Proposal Skripsi Rozaq Mustofa Lutfi

Pengaruh Penambahan Carbon Terhadap Kualitas Hasil Coran Aluminium

PROPOSAL SKRIPSI

Proposal Skripsi ini ditulis sebagai salah satu syarat untuk

memperoleh gelar Sarjana Pendidikan

Program Studi Pendidikan Teknik Mesin

oleh

Rozaq Mustofa Lutfi

5201413042

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG

2015

ABSTRAK

Penelitian ini bertujuan untuk Mengetahui hasil kekuatan bahan pada pecimen uji yang dilakukan penambahan carbon dengan perbandingan tertentu. Bahan yang digunakan adalah aluminium yang mana mempunyai sifat tingkat kekerasan bahan masih sangat rendah. carbon yang di gunakan adalah carbon arang hitam. Metode yang di gunakan adalah kuantitatif. Akan di hitung dengan presentase perbandingan penambahan carbon dan hasil uji kekuatan bahan, baik uji tarik, uji kekerasan bahan dan uji impack dari bahan aluminium tersebut.setelah data telah muncul kemudian akan di analisa dengan perhitungan untuk menentukan presentase kekerasan carbon terbaik

DAFTAR ISI

                                                                                                                       Halaman

HALAMAN JUDUL.....................................................................................      i

ABSTRAK.....................................................................................................      ii

DAFTAR ISI.................................................................................................    iii

BAB I PENDAHULUAN

A.      Latar Belakang Masalah................................................................      1

B.       Identifikasi Masalah......................................................................      2

C.       Pembatasan Masalah......................................................................      3

D.      Rumusan Masalah..........................................................................      3

E.       Tujuan Penelitian...........................................................................      3

F.        Manfaat Penelitian.........................................................................      4

BAB II LANDASAN TEORI DAN KAJIAN PUSTAKA

A.      Landasan Teori..............................................................................      5

1.         Pengecoran ............................................................................      5

2.         Aluminium..............................................................................    14

3.         Uji Kekerasan.........................................................................    18

B.       Kajian Penelitian yang Relevan.....................................................    23

C.       Kerangka Pikir Penelitian..............................................................    23

D.      Hipotesis Penelitian.......................................................................    24

BAB III METODE PENELITIAN

A.    Waktu dan Tempat Pelaksanaan....................................................    25

1.         Waktu Penelitian....................................................................    25

2.         Tempat Pelaksanaan...............................................................    25

B.     Desain Penelitian...........................................................................    25

C.     Alat dan Bahan Penelitian.............................................................    26

1.      Alat Penelitian........................................................................    26

2.      Bahan Penelitian.....................................................................    27

D.     Parameter Penelitian.....................................................................    27

1.      Variabel Independen..............................................................    27

2.      Variabel Dependen.................................................................    27

3.      Variabel Kontrol.....................................................................    27

E.     Teknik Pengumpulan Data...........................................................    27

1.      Diagram Alir Pelaksanaan Penelitian.....................................    27

2.      Proses Penelitian.....................................................................    27

3.      Data Penelitian.......................................................................    29

F.      Teknik Analisis Data....................................................................    29

 BAB I
PENDAHULUAN

A.   Latar Belakang Masalah

Pengecoran merupakan salah satu cara pembentukan logam banyak digunakan orang. Kebutuhan akan teknik pengecoran ini meningkat seiring dengan banyak permintaan logam yang dibutuhkan masyarakat. Pembangunan di bidang industri misalnya, dalam memenuhi kebutuhan akan mesin-mesin produksi yang sebagian besar terbuat dari logam semakin hari semakin bertambah.

Aluminium dan paduannya merupakan logam non ferrous yang cukup luas penggunaanya, mulai dari kebutuhan rumah tangga, otomotif sampai ke pesawat terbang. Hal ini disebabkan karena logam ini mempunyai beberapa kelebihan, seperti : ratio terhadap beban yang tinggi ( high strength to weight ratio), ringan (light), tahan terhadap korosi dari berbagai macam bahan kimia (resistence to coorosion by many chemicals), konduktifitas panas dan listrik tinggi ( high thermal and electrical conductivity), tidak beracun ( non- toxicity), memantulkan cahaya (reflectivity), mudah dibentuk dan dimachining ( esay of formability and machinability) dan tidak bersifat magnet ( no magnetic).

Sifat mekanik suatu paduan dipengaruhi oleh beberapa faktor, seperti : komposisi kimia, perlakuan panas (heat treatment), proses pengecoran dan proses pengerjaan. Jadi dengan merubah komposisi kimia sampai batas tertentu, maka sifat mekanik akan berubah sesuai dengan yang diinginkan.

Salah satu sifat mekanik adalah kekerasan, tingkat kekerasan aluminium di cari dengan perlakuan khusus saat proses pengecoran. Disini ada penambahan carbon saat proses pengecoran aluminium yang mana untuk mengetahui sifat mekanik dari aluminium itu sendiri.

B.     Identifikasi Masalah

Sifat karakteristik hasil pengecoran Aluminium di pengaruhi oleh banyak hal. Salah satunya adalah penamahan bahan tambah, yang mana bisa merubah sifat karakteristik hasil pengecoran aluminium.  Salah satu sifatnya adalah kekerasan aluminium, yang mana sangat berpengaruh saat ada penambahan bahan tambah dan perlakuan khusus terhadap proses pengecoran aluminium.

Kekerasan pada aluminium di ketaui untuk penggunaan hasil pengecoran aluminium tertentu yang sesuai dengan kegunaannya. Sebagai contoh diperlukan aluminium yang keras ulet tetapi tidak getas maka dari itu di perlukan tingkat kekerasan yang tepat untuk membuat paduan aluminium tersebut. Adapun sifat mekanik yang akan dilakukan pengujian dalam penelitian ini adalah uji kekarasan benda hasil coran.

Dalam penelitian ini penulis melakukan penelitian berupa penambahan carbon dengan presentase tertentu untuk mengetahui sifat mekanik dari hasil pengecoran lebih spesifiknya adalah kekerasan benda.

C.    Pembatasan Masalah

Adanya beberapa faktor yang mempengaruhi aluminium yang dihasilkan dengan penamahan carbon saat proses pengecoran, maka dalam penelitian ini akan dibatasi tentang variasi penambahan presentase carbon saat penamahan. Adapun batasan penelitian adalah sebagai berikut :

1.        Massa ccarbon adalah 1 %, 2% dan 3 % dari aluminium yang di lebur.

2.        Massa aluminium yang dihitung dalam proses pengukuran  saat uji kekerasan adalah 50gr .

3.        Pengujian karakteristik pada uji kekeradan brinel.

4.        Jenis aluminium yang digunakan adalah sisa-sisa aluminium (scrap)

5.        Dapur yang digunakan adalah dapur yang ada di workshop pengecoran Teknik Mesin FT UNNES.

6.        Suhu yang di butuhkan saat penambahan adalah suhu maksimum meleburnya aluminium yaitu: 660⁰C.

7.        Pengecoran menggunakan cetakan tetap yang di buat dari besi st 30

D.    Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang di atas, maka permasalahan yang akan dibahas dalam skripsi ini adalah :

1.        Seberapa besar pengaruh penambahan carbon dalam aluminium saat pengecoran logam terhadap hasil kualitas coran logam?

2.        Bagaimanakah karakteristik aluminium yang yang mencakup sifat mekanik yaitu kekerasan?

E.     Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari penelitian ini adalah :

1.        Mengetahui pengaruh penambahan carbon dalam aluminium saat pengecoran logam terhadap hasil kualitas coran logam

2.        Mengetahui karakteristik aluminium yang yang mencakup sifat mekanik yaitu kekerasan.

F.       Manfaat Penelitian

Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah:

1.             Setelah mengetahui pengaruh penambahan carbon dalam aluminium saat pengecoran logam terhadap hasil kualitas coran logam, diharapkan mampu memberikan pemilihan presentase carbon yang efektif sesuai dengan hasil yang diinginkan.

2.             Setelah mengetahui karakteristik aluminium yang yang mencakup sifat mekanik seperti kekerasan, diharapkan mampu memberikan pengetahuan terhadap dunia keteknikan dengan presentase penambahan carbon seperti itu mampu di gunakan untuk keperluan tertentu.

BAB II
LANDASAN TEORI DAN KAJIAN PUSTAKA

A.      Landasan Teori

1.        Pengecoran

Awal penggunaan logam oleh orang ialah ketika orang membuat perhiasan dari emas atau perak tempaan, dan kemudian membuat senjata atau mata bajak dengan menempa baja,. Hal itu dimungkinkan karena logam-logam ini terdapat di alam dalam keadaan murni, sehingga dengan mudah orang dapat menempanya. Kemudian secara kebetulan orang menemukan tembaga mencair, selanjutnya mengetahui cara untuk menuangkan logam cair ke dalam cetakan. Dengan demikian untuk pertama kalinya orang dapat membuat coran yang berbentuk rumit, seperti perabot rumah tangga atau perhiasan.

Produk yang dihasilkan pada waktu itu adalah meriam, peluru meriam, tungku, pipa, dan lain-lain. Cara pengecoran pada zaman itu adalah menuangkan secara langsung logam cair yang didapat dari bijih besi ke dalam cetakan. Jadi tidak dengan jalan mencairkan kembali besi kasar seperti yang kita lakukan sekarang ini. Kokas ditemukan di Inggris pada abad 18, yang kemudian di Perancis diusahakan agar kokas tersebut dapat dipakai untuk mencairkan kembali besi kasar dalam tanur kecil dalam usaha membuat coran. Kemudian tanur yang serupa dengan tanur kupola yang ada sekarang, di buat Inggris, dengan cara mencairkan besi kasar yang dilakukan kira-kira sama dengan cara yang dilakukan orang sekarang. 

A.1Pengertian Pengecoran

Pengecoran adalah sebagian dari proses pembentukan logam melalui fasa cair dengan menggunkaan cetakan (mould), adapun proses pengecoran meliputi pembuatan cetakan, proses peleburan logam, penuangan logam cair kedalam cetakan, dan pembersihan coran serta daur ulang pasir cetak.

Produk dari pengecoran biasa disebut dengan coran atau benda cor. Pengecoran juga dapat diistilahkan denagan foundry, namun kata foundry mempunyai artian yang lebih luas, yaitu segala macam yang berhubungan dengan pengecoran. Menurut definisinya pengecoran adalah menuangkan cairan logam kedalam suatu cetakan yang berongga kemudian dibiarkan dingin dan membeku mengikuti bentuk cetakan.

B.1             Membuat Coran

Pada saat membuat coran harus dilakukan proses-proses seperti : pencairan logam, membuat cetakan, menuang, membongkar dan membersihkan coran.Untuk mencairkan logam bermacam-macam tanur dipakai, umumnya kupola atau tanur induksi frekuensi rendah dipergunakan untuk besi cor, tanur busur listrik atau tanur induksi frekuensi tinggi dipergunakan untuk baja cor dan tanur krus untuk paduan tembaga atau coran paduan ringan, karena tanur-tanur ini dapat memberikan logam cair yang baik dan sangat ekonomis untuk logam-logam tersebut.

Di bawah ini akan dijelaskan macam-macam dari pengecoran, yaitu sebagai berikut : 

1.      Pengecoran cetak adalah satu cara pengecoran dimana logam cair ditekan ke dalam cetakan logam dengan tekanan tinggi, coran tipis dapat dibuat dengan cara ini. 

2.      Pengecoran tekanan rendah adalah satu cara pengecoran dimana diberikan tekanan yang sedikit lebih tinggi dari tekanan atmosfir pada permukaan logam dalam tanur, tekanan ini mengakibatkan mengalirnya logam cair ke atas melalui pipa ke dalam cetakan.

3.      Pengecoran sentrifugal adalah suatu cara pengecoran dimana cetakan diputar dan logam cair dituangkan ke dalamnya, sehingga logam cair tertekan oleh gaya sentrifugal dan kemudian membeku. Coran berbentuk pipa dapat dibuat dengan jalan tersebut.
Pada saat setelah penuangan, coran dikeluarkan dari cetakan dan dibersihkan, bagian-bagian yang tidak perlu dibuang dari coran. Kemudian coran diselesaikan dan dibersihkan dengan disemprot mimis atau semacamnya agar memberikan rupa dan kerusakan, dan akhirnya dilakukan pemeriksaan dimensi.

Oleh karena itu untuk membuat coran yang baik, perencana dan pembuat coran perlu mengerti mengenai pengecoran. Bahan-bahan untuk pengecoran yang biasa digunakan yaitu coran besi cor, coran baja, coran paduan tembaga, coran logam ringan, dan coran paduan lain. 

C.1            Pola

Hal pertama yang harus dilakukan pada pembuatan pola adalah mendeskripsikan gambar perencanaan produk menjadi gambar untuk pengecoran, sehingga pola dapat memenuhi beberapa ketentuan-ketentuan, antara lain:

1.    Pola harus mudah dikeluarkan

2.    Penempatan Inti harus mudah

3.    Sistim saluran harus dibuat sempurna untuk mendapatkan aliran logam cair yang optimum

4.                  Kemiringan Pola Setiap pola yang akan dibuat harus memiliki kemiringan tertentu yang bertujuan untuk memudahkan pencabutan pola dari cetakannya sehingga tidak mengalami kerusakan. Kemiringan setiap pola tergantung pada tinggi rendahnya ukuran pola tersebut, yaitu:

a)      Apabila ukuran dari suatu pola tinggi maka kemiringannya kecil.

b)     Apabila ukuran dari suatu pola rendah maka kemiringannya besar.

Jenis Pola

Pola mempunyai berbagai macam bentuk antara lain adalah : 

1.        Pola pejal

       Pola pejal adalah pola yang biasa dipakai yang bentuknya hampir serupa dengan bentuk coran. 

2.        Pola Pelat Pasangan 

       Pola ini merupakan pelat dimana pada kedua belahnya ditempelkan pola demikian juga saluran turun, saluran masuk, dan penambah. Pla ini cocok sekali untuk masa produksi dari coran kecil. Pola biasanya dibuat dari logam atau plastik

3.        Pola Pelat Kup dan Drag

       Dalam hal ini pola kayu, logam atau plastik dilekatkan pada dua pelat demikian juga saluran turun pengalir, saluran masuk, dan penambah. Pelat tersebut adalah pelat kup dan pelat drag. Kedua pelat dijamin oleh pena-pena agar bagian atas dan bawah dari coran menjadi cocok. Pola semacam ini dipakai untuk meningkatkan produksi.

4.        Pola Cetakan Sapuan

       Dalam hal ini bentuk dari coran silinder atau bentuk benda putar. Alat ini dibuat dari pelat dengan sebuah penggeret dan pemutar pada tengahnya. Pembuatan cetakan dilakukan dengan memutar penggeret disekeliling pemutar.

5.        Pola Penggeret dan Penuntun 

       Ini dipergunakan untuk pipa lurus atau pipa lengkung yang penampangnya tidak berubah. Penuntun dibuat dari kayu, dan pembuatan cetakan dilakukan dengan menggerakkan penggeret sepanjang penuntun. Harga pola ini tidak mahal, tetapi pembuatan cetakannya membutuhkan waktu dua atau tiga kali waktu yang diperlukanuntuk pembuatan cetakan biasa dengan pola tunggal.

6.        Pola Penggeret Berputar dengan Rangka Cetak 

       Ini suatu kasus dimana bagian pola dapat diputar secara konsentris. Kedua ujung dari penggeret mempunyai poros. Pembuatan cetakan dilakukan dengan mengayunkan penggeret sekeliling porosnya.

Bahan Pola

Adapun syarat-syarat kayu yang dapat digunakan dalam pembentukan pola antara lain:

1.        Kayu dalam kondisi kering (agar tidak terjadi pelentingan).

2.        Mempunyai serat-serat yang halus.

3.        Tidak nudah retak atau pecah akibat pengerjaan.

4.        Mudah dikerjakan tangan ataupun mesin.

D.1            Peleburan

                     Secara konstruksi, tanur ini lebih sederhana dari tanur induksi frekuensi menengah, karena tidak diperlukan peralatan perubah frekuensi. Frekuensi yang digunakan adalah 50 Hz (frekuensi jaringan listrik). Frekuensi yang rendah mengakibatkan gejolak pada cairan di dalam tanur, tetapi tidak mampu melebur bahan baku yang berukuran kecil. Oleh karena itu pada tanur ini harus selalu ditinggalkan cairan paling sediit ¼ dari isi tanur saat penuangan bila tanur akan dioperasikan kembali.

E.1                 Penuangan

              `           Proses penuangan ini merupakan proses penting dalam pengecoran walaupun berlangsung dalam waktu yang pendek saja. Kecerobohan yang dilakukan dapat membahayakan keselamatan pekerja dan selalu berakibat rusaknya benda tuangan. Untuk menjamin hasil yang baik pada pekerjaan ini, maka digunakan ladel penuangan yang memenuhi syarat-syarat teknis maupun keselamatan kerja. Ladel ini harus digunakan untuk membawa logam cair dari tanur ke cetakan dan menuangkannya dengan aman.

                          Ladel penuang terbuat dari pelat baja yang bagian dalamnya dilapisi dengan tanah liat, pasir cetak ataupun bahan tahan api lain dan dikeringkan dengan baik. Ladel yang lembab sama sekali tidak berguna, karena pada saat diisi akan menimbulkan uap air yang bercampur dengan cairan. Hal ini akan menyebabkan timbulnya gas pada tuangan. Disamping itu bahaya yang lebih besar timbul karena pecahnya lapisan pelindung menyebabkan cairan tumpah.

              Beberapa hal yang harus diperhatikan pada saat penuangan :

1.      Menahan terak

         Terak akan mengambang dipermukaan cairan dan diusahakan tidak turut tertuang pada cetakan, oleh karena itu terak ini sesaat sebelum penuangan disingkirkan dengan bantuan batang penyingkir. Batang penyingkir harus kering dan dipanaskan terlebih dahulu, jika tidak maka akan terjadi uap air atau bahkan ledakan yang cukup berbahaya. Cara lain yang dilakukan pada ladel kecil yaitu dengan menaburkan pengikat terak pada permukaan cairan sampai terak menjadi suatu lapisan pada permukaan cairan dan tertinggal di dalam ladel pada saat penuangan. Pengikat terak tersebut adalah sekam maupun bahan industri (slag remover).

2.      . Posisi Ladel

         Posisi ladel harus serendah dan sedekat mungkin dengan cawan tuang, hal ini bertujuan untuk mengurangi oksidasi, menghindari pusaran, dan erosi.

3.       Penuangan

         Cara penuangan terdiri dari 3 macam, yaitu : penuangan radial, tangensial, dan sentral. Dari ketiganya hanya cara penuangan radial yang dibenarkan, karena dengan cara ini pusaran maupun aliran yang kacau dapat dikurangi. Dalam hal ini bentuk cawan tuang sangat mempengaruhi penuangan.

4.      Waktu penuangan

         Waktu penuangan ini dapat dihitung dengan tepat. Faktor-faktor yang mempengaruhi perhitungan ini adalah tinggi penuangan, luas penampang saluran masuk, dan volume tuangan. Maka tugas penuang cetakan di sini hanyalah menuangkan cairan ke dalam cetakan pada ketinggian yang sesuai dengan yang dianjurkan.

2.                  Aluminium

Aluminium adalah logam yang paling banyak terdapat di kerak bumi, dan unsur ketiga terbanyak setelah oksigen dan silikon. Aluminium terdapat di kerak bumi sebanyak kira-kira 8,07% hingga 8,23% dari seluruh massa padat dari kerak bumi, dengan produksi tahunan dunia sekitar 30 juta ton pertahun dalam bentuk bauksit dan bebatuan lain (corrundum, gibbsite, boehmite, diaspore, dan lain-lain) (USGS). Sulit menemukan aluminium murni di alam karena aluminium merupakan logam yang cukup reaktif

Aluminium tahan terhadap korosi karena fenomena pasivasi. Pasivasi adalah pembentukan lapisan pelindung akibat reaksi logam terhadap komponen udara sehingga lapisan tersebut melindungi lapisan dalam logam dari korosi.

Selama 50 tahun terakhir, aluminium telah menjadi logam yang luas penggunaannya setelah baja. Perkembangan ini didasarkan pada sifat-sifatnya yang ringan, tahan korosi, kekuatan dan ductility yang cukup baik (aluminium paduan), mudah diproduksi dan cukup ekonomis (aluminium daur ulang). Yang paling terkenal adalah penggunaan aluminium sebagai bahan pembuat pesawat terbang, yang memanfaatkan sifat ringan dan kuatnya.

Aluminium murni adalah logam yang lunak, tahan lama, ringan, dan dapat ditempa dengan penampilan luar bervariasi antara keperakan hingga abu-abu, tergantung kekasaran permukaannya. Kekuatan tensil aluminium murni adalah 90 MPa, sedangkan aluminium paduan memiliki kekuatan tensil berkisar 200-600 MPa. Aluminium memiliki berat sekitar satu pertiga baja, mudah ditekuk, diperlakukan dengan mesin, dicor, ditarik (drawing), dan diekstrusi.

Resistansi terhadap korosi terjadi akibat fenomena pasivasi, yaitu terbentuknya lapisan aluminium oksida ketika aluminium terpapar dengan udara bebas. Lapisan aluminium oksida ini mencegah terjadinya oksidasi lebih jauh. Aluminium paduan dengan tembaga kurang tahan terhadap korosi akibat reaksi galvanik dengan paduan tembaga.

Aluminium juga merupakan konduktor panas dan elektrik yang baik. Jika dibandingkan dengan massanya, aluminium memiliki keunggulan dibandingkan dengan tembaga, yang saat ini merupakan logam konduktor panas dan listrik yang cukup baik, namun cukup berat.

Aluminium murni 100% tidak memiliki kandungan unsur apapun selain aluminium itu sendiri, namun aluminium murni yang dijual di pasaran tidak pernah mengandung 100% aluminium, melainkan selalu ada pengotor yang terkandung di dalamnya. Pengotor yang mungkin berada di dalam aluminium murni biasanya adalah gelembung gas di dalam yang masuk akibat proses peleburan dan pendinginan/pengecoran yang tidak sempurna, material cetakan akibat kualitas cetakan yang tidak baik, atau pengotor lainnya akibat kualitas bahan baku yang tidak baik (misalnya pada proses daur ulang aluminium). Umumnya, aluminium murni yang dijual di pasaran adalah aluminium murni 99%, misalnya aluminium foil.

Pada aluminium paduan, kandungan unsur yang berada di dalamnya dapat bervariasi tergantung jenis paduannya. Pada paduan 7075, yang merupakan bahan baku pembuatan pesawat terbang, memiliki kandungan sebesar 5,5% Zn, 2,5% Mg, 1,5% Cu, dan 0,3% Cr. Aluminium 2014, yang umum digunakan dalam penempaan, memiliki kandungan 4,5% Cu, 0,8% Si, 0,8% Mn, dan 1,5% Mg. Aluminium 5086 yang umum digunakan sebagai bahan pembuat badan kapal pesiar, memiliki kandungan 4,5% Mg, 0,7% Mn, 0,4% Si, 0,25% Cr, 0,25% Zn, dan 0,1% Cu. 

Proses Pembuatannya

Aluminium adalah logam yang sangat reaktif yang membentuk ikatan kimia berenergi tinggi dengan oksigen. Dibandingkan dengan logam lain, proses ekstraksi aluminium dari batuannya memerlukan energi yang tinggi untuk mereduksi Al2O3. Proses reduksi ini tidak semudah mereduksi besi dengan menggunakan batu bara, karena aluminium merupakan reduktor yang lebih kuat dari karbon.

Proses produksi aluminium dimulai dari pengambilan bahan tambang yang mengandung aluminium (bauksit, corrundum, gibbsite, boehmite, diaspore, dan sebagainya). Selanjutnya, bahan tambang dibawa menuju proses Bayer. 

Proses Bayer menghasilkan alumina (Al2O3) dengan membasuh bahan tambang yang mengandung aluminium dengan larutan natrium hidroksida pada temperatur 175 oC sehingga menghasilkan aluminium hidroksida, Al(OH)3. Aluminium hidroksida lalu dipanaskan pada suhu sedikit di atas 1000 oC sehingga terbentuk alumina dan H2O yang menjadi uap air.

Setelah Alumina dihasilkan, alumina dibawa ke proses Hall-Heroult.

Proses Hall-Heroult dimulai dengan melarutkan alumina dengan leelehan Na3AlF6, atau yang biasa disebut cryolite. Larutan lalu dielektrolisis dan akan mengakibatkan aluminium cair menempel pada anoda, sementara oksigen dari alumina akan teroksidasi bersama anoda yang terbuat dari karbon, membentuk karbon dioksida. Aluminium cair memiliki massa jenis yang lebih ringan dari pada larutan alumina, sehingga pemisahan dapat dilakukan dengan mudah.

Elektrolisis aluminium dalam proses Hall-Heroult menghabiskan energi yang cukup banyak. Rata-rata konsumsi energi listrik dunia dalam mengelektrolisis alumina adalah 15 kWh per kilogram aluminium yang dihasilkan. Energi listrik menghabiskan sekitar 20-40% biaya produksi aluminium di seluruh dunia.

3.                  Uji Kekerasan

Dari uraian singkat di atas maka kekerasan suatu material dapat didefinisikan sebagai ketahanan material tersebut terhadap gaya penekanan dari material lain yang lebih keras. Penekanan tersebut dapat berupa mekanisme penggoresan (stratching), pantulan ataupun indentasi dari material terhadap suatu permukaan benda uji. Berdasarkan mekanisme penekanan tersebut, dikenal 3 metode kekerasan:

1. Metode Gores

Metode ini dikenalkan oleh Fredrich Mohss yang membagi kekerasan material di dunia ini berdasarkan skala Mohs. Skala ini bervariasi dari nilai 1 untuk kekerasan yang paling rendah, sebagaimana dimiliki oleh material talk, hingga skala 10 sebagai kekerasan tertinggi, sebagaimana dimiliki oleh intan

2. Metode elastic/pantul (rebound)

Kekerasan suatu material ditentukan oleh alat Scleroscope yang mengukur tinggi pantulan suatu pemukul (hammer) dengan berat tertentu yang dijatuhkan dari suatu ketinggian terhadap benda uji. Tinggi pantulan (rebound) yang dihasilkan mewakili kekerasan benda uji. Semakin tinggi pantulan tersebut, yang ditunjukkan oleh dial pada alat pengukur, maka kekerasan benda uji dinilai semakin tinggi.

3. Metode Identasi

Tipe pengetasan kekerasan material/logam ini adalah dengan mengukur tahanan plastis dari permukaan suatu material konstruksi mesin dengan specimen standar terhadap penetrator. Adapun beberapa bentuk penetrator atau cara pengetasan ketahanan permukaan yang dikenal adalah:

a. Ball identation test (Brinnel)

b. Pyramida identation (Vickers)

c. Cone identation test (Rockwell)

d. Uji kekerasan mikro

Berikut penjelasannya:

A. Metode Brinnel

Pengujian kekerasan dengan metode Brinnell bertujuan untuk menentukan kekerasan suatu material dalam bentuk daya tahan material terhadap bola baja (identor) yang ditekankan pada permukaan material uji tersebut (speciment). Idealnya, pengujian Brinnel diperuntukan bagi material yang memiliki kekerasan Brinnel sampai 400 HB, jika lebih dati nilai tersebut maka disarankan menggunakan metode pengujian Rockwell ataupun Vickers. Angka Kekerasan Brinnel (HB) didefinisikan sebagai hasil bagi (koefisien) dari beban uji (F) dalam Newton yang dikalikan dengan angka faktor 0,102 dan luas permukaan bekas luka tekan (injakan) bola baja (A) dalam milimeter persegi. Identor (Bola baja) biasanya telah­­dikeraskan dan diplating ataupun terbuat dari bahan Karbida Tungsten. Jika diameter Identor 10 mm maka beban yang digunakan (pada mesin uji) adalah 3000 N sedang jika diameter Identornya 5 mm maka beban yang digunakan (pada mesin uji) adalah 750 N. Dalam Praktiknya, pengujian Brinnel biasa dinyatakan dalam (contoh ) : HB 5 / 750 / 15 hal ini berarti bahwa kekerasan Brinell hasil pengujian dengan bola baja (Identor) berdiameter 5 mm, beban Uji adalah sebesar 750 N per 0,102 dan lama pengujian 15 detik. Mengenai lama pengujian itu tergantung pada material yang akan diuji. Untuk semua jenis baja lama pengujian adalah 15 detik sedang untuk material bukan besi lama pengujian adalah 30 detik.

B. Vickers

Pengujian kekerasan dengan metode Vickers bertujuan menentukan kekerasan suatu material dalam bentuk daya tahan material terhadap intan berbentuk piramida dengan sudut puncak 136 Derajat yang ditekankan pada permukaan material uji tersebut. Angka kekerasan Vickers (HV) didefinisikan sebagai hasil bagi (koefisien) dari beban uji (F) dalam Newton yang dikalikan dengan angka faktor 0,102 dan luas permukaan bekas luka tekan (injakan) bola baja (A) dalam milimeter persegi. Secara matematis dan setelah disederhanakan, HV sama dengan 1,854 dikalikan beban uji (F) dibagi dengan diagonal intan yang dikuadratkan. Beban uji (F) yang biasa dipakai adalah 5 N per 0,102; 10 N per 0,102; 30 N per 0,102N dan 50 per 0,102 N. Dalam Praktiknya, pengujian Vickers biasa dinyatakan dalam (contoh ) : HV 30 hal ini berarti bahwa kekerasan Vickers hasil pengujian dengan beban uji (F) sebesar 30 N per 0,102 dan lama pembebanan 15 detik. Contoh lain misalnya HV 30 / 30 hal ini berarti bahwa kekerasan Vickers hasil pengujian dengan beban uji (F) sebesar 30 N per 0,102 dan lama pembebanan 30 detik.

C. Rockwell

Skala yang umum dipakai dalam pengujian Rockwell adalah :

a. HRa (Untuk material yang sangat keras)

b. HRb (Untuk material yang lunak). Identor berupa bola baja dengan diameter 1/16 Inchi dan beban uji 100 Kgf.

c. HRc (Untuk material dengan kekerasan sedang). Identor berupa Kerucut intan dengan sudut puncak 120 derjat dan beban uji sebesar 150 kgf.

Tabel skala kekerasan: SIMBOL	INDENTER	BEBAN MAJOR (kg)
A	Intan	60
B	Bola 1/16 inch	100
C	Intan	150
D	Intan	100
E	Bola 1/8 inch	100
F	Bola 1/16 inch	60
G	Bola 1/16 inch	150
H	Bola 1/18 inch	60
K	Bola 1/18 inch	150

Pengujian kekerasan dengan metode Rockwell bertujuan menentukan kekerasan suatu material dalam bentuk daya tahan material terhadap benda uji (speciment) yang berupa bola baja ataupun kerucut intan yang ditekankan pada permukaan material uji tersebut.

D. Uji Kekerasan Mikro

Pada pengujian ini identornya menggunakan intan kasar yang dibentuk menjadi piramida. Bentuk lekukan intan tersebut adalah perbandingan diagonal panjang dan pendek skala 7:1. Pengujian ini untuk menguji suatu material adalah dengan menggunakan beban statis. Bentuk idento yang khusus berupa knop memberikan kemungkinan membuat kekuatan yang lebih rapat dibandingkan dengan lekukan Vickers. Hal ini sangat berguna khususnya bila mengukur kekerasan lapisan tipis atau mengukur kekerasan bahan getas dimana kecenderungan menjadi patah sebanding dengan volume bahan yang ditegangkan.

Hardenability adalah sifat yang menentukan dalamnya daerah logam yang dapat dikeraskan. Pendinginan yang terlalu cepat dapat dihindarkan karena dapat menyebabkan permukaan logam (baja) retak.

Kekerasan didefinisikan sebagai ketahanan sebuah benda terhadap penetrasi/daya tembus dari bahan lain yang lebih keras (penetrator). Kekerasan merupakan suatu sifat dari bahan yang sebagian besar dipengaruhi oleh unsur-unsur paduannya dan kekerasan suatu bahan tersebut dapat berubah bila dikerjakan dengan cold worked seperti pengerolan, penarikan, penekanan dan lain-lain serta kekerasan dapat dicapai sesuai kebutuhan dengan perlakuan panas.

Hardening dilakukan untuk memperoleh sifat tahan aus yang tinggi, kekuatan dan fatigue limit/strength yang lebih baik. Kekerasan yang dapat dicapai tergantung pada kadar karbon dalam baja dan kekerasan yang terjadi akan tergantung pada temperature pemanasan (temperature autenitising), holding time dan laju pendinginan yang dilakukan serta seberapa tebal bagian penampang yang menjadi keras banyak tergantung pada hardenability.

B.            Kajian Penelitian yang Relevan

Berbagai penelitian tentang aluminium dengan penggunaam bahan tambah telah banyak dibuat dalam penelitian terdahulu. Adapun penelitian tersebut adalah:

Suhariyanto (2012 : ) dengan judul Perbaikan Sifat Mekanik Paduan  Aluminium (A356.0) dengan Menambahkan TiC menyatakan bahwa Hasil pengujian menunjukkan bahwa Ti cukup berpengaruh terhadap sifat mekanik dan

struktur mikro paduan aluminium.

Arfiansyah Galih Saputra, H.C. Kis Agustin, Soeharto (2011) Analisa Pengaruh Penambahan Abu Serbuk Kayu Meranti Terhadap Karakteristik Pasir Cetak dan Cacat Porositas Hasil Pengecoran Aluminium 6061 menyatakan bahwa Nilai kekuatan tekan tertinggi terdapat pada pasir cetak dengan penambahan 8% abu serbuk kayu. Nilai kekuatan tekan terendah terdapat pada pasir cetak tanpa penambahan abu serbuk kayu

Dari beberapa penelitian diatas dapat ditarik kesimpulan bahwa dalam proses pengecoran penentuan sifat mekanik bisa di atur sesuai kebutuhan yang kita inginkan.

C.    Kerangka Pikir Penelitian

Proses pengecoran dilakukan dengan biasa akan tetapi ada penamahan carbon dengan presentase tertentu. Hasil dari pengecoran ini bisa ketahui kemudian bisa juga di kembangkan oleh para peneliti untuk bahan mentah yang digunakan di produk keteknikan seperti piston palu dll. peneliti berpendapat perlu adanya analisis yang membahas tentang presentase carbon yang efektif dalam proses pengecoran aluminium sebagai tindak lanjut agar hasil dari proses pengecoran aluminium menjadi bahan aluminium  yang diperoleh maksimal.

Penambahan carbon semakin banyak akan membuat semakin keras akan tetapi akan menjadi getas maka dari itu perlu adanya analisis presentase jumlah carbon.

Perbedaan uji kekerasan yang di dapatkan pada tiap hasil pengecoran di karenakan adanya perbedaan penambahan carbon. Sehingga mempengaruhi kekuatan kekerasan pada hasil pengecoran. Melalui penelitian pengaruh variasi penambahan carbon terhadap hasil kualitas pengecoran terutama sifat mekanik lebih spesifiknya adalah uji kekerasan. Hasil analisis uji kekerasan hasil pengecoran juga dapat digunakan sebagai pengembangan dalam membuat bahan aluminium yang di butuhkan di dunia keteknikan.

D.    Hipotesis Penelitian

Berdasarkan kerangka pikir penelitian di atas, maka hipotesis dalam penelitian ini yaitu :

1.  Ada pengaruh antara carbon terhadap kualitas hasil pengecoran aluminium.

2.        Ada perbedaan karakteristik sifat mekanik pada coran yaitu kekerasan benda.

BAB III

METODE PENELITIAN

A.           Waktu dan Tempat Penelitian

1.             Waktu Penelitian

            Penelitian dilakukan pada akhir Juni- awal Juli 2016.

2.             Tempat Pelaksanaan

            Adapun tempat pelaksanaan penelitian dibagi menjadi 2 tempat yaitu:

a.              Pengumpulan data pengaruh Carbon Terhadap Kualitas Hasil Coran Aluminium di lakukan di workshop pengecoran jurusan Teknik Mesin FT UNNES.

B.            Desain Penelitian

Pada penelitian ini desain yang digunakan adalah desain penelitian eksperimen One Shot Case Study karena dalam penelitian ini carbon yang di berikan pada aluminium akan di observasi banyaknya untuk dijadikan seagai referensi dalam perhitungan jumlah kekuatan uji kekerasan.

Tabel 3.1 Desain Penelitian

Kelompok (group)	Perlakuan (treatment)	Observasi (hasil)
E	X	Y

Keterangan:

E = Kelompok eksperimen (Aluminium)

X = Pemberian carbon yang bereda

Y = Jumlah minyak yang dihasilkan reaktor pirolisis

C.      Alat dan Bahan Penelitian

1.        Alat Penelitian

Alat yang digunakan dalam penelitian adalah kompor pengecoran, cetakan tetap, dapur masak, thermometer, timbangan digital, dan gelas ukur.

1.        Bahan Penelitian

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah

a.         Aluminium scrap.

b.        Minyak tanah.

D.      Parameter Penelitian

Adapun parameter dalam penelitian ini adalah:

1.        Variabel Independen

Adapun variabel independen dalam penelitian ini adalah variasi carbon pada bahan aluminium yaitu 1%, 2%, 3% dari 50 gram.

2.        Variabel Dependen

          Adapun variabel dependen dalam penelitian ini adalah:          

a.         Kualitas Hasil Coran Aluminium.

b.        Karakteristik sifat mekanik pada hasil coran terutama uji kekerasan.

3.        Variabel Kontrol

Adapun variabel kontrol dalam penelitian ini adalah:

a.         Berat dari hasil pengecoran sample 50 gram.

b.        Suhu saat memasukan carbon sebesar 660^oC

E.       Teknik Pengumpulan Data

Metode pengumpulan data yang dilakukan dalam penelitian ini yaitu melalui metode observasi efisiensi penggunaan carbon pada pengecoran aluminium dengan hasil kualitas sifat mekanik. Terutama pada uji kekerasan benda

1.        Diagram Alir Pelaksanaan Penelitian

Kesimpulan dan saran

Analisa data eksperimen

selesai

Uji kekerasan

Uji karakteristik minyak

Hasil pengecoran

Pembuatan alat dan persiapan bahan

Proses pengecoran

mulai

Jumlah carbon 1%, 2%, 3%

Diagram alir pelaksanaan penelitian adalah sebagai berikut:

Gambar 3.3. Diagram Alir penelitian

 

2.             Proses Penelitian

Proses pengecoran dilakukan di workshop pengecoran jurusan Teknik Mesin Universitas Negeri Semarang. Proses pengecoran dilakukan seperti biasa akan tetapi ketika aluminium telah mencapai titik leburnya dengan suhu 660 ^oC maka mulai di lakukan penambahan carbon 1% kemudian penuangan ke cetakan. Selanjutnya penambahan 2% dengan hanya menambahkan 1 % saja karena terhitung dari awal sudah ada 1 % tadi kemudian dilakukan penuangan dan terakhir di tambahkan 1% untuk terakhir kalinya sehingga menjadi 3% dan dilakukan penuangan pada cetakan. Kemudian untuk hasil uji kekerasan dilakukan di lab material UGM.

Proses penelitian ini sebelumnya peneliti melakukan persiapan pengecoran terlebih dahulu seperti persiapan alat dan bahan. Berupa aluminium scrap dan juga membuat cetakan tetap serta mempersiapkan peralatan ketika melakukan pengecoran. Kemudian saat proses pengambilan data diipersiapkan hasil pengecoran benda tanpa carbon dan sampel dengan carbon dengan presentase 1%, 2%, 3%..

Proses penelitian yang akan dilakukan oleh penulis melalui beberapa tahapan diantaranya adalah:

a.         Mempersiapkan segala sesuatu sebelum pengecoran seperti membuat cetakan. Mempersiapkan bahan berupa aluminium scrap dan bahan tambah yaitu carbon.

b.        Saat pengecoran di mulai dari persiapan di kompor dan pemanasan tungku

c.         Jika tungku sudah siap mulai memasukan aluminium scrap tunggu sampai melebur dan suhu mencapai 660^oC.

d.        Setelah sampai pada titik lebur masukan carbon sebanyak 1 %  kemudian tuang dan masukan lagi sebanyak % kemudian tuang terakhir 1% dan tuang kembali.

e.         Setelah penuangan selajutnya menunggu alumunium mengeras.

f.         Setelah hasil pengecoran sudah siap maka kemudian pengambilan data uji kekerasan di Laboratorium Materials UGM Mengulangi langkah (2) – (6)

3.        Data Penelitian

Data yang dihasilkan dalam penelitian tentang pengaruh carbon terhadap kualitas hasil pengecoran lebih tepatnya pada sifat mekanik terutama uji kekerasan dari hasil pengecoran.presentase yang dilakukan dimasukkan ke dalam tabel untuk kemudian dianalisis apakah ada hubungan diantara kedua variabel tersebut atau tidak. Adapun tabel lembar pengambilan data tersebut bisa dilihat di bawah ini:

Tabel 3.2. Lembar pengambilan data penelitian Variasi penambahan carbon

No	variasi jumlah carbon	Besarnya uji kekerasan		Kualitas hasil pengecoran
1	0%
2	1%
3	2%
4	3%

Pengambilan data karakteristik sifat mekanik yaitu uji kekerasan dilakukan di Laboratorium Metalurgi, Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada.

F.            Teknik Analisis Data

Penelitian menggunakan analisis data desktiptif dengan cara mendeskripsikan atau menggambarkan data dari hasil penelitian. Data-data yang dihasilkan berupa kualitas hasil pengecoran terutama sifat mekanik dari hasil cor lebih spesifik ke uji kekerasan.

Analisis data secara statistik korelasi product moment dan regresi linier sederhana dilakukan dalam menganalisa pengaruh waktu pemanasan (X) terhadap hasil minyak yang sihasilkan (Y) dengan bantuan grafik di Microsoft Excel 2007.

Pengujian karakteristik sifat mekanik yaitu uji kekerasan dilakukan di Laboratorium Metalurgi, Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada. Hasil analisis dari penelitian disajikan dengan menggunakan tabel dan grafik untuk melihat hasil dari pengaruh variasi penambahan carbon terhadap kualitas hasil pengecoran aluminium terutama sifat mekanik dari hasil cor lebih spesifik ke uji kekerasan.