0

PENGARUH PERBEDAAN MATERIAL DAUR ULANG

ALUMUNIUM TERHADAP HASIL CORAN

PADA PEMBUATAN PISTON

DENGAN CETAKAN PASIR

Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi Strata I

pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Oleh :

CANDRA PUTRA FREDYANTO

D200 12 0023

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2019

1

PENGARUH PERBEDAAN MATERIAL DAUR ULANG ALUMUNIUM

TERHADAP HASIL CORAN PADA PEMBUATAN PISTON

DENGAN CETAKAN PASIR

Abstrak

Penenelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh perbedaan material daur

ulang alumunium terhadap penyusutan, kekerasan, porositas, densitas, dan

struktur mikro dari benda hasil pengecoran dengan bahan alumunium yang

berbeda. Pengujian yang dilakukan adalah pengujian komposisi kimia dengan

dengan standar ASTM E-1251, pengujian struktur mikro dengan standar ASTM

E3, dan pengujian kekerasan dengan standar ASTM E18-15. Hasil pengujian nilai

penyusutan terbesar pada material block mesin sebesar 1,08%, dilanjutkan dengan

material piston 0,99%, dan penyusutan terkecil pada material lantak 0,87%. Pada

nilai densitas didapat nilai densitas terbesar pada material block mesin sebesar

2,62 g/cm3, kemudian piston 2,43 g/cm3, dan nilai terkcil pada lantak 2,23 g/cm3.

Pada pengujian komposisi kimia blok mesin mengandung unsur Al 84,94% dan

unsur Si 10,27%, piston mengandung unsur Al 85,67% dan unsur Si 11,22%, dan

lantak mengandung unsur Al 89,13% dan unsur Si 7,8%. Pada pengujian

kekerasan menggunakan alat uji kekerasan rockwell didapat nilai kekerasan

tertinggi pada block mesin dengan nilai 56,5 HRB, dilanjutkan dengan piston 30,2

HRB, dan nilai terkecil pada lantak 13,7 HRB. Dari pengujian foto mikro

didapatkan hasil kekerasan terbesar ada dalam semakin rapatnya unsur padauan

yang tersusun. Perbedaan kekerasan pada perbedaan material bahan bekas dari

unsur Al dan paduannya, sehingga berpengaruh pada nilai penyusutan. Semakin

besar nilai penyusutan maka semakin besar juga nilai densitasnya.

Kata Kunci : Pengecoran Alumunium, Daur ulang alumunium

Abstract

This study aims to determine the effect of differences in aluminum recycled

material on shrinkage, hardness, porosity, density, and microstructure of casting

products with different aluminum materials. The test is testing chemical

composition with ASTM E-1251 standard, testing microstructure with ASTM E3

standard, and testing hardness with ASTM E18-15 standard. The test results of the

largest shrinkage value in the engine block material is 1.08%, followed by piston

material 0.99%, and the smallest shrinkage in the material is 0.87%. At the density

value obtained the largest density value on the engine block material is 2.62

g/cm3, then the piston is 2.43 g/cm3, and the crushed value is 2,23 g/cm3. In

testing the chemical composition of the engine block contains 84.94% Al

elements and 10.27% Si elements, the piston contains 85.67% Al elements and

11.22% Si elements, and the trace contains 89.13% Al elements and 7,8% Si

elements. In the hardness test using rockwell hardness test, the highest hardness

value was obtained on the engine block with a value of 56.5 HRB, followed by a

piston of 30.2 HRB, and the smallest value was 13.7 HRB in stroke. From micro

photo testing the results of the biggest hardness were found in the increasingly

2

tightly arranged elements. The difference in the hardness of differences in used

material from Al elements and their alloys, so that it affects the depreciation

value. The greater the value of depreciation, the greater the value of its density.

Keywords : Cast Aluminum, Aluminum Recycling

1. PENDAHULUAN

Industri pengecoran logam tumbuh seiring dengan perkembangan teknik dan

metode pengecoran serta berbagai model produk cor yang membanjiri pasar

domestik. Produk cor banyak dipergunakan dalam kehidupan sehari-hari mulai

dari perabotan rumah tangga, komponen otomotif, pompa air sampai propeller

kapal. Permintaan pasar akan produk logam cor yang prospektif dan luas ini,

kurang diimbangi dengan peningkatan kualitas produk. (Hidayat, 2010)

Daur ulang aluminium sangatlah menguntungkan dari segi ekonomis, daur

ulang aluminium lebih murah karena jika mengekstrak logam ini dari bijih

aluminium sangatlah mahal, mencemari lingkungan, mengkonsumsi sejumlah

besar energi, dan aluminium daur ulang menjadi bagian dari siklus yang dapat

terjadi berulang-ulang tanpa kehilangan sifat-sifatnya. Oleh karena itu perlu

dilakukannya pengujian untuk menganalisa besarnya porositas yang terjadi agar

dapat meningkatkan kualitas produk hasil pengecoran. Perhitungan dilakukan

dengan menggunakan bahan dasar berupa limbah kaleng minuman, rumah tangga,

velg, dan blok mesin yang dicor dengan metode sand casting. (Fasya & Iskandar,

2015)

Sand Casting adalah proses manufaktur suatu alat yang menggunakan pasir

sebagi media cetakan, istilah “Sand Casting” sendiri dapat di istilahkan sebagai

benda hasil dari proses penyetakan pasir, bahan dasar dalam pengecoran sendiri

bisa berbagai macam, yang terdiri dari kelompok logam fero dan non fero tapi

pada kali ini bahan dasar yang akan digunakan adalah logam non fero alumunium.

Berdasarkan latar belakang diatas, penelitian ini berkonsentrasi pada:

Kecepatan penuangan logam cair dianggap seragam, Cetakan yang digunakan

adalah cetakan pasir merah, Uji komposisi kimia menggunakan alat uji

Spektrometer (ASTM E-1251) Pengujian kekerasan menggunakan uji kekerasan

3

Rockwall (ASTM E18-15), Pengujian struktur mikro hasil coran menggunakan

Mikroskop Metalografi (ASTM E3).

Tujuan penelitian ini adalah :Meneliti pengaruh variasi bahan bekas piston,

blok mesin, dan daur ulang paduan terhadap keutuhan produk, terjadinya cacat

penyusutan, cacat porositas produk cor alumunium, Meneliti pengaruh variasi

bahan bekas piston, blok mesin, dan daur ulang paduan terhadap distribusi

kekerasan produk cor alumunium, Meneliti pengaruh variasi bahan bekas piston,

blok mesin, dan daur ulang paduan terhadap distribusi struktur mikro produk cor

alumunium.

Melakukan penelitian tentang pembuatan prototipe piston komposit dari

limbah piston dengan penambahan silikon karbida (SiC) dan magenesium

menggunakan metode stir casting dan squeeze casting. Tekanan squeeze casting

dengan variasi 400, 600, dan 800 MPa. Hasil pengujian komposisi kimia perlu

penambahan material silikon karbida (SiC) dan Magnesium (Mg) untuk

menambah kekuatan mekanis. Hasil strukturmikro mendukung terhadap hasil

kekerasan sebesar 76 HRB. maka bisa direkomendasikan untuk pembuatan

prototipe piston komposit (Radimin dan Abdillah, 2014).

Melakukan penelitian tentang besarnya porositas yang terjadi agar dapat

meningkatkan kualitas produk hasil pengecoran. Perhitungan dilakukan dengan

menggunakan bahan dasar berupa limbah kaleng minuman, rumah tangga, velg,

dan blok mesin yang dicor dengan metode sand casting. Pengujian yang dilakukan

dengan uji densitas untuk menetukan porositas. Hasil dari penelitian menunjukkan

bahwa untuk nilai dari porositas tertinggi terdapat pada spesimen kaleng dengan

densitas 2,58 gr/cm3 yaitu sebesar 11,94%, kemudian disusul limbah velg dengan

densitas 2,61 g/cm3 yang porositasnya 10,92%. Untuk limbah blok mesin dan

rumah tangga nilai porositasnya sebesar 7,16% dan 5,64%. (Fasya dan Iskandar,

2015).

2. METODE

Tahapan yang dilakukan dalam pengerjaan penelitian adalah sebagai berikut :

Mempersiapkan alat dan bahan yang digunakan untuk penelitian, Pembuatan pola,

4

Membuat potongan limbah alumunium, Pembuatan pola, Membuat cetakan

specimen sesuai dengan variasi ditentukan, Proses manufaktur, Pemotongan

spesimen sesuai standar, Melakukan pengujian specimen, Analisa data dari

pengujian specimen

Bahan yang perlu dipersiapkan dalam penelitian dala penelitian ini adalah

: Pasir lempung, Alumuniun bekas dan Kalsium karbonat (CaCO3).

Peralatan yang perlu dipersiapkan dalam penelitian ini adalah : Skop,

penumbuk, tabung silinder, kowi, kerangka kotak, pola, saringan, dapur pelebur.

Untuk melakukan pengujian peralatan yang digunakan adalah : Gelas ukur,

jangka sorong, alat uji spektrometer, alat uji kekerasan, alat uji mikroskop

metalografi dan timbangan digital.

Gambar 1. Diagram Alir Penelitian

5

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada penelitian ini perbedaan bahan baku alumunium digunakan untuk

mengetahui penyusutan dari hasil cor pada setiap variasi. Analisa penyusutan ada

dua tahap yaitu pengukuran benda asli dan spesimen selanjutnya menghitung

presentase penyusutan produk cor.

Tabel 1. Presentase penyusutan dalam persen (%)

Posisi Asli Block S(%) Piston S(%) Lantak S(%)

1 60,30 60,00 0,50% 60,05 0,41% 60,10 0,33%

2 60,60 60,45 0,25% 60,50 0,17% 60,50 0,17%

3 60,70 60,10 0,99% 60,10 0,99% 60,20 0,83%

4 45,70 45,40 0,66% 45,30 0,88% 45,30 0,88%

5 37,00 36,80 0,54% 36,80 0,54% 36,80 0,54%

6 8,40 8,10 3,57% 8,15 2,98% 8,20 2,44%

Rata-

rata 1,08%

0,99%

0,87%

Gambar 2 Diagram persentase penyusutan variasi bahan daur ulang.

Dari gambar diatas dapat diketahui bahwa bahan daur ulang dari block

mesin presentase penyusutan yaitu 1,08%, bahan daur ulang piston sebesar

0,67%, dan penyusutan bahan daur ulang dari lantak sebesar 0,87%. Data di atas

dapat di ambil bahwa penyusutan tertinggi pada bahan daur ulang block mesin,

dan penyusutan terendah pada bahan daur ulang piston. Hal ini disebabkan oleh

banyaknya logam menyusut selama pembekuan, karena unsur paduan logam yang

berbeda sangat mempengaruhi nilai presentase penyusutan.

1,08% 0,99%

0,87%

0,00%0,10%0,20%0,30%0,40%0,50%0,60%0,70%0,80%0,90%1,00%1,10%1,20%

Block Piston Lantak

Rat

a -

rata

Pen

yusu

tan

Bahan Daur Ulang

6

Pada penelitian ini perbedaan bahan baku alumunium digunakan untuk

mengetahui nilai kerapatan dari hasil cor pada setiap variasi.

Tabel 2. Hasil uji density (g/cm3)

NAMA SPESIMEN No. PENIMBANGAN

(gram)

VOLUME

(ml)

DENSITY

(ρ)

BLOCK MESIN

1 7 3 2,33

2 6 2 3,00

3 8 3 2,67

4 14 6 2,33

5 10 5 2,00

6 6 2 3,00

7 6 2 3,00

Rata - rata 2,62

PISTON

1 7 3 2,33

2 5 2 2,50

3 11 5 2,20

4 14 6 2,33

5 8 3 2,67

6 4 2 2,00

7 6 2 3,00

Rata - rata 2,43

LANTAK

1 6 3 2,00

2 4 2 2,00

3 9 4 2,25

4 14 6 2,33

5 10 4 2,50

6 5 2 2,50

7 6 3 2,00

Rata - rata 2,23

Gambar 3. Grafik Hasil Uji Density

2,62

2,43

2,23

2,00

2,10

2,20

2,30

2,40

2,50

2,60

2,70

block mesin piston lantak

Densitas (

p)

Bahan Daur Ulang

7

A B C

Porosita

s

10mm 10mm 10mm

Dari gambar diatas menjelaskan hasil pengujian density dapat diketahui

nilai tertinggi pada bahan daur ulang dari block mesin sebesar 2,62 g/cm3 dan

bahan daur ulang dari piston sebesar 2,43 g/cm3 dan nilai density terendah pada

bahan daur ulang dari lantak sebesar 2,23 g/cm3. Semakin tinggi nilai density

maka semakin tinggi kepadatan specimen. Sebaliknya, semakin rendah nilai

density maka semakin rendah pula kepadatan spesimenya. Sehingga specimen

dengan bahan daur ulang dari block mesin memiliki kepadatan paling tinggi

dibandingkan dengan specimen yang bahan daur ulang dari lantak dan piston.

Pengamatan ini dilakukan untuk mengetahui cacat porositas pada spesimen.

Gambar 4. Perbandingan porositas specimen foto makro (A) bahan daur

ulang block mesin (B) bahan daur ulang piston (C) bahan daur ulang

lantak.

Dari gambar diatas dapat diketahui porositas tertinggi pada bahan daur

ulang lantak kemudian diikuti specimen bahan daur ulang piston. Kemudian cacat

porositas terendah pada specimen bahan daur ulang block mesin.

Pengujian komposisi kimia dengan menggunakan alat uji Spectrometer.

Pada pengujian komposisi ini alat dapat melakukan pembacaan secara otomatis

sehingga dideteksi beberapa jenis-jenis unsur kimia, dan berikut adalah data dari

hasil komposisi kimia

Tabel 3. Hasil uji komposisi kimia bahan daur ulang Block mesin, Piston, dan

Lantak

Paduan Al Si Fe Cu Mn Mg Zn Ti Ni

Block

Mesin 84,940 10,270 1,350 2,155 0,227 0,041 0,841 0,038 0,069

Piston 85,670 11,220 0,632 1,161 0,185 0,144 0,108 0,047 0,793

Lantak 89,130 7,800 0,608 0,978 0,124 0,024 1,188 0,060 0,033

8

Gambar 5 Diagram persentase Al dari

hasil uji komposisi kimia bahan daur

ulang Block mesin, Piston, dan Lantak.

Gambar 6 Diagram persentase Si dan

Cu dari hasil uji komposisi kimia bahan

daur ulang Block mesin, Piston, dan

Lantak.

Dari hasil pengujian komposisi kimia unsur yang ada dari proses daur ulang

block mesin dan piston termasuk logam paduan Alumunium paduan Silikon dan

Tembaga (Al-Si-Cu) dengan nilai (Al) 84,94%, (Si) 10,27%, (Cu) 2,15%, dan (Al)

85,67%, (Si) 11,22%, (Cu) 1,16%, sedangkan dari proses daur ulang lantak di

dapatkan perbedan paduan yaitu Alumunium paduan Silikon dan Seng (Al-Si-Cu)

dengan nilai (Al) 89,13%, (Si) 7,8%, (Cu) 0,978%.

Hasil pengujian kekerasan termasuk pengujian terhadap sifat mekanik,

secara umum kekerasan adalah ketahanan suatu materian terhadap deformasi

plastis. Hasil uji kekerasan ditampilkan dalam bentuk tabel sebagai berikut :

Tabel 4. Hasil Uji Kekerasan Block mesin

Titik Indentor Bola

Baja (inchi)

Beban

Mayor (kgf) HRB

Rata-rata

HRB

Rata-rata

BHN

1 1/16 100 56,9

56,5 90,5

2 1/16 100 56,9

3 1/16 100 57,6

4 1/16 100 57,5

5 1/16 100 56,7

6 1/16 100 53,5

Tabel 5. Piston

Titik Indentor Bola

Baja (inchi)

Beban

Mayor (kgf) HRB

Rata-rata

HRB

Rata-rata

BHN

1 1/16 100 23,5

30,2 67,2

2 1/16 100 28,2

3 1/16 100 26,1

4 1/16 100 36,3

5 1/16 100 40,2

6 1/16 100 26,7

84,94% 85,94%

89,13%

82,00%

84,00%

86,00%

88,00%

90,00%

Piston

Pers

enta

se (

%)

Bahan Daur Ulang

10,27% 11,22%

7,80%

2,14% 1,16% 0,98%

0,00%

2,00%

4,00%

6,00%

8,00%

10,00%

12,00%

BlockMesin

Piston LantakPers

enta

se (

%)

Bahan Daur Ulang

Si

9

Tabel 6.Lantak

Titik Indentor Bola

Baja (inchi)

Beban

Mayor (kgf) HRB

Rata-rata

HRB

Rata-rata

BHN

1 1/16 100 12,8

13,7 58,7

2 1/16 100 12,2

3 1/16 100 15,7

4 1/16 100 12,6

5 1/16 100 14,1

6 1/16 100 14,9

Dari grafik diatas dapat diketahui bahan daur ulang dari block msin

mempunyai nilai kekerasan Rockwell tertinggi yaitu 56,5 HRB dan bahan daur

ulang dari piston sebesar 30,2 HRB , dan nilai terendah pada bahan daur ulang

dari lantak yaitu sebesar 13,7 HRB. Hal tersebut terjadi karena cacat porositas dan

unsur penusunnya menyebabkan kekerasan logam berkurang. Spesimen dengan

bahan daur ulang dari block mesin memiliki kekerasan tertinggi karena persentase

porositasnya rendah dan unsur paduan Cu paling besar dibanding dengan bahan

daur ulang lainnya.

Pengamatan strukrtur mikro dilakukan menurut standar pengujian

metalografi untuk bahan aluminium dengan pembesaran 200x, dan 500x diperoleh

gambar tampilan seperti yang terlihat pada gambar 7 dan gambar 8.

Gambar 7. Perbandingan foto mikro pada pembesaran 200x. (A) bahan daur ulang

Block mesin, (B) bahan daur ulang Piston, (C) bahan daur ulang Lantak

Gambar 8. Perbandingan foto mikro pada pembesaran 500x. (A) bahan daur ulang

Block mesin, (B) bahan daur ulang Piston, (C) bahan daur ulang Lantak.

10

Struktur mikro yang ada terdiri dari unsur Si (silicium/silikon) dan Al

(aluminium). Unsur Si (hitam) berbentuk kecil memanjang seperti jarum,

sedangkan unsur Al berupa burupa butiran besar berwarna putih.

4. PENUTUP

Hasil dari analisa, pengujian komposit dan pembahasan, maka dapat ditarik suatu

kesimpulan yaitu: Dari hasil pengujian penyusutan bahwa hasil rata – rata

penyusutan paling besar yaitu pada bahan daur ulang block mesin sebesar 1,08%,

sedangkan untuk bahan daur ulang piston sebesar 0,99%, dan rata – rata paling

kecil yaitu pada bahan daur ulang lantak sebesar 0,87%. Dari hasil pengujian

density bahwa nilai paling tinggi yaitu pada bahan daur ulang block sebesar 2,62

g/cm3, sedangkan untuk bahan daur piston sebesar 2,43 g/cm3, dan nilai rata –

rata terkecil yaitu pada bahan daur ulang lantak sebesar 2,23 g/cm3. Dari hasil

pengamatan bahwa cacat porositas terbesar pada specimen bahan daur ulang

piston dilanjutkan dengan specimen bahan daur ulang lantak dan nilai terkecil

terlihat pada bahan daur ulang block mesin, Dari hasil pengujian komposisi kimia

unsur yang ada dari proses daur ulang block mesin dan piston termasuk logam

paduan Alumunium paduan Silikon dan Tembaga (Al-Si-Cu) dengan nilai (Al)

84,94%, (Si) 10,27%, (Cu) 2,15%, dan (Al) 85,67%, (Si) 11,22%, (Cu) 1,16%,

sedangkan dari proses daur ulang lantak di dapatkan perbedan paduan yaitu

Alumunium paduan Silikon dan Seng (Al-Si-Cu) dengan nilai (Al) 89,13%, (Si)

7,8%, (Cu) 0,978%. Sehingga dari unsure yang ada pada material ini termasuk

logam alumunium paduan silicon (Al – Si), karena unsur silicon (Si) ada pada

setiap variasi bahan daur ulang dan merupakan paduan terbesar, Dari hasil

pengujian kekerasan bahwa hasil rata – rata nilai tertinggi yaitu bahan daur ulang

block mesin sebesar 56,5 HRB, sedangkan untuk bahan daur ulang piston sebesar

30,2 HRB, dan nilai paling rendah yaitu pada bahan daur ulang sebesar 13,7 HRB.

Pada pengujian struktur mikro terdiri dari unsur Alumunium (Al) dan Silikon (Si).

Unsur Alumunium (Al) berupa butiran besar berwarna putih, sedangkan Silikon

(Si-Cu) berbentuk kecil memanjang seperti jarum.

Dalam penelitian selanjutnya, penulis mempunyai beberapa saran yang

mungkin dapat digunakan untuk mengembangkan penelitian antara lain: Pada saat

akan memulai proses pembuatan produk, alangkah baiknya supaya mempelajari

11

teknik-teknik dan prosedur yang digunakan pada proses pengecoran logam, agar

pada saat melakukan pembuatan produk tidak terjadi kekeliruan dan didapat

produk yang memuaskan, Pada saat melakukan pengujian supaya ditempat yang

terpercaya dan alat pengujianya terbaru agar mendapatkan data yang valid,

Alangkah baiknya supaya data – data yang di dapat di lakukan kajian kembali

supaya data dan hasil yang di dapat lebih sempurna.

DAFTAR PUSTAKA

ASM Hand Book Volume 3, 1994,”Alloy Phase Diagrams”.

Avner, Sidney H., 1974. “Introduction to physical Metallurgy”, McGrow Hill

Internasional Edition, New York.

Brown, JR. (2001). “Foseco Non-Ferrous Foundryman’s Handbook, Eleveth

Edition, Oxford: Butterworth-Heinemann”.

Choirul Amshori, Nanda., 2014 “Proses Pengecoran (bagian 2)”,

www.nandachoirul.blogspot.com/2014/10/proses-pengecoran-bagian-2-

pola.

Diana,Hernandez., 2016, “Hardness Conversion Chart”,

www.carbidedepot.com/formulas-hardness.htm

Fasya, F. Dan Iskandar, N.,2015, “Melt Loss Dan Porositas Pada Aluminium

Hasil Daur Ulang”, Universitas Diponegoro. Semarang.

Groover M.P., (2007), “Fundamentals of Modern Maufacturing” Wiley India:

Pvt. Limited.

Husband T., (2012), “ChemMatters: Recycling Aluminium A Way of Life or A

Lifestyle?” United Kingdom.

Internasional Alumunium Institute, 2009 “Global alumunium recycling: A

cornerstone of sustainnable developments”.

www.word-alumunium.org/cache/fl0000181.pdf

John Green,2008 “Developing A Techology Roadmap For Automotive

Lightweighting Metals Recycling” Report dated December 2008.

Mondolfo, L.F., 1976, “Aluminium Alloys: Structure and Properties”,

Butterworths, London.

Oduori FM, Odera BO, Mbuya TO, Ng’ang’a SP. 2010. “Effective recycling of

cast aluminium alloys for small foundries”. JAGST 12(2):162–81

12

Radimin, dan Abdillah, F.,2014, “Studi Pengaruh Tekanan Dan Komposisi

Campuran Pada Prototipe Piston Komposit Dengan Penguat

Silikon Karbida (Sic) Menggunakan Metode Squeeze Casting”, IKIP

Veteran. Semarang.

Sari, Kurniya, R.P, dkk., 2016. “Pengaruh Unsur Silikon Pada Alumunium

Alloy (Al – Si) Terhadap Sifat Mekanis dan Struktur Mikro”,

Universitas Tarumanegara. Jakarta Selatan.

Simpson J., (1999), “Aluminium In the Construction Industry,” London:

Kawneer.

Surdia, T dan Saito, S., 1995, “Pengetahuan bahan teknik”, P.T. Pradnya

Paramitha,Jakarta.