PENGARUH TEMPERATUR PENUANGAN TERHADAP KEKERASAN DAN POROSITAS PADA CETAKAN LOGAM Sri Harmanto
Seminar Nasional Terapan Riset Inovatif
SEMARANG, 15 – 16 Oktober 2016
PENGARUH TEMPERATUR PENUANGAN
TERHADAP KEKERASAN DAN POROSITAS PADA CETAKAN LOGAM
Sri Harmanto1), Ahmad Supriyadi1), Riles Melvy Wattimena1)
1
Staf pengajar jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Semarang
Jl. Prof. Soedarto, SH, Tembalang, Semarang 50275
E-mail : sri-harmanto@yahoo.co.id
Abstract
With the motorcycle brake lever orders from aluminium scrap, it encourages
entrepreneurs Small and Medium Enterprise (IKM) aluminium foundry,
particularly in Juwana, Pati, Central Java to produce such components. However,
due to the limitations of the equipment and tecnology used so far it has not
materialized, This is because IKM are still using sand casting molds that produce
low hardness but high porosity. The purpose of this study was to investigate the
effect of pouring temperature on the hardness and porosity. The research is pouring
with variable temperature : 650, 675, 700, 725, dan 750 0C. The outcomes of this
research is to create a metal mold with a product motorcycle brake lever and the
data of the effect of temperature on the hardness and porosity casting. The higher
the temperature the higher casting hardness and porosity. In the pouring
temperature of 650 0C hardness average is 35,3 HRB, whereas at 750 0C average
hardness that occured was 43,0 HRB. In the pouring temperature of 650 0C to
produce an average porosity of 0,3%, while at 750 0C average porosity was 1,8 %.
Keywords: pouring temperature, hardness, porosity, metas molds
Abstrak
Dengan adanya pesanan tuas rem sepeda motor dari bahan aluminium bekas, maka
mendorong para pengusaha Industri Kecil Menengah (IKM) pengecoran aluminium,
khususnya di Juwana, Pati, Jawa Tengah untuk memproduksi komponen tersebut. Namun
karena keterbatasan peralatan dan teknologi yang digunakan selama ini hal tersebut belum
dapat diwujudkan. Hal ini disebabkan karena IKM masih menggunakan pengecoran dengan
cetakan pasir yang menghasilkan kekerasan rendah namun porositas tinggi. Tujuan dari
penelitian ini adalah untuk meneliti pengaruh temperatur penuangan terhadap kekerasan
dan porositas. Metode penelitian yang dilakukan adalah: pemilihan bahan, pembuatan
cetakan logam, proses pengecoran, pengujian kekerasan dan porositas, pengambilan data,
dan analisa data. Adapun parameter penelitian yang digunakan adalah temperatur
penuangan dengan variabel : 650, 675, 700, 725, dan 750 0C. Hasil yang dicapai dari
penelitian ini adalah terwujudnya cetakan logam dengan produk tuas rem sepeda motor dan
data-data pengaruh temperatur penuangan terhadap kekerasan dan porositas. Semakin tinggi
temperatur penuangan semakin tinggi kekerasan dan porositasnya. Pada temperatur
penuangan 650 0C kekerasan rata-rata adalah 35,3 HRB, sedangkan pada 750 0C kekerasan
rata-rata yang terjadi adalah 43,0 HRB. Pada temperatur penuangan 650 0C menghasilkan
porositas rata-rata 0,3 %, sedangkan pada 750 0C porositas rata-rata adalah 1,8 %.
Kata kunci: temperatur penuangan, kekerasan, porositas, cetakan logam
PROSIDING Vol. 01, Tahun 2016
ISSN: 2477 – 2097
320
Seminar Nasional Terapan Riset Inovatif
SEMARANG, 15 – 16 Oktober 2016
PENDAHULUAN
Latar belakang dari penelitian ini adalah adanya pesanan tuas rem sepeda motor dari
bahan aluminium bekas pada pengusaha Industri Kecil Menengah (IKM) pengecoran
aluminium, khususnya di Juwana, Pati, Jawa Tengah. Namun karena keterbatasan
peralatan dan teknologi yang digunakan selama ini hal tersebut belum dapat
diwujudkan. Hal ini disebabkan karena IKM masih menggunakan pengecoran dengan
cetakan pasir yang menghasilkan kekerasan rendah namun porositas tinngi. Hasil
pengujian produk IKM Juwana (2009) menunjukan bahwa pengecoran dengan
menggunakan cetakan pasir menghasilkan kekerasan 35 BHN dan porositas 2,51 %.
Sedangkan menurut Dedy, M (2008) dan Maleki, A.B. (2006) dengan menggunakan
cetakan logam menghasilkan kekerasan 80 BHN dan porositas 0,56 %. Menurut
Firdaus (2002), pengecoran dengan menggunakan cetakan pasir menghasilkan porositas
rata-rata sebesar 6,53 %, sedangkan dengan menggunakan cetakan logam menghasilkan
porositas rata-rata sebesar 0,79 %.
Sehingga rumusan masalah yang diperoleh adalah untuk menaikkan kekerasan dan
menurunkan porositas hasil pengecoran aluminium tersebut dapat dilakukan dengan
menggunakan cetakan logam. Proses pengecoran yang selama ini masih dilakukan para
pengusaha IKM di Juwana meliputi : pembuatan cetakan, proses peleburan, dan proses
pengecoran aluminium.
Gambar 1. Proses pembuatan cetakan pasir dan Tuas rem sepeda motor
Sumber : IKM Budijaya Logam, Juwana, Pati, Jawa Tengah (2012)
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk meneliti pengaruh temperatur penuangan
terhadap kekerasan dan porositas pada cetakan logam dengan bahan aluminium bekas.
Parameter yang digunakan dalam penelitian ini adalah temperatur penuangan dengan
variabel : 650, 675, 700, 725, dan 750 0C. Dari hasil penelitian Wardoyo, J.T., (2012)
terdapat hubungan antara temperatur penuangan terhadap kekerasan seperti pada
Gambar 2 di bawah ini.
Gambar 2. Pengaruh temperatur penuangan terhadap kekerasan
Sumber : Hasil penelitian Wardoyo, J.T. Tahun 2012
PROSIDING Vol. 01, Tahun 2016
ISSN: 2477 – 2097
321
Seminar Nasional Terapan Riset Inovatif
SEMARANG, 15 – 16 Oktober 2016
Dari Gambar 2 dapat dilihat bahwa semakin tinggi temperatur penuangan semakin
tinggi kekerasannya. Peningkatan temperatur penuangan menyebabkan kenaikan
kekerasan. Hal ini diakibatkan karena semakin besar gradien temperatur antara logam
cair dan cetakan akan diperoleh butiran semakin kecil yang menyebabkan kekerasannya
meningkat. Jadi kenaikan temperatur penuangan akan meningkatkan sifat mekanik
bahan.
Hasil penelitian Wardoyo, J.T., (2012), pengaruh temperatur penuangan terhadap
porositas pada proses pengecoran HPDC dapat dilihat seperti pada Gambar 3 di bawah
ini.
Gambar 3. Pengaruh temperatur penuangan terhadap porositas
Sumber : Hasil penelitian Wardoyo, J.T. Tahun 2012
Semakin tinggi temperatur penuangan akan menyebabkan porositas semakin
banyak, hal ini disebabkan karena gas yang terjebak atau larut dalam cairan logam
selama proses pencairan juga semakin banyak. Semakin tinggi temperatur penuangan,
kelarutan gas (terutama hidrogen) semakin tinggi (Donald R. Askeland , 2003).
Kekerasan suatu material adalah ketahanan terhadap deformasi plastik atau
deformasi permanen apabila dikenakan gaya luar. Metode yang sering digunakan pada
pengujian kekerasan adalah Rockwell, Vickers, dan Brinnel, Callister, (2001). Skala
kekerasan metode Rockwell dapat dilihat seperti pada Tabel 1 di bawah ini.
Tabel 1
Skala kekerasan metode Rockwell (ASM Handbook, Vol. 8, 2000)
Scale
Indenter
Mayor
Typical applications
symbol
load, kgf
A
Diamond (two
60
Cemented carbide, thin steel, and shallow
scale-carbide
case-hardened steel
and steel)
B
1/16 in. (1.588
100
Copper alloys, soft steels, aluminium alloys,
mm) ball
malleable iron
C
Diamond
150
Steel, hard cast irons, pearlitic malleable
iron, titanium, deep case-hardened steel, and
other materials harder than 100 HRB
D
Diamond
100
Thin steel and medium case-hardened steel
and pearlitic malleable iron
E
1/8 in. (3.175
100
Cast iron, aluminium and magnesium alloys,
mm) ball
bearing metals
F
1/16 in. (1.588
60
Annealed copper alloys, thin soft sheet
mm) ball
metals
Sumber : ASM Handbook, Vol. 8 Tahun 2000
PROSIDING Vol. 01, Tahun 2016
ISSN: 2477 – 2097
322
Seminar Nasional Terapan Riset Inovatif
SEMARANG, 15 – 16 Oktober 2016
(a)
(b)
Gambar 4. Penimbangan spesimen (uji porositas) :
(a) penimbangan di udara; (b) penimbangan di dalam air
Sumber : Hasil penelitian Wardoyo, J.T. Tahun 2012
ρm = (
)X
ρ
......................................................
(2.1)
(Boursoum, 1997)
- m
= densitas measurement, gr/cm3
- wudara = berat spesimen di udara, gr
- wfluida = berat spesimen di dalam air, gr
Porositas material dapat dihitung dengan persamaan :
Keterangan :
P = (1-
ρ
ρ
) x100%............................................................................
(2.2)
(Bhushan, R.K., 2009)
Keterangan : - P = porositas, %
- m = densitas measurement, gr/cm3
- th = densitas teoritis, gr/cm3
METODE PENELITIAN
Bahan penelitian yang digunakan pada proses pengecoran adalah aluminium bekas
komponen sepeda motor, seperti : dudukan kampas rem, handel rem, dan dudukan kaki.
Bahan-bahan ini untuk produk original termasuk dalam jenis ADC 12 (Aluminium Die
Casting) seri 12.
Peralatan-peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah : dapur pemanas,
dapur temper, alat uji kekerasan, timbangan digital, dan cetakan logam.
PROSIDING Vol. 01, Tahun 2016
ISSN: 2477 – 2097
323
Seminar Nasional Terapan Riset Inovatif
SEMARANG, 15 – 16 Oktober 2016
Gambar 5. Peralatan penelitian (Dapur
pemanas, dapur temper, uji kekerasan,
timbangan digital, dan cetakan logam)
Sumber : Hasil penelitian Harmanto, S.,
Tahun 2016
Langkah-langkah percobaan yang dilakukan pada penelitian ini adalah berikut ini:
- Masukkan bahan aluminium bekas ke dalam kowi
- Masukkan kowi ke dalam dapur pemanas dan panaskan dapur sehingga
mencapai temperatur 650 0C.
- Keluarkan kowi dari dapur pemanas
- Tuangkan cairan aluminium bekas ke dalam cetakan logam
- Keluarkan produk coran aluminium
- Lakukan proses pengecoran selanjutnya dengan memvariasikan temperatur
penuangan 675, 700, 725, dan 750 0C masing-masing sebanyak 3 (tiga) kali
dengan temperatur cetakan konstan 200 0C
- Lakukan pengujian kekerasan dan penimbangan spesimen
-
Gambar 6. Pemanasan aluminium dan cetakan logam
Sumber : Hasil penelitian Harmanto, S., Tahun 2016
Gambar 7. Penuangan aluminium
PROSIDING Vol. 01, Tahun 2016
ISSN: 2477 – 2097
324
Seminar Nasional Terapan Riset Inovatif
SEMARANG, 15 – 16 Oktober 2016
Sumber : Hasil penelitian Harmanto, S., Tahun 2016
Gambar 8. Produk tuas rem sepeda motor
(Spesifikasi : t x l x p : 10 mm x 38 mmx 135 mm, berat = 51 gram)
Sumber : Hasil penelitian Harmanto, S., Tahun 2016
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengujian kekerasan dilakukan dengan cara menguji benda uji (spesimen) pada alat
uji kekerasan. Adapun metode pengujian kekerasan yang digunakan adalah metode
Brinnel (HRB).
Gambar 8. Pengujian spesimen pada alat uji kekerasan
Sumber : Hasil penelitian Harmanto, S., Tahun 2016
Dari hasil pengujian kekerasan tersebut selanjutnya disusun pada Tabel 2 di bawah
ini.
Tabel 2
Data-data pengaruh temperatur penuangan terhadap kekerasan
No.
Temperatur
Kekerasan,
Kekerasan
Penuangan, 0C
HRB
Rata-rata, HRB
1
650
35, 37, 34
35,3
2
675
37, 37, 36
36,7
3
700
38, 37, 40
38,3
4
725
41, 40, 40
40,3
5
750
44, 43, 42
43,0
Rata-Rata
38,7
Sumber : Pengujian spesimen di Laboratorium Pengujian Bahan Jurusan Teknik
Mesin Politeknik Negeri Semarang
PROSIDING Vol. 01, Tahun 2016
ISSN: 2477 – 2097
325
Seminar Nasional Terapan Riset Inovatif
SEMARANG, 15 – 16 Oktober 2016
Pengujian porositas dilakukan dengan cara menimbang spesimen di udara dan di
dalam air untuk mengetahui pengaruh temperatur penuangan : 650 0C, 675 0C, 700 0C,
725 0C terhadap porositas.
Gambar 9. Penimbangan
Gambar 10. Penimbangan
spesimen di udara
spesimendi dalam air
Sumber : Hasil penelitian Harmanto, S., Tahun 2016
Hasil pengujian/penimbangan porositas pada spesimen selanjutnya disusun seperti
pada Tabel 3 di bawah ini.
Tabel 3
Data-data pengaruh temperatur penuangan terhadap porositas
No. Temperatur W udr, W air,
Porositas, Porositas
m,
th,
3
3
Penuangan,
gr
gr
P, %
rata-rata,
gr/cm gr/cm
O
C
P, %
51,594
32,825 2,732 2,7400
0,3
1
650
51,621
32,767 2,738 2,7400
0,1
0,3
51,552
32,653 2,728 2,7400
0,4
51,191
32,343 2,716 2,7400
0,9
2
675
51,293
32,475 2,725 2,7400
0,5
0,7
51,171
32,378 2,723 2,7400
0,6
50,981
32,283 2,727 2,7400
1,4
3
700
50,922
32,068 2,701 2,7400
0,8
0,9
50,871
32,161 2,719 2,7400
0,1
50,741
32,220 2,739 2,7400
0,1
4
725
50,813
31,922 2,690 2,7400
1,8
1,3
50,772
31,847 2,683 2,7400
2,1
50,597
32,000 2,721 2,7400
0,7
5
750
50,623
31,739 2,681 2,7400
2,2
1,8
50,582
31,622 2,668 2,7400
2,6
Porositas Rata-rata
1,00
Sumber : Pengujian/penimbangan spesimen di Laboratorium Fisika Jurusan Teknik
Mesin Politeknik Negeri Semarang
Dari Tabel 2 dan 3 di atas hubungan antara temperatur penuangan terhadap kekerasan
dan porositas kemudian diplot dalam bentuk grafik seperti pada Gambar 11 dan
Gambar 12 di bawah ini.
PROSIDING Vol. 01, Tahun 2016
ISSN: 2477 – 2097
326
Seminar Nasional Terapan Riset Inovatif
SEMARANG, 15 – 16 Oktober 2016
Gambar 11 Pengaruh temperatur penuangan terhadap kekerasan
Sumber : Hasil penelitian Harmanto, S., Tahun 2016
Gambar 12 Pengaruh temperatur penuangan terhadap porositas
Sumber : Hasil penelitian Harmanto, S., Tahun 2016
Dari Gambar 11 dapat dilihat bahwa semakin tinggi temperatur penuangan
kekerasan yang dihasilkan juga semakin tinggi, di mana pada temperatur penuangan
650 oC kekerasan rata-rata yang terjadi sebesar 35,7 HRB, sedangkan pada temperatur
penuangan 750 oC menghasilkan kekerasan rata-rata sebesar 43,0 HRB.
Peningkatan temperatur tuang menyebabkan kenaikan kekerasan, hal ini diduga
akibat makin besarnya gradien temperatur antara logam cair dan cetakan, sehingga akan
menghasilkan butiran semakin kecil yang menyebabkan kekerasannya meningkat. Jadi
kenaikan temperatur tuang akan meningkatkan karakteristik mekanik bahan.
Bila melihat distribusi kekerasan spesimen, kekerasan terendah 35,3 HRB
sedangkan kekerasan tertinggi 43,0 HRB atau sekitar 80 BHN. Kekerasan tersebut
mendekati dengan hasil penelitian yang dilakukan oleh Dr. Roger Lumley dari CSIRO
Light Metals Flagship Australia, yang melaporkan bahwa kekerasan hasil pengecoran
HPDC untuk bahan ADC 12 adalah 83 hingga 98 BHN.
Dari Gambar 12 dapat dilihat bahwa semakin tinggi temperatur penuangan porositas
yang dihasilkan juga semakin tinggi, di mana pada temperatur penuangan 650 oC
porositas rata-rata yang terjadi sebesar 0,3 %, sedangkan pada temperatur penuangan
750 oC menghasilkan porositas rata-rata sebesar 1,8 %.
PROSIDING Vol. 01, Tahun 2016
ISSN: 2477 – 2097
327
Seminar Nasional Terapan Riset Inovatif
SEMARANG, 15 – 16 Oktober 2016
Semakin tinggi temperatur penuangan akan menyebabkan porositas semakin
banyak, hal ini disebabkan karena gas yang terjebak atau larut dalam cairan logam
selama proses pencairan juga semakin banyak. Semakin tinggi temperatur penuangan,
kelarutan gas (terutama hidrogen) di dalam cairan logam semakin tinggi (Donald R.
Askeland, 2003).
Dari segi bentuk tuas sepeda motor hasil pengecoran dengan menggunakan cetakan
logam ini masih belum sempurna. Sebagian benda kerja tidak terisi penuh cairan
aluminium sehingga menyebabkan terjadinya cacat-cacat permukaan. Hal ini
disebabkan karena penyusutan aluminium yang tidak dapat diatasi oleh penambah
(Riser). Salah satu solusi yang memungkinkan untuk mengatasi adanya penyusutan
aluminium tersebut adalah dengan cara pengecoran dengan tekanan (injection).
Kekerasan tuas rem sepeda motor hasil pengecoran dengan cetakan logam rata-rata
lebih tinggi daripada pengecoran dengan cetakan pasir, namun masih di bawah tuas rem
produk original. Pada cetakan logam menghasilkan kekerasan rata-rata sebesar 38,7
HRB, cetakan pasir 25 HRB, dan produk original 61 HRB.
Porositas aluminium hasil pengecoran dengan cetakan logam rata-rata juga lebih
rendah daripada pengecoran dengan cetakan pasir, namun masih lebih tinggi daripada
produk original. Pada cetakan logam menghasilkan porositas rata-rata sebesar 1,00 %,
cetakan pasir 2,51 %, dan produk original 0,14 %.
KESIMPULAN
Kesimpulan yang diperoleh dari penelitian ini adalah:
a. Dengan adanya cetakan logam, IKM akan lebih mengenal metode pengecoran
yang lebih baik dengan harapan akan beralih dari metode pengecoran
konvensional (gravitasi) kepada pengecoran dengan cetakan logam.
b. Temperatur penuangan mempengaruhi tingginya kekerasan coran, di mana
semakin tinggi
temperatur penuangan menyebabkan kekerasan coran juga semakin tinggi.
c. Temperatur penuangan juga mempengaruhi tingginya porositas coran, di mana
semakin tinggi temperatur penuangan menyebabkan porositas coran juga
semakin tinggi.
d. Pengecoran dengan menggunakan cetakan logam menghasilkan kekerasan yang
jauh lebih tinggi dan porositas lebih rendah daripada pengecoran dengan
menggunakan cetakan pasir, namun masih memiliki kekerasan yang lebih
rendah dan porositas yang lebih tinggi daripada produk original.
Terima kasih Kepada Kementrian Ristek & Teknologi, yang telah membiayai
Penelitian Hiber Bersaing ini Tahun 2015.
DAFTAR PUSTAKA
Askeland, D.R., 1985, “The Science and Engineering of Publ., Material”, PWS,
Boston, MA, USA.
ASM Handbook, 2000, Mechanical Testing and Evaluation, Volume 8, ASM
International.
Boursoum, M.W., 1997, “Fundamental of Ceramic”, Mc. Graw Hill Companies, New
York, USA.
Callister, W.D., Jr., 2001, “Fundamental of Materials Science and Engineering”,
Departement of Metallurgical Engineering, John Wiley & Sons, inc, New York.
PROSIDING Vol. 01, Tahun 2016
ISSN: 2477 – 2097
328
Seminar Nasional Terapan Riset Inovatif
SEMARANG, 15 – 16 Oktober 2016
Campbell, J., 2003, “ Casting”, 2nd Edition, Butterworth-Heimann.
Dedy,M, 2008, “Pengaruh Parameter Proses Terhadap Fluiditas dan Kualitas Coran
ADC 12 dengan High Pressure Die Casting”, Tesis S-2 Teknik Mesin Universitas
Gadjah Mada.
Donald R. Askeland , 2003, “The Science and Engineering of Materials 6th Edition”.
Firdaus, 2002, “Analisis Parameter Proses Squeeze Casting Terhadap Cacat Porositas
Produk Flens Motor Sungai”, Jurnal Teknik Mesin Universitas Kristen Petra,
Vol. 4, hal. 6 – 12.
Lumlay,RN., 2009., “Rapid Heat Treatment of Aluminum High-Pressure Diecastings”,
Journal metallurgical and materials transactions a, volume 40a, pp 1716-1726
Maleki, A.B.N., Shafyei, A.,2006, “Effects Of Squeeze Casting Parameters On
Density, Macrostructur And Hardness Of LM 13 Alloy”, Material Science And
Engineering A 428 (2006) 135 – 140.
Wardoyo, J.T., 2012, “Pengaruh Temperatur Tuang dan Temperatur Cetakan Proses
HPDC terhadap Kekerasan dan Porositas Bahan ADC 12 untuk Sepatu Rem
Sepeda Motor”, Tesis S-2 Teknik Mesin UNDIP.
PROSIDING Vol. 01, Tahun 2016
ISSN: 2477 – 2097
329
SEMARANG, 15 – 16 Oktober 2016
PENGARUH TEMPERATUR PENUANGAN
TERHADAP KEKERASAN DAN POROSITAS PADA CETAKAN LOGAM
Sri Harmanto1), Ahmad Supriyadi1), Riles Melvy Wattimena1)
1
Staf pengajar jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Semarang
Jl. Prof. Soedarto, SH, Tembalang, Semarang 50275
E-mail : sri-harmanto@yahoo.co.id
Abstract
With the motorcycle brake lever orders from aluminium scrap, it encourages
entrepreneurs Small and Medium Enterprise (IKM) aluminium foundry,
particularly in Juwana, Pati, Central Java to produce such components. However,
due to the limitations of the equipment and tecnology used so far it has not
materialized, This is because IKM are still using sand casting molds that produce
low hardness but high porosity. The purpose of this study was to investigate the
effect of pouring temperature on the hardness and porosity. The research is pouring
with variable temperature : 650, 675, 700, 725, dan 750 0C. The outcomes of this
research is to create a metal mold with a product motorcycle brake lever and the
data of the effect of temperature on the hardness and porosity casting. The higher
the temperature the higher casting hardness and porosity. In the pouring
temperature of 650 0C hardness average is 35,3 HRB, whereas at 750 0C average
hardness that occured was 43,0 HRB. In the pouring temperature of 650 0C to
produce an average porosity of 0,3%, while at 750 0C average porosity was 1,8 %.
Keywords: pouring temperature, hardness, porosity, metas molds
Abstrak
Dengan adanya pesanan tuas rem sepeda motor dari bahan aluminium bekas, maka
mendorong para pengusaha Industri Kecil Menengah (IKM) pengecoran aluminium,
khususnya di Juwana, Pati, Jawa Tengah untuk memproduksi komponen tersebut. Namun
karena keterbatasan peralatan dan teknologi yang digunakan selama ini hal tersebut belum
dapat diwujudkan. Hal ini disebabkan karena IKM masih menggunakan pengecoran dengan
cetakan pasir yang menghasilkan kekerasan rendah namun porositas tinggi. Tujuan dari
penelitian ini adalah untuk meneliti pengaruh temperatur penuangan terhadap kekerasan
dan porositas. Metode penelitian yang dilakukan adalah: pemilihan bahan, pembuatan
cetakan logam, proses pengecoran, pengujian kekerasan dan porositas, pengambilan data,
dan analisa data. Adapun parameter penelitian yang digunakan adalah temperatur
penuangan dengan variabel : 650, 675, 700, 725, dan 750 0C. Hasil yang dicapai dari
penelitian ini adalah terwujudnya cetakan logam dengan produk tuas rem sepeda motor dan
data-data pengaruh temperatur penuangan terhadap kekerasan dan porositas. Semakin tinggi
temperatur penuangan semakin tinggi kekerasan dan porositasnya. Pada temperatur
penuangan 650 0C kekerasan rata-rata adalah 35,3 HRB, sedangkan pada 750 0C kekerasan
rata-rata yang terjadi adalah 43,0 HRB. Pada temperatur penuangan 650 0C menghasilkan
porositas rata-rata 0,3 %, sedangkan pada 750 0C porositas rata-rata adalah 1,8 %.
Kata kunci: temperatur penuangan, kekerasan, porositas, cetakan logam
PROSIDING Vol. 01, Tahun 2016
ISSN: 2477 – 2097
320
Seminar Nasional Terapan Riset Inovatif
SEMARANG, 15 – 16 Oktober 2016
PENDAHULUAN
Latar belakang dari penelitian ini adalah adanya pesanan tuas rem sepeda motor dari
bahan aluminium bekas pada pengusaha Industri Kecil Menengah (IKM) pengecoran
aluminium, khususnya di Juwana, Pati, Jawa Tengah. Namun karena keterbatasan
peralatan dan teknologi yang digunakan selama ini hal tersebut belum dapat
diwujudkan. Hal ini disebabkan karena IKM masih menggunakan pengecoran dengan
cetakan pasir yang menghasilkan kekerasan rendah namun porositas tinngi. Hasil
pengujian produk IKM Juwana (2009) menunjukan bahwa pengecoran dengan
menggunakan cetakan pasir menghasilkan kekerasan 35 BHN dan porositas 2,51 %.
Sedangkan menurut Dedy, M (2008) dan Maleki, A.B. (2006) dengan menggunakan
cetakan logam menghasilkan kekerasan 80 BHN dan porositas 0,56 %. Menurut
Firdaus (2002), pengecoran dengan menggunakan cetakan pasir menghasilkan porositas
rata-rata sebesar 6,53 %, sedangkan dengan menggunakan cetakan logam menghasilkan
porositas rata-rata sebesar 0,79 %.
Sehingga rumusan masalah yang diperoleh adalah untuk menaikkan kekerasan dan
menurunkan porositas hasil pengecoran aluminium tersebut dapat dilakukan dengan
menggunakan cetakan logam. Proses pengecoran yang selama ini masih dilakukan para
pengusaha IKM di Juwana meliputi : pembuatan cetakan, proses peleburan, dan proses
pengecoran aluminium.
Gambar 1. Proses pembuatan cetakan pasir dan Tuas rem sepeda motor
Sumber : IKM Budijaya Logam, Juwana, Pati, Jawa Tengah (2012)
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk meneliti pengaruh temperatur penuangan
terhadap kekerasan dan porositas pada cetakan logam dengan bahan aluminium bekas.
Parameter yang digunakan dalam penelitian ini adalah temperatur penuangan dengan
variabel : 650, 675, 700, 725, dan 750 0C. Dari hasil penelitian Wardoyo, J.T., (2012)
terdapat hubungan antara temperatur penuangan terhadap kekerasan seperti pada
Gambar 2 di bawah ini.
Gambar 2. Pengaruh temperatur penuangan terhadap kekerasan
Sumber : Hasil penelitian Wardoyo, J.T. Tahun 2012
PROSIDING Vol. 01, Tahun 2016
ISSN: 2477 – 2097
321
Seminar Nasional Terapan Riset Inovatif
SEMARANG, 15 – 16 Oktober 2016
Dari Gambar 2 dapat dilihat bahwa semakin tinggi temperatur penuangan semakin
tinggi kekerasannya. Peningkatan temperatur penuangan menyebabkan kenaikan
kekerasan. Hal ini diakibatkan karena semakin besar gradien temperatur antara logam
cair dan cetakan akan diperoleh butiran semakin kecil yang menyebabkan kekerasannya
meningkat. Jadi kenaikan temperatur penuangan akan meningkatkan sifat mekanik
bahan.
Hasil penelitian Wardoyo, J.T., (2012), pengaruh temperatur penuangan terhadap
porositas pada proses pengecoran HPDC dapat dilihat seperti pada Gambar 3 di bawah
ini.
Gambar 3. Pengaruh temperatur penuangan terhadap porositas
Sumber : Hasil penelitian Wardoyo, J.T. Tahun 2012
Semakin tinggi temperatur penuangan akan menyebabkan porositas semakin
banyak, hal ini disebabkan karena gas yang terjebak atau larut dalam cairan logam
selama proses pencairan juga semakin banyak. Semakin tinggi temperatur penuangan,
kelarutan gas (terutama hidrogen) semakin tinggi (Donald R. Askeland , 2003).
Kekerasan suatu material adalah ketahanan terhadap deformasi plastik atau
deformasi permanen apabila dikenakan gaya luar. Metode yang sering digunakan pada
pengujian kekerasan adalah Rockwell, Vickers, dan Brinnel, Callister, (2001). Skala
kekerasan metode Rockwell dapat dilihat seperti pada Tabel 1 di bawah ini.
Tabel 1
Skala kekerasan metode Rockwell (ASM Handbook, Vol. 8, 2000)
Scale
Indenter
Mayor
Typical applications
symbol
load, kgf
A
Diamond (two
60
Cemented carbide, thin steel, and shallow
scale-carbide
case-hardened steel
and steel)
B
1/16 in. (1.588
100
Copper alloys, soft steels, aluminium alloys,
mm) ball
malleable iron
C
Diamond
150
Steel, hard cast irons, pearlitic malleable
iron, titanium, deep case-hardened steel, and
other materials harder than 100 HRB
D
Diamond
100
Thin steel and medium case-hardened steel
and pearlitic malleable iron
E
1/8 in. (3.175
100
Cast iron, aluminium and magnesium alloys,
mm) ball
bearing metals
F
1/16 in. (1.588
60
Annealed copper alloys, thin soft sheet
mm) ball
metals
Sumber : ASM Handbook, Vol. 8 Tahun 2000
PROSIDING Vol. 01, Tahun 2016
ISSN: 2477 – 2097
322
Seminar Nasional Terapan Riset Inovatif
SEMARANG, 15 – 16 Oktober 2016
(a)
(b)
Gambar 4. Penimbangan spesimen (uji porositas) :
(a) penimbangan di udara; (b) penimbangan di dalam air
Sumber : Hasil penelitian Wardoyo, J.T. Tahun 2012
ρm = (
)X
ρ
......................................................
(2.1)
(Boursoum, 1997)
- m
= densitas measurement, gr/cm3
- wudara = berat spesimen di udara, gr
- wfluida = berat spesimen di dalam air, gr
Porositas material dapat dihitung dengan persamaan :
Keterangan :
P = (1-
ρ
ρ
) x100%............................................................................
(2.2)
(Bhushan, R.K., 2009)
Keterangan : - P = porositas, %
- m = densitas measurement, gr/cm3
- th = densitas teoritis, gr/cm3
METODE PENELITIAN
Bahan penelitian yang digunakan pada proses pengecoran adalah aluminium bekas
komponen sepeda motor, seperti : dudukan kampas rem, handel rem, dan dudukan kaki.
Bahan-bahan ini untuk produk original termasuk dalam jenis ADC 12 (Aluminium Die
Casting) seri 12.
Peralatan-peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah : dapur pemanas,
dapur temper, alat uji kekerasan, timbangan digital, dan cetakan logam.
PROSIDING Vol. 01, Tahun 2016
ISSN: 2477 – 2097
323
Seminar Nasional Terapan Riset Inovatif
SEMARANG, 15 – 16 Oktober 2016
Gambar 5. Peralatan penelitian (Dapur
pemanas, dapur temper, uji kekerasan,
timbangan digital, dan cetakan logam)
Sumber : Hasil penelitian Harmanto, S.,
Tahun 2016
Langkah-langkah percobaan yang dilakukan pada penelitian ini adalah berikut ini:
- Masukkan bahan aluminium bekas ke dalam kowi
- Masukkan kowi ke dalam dapur pemanas dan panaskan dapur sehingga
mencapai temperatur 650 0C.
- Keluarkan kowi dari dapur pemanas
- Tuangkan cairan aluminium bekas ke dalam cetakan logam
- Keluarkan produk coran aluminium
- Lakukan proses pengecoran selanjutnya dengan memvariasikan temperatur
penuangan 675, 700, 725, dan 750 0C masing-masing sebanyak 3 (tiga) kali
dengan temperatur cetakan konstan 200 0C
- Lakukan pengujian kekerasan dan penimbangan spesimen
-
Gambar 6. Pemanasan aluminium dan cetakan logam
Sumber : Hasil penelitian Harmanto, S., Tahun 2016
Gambar 7. Penuangan aluminium
PROSIDING Vol. 01, Tahun 2016
ISSN: 2477 – 2097
324
Seminar Nasional Terapan Riset Inovatif
SEMARANG, 15 – 16 Oktober 2016
Sumber : Hasil penelitian Harmanto, S., Tahun 2016
Gambar 8. Produk tuas rem sepeda motor
(Spesifikasi : t x l x p : 10 mm x 38 mmx 135 mm, berat = 51 gram)
Sumber : Hasil penelitian Harmanto, S., Tahun 2016
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengujian kekerasan dilakukan dengan cara menguji benda uji (spesimen) pada alat
uji kekerasan. Adapun metode pengujian kekerasan yang digunakan adalah metode
Brinnel (HRB).
Gambar 8. Pengujian spesimen pada alat uji kekerasan
Sumber : Hasil penelitian Harmanto, S., Tahun 2016
Dari hasil pengujian kekerasan tersebut selanjutnya disusun pada Tabel 2 di bawah
ini.
Tabel 2
Data-data pengaruh temperatur penuangan terhadap kekerasan
No.
Temperatur
Kekerasan,
Kekerasan
Penuangan, 0C
HRB
Rata-rata, HRB
1
650
35, 37, 34
35,3
2
675
37, 37, 36
36,7
3
700
38, 37, 40
38,3
4
725
41, 40, 40
40,3
5
750
44, 43, 42
43,0
Rata-Rata
38,7
Sumber : Pengujian spesimen di Laboratorium Pengujian Bahan Jurusan Teknik
Mesin Politeknik Negeri Semarang
PROSIDING Vol. 01, Tahun 2016
ISSN: 2477 – 2097
325
Seminar Nasional Terapan Riset Inovatif
SEMARANG, 15 – 16 Oktober 2016
Pengujian porositas dilakukan dengan cara menimbang spesimen di udara dan di
dalam air untuk mengetahui pengaruh temperatur penuangan : 650 0C, 675 0C, 700 0C,
725 0C terhadap porositas.
Gambar 9. Penimbangan
Gambar 10. Penimbangan
spesimen di udara
spesimendi dalam air
Sumber : Hasil penelitian Harmanto, S., Tahun 2016
Hasil pengujian/penimbangan porositas pada spesimen selanjutnya disusun seperti
pada Tabel 3 di bawah ini.
Tabel 3
Data-data pengaruh temperatur penuangan terhadap porositas
No. Temperatur W udr, W air,
Porositas, Porositas
m,
th,
3
3
Penuangan,
gr
gr
P, %
rata-rata,
gr/cm gr/cm
O
C
P, %
51,594
32,825 2,732 2,7400
0,3
1
650
51,621
32,767 2,738 2,7400
0,1
0,3
51,552
32,653 2,728 2,7400
0,4
51,191
32,343 2,716 2,7400
0,9
2
675
51,293
32,475 2,725 2,7400
0,5
0,7
51,171
32,378 2,723 2,7400
0,6
50,981
32,283 2,727 2,7400
1,4
3
700
50,922
32,068 2,701 2,7400
0,8
0,9
50,871
32,161 2,719 2,7400
0,1
50,741
32,220 2,739 2,7400
0,1
4
725
50,813
31,922 2,690 2,7400
1,8
1,3
50,772
31,847 2,683 2,7400
2,1
50,597
32,000 2,721 2,7400
0,7
5
750
50,623
31,739 2,681 2,7400
2,2
1,8
50,582
31,622 2,668 2,7400
2,6
Porositas Rata-rata
1,00
Sumber : Pengujian/penimbangan spesimen di Laboratorium Fisika Jurusan Teknik
Mesin Politeknik Negeri Semarang
Dari Tabel 2 dan 3 di atas hubungan antara temperatur penuangan terhadap kekerasan
dan porositas kemudian diplot dalam bentuk grafik seperti pada Gambar 11 dan
Gambar 12 di bawah ini.
PROSIDING Vol. 01, Tahun 2016
ISSN: 2477 – 2097
326
Seminar Nasional Terapan Riset Inovatif
SEMARANG, 15 – 16 Oktober 2016
Gambar 11 Pengaruh temperatur penuangan terhadap kekerasan
Sumber : Hasil penelitian Harmanto, S., Tahun 2016
Gambar 12 Pengaruh temperatur penuangan terhadap porositas
Sumber : Hasil penelitian Harmanto, S., Tahun 2016
Dari Gambar 11 dapat dilihat bahwa semakin tinggi temperatur penuangan
kekerasan yang dihasilkan juga semakin tinggi, di mana pada temperatur penuangan
650 oC kekerasan rata-rata yang terjadi sebesar 35,7 HRB, sedangkan pada temperatur
penuangan 750 oC menghasilkan kekerasan rata-rata sebesar 43,0 HRB.
Peningkatan temperatur tuang menyebabkan kenaikan kekerasan, hal ini diduga
akibat makin besarnya gradien temperatur antara logam cair dan cetakan, sehingga akan
menghasilkan butiran semakin kecil yang menyebabkan kekerasannya meningkat. Jadi
kenaikan temperatur tuang akan meningkatkan karakteristik mekanik bahan.
Bila melihat distribusi kekerasan spesimen, kekerasan terendah 35,3 HRB
sedangkan kekerasan tertinggi 43,0 HRB atau sekitar 80 BHN. Kekerasan tersebut
mendekati dengan hasil penelitian yang dilakukan oleh Dr. Roger Lumley dari CSIRO
Light Metals Flagship Australia, yang melaporkan bahwa kekerasan hasil pengecoran
HPDC untuk bahan ADC 12 adalah 83 hingga 98 BHN.
Dari Gambar 12 dapat dilihat bahwa semakin tinggi temperatur penuangan porositas
yang dihasilkan juga semakin tinggi, di mana pada temperatur penuangan 650 oC
porositas rata-rata yang terjadi sebesar 0,3 %, sedangkan pada temperatur penuangan
750 oC menghasilkan porositas rata-rata sebesar 1,8 %.
PROSIDING Vol. 01, Tahun 2016
ISSN: 2477 – 2097
327
Seminar Nasional Terapan Riset Inovatif
SEMARANG, 15 – 16 Oktober 2016
Semakin tinggi temperatur penuangan akan menyebabkan porositas semakin
banyak, hal ini disebabkan karena gas yang terjebak atau larut dalam cairan logam
selama proses pencairan juga semakin banyak. Semakin tinggi temperatur penuangan,
kelarutan gas (terutama hidrogen) di dalam cairan logam semakin tinggi (Donald R.
Askeland, 2003).
Dari segi bentuk tuas sepeda motor hasil pengecoran dengan menggunakan cetakan
logam ini masih belum sempurna. Sebagian benda kerja tidak terisi penuh cairan
aluminium sehingga menyebabkan terjadinya cacat-cacat permukaan. Hal ini
disebabkan karena penyusutan aluminium yang tidak dapat diatasi oleh penambah
(Riser). Salah satu solusi yang memungkinkan untuk mengatasi adanya penyusutan
aluminium tersebut adalah dengan cara pengecoran dengan tekanan (injection).
Kekerasan tuas rem sepeda motor hasil pengecoran dengan cetakan logam rata-rata
lebih tinggi daripada pengecoran dengan cetakan pasir, namun masih di bawah tuas rem
produk original. Pada cetakan logam menghasilkan kekerasan rata-rata sebesar 38,7
HRB, cetakan pasir 25 HRB, dan produk original 61 HRB.
Porositas aluminium hasil pengecoran dengan cetakan logam rata-rata juga lebih
rendah daripada pengecoran dengan cetakan pasir, namun masih lebih tinggi daripada
produk original. Pada cetakan logam menghasilkan porositas rata-rata sebesar 1,00 %,
cetakan pasir 2,51 %, dan produk original 0,14 %.
KESIMPULAN
Kesimpulan yang diperoleh dari penelitian ini adalah:
a. Dengan adanya cetakan logam, IKM akan lebih mengenal metode pengecoran
yang lebih baik dengan harapan akan beralih dari metode pengecoran
konvensional (gravitasi) kepada pengecoran dengan cetakan logam.
b. Temperatur penuangan mempengaruhi tingginya kekerasan coran, di mana
semakin tinggi
temperatur penuangan menyebabkan kekerasan coran juga semakin tinggi.
c. Temperatur penuangan juga mempengaruhi tingginya porositas coran, di mana
semakin tinggi temperatur penuangan menyebabkan porositas coran juga
semakin tinggi.
d. Pengecoran dengan menggunakan cetakan logam menghasilkan kekerasan yang
jauh lebih tinggi dan porositas lebih rendah daripada pengecoran dengan
menggunakan cetakan pasir, namun masih memiliki kekerasan yang lebih
rendah dan porositas yang lebih tinggi daripada produk original.
Terima kasih Kepada Kementrian Ristek & Teknologi, yang telah membiayai
Penelitian Hiber Bersaing ini Tahun 2015.
DAFTAR PUSTAKA
Askeland, D.R., 1985, “The Science and Engineering of Publ., Material”, PWS,
Boston, MA, USA.
ASM Handbook, 2000, Mechanical Testing and Evaluation, Volume 8, ASM
International.
Boursoum, M.W., 1997, “Fundamental of Ceramic”, Mc. Graw Hill Companies, New
York, USA.
Callister, W.D., Jr., 2001, “Fundamental of Materials Science and Engineering”,
Departement of Metallurgical Engineering, John Wiley & Sons, inc, New York.
PROSIDING Vol. 01, Tahun 2016
ISSN: 2477 – 2097
328
Seminar Nasional Terapan Riset Inovatif
SEMARANG, 15 – 16 Oktober 2016
Campbell, J., 2003, “ Casting”, 2nd Edition, Butterworth-Heimann.
Dedy,M, 2008, “Pengaruh Parameter Proses Terhadap Fluiditas dan Kualitas Coran
ADC 12 dengan High Pressure Die Casting”, Tesis S-2 Teknik Mesin Universitas
Gadjah Mada.
Donald R. Askeland , 2003, “The Science and Engineering of Materials 6th Edition”.
Firdaus, 2002, “Analisis Parameter Proses Squeeze Casting Terhadap Cacat Porositas
Produk Flens Motor Sungai”, Jurnal Teknik Mesin Universitas Kristen Petra,
Vol. 4, hal. 6 – 12.
Lumlay,RN., 2009., “Rapid Heat Treatment of Aluminum High-Pressure Diecastings”,
Journal metallurgical and materials transactions a, volume 40a, pp 1716-1726
Maleki, A.B.N., Shafyei, A.,2006, “Effects Of Squeeze Casting Parameters On
Density, Macrostructur And Hardness Of LM 13 Alloy”, Material Science And
Engineering A 428 (2006) 135 – 140.
Wardoyo, J.T., 2012, “Pengaruh Temperatur Tuang dan Temperatur Cetakan Proses
HPDC terhadap Kekerasan dan Porositas Bahan ADC 12 untuk Sepatu Rem
Sepeda Motor”, Tesis S-2 Teknik Mesin UNDIP.
PROSIDING Vol. 01, Tahun 2016
ISSN: 2477 – 2097
329