Ketidak sesuai proses pengecoran logam sering menimbulkan cacat porositas yang berujung

182 Pages·2011·41.46 MB·Indonesian

1

UNIVERSITAS INDONESIA

POROSITAS GAS PADA MATERIAL DURALUMIN
DALAM PENGECORAN SISTEM VAKUM

DISERTASI

NAMA : WAHYONO SUPRAPTO
NPM : 0806401052

FAKULTAS TEKNIK
PROGRAM STUDI TEKNIK METALURGI DAN MATERIAL
DEPOK
JULI - 2011

Universitas Indonesia
Porositas gas..., Wahyono Suprapto, FT UI, 2011.
2

UNIVERSITAS INDONESIA

POROSITAS GAS PADA MATERIAL DURALUMIN
DALAM PENGECORAN SISTEM VAKUM

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Doktor bidang Metalurgi dan Material

NAMA : WAHYONO SUPRAPTO
NPM : 0806401052

FAKULTAS TEKNIK
PROGRAM STUDI TEKNIK METALURGI DAN MATERIAL
DEPOK
JULI - 2011

Universitas Indonesia
Porositas gas..., Wahyono Suprapto, FT UI, 2011.
3
PERNYATAAN ORISINALITAS

Disertasi ini adalah hasil karya saya sendiri,
dan semua sumber baik yang dikutip maupun dirujuk
telah saya nyatakan dengan benar.

Nama : Wahyono Suprapto
NPM : 0806401052

Tanda Tangan :

Tanggal : 8 Juli 2011

Universitas Indonesia
Porositas gas..., Wahyono Suprapto, FT UI, 2011.
4

LEMBAR PENGESAHAN

Disertasi ini diajukan oleh :
Nama : Wahyono Suprapto
NPM : 0806401052
Program Studi : Teknik Metalurgi dan Material
Judul Disertasi : Porositas Gas pada Material Duralumin dalam
Pengecoran Sistem Vakum

Telah dipertahankan di hadapan Dewan Penguji Ujian Promosi dan
diterima sebagai bagian persyaratan yang diperlukan untuk memperoleh
gelar Doktor pada Program Studi Teknik Metalurgi dan Material,
Fakultas Teknik, Universitas Indonesia

DEWAN PENGUJI

Promotor : Prof.Dr.-Ing.Ir. Bambang Suharno ( )
Ko-Promotor : Prof.Dr.Ir. Johny Wahyuadi Soedarsono,DEA ( )
Ko-Promotor : Dr.Ir.Dedi Priadi, DEA ( )

Ketua Penguji : Prof.Dr.-Ing.Ir. Bambang Suharno ( )
Penguji : Prof.Dr.Ir. Johny Wahyuadi Soedarsono,DEA ( )
Penguji : Dr.Ir.Dedi Priadi, DEA ( )
Penguji : Prof.Dr.Ir. Budiarso, M.Eng. ( )
Penguji : Prof.Dr.Ir. Bondan T Sofyan, M.Si. ( )
Penguji : Dr.Ir. I Nyoman Jujur, M.Eng. ( )
Penguji : Dr.Ir.Barman Tambunan, MSc.Eng ( )
Ditetapkan di : Jakarta
Tanggal : 11 Juli 2011

Universitas Indonesia
Porositas gas..., Wahyono Suprapto, FT UI, 2011.
5
UCAPAN TERIMA KASIH

Puji Syukur ke hadirat Allah SWT, yang telah melimpahkan rahmat
dan hidayah-Nya sehingga saya dapat menyelesaikan program Doktor di
Program Studi Teknik Metalurgi dan Material, Fakultas Teknik, Universitas
Indonesia. Pada kesempatan ini perkenankan saya menyampaikan rasa
terimakasih dan hormat kepada:
1. Prof.Dr.-Ing.Ir. Bambang Suharno, Prof.Dr.Ir. Johny Wahyuadi
Soedarsono, DEA, Dr.Ir.Dedi Priadi, DEA, selaku Promotor dan Ko-
Promotor yang telah bersedia meluangkan waktu untuk memberi
pengarahan, diskusi dan bimbingan.
2. Dewan penguji yang terdiri dari Ketua Prof.Dr.-Ing.Ir. Bambang Suharno,
Anggota; Prof.Dr.Ir. Johny Wahyuadi Soedarsono., Dr.Ir.Dedi Priadi,
DEA., Prof.Dr.Ir. Budiarso., M.Eng, Prof.Dr.Ir. Bondan T Sofyan., M.Si,
Dr.Ir. I Nyoman Jujur., M.Eng, Dr.Ir. Barman Tambunan., MSc.Eng, atas
kesediaannya untuk menguji serta telah banyak memberikan masukan dan
arahan yang sangat berharga demi penyempurnaan disertasi ini.
3. Rektor Universitas Brawijaya beserta jajarannya, Dekan Fakultas Teknik
Universitas Brawijaya beserta jajarannya, Ketua Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Brawijaya beserta jajarannya yang telah
memberikan beasiswa untuk program doktor.
4. Dekan Fakultas Teknik Universitas Indonesia beserta jajarannya,
Departemen Teknik Metalurgi Universitas Indonesia beserta jajarannya
yang telah memperkenankan saya mengikuti pendidikan program doktor.
5. Kedua orang tua saya Bapak Bardjo Atmodjo (alm) dan Ibu W.
Marpungah (almh) yang telah melahirkan, mendidik, membimbing, dan
menyayangi sehingga putramu dapat menyelesaikan pendidikan doktor di
Universitas Indonesia. Kedua mertua saya Bapak Sukardi (alm) dan ibu
Sulastri (almh) yang penuh perhatian terhadap keluarga saya.
6. Dosen-dosen saya di; Pasca Sarjana Departemen Teknik Metalurgi dan
Material, Fakultas Teknik Universitas Indonesia, Jurusan Teknik Mesin,
Fakultas Teknik Universitas Brawijaya, Jurusan Teknik Mesin ATNAS
Yogyakarta. Guru-guru saya di; STM Bersubsidi Cilacap, SMPN 2
Cilacap, SDN 1 Cilacap, TK Persit Cilacap yang telah mendidik dan
membimbing saya. Semoga Allah SWT melimpahkan rahmat dan
hidayahNya kepada beliau semua.
7. Saudaraku, mbak Siti Sumarni, mbak Siti Sumardinah, mbak Duksinarti,
mbak Siti Mulyani (almh), mbak Siti Akhiratinah (almh), mbak Sabar
Minatun, mbak Mujijatun, adik Budi Basuki SE, adik Wahyugo Iman
Santoso SH (alm) dan adik Dwice, adik Endang Sugiarti dan adik Supri
yang selalu mendoakan saya. Tak lupa kepada Saudaraku yang tercinta,
mbak Trikardiningsih, mas Trikardiyono dan mbak Eli, adik Trikardiana
dan om Slamet, adik Trikardiastuti, adik Trikardianto, adik

Universitas Indonesia
Porositas gas..., Wahyono Suprapto, FT UI, 2011.
6
Trikardihariyoso, adik Trikardisetiadi dan adik Upi yang selalu
mendoakan saya.
8. Keluarga besar Luwih Sanyoto, bapak Lilik Prisbawono Adi, SH dan ibu
Herti Purba, SIP., DR. Ahmad Julfikri, Drg Dijah Rahmawati, dan abang
Rafi Aldi, atas segala pengertian dan kebersamaannya selama ini.
9. Manajer dan Staf CMPFA DTMM-FTUI, Kepala dan Staf
Lab.Metalografi DTMM-FTUI, Kepala dan Staf Lab.Metalografi
Departemen Fisika-FMIPAUI, Kepala dan Staf Lab. Uji Material Jurusan
T.Mesin-FTUB yang telah melakukan pengujian spesimen sebagai data
penelitian.
10. Dr. Bambang Soegijono, DEA. dengan pengujian SEM dan XRD, Deni
Ferdian, ST. MSc. dengan simulasi Z-Cast. Ahmad Zakiyuddin ST,
dengan SEM dan EDX. Andik Budi Prasetyo, Reza Septian, ST.,
Abdurahman Alatas, ST. yang membantu penelitian saya.
11. Dr. Anindito Purnowidodo, ST. M.Eng., Dr. Yudi Suryawan, ST. M.Eng.
yang telah berbagi pengalaman. Ir. Soeparno Djiwo, MT. yang telah
berkenan memberikan bimbingan skripsi tugas akhir mahasiswa ITN-
Malang.
12. Teman satu angkatan program S3 Departemen Teknik Metalurgi dan
Material, bapak; Sugiarto, Andi Rustandi, Agus edy Pramono, Patuan
Alfon S., Abdul Hay, Richard A.M. Napitupulu, dan ibu; Yunita Sadeli,
Nanik Indrayaningsih, Rini Riastuti atas kebersamaannya selama ini. Dr.
Myrna Ariati, Dr. Riyanti Sulamet Ariobimo atas saran dan dukungannya.
13. Sahabat-sahabat saya di SDN 1 Cilacap, SMPN 2 Cilacap, STM
Bersubsidi Cilacap, S-1 Mesin FTUB, S-2 Metalurgi FTUI yang hadir
ditengah-tengah kebahagian saya di sidang Promosi Doktor.
14. Akhirnya sampai kepada anak dan cucu yang saya cintai; Yudistira
Atmaja dan Siti Zaenab Farah Dina, Aditya Sukardi dan Amarillia
Yudianti, Abby Fidela Fitri, Karania Dahayu Adianti, dan Bisma Aditama
atas segala doa, perhatian dan kerinduannya selama ini.
15. Istriku tercinta Ir. Trikardiani atas kasih sayang, pengertian, pengorbanan,
kesetiaan serta kesabarannya untuk selalu mendoakan, mendorong dan
memberikan semangat yang tiada henti semenjak saya mahasiswa S1
sampai menyelesaikan pendidikan doktor.
16. Semua pihak yang tidak dapat saya sebutkan satu persatu.
Semoga Disertasi ini bermanfaat bagi pengembangan keilmuan bidang
rekayasa material teknik.
Akhir kata, semoga Tuhan Yang Maha Esa berkenan membalas budi baik
yang telah diberikan oleh semua pihak. Amien.

Depok, Juli 2011
Peneliti

Universitas Indonesia
Porositas gas..., Wahyono Suprapto, FT UI, 2011.
7
PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI
TUGAS AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Sebagai sivitas akademik Universitas Indonesia, saya yang bertanda tangan di
bawah ini:

Nama : Wahyono Suprapto
NPM : 0806401052
Program Studi : Teknik Metalurgi dan Material
Departemen : Metalurgi dan Material
Fakultas : Teknik
Jenis karya : Disertasi

demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan
kepada Universitas Indonesia Hak Bebas Royalti Noneksklusif (Non-
exclusive Royalty-
Free Right) atas karya ilmiah saya yang berjudul : Porositas Gas pada
Material Duralumin dalam Pengecoran Sistem Vakum

beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti
Noneksklusif ini Universitas Indonesia berhak menyimpan,
mengalihmedia/formatkan, mengelola dalam bentuk pangkalan data
(database), merawat, dan memublikasikan tugas akhir saya selama tetap
mencantumkan nama saya sebagai penulis/pencipta dan sebagai pemilik Hak
Cipta.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.

Dibuat di : Jakarta
Pada tanggal : 11 Juli 2011
Yang menyatakan

( Wahyono Suprapto)

Universitas Indonesia
Porositas gas..., Wahyono Suprapto, FT UI, 2011.
8
ABSTRAK

Nama : Wahyono Suprapto
Program Studi : Teknik Metalurgi dan Material
Judul : Porositas Gas pada Material Duralumin dalam Pengecoran
Sistem Vakum

Porositas merupakan cacat yang sering terjadi dalam pengecoran
paduan aluminium yang sulit dihindari, tetapi porositas dalam produk cor
harus dibuat sekecil mungkin. Ketidaksesuaian proses pengecoran sering
menimbulkan porositas yang mengakibatkan kualitas produk turun atau
produk harus di daur ulang. Umumnya, porositas dalam paduan aluminium
disebabkan oleh hidrogen larut dan terjebak, atau feeding yang kurang.
Selama ini porositas dicegah dengan proses degassing konvensional seperti;
fluxing, injecting, pressing, dan partial vacuuming tetapi belum memberikan
hasil yang optimal. Pengecoran duralumin dengan vacuuming tekanan rendah
yang terintegrasi, yang disebut pengecoran sistem vakum, sampai sekarang
belum pernah dilakukan dan diteliti oleh praktisi dan ilmuwan.
Penelitian porositas pada paduan Al-Cu (duralumin) dilakukan dengan
membuat ingot duralumin dari aluminium dan tembaga dalam tungku
reveberatory. Selanjutnya dilakukan pembuatan spesimen dengan melebur
ulang ingot duralumin, menuang, dan membekukannya dalam tungku
pengecoran sistem vakum. Variabel bebas dalam penelitian ini adalah kontrol
parameter proses pengecoran dengan variasi penambahan tembaga 2,5%Cu
sampai 4,5%Cu dan variasi tekanan vakum melting 0,789 kg/cm2 sampai
0,263 kg/cm2. Suhu peleburan dan penuangan duralumin (700 oC), waktu
holding duralumin melt (15 menit), tekanan solidifikasi 10 cmHg lebih kecil
dari tekanan melting, dan preheating cetakan (300 oC) merupakan parameter
kontrol pengecoran. Sebagai variabel terikatnya adalah kualitas duralumin cor
yang terdiri dari; berat jenis, kuantitas dan morfologi porositas, dan senyawa
dalam duralumin. Instrumen uji yang digunakan adalah optical emission
spectrometry, Picnometer, optic dan scanning electron microscope, X-ray
diffraction.
Hasil penelitian menunjukan bahwa bertambahnya kandungan
tembaga dan tingkat kevakuman menyebabkan berat jenis duralumin
meningkat. Kenaikan paduan tembaga menyebabkan porositas bertambah dari
16,67% sampai 21,20%. Hasil penelitian pengecoran tekanan vakum
menyebabkan porositas turun dari 20,35% sampai 15,56%, dan jenis porositas
yang terjadi adalah porositas gas. Dalam duralumin terjadi fasa metalik;
Al Cu, Al Si Mg Fe dan fasa inklusi non-metalic; Al O , Al C . Pengecoran
2 8 6 3 2 3 4 3
duralumin yang optimal dicapai pada penambahan tembaga 3,35%Cu dan
tekanan vakum 0,566kg/cm2 dengan jumlah porositas 17,5%.

Kata kunci:
Degassing, porositas, duralumin, vakum

Universitas Indonesia
Porositas gas..., Wahyono Suprapto, FT UI, 2011.
9
ABSTRACT

Name : Wahyono Suprapto
Study Program : Metallurgy and Materials
Title :Gas Porosity of Duralumin Material on Vacuum Casting
System

Porosity is a defect that often happens in aluminum casting that is
difficult to avoid, but porosity on casting product must be minimized as much
as possible. Improper casting process often creates porosity which decreases
product quality, or the product must be recycled. Generally porosity in
aluminum mixture caused by dissolved and trapped hydrogen, or inadequate
feeding. Until now, porosity is avoided by using conventional degassing
process such as: fluxing, injecting, pressing, and partial vacuuming, but those
have not been giving optimal result. Duralumin casting with integrated low
pressure vacuuming which called vacuum system casting have never been
done by practitioners and scientists.
Porosity research on Al-Cu mixture (duralumin) is done by making
duralumin ingot from aluminum and copper in reveberatory furnace. Next,
specimen creation is done by remelting ingot duralumin, pouring, and
solidifiying it in the vacuum system casting furnace. Independent variable in
this research is parameter control of casting process with copper additional
variation from 2,5%Cu up to 4,5%Cu and variation of vacuum pressure
melting 0,789 kg/cm2 up to 0,263 kg/cm2. Melting temperature and duralumin
pouring (700 oC), holding time of duralumin melt (15 minutes), solidification
pressure 10 cmHg smaller than melting pressure, and preheating print (300
oC) are casting parameter controls. As the dependent variable is cast
duralumin quality which consists of: density, quantity, and porosity
morphology, and compound in duralumin. Testing instrument used are optical
emission spectrometry, Picnometer, optic and scanning electron microscope,
and X-ray diffraction.
Research result shows that the increment of copper content and
vacuum level cause duralumin density increases. However, the increment of
copper mixture cause porosity increases from 16,67% until 21,20%. Result
of vacuum pressure casting cause porosity decrease from 20,35% until
15,56% and porosity that happens is gas porosity. Metallic phase; Al Cu,
2
Al Si Mg Fe and inclusion phase non-metallic; Al O , Al C is heppen in the
8 6 3 2 3 4 3
duralumin. An optimum duralumin casting is reahed at copper addition of
3,35%Cu and vacuum pressure 0,566kg/cm2, with porosity level at 17,5%.

Keywords :
Degassing, porosity, duralumin, vacuum

Universitas Indonesia
Porositas gas..., Wahyono Suprapto, FT UI, 2011.
10
DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL i
PERNYATAAN KEASLIAN DISERTASI ii
LEMBAR PENGESAHAN iii
UCAPAN TERIMA KASIH iv
PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI vi
ABSTRAK vii
ABSTRACT viii
DAFTAR ISI ix
DAFTAR GAMBAR xi
DAFTAR TABEL xii
DAFTAR SINGKATAN xiii
DAFTAR ISTILAH/SIMBOL xiv
DAFTAR LAMPIRAN xv

BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang 1
1.2. Rumusan Masalah 6
1.3. Road Map Penelitian 7
1.4. Aspek Kebaruan 12
1.5. Batasan Masalah 12
1.6. Hipotesis 13
1.7. Tujuan Penelitian 14

BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Unsur Paduan Aluminium 15
2.2. Mekanisme Cacat Dalam Cetakan 19
2.3.Proses Solidifikasi Dalam Pengecoran Duralumin 22
2.4. Diagram Fasa Paduan Al–Cu 24
2.5. Material Duralumin (Paduan Al–Cu) 27
2.6. Morfologi Porositas Dalam Duralumin Cor 30
2.6.1. Definisi dan Identifikasi 30
2.6.2. Mekanisme Pembentukan Porositas 32
2.7. Simulasi Porositas Dalam Pengecoran Duralumin 40

BAB III METODE PENELITIAN
3.1. Rancangan Penelitian 46
3.2. Prosedur Pengecoran dan Pengujian 57
3.3.Peralatan Pengecoran dan Penelittian 62

BAB IV DATA DAN PEMBAHASAN
4.1.Rancang Bangun Tungku Pengecoran Sistem Vakum 65
4.2. Simulasi Cetakan Permanen (Z-Cast) 67
4.2.1. Pengaruh Parameter Proses Pengecoran terhadap Hasil Simulasi 68
2.2.2. Hasil Modifikasi desain cetakan 73
4.2.3. Desain Gating System 76
4.3. Kuantitas Porositas Duralumin 78

Universitas Indonesia
Porositas gas..., Wahyono Suprapto, FT UI, 2011.