STUDI PENGARUH VARIASI KOMPOSISI SEMEN DAN SERBUK KAYU PADA PASIR CETAK TERHADAP CACAT

POROSITAS DAN KEKASARAN PERMUKAAN HASIL PENGECORAN

ALUMINIUM ALLOY 6061

Program SarjanaJurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknologi IndustriInstitut Teknologi Sepuluh November

Surabaya2014

M. Fatkhur Rohman2111.106.010

Dosen Pembimbing :Indra Sidharta, ST, M.ScDr. Ir. Soeharto, DEA

Latar Belakang

Produk aluminium :

Pembentukan aluminium :

Latar Belakang (Lanj.)

Kualitas hasilcoran sand casting

Perancangansistem saluran

Komposisi pasircetak

Porositas

Permeabilitasyang buruk

Penambahanserbuk kayu

Perumusan Masalah

Bagaimana pengaruh variasi komposisi

semen dan serbuk kayu pada pasir cetak

terhadap cacat porositas dan kekasaran

permukaan hasil pengecoran aluminium

alloy 6061.

Batasan Masalah

• Pasir cetak memiliki komposisi dan permeabilitas yang homogen.

•Parting Line Gating System dan dianggap sudah ideal.

• Gaya gesek selama logam cair mengalir dianggap konstan.

• Temperatur logam cair dianggap sama dan konstan.

• Temperatur ruangan dianggap konstan.

• Logam cair dianggap sebagai Newtonian fluid dan Incompressible flow.

• Logam cair tidak dilakukan degassing

Tujuan Masalah

Untuk menganalisa pengaruh variasi

komposisi semen dan serbuk kayu pada

pasir cetak terhadap cacat porositas dan

kekasaran permukaan hasil pengecoran

aluminium alloy 6061

Manfaat Penelitian

Mengembangkan teori dalam

penggunaan variasi semen dan serbuk

kayu yang dapat digunakan oleh industri

pengecoran logam dengan bahan

aluminium.

Aluminium

Dipadukan dengan Cu, Mn, Si, Mg, Zn

Massa jenis ringan

Tahan korosi

Penghantar listrik yang baik

Kekuatan dan kekerasan yang rendah

Aluminium (Lanj.)

Klasifikasi dan simbol Aluminium

Sistem Saluran

Berdasarkan American Foundrymen’s Society (AFS), sistem saluran yang ideal adalah :

• Non pressurized dan gating ratio adalah 1 : 4 : 4

• Saluran turun yang digunakan adalah square tapered sprue

• Menggunakan cawan tuang

• Menggunakan sprue base

• Drag runner dan cope gate

• Menggunakan runner extension

Sistem Saluran (Lanj.)

Pasir Cetak

Syarat pasir cetak :1. Sifat mampu bentuk baik2. Permeabilitas yang cocok3. Besar butir yang cocok4. Tahan temperatur tinggi5. Mampu dipakai ulang dan

murah6. Mudah dalam pembongkaran

Komposisi Pasir Cetak

Pasir :1. Silika2. Zirkon3. Chromit

Pengikat :1. Semen2. Bentonit3. Resin 4. Air kaca

Pelarut : Air Bahan penambah :1. Tetes tebu2. Abu sekam3. Fly ash4. Serbuk kayu

Komposisipasir cetak

Serbuk Kayu

Pemanfaatan:1. Bahan campuran batako2. Briket arang3. Media tanam jamur4. Bahan campuran pasir cetak5. dll.

Limbah industri penggergajian kayu.Digunakan untuk menambah sifat mampu ambruk.

Semen

Keunggulan:1. Semakin lama semakin kuat2. Lebih mudah dalam pengerjaan3. Lebih mudah didapatkan di pasaran4. Tahan terhadap sulfat dan garam5. Lebih praktis dan ekonomis6. Dll.

Semen yang digunakan adalah PPC(SNI 15-0302-2004)

Permeabilitas

1. Bentuk butiran pasir2. Kehalusan pasir3. Kadar air4. Jumlah dan jenis bahan pengikat5. Cara pemadatan pasir

Dipengaruhi :

Kemampuan pasir cetak untuk mengalirkanudara melalui celah – celah pasir cetak

Porositas

Penyebab porositas:1. Temperatur tuang terlalu

tinggi2. Penuangan logam cair

terlalu cepat3. Permeabilitas pasir kurang

baik4. Cetakan yang masih

basah

Terjadi karena adanya gas hidrogen yang terjebak

selama proses pengecoran

Kekasaran Permukaan

Penyimpangan rata – rata aritmetik dari garis rata-rata profil. Dalam ISO 1302-1978 definisi ini digunakan untuk menetapkan harga.rata-rata kekasaran permukaan

Ketidakteraturan tekstur permukaan benda, yangdiakibatkan oleh perlakuan selama proses produksi.

Penelitian Terdahulu

Rizal Mahendra Pratama

Studi Eksperimen Pengaruh Jenis Saluran Pada Aluminium Sand Casting Terhadap Porositas Produk Toroidal Piston

Jenis Saluran Massa (gr) Volume (cm3) Porositas (%)

Top Gating 430,39 166,64 4,34

Bottom Gating 454,42 174,97 3,81

Parting – Line Gating

441,78 166,64 1,81

Penelitaian Terdahulu (Lanj.)

Arif Budianto

Pengaruh Kadar Semen Sebagai Pengikat Pasir Cetak Terhadap Cacat Permukaan Hasil Pengecoran Aluminium Paduan

KESIMPULAN :Prosentase luas cacat permukaan yang terjadi pada hasil coran cetakan pasir dengan kadar semen 6% antara 0,087566183% sampai dengan 0,253553017%.

Diagram Alir Penelitian

A

Diagram Alir Penelitian (Lanj.)A

Peralatan

Dial indicatorSliding weight scale Permeability meter

Universal sand strength machine Flowability testing fixtureGelas ukur

Perhitungan Sistem saluran

Tampak depan

Tampak samping

Uji Permeabilitas

Uji Permeabilitas

50mm

50mm

Dimensi spesimenuji permeabilitas

Dimana :P = Permeabilitas (cm/mnt)Q = Volume udara yang lewat melalui spesimen (cc)L = Panjang spesimen (5 cm)A = Luas penampang spesimen (19,625 sq cm)p = Tekanan udara (cm water)T = Waktu yang diperlukan untuk melelwatkan volume udara Q melalui spesimen (menit)

Uji Kompresi

Skala :1. Dry compression2. Dry shear3. Green compression4. Green shear

Pembuatan Cetakan

Proses Pengecoran

Uji Porositas

Dimana :P = Prosentase porositasVt = Volume total spesimen (cc)Ms = Massa spesimen (gr)ρ = Massa jenis spesimen (gr/cc)Vs = Volume shrinkage (cc)

Uji Kekasaran Permukaan

Dimana :Ra = nilai rata – rata aritmatik (µm)n = jumlah titik uji.

Data Uji Permeabilitas & Kompresi

No.Komposisi

Pasir Cetak

Permeabilitas (cm/mnt) Kompresi (kN/m2)

I II IIIRata

rataI II III

Rata

rata

1

Pasir silika 87%

Semen 6%

Air 6%

Serbuk kayu 1%

286,6 217,3 208 184,7 305 280 280 288,3

2

Pasir silika 86%

Semen 6%

Air 6%

Serbuk kayu 2%

222,6 205,9 225,6 218 300 265 200 255

3

Pasir silika 85%

Semen 6%

Air 6%

Serbuk kayu 3%

199,6 237,5 231,6 222,9 260 215 230 235

Data Uji Permeabilitas & Kompresi (Lanj.)

4

Pasir silika 84%

Semen 6%

Air 6%

Serbuk kayu 4%

223,2 252,4 236,4 237,3 100 225 285 203,3

5

Pasir silika 83%

Semen 6%

Air 6%

Serbuk kayu 5%

252,3 234,6 283,2 256,7 175 175 200 183,3

6

Pasir silika 82%

Semen 6%

Air 6%

Serbuk kayu 6%

264,5 277,7 259,7 267,3 150 140 240 176,7

Data Uji PorositasNo.

Komposisi

Pasir Cetak

Porositas

Prosentase (%) Gambar

1

Pasir silika 87%

Semen 6%

Air 6%

Serbuk kayu 1%

4,96404

2

Pasir silika 84%

Semen 6%

Air 6%

Serbuk kayu 4%

2,63008

3

Pasir silika 82%

Semen 6%

Air 6%

Serbuk kayu 6%

0,25236

Data Uji Kekasaran Permukaan

4

Pasir silika 87%

Semen 6%

Air 6%

Serbuk kayu 1%

2,004

5

Pasir silika 84%

Semen 6%

Air 6%

Serbuk kayu 4%

0,632

6

Pasir silika 82%

Semen 6%

Air 6%

Serbuk kayu 6%

0,06

Grafik Uji Permeabilitas

184,7

218 222,9237,3

256,7 267,3

0

50

100

150

200

250

300

1 2 3 4 5 6

Perm

eabi

litas

(cm

/mnt

)

Bubuk Kayu (% weight)

Grafik Uji Permeabilitas

Hasil :Nilai pengujian permeabilitas cenderung terjadi peningkatan seiringdengan bertambahnya serbuk kayu. Hal ini telah sesuai denganhipotesa, bahwasanya dengan penambahan serbuk kayu akanterjadi peningkatan nilai permeabilitas

Grafik Uji Kompresi

288,3255

235203,3

183,3 176,7

0

50

100

150

200

250

300

350

1 2 3 4 5 6

Kom

pres

i (kN

/m2 )

Bubuk Kayu (% weight)

Grafik Uji Kompresi

Hasil :Nilai pengujian kompresi cenderung berkurang seiring denganbertambahnya kayu. Hal ini telah sesuai dengan hipotesa,bahwasanya dengan penambahan serbuk kayu akan mengurangikekuatan dari pasir cetak.

Grafik Uji Porositas

4,96404

2,63008

0,25236

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

1 4 6

Poro

sita

s (%

)

Bubuk Kayu (% weight)

Grafik Uji Porositas

Hasil :Nilai pengujian porositas cenderung berkurang seiring denganbertambahnya serbuk kayu. Hal ini telah sesuai dengan hipotesa,bahwasanya dengan penambahan serbuk kayu akan mengurangicacat porositas

Grafik Uji Kekasaran Permukaan

2,004

0,631

0,060

0,5

1

1,5

2

2,5

1 4 6

Kek

asar

an P

erm

ukaa

n (µ

m)

Bubuk Kayu (% weight)

Grafik Uji Kekasaran Permukaan

Hasil :Nilai pengujian kekasaran permukaan cenderung berkurang seiringdengan bertambahnya serbuk kayu. Hal ini tidak sesuai dengan hipotesa,bahwasanya dengan penambahan serbuk kayu akan menambah niaikekasaran permukaan, akibat ikut terbakarnya permukaan pasir

Daerah Pasir yang TerbakarNo

Komposisi

Pasir CetakGambar Daerah Pasir yang Terbakar

1

Pasir silika 87%

Semen 6%

Air 6%

Serbuk kayu 1%

2

Pasir silika 84%

Semen 6%

Air 6%

Serbuk kayu 4%

Daerah Pasir yang Terbakar (Lanj.)

3

Pasir silika 82%

Semen 6%

Air 6%

Serbuk kayu 6%

Kesimpulan

1. Pada pengujian permeabilitas didapatkan nilai terkecil terletakpada komposisi serbuk kayu 1% dan nilainya sebesar 184,7cm/mnt, sedangkan nilai uji permeabilitas terbesar terletak padakomposisi serbuk kayu 6% dan nilainya sebesar 267,3 cm/mnt.Nilai uji permeabilitas tersebut cenderung bertambah seiringdengan bertambahnya serbuk kayu.

2. Pada pengujian kompresi didapatkan nilai terkecil terletak padakomposisi serbuk kayu 6% dan nilainya sebesar 176,7 kN/m2,sedangkan nilai uji kompresi terbesar terletak pada komposisiserbuk kayu 1% dengan nilainya sebesar 288,3 kN/m2. Nilai ujikompresi tersebut cenderung berkurang seiring denganbertambahnya serbuk kayu.

Kesimpulan (Lanj.)

3. Pada pengujian porositas didapatkan nilai terkecil terletak padakomposisi serbuk kayu 6% dan nilainya sebesar 0,25236%,sedangkan nilai pengujian porositas terbesar terletak padakomposisi serbuk kayu 1% dengan nilai sebesar 4,96404%.Nilai uji kompresi tersebut cenderung berkurang seiring denganbertambahnya serbuk kayu

4. Pada pengujian kekasaran permukaan didapatkan nilai terkecilterletak pada komposisi serbuk kayu 6% dan nilainya sebesar0,06µm, sedangkan nilai pengujian kekasaran permukaanterbesar terletak pada komposisi serbuk kayu 1% dengan nilaisebesar 2,004µm. Nilai uji kompresi tersebut cenderungberkurang seiring dengan bertambahnya serbuk kayu.

Saran

1. Pengadukan semen sebaiknya harus dalam waktuyang cukup lama agar adukan semen menjadimatang dan semen dapat tercampur sempurna.

2. Pemadatan pasir cetak sebaiknya menggunakanmesin guncang desak.

TERIMA KASIHMOHON BIMBINGAN DAN SARAN