TUGAS AKHIR

PENGARUH PREHEATING 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

Disusun Oleh :

DWI SYAIKHU MARTHA DINATA

NIM : D 200 120 052

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2017

ii

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa Tugas Akhir

dengan judul “PENGARUH PREHEATING PADA CETAKAN

PERMANEN TERHADAP DISTRIBUSI KEKERASAN GRINDING CYL

DENGAN MATERIAL BESI COR KELABU”, yang dibuat sebagai salah

satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana pada Jurusan Teknik Mesin

Universitas Muhammadiyah Surakarta, sejauh yang saya ketahui bukan

merupakan tiruan atau duplikasi dari penelitian atau skripsi yang sudah

dipublikasikan dan atau digunakan untuk mendapatkan gelar sarjana di

lingkungan Universitas Muhammadiyah Surakarta atau instansi manapun,

kecuali bagian yang sumber informasinya saya cantumkan sebagaimana

mestinya.

Surakarta, ...........................2017

Yang menyatakan,

Dwi Syaikhu Martha Dinata

iii

HALAMAN PERSETUJUAN

Tugas Akhir yang berjudul “PENGARUH PREHEATING 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.

Dipersiapkan oleh :

Nama : DWI SYAIKHU MARTHA DINATA

NIM : D 200 120 052

Telah disetujui dan disahkan pada :

Hari :

Tanggal :

Mengetahui,

Pembimbing Utama ,

Agus Yulianto, ST, MT.

Rabu

April 2017 12

iv

HALAMAN PENGESAHAN

Tugas Akhir yang berjudul “PENGARUH PREHEATING 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.

Disusun oleh :

Nama : DWI SYAIKHU MARTHA DINATA

Nim : D 200 120 052

Disahkan pada

Hari :

Tanggal :

Tim Penguji :

Ketua : Agus Yulianto, ST, MT. (….………....)

Anggota 1 : Ir. Bibit Sugito, MT. (….……..…..)

Anggota 2 : Ir. Ngafwan, MT. (………….....)

Dekan,

Ir. Sri Sunarjono, M.T.,Ph.D.

Ketua Jurusan,

Tri Widodo B.R, S.T., M.Sc., Ph.D.

Rabu

April 2017 12

v

vi

HALAMAN MOTTO

حتى يرحع من خرج فى طلب العلم كان فى سبيل الله

“Barang siapa yang keluar dalam menuntut ilmu maka ia adalah

seperti berperang di jalan Allah hingga pulang”.

(#H.R. Tirmidzi)

من جد و جد „‟Barang siapa bersungguh-sungguh maka dia akan berhasil„‟

“It ain‟t how hard you hit...It‟s about how hard you can get hit and

keep moving forward. How much you can take and keep moving

forward. That‟s how winning is done!”.

(#Rocky Balboa, Sylvester Stallone)

“Jika dalam sehari kita merasa beruntung, itulah salah satu doa dari

orang tua kita dikabulkan oleh Allah”.

(#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)

vii

PENGARUH PREHEATING PADA CETAKAN PERMANEN TERHADAP DISTRIBUSI KEKERASAN GRINDING CYL

DENGAN MATERIAL BESI COR KELABU

Dwi Syaikhu Martha Dinata, Agus Yulianto Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta

Jl. A. Yani Tromol Pos 1, Pabelan, Surakarta Email : mdinata126@gmail.com

ABSTRAK

Tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui pengaruh preheating

pada cetakan permanen besi cor ductile pada suhu 4000C terhadap sifat

fisis dan mekanis besi cor kelabu. Pembekuan besi cor kelabu ini dipantau

dengan ce meter dan setelah mengeras akan mengalami beberapa

pengujian logam, antara lain: uji kekerasan, uji metalografi dan uji

komposisi kimia. Penelitian ini menggunakan material besi cor kelabu.

Dari spesimen besi cor kelabu ini akan ditentukan 16 titik uji untuk

mengetahui sifat fisis dan mekanis dibeberapa titik yang telah ditentukan.

Pengujian komposisi kimia menggunakan standar JIS.

Hasil pengujian menunjukkan pengaruh preheating dengan suhu

4000C pada cetakan permanen besi cor ductile dengan material besi cor

kelabu. 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 dan 86.09 HRB. B=86.60, 90.44, 90.03,

88.77 dan 88.60 HRB. C=92.07, 96.20, 96.66, 88.38 dan 90.83 HRB. dan

D= 96.12, 92.85, 92.28, 93.81 dan 94.50 HRB. Sehingga harga kekerasan

tertinggi yaitu pada bagian C3 sebesar 96,66 HRB, sedangkan harga

kekerasan terendah yaitu pada bagian A1 sebesar 82,54 HRB. Pada hasil

pengujian peleburan logam menggunakan CE meter diperoleh temperatur

awal 1260.30C, temperatur liquid 1121.30C, temperatur solid 1118.70C

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 unsure lainnya di bawah 1%. Pada hasil uji

komposisi kimia terdapat 20 unsur kimia dangan kadar yang berbeda dan

pengamatan struktur mikro di temukan struktur grafit dan sementit. Dari

hasil pengujian tersebut bisa diketahui bahwa material yang terbentuk

adalah besi cor kelabu FC 150 dengan standar JIS.

Kata kunci :besi cor kelabu FC150, kekerasan, ce meter, komposisi

kimia.

viii

PENGARUH PREHEATING PADA CETAKAN PERMANEN TERHADAP DISTRIBUSI KEKERASAN GRINDING CYL

DENGAN MATERIAL BESI COR KELABU

Dwi Syaikhu Martha Dinata, Agus Yulianto Mechanical Engineering University of Muhammadiyah Surakarta

Jl. A. Yani Tromol Pos 1, Pabelan, Surakarta Email : mdinata126@gmail.com

ABSTRACK

The purpose of this research is to know the influence of preheating

on permanent mold cast iron ductile temperature physical properties of

4000C against mechanicaland grey cast iron. The freezing gray cast iron is

monitored with CE and hardened after going throuht some test of metal,

among other: metalografi test, hardness and chemical composition test.

The research of using grey cast iron material. Of specimens this grey cast

iron to be determined 4-point test to find out the physical and mechanical

properties in some predetermined point. Testing chemical

composition using standard JIS.

The test result show the influence of preheating with temperature

400oC on permanent mold cast iron ductile cast iron grey material. Test

result of specimen that are part of microstructure in hardness test visible

graphite and sementite and hardness test results of specimens at the A=

101,09, 90,15, 91,27, 87,60 and 86,09 HRB. B= 86,60, 90,44, 90,03,

92,97 and 88,60 HRB. C= 92.07, 96.20, 96.66, 88.38 and 90.83 HRB. and

D= 102. 58, 92.85, 92.28, 93.81 and 94.50 HRB, and price the highest

hardness in C3 of 96,66 HRB, while the lowest rates of hardness in parts

of the A1 of 82,54 HRB. On the results of testing metal foundries use CE

metres obtained initial temperature of 1260.30C, 1121.30C, liquid

temperature the temperature of the solid 1118.70C so that’s earned value

CEL = 4,47%, C = 3,98%, and Si = 1,86% where the iron starts but still

solid red until the temperature of 10600C and harden within 180 seconds,

while the chemical composition test results in the form of solid or solid

follows: 93,26% Fe, C 3,06%, Si 1,80% and other elements of under 1%.

On the results of the test chemical composition there are 20 chemical

elements with different levels and observation of microstructure discover

the structure of graphite and cementite. From thr results of these tests can

noted that is formed is a grey cast iron FC 150 with JIS Standards.

Keyword : grey cast iron FC150, violence, ce meters, chemical

composition.

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 sedrhana ini kepada orang yang sangat kukasihi dan kusayangi.

„‟Ayahanda dan Ibunda Tercinta‟‟

Kepada ayahanda (Zuhdi Noto) dan ibunda (Siti Azizah) 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

„‟Adik dan Kakakku Tersayang‟‟

Terima kasih untuk adikku (Inggit Maharani) dan kakakku (Dini Cynthia

Lestari) tersayang, tingkah nakalmu terkadang membuat jengkel tetapi

atas doa dan dukungan kalian membuat adik dan kakakmu ini menjadi

lebih semangat untuk menyusun skripsi hingga selesai. Mohon maaf

apabila kakak dan adikmu ini belum dapat menjadi panutan yang baik

tetapi akan berusaha menjadi kakak atau adik yang terbaik.

„‟My Best Friend‟s‟‟

Untuk sahabat seperjuangan skripsiku (Husen dan Endi) terima kasih atas

bantuan, nasihat, doa, hiburan, ejekan dan semangat yang telah kalian

berikan selama pengerjaan skripsi ini. Serta untuk sahabat kuliahku yang

terutama (Teguh, Rosyid, Deby) 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 PREHEATING 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 Ir. Bibit Sugito, MT. 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 Husen Muhammad

Assrofi dan Muhammad Endi Nurrohman.

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 membangun

akan penulis terima dengan senang hati demi sempurnanya laporan ini.

Wassalamu’alaikum Wr.Wb

Surakarta, 2017

Penulis

xiv

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL .............................................................................. i

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ................................................... ii

HALAMAN PERSETUJUAN ................................................................. iii

HALAMAN PENGESAHAN ................................................................... iv

LEMBAR SOAL TUGAS ....................................................................... v

HALAMAN MOTTO ............................................................................... vi

ABSTRAK ............................................................................................. vii

HALAMAN PERSEMBAHAN ................................................................ ix

KATA PENGANTAR ............................................................................. xii

DAFTAR ISI .......................................................................................... xiv

DAFTAR GAMBAR ............................................................................... xvii

DAFTAR TABEL ................................................................................... xix

DAFTAR SIMBOL ................................................................................. xx

DAFTAR LAMPIRAN ............................................................................ xxi

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang ................................................................. 1

1.2 Rumusan Masalah ........................................................... 2

1.3 Batasan Masalah ............................................................. 3

1.4 Tujuan Penelitian ............................................................. 3

1.5 Manfaat Penelitian ........................................................... 3

1.5 Sistematika Penulisan Laporan ........................................ 4

BAB II LANDASAN TEORI

2.1 Tinjauan Pustaka ............................................................. 6

2.2 Dasar Teori ...................................................................... 8

2.2.1 Tanur Induksi .......................................................... 8

2.2.2 Pola ......................................................................... 9

xv

2.2.3 Pasir Cetak CO2 ...................................................... 10

2.2.4 Cetakan Permanen ................................................. 11

2.2.5 Pengecoran Logam ................................................. 14

2.2.6 Solidifikasi Logam ................................................... 14

2.2.7 Klasifikasi Besi Cor ................................................. 15

2.2.8 Besi Cor Paduan ..................................................... 17

2.2.9 Pengaruh Kandungan Unsur ................................. 18

2.2.10 Diagram Keseimbangan Besi Cor ......................... 20

2.2.11 Diagram Trasformasi untuk Pendinginan CCT ..... 23

2.2.12 Carbon Equivalent Value ...................................... 24

2.2.13 Struktur Mikro Besi Cor ......................................... 24

2.2.14 Sifat Fisis pada Besi Cor Kelabu........................... 26

2.2.15 Sifat Mekanis pada Besi Cor Kelabu ..................... 28

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Diagram Alir Penelitian ..................................................... 31

3.2 Alat dan Bahan ................................................................. 32

3.2.1 Alat ......................................................................... 32

3.2.2 Bahan ..................................................................... 35

3.3 Proses Pengecoran Paduan Besi Cor Kelabu.................. 36

3.3.1 Besi Cor Kelabu ...................................................... 36

3.4 Persiapan Benda Uji ........................................................ 40

3.5 Pengujian Spesimen ........................................................ 43

3.5.1 Pengujian Kekerasan ............................................. 43

3.5.2 Pengamatan Struktur Mikro .................................... 45

3.5.3 Pengujian Komposisi Kimia .................................... 47

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Penelitian ................................................................ 50

4.1.1 Hasil Uji CE Meter ................................................... 50

4.1.2 Pengujian Kekerasan .............................................. 52

xvi

4.1.3 Hasil dan Pembahasan Foto Mikro ......................... 57

4.1.4 Penelitian Komposisi Kimia ..................................... 62

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan ........................................................................ 63

5.2 Saran .................................................................................. 64

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

xvii

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 ........................................................... 13

Gambar 2.4 Diagram Keseimbangan Besi Cor ..................................... 20

Gambar 2.5 Diagram CCT Untuk Besi Cor (ASM Handbook, volume 4:

Heat Treating, 1991) ......................................................... 23

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian ...................................................... 31

Gambar 3.2 Tungku Induksi .................................................................. 32

Gambar 3.3 CE Meter ........................................................................... 32

Gambar 3.4 Cetakan (FCD) .................................................................. 32

Gambar 3.5 Frame ................................................................................ 33

Gambar 3.6 Pyrometer ......................................................................... 33

Gambar 3.7 Mesin Amplas.................................................................... 33

Gambar 3.8 Alat Pengujian Micro Rockwell .......................................... 34

Gambar 3.9 Alat Uji Komposisi Kimia ................................................... 34

Gambar 3.10 Alat Uji Foto Mikro ........................................................... 34

Gambar 3.11 Wire Cut .......................................................................... 35

Gambar 3.12 Pemanasan dengan Arang ............................................. 36

Gambar 3.13 Pelapisan Cetakan dengan Karbon................................. 36

Gambar 3.14 Penuangan Logam Cair ke Cup CE Meter ...................... 37

Gambar 3.15 Penuangan Logam Cair ke Cetakan ............................... 37

Gambar 3.16 Proses Solidifikasi ........................................................... 38

Gambar 3.17 Pendinginan dengan Udara Bebas ................................. 38

Gambar 3.18 Hasil Cetakan .................................................................. 38

Gambar 3.19 Gambar Teknik Potongan Spesimen .............................. 39

Gambar 3.20 Hasil Pemotongan dengan Wire Cut ............................... 39

Gambar 3.21 Proses Preparasi ............................................................. 40

Gambar 3.22 Mesin Grinding ................................................................ 41

xviii

Gambar 3.23 Prinsip Kerja Rockwell Hardness Tester (HRB) .............. 45

Gambar 3.24 Pengujian Kekerasan Rockwell Hardness Tester

(Lab. Bahan POLMAN Klaten, 2017) ............................. 45

Gambar 3.25 Olympus Metalurgical Microscope dan Olympus

Photomicrographic System

(Lab. POLMAN Klaten, 2017)......................................... 47

Gambar 3.26 Pemasangan Spesimen ke Detector ............................... 49

Gambar 3.27 Spectrometer (Lab Bahan POLMAN Klaten, 2017) ......... 49

Gambar 4.1 Grafik Hasil Uji Peleburan ................................................. 50

Gambar 4.2 Bagian yang di Uji Kekerasan (Rockwell) ......................... 52

Gambar 4.3 Diagram Harga Kekerasan Bagian A ................................ 53

Gambar 4.4 Diagram Harga Kekerasan Bagian B ................................ 54

Gambar 4.5 Diagram Harga Kekerasan Bagian C ................................ 55

Gambar 4.6 Diagram Harga Kekerasan Bagian D ................................ 56

Gambar 4.7 Hasil Foto Mikro Bagian A1,A2,A3,A4,A5

dengan Pembesaran 200x .............................................. 58

Gambar 4.8 Hasil Foto Mikro Bagian B1,B2,B3,B4,B5

dengan Pembesaran 200x .............................................. 58

Gambar 4.9 Hasil Foto Mikro Bagian C1,C2,C3,C4,C5

dengan Pembesaran 200x .............................................. 59

Gambar 4.10 Hasil Foto Mikro Bagian D1,D2,D3,D4,D5

dengan Pembesaran 200x ............................................. 60

xix

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Standar Besi Cor Kelabu Menurut JIS .................................. 16

Tabel 4.1 Hasil Pengujian Kekerasan Rockwell tanpa Preheating

pada Bagian A. ..................................................................... 53

Tabel 4.2 Hasil Pengujian Kekerasan Rockwell

menggunakan Preheating pada Bagian A. ........................... 53

Tabel 4.3 Hasil Pengujian Kekerasan Rockwell tanpa Preheating

pada Bagian B. ..................................................................... 54

Tabel 4.4 Hasil Pengujian Kekerasan Rockwell

menggunakan Preheating pada Bagian B ............................ 54

Tabel 4.5 Hasil Pengujian Kekerasan Rockwell tanpa Preheating

pada Bagian C ...................................................................... 55

Tabel 4.6 Hasil Pengujian Kekerasan Rockwell

menggunakan Preheating pada Bagian C ............................ 55

Tabel 4.7 Hasil Pengujian Kekerasan Rockwell tanpa Preheating

pada Bagian D ...................................................................... 56

Tabel 4.8 Hasil Pengujian Kekerasan Rockwell

menggunakan Preheating pada Bagian D ............................ 56

Tabel 4.9 Standart Deviasi Kekerasan Rockwell

tanpa Preheating ................................................................. 57

Tabel 4.10 Standart Deviasi Kekerasan Rockwell

menggunakan Preheating ..................................................... 57

xx

DAFTAR SIMBOL

CEV = Carbon Equivalent Value

C = Total Kandungan Karbon (%)

Si = Kandungan Silikon (%)

P = Kandungan Fosfor (%)

xxi

DAFTAR LAMPIRAN

ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences

Pengujian Metalografi

Pengujian Kekerasan Rockwell

Pengujian Komposisi