1
PENGARUH LAPISAN KARBON TERHADAP DISTRIBUSI KEKERASAN
PADA PROSES SOLIDIFIKASI BESI COR KELABU DENGAN
PENDINGINAN OLI PADA CETAKAN PERMANEN
Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi Strata I pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Oleh :
MOCHAMAD ROSID D200110075
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2020
i
HALAMAN PERSETUJUAN
PENGARUH LAPISAN KARBON TERHADAP DISTRIBUSI KEKERASAN PADA PROSES SOLIDIFIKASI BESI COR KELABU DENGAN PENDINGINAN OLI PADA
CETAKAN PERMANEN
PUBLIKASI ILMIAH
Oleh :
Mochamad Rosid D300150036
Telah diperiksa dan disetujui untuk diuji oleh :
Dosen Pembimbing
ii
HALAMAN PENGESAHAN
PENGARUH LAPISAN KARBON TERHADAP DISTRIBUSI KEKERASAN PADA PROSES SOLIDIFIKASI BESI COR KELABU DENGAN PENDINGINAN OLI PADA
CETAKAN PERMANEN
OLEH
MOCHAMAD ROSID D200110075
Telah dipertahankan didepan Dewan Penguji Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta Pada hari Selasa, 7 Juli 2020 dan dinyatakan telah memenuhi syarat
Dewan Penguji:
1. Agus Yulianto, ST, MT. (Ketua Dewan Penguji)
(…....…...……..)
2. Ir. Ngafwan, MT.
(Anggota I Dewan Penguji)
(……...………)
2. Ir. Bibit Sugito, MT. (Anggota II Dewan Penguji)
(……...……..)
Dekan,
Ir. Sri Sunarjono, M.T., Ph.D., IPM. NIK. 628
iii
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam naskah publikasi 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 pertanggungjawabkan sepenuhnya.
Surakrta, 20 Agustus 2020 Penulis,
MOCHAMAD ROSID D200110075
1
PENGARUH LAPISAN KARBON TERHADAP DISTRIBUSI KEKERASAN PADA PROSES SOLIDIFIKASI BESI COR KELABU DENGAN PENDINGINAN OLI PADA
CETAKAN PERMANEN Abtraksi
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh lapisan karbon pada solidifikasi besi cor kelabu dalam cetakan permanen.Penelitian ini menggunakan cetakan permanen besi cor ductile (FCD).Pembekuan besi cor kelabu ini diamati dengan CE meter dan setelah mengeras akan mengalami beberapa pengujian,antara lain: uji kekerasan, uji metalografi, uji komposisi kimia. Penelitian ini menggunakan material besi cor kelabu. Dari material besi cor kelabu ini akan ditentukan 16 titik uji untuk mengetahui sifat fisis dan mekanis. Pengujian komposisi kimia menggunakan standar JIS. Hasil pengujian menunjukkan pengaruh lapisan karbon pada solidifikasi besi cor kelabu pada cetakan permanen menghasilkan distribusi kekerasan yang beragam dan diperoleh nilai kekerasanya sebagai berikut :pada bagian A, bagian yang kontak langsung dengan molding bagian samping sebesar = 200,91HV, 250,9HV, 205,52HV, 158,63HV, 147,29HV, B bagian yang kontak langsung dengan molding bagian bawah sebesar = 147,29HV, 236,02HV, 189,22HV, 202,39HV, 145,58HV, C bagian tengah spesimen yang telah dibelah sebesar = 145,58HV, 172,27HV 181,46HV, 221,09HV, 189,62HV, dan D bagian yang kontak langsung dengan udara bebas sebesar = 189,62HV, 165,12HV, 219,04HV, 200,15HV, 200,91HV. Pada hasil pengujian peleburan menggunakan CE Meter diperoleh temperatur 1356,8°C saat proses tapping awal di tuang dalam cetakan di mulai pada grafik yang terbaca CE Meter terjadi penurunan temperatur, pada temperatur liquid 1155,4°C bentuknya masih cair sampai temperatur solid 1060°C sehingga di peroleh nilai CEL=4,17% ; C=3,61% ; dan SI=2,21% di mana besi mulai padat namun masih berwarna merah hingga temperatur 1060°C dimana besi telah membeku. Pada hasil komposisi kimia terdapat 20 unsur kimia dan pengamatan struktur micro ditemukan grafit dan sementit.Dari hasil tersebut dapat diketahui bahwa material yang terbentuk adalah besi cor kelabu FC 150 dengan standar JIS.
Kata kunci : solidifikasi, ce meter, kekerasan, komposisi kimia, besi cor fc 150.
Abstracts
This study aims to determine the effect of the carbon coating on the solidification of gray cast iron in a permanent mold. This study uses a permanent mold cast iron ductile (FCD). Freezing of gray cast iron is observed with CE meter and once hardened will experience some testing, among others: hardness test, metallographic test, chemical composition test. This study uses a gray cast iron material. From gray cast iron material will be determined 16 test points to determine the physical and mechanical properties. Testing of chemical composition using JIS standard. The test results showed the effect of the carbon coating on the solidification of gray cast iron on a permanent mold produces a diverse distribution of hardness and hardness values obtained as follows: In part A, the part in direct contact with the molding side of = 200,91HV, 250,9HV, 205, 52HV, 158,63HV, 147,29HV, B part in direct contact with the molding of the bottom of = 147,29HV, 236,02HV, 189,22HV, 202,39HV, 145,58HV, C the center of the specimen which had been cleaved by = 145,58HV, 172,27HV 181,46HV, 221,09HV, 189,62HV, and D sections
2
are in direct contact with the free air of = 189,62HV, 165,12HV, 219,04HV, 200,15HV, 200,91HV. In the smelting test results obtained using the CE Meter 1356.8 ° C temperature during tapping early in the cast in the mold at the start on the chart that reads CE Meter decrease the temperature, the liquid temperature of 1155.4 ° C shape is still liquid to a temperature of 1060 ° solid C thus obtained value CEL = 4.17%; C = 3.61%; and SI = 2.21% where the metal solid starts but is still red up to a temperature of 1060 ° C where iron has been frozen. On the results of the chemical composition there are 20 chemical elements and observation of micro structure was found graphite and cementite. From these results it can be seen that the material formed is gray cast iron FC 150 and JIS standards.
Keywords: solidification, ce meter, hardness, chemical composition, cast iron fc 150.
1. PENDAHULUAN
Industri pengecoran logam merupakan industri hulu dan industri yang menjadi tumpuan bagi industri,khususnya industri komponen. Proses pengecoran ialah proses terbentuknya logam dengan cara mencairkan dalam tungku dengan temperatur tinggi, kemudian menuangkan logam cair kedalam cetakan dan di biarkan membeku.
Besi cor adalah jenis material yang sudah lama digunakan manusia untuk menunjangkehidupan dalam bentuk peralatan rumah tangga, permesinan, alat transpotasi.Didalam besi cor mengandung karbon, silicon, mangan, fosfor, dan belerang.Unsur karbon dalam besi cor berupa sementit, karbon aktif, atau grafit. Besi cor digolongkandalam enam macam : besi cor kelabu, besi cor tingkat tinggi, besi cor kelabu paduan, besi cor ber grafit bulat, besi cor mampu tempa dan besi cor cil (Surdia dan Chijiwa, 1989).Besi cor terbuat dari paduan besi-karbon-silikon dengan unsur tambahan lainya. Seperti halnya bahan campuran yang lainya,besicor juga bisa dipengaruhi unsur-unsur kimia. Seperti tingginya karbon menyebabkan besi cor bersifat rapuh dan tidak dapat ditempa. Unsur-unsur seperti : karbon,silicon,mangan,fosfor dan belerang akan berpengaruh besar pada pembentukan sifat fisik/mekaniknya.
Solidifikasi besi cor memungkinkan rekayasa mikro; solidifikasi besi cor menentukan hasilnya pengecoran; perlakuan panas sangat jarang digunakan untuk besi cor; Singkatnya, pembekuan adalah pendorong utama sifat-sifat dari proses pengecoran. (Doru M. StefanescuThe Ohio State University, Columbus, Ohio, USA2005). Karbon >2% merupakan besi cor kelabu (3-4%) kadar karbon ini tergantung dari jenis besi kasarnya. Sifat fisis logam tergantung pada kadar karbon dan oleh bentuk karbon. Kekuatan dan kekerasan besi meningkat dengan bertambahnya kadar karbon.
3
Dalam proses pengecoran logam terdapat beberapa macam cetakan yang digunakan. Cetakan tersebut adalah cetakan permanen dan tidak permanen.Cetakan permanen biasanya terbuat dari baja yang memiliki titik lebur yang tinggi dari material cor yang dituangkan. Cetakan permanen yang digunakan harus melalui proses preheating sebelum dituang besi cor. Preheating disini ialah pemanasan cetakan permanen untuk menaikkan suhu cetakan,selisih teperatur besi cor yang dituang ke cetakan akan menimbulkan ledakan jika terlalu jauh.
2. METODE
Alur kerja yang efektif dan efesien sangat diperlukan agar penelitian dapat diselesaikan dan tercapai tujuan yang diharapkan. Gambar 3.1 dibawah merupakan diagram alir yang mendeskipsikan proses penelitian.
Diagram 1. Diagram Alir Penelitian Pengujian Komposisi
Mulai
Studi literatur dan menyiapkan alat
Solidifikasi besi cor kelabu
Melting besi cor dapur peleburan
Pemotongan
Pengujian Pengujian Struktur
Analisa
Hasil dan Kesimpulan
Selesai
Molding
Pelapisan karbon pada cetakan Penuangan besi cor
dalam cetakan CE
Meter Tapping
4
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil uji CE meter pada besi cor kelabu bertujuan untuk mengetahui temperatur dan waktusolidifikasi serta perubahan unsur pada setiap tahap, mulai dari temperatur saat besi dituang, temperatur liquid, temperatur solid, dan temperatur saat besi membeku. Dari hasil pengujian peleburan menggunakan CE meter diperoleh data sebagai berikut. Dapat dilihat pada grafik 1 dibawah ini.
Grafik 1. Grafik hasil uji peleburan
Pada hasil pengujian peleburan logam menggunakan CE meter diperoleh temperatur awal saat dituang dalam cetakan 1356.80C, temperatur liquid 1155.40C bentuknya masih cair, temperatur solid1113.60Cdimana besi mulai padat namun masih berwarna merah hingga temperatur akhir 10600C dimana besi telah beku.
Dengan data tersebut dapat diketahui Carbon Equivalent Value dengan rumus berikut:
3 ) % (% %C Si P CEV
Dimana : CEV = Carbon Equivalent Value
C = Kandungan Karbon (%) Si = Kandungan Silikon (%) P = Kandungan Fosfor (%)
5 Sehingga, 3 ) 0 21 , 2 ( 61 , 3 CEV % 3467 , 4 CEV
Dengan demikian dapat diketahui kalau persentase Carbon Equivalent Value diatas 4,3%. Besi cor dengan persentase Carbon equivalent di atas 4,3% disebut hipereutektik.
Hasil pengujian kekerasan Vickers (Vickers Micro Hardness Tester) bertujuan untuk mengetahui nilai kekerasan pada setiap titik yang di ujikan pada spesimen, spesimen terdiri dari empat bagian bagian, yaitu A, B, C dan bagian D dan setiap bagian terdiri dari lima titik pengujian.
Gambar 1. Bagian Yang di Uji Kekerasan (Vickers). D A C B C5 C4 C3 C2 C1 A2 A3 A4 A5 A1 D5 D4 D3 D2 D1 B1 B2 B3 B4 B5 L U A R ATAS BAWAH D A L A M 9mm 4mm 9mm
6
Tabel 1. Hasil pengujian kekerasan Vickers pada bagian A. No Lokasi pada bagian A Hasil Kekerasan (HV) HRC ( gf ) 1 A1 200,91 200 2 A2 250,96 200 3 A3 205,52 200 4 A4 158,63 200 5 A5 147,29 200 Diagram bagian A
Diagram 2. Diagram harga kekerasan bagian A.
A1 A2 A3 A4 A5 Diagram bagian A 200,91 250,96 205,52 158,63 147,29 0 50 100 150 200 250 300
V
ick
ers
(HV
)
Diagram Bagian A
7
Tabel 2. Hasil pengujian kekerasan Vickers pada bagian B. No Lokasi Pada bagian B Hasil Kekerasan (HV) HRC ( gf ) 1 B1 147,29 200 2 B2 236,02 200 3 B3 189,22 200 4 B4 202,39 200 5 B5 145,58 200 Diagram bagian B
Gambar 3. Diagram harga kekerasan bagian B.
B1 B2 B3 B4 B5 Diagram bagian B 147,29 236,02 189,22 202,39 145,58 0 50 100 150 200 250
V
ick
ers
(HV)
Diagram Bagian B
8
Tabel 3. Hasil pengujian kekerasan Vickers pada bagian C. No Lokasi Pada bagian C Hasil Kekerasan (HV) HRC ( gf ) 1 C1 145.58 200 2 C2 172.27 200 3 C3 181.46 200 4 C4 221.09 200 5 C5 189.62 200 Diagram bagian C
Diagram 4. Diagram harga kekerasan bagian C.
C1 C2 C3 C4 C5 Diagram bagian C 145,58 172,27 181,46 221,09 189,62 0 50 100 150 200 250
V
ick
ers
(HV
)
Diagram Bagian C
9
Tabel 4. Hasil pengujian kekerasan Vickers pada bagian D. No Lokasi Pada bagian D Hasil Kekerasan (HV) HRC ( gf ) 1 D1 189,62 200 2 D2 165,12 200 3 D3 219,04 200 4 D4 200,15 200 5 D5 200,91 200 Diagram bagian D
Diagram 5. Diagram harga kekerasan bagian D
Dilihat dari hasil pengujian pada tabel 4.1, 4.2, 4.3, dan 4.4 di atas dapat diketahui proses pembekuan dalam cetakan terjadi distribusi kekerasan yang beragam pada bagian A, B, C, dan D. Masing masing A,B,C,D diambil 5 titik. Setiap bagian mempunyai tingkat kekerasan yang bervariasi, karena setiap titik atau bagian yang di uji mempunyai kandungan karbon yang berbeda-beda. Dapat dilihat pada sisi yang berdekatan dengan cetakan yaitu A dan B memilik nilai kekerasan yang lebih tinggi dari pada sisi C yang berada di pada tengah specimen dan D
D1 D2 D3 D4 D5 Diagram bagian D 189,62 165,12 219,04 200,15 200,91 0 50 100 150 200 250
V
ick
ers
(HV
)
Diagram Bagian D
10
yang dekat dengan udara bebas. Semakin tinggi kandungan karbon maka akan semakin tinggi tingkat kekerasannya serta mempengaruhi sifat fisis besi cor kelabu.
Bagian yang diambil foto micro adalah titik dimana dilakukan uji kekerasan micro
Vickers untuk melihat sifat fisis pada kekerasan tertentu. Foto mikro bagian A
A E D C B cementit grafi grafi cementit grafi cementit grafi cementit grafi cementit
11
Gambar 2. Gambar A foto micro bagian A1, gambar B foto micro bagian A2, gambar C fotomicro bagian A3, gambar D foto micro bagian A4, gambar E foto micro bagian A5.
Foto mikro bagian B
A B E D C grafi cementit cementit grafi grafi cementit grafi cementit grafi cementit
12
Gambar 3.Gambar B foto micro bagian B1,gambar B foto micro bagian B2, gambar C foto micro bagian B3, gambar D foto micro bagian B4, gambar E foto micro bagian B5.
Foto micro bagian C.
A B E D C grafi cementit grafi cementit grafi cementit cementit grafi grafi cementit
13
Gambar 4..Gambar C foto micro bagian C1, gambar B foto micro bagian C2,gambar C foto micro bagian C3, gambar D foto micro bagian C4,gambar E foto micro bagian C5.
Foto micro bagian D.
A B C D E cementit grafi cementit grafi cementit grafi grafi cementit grafi cementit
14
Gambar 5. Gambar D foto micro bagian D1, gambar B foto micro bagian D2, gambar C foto micro bagian D3,gambar D foto micro bagian D4, gambar E foto micro bagian D5.
Dari hasil foto microkita melihat perbandingan grafit dan cementit berbanding lurus tingkat kekerasan pada setiap bagian,pada bagian (A1)200,91, (A2)250,96, (A3)205,52, (A4)158,63, (A5)147,29. Pada bagian A2 mempunyai tingkat kekerasan yang tinggi, karena cementit lebih mendominasi dari pada grafit. Pada bagian (B1)147,29, (B2)236,02, (B3)189,22, (B4)202,39, (B5)145,58. Pada bagian B2 mempunyai tingkat kekrasan yang paling tinggi karena cementit lebih mendominasi dari pada grafit. Pada bagian (C1)145,58, (C2)172,27, (C3)221,09, (C4)221,09, (C5)189,62. Pada bagian C4 mempunyai tingkat kekrasan yang paling tinggi karena cementit lebih mendominasi dari pada grafit. Pada bagian (D1)189,62, (D2)165,12, (D3)219,04, (D4)200,15, (D5)137,47. Pada bagian D3 mempunyai tingkat kekrasan yang paling tinggi karena cementit lebih mendominasi dari pada grafit dan pada tingkat kekerasan terendah terdapat pada bagian A5 dan B1 sebesar 147,29 dilihat dari gambar,grafit lebih mendominasi dari pada cementit. Jika komposisi grafit lebih mendominasi maka besi cor kelabu akan lebih lunak dan sebaliknya jika cementit lebih mendominasi maka tingkat kekrasanya semakin meningkat
Dari hasil pengujian komposisi kimia spesimen besi cor kelabu diperoleh hasil prosentase kandungan 20 unsur sebagai berikut:
Tabel 5. Hasil Pengujian Komposisi Kimia Bagian Atas.
No KandunganUnsur
Sampel Uji Spesimen Uji Bagian
Atas Standart Deviasi 1 2 3 4 5 6 Fe 2 C Si Mn 1 P S 93.46 3.52 1.84 0.412 0.094 0.036 0.0114 0.0171 0.0156 0.0022 0.0082 0.0014
15 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Cr 1 Mo Ni 1 Al B Co Cu Mg Nb Pb Sn Ti V W 0.125 0.047 0.119 0.023 0.0009 0.000 0.013 0.009 0.003 0.0044 0.014 0.000 0.041 0.053 0.0023 0.0002 0.0011 0.0003 0.0001 0.0000 0.0030 0.0001 0.0000 0.0002 0.0005 0.0000 0.0249 0.0004
Dari hasil uji spectrometer dapat disimpulkan dari jenis besi cor. Terdapat kandungan C sebesar 3,52%, dan Si sebesar 2,21%. Maka besi cor kelabu tersebut termasuk pada jenis besi cor kelabu FC 150 menurut standar JIS.
4. PENUTUP 4.1 Kesimpulan
Dari hasil analisa, pengujian specimen dan pembahasan data yang diperoleh maka dapat ditarik kesimpulan :
1. Hasil Laju pendinginan besi cor kelabu pada cetakan permanen dengan alat CE Meter dihasilakan penurunan suhu setiap 5 menit sebesar 14°C dilakukan 5 kali pengukuran dan semakin lama penurunan suhu semakin banyak.
2. Mengetahui sifat fisis dan mekanis besi cor kelabu dengan lapisan karbon dan pendinginan oli didapatkan hasil pada specimen mengandung grafit dan cementit berfariasi disetiap bidang yang
16
diuji dengan alat uji komposisi kimia. Grafit dan sementit berbanding lurus dengan tingkat kekerasan pada setiap bagian, apabila cementit mendominasi dari pada grafit maka mempumyai tingkat kekerasan yang tinggi, pengujian yang dilakukan dengan alat uji kekerasan
Vickersdidapatkan hasil pada lokasi A2 mempunya tingkat kekersan yang paling tinggi yaitu 250,96 HV dengan beban 200 gf.
4.2 Saran
Dalam penelitian selanjutnya, penulis mempunyai beberapa saran yang dapat digunakan untuk proses pengembangan dan pembuatan besi cor kelabu, yaitu :
1. Memperhatikan persiapan alat dan bahan guna mendapatkan waktu yang tepat dan hasil yang baik.
2. Perlu adanya thermometer ruang untuk ruang pengecoran supaya hasil dari penelitian lebih detail.
DAFTAR PUSTAKA
Andre Nainggolan "Sejarah Pengecoran Logam 24 Oktober 2011 http:/hugasmechanicalenginering blogspot.com/2011/10/sejarah pengecoran-logam.htm/ 02 Juni 2016 / 20 00
Erie, Dunia "Besi Cor Kelabu" 21 Juli http:imantantukanginsinyur blogspot.co 10/2010/07/sicor kelabu htmi/ 5 Juli 2016/ 19.37
Harlistyo, Yananda "Besi Tuang (Cast Iron)". 5 Mei 2012. http://blackknight-radyo blogspot.co.id/2012/05A html 15 Juni 2016./ 22.15
Muryanto, 2011. Pengaruh Quench Dan Tempering Terhadap Sifat Fisis Dan Mekanis Baja Hadfield Hasil Pengecoran PT Baja Kurnia", TugasAkhir 5-1. UMS, Surakarta
Nanda, Chorul "Pengaruh Preheating 15 Januan http://nandachoinut blogspot.co.id/2014/10/proses pengecoran bagian-1-gating system html 23 Juli 2016/20 22 Kusumoharjo, Sandi. "Besi Tuang" 8 januari 2012.
http://sanditeknikmesin.blogspot.co.id/2012/01/besi-tuang html 20 Juli 2018 20.45 Sonjaya. ”Besi Cor”. 13 Maret 2010
https://sonjaya45.wordpress com/2010/03/13besi-cor/ 25 Juni 2016 20 22
17
Trewin, N., 1988. "Use of the Scanning Electron Microscope in sedimentology in Tucker, M. (Ed), Techniques in sedimentology. Blackwell Science Oxford B8 (1988), p 305-312
Widodo, R "Perlakuan Panas Pada Proses Pengecoran Logam 4 Novermber 2014. http//zikdoit.blogspot.co.id/2014/11/perlakuan-panas-pada proses pengecoran htmu 29 Juni 2016./ 20.12
Widodo R. "Komposisi Besi Cor Kelabu’’ 1 Juni 2012 https://hapli.wordpress.com/forum-ferro/komposisi besi.cor kelabu/ 27 Juni 2016/ 20 33
