Simulasi Hasil Distribusi Tekanan saat Proses Penekanan

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.6. Simulasi Hasil Distribusi Tekanan saat Proses Penekanan

Telah dilakukan simulasi numerik untuk melihat kontur distribusi tekanan cairan logam saat proses penekanan (squeeze) yang diperlihatkan dalam bentuk kontur 2 dimensi terhadap bidang x-z. Analisa hasil simulasi dilakukan saat cairan logam telah menerima beban hingga mencapai tekanan yang diinginkan dan penekanan dilakukan saat cairan logam berada pada suhu 660^oC. Dalam hal ini tekanan yang dicapai yaitu 25MPa, 30MPa, 35MPa, 40MPa, dan 45MPa dan ditahan selama 30 detik. Simulasi dilakukan dalam interval waktu 5 detik, 10 detik, 15 detik, 20 detik, 25 detik, dan 30 detik. Hasilnya adalah sebagai berikut:

590

a. Distribusi tekanan pada tekanan 25MPa.

Gambar 4.19 Distribusi tekanan pada saat penekanan 25MPa (a)5 detik, (b)10 detik, (c)15 detik, (d)20 detik, (e)25 detik, dan (f)30 detik.

Tekanan maksimum terjadi pada waktu 5 detik dimana pada coran bagian atas memiliki distribusi tekanan tertinggi yang berkisar 25,0829MPa seperti ditunjukkan pada Gambar 4.19(a). Tekanan pada masing-masing titik pengukuran ditunjukkan oleh tabel 4.10.

(a) (b)

(e) (f)

Tabel 4.10 Distribusi tekanan pada saat penekanan 25MPa berdasarkan titik pengukuran.

Waktu

(detik) Bagian Distribusi Temperatur (^oC) Rata-rata (^oC)

Kiri Tengah Kanan

Atas 25,0829 25,0929 25,0829 25,0862 Tengah 24,9996 24,9996 24,9996 24,9996 Bawah 25,0829 24,9996 25,0829 24,0551

Atas 25,0212 25,0212 25,0829 25,0417 Tengah 24,9985 24,9985 24,9985 25,9985 Bawah 25,0212 25,0212 25,0212 25,0212

Atas 25,0161 25,0161 25,0212 25,0178 Tengah 24,9957 24,9957 24,9957 24,9957 Bawah 25,0161 25,0161 25,0161 25,0161

Atas 25,0075 25,0075 25,0161 25,0103 Tengah 25,0075 25,0075 24,9837 24,9995 Bawah 25,0075 25,0075 25,0075 25,0075

Atas 25,0041 25,0041 25,0075 25,0052 Tengah 25,0041 24,9471 24,9471 24,9961 Bawah 25,0041 25,0041 25,0041 25,0041

Atas 25,0024 25,0024 25,0041 25,0029 Tengah 25,0024 24,9123 24,9123 24,9423 Bawah 25,0024 25,0024 25,0024 25,0024 Tabel 4.10 memperlihatkan hasil simulasi berupa distribusi tekanan pada 9 titik pengukuran. Grafik distribusi tekanan ditunjukkan oleh gambar 4.20.

Gambar 4.20 Grafik distribusi tekanan v.s bagian coran tekanan 25MPa.

Gambar 4.20 memperlihatkan distribusi tekanan coran aluminium A356 pada tiap bagian. Terlihat bahwa pada waktu 5 detik tekanan pada coran mulai sudah terdistribusi dengan merata dengan tekanan tertinggi sebesar 25,0862MPa pada bagian atas. Pada waktu 30 detik tekanan sudah terdistribusi secara keseluruhan pada tiap bagian akan tetapi konsentrasi tekanan menurun dengan nilai tekanan terendah 24,9423MPa pada bagian tengah. Distribusi tekanan spesimen bagian tengah pada temperatur cetakan 300°C lebih kecil dibandingkan pada bagian atas dan bawah.

Dari hasil ini pengaruh struktur mikro sangat signifikan terhadap tekanan pada cairan logam, struktur silikon semakin kasar atau jarak dendrit sekunder yang semakin besar akibat pengaruh temperatur cairan logam pada bagian tengah mengakibatkan kekerasan yang rendah. Kenyataan ini menunjukkan bahwa perubahan temperatur cetakan sangat signifikan pengaruhnya terhadap kekerasan produk hasil squeeze casting. Hal ini disebabkan semakin tinggi temperatur cetakan maka laju pembekuan coran disekitar dinding cetakan akan semakin lambat atau kecil. Pada temperatur cetakan 300°C laju pembekuan lebih cepat karena perbedaan suhu yang besar antar muka cetakan dengan material.

Sedangkan pada bagian tengah, temperatur cenderung megalami laju pembekuan yang lama yang mengakibatkan distribusi tekanan lebih dari rendah daripada bagian atas dan bawah [10].

b. Distribusi tekanan pada tekanan 30MPa.

Gambar 4.21 Distribusi tekanan pada saat penekanan 30MPa (a)5 detik, (b)10 detik, (c)15 detik, (d)20 detik, (e)25 detik, dan (f)30 detik.

Tekanan maksimum terjadi pada waktu 5 detik dimana pada coran bagian bawah memiliki distribusi tekanan tertinggi yang berkisar 30,1392MPa seperti ditunjukkan pada Gambar 4.21(a). Selain karena penerapan tekanan, peningkatan kekerasan dan kekuatan produk juga disebabkan oleh perbaikan struktur mikro.

Efek ini sama dengan meningkatnya laju pendinginan akibat meningkatnya laju perpindahan panas antar muka material dengan cetakan [10]. Tekanan pada masing-masing titik pengukuran ditunjukkan oleh tabel 4.11.

(a) (b)

(e) (f)

Tabel 4.11 Distribusi tekanan pada saat penekanan 30MPa berdasarkan titik pengukuran.

Waktu

(detik) Bagian Distribusi Temperatur (^oC) Rata-rata (^oC)

Kiri Tengah Kanan

Atas 30,1392 29,9992 30,1392 30,0925 Tengah 30,1392 30,1392 30,1392 30,1392 Bawah 30,1392 30,1392 30,1282 30,1355

Atas 30,0541 30,0541 30,1282 30,0788 Tengah 30,0541 30,0541 29,9987 30,0356 Bawah 30,0541 30,0541 30,0541 30,0541

Atas 30,0284 30,0284 30,0541 30,0369 Tengah 30,0284 30,0284 29,9978 30,0182 Bawah 30,0284 30,0284 30,0284 30,0284

Atas 30,0009 30,0009 30,0284 30,0100 Tengah 30,0009 29,9484 30,0009 29,9834 Bawah 30,0009 30,0009 30,0009 30,0009

Atas 30,0046 30,0046 30,0090 30,0060 Tengah 30,0046 29,9507 30,0046 29,9866 Bawah 30,0046 30,0046 30,0046 30,0046

Atas 30,0025 30,0025 30,0046 30,0032 Tengah 30,0025 29,8274 30,0025 29,9441 Bawah 30,0025 30,0025 30,0025 30,0025 Tabel 4.11 memperlihatkan hasil simulasi berupa distribusi tekanan pada 9 titik pengukuran. Distribusi tekanan pada bagian atas lebih besar dibandingkan dengan bagian tengah, hal ini disebabkan karena pada bagian atas partikel yang ada dalam energi kalor megalami kecenderungan untuk bergerak (vibrasi) akibat penekanan sehingga menimbulkan penambahan energi dalam dan menyebabkan peningkatan temperatur, peningkatan temperatur menyebabkan tekanan juga meningkat [9]. Grafik distribusi tekanan ditunjukkan oleh gambar 4.22.

Gambar 4.22 Grafik distribusi tekanan v.s bagian coran tekanan 30MPa.

Gambar 4.22 memperlihatkan distribusi tekanan coran aluminium A356 pada tiap bagian. Terlihat bahwa pada waktu 5 detik tekanan pada coran mulai sudah terdistribusi dengan merata dengan tekanan tertinggi sebesar 30,0925MPa.

Pada waktu 30 detik tekanan sudah terdistribusi secara keseluruhan pada tiap bagian akan tetapi konsentrasi tekanan menurun dengan nilai tekanan terendah 29,9441MPa pada bagian tengah. Distribusi tekanan spesimen bagian tengah pada temperatur cetakan 300°C lebih kecil dibandingkan pada bagian atas dan bawah. Pemberian beban tekanan pada cairan logam, mengakibatkan struktur partikel material mejadi kecil halus seiring dengan laju pembekuan pada bagian atas dan bagian bawah serta didaerah dinding cetakan karena perbedaan suhu yang besar antar muka dengan cetakan. Sedangkan pada bagian tengah laju pembekuan berjalan dengan lambat karena temperatur yang masih lebih tinggi sehingga memberi kesempatan partikel-partikel yang kecil untuk mengalami pemuaian dan pembesaran volume. Hal ini menyebabkan distribusi tekanan pada bagian tengah lebih rendah dari bagian yang lainnya [10].

29,8

c. Distribusi tekanan pada tekanan 35MPa.

Gambar 4.23 Distribusi tekanan pada saat penekanan 35MPa (a)5 detik, (b)10 detik, (c)15 detik, (d)20 detik, (e)25 detik, dan (f)30 detik.

Tekanan maksimum terjadi pada waktu 5 detik dimana pada coran bagian atas memiliki distribusi tekanan tertinggi yang berkisar 35,0477MPa seperti ditunjukkan pada Gambar 4.23(a). Tekanan pada masing-masing titik pengukuran ditunjukkan oleh tabel 4.12.

(a) (b)

(e) (f)

Tabel 4.12 Distribusi tekanan pada saat penekanan 35MPa berdasarkan titik pengukuran.

Waktu

(detik) Bagian Distribusi Temperatur (^oC) Rata-rata (^oC)

Kiri Tengah Kanan

Atas 35,0477 35,0477 35,0477 35,0477 Tengah 34,9977 34,9977 34,9977 34,9977 Bawah 35,0477 34,9977 35,0477 35,0310

Atas 35,0438 35,0438 35,0438 35,0438 Tengah 34,9952 34,9952 34,9952 34,9952 Bawah 35,0438 34,9952 35,0438 35,0276

Atas 35,0438 35,0266 35,0266 35,0323 Tengah 34,9883 34,9883 34,9883 34,9883 Bawah 35,0266 35,0266 35,0266 35,0266

Atas 35,0266 35,0058 35,0058 35,0127 Tengah 34,9760 34,9760 34,9760 34,9760 Bawah 35,0058 34,9760 35,0058 34,9958

Atas 35,0058 35,0040 35,0040 35,0046 Tengah 34,9306 34,9306 34,9306 34,9306 Bawah 35,0040 35,0040 35,0040 35,0040

Atas 35,0040 35,0025 35,0025 35,0030 Tengah 34,8972 34,8972 34,8972 34,8972 Bawah 35,0025 35,0025 35,0025 35,0025 Tabel 4.12 memperlihatkan hasil simulasi berupa distribusi tekanan pada 9 titik pengukuran. Terlihat pada rata-rata waktu penekanan bagian tengah memiliki nilai distribusi tekanan yang lebih kecil. Hal ini disebabkan karena terjadinya tegangan termal pada bagian tengah coran yang dipengaruhi oleh beberapa sifat material yaitu modulus elastisitas suatu material, koefisien ekspansi termal serta perbedaan temperatur pada suatu material [16]. Grafik distribusi tekanan ditunjukkan oleh gambar 4.24.

Gambar 4.24 Grafik distribusi tekanan v.s bagian coran tekanan 35MPa.

Gambar 4.24 memperlihatkan distribusi tekanan coran aluminium A356 pada tiap bagian. Terlihat bahwa pada waktu 5 detik tekanan pada coran mulai sudah terdistribusi dengan merata dengan tekanan tertinggi sebesar 35,0477MPa pada bagian atas. Pada waktu 30 detik tekanan sudah terdistribusi secara keseluruhan pada tiap bagian akan tetapi konsentrasi tekanan menurun dengan nilai tekanan terendah 34,8972MPa pada bagian tengah. Pada nilai temperatur yang tinggi, molekul dalam cairan logam mengandung gas yang bergerak memutar dengan lebih cepat, lebih sering berbenturan, dan lebih tinggi kecepatannya. Dalam kasus ini volume molekul atau struktur partikel menjadi besar disebabkan karena temperatur akan mengalami penurunan suhu yang lambat. Dari grafik diatas terlihat beban tekanan dapat terdistribusi dengan baik pada tiap bagian coran. Pemberian tekanan pada cairan logam menghasilkan hasil coran dengan bentuk mendekati ukuran akhir atau bentuk kesempurnaannya (near-net shape) dan dapat meningkatkan nilai kekerasan [26].

34,8

d. Distribusi tekanan pada tekanan 40MPa.

Gambar 4.25 Distribusi tekanan pada saat penekanan 40MPa (a)5 detik, (b)10 detik, (c)15 detik, (d)20 detik, (e)25 detik, dan (f)30 detik.

Tekanan maksimum terjadi pada waktu 5 detik dimana pada coran bagian atas memiliki distribusi tekanan tertinggi yang berkisar 40,0988MPa seperti ditunjukkan pada Gambar 4.25(a). Tekanan pada masing-masing titik pengukuran ditunjukkan oleh tabel 4.13.

(a) (b)

(e) (f)

Tabel 4.13 Distribusi tekanan pada saat penekanan 40MPa berdasarkan titik pengukuran.

Waktu

(detik) Bagian Distribusi Temperatur (^oC) Rata-rata (^oC)

Kiri Tengah Kanan

Atas 40,0999 40,0988 40,0999 40,0995 Tengah 39,9966 39,9966 39,9966 39,9966 Bawah 40,0988 40,0988 40,0988 40,0988

Atas 40,0417 40,0417 40,0988 40,0607 Tengah 39,9949 39,9949 39,9949 39,9949 Bawah 40,0417 40,0417 40,0417 40,0417

Atas 40,0128 40,0128 40,0417 40,0224 Tengah 39,9900 39,9900 39,9900 39,9900 Bawah 40,0128 40,0128 40,0128 40,0128

Atas 40,0089 40,0089 40,0128 40,0102 Tengah 39,9734 39,9734 39,9734 39,9734 Bawah 40,0089 40,0089 40,0089 40,0089

Atas 40,0046 40,0046 40,0089 40,0060 Tengah 39,9423 39,9423 39,9423 39,9423 Bawah 40,0046 39,9423 40,0046 39,9838

Atas 40,0018 40,0018 40,0046 40,0027 Tengah 39,8317 39,8317 39,8317 39,8317 Bawah 40,0018 40,0018 40,0018 40,0018 Tabel 4.13 memperlihatkan hasil simulasi berupa distribusi tekanan pada 9 titik pengukuran. Terlihat pada rata-rata waktu penekanan bagian tengah memiliki nilai distribusi tekanan yang lebih kecil. Hal ini disebabkan karena terjadinya shrinkage atau penyusutan yang mengakibatkan volume dari suatu benda akan menyusut setelah dilakukan pendinginan sehingga benda yang dihasilkan tidak sesuai dimensinya. Awal penyusustan terjadi karena adanya tegangan termal pada bagian coran [16]. Grafik distribusi tekanan ditunjukkan oleh gambar 4.26.

Gambar 4.26 Grafik distribusi tekanan v.s bagian coran tekanan 40MPa.

Gambar 4.26 memperlihatkan distribusi tekanan coran aluminium A356 pada tiap bagian. Terlihat bahwa pada waktu 5 detik tekanan pada coran mulai sudah terdistribusi dengan merata dengan tekanan tertinggi sebesar 40,0995MPa.

Pada waktu 30 detik tekanan sudah terdistribusi secara keseluruhan pada tiap bagian akan tetapi konsentrasi tekanan menurun dengan nilai tekanan terendah 39,8317MPa pada bagian tengah. Distribusi tekanan spesimen bagian tengah pada temperatur cetakan 300°C lebih kecil dibandingkan pada bagian atas dan bawah. Pemberian beban tekanan pada cairan logam, mengakibatkan struktur partikel material mejadi kecil halus seiring dengan laju pembekuan pada bagian atas dan bagian bawah serta didaerah dinding cetakan karena perbedaan suhu yang besar antar muka dengan cetakan. Sedangkan pada bagian tengah laju pembekuan berjalan dengan lambat karena temperatur yang masih lebih tinggi sehingga memberi kesempatan partikel-partikel yang kecil untuk mengalami pemuaian dan pembesaran volume. Hal ini menyebabkan distribusi tekanan pada bagian tengah lebih rendah dari bagian yang lainnya [10].

39,65

e. Distribusi tekanan pada tekanan 45MPa.

Gambar 4.27 Distribusi tekanan pada saat penekanan 45MPa (a)5 detik, (b)10 detik, (c)15 detik, (d)20 detik, (e)25 detik, dan (f)30 detik.

Tekanan maksimum terjadi pada waktu 5 detik dimana pada coran bagian atas memiliki distribusi tekanan tertinggi yang berkisar 45,0308MPa seperti ditunjukkan pada Gambar 4.27(a). Tekanan pada masing-masing titik pengukuran ditunjukkan oleh tabel 4.14.

(a) (b)

(e) (e)

Tabel 4.14 Distribusi tekanan pada saat penekanan 45MPa berdasarkan titik pengukuran.

Waktu

(detik) Bagian Distribusi Temperatur (^oC) Rata-rata (^oC)

Kiri Tengah Kanan

Atas 44,9998 45,0308 45,0908 45,0404 Tengah 44,9998 44,9998 44,9998 44,9998 Bawah 45,0308 44,9998 45,0308 45,0204

Atas 44,9996 45,0116 45,0308 45,0140 Tengah 44,9996 44,9996 44,9996 44,9996 Bawah 45,0116 45,0116 45,0116 45,0116

Atas 44,9987 44,9987 45,0116 45,0030 Tengah 44,9987 44,9987 44,9987 44,9987 Bawah 45,0049 44,9987 45,0049 45,0028

Atas 45,0023 45,0023 45,0049 45,0031 Tengah 44,9969 44,9969 44,9969 44,9969 Bawah 45,0023 45,0023 45,0023 45,0023

Atas 45,0011 45,0011 45,0023 45,0015 Tengah 44,9946 44,9946 44,9946 44,9946 Bawah 45,0011 44,9946 45,0011 44,99893

Atas 45,0006 45,0006 45,0011 45,0007 Tengah 44,9886 44,9886 44,9886 44,9886 Bawah 45,0006 44,9886 45,0006 44,9966 Tabel 4.14 memperlihatkan hasil simulasi berupa distribusi tekanan pada 9 titik pengukuran. Grafik distribusi tekanan ditunjukkan oleh gambar 4.28.

Gambar 4.28 Grafik distribusi tekanan v.s bagian coran tekanan 45MPa.

Gambar 4.28 memperlihatkan distribusi tekanan coran aluminium A356 pada tiap bagian. Terlihat bahwa pada waktu 5 detik tekanan pada coran mulai sudah terdistribusi dengan merata dengan tekanan tertinggi sebesar 45,0404MPa pada bagian atas. Pada waktu 30 detik tekanan sudah terdistribusi secara keseluruhan pada tiap bagian akan tetapi konsentrasi tekanan menurun dengan nilai tekanan terendah 44,9886MPa pada bagian bawah. Distribusi tekanan spesimen bagian tengah pada temperatur cetakan 300°C lebih kecil dibandingkan pada bagian atas dan bawah.

Sedangkan pada bagian tengah, temperatur cenderung megalami laju pembekuan yang lama yang mengakibatkan distribusi tekanan lebih dari rendah daripada bagian atas dan bawah [10].

4.7 Pengaruh Distribusi Temperatur dan Tekanan Terhadap Kekerasan

Dalam dokumen ANALISA DISTRIBUSI TEMPERATUR DAN TEKANAN PADA METODE PENGECORAN SQUEEZE CASTING MENGGUNAKAN METODE COMPUTATIONAL FLUID DYNAMIC (CFD) SKRIPSI (Halaman 103-119)