4. HASIL DAN PEMBAHASAN

(1)

24

Universitas Kristen Petra

4. HASIL DAN PEMBAHASAN

Setelah selesai dilakukan proses pengecoran, didapatkan 12 spesimen dari variasi ketinggian dan temperatur. Untuk mengetahui porositas yang ada di tiap spesimen, dilakukan pengamatan pada ke-12 spesimen dengan cara mengukur volume spesimen, pengamatan secara visual dan pengamatan struktur mikro.

Sedangkan untuk menguji densitas dilakukan dengan menghitung menggunakan rumus densitas (rumus 3.1).

4.1 Pengukuran Volume dan Dimensi Spesimen

Gambar 4.1. Dimensi spesimen yang diinginkan

Pada Tabel 4.1 dapat dilihat volume spesimen yang berkurang akibat misrun yang terjadi. Berdasarkan data tersebut, misrun terjadi hanya pada spesimen 2.1 – 2.3 pada kondisi ketinggian down sprue 176 mm dan temperatur lebur 430 °C. Hal ini dikarenakan ketinggian down sprue yang tinggi dan temperatur tuang yang rendah, sehingga persentuhan dengan dies jadi panjang dan membuat makin banyak temperature loss.

Tabel 4.1. Volume Spesimen yang Hilang Akibat Misrun

Spesimen

Dimensi yang direncanakan

Dimensi Spesimen

Volume Penuh

Volume Realita

Persentase Volume

mm mm³ %

1.1 75 75 88357 88357 100

1.2 75 75 88357 88357 100

1.3 75 75 88357 88357 100

2.1 75 72,7 88357 84727 96

2.2 75 73,4 88357 87123 99

2.3 75 60,2 88357 76557 87

a

b

(2)

25

Tabel 4.1. Volume Spesimen yang Hilang Akibat Misrun (lanjutan)

3.1 75 75 88357 88357 100

3.2 75 75 88357 88357 100

3.3 75 75 88357 88357 100

4.1 75 75 88357 88357 100

4.2 75 75 88357 88357 100

4.3 75 75 88357 88357 100

(a)

(b)

Gambar 4.2. Foto spesimen 1.1 sampai 1.3 dengan variasi ketinggian 176 mm dan temperatur 440 °C (a) tampak depan spesimen (b) tampak belakang spesimen.

Dari Gambar 4.2 diperoleh 3 hasil spesimen dari variasi pertama dengan ketinggian 176 mm dan temperatur tuang 440 °C. Dari ketiga hasil spesimen tersebut didapati berbentuk silindris utuh tanpa ada cacat misrun. Diameter dari percobaan pertama ini pun utuh sesuai diameter yang direncanakan. Akan tetapi

(3)

26

terdapat cacat shrinkage berupa lubang pada tampak depan spesimen 1.1 (Gambar 4.5 a). Sedangkan untuk spesimen 1.2 dan 1.3 cacat yang terjadi hanya berupa cacat porositas (Gambar 4.5 b).

(a)

(b)

Dari Gambar 4.3 diperoleh 3 hasil spesimen dari variasi kedua dengan ketinggian 176 mm dan temperatur tuang 430 °C. Dari ketiga hasil spesimen tersebut didapati cacat misrun pada setiap spesimen. Cacat misrun terbesar terdapat pada spesimen 2.3 (Gambar 4.6 b) dengan persentase volume yang dihasilkan sebesar 87% (Tabel 4.1). Untuk cacat misrun terkecil terdapat pada spesimen 2.2 dengan persentase volume yang dihasilkan 99% hanya kehilangan 1% dari volume yang direncanakan. Sedangkan cacat misrun untuk spesimen 2.1 persentase volume yang dihasilkan sebesar 96%. Cacat misrun yang terjadi ini disebabkakn karena fluiditas dengan temperatur tuang 430 °C lebih tidak encer

(4)

27

jika dibandingkan dengan temperatur 440 °C. Selain itu dengan ketinggian 176 mm jarak logam cair menuju rongga cetakan pun akan semakain jauh. Selain cacat misrun, cacat porositas juga terlihat pada permukaan spesimen kedua ini.

(a)

(b)

Hasil variasi ketiga dengan ketinggian 156 mm dan temperatur tuang 440 °C pada Gambar 4.4 diperoleh 3 hasil spesimen. Dari ketiga hasil spesimen tersebut didapati berbentuk silindris utuh tanpa ada cacat misrun. Tetapi terdapat cacat porositas (Gambar 4.8) pada tampak depan spesimen dan tampak belakang spesimen.

(5)

28

(a)

(b)

Hasil variasi ke empat dengan ketinggian 156 mm dan temperatur tuang 430 °C pada Gambar 4.5 diperoleh 3 hasil spesimen. Dari ketiga hasil spesimen tersebut didapati berbentuk silindris utuh tanpa ada cacat misrun. Tetapi pada spesimen 4.2 terdapat cacat shrinkage berupa lubang pada tampak depan dari spesimen. Sedangkan untuk spesimen 4.1 dan 4.3 terdapat cacat porositas yang berada diatas permukaan spesimen. Gambar terhadap cacat porositas pada permukaan percobaan ke 4 dapat dilihat pada Gambar 4.9.

(6)

29

4.2 Pengamatan Visual Permukaan Spesimen

(a) (b)

Gambar 4.6. Foto porositas pada permukaan spesimen (a) spesimen 1.1 (b) spesimen 1.3

Dari percobaan pertama dapat dilihat bahwa porositas terjadi pada setiap hasil spesimen. Tetapi bukan hanya porositas yang terjadi, cacat shringkage pun terjadi pada spesimen 1.1 (Gambar 4.6 a). Lingkaran garis titik – garis titik pada setiap foto permukaan merupakan penampakan visual terjadinya cacat pada spesimen. Sedangkan lingkaran titik-titik pada setiap foto permukaan bukan cacat cor melainkan bekas potongan hasil spesimen dengan runner.

(a) (b)

(7)

30

Pada percobaan kedua, porositas pun terjadi pada setiap permukaan spesimen. Cacat lainnya yang terjadi pada percobaan kedua adalah cacat misrun pada setiap spesimen. Pada spesimen 2.1 (Gambar 4.7 a) mengalami cacat misrun pada ujung atas. Cacat misrun yang terjadi pada spesimen 2.1 menghasilkan dimensi spesimen menjadi 72,7 sedangkan pada spesimen 2.3 (Gambar 4.7 b) dimensi spesimen yang dihasilkan sebesar 60,2 (Tabel 4.1). Cacat misrun yang terjadi pada percobaan kedua ini diakibatkan ketinggian down sprue yang tinggi dengan temperatur tuang yang rendah. Ketinggian down sprue yang tinggi mengakibatkan kecepatan aliran tinggi sehingga Reynold number yang diperoleh sebesar 162.173 (turbulen).

(a) (b)

Dari hasil percobaan ketiga (Gambar 4.8), porositas juga muncul pada permukaan spesimen. Akan tetapi porositas yang muncul pada permukaan spesimen percobaan ketiga ini mulai berkurang jika dibandingkan dengan spesimen lainnya. Itu disebabkan variasi ketinggian down sprue telah dilakukan (156 mm) dan temperatur tuang 440 ^oC sehingga Reynold number yang dihasilkan 146.668 (lebih kecil dari variasi lainnya). Selain itu, pada percobaan ketiga ini tidak ditemukan cacat lain selain porositas. Cacat seperti shrinkage ataupun misrun sudah tidak terjadi lagi.

(8)

31

(a) (b)

Gambar 4.9. Gambar Foto porositas pada permukaan spesimen (a) spesimen 4.1 (b) spesimen 4.3

Pada percobaan terakhir yakni percobaan ke 4 (Gambar 4.9), cacat porositas tetap muncul pada permukaan spesimen. Selain cacat porositas, pada percobaan ke 4 ini muncul juga cacat shrinkage pada spesimen 4.2. Tetapi tidak dapat ditampilkan dikarenakan spesimen 4.2 telah dipotong untuk dilakukan pengamatan visual.

Tabel 4.2 berikut merupakan penilaian dari pengamatan visual dari seluruh spesimen yang diperoleh. Penilaian yang dilakukan terdiri dari 3 aspek yaitu jumlah porositas, posisi porositas dan ukuran porositas yang dihasilkan.

Angka 1-3 pada kolom penilaian jumlah merupakan tingkatan banyaknya porositas pada permukaan spesimen. Semakan besar angka yang diberikan, semakin banyak juga porositas yang ada pada permukaan spesimen. Sedangkan untuk posisi porositas merupakan penggambaran dominan posisi dari porositas yang terbentuk pada permukaan spesimen. Spesimen 1.2, 2.2, 3.2 dan 4.2 tidak ada pada tabel dikarenakan spesimen tersebut telah dipotong untuk pengamatan struktur mikro.

Tabel 4.2 Pengelompokkan Pengamatan Visual

Spesimen Penilaian

jumlah

Posisi porositas

Ukuran Porositas (cm)

1.1 3 Tengah 0,44*

1.3 3 Tengah 0,33*

2.1 3 Tengah 0,33*

2.3 3 Tengah 0,55*

(9)

32

Tabel 4.2 Pengelompokkan Pengamatan Visual (lanjutan)

3.1 2 Tengah 0,22*

3.3 1 Kanan 0,11*

4.1 3 Tengah 0,33*

4.3 3 Tengah 0,33*

Keterangan:

1: Sangat jarang ; 2: Cukup ; 3: Banyak

* Perhitungan dilakukakan dengan cara ukuran spesimen dibandingkan ukuran spesimen pada gambar. 1,1 cm (spesimen sebenarnya) = 1 cm (pada gambar).

4.3 Pengukuran Densitas

Analisa perhitungan dilakukan secara kuantitatif dengan metode perhitungan bulk density. Bulk density didapat dari perhitungan densitas spesimen dan dibandingkan dengan bulk density variasi lainnya. Semakin tinggi densitas, maka semakin rendah porositas spesimen tersebut.

Berat dan volume air dalam gelas beker sebelum spesimen dimasukkan sebesar 845.7 gram (diukur dengan gelas beker) atau 600 ml. Dengan menggunakan rumus perhitungan massa jenis akan didapat massa jenis masing – masing spesimen yang ditunjukan pada tabel 4.3.

Tabel 4.3. Massa Jenis Tiap Spesimen.

Spesimen Variasi Density (g/cm³)

Rata-rata

(g/cm³) St. dev

1.1 H = 176

mm T = 440 ^oC

8,69

8,67 0,046

1.2 8,61

1.3 8,70

2.1

H = 176 mm T = 430 ^oC

8,78 8,80 0,089

2.2 8,72

2.3 8,90

3.1

H = 156 mm T =

440 ^oC

8,88 8,81 0,065

3.2 8,75

3.3 8,81

4.1

H = 156 mm T = 430 ^oC

8,68 8,70 0,062

4.2 8,65

4.3 8,77

(10)

33

4.4 Analisa Densitas Terhadap Variasi Ketinggian dan Temperatur

Gambar 4.10. Perbandingan densitas keempat spesimen.

Dari data grafik (Gambar 4.10) terlihat bahwa densitas tertinggi pada variasi ketinggian down sprue 156 mm dan temperatur tuang 440 °C yaitu sebesar 8,81 g/cm³. Rendahnya densitas pada variasi pertama (8,67 g/cm³) dengan ketinggian 176 mm dan temperatur 440 °C dikarenakan ketinggian masih tinggi yang membuat kecepatan aliran menjadi besar. Dengan meningkatnya kecepatan aliran dapat menimbulkan aliran turbulen sehingga menyebabkan porositas. Hasil dari nilai Reynold Number didapati dari perhitungan berikut ini.

Reynold Number fluida menggunakan persamaan (2.1):

𝑅𝑒 =

^{𝜌 𝑣 𝐷}^𝐻

𝜇

Viskositas dinamis paduan timah putih (Incropera, 2011) μ = 1,24 x 10^-3(kg/m³) untuk temperatur 430 °C μ = 1,29 x 10^-3(kg/m³) untuk temperatur 440 °C Mencari kecepatan rata – rata dengan persamaan (2.3):

𝑣 = √2 𝑔 ℎ

𝑣 = √2 × 9.81 × 0.176

𝑣 = 1,86 m/s (untuk ketinggian 176 mm) 𝑣 = 1,75 m/s (untuk ketinggian 156 mm)

8,67

8,80 8,81

8,70

8,50 8,60 8,70 8,80 8,90

176 mm 440 °C

176 mm 430 °C

156 mm 440 °C

156 mm 430 °C Density (g/cm3)

Variasi Penelitian

(11)

34

Bentuk penampang down sprue (persegi panjang) menggunakan persamaan (2.2):

D= 0,0127 m

Reynold Number fluida menggunakan persamaan (2.1):

𝑅𝑒 =

^{𝜌 𝑣 𝐷}^𝐻

𝜇

=

⁸⁵¹³

𝑘𝑔

𝑚3 𝑥 1,86 𝑚 𝑠⁄ 𝑥 0,0127 𝑚 1,29 𝑥 10⁻³𝑘𝑔

⁄𝑚.𝑠

= 155.886 (Turbulen)

Tabel 4.4. Reynold Number Percobaan

Percobaan Reynold Number Jenis aliran

1 (H: 176 mm & T: 440 ôC) 155.887 Turbulen 2 (H: 176 mm & T: 430 ôC) 162.173 Turbulen 3 (H: 156 mm & T: 440 ôC) 146.668 Turbulen 4 (H: 156 mm & T: 430 ôC) 152.582 Turbulen

Berdasarkan hasil bilangan Reynold (Tabel 4.4) menunjukkan bahwa kondisi aliran untuk setiap percobaan yang terjadi sampai pada sprue well berupa aliran turbulen. Akan tetapi dapat dilihat percobaan pertama dan ke tiga memiliki nilai Reynold yang lebih kecil jika dibandingkan dengan percobaan ke dua dan ke empat. Seharusnya pada temperatur tuang 440 °C diharapkan nilai Reynold lebih baik dibandingkan dengan temperatur tuang 430 °C tetapi hasil yang diterima adalah kebalikannya. Oleh karena itu, hal ini sangat mempengaruhi terhadap cacat porositas dan misrun yang terjadi pada produk cor yang didapatkan. Dengan demikian penelitian ini harus dilakukan penelitian lebih lanjut terhadap penurunan temperatur tuang.

(12)

35

4.5 Analisa Yield dan Waste Material

Analisa waste material dari percobaan 1.1 sampai 4.3 dapat dilihat pada Tabel 4.5.

Tabel 4.5. Hasil Analisan Perbandingan Spesimen dengan Waste Material.

Spesimen

Massa Awal

Massa Produk

Waste Dengan

Riser

Waste Tanpa Riser

Berat Riser

Tinggi Riser

Rata-rata

Ketinggian Yield Rata-rata

Yield St. dev Yield

gram Mm %

1.1 1601 811 846 830 16 11.6

14.1

50.66

50.64 0.19

1.2 1602 808 850 835 15 13.5 50.44

1.3 1600 813 853 831 22 17.3 50.81

2.1 1601 805 832 832 - -

0.0

50.28

47.98 4.04

2.2 1601 806 843 843 - - 50.34

2.3 1602 694 825 825 - - 43.32

3.1 1602 823 771 737 34 24.7

19.3

51.37

50.90 0.42

3.2 1602 810 738 721 17 14 50.56

3.3 1600 812 757 731 26 19.3 50.75

4.1 1602 811 759 747 12 8

11.2

50.62

50.69 0.06

4.2 1600 812 772 759 13 9.6 50.75

4.3 1600 811 781 759 22 16.1 50.69

(13)

36

Yield merupakan efisiensi dari proses pengecoran yang didefinisikan sebagai berat hasil cor dibagi dengan berat total dari paduan logam yang dicairkan. Semakin besar yield semakin kecil waste yang dihasilkan. Dapat dilihat presentase yield terbesar yakni ada pada spesimen variasi 3 (Gambar 4.11) dengan besar yield sebesar 50,90. Itu dapat dilihat dari foto permukaan yang telah dilakukan. Pada variasi ke 3 jumlah porositas pada permukaan yang dilihat jumlahnya sedikit jika dibandingkan dengan variasi lainnya (Gambar 4.8). Tidak hanya jumlah porositas pada permukaan, variasi ke 3 juga tidak ada cacat misrun ataupun shrinkage pada permukaan yang terjadi. Presentase yield dipakai untuk menghitung besar waste material dari setiap spesimen.

Gambar 4.11. Grafik yield material keempat spesimen.

Pada grafik Gambar 4.11 terlihat bahwa presentase yield pada masing- masing variasi memiliki trend yang tidak beraturan. Dapat dilihat pula nilai persentase untuk variasi kedua memiliki nilai presentase yang lebih rendah dibandingkan variasi lainnya. Itu disebabkan karena ketinggian down sprue pada variasi kedua masih tinggi, yaitu 176 mm. Dengan begitu kecepatan alir cairan akan tinggi yang mengakibatkan bilangan Reynold menjadi turbulen. Selain itu dengan temperatur tuang yang rendah yaitu 430 °C dan ketinggian down sprue yang tinggi membuat banyak temperatur yang hilang (loss) karena persentuhan logam cair dengan dies menjadi panjang. Tetapi pada variasi keempat nilai dari yield material naik dibandingkan dengan variasi kedua. Itu disebabkan ketinggian

50,64

47,98

50,90 50,69

45,00 47,00 49,00 51,00 53,00 55,00

176 mm 440 °C

176 mm 430 °C

156 mm 440 °C

156 mm 430 °C

Persentase (%)

Variasi Penelitian

(14)

37

down sprue lebih rendah dibandingkan variasi kedua walaupun temperatur tuang 430 °C. Hal itu disebakan persentuhan dengan dies menjadi pendek sehingga temperatur yang hilang tidak banyak. Oleh sebab itu dilakukan pula pengukuran terhadap tinggi riser untuk membantu analisa terhadap porositas dari spesimen..

Selain itu dilakukan juga analisa variasi terhadap yield material (Tabel 4.6). Dari hasil yang di dapat diketahui bahwa P-Value > 0,05 % sehingga dapat dibilang tidak signifikan baik untuk ketinggian down sprue maupun untuk temperatur tuang.

Tabel 4.6. Analysis of Variance for Yield

Source DF SS MS F P

Tinggi 1 0,31205 0,31205 3,44 0,137

Temperatur 1 0,13520 0,13520 1,49 0,289

Tinggi*Temperatur 1 0,00080 0,00080 0,01 0,930

Error 4 0,36250 0,09062

Total 7 0,81055

Ket : S = 0,301040

R-Sq = 55,28%

R-Sq (adj) = 21,74%

Pada grafik tinggi riser (Gambar 4.12) terlihat bahwa variasi 3 (156 mm dan 440 °C) mempunyai ketinggian riser tertinggi. Tidak hanya di riser, variasi 3 merupakan variasi dengan yield material terbesar. Untuk variasi 2 yang tidak memiliki riser diakibatkan karena pada variasi 2 semua spesimennya memiiliki cacat pada bagian atas dari hasil spesimen (Gambar 4.3). Terlebih lagi pada spesimen 2.3 memiliki cacat misrun (Gambar 4.7).

Gambar 4.12. Grafik tinggri riser.

14,13

0,00

19,33

11,23

0,00 4,00 8,00 12,00 16,00 20,00 24,00

176 mm 440 °C

176 mm 430 °C

156 mm 440 °C

156 mm 430 °C

Tinggi Riser (mm)

Variasi Penelitian

(15)

38

Tabel 4.7. Perbandingan Tinggi, Density dan Yield dari 2 Percobaan

Variasi Tinggi

Riser (mm) Yield (%) Density (g/cm³)

Wibowo (2016)

Sprue well R10; panjang runner 6 cm; H = 176 mm

dan T = 450 °C

25,6 51,1 8,94

Penelitian ini

dan T = 440 °C

14,1 50,64 8,67

dan T = 430 °C

0 47,98 8,8

dan T = 430 °C

19,3 50,9 8,81

dan T = 440 °C

11,2 50,69 8,7

Tinggi riser yang diperoleh peneliti untuk variasi ketinggian dan temperatur jika dibandingkan dengan hasil variasi sebelumnya terbilang cukup jauh perbedaannya. Tinggi riser pada variasi ini tertinggi ada pada variasi 3 yaitu dengan rata-rata ketinggian 19,33 mm. Sedangkan pada penelitian yang dilakukan Wibowo (2016) tinggi riser dengan spesifikasi yang sama memiliki ketinggian sebesar 25,6 mm (Tabel 4.7). Itu dikarenakan fluiditas dengan temperatur 450 °C masih encer jika dibandingkan dengan temperatur 440 °C atau pun 430 °C.

Sehingga cairan paduan timah putih masih dapat memenuhi rongga riser. Dengan demikian untuk menurukan ketinggian riser dapat dilakukan dengan cara menurunkan temperatur tuang.