BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.7. Pengaruh Distribusi Temperatur dan Tekanan
Berikut adalah tabel data kekerasan hasil pengecoran squeeze casting logam Aluminium A356 yang diperkuat fly ash berdasarkan titik pengukuran.
Tabel 4.15 Data hasil pengujian kekerasan Brinell.
Tekanan hasil pengecoran squeeze casting bahan Alumunium A356-7,5% POFA dengan beberapa variasi tekanan. Grafik hubungan antara temperatur dan tekanan terhadap nilai kekerasan (BHN) hasil coran dapat dilihat pada Gambar 4.29.
Gambar 4.29 Grafik hubungan temperatur dan tekanan terhadap nilai kekerasan.
Gambar grafik diatas memperlihatkan pengaruh temperatur dan tekanan sqeeeze pada pengecoran Aluminium A356 diperkuat fly ash terhadap nilai kekerasan rata-rata. Terlihat bahwa kekerasan tertinggi didapat pada tekanan 45MPa sebesar 76,57BHN, sedangkan yang mempunyai kekerasan sedang didapat pada tekanan 35MPa sebesar 75,56BHN. Kemudian pada tekanan 25MPa memiliki kekerasan yang terendah yaitu 74,58BHN. Hal ini dikarenakan tekanan 25MPa merupakan tekanan dengan distribusi temperatur dan tekanan terendah dibanding beban tekanan yang lainnya.
Hasil pengujian menunjukkan semakin tinggi tekanan maka nilai kekerasan semakin meningkat. Sedangkan dengan semakin tingginya temperatur cairan logam, dapat menurunkan nilai kekerasan [10]. Kekerasan naik rata-rata 0,95% dari tekanan 25MPa hingga 30MPa, serta naik 0,81% dari tekanan 40MPa hingga 45MPa. Kemudian berdasarkan pengaruh temperatur, kekerasan cenderung mengalami kenaikan rata-rata 2,66% dari temperatur 620oC sampai 610oC pada saat diberikan beban 25MPa sampai dengan 45MPa.
24,98257 29,98328 34,96757 39,94541 44,99532
Kekerasan paduan Al-Si hasil coran menurun dengan meningkatnya temperatur coran, sedangkan struktur mikro yang berupa fasa silikon berubah dari serpihan menjadi globular dan silikon primer kecil menjadi silikon primer besar.
Perubahan ini terjadi karena temperatur tuang yang tinggi menyebabkan bertambahnya waktu pembekuan dan daerah tumbuh fasa silikon sehingga pemisahan terjadi secara sempuma. Temperatur cairan logam mempengaruhi pembentukan struktur mikro yang berpengaruh terhadap nilai kekerasan, peningkatan temperatur coran akan mengurangi nilai kekerasan dengan terbentuknya mikrostruktur yang halus [9].
Pengecoran dengan tekanan yang tinggi dapat meghaluskan struktur silikon sehingga menaikkan kekerasan terhadap pengecoran squeeze dan distribusi kekerasan yang lebih merata. Pemberian tekanan pada cairan logam menghasilkan hasil coran dengan bentuk mendekati ukuran akhir atau bentuk kesempurnaannya (near-net shape) dan dapat meminimalisir cacat coran [26].
Berikut adalah perbandingan antara hasil simulasi distribusi temperatur dan tekanan dengan nilai kekerasan pada hasil pengecoran.
a. Distribusi temperatur dan tekanan pada tekanan 25Mpa.
(a) (b) (c)
Gambar 4.30 Perbandingan persebaran distribusi (a)temperatur, (b)tekanan, dan (c) kekerasan pada tekanan 25MPa.
b. Distribusi temperatur dan tekanan pada tekanan 30Mpa.
(a) (b) (c)
Gambar 4.31 Perbandingan persebaran distribusi (a)temperatur, (b)tekanan, dan (c) kekerasan pada tekanan 30MPa.
c. Distribusi temperatur dan tekanan pada tekanan 35Mpa.
(a) (b) (c)
Gambar 4.32 Perbandingan persebaran distribusi (a)temperatur, (b)tekanan, dan (c) kekerasan pada tekanan 35MPa.
d. Distribusi temperatur dan tekanan pada tekanan 40Mpa.
(a) (b) (c)
Gambar 4.33 Perbandingan persebaran distribusi (a)temperatur, (b)tekanan, dan (c) kekerasan pada tekanan 40MPa.
e. Distribusi temperatur dan tekanan pada tekanan 45Mpa.
(a) (b) (c)
Gambar 4.34 Perbandingan persebaran distribusi (a)temperatur, (b)tekanan, dan (c) kekerasan pada tekanan 45MPa.
Gambar 4.30, 4.21, 4.32, 4.33, dan 4.34 menunjukkan bahwa nilai kekerasan rata-rata bagian dalam benda cetak lebih kecil daripada bagian luar, hal ini dikarenakan bagian luar cetakan merupakan bagian yang paling cepat membeku. Laju pembekuan yang terjadi pada proses pengecoran sangat berpengaruh terhadap kekuatan mekanik dari suatu bahan. Pembekuan yang cepat dapat mengurangi waktu pertukaran fase aluminium. Hal ini menyebabkan terciptanya struktur yang lebih halus dan kekerasan aluminium meningkat [26].
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan hasil simulasi yang telah dilakukan dan dilaporkan pada bab-bab sebelumnya, maka kesimpulan dari hasil penelitian ini yaitu:
1. Fenomena turbulensi yang terjadi seiring dengan volume, kecepatan aliran, dan waktu penuangan cairan logam ke dalam cetakan berpengaruh pada konsentrasi cacat permukaan cairan logam saat dilakukan penuangan.
Untuk itu cara yang paling efisien untuk menentukan kecepatan pengisian yang optimal, sehingga aliran pengisian menjadi laminer dan tidak terjadi aliran turbulensi ialah dengan menggunakan simulasi berbasis numerik yang dapat mengeliminasi kerja trial and error.
2. Berikut ini merupakan kesimpulan untuk hasil pengujian simulasi kecepatan aliran, distribusi temperatur, tekanan, dan cacat permukaan, pada saat penuangan:
1. Hasil simulasi berupa kontur kecepatan menunjukkan pada waktu 1 detik memiliki kecepatan fluida tertinggi yaitu ±0,27m/s, sedangkan kecepatan fluida terendah terjadi pada waktu 5 detik dengan ±0,18 m/s. Kecepatan aliran yang tinggi dapat menyebabkan turbulensi aliran yang dapat meningkatkan persentase konsentrasi cacat permukaan cairan logam.
2. Waktu penuangan dengan rata-rata suhu tertinggi terdapat pada waktu 1 detik dengan suhu ±692,45oC, sedangkan pada waktu 5 detik memiliki suhu rata-rata terendah dengan suhu ±662,78oC. Temperatur penuangan yang tinggi dapat meningkatkan laju pembekuan sehingga cairan logam dapat ditekan sebelum mengalami temperatur solidifikasi.
3. Tekanan tertinggi terjadi pada waktu 2 detik yaitu sebesar ±0,085Pa, sementara tekanan terendah terjadi pada waktu 4 detik sebesar
±0,062Pa. Semakin lama waktu penuangan, maka tekanan cairan logam semakin rendah. Tekanan squueze dapat menaikkan tekanan pada cairan logam untuk merubah struktur partikel silikon menjadi halus dan menaikkan nilai kekerasan.
4. Konsentrasi tertinggi cacat permukaan ditemukan pada waktu 1 detik dengan persentase ±0,25%, sementara konsentrasi cacat terendah terjadi pada waktu 5 detik dengan persentase ±0,08%. Cacat permukaan terjadi karena kecepatan aliran penuangan cairan logam yang tinggi diawal waktu penuangan, sehingga menyebabkan turbulensi pada aliran dan menghasilkan rongga udara.
3. Laju temperatur pendinginan akan semakin cepat seiring dengan naiknya distribusi tekanan pada cairan logam, sehingga dapat menaikkan nilai kekerasan.
4. Semakin tinggi tekanan yang diberikan pada cairan logam, maka distribusi tekanan cairan logam didalam cetakan semakin meningkat. Distribusi tekanan yang tinggi dapat memperkecil struktur silikon dan meningkatkan nilai kekerasan.
5. Kekerasan tertinggi didapat pada penekanan 45MPa dengan nilai kekerasan 76,57BHN, sedangkan kekerasan terendah didapat pada penekanan 25MPa dengan nilai kekerasan 74,58BHN. Hal ini dikarenakan struktur silikon yang terkandung didalam airan logam menjadi semakin kecil dan halus seiring dengan waktu pembekuan. Semakin tinggi distribusi temperatur dapat menyebabkan nilai kekerasan menurun.
Sedangkan dengan semakin tingginya distribusi tekanan cairan logam, dapat menaikkan nilai kekerasan.
5.2 Saran
1. Peralatan atau komputer dengan spesifikasi yang memadai agar dapat dilakukan percobaan dengan ukuran mesh yang lebih kecil sehingga didapatkan hasil yang lebih akurat.
2. Agar dikembangkan software yang sesuai dan mudah dipahami untuk mahasiswa, sekaligus untuk pemula dalam pembelajaran menggunakan simulasi aliran.
3. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut tentang variabel yang tidak terkontrol dalam penelitian ini, misalnya kecepatan penuangan, kandungan air dalam cetakan permanen, dan temperatur penuangan, khususnya pada pengecoran menggunakan cetakan permanen.
DAFTAR PUSTAKA
[1]Ajibola, Wasiu, 2012, “Effect of Casting Mould on Mechanical Properties of 6063 Aluminium Alloy”, Departement of Metallurgical and Materials Engineering, University of lagos, Nigeria.
[2]Alamsyah, M. F., dan Sulardjaka, (2013), “Pengaruh Holding Time Pada Proses Age Hardening Terhadap Kekerasan Komposit Al-Cu Yang Diperkuat Serbuk Fly Ash”, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro.
[3]Ambarita, Himsar, 2013, “Termodinamika Teknik II”, Departemen Teknik Mesin, Universitas Sumatera Utara, Medan.
[3]Andi, Triono, 2015, “Analisa Pengaruh Penambahan Mg paad Komposit Matriks Aluminium Remelting Piston Berpenguat SiO2 Terhadap Kekuatan Impak dan Struktur Mikro dengan Metode stir Casting”, Universiats Sebelas Maret, Surakarta.
[4]Angelina E., 2013, “Pengaruh Suhu Pembakaran Terhadap Sifat Mekanik Beton Fly Ash dengan Penambahan Water Reducer”, Universitas Atmajaya, Yogyakarta.
[5]Askeland, D.R., 1985, “The Science and Engineering of Publ., Material.”, PWS, Boston, MA, USA.
[6]ASM International, 2004, “Aluminium Silicon Casting Alloys”, United State of America.
[7]ASM International, 2004, “ASM Metal Handbook Composites”, United State of America.
[8]Astika,I Made, 2010 “ Pengaruh Jenis Pasir Cetak Dengan Zat Pengikat Bentonit Terhadap Sifat Permeabilitas Dan Kekuatan Tekan Basah Cetakan Pasir (Sand Casting) ”. Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Udayana, Bali.
[9]Drihandono, 2016 “Pengaruh Temperatur Variasi Tuang Terhadap Ketangguhan Impak dan Struktur Mikro pada Pengecoran Aluminium”.
Universitas Muhammadiyah Metro, Lampung.
[10]Duskiardi, 2002, “Pengaruh Tekanan dan Temperatur Die Proses Squeeze Casting terhadap Kekerasan dan Struktur Mikro pada Material Piston Komersial Lokal”, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Bung Hatta, Padang.
[11]Firdaus, 2002, “Analisis Parameter Proses Pengecoran Squeeze Terhadap Porositas Produk Flens Motor Sungai”, Politeknik Negeri Sriwijaya, Palembang.
[12]Fluent Inc., 2006, “User’s Guide Version 6.3”, Centerra Resource Park, Lebanon.
[13]Hadleigh Castings Aluminium Technology
[14]Hamidi, Arif. 2014, “Pemanfaatan Abu Terbang Batubara (Fly Ash) sebagai Bahan Batako yang Ramah Lingkungan”, Universitas Riau, Pekan Baru.
[15]Helmi, P., 2011, “Pengaruh Temperatur Cetakan pada Pengecoran Squueze Terhadap Sifat Fisis dan Mekanis Aluminium Daur Ulang (Al-6,4%Si-1,93%Fe)”, Program Studi Teknik Mesin, Universitas Wahid Hasyim, Semarang.
[16]Fuad, Abdillah, 2010, “Pengaruh Tekanan, Temperatur Die pada Proses Squeeze Casting Terhadap Kekerasan dan Struktur Mikro pada Material Piston Berbasis Material Piston Bekas”, PTN Otomotif IKIP Veteran, Semarang.
[21]Kartamana, Maman, 2010, “Fabrikasi Komposit”, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia.
[22]Kaufan, Gilbert J., 2004, “Aluminum Alloy Castings”, ASM International.
[23]M, Ramachandra., Krishna P., 2014, “Modelling in Squeeze Casting Process-Present State and Future Perspectives”, Department of Mechanical Engineering, National Institute of Karnataka, India.
[24]Maria, H. Justin, 2015, “Hardness and Microstructural Effect on ZA27/Graphite Reinforced Composites Routed Trough Squeeze Casting Process”, Department of Mechanical Engineering, Rathinam Technical Campus, India.
[25]Munson, Bruce R., 2004, “Fundamentals of Fluid Mechanics Fourth Edition”, Department of Mechanical Engineering, Iowa State University, USA.
[26]Purwanto, 2010, “Pengaruh Tekanan dan Temperatur Cetakan Terhadap Struktur Mikro dan Kekerasan Hasil Pengecoran pada Material Aluminium Daur Ulang”, Universitas Wahid Hasyim, Semarang.
[27]Rahmawati, Z.S., 2010, “Analisis Pengaruh Sr dan Ti Terhadap Ketahanan Korosi Paduan AC4B”, Departemen Metalurgi dan Material, Universitas Indonesia, Depok.
[28]Rooy, Elwin L., 2004, “Aluminum Alloy Castings”, ASM International.
[29]Safril, M., (2016), “Analisis Wear Resistant Bahan Komposit Matriks Alumunium Diperkuat Palm Oil Fly Ash Menggunakan Pin On Disk Test”, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
[30]Siswanto, 2014, “Analisis Pengaruh Temperatur dan Waktu Peleburan Terhadap Komposisi Al dan Mg Menggunakan Metode Pengecoran Tuang”, Akademi Teknik Pembangunan Nasional.
[31]Masnur, Dedy, 2017, “Analisa Cacat Coran pada High Pressure Die Casting
[32]T. Ebert, 2001, “Magnesium-properties-aplications-potential”, Department of Material Science and Engineering, Technical University of Clausthal, Germany.
[33]The American Foundry Society, 2006, “Magnesium Alloys”, Schaumburg.
[34]Totten, George E., 2003, “Handbook of Aluminium Vol 1 Physical Metallurgi and Process”, New York. [1]
[34]Tuakia, Firman, 2008, “Dasar-dasar Menggunakan CFD Fluent”, Informatika, Bandung.
[35]Viswanatha, B.M., 2013, “Mechanical Property Evaluation of A356SiCp/Gr Metal Matrix Composites”, Kalpataru Institute of Technology, India.
[36]William, H.C., 1989, “Properties and selection: nonferrous alloy and pure metals (9th Edition)”, Metal Handbook, ASM International, 619.
[37]Yan Hua, 2010, “Effect of Spesific Pressure on Microstructure and Mechanical Properties of Squeeze Casting ZA27 Alloy”, Transaction of Nonferrous Metal Society, China.
[38]Yuliana, Rizqi, 2013, “Karakteristik Fisis dan Mekanis Abu Sawit (Palm Oil Fuel Ash) dalam Geoteknik”, Universitas Riau, Pekanbaru.
[39]Yuwen, Xuan, 2012, “Numerical Simulation of Casting Filling Process Based on FLUENT”, Tianjin University of Technology, China.
[40]Zulfikar, 2010, “Studi Sifat Fisis dan Mekanis Komposit Aluminium/ Flyash dengan Variasi Fraksi Berat dan Temperatur Sintering”, Teknik Mesin Politeknik Negeri Padang, Padang.
LAMPIRAN
Lampiran 1. Pembuatan Mesin Squeeze Casting Kapasitas 20 Ton.
Gambar: CAD 3 dimensi mesin squeeze casting kapasitas tekanan 20 ton
Gambar: Output pembuatan mesin squeeze casting di Laboratorium Foundry.
Lampiran 2: Proses Peleburan Metal Matrix Composite
Gambar: Proses pengecoran logam.