan yang menggunakan pasir resin kekerasan 73,0.
Kata kunci : pengecoran, redesain, krusibel. A. PENDAHULUAN Berkembangnya industri di Indonesia menjadi kebutuhan akan industri logam juga semakin meningkat. Salah salah satunya adalah industri logam aluminum sebagai pengganti logam ferrous. Untuk menghasilkan kualitas aluminum yang baik maka perlu suatu pengerjaan pengecoran aluminum yang berkualitas dan dapat bersaing dalam industri logam yang semakin ketat. ( Warsono, 2004). Pengerjaan dalam pengecoran logam aluminum meliputi beberapa tahap diantaranya: bahan baku, pembuatan cetakan,proses peleburan, penuangan coran, pembongkaran, pembersihan serta pemeriksaan hasil coran. Industri logam khususnya pengecoran logam mempunyai peranan yang sangat penting dalam menunjang pembangunan saat ini. Untuk itu perlu penanganan yang khusus. (Warsono, 2004).
Untuk mewujudkan hal tersebut sebuah krusibel (tungku) untuk proses peleburan logam non ferrous khususnya aluminum. Dengan di redesain adanya krusibel peleburan logam non ferrous dapat mendukung serta meningkatkan kegiatan praktikum mahasiswa dalam mengenal lebih jauh tentang proses pengecoran logam, tanpa harus pergi untuk mencari tempat pengecoran logam. Masruri (2001), meneliti tentang konstruksi dapur peleburan untuk besi cor kelabu, serta sifat fisis dan mekanis dari besi cor kelabu hasil dari dapur tungkik. Dari penelitian ini dapat diketahui tentang konstruksi dan lapisanlapisan yang terdapat dalam dapur peleburan untuk besi cor, sehingga bisa digunakan sebagai bahan acuan untuk membuat krusibel peleburan logam non ferrous yang kami rencanakan. Penelitian sifat fisis dan
24
Jurnal Foundry Vol. 2 No. 1 April 2012 ISSN : 2087-2259 mekanis daur ulang aluminum bekas di lakukan oleh Hidayat (2002), yang meneliti proses peleburan aluminum tersebut dari krusibel yang ada di industri. Menindak lanjuti hasil penelitian tersebut maka perlu dibuat dan diteliti sebuah krusibel peleburan logam non ferrous dengan tujuan agar nantinya krusibel peleburan yang dibuat dapat digunakan oleh mahasiswa yang mengambil praktikum metalurgi di Laboratorium Logam Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta. Warsono (2004), memodifikasi desain krusibel sederhana untuk pengecoran logam aluminum. Hasil penelitian disimpulkan kontruksi dapur peleburan sistem pembakaran samping lebih sederhana dan relatif lebih mudah perawatannya, pembersihan kowi lebih mudah, penggantian semen tahan api dan pemeriksaan lapisan batu tahan api bisa dilakukan bersamaan waktunya dengan pembersihan kowi atau setelah proses peleburan beberapa kali dilakukan. Utomo (2004), meneliti proses produksi pembuatan krusibel sederhana untuk peleburan non ferrous di LAB Metalurgi UMS. Disimpulkan dari hasil pengujian bahwa dalam merancang tungku jenis krus ini ada tiga hal yang perlu dipertimbangkan dengan cermat yaitu pemilihan bahan, konstruksi ruang, dan sistem pembakaran. Tujuan dari penelitian ini adalah krusibel yang sudah diredesain dapat di fungsikan kembali serta dapat mengenalkan lebih jauh tentang proses pengecoran logam, mengetahui komposisi kimia hasil cor centrifugal casting dan membandingkan struktur mikro dan kekerasan Brinell dari material aluminum hasil cor centrifugal casting yang menggunakan lapisan pasir resin dan tidak menggunakan pasir resin. B. METODOLOGI Bahan yang akan di ujikan adalah aluminum. Pengujian bahan yang dilakukan adalah komposisi kimia, struktur mikro dari hasil cor centrifugal casting yang menggunakan lapisan pasir resin dan tidak menggunakan pasir resin dan kekerasan brinell dari hasil cor centrifugal casting
yang menggunakan lapisan pasir resin dan tidak menggunakan pasir resin
Gambar 1. Diagram alir penelitian Redesain pada penelitian ini adalah mengumpulkan komponen yang tercecer dan melengkapi komponen yang telah hilang agar dapat di fungsikan kembali serta dapat digunakan untuk proses peleburan bahan non ferrous. Pada waktu pengujian krusibel arah burner terhadap kowi 90° yang menyebabkan panas yang dihasilkan burner tidak tersebar merata dan bahan bakar yang digunakan tidak efisien. Posisi burner diubah diatas (sistem pembakaran dari atas ) langsung menyentuh aluminum sehingga aluminum cepat meleleh tanpa harus terlebih dahulu memanasi kowi. Karena aluminum sudah meleleh dan panas yang dihasilkan burner sudah merata, posisi burner terhadap kowi 135° sehingga semburan api dari burner dapat berputar mengelilingi diding lining dan panas yang dihasilkan burner tersebar merata keseluruh kowi. Silinder baja merupakan dinding luar dapur yang terbuat dari plat baja dengan tebal 6-12 mm, kemudian dirol membentuk silinder yang penyambungannya dapat dilakukan dengan cara dilas atau paku keling. Untuk krusibel yang diredesain menggunakan
25
Jurnal Foundry Vol. 2 No. 1 April 2012 ISSN : 2087-2259 tangki bekas yang berbentuk silinder dengan tebal 3 mm. Dinding silinder baja ini harus kuat untuk menahan dinding dalam ( lining) dari panas didalam dapur pada saat proses peleburan
Ukuran tutup: Tinggi tutup dalam : 140 mm Tinggi tutup luar : 40 mm Tebal plat baja : 3 mm Diameter luar : 780 mm Diameter dalam : 310 mm Kowi / krus ini terbuat dari besi cor dengan tinggi 290 mm dan diameter 350 mm, tebal bagian dasarnya 20 mm dengan kapasitas muatan aluminum mencapai 35-40 kg, seperti gambar 4.4. Dengan pemakaian besi cor dalam pembuatan kowi ini tidak akan ikut meleleh saat proses peleburan, karena seperti yang diketahui besi cor mempunyai titik lebur 1170° C, sedangkan aluminum hanya 660? C.
Gambar 2. Silinder baja Dimensi silinder baja _ Tebal plat baja : 3 mm _ Diameter silinder baja : 780 mm _ Tinggi silinder baja : 600 mm Plat penutup digunakan untuk menutupi dapur krusibel pada saat proses pengecoran. Plat penutup ini terbuat dari plat baja dengan tebal 3 mm dengan diameter yang sesuai dengan diameter silinder baja. Pada tepi plat dibuatkan lubang-lubang kecil yang berfungsi untuk keluarnya asap pembakaran saat proses pengecoran berlangsung. Sedangkan lubang ditengah mempunyai ukuran yang sesuai dengan diameter krus/kowi, yaitu 350 mm, lubang ini dibuat agar nantinya saat proses peleburan dapat diawasi secara kontinyu, sirip baja setinggi 140 mm yang dilas kebawah sampai menyentuh krus bertujuan untuk mencegah keluarnya api dari dapur sehingga efisiensi panas dapat terjaga, seperti Gambar 3.
Gambar 4. Kowi / krus Tebal kowi : 20 mm Tinggi kowi : 290 mm Diameter luar : 350 mm Diameter dalam : 310 mm Burner berfungsi untuk menyemprotkan minyak bertekanan saat proses pengecoran, dengan adanya spuyer diujungnya memungkinkan burner untuk mengubah semburan minyak yang terpusat menjadi tersebar atau mengkabut, sehingga api akan tersebar secara merata mengelilingi kowi. Buner ini mempunyai panjang 1 meter dan diameter 2 cm dengan lingkaran pipa di ujungnya yang berfungsi untuk meningkatkan debit minyak yang keluar. Tabung minyak yang digunakan mempunyai kapasitas 20 liter minyak. Dengan adanya pengaturan pada badan tabung memungkinkan untuk mengukur besarnya tekanan yang dibutuhkan sehingga dapat diperoleh besar api yang diinginkan. Tabung minyak diletakan agak jauh dari dapur dan
Gambar 3. Tutup tanur
26
Jurnal Foundry Vol. 2 No. 1 April 2012 ISSN : 2087-2259 dihubungkan burner dengan sebuah selang logam kecil berdiameter 1,5 mm. Lining ( bagian dalam dapur / refraktory ). Lining didalam dapur merupakan lapisan batu tahan api dan campuran semen tahan api dengan pasir silika, berfungsi sebagai tempat muatan ladel serta sebagai isolasi panas yang menghambat terjadinya perpindahan panas dari dapur ke daerah yang mengelilinginya, juga berguna untuk mengurangi terjadinya kerugian panas selama proses peleburan sehingga akan meningkatkan efisiensi pembakaran. Tebal lapisan tahan api untuk krusibel jenis ini tidak ada ketentuan empiris yang dapat digunakan sebagai patokan, seperti ditunjukkan pada Tabel 1. Maka tebal lining krusibel hanya berdasarkan hasil penelitian dilapangan. Tabel 1. Tebal lining
Pada waktu peleburan berlangsung, lining harus dijaga jangan sampai habis, sehingga api tidak bocor sampai pada dinding silinder. Apabila hal ini terjadi keadaannya sangat membahayakan, karena dinding pelat baja tersebut pasti akan ikut meleleh dan sudah dapat di pastikan efisiensi panasnya akan berkurang karena api keluar dari dapur. Maka supaya lebih aman lapisan dibuat berlapis tiga. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 5
Gambar 5. Lining krusibel/dapur peleburan
Pemasangan batu tahan api diatur sedemikian rupa sehinggga tebal dinding yang dikehendaki dapat dicapai dan disesuaikan terhadap diameter dalam dapur. Lapisan batu tahan api harus cukup kuat untuk menahan mekanisme yang terjadi di dalam dapur dan diusahakan serapat mungkin jaraknya, untuk menghindari api keluar menembus sela-sela batu tahan api. Antara lapisan batu tahan api dengan pelat baja di belakangnya diberi celah kira-kira 10 mm, ini berguna untuk menjaga lapisan batu tahan api tidak retak sewaktu pemuian/pengembangan lapisan belakang saat kena panas. Dari penelitian yang dilakukan diberbagai perusahaan pengecoran logam yang terdapat di daerah Batur, Ceper, batu tahan api ini adalah batu tahan api. Cara menyusun batu tahan api dapat dilakukan dengan cara-cara sebagai berikut: a. Membuat adukan semen tahan api ditambah dengan air bersih dengan perbandingan 1 liter air untuk 3-3,5 kg semen tahan api. Campuran ini diaduk sampai betul-betul merata tercampur keseluruhannya, sehingga akan menjadi seperti bubur (encer). Banyaknya adukan dibikin secukupnya saja sesuai kebutuhan supaya tercegah dari kotoran dan kekeringan. b. Batu tahan api yang akan dipasang harus dalam keadaan sekering mungkin, bersih dari kotoran untuk menghindari kerusakan setelah di bakar. Karena menggunakan batu alam yang panjang dan ukuranya bervariasi, maka perlu dipahat/dipotong sedemikian rupa sehingga batu ini dapat ditata sesuai dengan yang diinginkan. c. Memasang batu tahan api dengan menggunakan adukan yang sudah tersedia sebagai pengikatnya. Bagian yang akan disambung dilapisi dengan semen tahan api setipis mungkin maksimum 3 mm, sehingga hubungan antara satu dengan yang lainnya akan tersusun rapat dan saling mengikat. Sebab bila diantara batu tahan api terdapat lapisan adukan yang sangat tebal maka bagian itu akan lemah dan timbul pecah-pecah atau retakanretakan setelah dipanaskan pada suhu tinggi.
27
Jurnal Foundry Vol. 2 No. 1 April 2012 ISSN : 2087-2259 d. Pada waktu pemasangan, batu tahan api perlu dipukul dengan palu dari kayu agar didapat lapisan tipis yang merata dan melekat dengan baik pada batu tahan api, sehinggga api tidak dapat keluar menembus sela-sela batu tahan api. e. Antara lapisan batu tahan api dengan lapisan plat baja diberi jarak ± 20 mm untuk diisi dengan campuaran pasir silika dengan semen tahan api sebagai lapisan isolasi dan ini dilakukan bila lapisan batu tahan api telah selesai disusun. f. Bagian tempat masuk burner juga harus dibuat dengan memperhitungkan ketinggiannya terlebih dahulu. Selain itu cara menyimpan batu tahan api juga harus diperhitungkan, yaitu dengan cara menumpuk batu tahan api pada tempat yang beratap dan dalam keadaan yang sekering mungkin. Apabila basah maka batu tahan api akan mudah rusak dan pecah. Lapisan campuran semen tahan api dan pasir silika diberikan disebelah dalam dapur setelah batu tahan api terpasang, dimana akan langsung bersentuhan dengan muatan yang ada di dalam dapur. Lapisan ini dipasang sebelum proses peleburan dilakukan dengan ketebalan kira-kira 3-4 mm. Tujuan pelapisan ini adalah untuk memperkuat, menutup celah-celah yang masih terdapat pada lapisan batu tahan api. Lapisan ini juga berfungsi meratakan tegangan yang mungkin terjadi terhadap dinding dapur karena perubahan kontruksi dinding tahan api. Selain itu juga untuk mengurangi biaya bila batu tahan api pecah dan memudahkan dalam perbaikan dan pelapisan berikutnya. Komposisi bahan campuran biasanya terdiri atas 30% tepung batu tahan api, 30% lempung (tanah liat) tahan api, 40% pasir silika dan 10-12% air, dicampur dengan cara manual sampai membentuk adonan yang merata sekitar 25-30 menit. Setelah selesai pemasangan lining seluruhnya, dapur tidak dapat langsung digunakan untuk proses peleburan, tetapi harus di keringkan secara perlahan-lahan, hal ini dilakukan supaya tidak akan terjadi kejutan panas pada lining, karena kejutan panas akan menyebabkan konstruksi lining
menjadi kurang kuat dan retak. Biasanya pengeringan dilakukan secara alamiah dengan udara bebas yang didiamkan selama 2-3 hari. Lining yang baru diperbaiki atau penggantian sebagian harus dilakukan pengeringan seperti halnya lining yang baru dipasang, karena pada perbaikan atau penggantian lining menggunakan air sebagai campuran adukan semen api. C. HASIL DAN PEMBAHASAN Dalam poses uji coba dapur krusibel kita melakukan pengerjaan yang dapat dilihat pada Tabel 2. Tabel 2. Data proses uji coba krusibel.
Pengujian komposisi kimia kita mendapatkan hasil yang dapat dilihat pada Tabel 3. Dari hasil pengujian komposisi kimia dapat diketahui bahwa hasil komposisi dapat di golongkan dalam paduan Al-Si dimana unsur Al adalah 86.49 % dan Si adalah 6.89 %, sehingga termasuk pada paduan Aluminum cor 356.
28
Jurnal Foundry Vol. 2 No. 1 April 2012 ISSN : 2087-2259 Tabel 3. Hasil pengujian komposisi kimia
Hasil pengujian struktur mikro yang tidak menggunakan lapisan pasir resin yang dapat di lihat pada Gambar 6.
Dari gambar 6 dan 7 terlihat bahwa fasa yang ada adalah fasa α dan eutectic (yang terdiri dari α eutectic dan Si eutectic) serta butir dari cetakan yang menggunakan lapisan pasir resin lebih besar dari yang tidak menggunakan lapisan pasir resin. Hasil pengujian kekerasan brinell ditunjukkan pada Tabel 4. Tabel 4. Hasil pengujian kekerasan.
Dari hasil pengujian kekerasan yang menggunakan lapisan pasir resin lebih kecil dibandingkan dengan yang tidak menggunakan lapisan pasir resin, laju pendinginan pada cetakan yang menggunakan lapisan pasir resin lebih lambat sehingga butirannya lebih besar seperti terlihat pada Gambar 6 dan 7. Gambar 8 adalah hasil pengecoran logam aluminum yang menggunakan cetakan centrifugal casting tanpa menggunakan lapisan pasir resin.
Gambar 6. Hasil pengujian yang tidak menggunakan lapisan pasir resin.
Gambar 8. Hasil pengecoran yang tidak menggunakan lapisan pasir resin. Gambar 8 adalah hasil pengecoran logam aluminum yang menggunakan cetakan centrifugal casting dengan lapisan pasir resin. Gambar 7. Hasil pengujian yang menggunakan lapisan pasir resin.
29
Jurnal Foundry Vol. 2 No. 1 April 2012 ISSN : 2087-2259 lapisan pasir resin lebih besar dari yang tidak menggunakan lapisan pasir resin. Dari hasil pengujian kekerasan brinell yang dilakukan dapat diambil kesimpulan bahwa cetakan yang tidak menggunakan lapisan pasir resin kekerasan rata-rata HBnya yaitu 90,0 lebih tinggi dibanding cetakan yang menggunakan pasir resin dimana, kekerasan rata-rata 73 HB. Gambar 9. Hasil Pengecoran Yang Menggunakan Lapisan Pasir Resin D. KESIMPULAN Berdasarkan data dari hasil penelitian dan hasil analisa data yang didapatkan selama dilakukannya proses redesain krusibel ini maka dapat disimpulkan krusibel dapat di fungsikan kembali untuk peleburan bahan non ferrous. Dari hasil pengujian komposisi kimia di dapatkan di simpulkan bahwa hasil komposisi dapat di golongkan dalam paduan Al-Si. Dimana unsur Al (86.49), Si (6.89), Fe (1.11), Cu (1.46), Mn (0.102), Mg (0.277), Cr (0.011), Ni (0.141), Zn (3.24), Sn (0.0542), Ti (0.0764), Pb (0.143), Be (0.00), Ca (0.0061), Sr (0.00), V (0.0072), Zr (0.0100), sehingga termasuk pada paduan Aluminum cor 356. Hasil pengujian struktur mikro pada cetakan tanpa lapisan pasir resin struktur yang terang adalah α dan yang gelap adalah eutectic (α eutectic+Si eutectic). Sedangkan yang menggunakan pasir resin struktur yang terang adalah α dan yang gelap adalah eutectic (α eutectic+Si eutectic) dan butir dari cetakan yang menggunakan
DAFTAR PUSTAKA ASM Handbook Volume 07, 1998, Power Metal Technogies And Application, ASM Hand book Committee. ASM Handbook Casting Alloys, 1998, Microstucture of Aluminum Alloys, ASM Committee on Metallography of Aluminum Alloys Hidayat, 2000, Sifat Fisis Dan Mekanis Daur Ulang Aluminum Bekas, Universitas Muhammadiyah Surakarta. Juhana, O., Suratman, M., 2000, Menggambar Teknik Mesin Dengan Standart ISO, Pustaka Grafika. Masruri., 2001, Kontruksi Dapur Peleburan Untuk Besi Cor Kelabu, Serta Sifat Fisis Dan Mekanis Dari Besi Cor Kelabu Hasil Dapur Tungkik, Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta. Surdia, T., Saito,S., 1995, Pengetahuan Bahan Teknik, Pradnya Paramita, Jakarta. Surdia, T., Chijiwa, K., 1996, Teknik Pengecoran Logam, Pradnya Paramita, Jakarta. Vlack, V., Lawrence, 1992, Ilmu dan Teknologi Bahan (ilmu logam dan bukan logam), Erlangga.
30
