TUGAS AKHIR
ANALISIS STRUKTUR MIKRO DAN SIFAT MEKANIS ALUMUNIUM PADUAN DENGAN VARIASI CETAKAN LOGAM, CETAKAN PASIR
CO2 DAN CETAKAN PASIR
Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Menyelesaikan Program Studi Strata Satu Pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Disusun oleh : GILANG RAMADHAN
D 200 130 064
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
ii
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa Tugas Akhir dengan judul “ANALISIS STRUKTUR MIKRO DAN SIFAT MEKANIS
ALUMUNIUM PADUAN DENGAN VARIASI CETAKAN LOGAM, CETAKAN PASIR CO2 DAN CETAKAN PASIR“ yang dibuat sebagai salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana pada Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan atau duplikasi dari penelitian atau skripsi yang sudah dipublikasikan dan atau digunakan untuk mendapatkan gelar sarjana di lingkungan Universitas Muhammadiyah Surakarta atau instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya saya cantumkan sebagaimana mestinya.
Surakarta, 18 Juli 2018 Yang Menyatakan
iii
HALAMAN PERSETUJUAN
Tugas Akhir yang berjudul “ANALISIS STRUKTUR MIKRO DAN SIFAT
MEKANIS ALUMUNIUM PADUAN DENGAN VARIASI CETAKAN LOGAM, CETAKAN PASIR CO2 DAN CETAKAN PASIR” Disusun Sebagai Syarat Untuk Menyelesaikan Program Studi Strata Satu Pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Dipersiapkan oleh :
Nama : Gilang Ramadhan
NIM : D 200 130 064
Telah disetujui dan disahkan pada : Hari :
Tanggal :
Mengetahui, Pembimbing
iv
HALAMAN PENGESAHAN
Tugas Akhir yang berjudul “ANALISIS STRUKTUR MIKRO DAN
SIFAT MEKANIS ALUMUNIUM PADUAN DENGAN VARIASI CETAKAN LOGAM, CETAKAN PASIR CO2 DAN CETAKAN PASIR” Disusun Sebagai Syarat Untuk Menyelesaikan Program Studi Strata Satu Pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Disusun oleh :
Nama : Gilang Ramadhan
Nim : D 200 130 064
Disahkan pada Hari : Tanggal :
Tim Penguji :
Ketua :Ir. Masyrukan, M.T. (….………....)
Anggota 1 :Tri Widodo Besar Riyadi , S.T.,M.sc. Phd (….……..…..)
Anggota 2 :Ir. Agung Setyo Darmawan, M.T. (…………...)
Mengetahui, Dekan
Ir. Sri Sunarjono, M.T.,Ph.D.
Ketua Jurusan,
vi
HALAMAN MOTTO
“Hiduplah seperti pohon kayu yang lebat buahnya hidup ditepi jalan dan dilempari orang dengan batu, tetapi dibalas dengan buah”.
(#Abu Bakar Sibli)
“Tiadalah keyakinanlah yang membuat orang takut menghadapi tantangan dan saya percaya diri pada saya sendiri”.
(#Muhammad Ali)
“Barang siapa bersungguh – sungguh, sesungguhnya kesungguhannya itu adalah untuk dirinya sendiri”.
(#Qs.al-Ankabut:6)
“Sesungguhnya pahala orang yang mengajarkan ilmu adalah seperti pahala orang yang belajar darinya, dan ia masih memiliki kelebihan
darinya. Oleh karena itu, pelajarilah ilmu dari ahlinya dan ajarkan kepada saudara – saudaramu sebagaimana ulama telah
mengajarkannya kepadamu”. (#Imam Baqir a.s.)
“Berjuang dan berusahalah Sesungguhnya Allah SWT meridhoi orang – orang yang bersungguh - sungguh”.
vii
ANALISIS STRUKTUR MIKRO DAN SIFAT MEKANIS ALUMUNIUM PADUAN DENGAN VARIASI CETAKAN LOGAM, CETAKAN PASIR
CO2 DAN CETAKAN PASIR
Gilang Ramadhan, Ir. Masyrukan, MT.
Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl A. Yani Tromol Pos I Pabelan, Kartasura
Email : gilangrama2244@gmail.com
Abstrak
Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis sifat fisis dan mekanis alumunium dalam proses pengecoran pembuatan produk flange pipa dengan proses pengecoran menggunakan variasi cetakan logam, cetakan pasir CO2 dan cetakan pasir.
Penelitian ini menggunakan material alumunium bekas atau rosok yang di remelting dalam dapur induksi. Dalam penelitian ini menunjukan pengaruh variasi cetakan terhadap porositas, nilai kekerasan, komposisi kimia, dan struktur mikro pada material.
Analisa data menunjukan bahwa nilai Dari hasil pengujian komposisi kimia terdapat 17 unsur, tetapi hanya 4 unsur yang paling dominan pada alumunium cor yaitu (Zn) 0,60%, (Fe) 0,38%, (Cu) 0,16% dan (Si) 0,180%. Dilihat dari unsur yang ada dalam material ini dapat digolongkan sebagai logam alumunium paduan seng (Al-Zn). Jika dilihat pada hasil pengujian struktur mikro, pada cetakan logam terlihat memiliki diameter butiran lebih kecil, rapat sehingga lebih getas kekerasannya dibandingkan dengan cetakan pasir kali dan pasir CO2 yang memiliki diameter lebih besar sehingga paling rendah nilai kekerasanya. Kepadatan material cor berhubungan dengan kekerasan, dari hasil pengujian portable hardness brinel didapatkan untuk variasi cetakan pasir kali sebesar 21,23 BHN, cetakan pasir CO2 21,23 BHN dan cetakan logam sebesar 33,17 BHN.
Kata Kunci : Pengecoran, alumunium (Al), portable hardness brinell, tiga variasi cetakan, porositas, struktur mikro, komposisi kimia.
viii
ANALISIS STRUKTUR MIKRO DAN SIFAT MEKANIS ALUMUNIUM PADUAN DENGAN VARIASI CETAKAN LOGAM, CETAKAN PASIR
CO2 DAN CETAKAN PASIR
Gilang Ramadhan, Ir. Masyrukan, MT.
Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl A. Yani Tromol Pos I Pabelan, Kartasura
Email : gilangrama2244@gmail.com
Abstrak
This research is aimed to analyze fisical and mechanical characteristics of alumunium in the foundry process. In this process, the reseacher used some mold variation. There are metal mold, sand Co mold and sand mold.
This study used alumunium material or junk material as an object of the research. In this case, these materials were remelted in the induction comport. On the other hand, this research showed an influences of mold variation toward porosity, hardness level, chemical composition and micro structure of material.
The data analysis showed there are 17 chemical elements composition. Nevertheless, there is only 4 elements which dominant with foundry alumunium, there are (Zn) : 0,60%, (Fe) : 0,38%, (Cu) 0,16% and(Si) 0,180%. Based on the elements of material, it could be concluded that the material was classified as a zinc fusion of alumunium metal (AL-Zn). Whereas, based on the micro structure experiment, it could be seen that metal mold has a small and close grain diameter, so that, metal mold is more brittle than river sand and Co2 sand. Both of them have a big grain
diameter than metal mold. So, they have low hardness level. From the portable hardness brinel experiment of the foundry material construction which is related with the hardness, there are 21,23 BHN of river sand mold, 21,23 BHN of sand mold and 333,17 BHN of metal mold.
Kata Kunci : Foundry, alumunium (Al), portable hardness brinell, three variation of molds, porosity, micro structure, chemical
ix
HALAMAN PERSEMBAHAN
Syukur Alhamdulillah, dipanjatkan kehadirat Allah SWT atas berkah dan rahmat-Nya, Beserta Rasulnya. 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. Saya persembahkan Tugas Akhir ini kepada :
1. Ayahanda (Sugimin) dan Ibunda (Asih Mulyani) yang dengan ikhlas dan sabar mengasuh, membesarkan, membimbing serta mendoakanku selalu.
2. Kakek (Ripto), Nenek (Surif) yang dengan segala kasih sayang dan penuh pengorbanannya senantiasa membimbing dan mendoakanku. 3. Teman-teman Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
angkatan 2013 yang selalu membantu dalam segala masalah dalam pembelajaran.
4. Teman seperjuangan (Ibnu, Azis, Frabangasta, Ayub, Febri, Dimas ambogo, Andre, Supri, Danang, Gladito, Raffel, Andri, Yunus, Dimas Budi.) mahasiswa bimbingan Bapak Ir. Masyrukan., M.T. yang selalu memberi semangat, saling membantu dan berjuang bersama
5. Dosen Universitas Muhammadiyah Surakarta Teknik Mesin yang telah membimbing saya didalam perkuliahan.
6. Bapak dosen pembimbing akademik Ir Bibit Sugito, MT Bapak dosen pembimbing tugas akhir Ir. Masyrukan.,M.T. yang selalu memberikan
x
xi
KATA PENGANTAR
Syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan dan menyusun Laporan Tugas Akhir yang berjudul “ANALISIS STRUKTUR MIKRO DAN SIFAT MEKANIS ALUMUNIUM PADUAN DENGAN VARIASI CETAKAN LOGAM, CETAKAN PASIR CO2 DAN CETAKAN PASIR.”, dengan baik dan tepat pada waktunya.
Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Bapak Ir. Sri Sunarjono, M.T., Ph.D., selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
2. Bapak Ir. Subroto, M.T selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta.
3. Bapak Ir. Sunardi Wiyono, M.T. selaku Koordinator Tugas Akhir.
4. Bapak Ir. Masyrukan., M.T. selaku Dosen Pembimbing utama Tugas Akhir yang telah banyak memberikan arahan dan bimbingan kepada penulis.
5. Bapak Supriyono,ST,M.T,PhD. selaku dosen Pembimbing Akademik yang memberikan arahan dan semangat kepada penulis.
6. Kedua orang tua serta semua keluarga yang telah membesarkan, mendo’akan memotivasi serta membiayai semua kebutuhan penulis sampai sekarang.
7. Bapak Ismail (Pak Mail) beserta keluarga besar CV. ARBA JAYA LOGAM ,yang telahn memberi fasilitas, membimbing proses penelitian
xii
di lapangan serta memberi semangat dalam penelitian dari awal hingga selesai.
8. Firman beserta keluarga serta keluarga besar CV. Kembar Jaya, yang telah memberi fasilitas, membimbing proses penelitian di lapangan serta memberi semangat dalam penelitian dari awal hingga selesai. 9. Teman seperjuangan (Ibnu, Azis, Frabangasta, Ayub, Febri, Dimas
ambogo, Andre, Supri, Danang, Gladito, Raffel, Andri, Yunus, Dimas Budi) mahasiswa bimbingan Bapak Ir. Masyrukan., M.T.
10. Rekan-rekan Teknik Mesin khususnya angkatan 2013 dan semua pihak yang telah membantu dalam penelitian penulisan Laporan Tugas Akhir ini baik moril maupun materiil.
Semoga laporan ini bermanfaat bagi semua pihak dan juga bisa menjadi referensi untuk laporan-laporan yang akan dilakukan di kemudian hari.
Akhir kata, penulis mohon maaf sebelum dan sesudahnya, jika sekiranya terdapat kesalahan dan kekurangan dalam penulisanTugas Akhir ini,yang disebabkan adanya keterbatasan-keterbatasan antara lain waktu, dana, literatur yang ada, dan pengetahuan yang penulis miliki. Harapan penulis semoga laporan ini bermanfaat untuk pembaca.
Surakarta, 18 Juli 2018
xiii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... ...i
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ... ..ii
HALAMAN PERSETUJUAN ... .iii
HALAMAN PENGESAHAN ... .iv
HALAMAN SOAL ... ..v
HALAMAN MOTTO ... .vi
ABSTRAK ... vii
HALAMAN PERSEMBAHAN ... .ix
KATA PENGANTAR ... .xi
DAFTAR ISI ... .xiii
DAFTAR GAMBAR ... .xvii
DAFTAR TABEL ... .xxi
DAFTAR SIMBOL...xxiii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1 1.2 Rumusan Masalah ... 3 1.3 Batasan Masalah ... 3 1.4 Tujuan Penelitian ... 3 1.5 Manfaat Penelitian ... 4 1.6 Sistematika Penulisan ... 5
xiv
BAB II LANDASAN TEORI
2.1 Tinjauan Pustaka ... 6
2.2 Dasar Teori ... 7
2.2.1 Alumunium ... 8
2.2.2 Sifat-sifat Alumunium ... ..8
2.2.3 Paduan Alumunium ... ...10
2.2.4 Klarifikasi Paduan Alumunium ... 11
2.2.5 Proses Pengecoran ... 13 2.2.6 Pola ... 14 2.2.7 Sistem Saluran... 15 2.2.8 Pasir Cetak ... 17 2.2.9 Cetakan Logam... 19 2.2.10 Cetakan Pasir CO2...19
2.2.11 Cacat Pada Coran... 20
2.3 Sifat Fisis dan Sifat Mekanis ... …23
2.3.1 Komposisi Kimia.………..………….…………...23
2.3.2 Struktur Mikro.………..………….………....23
2.3.3 Harga Kekerasan.………..………..24
2.3.4 Kekerasan Brinell...24
BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Bahan dan Produk ... 27
3.2 Tempat Penelitian ... 27
xv
3.3.1 Alat ... 27
3.3.2 Bahan ... 39
3.4 Diagram Alir Penelitian ... 42
3.4.1 Pembuatan CetakanPasir kali ... 43
3.4.2 Pembuatan Cetakan Pasir CO2 ... 48
3.4.3 Pembuatan Cetakan Logam ... 54
3.4.4 Peleburan Logam ... 55
3.4.5 Penuangan Logam Cair ... 56
3.4.6 Pembongkaran Cetakan ... 55
3.4.7 Pengamatan Struktur Mikro ... 57
3.4.8 Pengujian Komposisi Kimia ... 57
3.4.9 Pengujian Kekerasan ... 59
3.4.10 Analisa Data ... 60
3.4.11 Jumlah Spesimen Pengujian ... 60
BAB IV DATA DAN ANALISA 4.1 Hasil Uji Komposisi Kimia Dan Pembahasan ... 61
4.1.1 Data Uji Komposisi Kimia ... 61
4.1.2 Pembahasan Komposisi Kimia ... 61
4.2 Pengamatan Porositas. ... 62
4.2.1Pembahasan Pengamatan Cacat Porositas ... 63
4.3 Pengujian Kekerasan ... 64
4.3.1Harga Kekerasan Brinell ... 64
xvi 4.4 Struktur Mikro. ... 67 BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan... 69 5.2 Saran ... 70 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
xvii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Diagram Fasa Al - Zn ... 13
Gambar 2.3 Proses Pembuatan Benda Coran... 14
Gambar 2.3 Sistem Saluran ... 15
Gambar 2.4 Ukuran Basin (Cawan Tuang) ... 16
Gambar 2.5 Spure Runcing ... 16
Gambar 2.6 Penampang Saluran Pengalir ... 16
Gambar 2.7 Bnetuk Penampang Saluran Masuk ... 17
Gambar 2.8 Catat Porositas Pada Penampang Potong Produk Cor (Tjitro, 2003) ... 21
Gambar 2.9 Cacat Salah Air ... 22
Gambar 2.10 Proses Pengamatan Pada Struktur Mikro ... 24
Gambar 2.11 Prinsip Uji Kekerasan Brinell ... 25
Gambar 3.1 Cangkul ... 28
Gambar 3.2 Penumbuk ... 28
Gambar 3.3 Tabung Silinder ... 29
Gambar 3.4 Lanset ... 29
Gambar 3.5 Gancu ... 30
Gambar 3.6 Ladel ... 30
Gambar 3.7 Saringan ... 31
Gambar 3.8 Dapur Peleburan ... 31
xviii
Gambar 3.10 Gayung ... 32
Gambar 3.11 Mesin Pengaduk ... 33
Gambar 3.12 Ember ... 33
Gambar 3.13 Kerangka Cetakan ... 34
Gambar 3.14 Tabung Gas CO2 ... 34
Gambar 3.15 Gergaji Besi ... 35
Gambar 3.16 Linggis ... 35
Gambar 3.17Tali Pengikat Cetakan Pasir CO2 ... 36
Gambar 3.18 Infra Red Thermometer ... 36
Gambar 3.19 Thermocoupel ... 37
Gambar 3.20 Digital Caliper ... 37
Gambar 3.21 Alat Uji Spektometer ... 37
Gambar 3.22 Alat Uji Kekerasan HBR (HARDNESS ROCKWELL BALL type B ... 38
Gambar 3.23 Alat Uji Mikroskop Metalografi ... 39
Gambar 3.24 Alumunium Bekas ... 39
Gambar 3.25 Kalsium Karbonat (Bubuk anti air)... 40
Gambar 3.26 Pasir Silika ... 40
Gambar 3.27 Water Glass ... 41
Gambar 3.28 Diagram Alir Penelitian ... 42
Gambar 3.29 Mempersiapkan Pasir Cetak ... 43
xix
Gambar 3.31 Mempersiapkan Pola ... 44
Gambar 3.32 Menyaring Pasir Cetak ... 44
Gambar 3.33 Memadatkan Pasir ... 45
Gambar 3.34 Menaburkan Bubuk Anti Air ... 46
Gambar 3.35 Menandai Saluran Ingate ... 46
Gambar 3.36 Membuat Saluran Ingate ... 47
Gambar 3.37 Mencabut Pola ... 47
Gambar 3.38 Memasang Kembali Cetakan Atas ... 48
Gambar 3.39 Persiapan Cetakan ... 48
Gambar 3.40 Pengadukan Pasir Silika Dan Water Glass ... 49
Gambar 3.41 Pengisian Cetakan Pasir CO2 ... 49
Gambar 3.42 Meratakan Permukaan ... 50
Gambar 3.43 Melapisi Bagian Cetakan ... 51
Gambar 3.44 Mencabut Tabung Silinder Sprue ... 51
Gambar 3.45 Membuat Saluran Masuk Gas CO2 ... 52
Gambar 3.46 Memberi Gas CO2 ... 52
Gambar 3.47 Mengambil Pola ... 53
Gambar 3.48 Membuat Saluran Gas Co2 Cetakan Bawah ... 53
Gambar 3.49 Membuat Ingate ... 54
Gambar 3.50 Pengolesan Cairan Gravit Pada Bagian Cetakan ... 54
Gambar 3.51 Memanaskan Cetakan ... 55
Gambar 3.52 Pengambilan Produk Hasil Coran ... 55
xx
Gambar 3.54 Pembongkaran Cetakan ... 56
Gambar 3.55 Posisi Awal Jarum Indikator ... 59
Gambar 4.1 Hasil Foto Makro Cacat Porositas ... 63
Gambar 4.2 Posisi Titik Kekerasan Spesimen ... 64
Gambar 4.3 Histogram Perbandingan Kekerasan Variasi Cetakan Alumunium Cor ... 66
Gambar 4.4 Perbandingan Foto Mikro Pada Pembesaran 500x. (A) Cetakan Pasir Kali, (B) Cetakan Pasir CO2, (C) Cetakan Logam ... 67
Gambar 4.5 Perbandingan Foto Mikro Pada Pembesaran 100x. (A) Cetakan Pasir Kali, (B) Cetakan Pasir CO2, (C) Cetakan Logam ... 67
xxi
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Karakteristik Dan Sifat Alumunium (Hans Orsted Tahun 1825, pPrtama Kali Diidolasi Oleh Friedrich Wohler Pada
Tahun 1827) ... 9
Tabel 2.2 Sifat-sifat Fisik Alumunium (Surdia Dan Shinroku, 1992) ... 9
Tabel 2.3 Sifat Mekanik Alumunium (Surdia dkk, 1985) ... 10
Tabel 2.4 Penggunaan Diameter Penetrator . ... 25
Tabel 2.5 Nilai Kekerasan Brinell Pada Masing-masing Beban . ... 25
Tabel 2.6 Gaya Maksimal Masing-masing Parameter Penetrator ... 26
Tabel 3.1 Jumlah Spesimen Pengujian . ... 60
Tabel 4.1 Hasil Uji Komposisi Kimia. ... 61
Tabel 4.2 Harga Kekerasan Brinell Pada Spesimen Cetakan Pasir Kali..65
Tabel 4.3 Harga Kekerasan Brinell Pada Spesimen Cetakan Pasir CO2 . 65 Tabel 4.4 Harga Kekerasan Brinell Pada Spesimen Cetakan Logam . ... 65
xxii
DAFTAR SIMBOL
G = Berat Benda cor (kg)
= masa jenis logam (kg/dm3)t = waktu cor (detik) h = tinggi hidrolis (cm) n = jumlah saluran masuk d = diameter (cm)
Asm = luas penampang saluran masuk (mm) Astr = luas penampang saluran terak (mm) Astur = luas penampang saluran turun (mm)
