pengaruh perbedaan material daur ulang …eprints.ums.ac.id/72365/11/naskah publikasi.pdf · lantak...
TRANSCRIPT
0
PENGARUH PERBEDAAN MATERIAL DAUR ULANG
ALUMUNIUM TERHADAP HASIL CORAN
PADA PEMBUATAN PISTON
DENGAN CETAKAN PASIR
Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi Strata I
pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Oleh :
CANDRA PUTRA FREDYANTO
D200 12 0023
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2019
1
PENGARUH PERBEDAAN MATERIAL DAUR ULANG ALUMUNIUM
TERHADAP HASIL CORAN PADA PEMBUATAN PISTON
DENGAN CETAKAN PASIR
Abstrak
Penenelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh perbedaan material daur
ulang alumunium terhadap penyusutan, kekerasan, porositas, densitas, dan
struktur mikro dari benda hasil pengecoran dengan bahan alumunium yang
berbeda. Pengujian yang dilakukan adalah pengujian komposisi kimia dengan
dengan standar ASTM E-1251, pengujian struktur mikro dengan standar ASTM
E3, dan pengujian kekerasan dengan standar ASTM E18-15. Hasil pengujian nilai
penyusutan terbesar pada material block mesin sebesar 1,08%, dilanjutkan dengan
material piston 0,99%, dan penyusutan terkecil pada material lantak 0,87%. Pada
nilai densitas didapat nilai densitas terbesar pada material block mesin sebesar
2,62 g/cm3, kemudian piston 2,43 g/cm3, dan nilai terkcil pada lantak 2,23 g/cm3.
Pada pengujian komposisi kimia blok mesin mengandung unsur Al 84,94% dan
unsur Si 10,27%, piston mengandung unsur Al 85,67% dan unsur Si 11,22%, dan
lantak mengandung unsur Al 89,13% dan unsur Si 7,8%. Pada pengujian
kekerasan menggunakan alat uji kekerasan rockwell didapat nilai kekerasan
tertinggi pada block mesin dengan nilai 56,5 HRB, dilanjutkan dengan piston 30,2
HRB, dan nilai terkecil pada lantak 13,7 HRB. Dari pengujian foto mikro
didapatkan hasil kekerasan terbesar ada dalam semakin rapatnya unsur padauan
yang tersusun. Perbedaan kekerasan pada perbedaan material bahan bekas dari
unsur Al dan paduannya, sehingga berpengaruh pada nilai penyusutan. Semakin
besar nilai penyusutan maka semakin besar juga nilai densitasnya.
Kata Kunci : Pengecoran Alumunium, Daur ulang alumunium
Abstract
This study aims to determine the effect of differences in aluminum recycled
material on shrinkage, hardness, porosity, density, and microstructure of casting
products with different aluminum materials. The test is testing chemical
composition with ASTM E-1251 standard, testing microstructure with ASTM E3
standard, and testing hardness with ASTM E18-15 standard. The test results of the
largest shrinkage value in the engine block material is 1.08%, followed by piston
material 0.99%, and the smallest shrinkage in the material is 0.87%. At the density
value obtained the largest density value on the engine block material is 2.62
g/cm3, then the piston is 2.43 g/cm3, and the crushed value is 2,23 g/cm3. In
testing the chemical composition of the engine block contains 84.94% Al
elements and 10.27% Si elements, the piston contains 85.67% Al elements and
11.22% Si elements, and the trace contains 89.13% Al elements and 7,8% Si
elements. In the hardness test using rockwell hardness test, the highest hardness
value was obtained on the engine block with a value of 56.5 HRB, followed by a
piston of 30.2 HRB, and the smallest value was 13.7 HRB in stroke. From micro
photo testing the results of the biggest hardness were found in the increasingly
2
tightly arranged elements. The difference in the hardness of differences in used
material from Al elements and their alloys, so that it affects the depreciation
value. The greater the value of depreciation, the greater the value of its density.
Keywords : Cast Aluminum, Aluminum Recycling
1. PENDAHULUAN
Industri pengecoran logam tumbuh seiring dengan perkembangan teknik dan
metode pengecoran serta berbagai model produk cor yang membanjiri pasar
domestik. Produk cor banyak dipergunakan dalam kehidupan sehari-hari mulai
dari perabotan rumah tangga, komponen otomotif, pompa air sampai propeller
kapal. Permintaan pasar akan produk logam cor yang prospektif dan luas ini,
kurang diimbangi dengan peningkatan kualitas produk. (Hidayat, 2010)
Daur ulang aluminium sangatlah menguntungkan dari segi ekonomis, daur
ulang aluminium lebih murah karena jika mengekstrak logam ini dari bijih
aluminium sangatlah mahal, mencemari lingkungan, mengkonsumsi sejumlah
besar energi, dan aluminium daur ulang menjadi bagian dari siklus yang dapat
terjadi berulang-ulang tanpa kehilangan sifat-sifatnya. Oleh karena itu perlu
dilakukannya pengujian untuk menganalisa besarnya porositas yang terjadi agar
dapat meningkatkan kualitas produk hasil pengecoran. Perhitungan dilakukan
dengan menggunakan bahan dasar berupa limbah kaleng minuman, rumah tangga,
velg, dan blok mesin yang dicor dengan metode sand casting. (Fasya & Iskandar,
2015)
Sand Casting adalah proses manufaktur suatu alat yang menggunakan pasir
sebagi media cetakan, istilah “Sand Casting” sendiri dapat di istilahkan sebagai
benda hasil dari proses penyetakan pasir, bahan dasar dalam pengecoran sendiri
bisa berbagai macam, yang terdiri dari kelompok logam fero dan non fero tapi
pada kali ini bahan dasar yang akan digunakan adalah logam non fero alumunium.
Berdasarkan latar belakang diatas, penelitian ini berkonsentrasi pada:
Kecepatan penuangan logam cair dianggap seragam, Cetakan yang digunakan
adalah cetakan pasir merah, Uji komposisi kimia menggunakan alat uji
Spektrometer (ASTM E-1251) Pengujian kekerasan menggunakan uji kekerasan
3
Rockwall (ASTM E18-15), Pengujian struktur mikro hasil coran menggunakan
Mikroskop Metalografi (ASTM E3).
Tujuan penelitian ini adalah :Meneliti pengaruh variasi bahan bekas piston,
blok mesin, dan daur ulang paduan terhadap keutuhan produk, terjadinya cacat
penyusutan, cacat porositas produk cor alumunium, Meneliti pengaruh variasi
bahan bekas piston, blok mesin, dan daur ulang paduan terhadap distribusi
kekerasan produk cor alumunium, Meneliti pengaruh variasi bahan bekas piston,
blok mesin, dan daur ulang paduan terhadap distribusi struktur mikro produk cor
alumunium.
Melakukan penelitian tentang pembuatan prototipe piston komposit dari
limbah piston dengan penambahan silikon karbida (SiC) dan magenesium
menggunakan metode stir casting dan squeeze casting. Tekanan squeeze casting
dengan variasi 400, 600, dan 800 MPa. Hasil pengujian komposisi kimia perlu
penambahan material silikon karbida (SiC) dan Magnesium (Mg) untuk
menambah kekuatan mekanis. Hasil strukturmikro mendukung terhadap hasil
kekerasan sebesar 76 HRB. maka bisa direkomendasikan untuk pembuatan
prototipe piston komposit (Radimin dan Abdillah, 2014).
Melakukan penelitian tentang besarnya porositas yang terjadi agar dapat
meningkatkan kualitas produk hasil pengecoran. Perhitungan dilakukan dengan
menggunakan bahan dasar berupa limbah kaleng minuman, rumah tangga, velg,
dan blok mesin yang dicor dengan metode sand casting. Pengujian yang dilakukan
dengan uji densitas untuk menetukan porositas. Hasil dari penelitian menunjukkan
bahwa untuk nilai dari porositas tertinggi terdapat pada spesimen kaleng dengan
densitas 2,58 gr/cm3 yaitu sebesar 11,94%, kemudian disusul limbah velg dengan
densitas 2,61 g/cm3 yang porositasnya 10,92%. Untuk limbah blok mesin dan
rumah tangga nilai porositasnya sebesar 7,16% dan 5,64%. (Fasya dan Iskandar,
2015).
2. METODE
Tahapan yang dilakukan dalam pengerjaan penelitian adalah sebagai berikut :
Mempersiapkan alat dan bahan yang digunakan untuk penelitian, Pembuatan pola,
4
Membuat potongan limbah alumunium, Pembuatan pola, Membuat cetakan
specimen sesuai dengan variasi ditentukan, Proses manufaktur, Pemotongan
spesimen sesuai standar, Melakukan pengujian specimen, Analisa data dari
pengujian specimen
Bahan yang perlu dipersiapkan dalam penelitian dala penelitian ini adalah
: Pasir lempung, Alumuniun bekas dan Kalsium karbonat (CaCO3).
Peralatan yang perlu dipersiapkan dalam penelitian ini adalah : Skop,
penumbuk, tabung silinder, kowi, kerangka kotak, pola, saringan, dapur pelebur.
Untuk melakukan pengujian peralatan yang digunakan adalah : Gelas ukur,
jangka sorong, alat uji spektrometer, alat uji kekerasan, alat uji mikroskop
metalografi dan timbangan digital.
Gambar 1. Diagram Alir Penelitian
5
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada penelitian ini perbedaan bahan baku alumunium digunakan untuk
mengetahui penyusutan dari hasil cor pada setiap variasi. Analisa penyusutan ada
dua tahap yaitu pengukuran benda asli dan spesimen selanjutnya menghitung
presentase penyusutan produk cor.
Tabel 1. Presentase penyusutan dalam persen (%)
Posisi Asli Block S(%) Piston S(%) Lantak S(%)
1 60,30 60,00 0,50% 60,05 0,41% 60,10 0,33%
2 60,60 60,45 0,25% 60,50 0,17% 60,50 0,17%
3 60,70 60,10 0,99% 60,10 0,99% 60,20 0,83%
4 45,70 45,40 0,66% 45,30 0,88% 45,30 0,88%
5 37,00 36,80 0,54% 36,80 0,54% 36,80 0,54%
6 8,40 8,10 3,57% 8,15 2,98% 8,20 2,44%
Rata-
rata 1,08%
0,99%
0,87%
Gambar 2 Diagram persentase penyusutan variasi bahan daur ulang.
Dari gambar diatas dapat diketahui bahwa bahan daur ulang dari block
mesin presentase penyusutan yaitu 1,08%, bahan daur ulang piston sebesar
0,67%, dan penyusutan bahan daur ulang dari lantak sebesar 0,87%. Data di atas
dapat di ambil bahwa penyusutan tertinggi pada bahan daur ulang block mesin,
dan penyusutan terendah pada bahan daur ulang piston. Hal ini disebabkan oleh
banyaknya logam menyusut selama pembekuan, karena unsur paduan logam yang
berbeda sangat mempengaruhi nilai presentase penyusutan.
1,08% 0,99%
0,87%
0,00%0,10%0,20%0,30%0,40%0,50%0,60%0,70%0,80%0,90%1,00%1,10%1,20%
Block Piston Lantak
Rat
a -
rata
Pen
yusu
tan
Bahan Daur Ulang
6
Pada penelitian ini perbedaan bahan baku alumunium digunakan untuk
mengetahui nilai kerapatan dari hasil cor pada setiap variasi.
Tabel 2. Hasil uji density (g/cm3)
NAMA SPESIMEN No. PENIMBANGAN
(gram)
VOLUME
(ml)
DENSITY
(ρ)
BLOCK MESIN
1 7 3 2,33
2 6 2 3,00
3 8 3 2,67
4 14 6 2,33
5 10 5 2,00
6 6 2 3,00
7 6 2 3,00
Rata - rata 2,62
PISTON
1 7 3 2,33
2 5 2 2,50
3 11 5 2,20
4 14 6 2,33
5 8 3 2,67
6 4 2 2,00
7 6 2 3,00
Rata - rata 2,43
LANTAK
1 6 3 2,00
2 4 2 2,00
3 9 4 2,25
4 14 6 2,33
5 10 4 2,50
6 5 2 2,50
7 6 3 2,00
Rata - rata 2,23
Gambar 3. Grafik Hasil Uji Density
2,62
2,43
2,23
2,00
2,10
2,20
2,30
2,40
2,50
2,60
2,70
block mesin piston lantak
Densitas (
p)
Bahan Daur Ulang
7
A B C
Porosita
s
10mm 10mm 10mm
Dari gambar diatas menjelaskan hasil pengujian density dapat diketahui
nilai tertinggi pada bahan daur ulang dari block mesin sebesar 2,62 g/cm3 dan
bahan daur ulang dari piston sebesar 2,43 g/cm3 dan nilai density terendah pada
bahan daur ulang dari lantak sebesar 2,23 g/cm3. Semakin tinggi nilai density
maka semakin tinggi kepadatan specimen. Sebaliknya, semakin rendah nilai
density maka semakin rendah pula kepadatan spesimenya. Sehingga specimen
dengan bahan daur ulang dari block mesin memiliki kepadatan paling tinggi
dibandingkan dengan specimen yang bahan daur ulang dari lantak dan piston.
Pengamatan ini dilakukan untuk mengetahui cacat porositas pada spesimen.
Gambar 4. Perbandingan porositas specimen foto makro (A) bahan daur
ulang block mesin (B) bahan daur ulang piston (C) bahan daur ulang
lantak.
Dari gambar diatas dapat diketahui porositas tertinggi pada bahan daur
ulang lantak kemudian diikuti specimen bahan daur ulang piston. Kemudian cacat
porositas terendah pada specimen bahan daur ulang block mesin.
Pengujian komposisi kimia dengan menggunakan alat uji Spectrometer.
Pada pengujian komposisi ini alat dapat melakukan pembacaan secara otomatis
sehingga dideteksi beberapa jenis-jenis unsur kimia, dan berikut adalah data dari
hasil komposisi kimia
Tabel 3. Hasil uji komposisi kimia bahan daur ulang Block mesin, Piston, dan
Lantak
Paduan Al Si Fe Cu Mn Mg Zn Ti Ni
Block
Mesin 84,940 10,270 1,350 2,155 0,227 0,041 0,841 0,038 0,069
Piston 85,670 11,220 0,632 1,161 0,185 0,144 0,108 0,047 0,793
Lantak 89,130 7,800 0,608 0,978 0,124 0,024 1,188 0,060 0,033
8
Gambar 5 Diagram persentase Al dari
hasil uji komposisi kimia bahan daur
ulang Block mesin, Piston, dan Lantak.
Gambar 6 Diagram persentase Si dan
Cu dari hasil uji komposisi kimia bahan
daur ulang Block mesin, Piston, dan
Lantak.
Dari hasil pengujian komposisi kimia unsur yang ada dari proses daur ulang
block mesin dan piston termasuk logam paduan Alumunium paduan Silikon dan
Tembaga (Al-Si-Cu) dengan nilai (Al) 84,94%, (Si) 10,27%, (Cu) 2,15%, dan (Al)
85,67%, (Si) 11,22%, (Cu) 1,16%, sedangkan dari proses daur ulang lantak di
dapatkan perbedan paduan yaitu Alumunium paduan Silikon dan Seng (Al-Si-Cu)
dengan nilai (Al) 89,13%, (Si) 7,8%, (Cu) 0,978%.
Hasil pengujian kekerasan termasuk pengujian terhadap sifat mekanik,
secara umum kekerasan adalah ketahanan suatu materian terhadap deformasi
plastis. Hasil uji kekerasan ditampilkan dalam bentuk tabel sebagai berikut :
Tabel 4. Hasil Uji Kekerasan Block mesin
Titik Indentor Bola
Baja (inchi)
Beban
Mayor (kgf) HRB
Rata-rata
HRB
Rata-rata
BHN
1 1/16 100 56,9
56,5 90,5
2 1/16 100 56,9
3 1/16 100 57,6
4 1/16 100 57,5
5 1/16 100 56,7
6 1/16 100 53,5
Tabel 5. Piston
Titik Indentor Bola
Baja (inchi)
Beban
Mayor (kgf) HRB
Rata-rata
HRB
Rata-rata
BHN
1 1/16 100 23,5
30,2 67,2
2 1/16 100 28,2
3 1/16 100 26,1
4 1/16 100 36,3
5 1/16 100 40,2
6 1/16 100 26,7
84,94% 85,94%
89,13%
82,00%
84,00%
86,00%
88,00%
90,00%
Piston
Pers
enta
se (
%)
Bahan Daur Ulang
10,27% 11,22%
7,80%
2,14% 1,16% 0,98%
0,00%
2,00%
4,00%
6,00%
8,00%
10,00%
12,00%
BlockMesin
Piston LantakPers
enta
se (
%)
Bahan Daur Ulang
Si
9
Tabel 6.Lantak
Titik Indentor Bola
Baja (inchi)
Beban
Mayor (kgf) HRB
Rata-rata
HRB
Rata-rata
BHN
1 1/16 100 12,8
13,7 58,7
2 1/16 100 12,2
3 1/16 100 15,7
4 1/16 100 12,6
5 1/16 100 14,1
6 1/16 100 14,9
Dari grafik diatas dapat diketahui bahan daur ulang dari block msin
mempunyai nilai kekerasan Rockwell tertinggi yaitu 56,5 HRB dan bahan daur
ulang dari piston sebesar 30,2 HRB , dan nilai terendah pada bahan daur ulang
dari lantak yaitu sebesar 13,7 HRB. Hal tersebut terjadi karena cacat porositas dan
unsur penusunnya menyebabkan kekerasan logam berkurang. Spesimen dengan
bahan daur ulang dari block mesin memiliki kekerasan tertinggi karena persentase
porositasnya rendah dan unsur paduan Cu paling besar dibanding dengan bahan
daur ulang lainnya.
Pengamatan strukrtur mikro dilakukan menurut standar pengujian
metalografi untuk bahan aluminium dengan pembesaran 200x, dan 500x diperoleh
gambar tampilan seperti yang terlihat pada gambar 7 dan gambar 8.
Gambar 7. Perbandingan foto mikro pada pembesaran 200x. (A) bahan daur ulang
Block mesin, (B) bahan daur ulang Piston, (C) bahan daur ulang Lantak
Gambar 8. Perbandingan foto mikro pada pembesaran 500x. (A) bahan daur ulang
Block mesin, (B) bahan daur ulang Piston, (C) bahan daur ulang Lantak.
10
Struktur mikro yang ada terdiri dari unsur Si (silicium/silikon) dan Al
(aluminium). Unsur Si (hitam) berbentuk kecil memanjang seperti jarum,
sedangkan unsur Al berupa burupa butiran besar berwarna putih.
4. PENUTUP
Hasil dari analisa, pengujian komposit dan pembahasan, maka dapat ditarik suatu
kesimpulan yaitu: Dari hasil pengujian penyusutan bahwa hasil rata – rata
penyusutan paling besar yaitu pada bahan daur ulang block mesin sebesar 1,08%,
sedangkan untuk bahan daur ulang piston sebesar 0,99%, dan rata – rata paling
kecil yaitu pada bahan daur ulang lantak sebesar 0,87%. Dari hasil pengujian
density bahwa nilai paling tinggi yaitu pada bahan daur ulang block sebesar 2,62
g/cm3, sedangkan untuk bahan daur piston sebesar 2,43 g/cm3, dan nilai rata –
rata terkecil yaitu pada bahan daur ulang lantak sebesar 2,23 g/cm3. Dari hasil
pengamatan bahwa cacat porositas terbesar pada specimen bahan daur ulang
piston dilanjutkan dengan specimen bahan daur ulang lantak dan nilai terkecil
terlihat pada bahan daur ulang block mesin, Dari hasil pengujian komposisi kimia
unsur yang ada dari proses daur ulang block mesin dan piston termasuk logam
paduan Alumunium paduan Silikon dan Tembaga (Al-Si-Cu) dengan nilai (Al)
84,94%, (Si) 10,27%, (Cu) 2,15%, dan (Al) 85,67%, (Si) 11,22%, (Cu) 1,16%,
sedangkan dari proses daur ulang lantak di dapatkan perbedan paduan yaitu
Alumunium paduan Silikon dan Seng (Al-Si-Cu) dengan nilai (Al) 89,13%, (Si)
7,8%, (Cu) 0,978%. Sehingga dari unsure yang ada pada material ini termasuk
logam alumunium paduan silicon (Al – Si), karena unsur silicon (Si) ada pada
setiap variasi bahan daur ulang dan merupakan paduan terbesar, Dari hasil
pengujian kekerasan bahwa hasil rata – rata nilai tertinggi yaitu bahan daur ulang
block mesin sebesar 56,5 HRB, sedangkan untuk bahan daur ulang piston sebesar
30,2 HRB, dan nilai paling rendah yaitu pada bahan daur ulang sebesar 13,7 HRB.
Pada pengujian struktur mikro terdiri dari unsur Alumunium (Al) dan Silikon (Si).
Unsur Alumunium (Al) berupa butiran besar berwarna putih, sedangkan Silikon
(Si-Cu) berbentuk kecil memanjang seperti jarum.
Dalam penelitian selanjutnya, penulis mempunyai beberapa saran yang
mungkin dapat digunakan untuk mengembangkan penelitian antara lain: Pada saat
akan memulai proses pembuatan produk, alangkah baiknya supaya mempelajari
11
teknik-teknik dan prosedur yang digunakan pada proses pengecoran logam, agar
pada saat melakukan pembuatan produk tidak terjadi kekeliruan dan didapat
produk yang memuaskan, Pada saat melakukan pengujian supaya ditempat yang
terpercaya dan alat pengujianya terbaru agar mendapatkan data yang valid,
Alangkah baiknya supaya data – data yang di dapat di lakukan kajian kembali
supaya data dan hasil yang di dapat lebih sempurna.
DAFTAR PUSTAKA
ASM Hand Book Volume 3, 1994,”Alloy Phase Diagrams”.
Avner, Sidney H., 1974. “Introduction to physical Metallurgy”, McGrow Hill
Internasional Edition, New York.
Brown, JR. (2001). “Foseco Non-Ferrous Foundryman’s Handbook, Eleveth
Edition, Oxford: Butterworth-Heinemann”.
Choirul Amshori, Nanda., 2014 “Proses Pengecoran (bagian 2)”,
www.nandachoirul.blogspot.com/2014/10/proses-pengecoran-bagian-2-
pola.
Diana,Hernandez., 2016, “Hardness Conversion Chart”,
www.carbidedepot.com/formulas-hardness.htm
Fasya, F. Dan Iskandar, N.,2015, “Melt Loss Dan Porositas Pada Aluminium
Hasil Daur Ulang”, Universitas Diponegoro. Semarang.
Groover M.P., (2007), “Fundamentals of Modern Maufacturing” Wiley India:
Pvt. Limited.
Husband T., (2012), “ChemMatters: Recycling Aluminium A Way of Life or A
Lifestyle?” United Kingdom.
Internasional Alumunium Institute, 2009 “Global alumunium recycling: A
cornerstone of sustainnable developments”.
www.word-alumunium.org/cache/fl0000181.pdf
John Green,2008 “Developing A Techology Roadmap For Automotive
Lightweighting Metals Recycling” Report dated December 2008.
Mondolfo, L.F., 1976, “Aluminium Alloys: Structure and Properties”,
Butterworths, London.
Oduori FM, Odera BO, Mbuya TO, Ng’ang’a SP. 2010. “Effective recycling of
cast aluminium alloys for small foundries”. JAGST 12(2):162–81
12
Radimin, dan Abdillah, F.,2014, “Studi Pengaruh Tekanan Dan Komposisi
Campuran Pada Prototipe Piston Komposit Dengan Penguat
Silikon Karbida (Sic) Menggunakan Metode Squeeze Casting”, IKIP
Veteran. Semarang.
Sari, Kurniya, R.P, dkk., 2016. “Pengaruh Unsur Silikon Pada Alumunium
Alloy (Al – Si) Terhadap Sifat Mekanis dan Struktur Mikro”,
Universitas Tarumanegara. Jakarta Selatan.
Simpson J., (1999), “Aluminium In the Construction Industry,” London:
Kawneer.
Surdia, T dan Saito, S., 1995, “Pengetahuan bahan teknik”, P.T. Pradnya
Paramitha,Jakarta.