SKRIPSI KEKUATAN LELAH PADUAN PERUNGGU PEMBENTUK GENTA AKIBAT PENGARUH VARIASI SUHU TUANG YANG DIPRODUKSI DENGAN METODA SAND CASTING
Oleh : A.A.NGURAH RIDO WAHYUDI 0604305012
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA 2012
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam skripsi ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan disuatu Perguruan Tinggi dan sepanjang pengetahuan saya, juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Bukit Jimbaran, Mahasiswa
2012
A.A.Ngurah Rido Wahyudi NIM. 0604305012
iii
KEMENTERIAN PENDIDIKAN NASIONAL UNIVERSITAS UDAYANA FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK MESIN Kampus Bukit Jimbaran
Telp/FAX 0361-703321/0361-703321, Email ;
[email protected]
LEMBAR PENGESAHAN KEKUATAN LELAH PADUAN PERUNGGU PEMBENTUK GENTA AKIBAT PENGARUH VARIASI SUHU TUANG YANG DIPRODUKSI DENGAN METODA SAND CASTING Skripsi Ini Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Menyelesaikan Studi Strata Satu dan Memperoleh Gelar Sarjana di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Udayana Oleh : Nama : A.A.NGURAH RIDO WAHYUDI NIM : 0604305012 Bidang Studi : Rekayasa Manufaktur Telah Diuji Dalam Ujian Skripsi Hari / Tanggal : 10 Agustus 2012 Telah Disahkan Oleh :
Dosen Pembimbing I
Dosen Pembimbing II
Prof. Dr. Ir. I Nyoman Gde Antara, M.Eng NIP : 19640807 199203 1 002
I Ketut Adi Atmika,ST.MT. NIP : 19690518 199702 1 001
Mengetahui Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik, Universitas Udayana
I Nyoman Suprapta Winaya,ST.,MASc.,PhD NIP : 19691231 199412 1 001
KEMENTERIAN PENDIDIKAN NASIONAL UNIVERSITAS UDAYANA FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK MESIN Kampus Bukit Jimbaran
Telp/FAX 0361-703321/0361-703321, Email ;
[email protected]
LEMBAR PERSETUJUAN KEKUATAN LELAH PADUAN PERUNGGU PEMBENTUK GENTA AKIBAT PENGARUH VARIASI SUHU TUANG YANG DIPRODUKSI DENGAN METODA SAND CASTING Skripsi Ini Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Menyelesaikan Studi Strata Satu dan Memperoleh Gelar Sarjana di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Udayana Oleh : Nama : A.A.NGURAH RIDO WAHYUDI NIM : 0604305012 Bidang Studi : Rekayasa Manufaktur Telah Disetujui dan Diuji Dalam Ujian Skripsi Hari / Tanggal : 10 Agustus 2012 Dosen Pembimbing I
Dosen Pembimbing II
Prof. Dr.Ir. I Nyoman Gde Antara, M.Eng NIP : 19640807 199203 1 002
I Ketut Adi Atmika,ST.MT. NIP : 19690518 199702 1 001
Penguji I
Penguji II
I Made Astika, ST. M.Erg.,MT NIP : 19680619 199702 1 001
I Putu Lokantara, ST.MT. NIP : 19690927 199703 1 001 Penguji III
Prof. Dr.Tjokorde Gde Tirta Nindhia, ST.MT. NIP : 19720116 199803 1 004
KEKUATAN LELAH PADUAN PERUNGGU PEMBENTUK GENTA AKIBAT PENGARUH VARIASI SUHU TUANG YANG DIPRODUKSI DENGAN METODA SAND CASTING
Oleh Dosen Pembimbing
: A.A.Ngurah Rido Wahyudi : Prof. Dr. Ir. I Nym Gde Antara, M.Eng I Ketut Adi Atmika,ST.MT.. ABSTRAKSI
Genta adalah suatu alat untuk upacara keagamaan di Bali, mengeluarkan bunyi yang berbentuk seperti lonceng dan digunakan oleh pemuka Agama Hindu untuk memimpin suatu upacara agama. Bahan dasar pembuatan Genta dibali adalah perunggu yang paduannya terdiri dari Tembaga dan timah putih. Di Desa Pekraman Budaga Kabupaten Klungkung para pengrajin masih menggunakan metode tradisional dalam proses pembuatan genta. Kualitas produk genta yang dibuat secara tradisional sangat tergantung dari beberapa faktor, antara lain komposisi paduan, temperatur pencairan logam, suhu tuang, cetakan, dan yang lainnya. Penelitian dilakukan dengan membuat benda uji dengan komposisi sama dengan pembuatan genta dari bahan perunggu yang mempunyai komposisi 78% Cu - 22% Sn. Metode yang digunakan adalah metode tradisional yaitu sand casting dengan memvariasikan suhu tuang dari logam cair, yaitu 900°C, dan 1200°C. Benda uji tarik dibentuk sesuai dengan proses permesinan sesuai standard JIZ Z 2201. Kemudian diuji menggunakan mesin uji tarik Woolpert machine tipe 30 TUZ 750. Pengujian dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui besar beban yang digunakan dalam uji lelah. Spesimen uji lelah dibuat sesuai standard ASTM 2235 Plate Bending Specimen Vise Assembly for Model LFE-150 Universal Testing Machine. Kemudian diuji dengan menggunakan mesin uji Lelah Reverse Bending model RBF 200 Fatique Dinamics Inc. P.O. Box 2533 Dearborn, Michigan 48123. Pengujian dilakukan bertujuan untuk mengetahui pengaruh variasi suhu tuang terhadap kekuatan lelah paduan perunggu untuk produksi genta Berdasarkan hasil dari penelitian pengujian kelelahan yang dilakukan maka, dapat diambil kesimpulan bahwa benda uji dengan suhu tuang 900°C memiliki kekuatan lelah lebih besar dibanding benda uji dengan suhu tuang 1200°C. Untuk kekuatan lelah yang paling tinggi adalah suhu tuang 900°C dengan pembebanan 0,75σu (6099,8 Psi), setelah mengalami tegangan ini didapatkan jumlah siklusnya yaitu 20500 siklus.
Kata Kunci: Genta, Perunggu, Metode Sand Casting, Suhu Tuang, Kekuatan Lelah.
iv
FATIQUE STRENGTH OF BRONZE ALLOY AT VARIYING POURING TEMPERATURE PRODUCED USING SAND CASTING METHOD Author Guidance
: A.A.Ngurah Rido Wahyudi : Prof. Dr. Ir. I Nym Gde Antara, M.Eng I Ketut Adi Atmika,ST.MT. ABSTRACT
Genta is a tool for religious ceremonies in Bali, which sounds like a bellshaped and used by a Hindu priest to lead a religious ceremony. Genta retreat the manufacture of bronze alloys are composed of copper and tin. In the village of Klungkung regency Pekraman Budaga the craftsmen still use traditional methods in the process of making bells. Product quality bell traditionally made depends on several factors, including alloy composition, the melting temperature of the metal, pour temperature, mold, and others. Research done by making the test object with a composition similar to that of a bronze bell from the material having the composition 78% Cu - 22% Sn. The method used is the traditional method by varying the temperature of casting sand casting of molten metal, (900°C, and 1200°C). Molded tensile test specimens in accordance with appropriate machining process JIZ Z 2201 standard. Then tested using a tensile testing machine, type 30 Tuz Woolpert machine 750. Tests conducted with the aim to determine the load used in fatigue testing. Fatigue test specimens made according to ASTM 2235 standards Specimen Plate Bending Vise Assembly for Model LFE-150 Universal Testing Machine. Then tested using the Reverse Bending Fatigue testing machine model of RBF 200 Dynamics Inc. fatigue. P.O. Box 2533 Dearborn, Michigan 48123. Tests carried out aiming to determine the effect of temperature variation of the fatigue strength alloy castings for the production of bronze bells. Based on the results of fatigue tests conducted research it can be concluded that the test object with a temperature of 900°C has a cast-fatigue strength is greater than the test object with a temperature of 1200°C. Castings For the highest fatigue strength is the cast temperature of 900°C with load 0,75σu (6099,8 Psi), this stresses is obtained after a number of cycles is 20500 cycles.
Key word: Genta, Bronze, Sand Casting Method, Pouring Temperature, Fatique Strength.
v
KATA PENGANTAR Puja dan puji syukur penulis panjatkan kehadapan Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “ KEKUATAN
LELAH
PADUAN
PERUNGGU
PEMBENTUK
GENTA
AKIBAT PENGARUH VARIASI SUHU TUANG YANG DIPRODUKSI DENGAN METODA SAND CASTING”. Skripsi ini merupakan salah satu syarat kelulusan untuk menggapai gelar Sarjana Teknik. Dalam penyusunan skripsi ini penulis banyak menerima dorongan dan bantuan dari berbagai pihak baik dalam bentuk bimbingan, saran, kritik, serta bantuan moril maupun material. Dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: Bapak I Nyoman Suprapta Winaya,ST.,MASc.,PhD selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Udayana. Bapak Prof. Dr. Ir. I Nyoman Gde Antara, M.Eng selaku dosen pembimbing I. Bapak I Ketut Adi Atmika,ST.MT selaku dosen pembimbing II. Bapak Ir. A.A.Adhi Suryawan, MT selaku dosen pembimbing akademik. Bapak I Made Astika, ST. M.Erg.,MT selaku Dosen Penguji I dalam ujian skripsi. Bapak I Putu Lokantara, ST., MT selaku Dosen Penguji II dalam ujian skripsi. Bapak Prof. Dr.Tjokorde Gde Tirta Nindhia, ST.,MT selaku Dosen Penguji III dalam ujian skripsi. Bapak/Ibu dosen serta staf pegawai Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Udayana. Bapak, Ibu, Kakak, Adik yang selalu mendukung di setiap kegiatan yang saya lakukan baik dari segi moril dalam penyelesaian skripsi. Semua pihak dan rekan-rekan yang tidak dapat saya sebutkan satu persatu yang telah membantu dalam penyelesaian skripsi ini Penulis menyadari bahwa dalam skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan mengingat keterbatasan pengetahuan dan pengalaman penulis. Oleh karena itu segala
vi
saran dan kritik yang bersifat konstruktif dari para pembaca sangat penulis harapkan agar menjadi lebih baik. Sebagai akhir kata penulis mohon maaf yang sebesarbesarnya jika dalam penulisan ini terdapat kata-kata yang kurang berkenan.
Bukit Jimbaran,
Penulis
vii
Juni 2012
DAFTAR ISI Halaman LEMBAR PENGESAHAN ................................................................... i LEMBAR PERSETUJUAN ................................................................. ii LEMBAR PERNYATAAN ................................................................... iii ABSTRAKSI ....................................................................................... iv ABSTRACT .......................................................................................... v KATA PENGANTAR ........................................................................... vi DAFTAR ISI....................................................................................... viii DAFTAR GAMBAR .............................................................................. x DAFTAR TABEL .................................................................................. xii BAB I 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5
PENDAHULUAN Latar Belakang ....................................................................... Rumusan masalah .................................................................. Batasan Masalah .................................................................... Tujuan Penelitian ................................................................... Manfaat Penelitian .................................................................
1 3 3 4 4
BAB II KAJIAN PUSTAKA & DASAR TEORI 2.1 Kajian Pustaka ....................................................................... 5 2.2 Dasar Teori ............................................................................ 5 2.2.1 Kelelahan ............................................................... 5 2.2.2 Aspek Metalurgis pada Kelelahan Logam ............... 6 2.2.3 Batas Lelah Konsep S-N ....................................... 13 2.2.4 Kurva Tegangan–Siklus (S-N curve) ..................... 13 2.2.5 Pengaruh Kekuatan dan Ketangguhan terhadap Kelelahan .............................................................. 16 2.3 Perunggu .............................................................................. 16 2.4 Tembaga(Cu) ....................................................................... 19 2.5 Timah Putih(Sn) ................................................................... 20 2.6 Pengecoran logam .................................................................. 21 2.6.1 Sejarah Pengecoran ......................................................... 21 2.6.2 Cetakan ........................................................................... 21 2.6.3 Pembuatan Coran ............................................................ 22 2.6.4 Perencanaan Awal Proses Pengecoran ............................. 22 2.6.5 Spesifikasi Umum Pemilihan Bahan ................................ 25 2.6.6 Sifat Mekanik Bahan ....................................................... 26 2.7 Pola ........................................................................................ 28 2.7.1 Ketentuan Pembuatan Pola ..................................... 28
viii
2.7.2 Bahan pola .............................................................. 29 2.8 Sand Casting .......................................................................... 29 2.9 Uji Kekuatan Tarik................................................................. 30 2.9.1 Kekuatan Tarik ....................................................... 30 2.9.2 Jenis-jenis perpatahan material ............................... 32 BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Bahan dan Alat Penelitian ........................................................ 34 3.1.1 Bahan Penelitian ..................................................... 34 3.1.2 Alat Penelitian......................................................... 34 3.2 Tempat Penelitian .................................................................... 34 3.3 Langkah Penelitian .................................................................. 35 3.3.1 Diagram Alir ........................................................... 35 3.3.2 Langkah-langkah Penelitian .................................... 36 3.4 Prosedur dan Alat Uji .............................................................. 42 3.3.1 Alat Uji ................................................................... 42 3.3.2 Prosedur Pengujian.................................................. 43 3.5 Pembuatan Spesimen Foto Patahan Struktur Makro................. 44 3.6 Pembuatan Spesimen Foto Patahan Struktur Mikro ................. 45
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Pengujian ........................................................................ 48 4.1.1 Data Uji Tarik ......................................................... 48 4.1.2 Data Uji Lelah ........................................................ 51 4.2 Uji Struktur Mikro ................................................................... 57 4.3 Profil permukaan patahan hasil uji lelah ................................... 58 4.4 Pembahasan Struktur Mikro ..................................................... 61 4.5 Pembahasan Struktur Makro .................................................... 62 4.6 Pembahasan Pengujian Kelelahan ............................................ 63 BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan .............................................................................. 65 5.2 Saran........................................................................................ 65 DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
ix
