ABSTRAK
JOHN SAN:
Teknik Produksi
Studi Perbandingan Produk Direct Chill Casting dengan Permanent Mold Casting
Dalam pemilihan proses produksi, metode yang akan digunakan biasanya bermacam-macam disesuaikan dengan kebutuhan yang ada. Metode yang dipakai akan berpengaruh terhadap struktur mikro yang terbentuk dan sifat mekanisnya. Dari penelitian ini bertujuan untuk membandingkan sifat mekanis dan struktur mikro antara direct chill casting dan permanent mold casting, metode apa yang akan dipilih jika akan memproduksi silinder pejal.
Pemilihan jenis metode didasarkan pada kualitas hasil cor untuk menghasilkan silinder pejal. Kualitas produk cor silinder pejal tersebut diteliti struktur mikro, kekerasan, serta kekuatan tariknya, apakah dipengaruhi oleh metode yang digunakan dan temperature tuangnya. Variasi temperature yang digunakan adalah 750oC, 775 oC, 800 oC.
Kualitas produk silinder pejal yang telah diteliti struktur mikro, kekerasan serta kekuatan tarik dipengaruhi oleh metode yang digunakan dan temperature tuang yang digunakan serta posisi. Dari kedua metode diatas, memiliki sifat mekanis yang hampir sama dan struktur mikro yang sama pula namun berbeda dalam hal ukuran.
Dari hasil percobaan kedua metode tersebut secara garis besar metode Direct Chill Casting mempunyai hasil yang baik ditinjau dari kekerasan dan kekuatan tariknya.
Kata kunci: Direct Chill Casting, Permanent Mold Casting, Struktur Mikro, Tensile Strength, Hardness Rockwell B.
Universitas Kristen Petra vi
ABSTRACT
JOHN SAN:
Manufacture Engineering
A Product Comparison Study of Direct Chill Casting Product with Permanent Mold Casting Product
In choosing the production process, There are many methods that can use in the process, these methods was adjusted depend on the necessity. The method will affect to the formed micro structure and it mechanical characteristic. The purpose of this research is to compare the mechanical characteristic and micro structure between direct chill casting process and permanent mold casting process and what method will be used in producing round.
The selected method depends on the casting quality in producing round.
The round quality was tested in its micro structure, hardness, and tensile strength, with the testing, we can know whether the quality affected by the method or the pour temperature. The pour temperature variations were 750o C, 775o C, and 800o C.
The quality of the round (micro structure, hardness, and tensile strength) was affected by the method which used, the pour temperature, and the position.
From the methods above, both methods have almost equal in mechanical characteristic and equal micro structure but different in size. From the testing experience, Direct Chill Casting method had better result in hardness and tensile strength in general.
Key word: Direct Chill Casting, Permanent Mold Casting, Micro Structure, Tensile strength, Hardness Rockwell B.
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL... i
LEMBAR PENGESAHAN ... ii
DATA SKRIPSI... iii
KATA PENGANTAR ... iv
LEMBAR PERSETUJUAN PUBLIKASI TUGAS AKHIR……….. v
ABSTRAK ... vi
ABSTRACT... vii
DAFTAR ISI... viii
DAFTAR NOTASI ... xi
DAFTAR GAMBAR ... xii
DAFTAR TABEL... xiv
DAFTAR GRAFIK... xv
DAFTAR LAMPIRAN... xvi
1. PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Permasalahan ... 2
1.3 Tujuan Penelitian ... 2
1.4 Manfaat Penelitian ... 2
1.5 Batasan Permasalahan... 2
1.6 Sistematika Penulisan ... 3
2. TEORI DASAR ... 4
2.1 Sejarah Pengecoran ... 4
2.2 Macam-macam Pengecoran Khusus ... 5
2.2.1 Direct Chill Casting ... 5
2.2.1.1 Ladle... 7
2.2.1.2 Tundish... 7
2.2.1.3 Cetakan... 8
2.2.1.4 Bottom Block ... 8
2.2.2 Permanent Mold Casting ... 8
2.3 Alumunium ... 10
2.3.1 Alumunium Paduan ... 11
Universitas Kristen Petra viii
2.3.2 Paduan Alumunium Silikon ... 12
2.4 Pembekuan Logam... 13
2.4.1 Pembekuan Ingot Paduan Alumunium... 13
2.4.2 Pembekuan Paduan Alumunium Silikon ... 13
2.5 Sifat Mekanik... 16
2.5.1 Pengujian Kekerasan... 18
2.5.1.1 Kekerasan Brinell... 18
2.5.1.2 Kekerasan Rockwell... 19
2.5.1.3 Kekerasan Vickers ... 20
2.5.1.4 Kekerasan Shore ... 20
2.5.2 Pengujian Tarik ... 21
2.5.3 Pengujian Struktur Mikro... 23
2.6 Desain Eksperimen... 25
2.6.1 Analisa Variansi (Anova)... 27
2.6.2 Desain Faktorial, Desain Faktorial Tiga Level (3k) dan Desain Faktorial Dengan Level Campuran ... 29
3. METODOLOGI PENELITIAN... 31
3.1 Metode Direct Chill Casting... 32
3.1.1 Persiapan Mesin Direct Chill Casting ... 32
3.1.2 Setting dan Start Awal Alat ... 34
3.2 Metode Permanent Mold Cating... 34
3.2.1 Persiapan Permanent Mold Casting... 35
3.2.2 Setting dan Start Awal Permanent Mold Casting... 35
3.3 Proses Pengecoran... 36
3.3.1 Proses Peleburan Alumunium... 36
3.4 Penuangan Logam Cair... 38
3.4.1 Direct Chill Casting ... 38
3.4.2 Permanenet Mold Casting... 39
3.5 Pembongkaran... 39
3.5.1 Direct Chill Casting ... 39
3.5.2 Permanent Mold Casting ... 40
3.6 Rancangan Eksperimen... 40
3.7 Pengujian... 40
3.7.1 Pengujian Kekerasan... 40
3.7.2 Pengujian Tarik ... 42
3.7.3 Pengujian Struktur Mikro (Metalografi) ... 43
4. HASIL DAN PEMBAHASAN... 47
4.1 Desain Eksperimen... 47
4.1.1 Analisa Variasi (Anova) ... 48
4.1.2 Uji Hipotesa ... 50
4.1.2.1 Uji Hipotesa Kekerasan ke Arah Vertikal Produk Cor Permanent Mold Casting dan Direct Chill Casting... 50
4.1.2.2 Uji Hipotesa Kekerasan ke Arah Horizontal Produk Cor Permenent Mold Casting dan Direct Chill Casting... 52
4.2 Perbandingan Kekerasan antara Produk Direct Chill Casting Dengan Permanent Mold Casting... 54
4.2.1 Perbandingan Kekerasan ke Arah Vertikal ... 56
4.2.2 Perbandingan Kekerasan Ke Arah Horizontal ... 58
4.2.3 Perbandingan Kekerasan Dengan Variasi Temperatur ... 59
4.3 Perbandingan Kekuatan Tarik antara Produk Direct Chill Casting Dengan Produk Permanent Mold Casting ... 60
4.4 Perbandingan Struktur Mikro Antara Produk Cor Direct Chill Casting Dengan Produk Cor Permanent Mold Casting... 62
4.4.1 Perbandingan Struktur Mikro ke Arah Vertikal... 62
4.4.2 Perbandingan Struktur Mikro ke Arah Horizontal... 63
4.4.3 Perbandingan Struktur Mikro Dengan Variasi Temperatur... 65
4.5 Perbandingan Kualitas Produk Cor Direct Chill Casting dengan Permanent Mold Casting... 66
4.5.1 Direct Chill Casting ... 66
4.5.2 Permanent Mold Casting ... 66
5. KESIMPULAN DAN SARAN... 67
5.1 Kesimpulan ... 67
5.2 Saran... 67
DAFTAR REFERENSI ... 68
LAMPIRAN... 69
Universitas Kristen Petra x
DAFTAR NOTASI
yijkl = Fitted Value desain faktorial tiga faktor.
y = Harga rata-rata sampel.
a,b,c,... = Jumlah level faktor terkontrol A,B,C,...
CI = Interval kepercayaan.
CL = Tingkat kepercayaan.
eijkl = Residual untuk desain faktorial tiga faktor.
F = F-ratio.
H0 = Hipotesa nol
H1 = Hipotesa alternatif.
k = Jumlah faktor terkontrol dalam desain eksperimen.
MS = Variansi akibat perubahan level suatu sumber variasi.
n = Jumlah replikasi.
N = jumlah total observasi.
p-value = Nilai α minimum untuk menolak Ho.
R² = Koefisien determinasi.
S = Standar deviasi
S² = Variansi sampel.
SS = Jumlah dari kuadrat.
t = t-ratio.
x = Variabel bebas terkontrol atau faktor terkontrol.
y = Variabel respon
z = variabel bebas tak terkontrol atau faktor tidak terkontrol.
α = Kesalahan alpa.
β = Koefisien regresi.
Є = Error.
θ = Faktor yang diuji pada pengujian uji hipotesa.
µ = Harga rata-rata populasi.
v = Derajat kebebasan.
ρ = Persentase distribusi (%).
σ² = Variansi populasi.
DAFTAR GAMBAR
1.1 Produk Pengecoran Alumunium ... 3
2.1 Proses Direct Chill Casting ... 5
2.2 Proses Penuangan Permanent Mold Casting ... 10
2.3 Diagram Macam Penggunaan Paduan Alumunium ... 12
2.4 Bentuk Butir Equiaxed dan Columnar... 13
2.5 Diagram Fase Paduan Alumunium Silikon... 14
2.6 Struktur Mikro Paduan Alumunium Silikon... 15
2.7 Bentuk Batang Uji Tarik ... 21
2.8 Stress-Strain Diagram... 22
2.9 Pengamatan Spesimen yang Telah Dietsa Pada Pengujian Metalografi... 24
2.10 Model Umum Suatu Proses atau Sistem ... 25
3.1 Diagram Alir Penelitian ... 32
3.2 Mesin Direct Chill Casting ... 33
3.3 Cetakan Direct Chill Casting... 33
3.4 Lubang Nosel ... 34
3.5 Permanent Mold Casting ... 35
3.6 Landasan dan Klem... 35
3.7 Permanent Mold Casting yang Siap Digunakan... 36
3.8 Dapur Peleburan Logam (crucible)... 37
3.9 Termokopel ... 37
3.10 Peleburan Alumunium ... 38
3.11 Slag yang Terbentuk ... 38
3.12 Proses Penuangan... 39
Universitas Kristen Petra xii
3.13 Produk Direct Chill Casting ... 39
3.14 Produk Permanent Mold Casting... 40
3.15 Posisi Pengindentasian Spesimen Uji. ... 41
3.16 Mesin Gergaji... 41
3.17 Mesin Uji Kekerasan Rockwell ... 42
3.18 Spesimen Uji Kekuatan Tarik ... 42
3.19 Mesin Uji Tarik... 43
3.20 Proses Menggergaji... 44
3.21 Proses Pemolesan... 45
3.22 Mikroskop Optis dan Kamera ... 46
4.1 Spesimen Uji ... 47
4.2 Daerah Kerja Spesimen Uji... 48
4.3 Skema Tempat Pengindentasian Pada Spesimen ... 55
4.4 Perkembangan Sruktur Mikro Pada Produk Cor Permanent Mold Casting Bagian Tepi Pada Temperatur 750oC... 62
4.5 Perkembangan Sruktur Mikro Pada Produk Cor direct chill casting Bagian Tepi Pada Temperatur 750oC... 63
4.6 Perkembangan Struktur Mikro Pada Produk Cor Permanent Mold Casting Pada Temperatur 750oC ... 64
4.7 Perkembangan Struktur Mikro Pada Produk Cor Direct Chill Casting Pada Temperatur 750oC ... 64
4.8 Pengaruh Variasi Temperatur Pada Perkembangan Struktur Mikro Pada Produk Cor Permanent Mold Casting... 65
4.9 Pengaruh Variasi Temperatur Pada Perkembangan Struktur Mikro Pada Produk Cor Direct Chill Casting... 65
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Pengaruh Variasi Kecepatan Pengecoran ... 6
Tabel 2.2 Temperatur Penuangan Logam Cor ... 11
Tabel 2.3 Klasifikasi Paduan Alumunium Cor ... 12
Tabel 2.4 Macam Skala untuk Kekerasan Rockwell ... 20
Tabel 4.1 F Tabel Untuk Semua Faktor dan Interaksinya Pada Produk Cor Permanent Mold Casting ... 49
Tabel 4.2 F Tabel Untuk Semua Faktor dan Interaksinya Pada Produk Cor Direct Chill Casting ... 50
Tabel 4.3 Tabel Hipotesa Kekerasan ke Arah Vertikal Pada Produk Permanent Mold Casting Temperatur 750oC... 51
Tabel 4.4 Tabel Hipotesa Kekerasan ke Arah Vertikal Pada Produk Direct Chill Casting Temperatur 750oC ... 52
Tabel 4.5 Tabel Hipotesa Kekerasan ke Arah Horizontal Produk Permanent Mold Casting pada Temperatur 750oC ... 53
Tabel 4.6 Tabel Hipotesa Kekerasan ke Arah Horizontal Produk Direct Chill Casting pada Temperatur 750oC... 54
Tabel 4.7 Perbandingan Kekerasan Produk Cor Antara Direct Chill Casting Dengan Permanent Mold Casting Pada Potongan Bagian Tepi ... 55
Tabel 4.8 Perbandingan Kekerasan Produk Cor Antara Direct Chill Casting Dengan Permanent Mold Casting Pada Potongan Bagian Tengah... 55
Tabel 4.9 Perbandingan Kekerasan Produk Cor Antara Direct Chill Casting dengan Permanent Mold Casting Pada Potongan Bagian Pusat... 56
Tabel 4.10 Perbandingan Kekuatan Tarik Produk Cor Antara Direct Chill Casting dengan Permanent Mold Casting ... 61
Universitas Kristen Petra xiv
DAFTAR GRAFIK
Grafik 4.1 Perbandingan Kekerasan ke Arah Vertikal Pada Produk Cor
Direct Chill Casting dengan Produk Cor Permanenet Mold Casting.. 57
Grafik 4.2 Perbandingan Kekerasan ke Arah Horizontal Pada Produk Cor
Direct Chill Casting dengan Produk Cor Permanenet Mold Casting.... 58
Grafik 4.3 Perbandingan Kekerasan Dengan Variasi Temperatur Pada Produk Cor Direct Chill Casting dengan Produk Cor
Permanenet Mold Casting... 60
Grafik 4.4 Perbandingan UTS (ultimate tensile strength) dan Perbandingan elongation Produk Cor Direct Chill Casting dengan
Produk Cor Permanenet Mold Casting... 61
DAFTAR LAMPIRAN
1. Komposisi Paduan Alumunium ... 69
2. Standart Spesimen Uji Tarik ... 70
3. Komposisi Larutan Etsa ... 70
4. Tabel Anova 3 Faktor... 71
5. Tabel Test Data Rata-rata Dari Data Distribusi Normal... 71
6. Tabel Test Varian Dari Data Distribusi Normal ... 72
7. Tabel F Dengan α= 5%... 72
8. Tabel Distribusi t... 73
9. Tabel Random Data Pengujian Kekerasan Produk Permanent Mold Casting dan Direct Chill Casting ... 74
10. Hipotesa Permanent ke Arah Vertikal 750, 775, 800 ... 79
11. Hipotesa Permanent ke Arah Horizontal 750, 775, 800 ... 82
12. Hipotesa Direct Chill ke Arah Vertikal 750, 775, 800 ... 85
13. Hipotesa Direct Chill ke Arah Horizontal 750, 775, 800 ... 88
14. Analisa Anova Pada Produk Cor Permanent Mold Casting α = 5%... 91
15. Analisa Anova Pada Produk Cor Direct Chill Casting α = 5%... 93
16. Foto Struktur Mikro Produk Cor Permanent Mold Casting Pada Temperatur 750oC Dengan Perbesaran 50x ... 96
17. Foto Struktur Mikro Produk Cor Permanent Mold Casting Pada Temperatur 775oC Dengan Perbesaran 50x ... 97
18. Foto Struktur Mikro Produk Cor Permanent Mold Casting Pada Temperatur 800oC Dengan Perbesaran 50x ... 98
19. Foto Struktur Mikro Produk Cor Direct Chill Casting Pada Temperatur 750oC Dengan Perbesaran 50x ... 99
20. Foto Struktur Mikro Produk Cor Direct Chill Casting Pada Temperatur 775oC Dengan Perbesaran 50x ... 100
Universitas Kristen Petra xvi
21. Foto Struktur Mikro Produk Cor Direct Chill Casting Pada
Temperatur 800oC dengan perbesaran 50x ... 101 22. Data Uji Tarik Permanent Mold Casting Temperatur 750oC, 775oC, 800oC ... 102 23. Data Uji Tarik Direct Chill Casting Temperatur 750oC, 775oC, 800oC ... 105
