Pengaruh Preheating pada Cetakan Permanen yang Dilapisi Karbon terhadap Sifat Fisis dan Mekanis Hasil Pengecoran Besi Cor Kelabu

(1)

TUGAS AKHIR

PENGARUH PREHEATING PADA CETAKAN PERMANEN

YANG DILAPISI KARBON TERHADAP SIFAT FISIS

DAN MEKANIS HASIL PENGECORAN BESI COR KELABU

Disusun untuk Memenuhi Tugas dan Syarat-syarat Guna Memperoleh Gelar Sarjana Teknik (S1) Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Disusun Oleh : IKBAL KAMAL MUNGEIN

NIM : D.200.14.0255

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

vi

MOTTO & PESAN

Bertakwalah pada Allah, maka Allah akan mengajarimu. Sesungguhnya Allah Maha Mengetahui segala sesuatu.

(QS Al Baqarah - 282)

Allah tidak membebani seseorang melainkan sesuai kesanggupannya. (QS Al Baqarah - 286)

Sesungguhnya bersama kesukaran itu ada keringanan. Karena itu bila kau sudah selessai (mengerjakan yang lain), dan berharaplah kepada Tuhanmu.

(Q.S Al Insyirah : 6-8)

Allah akan meninggikan derajat orang-orang yang beriman diantaramu dan orang-orang yang berilmu pengetahuan.

(QS Al Mujadalah : 11)

Barang siapa keluar untuk mencari ilmu maka dia berada di jalan Allah. (HR.Turmudzi)

Ilmu pengetahuan itu bukanlah yang dihafal, melainkan yang memberi manfaat. (Imam Syafi’i)

Banyak kegagalan dalam hidup ini dikarenakan orang-orang tidak menyadari betapa dekatnya mereka dengan keberhasian saat mereka menyerah.

( Thomas Alfa Edison)

Tak perlu menuggu tapi akulah yang akan mengejarmu ( Angan-angan dan Cita-cita)

(7)

vii

HALAMAN PERSEMBAHAN

Syukur alhamdulillah, dipanjatkan kehadirat Allah SWT atas berkah, rahmat, bimbingan dan hidayah-Nya, meskipun hamba-Nya melakukan dosa, lalai terhadap Allah, Allah masih memberikan kesempatan untuk memperbaiki diri dan bertaubat. Alhamdulillah penulis selalu bersyukur atas kemampuan yang dimiliki. Rasa bangga, terharu,serta bahagia atas karunia dan kemudahan yang engkau berikan akhirnya skripsi ini dapat terselesaikan. Karya sederhana ini kupersembahkan kepada :

1. Bapak dan Ibu Tercinta, sebagai tanda bakti, hormat dan rasa terima kasih sayang tiada terhingga kupersembahkan karya sederhana ini kepada bapak ibu yang telah memberikan kasih sayang, segala dukungan, dan cinta kasih yang tiada terhingga.

2. Kakak dan Adikku Tersayang, untu kakak dan adikku terima kasih atas do’a dan dukungan kalian selama ini, aku akan selalu berusaha untuk menjadi yang terbaik.

3. Serta sahabat-sahabat, teman karib. Atas do’a, nasihat, semangat dan kesetiaaan mengiringi perjalanan hidupku.

4. Sahabat seperjuangan base camp yang selalu menyemangati untuk segera menyelesaikan tugas akhir ini dan terimakasih atas segala kebersamaan dan kenangan yang telah terukir dalam riwayat hidup penulis.

5. Bapak Agus Yulianto, ST. MT selaku dosen pembimbing tugas akhir saya, terima kasih banyak atas waktu, bimbingan, dan ilmu selama ini apak berikan kepada saya selama pengerjaan tugas akhir ini. Semoga bapak beserta keluarga diberikan kesehatan selalu dan rejeki yang berlimpah oleh Allah SWT. Amiin.

(8)

viii

KATA PENGANTAR

Assalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh

Alhamdulillah, Segala puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT yang telah memberikan anugerah yang tiada terkira. Atas izin-Nyalah penulis dapat menyelesaikan tulisan ini. Dialah yang Maha Berilmu dan Maha Pemberi Ilmu bagi siapa saja yang dikehendaki-Nya.

Atas terselesaikannya tugas akhir ini, tidak mungkin dicapai tanpa adanya dukungan, bantuan, bimbingan, semangat dan nasihat dari berbagai pihak. Oleh karena itu, dengan segala kerendahan hati penulis ucapkan terimakasih kepada :

1. Bapak Ir. Sri Sunarjono, M.T.,Ph.D., selaku dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.

2. Bapak Ir. H. Subroto, M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta.

3. Bapak Ir. Sunardi Wiyono, M.T. dan Bapak Patna Partono, S.T.,M.T., selaku Sekretaris Jurusan Teknik Mesin UMS.

4. Bapak Agus Yulianto, S.T.,M.T., selaku Pembimbing tugas akhir, yang menjadi guru bagi saya. Yang mana telah mengarahkan, membantu, dan membimbing selama pengerjaan tugas akhir ini.

5. Bapak Wijianto, S.T.,M.Eng.,Sc., atas saran dan masukan terkait permasalahan tugas akhir yang saya hadapi.

6. Bapak Ir. Agus Hariyanto, M.T, atas saran dan masukan terkait permasalahan tugas akhir.

7. Bapak Agus Dwi Anggono, S.T.,M.Eng., Ph.D., atas dukungan, semangat yang telah disampaikan kepada saya. serta telah menjadi Pembimbing Akademik yang mencontohkan tentang pengembangan karakter.

(9)

(10)

x

PENGARUH PREHEATING PADA CETAKAN PERMANEN YANG DILAPISI KARBON TERHADAP SIFAT FISIS DAN MEKANIS HASIL

PENGECORAN BESI COR KELABU Ikbal Kamal Mungein, Agus Yulianto

Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. A. Yani Pabelan Tromol Pos I Pabelan, Kartasura

Email: [email protected] ABSTRAK

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh preheating lapisan karbon pada cetakan permanen besi cor kelabu pada suhu 100 o _C,

200 o _{C, 300}o _{C terhadap sifat fisis dan mekanis. Metode penelitian ini}

dilakukan dengan melting besi cor dalam tungku induksi kemudian dituang dalam cetakan permanen yang dilapisi karbon untuk membuat spesimen besi cor kelabu kemudian di uji sifat fisis dan mekanis. Pengujian dalam bentuk cairan besi cor kelabu menggunakan alat CE meter kemudian spesimen yang sudah jadi di uji komposisi kimia, di uji struktur mikro dan uji kekerasan.

Hasil uji peleburan logam dengan CE meter didapat temperatur awal saat dituang dalam cetakan 1370 o _{C, temperatur liquid 1120,2}o _{C bentuknya}

masih berupa cair, temperatur solid 1111,1 o _{C keadaan besi kali ini mulai padat}

namun masih berwarna merah hingga temperatur akhir 1060 o _{C dimana}

keadaan besi telah membeku. Sedangkan hasil uji kimia dalam bentuk padatan antara lain: C=3,9%; Si=2,2%; Mn=0,4%; P=0,08%; S=0,07%; Cr=0,12%; Zn=0,01%.

Hasil pada struktur mikro bagian spesimen yang di uji kekerasan nampak grafit dan ferit, Hasil uji kekerasan spesimen dapat disimpulkan bahwa setiap bagian mempunyai tingkat kekerasan yang bervariatif, karena setiap titik yang di uji mempunyai kandungan karbon yang berbeda-beda. Semakin tinggi kandungan karbon maka akan semakin tinggi tingkat kekerasannya.

Kata Kunci : Besi cor kelabu,solidifikasi, spectrometer, struktur mikro, kekerasan.

(11)

xi

PENGARUH PREHEATING PADA CETAKAN PERMANEN YANG DILAPISI KARBON TERHADAP SIFAT FISIS DAN MEKANIS HASIL

PENGECORAN BESI COR KELABU Ikbal Kamal Mungein, Agus Yulianto

Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. A. Yani Pabelan Tromol Pos I Pabelan, Kartasura

Email: [email protected] ABSTRACT

The purpose of this study was to determine the effect of the carbon layer preheating on gray cast iron permanent mold at a temperature of 100 o

C, 200 o _{C, 300}o _{C for physical and mechanical properties. The research}

method was carried out by melting cast iron in an induction furnace and then pouring it in permanent carbon-coated molds to make gray cast iron specimens then tested for physical and mechanical properties. Testing in the form of gray cast iron liquid using a CE meter device then specimens that have been prepared are tested for chemical composition, in the microstructure test and hardness test.

The metal melting test results with CE meters obtained the initial temperature when poured in mold 1370 o _{C , temperature liquid 1120.2}o _{C the}

shape is still in the form of liquid, temperature solid 1111.1 o _{C the state of iron}

this time began to solid but still red until the final temperature 1060 o _{C where}

the iron has frozen. While the results of chemical tests in solid form include: C = 3.9%; Si = 2.2%; Mn = 0.4%; P = 0.08% 0.12%; Zn = 0.01%.

The results of the microstructure of the speciments tested for hardness appear graphite and ferrite. The results of the specimen hardness test can be concluded that each part has varying degrees of hardness, because each tested point has a different carbon content. The higher the carbon content, the higher the level of hardness.

Keywords: Grey cast iron, solidification, spectrometer, microstructure, hardness.

(12)

xii DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

PERNYATAAN KESALIAN SKRIPSI ... ii

HALAMAN PERSETUJUAN ... iii

HALAMAN PENGESAHAN ... iv

LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR ... v

MOTTO & PESAN ... vi

HALAMAN PERSEMBAHAN ... vii

KATA PENGANTAR ... viii

ABSTRAK ... x

ABSTRACT ... xi

DAFTAR ISI ... xii

DAFTAR GAMBAR ... xv

DAFTAR TABEL ... xviii

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ... 1 1.2. Rumusan Masalah ... 2 1.3. Batasan Masalah ... 2 1.4. Tujuan Penelitian ... 3 1.5. Manfaat Penelitian ... 3 1.6. Sistematika Penulisan ... 4

BAB II LANDASAN TEORI 2.1. Tinjauan Pustaka ... 5

2.2. Landasan Teori ... 6

2.2.1. Tanur Induksi ... 6

2.2.2. Macam Cetakan ... 7

(13)

xiii

2.2.4. Pembekuan Logam ... 9

2.2.5. Besi Cor ... 11

2.2.6. Besi Cor Paduan ... 11

2.2.7. Pengaruh Kandungan Unsur Pada Struktur Besi Cor ... 12

2.2.8. Macam-Macam Besi Cor ... 14

2.2.9. Cacat Pengecoran ... 16

2.2.10. Diagram Keseimbangan Besi-Karbon ... 18

2.2.11. Diagram Transformasi Untuk Pendinginan CCT (Continuous Cooling Tranformation) ... 20

2.2.12. Carbon Equivalent Value (CE) ... 21

2.2.13. Struktur Mikro Besi Cor ... 21

2.3 Sifat Fisis Pada Besi Cor Kelabu ... 23

2.3.1. Komposisi Kimia ... 23

2.3.2. Struktur Mikro ... 24

2.4 Sifat Mekanis Pada Besi Cor Kelabu ... 24

BAB III METODE PENELITIAN 3.1. Diagram Alir Penelitian ... 26

3.2. Alat dan Bahan ... 27

3.2.1. Alat ... 27

3.2.2. Bahan ... 32

3.3. Proses Pengecoran Paduan Besi Cor Kelabu ... 32

3.3.1. Besi Cor Kelabu ... 32

3.4. Persiapan Benda Uji ... 37

3.5. Persiapan Pengujian ... 38

3.5.1. Pengujian Kekerasan ... 38

3.5.2. Pengamatan Struktur Mikro... 39

(14)

xiv BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Hasil Penelitian ... 43 4.1.1. Hasil Uji CE Meter ... 43 4.1.2. Pengujian Komposisi Kimia ... 44 4.1.3. Pengujian Struktur Mikro Dan Pengujian Kekerasan 45 4.2. Hasil Pengujian Kekerasan Dan Foto Struktur Mikro ... 48 4.3. Perbandingan Kekerasan Rata-Rata Per Area ... 61 4.4. Hasil Laju Pendinginan Temperatur Pada Spesimen Per

Menit (60 detik) ... 65 BAB V PENUTUP 5.1. Kesimpulan ... 69 5.2. Saran ... 70 DAFTAR PUSTAKA ... LAMPIRAN...

(15)

xv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Tungku Induksi ... 7

Gambar 2.2. Diagram Perbandingan Waktu Dan Temperatur Pada Proses Pendinginan ... 10

Gambar 2.3. Proses Pembekuan Logam Dari Logam Cair Hingga Membeku ... 11

Gambar 2.4. Diagram Kesetimbangan Besi Karbon ... 18

Gambar 2.5. Diagram Transformasi Pendinginan CCT Pada Besi Cor Kelabu ... 21

Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian ... 26

Gambar 3.2. Tanur Induksi ... 27

Gambar 3.3. CE Meter ... 27

Gambar 3.4. Cetakan (FCD) ... 28

Gambar 3.5. Kompor Mawar ... 28

Gambar 3.6. Frame Penyangga ... 28

Gambar 3.7. Thermocouple ... 29

Gambar 3.8. Pyrometer Laser ... 29

Gambar 3.9. Amplas ... 29

Gambar 3.10. Autosol ... 30

Gambar 3.11. Alat Uji Komposisi Kimia ... 30

Gambar 3.12. Alat Uji Struktur Mikro ... 30

Gambar 3.13. Alat Uji Kekerasan ... 31

Gambar 3.14. Wire Cut ... 31

Gambar 3.15. Spidol ... 31

Gambar 3.16. Pemanasan Cetakan ... 32

Gambar 3.17. Pelapisan Molding Dengan Karbon ... 33

(16)

xvi

Gambar 3.19. Penuangan Logam Cair Ke CE Meter ... 34

Gambar 3.20. Penuangan Logam Cair Ke Molding ... 34

Gambar 3.21. Proses Solidifikasi Logam ... 35

Gambar 3.22. Penurunan Suhu Sampai 200 o_{C ... 35}

Gambar 3.23. Benda Didinginkan Dengan Udara Bebas ... 36

Gambar 3.24. Suhu Cetakan Setelah Material Dikeluarkan Dan Diukur Dengan Alat Pyromater Laser ... 36

Gambar 3.25. Hasil Pemotongan Dengan Wire Cut ... 37

Gambar 3.26. Alt Uji Kekerasan Rockwell Hardness Tester ... 39

Gambar 3.27. Alat Pengamatan Struktur Mikro ... 40

Gambar 3.28. Spectrometer ... 42

Gambar 4.1. Grafik Hasil Dari Pengujian Peleburan ... 43

Gambar 4.2. Gambar Keseimbangan Besi-Karbon ... 43

Gambar 4.3. Gambar Teknik Potongan Spesimen ... 46

Gambar 4.4. Spesimen Atas Bawah Karbon Solar Yang Di Uji Kekerasan Berjumlah 12 Titik ... 47

Gambar 4.5. Hasil Foto Mikro Spesimen Besi Cor Kelabu yang Dilapisi Karbon Solar Dengan Temperatur Cetakan 100 o_{C Area A ... 48}

Gambar 4.6. Hasil Foto Mikro Spesimen Besi Cor Kelabu yang Dilapisi Karbon Solar Dengan Temperatur Cetakan 100 o_{C Area B ... 49}

Gambar 4.7. Hasil Foto Mikro Spesimen Besi Cor Kelabu yang Dilapisi Karbon Solar Dengan Temperatur Cetakan 100 o_{C Area C ... 50}

Gambar 4.8. Hasil Foto Mikro Spesimen Besi Cor Kelabu yang Dilapisi Karbon Solar Dengan Temperatur Cetakan 100 o_{C Area D ... 51}

(17)

xvii

Dilapisi Karbon Solar Dengan Temperatur Cetakan

200 o_{C Area A ... 52}

Gambar 4.10. Hasil Foto Mikro Spesimen Besi Cor Kelabu yang Dilapisi Karbon Solar Dengan Temperatur Cetakan

200 o_{C Area B ... 53}

200 o_{C Area C ... 54}

200 o_{C Area D ... 55}

300 o_{C Area A ... 56}

300 o_{C Area B ... 57}

300 o_{C Area C ... 58}

300 o_{C Area D ... 59}

Gambar 4.17. Grafik Spesimen Besi Cor Kelabu Yang Dilapisi Karbon Dengan Perbandingan Kekerasan Pada Area A……….. 61 Gambar 4.18. Grafik Spesimen Besi Cor Kelabu Yang Dilapisi Karbon

Dengan Perbandingan Kekerasan Pada Area B... 62 Gambar 4.19. Grafik Spesimen Besi Cor Kelabu Yang Dilapisi Karbon

(18)

xviii

Gambar 4.20. Grafik Spesimen Besi Cor Kelabu Yang Dilapisi Karbon Dengan Perbandingan Kekerasan Pada Area D ... 64 Gambar 4.21. Grafik Laju Pendinginan Spesimen Besi Cor Kelabu

Yang Dilapisi Karbon Dengan Temperatur Cetakan 100 o_{C ... 65}

Gambar 4.22. Grafik Laju Pendinginan Spesimen Besi Cor Kelabu Yang Dilapisi Karbon Dengan Temperatur Cetakan 200 o_{C ... 67}

Gambar 4.23. Grafik Laju Pendinginan Spesimen Besi Cor Kelabu Yang Dilapisi Karbon Dengan Temperatur Cetakan 300 o_{C ... 69}

(19)

xix

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Standar Besi Cor Kelabu Menurut JIS ... 15 Tabel 4.1. Hasil Uji Komposisi Kimia ... 45 Tabel 4.2. Hasil Uji Kekerasan Dan Foto Mikro Spesimen Besi Cor

Kelabu Temperatur Cetakan 100 (o_{C) Area A ... 48}

Tabel 4.3. Hasil Uji Kekerasan Dan Foto Mikro Spesimen Besi Cor

Kelabu Temperatur Cetakan 100 (o_{C) Area B ... 49}

Kelabu Temperatur Cetakan 100 (o_{C) Area C ... 50}

Kelabu Temperatur Cetakan 100 (o_{C) Area D ... 51}

Kelabu Temperatur Cetakan 200 (o_{C) Area D ... 55}

(20)

xx

Tabel 4.14. Perbandingan Kekerasan Area A ... 61

Tabel 4.15. Perbandingan Kekerasan Area B ... 62

Tabel 4.16. Perbandingan Kekerasan Area C... 63

Tabel 4.17. Perbandingan Kekerasan Area D... 64

Tabel 4.18. Laju Pendinginan Pada Spesimen Besi Cor Kelabu Yang Dilapisi Karbon Dengan Temperatur Cetakan 100 o_{C ... 65}

(21)

xxi LAMPIRAN

Lampiran 1. Hasil Uji Kekerasan Lampiran 2. Hasil Uji CE Meter

Lampiran 3. Hasil Uji Komposisi Kimia Lampiran 4. Surat Keterangan Pengujian Lampiran 5. Referensi jurnal Penelitian