BAB I PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang Metode pengecoran banyak digunakan untuk menghasilkan suatu produk,
karena keuntungan yang didapatkan dalam pengecoran seperti keanekaragaman desain dan prosesnya lebih fleksibel. Pada dasarnya proses pengecoran sendiri dibedakan menjadi dua macam, yaitu traditional casting dan contemporary casting. Teknik traditional casting terdiri atas sand-mold casting, dry-sand casting, shell-mold casting, full-mold casting, cement-mold casting dan vacuummold casting. Teknik contemporary casting terbagi atas high-pressure die casting, permanent-mold casting, centrifugal casting, plaster-mold casting, investment casting dan solid-ceramic casting. Dalam mempersiapkan proses pengecoran, diperlukan pengetahuan akan persiapan dan pemilihan bahan dan jenis cetakan yang biasa digunakan. Sebagai salah satu jenis cetakan, pasir cetak telah banyak digunakan karena tingkat persiapan dan pembuatannya relatif lebih mudah dilakukan. Dalam praktikum ini, akan dilakukan persiapan pengujian pasir cetak yang dibuat sehingga praktikan sebagai
calon
sarjana
teknik
metalurgi
dapat
lebih
memahami
dan
mengaplikasikan teori tentang persiapan dan pengujian pasir cetak. Pasir cetak sering digunakan sebagai bahan untuk membuat cetakan, pasir cetak yang sering digunakan adalah pasir pantai, pasir gunung, pasir sungai dan pasir silika. Agar
2
pasir cetak dapat digunakan dan hasilnya juga baik, pasir cetak harus memiliki persyaratan-persyaratan yang dipenuhi.
1.2
Tujuan Percobaan Tujuan dari percobaan ini adalah untuk mengetahui proses persiapan,
pembuatan dan pengujian pasir cetak, meliputi pemisahan berdasarkan fraksi ukuran dan pengujian permeabilitas pasir cetak.
1.3
Batasan Masalah Batasan masalah dari percobaan pasir cetak ini terdiri dari dua variabel,
yaitu variabel bebas dan variabel terikat. Variabel bebas meliputi fraksi ukuran pasir yang digunakan, sedangkan variabel terikat meliputi nilai permeabilitas pasir cetak.
1.4
Sistematika Penulisan Sistematika penulisan laporan ini terdiri dari lima bab. Bab I menjelaskan
latar belakang, tujuan percobaan, batasan masalah, sistematika penulisan. Bab II menjelaskan tinjauan pustaka yang berisi mengenai teori singkat dari percobaan yang dilakukan. Bab III menjelaskan metode percobaan. Bab IV menjelaskan mengenai hasil percobaan dan pembahasan. Bab V menjelaskan kesimpulan dan saran dari percobaan. Selain itu di akhir laporan juga terdapat lampiran yang memuat contoh perhitungan, jawaban pertanyaan dan tugas khusus, gambar alat dan bahan yang digunakan selama praktikum serta blanko percobaan.
3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Pasir Cetak Untuk mendapatkan hasil pengecoran yang baik, cetakan yang digunakan
haruslah memiliki karakteristik yang baik pula. Cetakan pun ada berbagai macam namun yang sering digunakan adalah cetakan pasir. Pasir yang digunakan untuk cetakan haruslah memiliki sifat-sifat yang memenuhi syarat. Persyaratan yang harus dipenhi oleh pasir cetak adalah sebagai berikut[1]: 1. Mempunyai sifat mampu bentuk sehingga mudah dalam pembuatan cetakan dengan kekuatan yang cocok. Cetakan yang dihasilkan harus kuat sehingga tidak rusak karena dipindah-pindah dan dapat menahan logam cair pada saat dituang kedalamnya karena itu kekuatannya pada temperatur kamar dan kekuatan panasnya sangat diperlukan. 2. Permeabilitas yang cocok, dikhawatirkan bahwa hasil coran mempunyai cacat seperti rongga penyusutan, gelembung gas atau kekerasan permukaan, kecuali jika udara atau gas yang terjadi dalam cetakan waktu penuangan disalurkan melalui rongga-rongga di antara butir-butir pasir keluar dari cetakan dengan kecepatan yang cocok. 3. Distribusi besar butir yang cocok. Permukaan coran diperhalus kalau coran dibuat di dalam cetakan yang berbutir halus. Tetapi kalau butir pasir terlalu halus, gas dicegah keluar dan membuat cacat, yaitu gelombang udara.
4
Distribusi besar butir harus cocok mengingat dua syarat yang disebut di atas. 4. Tahan terhadap temperatur logam yang dituang. Butir pasir dan pengikat harus mempunyai derajat tahan api tertentu terhadap temperatur tinggi, kalau logam cair dengan temperatur tinggi ini dituang ke dalam cetakan. 5. Komposisi yang cocok. Butir pasir bersentuhan dengan logam yang dituang mengalami peristiwa kimia dan fisika karena logam cair mempunyai temperatur yang tinggi. Bahan-bahan yang bercampur yang mungkin menghasilkan gas yang larut dalam logam adalah tidak dikehendaki. 6. Mampu dipakai lagi. Pasir harus dapat dipakai berulang-ulang supaya ekonomis.
2.2
Sifat-sifat Pasir Cetak Berikut ini adalah beberapa sifat-sifat yang dimiliki oleh pasir cetak[2]. 1. Sifat-sifat pasir cetak basah Kadar air mempengaruhi kekuatan dan permebilitas dari pasir. Jika kadar air bertambah, maka kekuatan serta permeabilitas pasir cetak akan meningkat. Tetapi kekuatan dan permeabilitas akan menurun jika terjadi kelebihan kadar air, karena ruangan antar butir pasir ditempati oleh lempung yang berlebihan pasir.
5
2. Sifat penguatan oleh udara Sifat-sifat cetakan yang berubah selama antara pembuatan cetakan dan penuangan disebut sifat penguatan oleh udara. Umumnya disebabkan oleh penggerakan air dalam cetakan dan penguapan air dari permukaan cetakan. 3. Sifat-sifat kering Pasir dengan pengikat lempung yang dikeringkan mempunyai permebilitas dan kekuatan yang mengikat dibandingkan dengan dalam keadaan basah, karena air bebas dan air yang diadsorpsi pada permukaan butir tanah lempung dihilangkan. 4.
Sifat-sifat panas a. Permukaan panas Permukaan panas bertambah sebanding dengan kadar air dari pasir dan menurun kalau kadar yang dapat terbakar bertambah. b. Kekutan panas Perubahan kekuatan panas dipengaruhi dengan adanya kadar tanah lempung, distribusi besar butir dan berat jenis. c. Perubahan bentuk panas Perubahan bentuk panas dapat disebut kemampuan adsorpsi pemuian panas pada penuangan logam cair kedalam cetakan dan bertambah apabila besar butir mengecil, kadar tanah lempung, tambahan khusus dan kadar air bertambah.
5. Sifat-sifat sisa
6
Sifat mampu ambruk berarti bahwa cetakan dengan mudah dapat rontok dan pasir cetak dapat disingkirkan dari permukaan coran. 2.3
Penyusunan Pasir Cetak Bentuk butir pasir dari pasir cetak digolongkan menjadi beberapa jenis,
diantaranya butir pasir bundar, butir pasir sebagian bersudut, butir pasir bersudut, butir pasir kristal dan sebagainya. Jenis butir pasir bundar baik untuk digunakan sebagai pasir cetak, karena memerlukan jumlah pengikat yang lebih sedikit untuk mendapat kekuatan dan permeabilitas tertentu, serta kemampuan alirnya yang baik. Pasir butir berbentuk kristal kurang baik untuk pasir cetak, sebab akan pecah menjadi butir-butir kecil pada pencampuran serta memberikan ketahanan api dan permeabilitas yang buruk pada cetakan, dan selanjutnya membutuhkan pengikat dalam jumlah banyak. Berikut ini adalah beberapa bentuk butir pasir antara lain butir pasir bundar, butir pasir sebagian bersudut, butir pasir bersudut, butir pasir kristal.
Butir Pasir Bundar
Butir Pasir Sebagian Bersudut
7
Butir Pasir Bersudut
Butir Pasir Kristal
Gambar 2.1 Jenis Bentuk Pasir Untuk susunan pasir cetak ada beberapa susunan yang dianjurkan. Berikut ini merupakan beberapa tambahan (additive) untuk susunan pasir cetak yaitu: 1. Tanah lempung Tanah lempung terdiri dari kaolinit, ilit dan monmolinit juga kuarsa, felsfar dan mika serta kotoran-kotoran lainnya. Ukuran dari butir-butir tanah lempung adalah sekitar 0,005 mm sampai 0,02 mm. 2. Pengikat lain Inti (core) sering dibuat dari pasir yang dibubuhi minyak pengering nabati 1,5 – 3,0% seperti minyak biji rami (linseed oil), minyak kedelai, atau biji kol dan dipanggang pada temperatur 200 ꟷ 250oC. Mereka disebut ini pasir minyak. Sifatnya menyerap air dan mudah ambruk pada waktu pembongkaran. 3. Tambahan khusus Bubuk arang, tepung terigu, jelaga kokas, atau tepung grafit di butuhkan kira-kira 1% kepada pasir cetak agar permukaan coran menjadi halus, pembongkaran mudah,dan dalam beberapa hal mencegah permukaan kasar. Kelebihan tambahan, menyebabkan cacat karena gas yang terbentuk. Karena itu penting untuk menggunakannya dalam jumlah yang cocok. Mereka sering menyebabkan hasil yang bertentangan kecuali jika dipilih jumlah yang cocok.
8
2.4
Pengujian Pasir Cetak Berbagai pengujian dilakukan untuk mengetahui sifat-sifat pasir cetak
antara lain pengujian kadar air, pengujian permeabilitas, pengujian kekuatan, pengujian kadar lempung dan pengujian distribusi besar butir. Dalam hal ini yang akan dibahas hanya untuk pengujian kadar air dan permeabilitas. Permeabilitas dihitung dari rumus berikut : P=
Q× L p× A ×t
…………………………………..
(1) Dimana : P
= Permeabilitas (mL/cm2)
Q
= Volume udara yang lewat melalui spesimen (mL)
L
= Panjang spesimen (cm)
p
= Tekanan udara (cm)
A
= luas irisan spesimen (cm2)
t
= waktu yang dibutuhkan (detik)
Permeabilitas berhubungan erat dengan keadaan permukaan coran. Permeabilitas kecil menyebabkan kulit coran yang halus dan gelembunggelembung udara, sedangkan permeabilitas yang besar menyebabkan kulit yang kasar serta penetrasi. Oleh karena itu pemilihan permeabilitas yang cocok adalah perlu.
BAB III PROSEDUR PERCOBAAN
9
3.1
Diagram Alir Percobaan Adapun diagram alir percobaan ini adalah sebagai berikut:
Pasir kuarsa 1 kg Menyusun ayakan dengan fraksi ukuran 18# dan 40#
Mengayak selama 10 menit menggunakan mesin pengayak
Menimbang pasir berdasarkan fraksi ukuran
Membuat spesimen dengan perbandingan 70% : 30% ; 30% : 70% dan 80% : 20%
Mencampurkan masing-masing spesimen dengan bahan pengikat (solobon 15 gram) Memadatkan dan menguatan dengan gas CO2
Menguji permeabilitas
Mengeluarkan pasir cetak dengan menggunakan mesin press Mendinginkan pasir cetak Memanaskan dalam oven selama 15 menit Mengukur Luas Irisan dan Panjang Pasir Cetak
Menimbang pasir cetak
Data
Pembahasan
Kesimpulan
Literatur
10
Gambar 3.1 Diagram Alir Percobaan Pasir Cetak 3.2 Alat dan Bahan 3.2.1 Alat 1. Ayakan pasir 18# dan 40# 2. Mesin Pengayak 3. Alat pemadat pasir 4. Alat uji permeabilitas 5. Neraca teknis 6. Mesin press 7. Oven 3.2.2 Bahan 1. Solobon 2. Pasir Kuarsa 1 kg 3. Gas CO2
11
3.3 Prosedur Percobaaan 3.3.1 Pengayakan 1. Menyiapkan pasir kuarsa sebanyak 1 kg. 2. Menyusun ayakan mulai dari ukuran terbesar 18# dan 40#. 3. Memasukkan pasir kuarsa kedalam ayakan mulai dari ayakan teratas. 4. Melakukan pengayakan menggunakan mesin pengayak selama 10 menit kemudian menimbang berdasarkan ukuran masingmasing. 5. Menyiapkan pasir kuarsa dengan ukuran ꟷ18# dan ꟷ40# untuk dilakukan proses uji permeabilitas. 3.3.2 Pengujian Permeabilitas 1. Membuat tiga spesimen dari pasir yang telah disiapkan pada ukuran ꟷ18# dan ꟷ40# dengan berat masing-masing spesimen sebesar 150 gram. 2. Mencampurkan masing-masing spesimen dengan bahan pengikat berupa solobon. 3. Memadatkan sebanyak empat kali tumbukan. 4. Mengangkat silinder, keluarkan pasir yang telah dipadatkan kemudian keraskan dengan gas CO2 selama 5 menit. 5. Melakukan uji permeabilitas pada tiap-tiap spesimen. 3.3.3 Pengujian Kadar Air 1. 2. 3. 4.
Siapkan spesimen yang telah diuji permeabilitasnnya. Timbang berat awal pasir kuarsa. Panaskan dalam oven selama 15 menit. Dinginkan kemudian timbang berat akhir setelah dipanaskan.
12
5. Hitung selisih berat pasir kuarsa antara sebelum dan sesudah dipanaskan.
13
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1
Hasil Percobaan Berdasarkan percobaan pasir cetak yang telah dilakukan, maka didapatkan
data – data sebagai berikut. A. Pengayakan Tabel 4.1 Data Percobaan Pengayakan Fraksi Ukuran
Ukuran Pertikel (µm)
Berat (gram)
ꟷ18#
822,22
663
ꟷ40#
370
202
B. Pengujian Permeabilitas Tabel 4.2 Data Percobaan Uji Permeabilitas Spesime
Volum
Panjan
Luas
Wakt
Tekana
Permeabilita
n
e
g
Irisan
u
n Udara
s
(X)
Udara
(cm)
(cm2)
(detik)
(cm)
(mL/cm2)
I
(mL) 1000
4,9
19,62
4,62
1,1
49,1
II
1000
5
5 19,62
7,39
2
17,23
III
1000
4,2
5 19,62
4,43
1,7
28,417
5
14
C. Pengujian Kadar Air Tabel 4.3 Data Pengujian Kadar Air Sampel (x)
4.2
Berat Awal
Berat Akhir
Selisih Berat
Reduksi
(gram)
(gram)
(gram)
ukuran
I
155,5
153,5
2
(%) 1,29
II
155
149,9
5,1
3,29
III
142
140
2
1,40
Pembahasan Berdasarkan percobaan pasir cetak yang telah dilakukan, terdapat dua
pengujian pasir cetak, yaitu pengujian permeabilitas serta pengujian kadar air (moisture) pasir cetak. Mula-mula, dilakukan proses persiapan pembuatan pasir cetak dan dilanjutkan dengan pengujian permeabilitas pasir cetak tersebut untuk mengetahui nilai mampu alir udara dalam rongga pasir cetak yang dibuat. Pengayakan dilakukan dengan mesin pengayak selama ±10 menit, dengan menggunakan ayakan berukuran 18# dan 40#. Setelah dilakukannya pengayakan, maka masing-masing fraksi ukuran ditimbang beratnya dan fraksi ukuran ꟷ18# dan ꟷ40# diambil dan dipisahkan untuk dijadikan sampel pengujian berikutnya yaitu pengujian permeabilitas. Dari fraksi ukuran ꟷ18# dan ꟷ40# dibuat menjadi 3 komposisi berbeda, yaitu :
1. Spesimen I
15
70% : 30%. Pasir berukuran ꟷ18# sebanyak 105 gram (70%) dicampur dengan pasir berukuran ꟷ40# sebanyak 45 gram (30%). Dengan komposisi tersebut, maka dapat dihasilkan karakteristik hasil cetakan yang dibuat dengan nilai permeabilitas yang telah diukur yaitu sebesar 49,1 mL/cm2. Dengan selisih berat yang didapat sebesar 2 gram. 2. Spesimen II 30% : 70%. Pasir berukuran ꟷ18# sebanyak 45 gram (30%) dicampur dengan pasir berukuran ꟷ40# sebanyak 105 gram (70%). Dengan komposisi tersebut, maka dapat dihasilkan karakteristik hasil cetakan yang dibuat dengan nilai permeabilitas yang telah diukur yaitu sebesar 17,23 mL/cm2. Dengan selisih berat yang didapat sebesar 5,1 gram. 3. Spesimen III 80% : 20%. Pasir berukuran ꟷ18# sebanyak 120 gram (80%) dicampur dengan pasir berukuran ꟷ40# sebanyak 30 gram (20%). Dengan komposisi tersebut, maka dapat dihasilkan karakteristik hasil cetakan yang dibuat dengan nilai permeabilitas yang telah diukur yaitu sebesar 28,417 mL/cm2. Dengan selisih berat yang didapat sebesar 2 gram.
Proses pembuatan cetakan dilakukan dengan menggunakan bantuan alat pemadat pasir dangan bentuk silinder dan dengan menambahkan solobon
16
sebanyak 15 gram sebagai perekat pasir (binder). Kemudian, setelah pembuatan sampel pasir cetak selesai, dilanjutkan dengan proses pemberian gas CO 2 selama 5 menit untuk membuat pasir cetak kering dan mengeras. Setelah itu dilakukan pengujian permeabilitas pasir cetak yang telah dibuat dengan menggunakan mesin penguji tekanan udara. Hasil yang diperoleh seperti ditunjukkan dalam tabel 4.2. Berdasarkan data hasil percobaan pada tabel 4.2, diketahui nilai permeabilitas pasir cetak setelah dilakukan untuk sampel I adalah 49,1 mL/cm2, sampel II 17,23 mL/cm2, sedangkan untuk sampel III sebesar 28,417 mL/cm2. Dibuatnya spesimen menjadi 3 komposisi yaitu agar kita dapat melihat nilai permeabilitas masing-masing yang dikandung itu berbeda-beda, sehingga terlihat nilai permeabilitas yang paling tinggi dan pengaruhnya. Agar lebih jelas, data-data yang diperoleh digambarkan dalam grafik pada gambar 4.1 yang menggambarkan tentang pengaruh tekanan udara terhadap permeabilitas yang berbeda pada pasir cetak. 60 50 49.1 40 30
28.42
20
17.23
10 0 1.1000000000000001
2
1.7
Gambar 4.1 Pengaruh Tekanan Udara Terhadap Permeabilitas Dapat dilihat pada gambar 4.1 bahwa sampel I memiliki nilai permeabilitas paling tinggi yaitu sebesar 49,1 mL/cm2 dan sampel II memiliki
17
nilai permeabilitas paling rendah yaitu sebesar 17,23 mL/cm2. Nilai permeabilitas sampel II yang didapatkan rendah, hal tersebut dapat disebabkan karena komposisi yang digunakan untuk sampel II adalah 30% (ꟷ18#) : 70% (ꟷ40#), yang artinya, digunakan pasir dengan ukuran ꟷ40# yang lebih banyak, sehingga poripori untuk fluida (udara) lewat pada pasir cetak yang dibuat terlalu sempit, dan menyebabkan hanya sedikit udara yang dapat lewat. Seharusnya pori-pori yang terbentuk jika ingin memiliki nilai permeabilitas yang baik adalah tidak sempit dan juga tidak lebar, yang benar-benar halus (50:50). Perlu diketahui bahwa pasir cetak yang baik adalah dengan memiliki permeabilitas yang baik[1]. 160 155 150 Massa Awal Massa Akhir
145 140 135 130 Sampel I
Sampel II
Sampel III
Berdasarkan gambar 4.2 dapat dilihat bahwa kehilangan berat yang paling banyak terdapat pada sampel II sebanyak 5,1 gram dengan persen reduksi ukuran sebesar 3,29%, dan paling sedikit pada sampel I dan III dengan masing-masing selisih sebanyak 2 gram dengan persen reduksi ukuran masing-masing sampel
18
adalah 1,286% dan 1,40%. Hal ini dikarenakan ukuran butir yang kecil, namun kadar airnya lebih besar yang membuat nilai permeabilitasnya menurun karena ruangan antara butir-butir pasir ditempati oleh pasir yang berlebihan air[1]. Fraksi ukuran akan berpengaruh terhadap nilai permeabilitas, fraksi ukuran yang besar atau kasar akan menyebabkan nilai permeabilitas menjadi besar pula, hal ini menunjukan ruang pori-pori hasil cetakan cukup besar, sehingga produk yang dihasilkan akan rapuh. Sedangkan apabila fraksi ukuran yang digunakan halus, maka nilai permeabilitas juga akan kecil, sehingga ruang poripori juga akan semakin rapat, sehingga produk yang dihasilkan juga akan kuat.
19
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan Dari percobaan yang telah dilakukan, didapatkan kesimpulan sebagai berikut: 1
Pada percobaan yang telah dilakukan didapat sampel I memiliki nilai permeabilitas paling tinggi yaitu sebesar 49,1 mL/cm2 dan sampel II memiliki nilai permeabilitas paling rendah yaitu sebesar 17,23
2
mL/cm2. Pada percobaan yang telah dilakukan didapat sampel II memiliki selisih berat paling tinggi yaitu sebesar 5,1 gram dan sampel I dan III
3
memiliki selisih berat paling rendah yaitu sebesar 2 gram. Persen reduksi pada masing – masing sampel adalah 1,286 %; 3,29 %; dan 1,40%.
5.2 Saran Adapun saran dari praktikan untuk praktikum selanjutnya yang akan dilakukan yaitu: 1. Kepada praktikan diharapkan untuk meningkatkan ketelitian dalam melakukan percobaan. 2. Kepada praktikan diharapkan untuk teliti dalam melihat hasil dari alat maupun perhitungan yang dilakukan pada saat praktikum berlangsung.
20
21
DAFTAR PUSTAKA [1] Tata, Surdia dkk. Teknik Pengecoran Logam. Jakarta: PT Pradya Paramita. 1991. [2] Callister. Materials Science and Engineering An Introduction. United States of America : John Wiley & Sons, Inc. 2001. [3] [FT UNTIRTA] Fakultas Teknik, Universitas Sulltan Ageng Tirtayasa. Modul Praktikum Laboratorium Metalurgi II. Cilegon: FT UNTIRTA; 2016.
