i
PENGARUH PREHEATING PADA CETAKAN PERMANEN TERHADAP DISTRIBUSI KEKERASAN GRINDING CYL
DENGAN MATERIAL BESI COR KELABU
Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi Strata I pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Oleh :
: DWI SYAIKHU MARTHA DINATA D20012 0052
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
i
HALAMAN PERSETUJUAN
PENGARUH PREHEATING PADA CETAKAN PERMANEN TERHADAP DISTRIBUSI KEKERASAN GRINDING CYL
DENGAN MATERIAL BESI COR KELABU
PUBLIKASI ILMIAH
Oleh:
DWI SYAIKHU MARTHA DINATA D 200 12 0052
Telah diperiksa dan disetujui untuk diuji oleh:
Dosen Pembimbing
ii
HALAMAN PENGESAHAN
PENGARUH PREHEATING PADA CETAKAN PERMANEN TERHADAP DISTRIBUSI KEKERASAN GRINDING CYL
DENGAN MATERIAL BESI COR KELABU
Oleh:
DWI SYAIKHU MARTHA DINATA D 200 12 0052
Telah dipertahankan di depan Dewan Penguji Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta Pada hari sabtu, 12 April 2017 Dan dinyatakan telah memenuhi syarat
Dewan Penguji:
1. Agus Yulianto, ST, MT. (...) (Ketua Dewan Penguji)
2. Ir. Bibit Sugito, MT. (...) (Anggota I Dewan Penguji)
3. Ir. Ngafwan, MT. (...) (Anggota II Dewan Penguji)
Dekan,
iii
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa publikasi ilmiah 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 orang lain, kecuali secara tertulis diacu dalam naskah dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Apabila kelak terbukti ada ketidakbenaran dalam pernyataan saya diatas maka akan saya pertanggung jawabkan sepenuhnya.
Surakarta, 18 April 2017 Penulis
1
PENGARUH PREHEATING PADA CETAKAN PERMANEN TERHADAP DISTRIBUSI KEKERASAN GRINDING CYL
DENGAN MATERIAL BESI COR KELABU ABSTRAK
Tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui pengaruh preheating pada cetakan permanen besi cor ductile pada suhu 4000C terhadap sifat fisis dan mekanis besi cor kelabu. Pembekuan besi cor kelabu ini dipantau dengan ce meter dan setelah mengeras akan mengalami beberapa pengujian logam, antara lain: uji kekerasan, uji metalografi dan uji komposisi kimia. Penelitian ini menggunakan material besi cor kelabu. Dari spesimen besi cor kelabu ini akan ditentukan 16 titik uji untuk mengetahui sifat fisis dan mekanis dibeberapa titik yang telah ditentukan. Pengujian komposisi kimia menggunakan standar JIS.
Hasil pengujian menunjukkan pengaruh preheating dengan suhu 4000C pada cetakan permanen besi cor ductile dengan material besi cor kelabu. Hasil uji struktur mikro bagian spesimen yang di uji kekerasan terlihat grafit dan sementit dan hasil uji kekerasan spesimen pada bagian A= 82.54, 90.15, 91.27, 87.60 dan 86.09 HRB. B= 86.60, 90.44, 90.03, 88.77 dan 88.60 HRB. C= 92.07, 96.20, 96.66, 88.38 dan 90.83 HRB. dan D= 96.12, 92.85, 92.28, 93.81 dan 94.50 HRB. Sehingga harga kekerasan tertinggi yaitu pada bagian C3 sebesar 96,66 HRB, sedangkan harga kekerasan terendah yaitu pada bagian A1 sebesar 82,54 HRB. Pada hasil pengujian peleburan logam menggunakan CE meter diperoleh temperatur awal 1260.30C, temperatur liquid 1121.30C, temperatur solid 1118.70C sehingga di peroleh nilai CEL= 4,47% ; C= 3,98% ; dan SI= 1,86% di mana besi mulai padat namun masih berwarna merah hingga temperatur 1060°C dan mengeras dalam waktu 180 detik, sedangkan hasil uji komposisi kimia dalam bentuk solid atau padat antara lain : Fe 93,26% ; C 3,06% ; Si 1,80% dan unsure lainnya di bawah 1%. Pada hasil uji komposisi kimia terdapat 20 unsur kimia dangan kadar yang berbeda dan pengamatan struktur mikro di temukan struktur grafit dan sementit. Dari hasil pengujian tersebut bisa diketahui bahwa material yang terbentuk adalah besi cor kelabu FC 150 dengan standar JIS.
Kata kunci :besi cor kelabu FC150, kekerasan, ce meter, komposisi kimia. PENGARUH PREHEATING PADA CETAKAN PERMANEN
TERHADAP DISTRIBUSI KEKERASAN GRINDING CYL DENGAN MATERIAL BESI COR KELABU
ABSTRACK
4-2
point test to find out the physical and mechanical properties in some predetermined point. Testing chemical composition using standard JIS.
The test result show the influence of preheating with temperature 400oC on permanent mold cast iron ductile cast iron grey material. Test result of specimen that are part of microstructure in hardness test visible graphite and sementite and hardness test results of specimens at the A= 101,09, 90,15, 91,27, 87,60 and 86,09 HRB. B= 86,60, 90,44, 90,03, 92,97 and 88,60 HRB. C= 92.07, 96.20, 96.66, 88.38 and 90.83 HRB. and D= 102. 58, 92.85, 92.28, 93.81 and 94.50 HRB, and price the highest hardness in C3 of 96,66 HRB, while the lowest rates of hardness in parts of the A1 of 82,54 HRB. On the results of testing metal foundries use CE metres obtained initial temperature of 1260.30C, 1121.30C, liquid temperature the temperature of the solid 1118.70C so that’s earned value CEL = 4,47%, C = 3,98%, and Si = 1,86% where the iron starts but still solid red until the temperature of 10600C and harden within 180 seconds, while the chemical composition test results in the form of solid or solid follows: 93,26% Fe, C 3,06%, Si 1,80% and other elements of under 1%. On the results of the test chemical composition there are 20 chemical elements with different levels and observation of microstructure discover the structure of graphite and cementite. From thr results of these tests can noted that is formed is a grey cast iron FC 150 with JIS Standards.
Keyword : grey cast iron FC150, violence, ce meters, chemical composition. 1. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Dengan semakin majunya teknologi sekarang ini, tuntutan manusia dalam bidang industri semakin besar. kebutuhan akan material besi dalam bentuk baja dan besi cor juga sangat besar. Industri pengecoran logam merupakan industri hulu dan industri yang menjadi tumpuan bagi industri barang modal khususnya industri komponen. Proses pengecoran adalah proses terbentuknya logam dengan cara mencairkan padat dalam tungku dengan temperatur tinggi, kemudian menuangkan logam cair ke dalam cetakan dan dibiarkan membeku.
3
Cetakan permanen yang digunakan harus melalui proses preheating sebelum dituang besi cor cair dalam rongga cetakan tersebut. Preheating disini yang dimaksud adalah pemanasan cetakan permanen dari logam ferro untuk menaikkan suhu cetakan. Selisih temperatur besi cor cair yang dituang dengan cetakan akan menimbulkan ledakan jika terlalu jauh. Maka diperlukan penelitian tentang preheating yang aman dan karakter logam yang dihasilkan pada temperatur preheating tertentu. Untuk itu sangat diperlukan penelitian yang terkait dengan preheating cetakan permanen khususnnya untuk material besi cor ductile.
1.2. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Mengetahui pengaruh preheating pada cetakan permanen besi cor ductile pada temperatur tertentu.
2. Mengetahui komposisi kimia pada saat cair dan laju pendinginan besi cor kelabu pada cetakan permanen.
3. Mengetahui sifat fisis dan mekanis besi cor kelabu hasil preheating pada beberapa titik yang ditentukan.
1.4 Batasan Masalah
Berdasarkan latar belakang dan perumusan masalah diatas, penelitian ini berkonsentrasi pada :
1. Material yang dipakai adalah besi cor di PT. Bonjor Jaya Klaten. 2. Preheating cetakan permanen besi cor ductile pada temperatur 4000C. 3. Pengujian sifat fisis dan mekanis dari spesimen yang di uji.
2. METODE PENELITIAN 2.1. Alat dan Bahan
Alat pengecoran : Tanur induksi, Cetakan permanen FCD, frame, pyrometer laser, ladle,
4
Alat uji : Uji komposisi spectrometer, uji kekerasan rockwell, Mikroskop optik olympus metallurgical tester, CE meter. Bahan penelitian : arang, solar, karbon, Cairan besi siap tuang di PT.Bonjor
Jaya Klaten, resin, katalis. 2.2. Diagram Alir Penelitian
Gambar 1. Diagram Alir Penelitian 2.3. Tahapan Penelitian
a. Proses pencairan logam dilakukan di dalam tungku induksi pencairan logam.
b. Sebelum penuangan pada cetakan, molding disiapkan untuk proses pemanasan (preheating). Setelah itu dilakukan proses pelapisan
MULAI
Studi literatur
Persiapan alat dan bahan
Pemanasan cetakan 400oC
Penuangan besi cor dalam cetakan Melting besi cor
CE Meter Solidifikasi besi cor kelabu
Preparasi spesimen
Pengujian komposisi Pengujian kekerasan Pengujian struktur
Hasil dan kesimpulan Analisa data
5
karbon pada cetakan dengan menggunakan karbon yang dicampur solar.
c. Melakukan proses penuangan besi cor cair ke dalam cetakan permanen.
d. Proses pelepasan produk (coran) dari cetakan. e. Proses pendinginan udara bebas.
f. Setelah coran dingin dilakukan pemotongan dengan alat wire cut di Politeknik ATMI Surakarta, pemilihan pemotongan dengan wire cut bertujuan struktur kimia pada spesimen tidak berubah dan menghasilkan potongan yang rapi. Selanjutnya potongan hasil coran dimounting untuk proses pengujian.
g. Kemudian melakukan proses pengujian kekerasan menggunakan alat uji kekerasan Rockwell, pengujian komposisi kimia dan pengujian struktur mikro.
3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1. Hasil Penelitian Uji CE Meter
Gambar 2. Grafik Hasil Uji CE Meter
6 3.2. Pengujian Kekerasan (Rockwell)
Gambar 3. Bagian yang di Uji Kekerasan (Rockwell)
Tabel 1. Hasil Pengujian Kekerasan Rockwell tanpa Preheating pada Bagian A. No Lokasi pada
Bagian A
Hasil Kekerasan (HRB)
HRB ( kgf )
1 A1 82,54 100
2 A2 90,15 100
3 A3 91,27 100
4 A4 87,60 100
5 A5 86,09 100
Tabel 2. Hasil Pengujian Kekerasan Rockwell menggunakan Preheating pada Bagian A.
No Lokasi pada Bagian A
Hasil Kekerasan (HRB)
HRB ( kgf )
1 A1 88,11 100
2 A2 91,74 100
3 A3 93,31 100
4 A4 87,85 100
7 Diagram Bagian A
Gambar 4. Diagram Harga Kekerasan Bagian A.
Tabel 3. Hasil Pengujian Kekerasan Rockwell tanpa Preheating pada Bagian B. No Lokasi Pada
Tabel 4. Hasil Pengujian Kekerasan Rockwell menggunakan Preheating pada Bagian B.
Preheating 88.11 91.74 93.31 87.85 86.5
Un Preheating 82.54 90.15 91.27 87.6 86.09
8 Diagram Bagian B
Gambar 5. Diagram Harga Kekerasan Bagian B.
Tabel 5. Hasil Pengujian Kekerasan Rockwell tanpa Preheating pada Bagian C. No Lokasi Pada
Tabel 6. Hasil Pengujian Kekerasan Rockwell menggunakan Preheating pada Bagian C.
Preheating 86.81 91.57 91.7 93.46 90.12
Un Preheating 86.6 90.44 90.03 88.77 88.6
9 Diagram Bagian C
Gambar 6. Diagram Harga Kekerasan Bagian C.
Tabel 7. Hasil Pengujian Kekerasan Rockwell tanpa Preheating pada Bagian D. No Lokasi Pada
Tabel 8. Hasil Pengujian Kekerasan Rockwell menggunakan Preheating pada Bagian D.
Preheating 93.45 96.76 97.23 90.31 89.14
Un Preheating 92.07 96.2 96.66 88.38 90.83
10 Diagram Bagian D
Gambar 7. Diagram Harga Kekerasan Bagian D Tabel 9. Standart Deviasi Kekerasan Rockwell tanpa Preheating
DATA Bagian A Bagian B Bagian C Bagian D
Tabel 10. Standart Deviasi Kekerasan Rockwell menggunakan Preheating DATA Bagian A Bagian B Bagian C Bagian D kekerasan dengan preheating mengalami kenaikan sebesar 2,25%. Pada bagian B kekerasan dengan preheating mengalami kenaikan sebesar 2,07%. Pada bagian C kekerasan dengan preheating mengalami kenaikan sebesar 0,6% dan Pada bagian D kekerasan dengan preheating juga mengalami kenaikan sebesar 1,08%.
D1 D2 D3 D4 D5
Preheating 96.72 93.38 95.15 93.53 95.86
Un Preheating 96.12 92.85 92.28 93.81 94.5
11 3.3. Pengujian Foto Micro
Foto micro bagian A
Gambar 8. Hasil Foto Micro Bagian A1,A2,A3,A4,A5 Dengan Pembesaran 200x Foto micro bagian B
Gambar 9. Hasil Foto Micro Bagian B1,B2,B3,B4,B5 Dengan Pembesaran 200x Foto micro bagian C
12 Foto micro bagian D
Gambar 11. Hasil Foto Micro Bagian D1,D2,D3,D4,D5 Dengan Pembesaran 200x Dari hasil foto micro kita melihat perbandingan grafit dan cementit berbanding lurus tingkat kekerasan pada setiap bagian. Pada bagian (A1)88,11 HRB, (A2)91,74 HRB, (A3)93,31 HRB, (A4)87,85 HRB, (A5)86,50 HRB. Pada bagian A3 mempunyai tingkat kekerasan yang tinggi, karena cementit lebih mendominasi dari pada grafit. Pada bagian (B1)86,81 HRB, (B2)91,57 HRB, (B3)91,70 HRB, (B4)93,46 HRB, (B5)90,12 HRB. Pada bagian B4 mempunyai tingkat kekerasan yang paling tinggi karena cementit lebih mendominasi dari pada grafit. Pada bagian(C1)93,45 HRB, (C2)96,76 HRB, (C3)97,23 HRB, (C4)90,31 HRB, (C5)89,14 HRB. Pada bagian C3 mempunyai tingkat kekerasan yang paling tinggi karena cementit lebih mendominasi dari pada grafit. Pada bagian (D1)96,72 HRB, (D2)93,38 HRB, (D3)95,15 HRB, (D4)93,53 HRB, (D5)95,86 HRB. Pada bagian D1 mempunyai tingkat kekerasan yang paling tinggi karena cementit lebih mendominasi dari pada grafit. Jika komposisi grafit lebih mendominasi maka besi cor kelabu akan lebih lunak.
3.4 Pengujian Komposisi Kimia
No Kandungan Unsur
Sampel Uji Spesimen Uji Bagian
13
1. Preheating pada temperatur 4000C pada cetakan permanen menghasilkan distribusi kekerasan yang seragam.
2. Berdasarkan data hasil pengujian yang diperoleh dari CE meter maka diperoleh kandungan karbon sebesar 3.98%, silicon sebesar 1.86% dan fospor sebesar 0%. Dengan demikian dapat diketahui bahwa besi cair dengan kandungan karbon sebesar 3.98% maka pada saat membeku disebut besi cor kelabu.
14 4.2 Saran
Dalam penelitian selanjutnya, penulis mempunyai beberapa saran yang dapat digunakan untuk proses pengembangan dan pembuatan besi cor kelabu, yaitu :
1. Perlu alat pemanas cetakan permanen yang lebih modern supaya lebih akurat dalam proses preheating.
2. Perlu adanya kelengkapan termometer ruangan untuk mengetahui suhu udara bebas tempat pendinginan spesimen demi kelengkapan data yang lebih detail lagi.
3. Saat proses penelitian berjalan koordinasi dalam tim sangatlah penting baik dalam pembuatan dokumentasi, pembuatan spesimen, dan proses pengujian spesimen, guna mendapatkan data yang akurat.
4. Melakukan pengujian lebih dari satu kali atau berulang, guna untuk mendapatkan hasil yang lebih valid.
4.3 PERSANTUNAN
Syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas berkat dan rahmat-NYA sehingga penyusunan laporan penelitian ini dapat terselesaikan.
Tugas Akhir berjudul “Rancang Bangun Heat Exchanger Tube
Non Fin Tiga Pass, Shell Satu Pass Untuk Mesin Pengering Empon-empon”, dapat terselesaikan atas dukungan dari beberapa pihak. Untuk itu pada kesempatan ini, penulis dengan segala ketulusan dan keikhlasan hati ingin menyampaikan rasa terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada:
1. Ir. Sri Sunarjono, MT., Ph.D., Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
15
3. Agus Yulianto, ST, MT. Dosen pembimbing yang banyak memberikan ilmu, waktu, dorongan serta arahan dalam proses bimbingan sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. 4. Ir. Bibit Sugito, MT. Dosen Pembimbing Akademik yang telah
memberikan arahan, bimbingan serta motivasi selama masa kuliah. 5. Semua pihak yang telah membantu semoga Allah SWT membalas
kebaikan kita semua. Daftar Pustaka
Akbari M, Buhl S, Leinenbach C, Spoleak R, Wagener K. Sebagian besar komponen otomotif sangat tergantung pada fenomena pembekuan.
Darmoko C, 2016.“Pengaruh lapisan karbon terhadap sifat fisi dan mekanis pada solidifikasi besi cor kelabu dalam cetakan permanen untuk tapping awal”, TugasAkhir S-1, UMS, Surakarta.
E. Paul De Garmo, “Material and Processes in Manufacturing”. 1 January 1997.
https://www.amazon.com/materials-processes-manufacturing-paul-degarmo/dp/0023286210 16 Juli 2016./ 20:06
Martanta, Teguh Cristy. 2016. “Pengaruh Preheating Pada Cetakan Permanen
Terhadap Sifat Fisis Dan Mekanik Besi Cor Kelabu”. UMS. Surakarta
Stefanescu, Doru M. B., Juli 2007, “Modeling Of Cast Iron Solidification” Tata
McGraw Hill, 7 West Patel Nagar, New Delhi 110 008.
Surdia, Tata. MS. Dan Saito, Shinroku. 1985. Pengetahuan Bahan Teknik. Cetakan ke-4. PT. Prandnya Paramita, Jakarta.
Ganwarich P. Hasil berkolerasi dengan yang di ukur sifat mekanik: konten grafit di kurangi meningkatkan kekuatan tarik.
Kuryloa P. 2012. Klarifikasi jenis material paduan sangat diperlukan dalam industry mesin.
