i
TUGAS AKHIR
PENGARUH LAPISAN KARBON PADA CETAKAN PERMANEN TERHADAP DISTRIBUSI KEKERASAN GRINDING CYL
DENGAN MATERIAL BESI COR KELABU
Disusun Sebagai Syarat Untuk Menyelesaikan Program Studi Strata Satu Pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta Disususun Oleh :
HUSEN MUHAMMAD ASSROFI NIM : D 200 120 160
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
v
vi
HALAMAN MOTTO
“Man jaddahwajadah, selama kita bersungguh-sungguh, maka kita akan memetik buah yang manis. Segala keputusan hanya ditangan
kita sendiri, kita mampu untuk itu”. (#B.J. Habibie)
“Banyak kegagalan dalam hidup ini dikarenakan orang-orang tidak menyadari betapa dekatnya mereka dengan keberhasilan saat
mereka menyerah”. (#Thomas Alfa Edison)
“Kesuksesan hanya dapat diraih dengan segala upaya dan usaha yang disertai dengan doa, karena sesungguhnya nasib seseorang
manusia tidak akan berubah dengan sendirinya tanpa berusaha”. (#Penulis)
“Barang siapa yang mengamalkan yang diketahuinya maka Allah menganugrahkan ilmu yang belum diketahuinya”.
(#Shihab, 1994: 439)
“Allah akan meninggikan derajat orang-orang yang beriman diantaramu dan orang-orang yang berilmu pengetahuan”.
(#Qs.al-Mujadalah:11)
“Bertakwalah pada Allah, maka Allah akan mengajarimu. Sesungguhnya Allah Maha Mengetahui segala sesuatu”.
vii
PENGARUH LAPISAN KARBON PADA CETAKAN PERMANEN TERHADAP DISTRIBUSI KEKERASAN GRINDING CYL
DENGAN MATERIAL BESI COR KELABU Husen Muhammad Assrofi, Agus Yulianto
Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. A Yani Tromol Pos I Pabelan Kartasura
e-mail: husenmuhammad284@gmail.com
ABSTRAKSI
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh lapisan karbon pada solidifikasi besi cor kelabu dalam cetakan permanen untuk tapping awal. Penelitian ini menggunakan cetakan permanen besi cor ductile (FCD). Metodologi penelitian ini di lakukan dengan melting besi cor dalam tungku induksi kemudian di tuang pada cetakan FCD yang dilapisi karbon untuk membuat spesimen besi cor kelabu kemudian diuji sifat-sifat fisis dan mekanis. Pengujian dalam bentuk cairan besi cor kelabu menggunakan alat uji CE Meter lalu pada spesimen besi cor kelabu di uji komposisi kimia dengan spectrometer kemudian di uji kekerasan dan foto mikro yang di ambil dari bagian yang kontak langsung dengan udara dan yang kontak langsung dengan cetakan FCD.
Hasil penelitian berupa grafik yang di peroleh dari CE Meter menunjukkan temperatur 1260.3°C saat proses tapping awal di tuang dalam cetakan di mulai pada grafik yang terbaca CE Meter terjadi penurunan temperatur, pada temperatur liquid 1121.3°C bentuknya masih cair sampai temperatur solid 1118.7°C sehingga di peroleh nilai CEL=4,47% ; C=3,98% ; dan SI=1,86% di mana besi mulai padat namun masih berwarna merah hingga temperatur 1060°C dan mengeras dalam waktu 180 detik, sedangkan hasil uji komposisi kimia dalam bentuk solid atau padat antara lain : Fe 93,26% ; C 3,06% ; Si 1,80% dan unsur lainnya di bawah 1%. Hasil uji struktur mikro bagian spesimen yang di uji kekerasan terlihat grafit dan sementit dan hasil uji kekerasan spesimen pada bagian A=82.54, 90.15, 91.27, 87.60, 86.09. B=86.60, 90.44, 90.03, 88.77, 88.60. C=92.07, 96.20, 96.66, 88.38, 90.83. dan D= 96.12, 92.85, 92.28, 93.81, 94.50 dan harga kekerasan tertinggi yaitu pada bagian C3 sebesar 96.66, sedangkan harga kekerasan terendah yaitu pada bagian A1 sebesar 82.54. Berdasarkan data tersebut dapat di simpulkan bahwa setiap bagian mempunyai tingkat kekerasan yang bervariatif, karena setiap titik atau bagian yang di uji mempunyai kandungan karbon yang berbeda-beda. Semakin tinggi kandungan karbon maka akan semakin tinggi tingkat kekerasannya serta mempengaruhi sifat fisis besi cor kelabu. Kata kunci : Solidifikasi, molding FCD, spectrometer, struktur mikro, kekerasan.
viii
PENGARUH LAPISAN KARBON PADA CETAKAN PERMANEN TERHADAP DISTRIBUSI KEKERASAN GRINDING CYL
DENGAN MATERIAL BESI COR KELABU Husen Muhammad Assrofi, Agus Yulianto
Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. A Yani Tromol Pos I Pabelan Kartasura
e-mail: husenmuhammad284@gmail.com
ABSTRACT
The research aims to determine the effect of the carbon coating on the solidification of gray cast iron in a permanent mold for the initial tapping. This research uses a permanent mold cast iron ductile (FCD). This research methodology was conducted with cast iron melting in induction furnace and the is poured in the mold FCD coated carbon to create gray cast iron specimens were then tested the physical properties and mechanical. The testing in the form of liquid grey cast iron CE Meter test equipment spectrometer then in the micro hardness tester and photos are taken from the direct contact with the air and direct contact the mold FCD.
The result of the research is a chart obtained from CE Meter indicates the temperature 1260.3°C during tapping intial cast in the mold begins on the chart that reads CE Meter decrease temperature of solid 1118.7°C so that the value CEL= 4,47% ; C= 3,98% and SI= 1,86% where in iron solid starts but still the red until 1060°C temperature and hardened whitin 180 seconds, while the result of chemical composition in the form of solid or solid among others : Fe 93,26% ; C 3,06% ; Si 1,80% and other elements below 1%. Test result microstructure in the section of the specimen hardness test looks graphite and cementite and hardness test result A=82.54, 90.15, 91.27, 87.60, 86.09. B=86.60, 90.44, 90.03, 88.77, 88.60. C=92.07, 96.20, 96.66, 88.38, 90.83. and D= 96.12, 92.85, 92.28, 93.81, 94.50 and specimens at the highest hardness rate in the C3 at 96.66 , while the price of the A1 82.54 based on this data we can conclude that each part has a varied level of hardness, because each point or section in the test has a carbon content of different the higher the carbon content. The higher the level of hardness and influence the nature of fission gray cast iron.
Keyword : solidification, molding FCD, spectrometer, microstructure, hardness.
ix
HALAMAN PERSEMBAHAN
Assalamu’alaikum Wr.Wb
Syukur Alhamdulillah, dipanjatkan kehadirat Allah SWT atas berkah dan rahmat-Nya, Beserta Rasulnya. Alhamdulillah penulis selalu bersyukur ataskemampuan sederhana yang dimiliki. Rasa bangga, terharu, serta bahagia atas karunia dan kemudahan yang Engkau berikan akhirnya skripsi yang sederhana ini dapat terselesaikan. Kupersembahkan karya sederhana ini kepada orang yang sangat kukasihi dan kusayangi.
„‟Ayahanda dan Ibunda Tercinta‟‟
Kepada ayahanda (Edy Joko Santoso) dan ibunda (Surati) tercinta. Sebagai tanda bakti, hormat dan rasa terimakasih yang tiada terhingga aku persembahkan karya sederhana ini sebagai rasa bahagia serta terima kasihku atas segala kasih sayang, nasehat, motivasi, doa yang tiada henti engkau panjatkan, dukungan yang nyata serta cinta kasih tiada terhingga yang selama ini Ayahanda dan Ibunda berikan kepada anakmu ini. Semoga dengan karya sederhana ini menjadi langkah awal untuk membuat Ayah dan Ibu bahagia.
x „‟Kakakku Tersayang‟‟
Terima kasih untuk kakakku (Lupi Kumala Sari) tersayang, tingkah nakalmu terkadang membuat jengkel tetapi atas doa dan dukungan membuat adikmu ini menjadi lebih semangat untuk menyusun skripsi hingga selesai. Mohon maaf apabila adikmu ini belum dapat menjadi panutan yang baik tetapi akan berusaha menjadi adik yang terbaik.
„‟My Best Friend‟s‟‟
Untuk sahabat seperjuangan skripsiku (Martha dan Endy) terima kasih atas bantuan,nasihat, doa, hiburan, ejekan dan semangat yang telah kalian berikan selama pengerjaan skripsi ini. Serta untuk sahabat kuliahku yang terutama (Angga, Deni, Pedri, Satria) yang selalu memberikan masukan dan meluangkan waktu untuk mengajari saya apabila mengalami kesulitan dalam pembuatan skripsi ini, aku ucapkan terimakasih atas bantuan dan doa kalian semoga persahabatan ini selamanya. Teman-teman teknik mesin UMS 2012 yang aku tidak bisa sebutkan namanya satu persatu aku ucapkan terimakasih atas bantuan kalian semoga keakraban kita selalu terjaga. Amiin.. (M Solidarity)
xi „‟Dosen Pembimbing Tugas Akhirku‟‟
Bapak Agus Yulianto , ST. MT selaku dosen pembimbing tugas akhir saya, terima kasih banyak atas waktu, bimbingan, dan ilmu yang selama ini bapak berikan kepada saya selama pengerjaan tugas akhir ini. Semoga bapak beserta keluarga diberikan kesehatan selalu dan rejeki yang berlimpah oleh Allah SWT. Amiin.
xii
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Wr.Wb
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
“PENGARUH LAPISAN KARBON PADA CETAKAN PERMANEN TERHADAP DISTRIBUSI KEKERASAN GRINDING CYL DENGAN MATERIAL BESI COR KELABU” dengan baik dan tepat pada waktunya.
Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Allah SWT, atas segala limpahan rahmatnya sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini.
2. Bapak Tri Widodo Besar R, ST.,M.Sc.,Ph.D.selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta.
3. Bapak Ir. Sunardi Wiyono, M.T. selaku Koordinator Tugas Akhir. 4. Bapak Agus Yulianto , ST. MT.selaku Dosen Pembimbing utama
Tugas Akhir yang telah banyak memberikan arahan dan bimbingan kepada penulis.
5. Bapak Mohammad Alfatih Hendrawan, ST, ST.selaku dosen Pembimbing Akademik yang memberikan arahan dan semangat kepada penulis.
6. Laboratorium Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta yang telah memberikan pengalaman yang bermanfaat.
xiii
7. Kedua orang tua serta semua keluarga yang telah membesarkan, mendo’akan memotivasi serta membiayai semua kebutuhan penulis sampai sekarang.
8. Sahabat dalam penelitian maupun penulisan Martha dan Endy.
9. Rekan-rekan Teknik Mesin khususnya angkatan 2012 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.
Akhirnya apabila ada kritik dan saran yang sifatnya membangunakan penulis terima dengan senang hati demi sempurnanya laporan ini.
Wassalamu’alaikumWr.Wb
Surakarta, 2017
xiv
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... ...i
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ... ..ii
HALAMAN PERSETUJUAN ... .iii
HALAMAN PENGESAHAN ... .iv
LEMBAR SOAL ... ..v
LEMBAR MOTTO ... .vi
ABSTRAK ... vii
HALAMAN PERSEMBAHAN ... .ix
KATA PENGANTAR ... xii
DAFTAR ISI ... .xiv
DAFTAR GAMBAR ... .xvi
DAFTAR TABEL ... xviii
DAFTAR SIMBOL ... .xix
DAFTAR LAMPIRAN……….xx BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... ..1 1.2 Rumusan Masalah………….………2 1.2 Batasan Masalah ... ..3 1.3Tujuan Penelitian ... ..3 1.4 Manfaat Penelitian ... ..4 1.5 Sistematika Penulisan ... ..4
BAB IILANDASAN TEORI 2.1 Tinjauan Pustaka ... ..6
2.2Dasar Teori ... ..9
2.2.1 Tanur Induksi ... ..9
2.2.2 Pola ... ..9
2.2.3 Pasir Cetak CO2 ... 10
xv
2.2.5 Pengecoran Logam ... 14
2.2.6 Solidifikasi Logam ... 14
2.2.7 Klarifikasi Besi Cor ... 15
2.2.8 Besi Cor Paduan ... 18
2.2.9 Pengaruh Kandungan Unsur Pada Struktur Besi Cor ... 18
2.2.10 Diagram Keseimbangan Besi-Karbon ... 21
2.2.11 Diagram Transformasi Untuk Pendinginan CCT (Continuous Cooling Transformation)…………23
2.2.12 Carbon Equivalent Value (CE)……….24
2.2.13 Struktur Mikro Besi Cor………..25
2.2.14 Sifat Fisis Pada Besi Cor Kelabu……….27
2.2.15 Sifat Mekanis Pada Besi Cor Kelabu………..29
BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Diagram Alir Penelitian ... 32
3.2 Penyiapan Alat dan Bahan ... 33
3.3 Proses Pengecoran Paduan Besi Cor Kelabu ... 37
3.4 Persiapan Benda Uji... 42
3.5 Pengujian Spesimen ... 45
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Penelitian ... 52
4.1.1 Hasil Uji CE Meter ... 52
4.1.2 Pengujian Kekerasan ... 54
4.1.3 Hasil dan pembahasan foto micro……….59
4.1.4 Penelitian Komposisi Kimia………64
BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ... 65
5.2 Saran ... 67 DAFTAR PUSTAKA
xvi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Tungku Induksi (CV. Bonjor Jaya Klaten, 2017) ... ..9
Gambar 2.2 Pasir Cetak CO2……….. 11
Gambar 2.3 Cetakan Permanen ... 14
Gambar 2.4 Diagram Keseimbangan Besi-Karbon ... 21
Gambar 2.5 Diagram CCT Untuk Besi Cor (ASM Handbook, volume 4 Heat Treating, 1991) ... 24
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian ... 32
Gambar 3.2 Cetakan (FCD) ... 33
Gambar 3.3 Pemanas Dengan Arang ... 33
Gambar 3.4 Frame ... 33
Gambar 3.5 Pyrometer Laser ... 34
Gambar 3.6 CE Meter ... 34
Gambar 3.7 Tungku Induksi ... 34
Gambar 3.8 Mesin Amplas ... 35
Gambar 3.9 Alat Uji Micro Rockwell ... 35
Gambar 3.10 Alat Uji Komposisi Kimia ... 35
Gambar 3.11 Alat Uji Foto Micro ... 36
Gambar 3.12 Wire Cut ... 36
Gambar 3.13 Pemanasan Dengan Arang ... 37
Gambar 3.14 Pelapisan Molding Dengan Karbon ... 38
Gambar 3.15 Penuangan Logam Cair ke Cup CE Meter ... 38
Gambar 3.16 Penuangan Logam Cair ke Cetakan ... 39
Gambar 3.17 Proses Solidifikasi ... 39
Gambar 3.18 Pendinginan Dengan Udara Bebas ... 40
Gambar 3.19 Dimensi Spesimen ... 40
Gambar 3.20 Gambar Teknik Potongan Spesimen ... 41
Gambar 3.21 Hasil Pemotongan Dengan Wire Cut ... 41
xvii
Gambar 3.23 Mesin Grinding (Polman Ceper, 2017) ... 43
Gambar 3.24 Prinsip Kerja Rokwell Hardness Tester (HRB) ... 47
Gambar 3.25 Alat Uji Kekerasan Rockwell Hardness Tester (Lab Bahan Polman Ceper, 2017) ... 47
Gambar 3.26 Olympus Metallurgical Microscope dan Olympus Photomicrographic System (Lab Bahan Polman, 2017 ... 49
Gambar 3.27 Pemasangan Spesimen ke Detector ... 51
Gambar 3.28 Spectrometer (Lab Bahan Polman Ceper, 2017) ... 51
Gambar 4.1 Grafik Hasil Uji Peleburan ... 52
Gambar 4.2 Gambar Keseimbangan Besi-Karbon………...52
Gambar 4.3 Bagian Yang Di Uji Kekerasan (Rockwell) ... 54
Gambar 4.4 Diagram Harga Kekerasan Bagian A ... 55
Gambar 4.5 Diagram Harga Kekerasan Bagian B ... 56
Gambar 4.6 Diagram Harga Kekerasan Bagian C ... 57
Gambar 4.7 Diagram Harga Kekerasan Bagian D ... 58
Gambar 4.8 Hasil Foto Micro Bagian A1,A2,A3,A4,A5 Dengan Pembesaran 200x ... 60
Gambar 4.9 Hasil Foto Micro Bagian B1,B2,B3,B4,B5 Dengan Pembesaran 200x ... 61
Gambar 4.10 Hasil Foto Micro Bagian C1,C2,C3,C4,C5 Dengan Pembesaran 200x ... 61
Gambar 4.11 Hasil Foto Micro Bagian D1,D2,D3,D4,D5 Dengan Pembesaran 200x ... 62
xviii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Standar Besi Cor Kelabu Menurut JIS ... 16 Tabel 4.1 Hasil Pengujian Kekerasan Rockwell Menggunakan
Karbon pada Bagian A..………..55 Tabel 4.2 Hasil Pengujian Kekerasan Rockwell Tidak
Menggunakan Karbon pada Bagian A………55 Tabel 4.3 Hasil Pengujian Kekerasan Rockwell Menggunakan
Karbon pada Bagian B ……….……….56 Tabel 4.4 Hasil Pengujian Kekerasan Rockwell Tidak
Menggunakan Karbon pada Bagian B………56 Tabel 4.5 Hasil Pengujian Kekerasan Rockwell Menggunakan
Karbon pada Bagian C ……….57 Tabel 4.6 Hasil Pengujian Kekerasan Rockwell Tidak
Menggunakan Karbon pada Bagian C………57 Tabel 4.7 Hasil Pengujian Kekerasan Rockwell Menggunakan
Karbon pada Bagian D ……….58 Tabel 4.8 Hasil Pengujian Kekerasan Rockwell Tidak
Menggunakan Karbon pada Bagian D………58 Tabel 4.5 Hasil Pengujian Komposisi Kimia Bagian Atas………64
xix
DAFTAR SIMBOL
CEV = Carbon Equivalent Value
C = Kandungan Karbon (%) Si = Kandungan Silikon (%) P = Kandungan Fosfor (%)
xx
DAFTAR LAMPIRAN
ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences Pengujian Metalografi
Pengujian Kekerasan Rockwell Pengujian Komposisi Kimia
