ITS Undergraduate 11045 Paper

Published on March 2017 | Categories: Documents | Downloads: 8 | Comments: 0 | Views: 198
of 8
Download PDF   Embed   Report

Comments

Content

ANALISA KETAHANAN AUS, KEKERASAN DAN STRUKTUR
MIKRO PADA CYLINDER LINER FC 25 DENGAN PENAMBAHAN
0,25% TEMBAGA (Cu)
1

Ir. Sadino, MT 1, Ir. Moh Farid, DEA 1, Samsul Arifin 2

Staff Pengajar Teknik Material dan Metalurgi ITS, 2Mahasiswa Teknik Material dan
Metalurgi ITS
e-mail : [email protected]

ABSTRAK
Besi cor kelabu merupakan material yang lazim digunakan pada produk cylinder liner.
Cylinder liner merupakan salah satu bagian dari beberapa komponen yang terdapat pada bagian
block mesin. Fungsi dari cylinder liner adalah untuk melindungi bagian dalam cylinder block
dari gesekan ring piston. Permasalahan yang sering dijumpai pada cylinder liner ini adalah
ketahanan terhadap gesekan yang kurang baik sehingga mempengaruhi lama waktu penggunaan
cylinder liner tersebut.
Pada penelitian ini dilakukan penambahan kadar tembaga 0,25% pada FC 25. Setelah
itu diuji ketahanan aus, kekerasan serta struktur mikro guna menunjang penelitian ini.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa 0,25% tembaga (Cu) dapat menurunkan nilai
ketahanan aus dan kekerasan. Ketahanan aus cylinder liner FC 25 yang terdefinisikan dalam
wear rate sebesar 4,237x10-6 dan cylinder liner dengan penambahan unsur 0,25% Cu sebesar
5,525x10-6. Nilai kekerasan yang semula tanpa penambahan 0,25% Cu sebesar 223 BHN namun
setelah penambahan unsur 0,25% Cu nilai kekerasan menjadi sebesar 195,3 BHN dan
matriksnya berupa perlitik dengan ferrit mengelilingi grafit.
Kata kunci: Pengecoran sentrifugal, FC25, cylinder liner, kekerasan, Ketahanan Aus, Wear
Rate, struktur mikro.

ABSTRACT
Gray cast iron can be defined as a material which commonly used on cylinder liner product.
Cylinder liner is one of the block machine’s part. The cylinder liner use to protect the inside of
cylinder block from piston ring frictions. The problem of cylinder liner is lack of wear resistance,
that influence its life time.
This research conducted by adding 0.25% of copper (Cu) to FC 25 then will be tested the
hardness, wear resistance and the micro structures to support the research.
The results of research show that copper (Cu) reduce wear resistance and hardness
number of factory standart and its micro structure. The Wear resistance as wear rate on cylinder
liner FC 25 is 4,237x10-6 and cylinder liner FC 25 0,25 % Cu addition is 5,525x10-6The hardness
number on cylinder liner FC 25 is 223 BHN and cylinder liner FC 25 added 0,25 % Cu is 195,3
BHN.. The matrics is pearlitic with the ferrit around the graphite.
Key Word : centrifugal casting, FC 2, cylinder liner, hardness, tensile, microstructure

1

1. PENDAHULUAN
Cylinder liner merupakan salah satu
bagian dari beberapa komponen yang
terdapat pada bagian blok mesin. Fungsi dari
cylinder liner ialah untuk melindungi bagian
dalam cylinder block dari gesekan ring
piston. Cylinder liner ini berbentuk seperti
tabung dimana proses pembuatannya dapat
menggunakan centrifugal casting atau
gravity casting tetapi proses yang digunakan
pada penelitian ini menggunakan centrifugal
casting.
Pada dasarnya perusahaan telah
memiliki acuan dalam proses produksi
cylinder liner tersebut. Namun untuk
mendapatkan mechanical properties yang
lebih tetapi dapat digunakan oleh konsumen,
akan dilakukan penelitian pengaruh
penambahan unsur pemadu, dalam hal ini
tembaga dalam proses produksi cylinder
liner sehingga dapat menghasilkan cylinder
liner yang optimal dan efisien.
2. TINJAUAN PUSTAKA
2. 1 BESI COR
Besi cor merupakan paduan dari
besi dan karbon dengan kadar karbon yang
lebih tinggi dari 2,0 %, namun yang biasa
digunakan
sekitar
2,5 – 4,0 %.
Pengklasifikasian besi cor ditentukan oleh
struktur metalografinya yang sangat
dipengaruhi oleh kandungan karbon dalam
paduan. Karbon dalam besi tuang dapat
berupa sementit (Fe3C) atau karbon bebas
(grafit). Bentuk dan distribusi grafit akan
mempengaruhi sifat fisik dan mekanik besi
cor. Namun selain karbon, terdapat juga
unsur-unsur lain seperti silikon, mangan,
phosphor, dan belerang yang dapat
mempengaruhi struktur metalografi besi cor.
Secara umum besi cor dapat
dikelompokkan berdasarkan keadaan dan
bentuk karbon yang terkandung di dalamnya
menjadi empat golongan di bawah ini :
a. Besi cor putih (white cast iron), seluruh
karbon dalam besi cor berupa sementit.

b. Besi cor mampu tempa (malleable cast
iron), karbonnya berupa temper karbon
dengan matriks perlitik atau ferritik.
c. Besi cor kelabu (grey cast iron),
karbonnya berupa grafit berbentuk flake
(serpih) dengan matriks ferritik atau
perlitik.
d. Besi cor nodular (nodular cast iron),
karbonnya berupa nodular graphite (grafit
nodular, berbentuk bola) dengan matriks
ferritik atau perlitik.
2.2 BESI COR KELABU
Besi cor kelabu merupakan besi cor
yang paling banyak digunakan dalam
industri. Grafit pada besi cor kelabu
terbentuk pada saat pembekuan. Proses
grafitisasi ini didorong oleh tingginya kadar
karbon, adanya unsur grafite stabilizer,
terutama silikon, temperatur penuangan
tinggi dan pendinginan yang lambat.
Banyaknya grafit pada besi cor ini
mengakibatkan patahan pada penampang
tampak kelabu, oleh karena itu dinamakan
besi cor kelabu.
Grafit besi cor kelabu berbentuk
flake (serpih), berupa lempeng-lempeng
kecil yang melengkung. Ujung-ujung ini
runcing sehingga dapat dianggap sebagai
ujung takikan, menyebabkan ketangguhan
besi tuang ini rendah.
Grafit merupakan bagian terlemah
dalam besi cor, kekuatan besi cor tergantung
dari kekuatan matriksnya. Matriks ini
tergantung pada kondisi dari sementit pada
eutektoid. Bila komposisi dan laju
pendinginan diatur sedemikian rupa
sehingga sementit pada eutektoid menjadi
grafit, maka struktrur dari matriks
seluruhnya ferritik. Namun jika grafitisasi
dari sementit pada eutektoid dapat dicegah,
maka struktur dari matriks adalah
seluruhnya perlitik. Struktur dari matriks ini
dapat diatur mulai dari kedua keadaan
2

ekstrim diatas, seluruhnya ferritik atau
seluruhnya
perlitik,
ataupun
yang
merupakan campuran dari ferrit dan perlit
dengan berbagai perbandingan. Oleh karena
itu sifat dan kekuatan besi cor ini akan
bervariasi.
Struktur matriks yang ferritik adalah
struktur dari besi cor kelabu yang paling
lunak dan lemah. Kekuatan dan kekerasan
besi cor kelabu dapat dinaikkan dengan cara
menaikkan jumlah karbon yang berupa
sementit dalam eutektoid dan akan mencapai
maksimum pada struktur matriks perlitik.
(Raymond A Higgins, 1984).
2.2.1 Tipe Grafit Besi Cor Kelabu
Tipe-tipe grafit besi cor kelabu
dapat dikelompokkan menjadi lima tipe,
yaitu :
o Tipe A
Tipe A memilki serpih-serpih grafit
yang terbagi rata dan orientasinya
sembarang. Struktur seperti ini timbul pada
besi cor kelas tinggi dengan matriks perlit
dan ukuran grafit yang cocok. Selain itu
terdapat juga potongan-potongan grafit yang
bengkok yang memberikan kekuatan
tertinggi pada besi cor. Grafit bengkok ini
diperoleh dengan cara meningkatkan
pengendapan
kristal-kristal
sepanjang
austenit proeutektik.
Besi cor dengan kandungan karbon
tinggi sukar mempunyai potongan-potongan
grafit
bengkok
disebabkan
oleh
pengendapan kristal yang sedikit. Karena itu
perlu dilakukan penghilangan oksida dan
inokulasi penggrafitan pada besi cair.
o Tipe B
Potongan grafit tipe B memiliki
bentuk seperti bunga ros (rosette) dengan
orientasi sebarang. Struktur ini merupakan
salah satu sel eutektik yang bagian
tengahnya mempunyai potongan-potongan
eutektik halus dari grafit dan sepih-serpih

grafit radial di sekitarnya. Struktur seperti
ini biasanya ditemukan pada produk coran
tipis yang mengalami pendinginan cepat.
Tipe rosette tersebar dalam besi cor
yang mempunyai kandungan karbon tinggi
karena banyak pengendapan grafit. Hal ini
mengakibatkan struktur menjadi lemah dan
kadang-kadang
pada
bagian-bagian
tengahnya dapat terjadi retak atau lubanglubang kecil yang disebabkan adanya bagian
yang hilang oleh gaya potong pada waktu
proses machining.
o Tipe C
Struktur ini muncul pada system
hipereutektik. Pada tipe C ukuran serpih
saling
menumpuk
dengan
orientasi
sebarang. Hal ini disebabkan oleh jumlah
grafit yang begitu banyak sehingga ferrit
sangat
mudah
mengendap.
Namun
demikian,
pengendapan
ferrit
mengakibatkan struktur menjadi lemah
sehingga besi cor dengan type grafit seperti
ini sangat jarang dipakai.
o Tipe D
Struktur ini mempunyai potonganpotongan grafit eutektik yang halus yang
mengkristal di antara dendrit-dendrit kristal
austenit. Karena itu potongan grafit type ini
dikenal juga sebagai penyisihan antar
dendrit denga orientasi sebarang. Keadaan
ini disebabkan oleh pendinginan lanjut pada
proses pembekuan eutektik seperti oksidasi
dalam pencairan. Potongan grafit seperti ini
menyebabkan besi cor memiliki kekuatan
yang tinggi dengan keuletan yang rendah.
o Tipe E
Potongan grafit tipe E muncul
apabila kandungan karbon agak rendah. Hal
ini akan mengurangi kekuatan karena jarak
yang dekat antara potongan-potongan grafit
terdistribusi seperti pada type D. Tetapi
kadang-kadang kekuatannya tinggi yang
disebabkan karena kandungan karbon yang
rendah dan berkurangnya pengendapan
grafit.
3

Berdasarkan ASM vol.15, tipe-tipe grafit
tersebut diatas ditunjukkan pada gambar 2.1
berikut.

Tipe A

Tipe B

Tipe C

3. HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1 HASIL PERCOBAAN
3.1.1 Hasil Pengujian Strukurmikro
Pengamatan
Mikro
untuk
memperoleh informasi strukturmikro yang
ada pada material awal maupun yang telah
mengalami penambahan 0,25% tembaga.
Pembesaran yang dilakukan adalah 100x
dengan etsa 2% nital.
3.1.1.1 Material Awal (tanpa
penambahan tembaga)
3.1.1.1.1 Material Awal (tanpa
penambahan tembaga) Tanpa Etsa

Tipe D

Tipe E

Grafit Tipe A

Gambar 2.1 Tipe – Tipe Grafit ( M=100x )
(ASM vol.15)
2. 3 CYLINDER LINER
Salah satu komponen penyusun
mesin diesel adalah cylinder liner yang
berfungsi melindungi cylinder block dari
gesekan ring piston dan mempermudah
penggantian apabila keausan telah melebihi
batas ketentuan. Bagian dinding cylinder
liner umumnya memiliki temperatur dan
tekanan yang tinggi, sehingga dibutuhkan
cylinder liner yang memiliki kekerasan yang
tinggi agar pemakaian cylinder block akan
lebih lama. Jika dilihat dari penggunaannya,
besi cor yang digunakan dalam pembuatan
cylinder liner adalah besi cor kelabu.
Cylinder liner diproduksi dengan
menggunakan proses centrifugal casting.
Proses centrifugal casting yang digunakan
dalam produksi cylinder liner ini adalah
pengecoran sentrifugal horizontal. Proses
produksi cylinder liner meliputi pembuatan
core, melting, casting, dan finishing.

Grafit Tipe B
Titik A

Grafit Tipe A

Grafit Tipe B

Titik B

Grafit Tipe A

Grafit Tipe B

Titik C
Gambar 3.1

Strukturmikro material awal ( produk tanpa
penambahan tembaga) pada Titik A, B, C
menunjukkan grafit tipe A dan B. Perbesaran
100x tanpa etsa.

4

3.1.1.1.2 Material Awal (tanpa penambahan
tembaga) Dengan Etsa
Pearlit
Grafit Tipe D
Grafit

Ferrit

Titik B

Titik A

Pearlit

Grafit Tipe D

ferrit

Grafit

Gambar 3.3

Pearlit

3.1.1.2.2

Titik B

ferrit

Titik C
Strukturmikro material produk penambahan
0,25% tembaga pada Titik A, B, C
menunjukkan grafit tipe D. Perbesaran 100x
tanpa etsa.

Material Awal (penambahan
0,25% tembaga) Dengan Etsa 2%
nital
Pearlit

Grafit

ferrit
Titik C
Gambar 3.2 Strukturmikro material awal ( produk tanpa
penambahan tembaga) pada Titik A, B, C menunjukkan
matriks pearlit dan ferrit. Perbesaran 100x dengan etsa 2%
nital.

Grafit
Titik A

3.1.1.2 Material
Hasil
Penambahan
0,25% Tembaga
3.1.1.2.1 Material Awal (penambahan
0,25% tembaga) Tanpa Etsa

Pearlit

ferrit

Grafit
Grafit Tipe D

Titik B

Titik A

5

Tabel 3.2 Hasil Perhitungan Wear rate

Pearlit

ferrit

Specimen

Pengurangan
Volume Ratarata(cm3)

Wear rate

Grafit

Non Cu

0,0286

4,237 x 10-6

Penambahan Cu

0,0373

5,525 x 10-6

Titik C
Gambar 3.4 Strukturmikro material produk penambahan
0,25% tembaga pada Titik A, B, C menunjukkan grafit tipe
A dan B. Perbesaran 100x dengan etsa 2% nital.

Hasil Pengujian Kekerasan
Pengujian kekerasan dilakukan
dengan mengambil sebanyak 3 titik
sepanjang cylinder liner seperti pengujian
ketahanan aus. Dengan menggunakan
metode brinell hardness test, nilai kekerasan
yang didapatkan seperti pada Tabel 3.1
dibawah ini :

3.2

PEMBAHASAN

3.2.1

Analisa Uji Aus

3.1.2

Permukaan dari produk cylinder liner
seharusnya memiliki kekerasan permukaan yang
cukup untuk menghindari terjadinya cacat akibat
gaya gesek dari ring piston supaya tidak mudah
rusak. Sehingga dibutuhkan suatu perlakuan
pada proses produksinya, dalam hal ini diberikan
unsur paduan tembaga pada proses produksi.

Tabel 3.1 Hasil Pengujian Kekerasan

Angka
Kekerasan
(BHN)

Spesimen

Angka
Kekerasan RataRata
(BHN)

Non Cu

Penamb
ahan
Cu

Titik A (daerah
TMA)
Titik B (daerah
tengah)
Titik C (daerah
TMB)
Titik A (daerah
TMA)
Titik B (daerah
tengah)
Titik C (daerah
TMB)

223
218

223

228
193
190

195,3

Pada penelitian ini penambahan unsur
tembaga memberikan pengaruh terhadap sifat
ketahanan aus besi tuang kelabu. Dengan
penambahan 0,25% unsur tembaga ternyata
membuat produk cylinder liner memiliki
ketahanan aus yang lebih rendah bila
dibandingkan dengan produk cylinder liner
tanpa penambahan tembaga. Sehingga dari
penambahan tembaga terjadi penurunan. Apabila
kita cocokkan dengan hasil pengujian kekerasan
maka dengan semakin menurunnya nilai
kekerasan produk cylinder liner FC 25, maka
akan semakin rendah pula ketahanan abrasi
permukaan dari produk cylinder liner.

203

3.2.2

3.1.3

Hasil Pengujian Ketahanan Aus

Pengujian ketahanan aus dilakukan
dengan mengambil 3 titik uji pada cylinder
liner dengan penambahan unsur tembaga
(Cu), juga 3 titik pada cylinder liner tanpa
penambahan
0,25%
tembaga
(Cu)
ditunjukkan oleh wear rate seperti tampak
pada Tabel 3.2.

Analisa Uji Kekerasan

Berdasarkan pengujian kekerasan yang
telah dilakukan ternyata penambahan 0,25%
unsur tembaga menurunkan nilai kekerasan
permukaan dari produk cylinder liner. Hal ini
diakibatkan terjadinya penurunan composite
hardness (kekerasan kombinasi antara matriks
dan grafit) dari Cylinder Liner FC 25. Oleh
karena karakteristik tembaga yang selain sebagai
pendorong terjadinya matriks pearlitik juga

6

sebagai pembentuk grafit. Sehingga nilai
kekerasan dari produk Cylinder Liner menjadi
berkurang.
Dari tiap titik yang dilakukan pengujian
kekerasan menunjukkan berkurangnya nilai
kekerasan produk Cylinder Liner FC 25 terjadi
pada produk dengan penambahan unsur tembaga.
3.2.3

Analisa Uji Metallography

Hasil pengujian struktur mikro yang
diperoleh tanpa etsa menunjukkan bentuk grafit
dari produk cylinder liner FC 25 memiliki
kemiripan dengan model grafit tipe A dan tipe B
yang berbentuk flake memanjang dan tersebar.
Pada produk cylinder liner FC 25 dengan
penambahan 0,25% unsur tembaga, grafit
memiliki kemiripan dengan model grafit tipe D
yang memiliki ukuran flake lebih kecil, tetapi
memiliki pola interdendritik, menyebar dengan
pola tak beraturan serta tingginya kadar grafit.
Sedangkan hasil pengujian struktur
mikro yang diperoleh dengan melakukan etsa
menggunakan nital 2% menunjukkan bahwa
produk cylinder liner FC 25 memiliki matriks
pearlitik dengan grafit tersebar yang terbungkus
oleh ferrit. Ferrit yang mengelilingi grafit
merupakan αFe dimana tembaga larut dalam
larutan padat α.

4 KESIMPULAN DAN SARAN
4.1KESIMPULAN
Berdasarkan hasil pengujian dan
analisa data yang telah dilakukan maka
diperoleh kesimpulan sebagai berikut :

Menurun 12,42 % dibandingkan
dengan produk cylinder liner tanpa
penambahan tembaga.
2. Peningkatan
keausan
serta
penurunan nilai kekerasan produk
cylinder liner FC 25 diakibatkan
oleh terjadinya perubahan struktur
mikronya. Apabila ditinjau dari
struktur mikro produk cylinder liner
FC 25 dengan penambahan 0,25%
tembaga dapat merubah grafit tipe A
dan tipe B menjadi tipe D yang
memiliki
pola
interdendritik.
Dimana pola interdendrtitik ini
memiliki volume grafit yang lebih
besar dibandingkan tipe A dan B.
Penambahan sebesar 0,25% tembaga
pada cylinder liner ternyata belum
efektif dalam peningkatan matriks
pearlit yang akan berakibat pada
penurunan keausan dan peningkatan
kekerasan.
5.2 SARAN
Dari penelitian yang telah dilakukan dapat
kami berikan saran
1. Diperlukan penelitian lebih lanjut
dengan variasi komposisi tembaga
lebih luas.
2. Perlu dilakukan pengujian mekanik
untuk mengetahui pengaruh pemadu
Cu pada sifat mekanik produk
cylinder liner FC 25.

1. Keausan produk cylinder liner
dengan penambahan tembaga 0,25%
sebesar 0,0373 cm3. Meningkat
30,41%
dibandingkan
dengan
produk
cylinder
liner
tanpa
penambahan tembaga.
Nilai kekerasan produk cylinder
liner dengan penambahan tembaga
0,25%
sebesar
195,3
BHN.
7

DAFTAR PUSTAKA
Avner, Sidney H. 1974. Introduction to
Physical Metallurgy. Singapore: Fong and
Sons Printers Pte, Ltd
Banga, T.R and R.L. Agarwal. 1981.
Foundry Engineering. New Delhi: Khanna
Publisher
Dieter, George E. 1993. Metalurgi Mekanik.
Jakarta: Erlangga
Gupta, Prof. R.B. 1989. Foundry
Engineering. New Delhi: Khanna Publisher
Higgins, A Raymond. 1984. Engineering
Metallurgy. Part 1, Fifth Edition. London:
Hodder and Stoughton.
Sisco, Frank T. 1957. Engineering
Metallurgy. New York: Pitman Publishing
Corporation
Surdia, Tata dan Kenji Chijiwa. 2000.
Teknik Pengecoran Logam. Jakarta:
PT.Pradnya Paramita
……, 2001. Pengujian Sifat Mekanik
Logam.
Bandung:
Balai
Besar
Pengembangan Industri Logam dan Mesin
.………., ASM Metals Handbook Vol
15.1992. Casting
.………., ASM Metals Handbook Vol
08.2000. Mechanical Testing & Evaluation
……….., Japan International Standard

8

Sponsor Documents

Or use your account on DocShare.tips

Hide

Forgot your password?

Or register your new account on DocShare.tips

Hide

Lost your password? Please enter your email address. You will receive a link to create a new password.

Back to log-in

Close