PENGARUH VARIASI PUTARAN RENDAH DAN PUTA
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2014
Yogyakarta, 15 November 2014
ISSN: 1979-911X
PENGARUH VARIASI PUTARAN RENDAH DAN PUTARAN SEDANG PADA
CENTRIFUGAL CASTING TERHADAP SIFAT FATIK PADUAN A 356
UNTUK VELG SEPEDA MOTOR
(1)
Muhammad Abdus Shomad, (2)Priyo Tri Iswanto
(1)
Jurusan Teknik Mesin dan Manufaktur
Program Vokasi Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
(2)
Jurusan Teknik Mesin dan Industri Universitas Gadjah Mada
e-mail : 1abdusshomad@umy.ac.id, 2priyotri@ugm.ac.id
ABSTRACT
Motorcycle wheel has been produced by small and medium industries in Yogyakarta.
Unfortunately, the qualities of those motorcycle wheels are not good enough. Low quality of those
motorcycle wheels are due to the scrap material used, poor casting method, no heat treatment and no
addition of grain refiner. Motorcycle wheels always receive dynamic loads, in their application. It is
important to investigate fatigue properties of motorcycle wheels due to more than 90% of structural
fractures have been affected by fatigue process. The purpose of this research is to study the effect of
low to medium rotational speed of casting mold on fatigue properties of aluminum alloy motorcycle
wheel.
Aluminum alloy A356 was used in this study. The centrifugal casting mold was rotated at 0, 350,
and 500 RPM. The casting mold was prepared with pre-heating at temperature of 250C. In an
electric furnace, aluminum alloy A356 was melted at 750C and added of 0.008% grain refiner
titanium boron during melting process. In order to investigate fatigue properties of aluminum alloy
motorcycle wheel, rotating bending fatigue test was conducted by Ono-type rotating bending fatigue
testing machine.
Fatigue test data were plotted in semi log diagram. Stress amplitude and number of cycle to failure
in Y and X axis, respectively. Fatigue diagrams show that relationship between stress amplitude and
number of cycle to failure for specimen with casting mold rotational speed of 0, 350, and 550 RPM
are
and
respectively.
Keyword: fatigue test, stress amplitude, fatigue strength, rotational speed, A356, motorcycle wheel
PENDAHULUAN
Menurut data dari AISI (Asosiasi Industri Sepeda Motor Indonesia) tahun 2013 produksi
sepeda motor total mencapai 1.970. 823 unit,. Produk otomotif yang saat ini banyak permintaan dari
konsumen yaitu Velg kendaraan roda dua. Velg adalah salah satu komponen sepeda motor yang dalam
kerjanya mengalami pembeban yang berulang (beban dinamis). Pembebanan berulang inilah yang
menyebabkan kegagalan material (fatik). Saat ini diperkirakan kegagalan karena kelelahan kurang
lebih 90% dari seluruh kegagalan yang disebabkan oleh hal-hal berhubungan pembebanan berulang
(ASM Vol. 19, 1997:1099). Centrifugal casting merupakan metode pengecoran dimana logam cair
membeku di dalam cetakan yang berputar. Centrifugal casting lebih baik dari pada gravity casting
(Joshi, 2010).
Proses pengecoran dengan teknik centrifugal casting adalah salah satu metode yang dapat
digunakan untuk menghasilkan komponen-komponen yang berbentuk silindris, seperti poros pejal atau
berlubang, cylinder liners, bearing bushes, dan lain-lain (Bambang, 2010) .Hasil beberapa penelitian
yang telah dilakukan sebelumnya, proses pengecoran dengan teknik centrifugal casting ini dapat
meningkatkan sifat mekanis dari produk cor yang dihasilkan. Demikian juga, dengan paduan
aluminium A356 yang akan digunakan sebagai bahan dasar dalam penelitian ini, diharapkan dapat
meningkatkan sifat mekanis dan mengurangi porositas dari produk yang akan dihasilkan. Hasil telaah
literatur mengindikasikan bahwa penelitian-penelitian yang berkaitan dengan teknik centrifugal
casting maupun yang berkaitan dengan paduan aluminium A356 masih perlu dilakukan.
Chirita, et al (2008) membuat perbandingan sifat mekanis spesimen yang diperoleh dari hasil
pengecoran dengan teknik centrifugal casting dan gravity casting dari tiga jenis paduan Al-Si yang
berbeda. Paduan yang digunakan adalah hypoeutectic alloy eutectic alloy, dan hypereutectic alloy.
Hasil pengamatan menunujukkan bahwa efek centrifugal casting untuk beberapa paduan tersebut
dapat meningkatkan rupture strength kira-kira 50%, dan rupture strain sekitar 300%, Young Modulus
naik sekitar 20% dibandingkan dengan teknik gravity casting.
B-121
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2014
Yogyakarta, 15 November 2014
ISSN: 1979-911X
Mukunda, et al, (2010) menyatakan kecepatan optimum centrifugal casting adalah 800 rpm
yang dapat menghasilkan bentuk silinder dengan partikel -Al terbentuk di dalam keliling tabung.
Dari hasil penelitian ini menunujukkan bahwa kecepatan putar dari centrifugal casting, temperatur
cetakan dan temperatur awal cairan logam mempengaruhi kualitas dari sebuah komponen yang
dihasilkan (Vassiliou, et al 2008.
Tjitro, dkk (2004) menyatakan struktur mikro hasil centrifugal casting berbentuk equiaxed
dan columnar dengan orientasi kemiringan sesuai dengan arah putaran mesin. Sabatino, et al, (2006)
menyatakan bahwa temperatur cetakan yang lebih tinggi menghasilkan fluiditas yang baik.
kandungan Mg dapat memberikan pengaruh yang sangat siginifikan terhadap perilaku natural dan
artificial aging paduan aluminium, yaitu diperolehnya indek kualitas optimum menggunakan short
solution heat treatment selama 1 jam pada temperatur 5400C (Moller, et, al 2007). Maliwemu (2012)
menyatakan bahwa putaran centrifugal casting sangat mempengaruhi karakteristik perambatan retak
fatik. Syukron, (2011) menyatakan spesimen dengan perlakuan panas T6 mempunyai ketahanan
rambat retak fatik lebih baik dibanding spesimen tanpa perlakuan panas T6.
METODE PENELITIAN
Peralatan utama yang digunakan dalam penelitian ini, antara lain: alat pengecoran dengan
sistem centrifugal casting dan alat uji rotari bending, seperti tersaji pada gambar 1 dan 2. Material
yang digunakan pada penelitian ini yaitu alumunium A.356 dengan kandungan komposisi kimia
seperti tersaji pada tabel 1.
Tahapan dalam penelitian ini yaitu melakukan proses pengecoran dengan melakukan langkah
uji coba dengan memutar cetakan sesuai dengan variasi putaran yang telah ditentukan. Pada tahap
awal peneliti melakukan uji coba terhadap cara kerja sistem cenrifugal casting. Tersaji pada gambar 1
cetakan centrifugal casting. Uji coba untuk mengetahui mekanisme sisitem cetrifugal casting yaitu,
kemudahan dalam membuka dan menutup cetakan saat kondisi panas, fungsi ejektor untuk
mengeluarkan hasil coran dari cetakan, serta berfungsi atau tidaknya laluan udara agar tidak ada udara
terjebak.
Pada tahap berikutnya adalah melakukan pemanasan awal (pre-heating) pada cetakan dengan
suhu 250°C. Pada pre-heating menggunakan Liquefied Petroleum Gas (LPG), dengan menempatkan
burner diantara cetakan atas dan bawah sampai temperatur cetakan mencapai 250°C, seperti tersaji
pada gambar 1. Setelah terkondisikan suhu cetakan 250°C, selanjutnya dilakukan proses peleburan
paduan aluminium A356 yang akan dituangkan pada cetakan dengan suhu tuang 750°C. Proses
selanjutnya cetakan diputar dengan variasi mulai 0, 350,550 RPM. Setelah cetakan dingin, velg
kendaraan roda dua yang dihasilkan seperti tersaji dalam gambar 3, selanjutnya dipotong-potong
dibuat spesimen uji. Proses berikutnya yaitu untuk pembuatan benda uji rotari banding dengan standar
standar JIS Z 2274 No.1 seperti tersaji pada gambar 4.
Gambar 1. Alat centrifugal casting (Bambang, U, 2010)
B-122
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2014
Yogyakarta, 15 November 2014
ISSN: 1979-911X
Gambar 2. Alat uji rotari bending
Tabel 1. Komposisi kimia A.356
Al
Si
Mg
Mn
Cu
Sn
93,22
5,69
0,187
0,0202
Yogyakarta, 15 November 2014
ISSN: 1979-911X
PENGARUH VARIASI PUTARAN RENDAH DAN PUTARAN SEDANG PADA
CENTRIFUGAL CASTING TERHADAP SIFAT FATIK PADUAN A 356
UNTUK VELG SEPEDA MOTOR
(1)
Muhammad Abdus Shomad, (2)Priyo Tri Iswanto
(1)
Jurusan Teknik Mesin dan Manufaktur
Program Vokasi Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
(2)
Jurusan Teknik Mesin dan Industri Universitas Gadjah Mada
e-mail : 1abdusshomad@umy.ac.id, 2priyotri@ugm.ac.id
ABSTRACT
Motorcycle wheel has been produced by small and medium industries in Yogyakarta.
Unfortunately, the qualities of those motorcycle wheels are not good enough. Low quality of those
motorcycle wheels are due to the scrap material used, poor casting method, no heat treatment and no
addition of grain refiner. Motorcycle wheels always receive dynamic loads, in their application. It is
important to investigate fatigue properties of motorcycle wheels due to more than 90% of structural
fractures have been affected by fatigue process. The purpose of this research is to study the effect of
low to medium rotational speed of casting mold on fatigue properties of aluminum alloy motorcycle
wheel.
Aluminum alloy A356 was used in this study. The centrifugal casting mold was rotated at 0, 350,
and 500 RPM. The casting mold was prepared with pre-heating at temperature of 250C. In an
electric furnace, aluminum alloy A356 was melted at 750C and added of 0.008% grain refiner
titanium boron during melting process. In order to investigate fatigue properties of aluminum alloy
motorcycle wheel, rotating bending fatigue test was conducted by Ono-type rotating bending fatigue
testing machine.
Fatigue test data were plotted in semi log diagram. Stress amplitude and number of cycle to failure
in Y and X axis, respectively. Fatigue diagrams show that relationship between stress amplitude and
number of cycle to failure for specimen with casting mold rotational speed of 0, 350, and 550 RPM
are
and
respectively.
Keyword: fatigue test, stress amplitude, fatigue strength, rotational speed, A356, motorcycle wheel
PENDAHULUAN
Menurut data dari AISI (Asosiasi Industri Sepeda Motor Indonesia) tahun 2013 produksi
sepeda motor total mencapai 1.970. 823 unit,. Produk otomotif yang saat ini banyak permintaan dari
konsumen yaitu Velg kendaraan roda dua. Velg adalah salah satu komponen sepeda motor yang dalam
kerjanya mengalami pembeban yang berulang (beban dinamis). Pembebanan berulang inilah yang
menyebabkan kegagalan material (fatik). Saat ini diperkirakan kegagalan karena kelelahan kurang
lebih 90% dari seluruh kegagalan yang disebabkan oleh hal-hal berhubungan pembebanan berulang
(ASM Vol. 19, 1997:1099). Centrifugal casting merupakan metode pengecoran dimana logam cair
membeku di dalam cetakan yang berputar. Centrifugal casting lebih baik dari pada gravity casting
(Joshi, 2010).
Proses pengecoran dengan teknik centrifugal casting adalah salah satu metode yang dapat
digunakan untuk menghasilkan komponen-komponen yang berbentuk silindris, seperti poros pejal atau
berlubang, cylinder liners, bearing bushes, dan lain-lain (Bambang, 2010) .Hasil beberapa penelitian
yang telah dilakukan sebelumnya, proses pengecoran dengan teknik centrifugal casting ini dapat
meningkatkan sifat mekanis dari produk cor yang dihasilkan. Demikian juga, dengan paduan
aluminium A356 yang akan digunakan sebagai bahan dasar dalam penelitian ini, diharapkan dapat
meningkatkan sifat mekanis dan mengurangi porositas dari produk yang akan dihasilkan. Hasil telaah
literatur mengindikasikan bahwa penelitian-penelitian yang berkaitan dengan teknik centrifugal
casting maupun yang berkaitan dengan paduan aluminium A356 masih perlu dilakukan.
Chirita, et al (2008) membuat perbandingan sifat mekanis spesimen yang diperoleh dari hasil
pengecoran dengan teknik centrifugal casting dan gravity casting dari tiga jenis paduan Al-Si yang
berbeda. Paduan yang digunakan adalah hypoeutectic alloy eutectic alloy, dan hypereutectic alloy.
Hasil pengamatan menunujukkan bahwa efek centrifugal casting untuk beberapa paduan tersebut
dapat meningkatkan rupture strength kira-kira 50%, dan rupture strain sekitar 300%, Young Modulus
naik sekitar 20% dibandingkan dengan teknik gravity casting.
B-121
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2014
Yogyakarta, 15 November 2014
ISSN: 1979-911X
Mukunda, et al, (2010) menyatakan kecepatan optimum centrifugal casting adalah 800 rpm
yang dapat menghasilkan bentuk silinder dengan partikel -Al terbentuk di dalam keliling tabung.
Dari hasil penelitian ini menunujukkan bahwa kecepatan putar dari centrifugal casting, temperatur
cetakan dan temperatur awal cairan logam mempengaruhi kualitas dari sebuah komponen yang
dihasilkan (Vassiliou, et al 2008.
Tjitro, dkk (2004) menyatakan struktur mikro hasil centrifugal casting berbentuk equiaxed
dan columnar dengan orientasi kemiringan sesuai dengan arah putaran mesin. Sabatino, et al, (2006)
menyatakan bahwa temperatur cetakan yang lebih tinggi menghasilkan fluiditas yang baik.
kandungan Mg dapat memberikan pengaruh yang sangat siginifikan terhadap perilaku natural dan
artificial aging paduan aluminium, yaitu diperolehnya indek kualitas optimum menggunakan short
solution heat treatment selama 1 jam pada temperatur 5400C (Moller, et, al 2007). Maliwemu (2012)
menyatakan bahwa putaran centrifugal casting sangat mempengaruhi karakteristik perambatan retak
fatik. Syukron, (2011) menyatakan spesimen dengan perlakuan panas T6 mempunyai ketahanan
rambat retak fatik lebih baik dibanding spesimen tanpa perlakuan panas T6.
METODE PENELITIAN
Peralatan utama yang digunakan dalam penelitian ini, antara lain: alat pengecoran dengan
sistem centrifugal casting dan alat uji rotari bending, seperti tersaji pada gambar 1 dan 2. Material
yang digunakan pada penelitian ini yaitu alumunium A.356 dengan kandungan komposisi kimia
seperti tersaji pada tabel 1.
Tahapan dalam penelitian ini yaitu melakukan proses pengecoran dengan melakukan langkah
uji coba dengan memutar cetakan sesuai dengan variasi putaran yang telah ditentukan. Pada tahap
awal peneliti melakukan uji coba terhadap cara kerja sistem cenrifugal casting. Tersaji pada gambar 1
cetakan centrifugal casting. Uji coba untuk mengetahui mekanisme sisitem cetrifugal casting yaitu,
kemudahan dalam membuka dan menutup cetakan saat kondisi panas, fungsi ejektor untuk
mengeluarkan hasil coran dari cetakan, serta berfungsi atau tidaknya laluan udara agar tidak ada udara
terjebak.
Pada tahap berikutnya adalah melakukan pemanasan awal (pre-heating) pada cetakan dengan
suhu 250°C. Pada pre-heating menggunakan Liquefied Petroleum Gas (LPG), dengan menempatkan
burner diantara cetakan atas dan bawah sampai temperatur cetakan mencapai 250°C, seperti tersaji
pada gambar 1. Setelah terkondisikan suhu cetakan 250°C, selanjutnya dilakukan proses peleburan
paduan aluminium A356 yang akan dituangkan pada cetakan dengan suhu tuang 750°C. Proses
selanjutnya cetakan diputar dengan variasi mulai 0, 350,550 RPM. Setelah cetakan dingin, velg
kendaraan roda dua yang dihasilkan seperti tersaji dalam gambar 3, selanjutnya dipotong-potong
dibuat spesimen uji. Proses berikutnya yaitu untuk pembuatan benda uji rotari banding dengan standar
standar JIS Z 2274 No.1 seperti tersaji pada gambar 4.
Gambar 1. Alat centrifugal casting (Bambang, U, 2010)
B-122
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2014
Yogyakarta, 15 November 2014
ISSN: 1979-911X
Gambar 2. Alat uji rotari bending
Tabel 1. Komposisi kimia A.356
Al
Si
Mg
Mn
Cu
Sn
93,22
5,69
0,187
0,0202