laporan akhir tahun penelitian hibah produk...
TRANSCRIPT
LAPORAN AKHIR TAHUN
PENELITIAN HIBAH PRODUK TERAPAN
UJI FISIS DAN MEKANIS HASIL DAUR ULANG LOGAM
ALUMINIUM BEKAS UNTUK PERENCANAAN DAN
PEMBUATAN VELG SEPEDA MOTOR DENGAN
METODE CENTRIFUGAL CASTING
Tahun ke- 1 (satu) dari rencana 3 (tiga) tahun
Oleh
DRS. AHMAD FARHAN, M.Si (00-0306-6602)
AKHYAR, ST, MP, M.Eng (00-1506-8001)
DRS. ABDUL HAMID, M.Si (00-2505-6602)
Dibiayai oleh:
Direktorat Riset dan Pengabdian Masyarakat
Direktorat Jenderal Penguatan Riset dan Pengembangan Kementerian
Riset, Teknologi, dan Pendidikan Tinggi Sesuai dengan Kontrak Penelitian Nomor: 105/SP2H/LT/DPRM/IV/2017 tanggal 3 April 2017
UNIVERSITAS SYIAH KUALA
NOVEMBER 2017
i
RINGKASAN
Centrifugal casting adalah salah satu metode pengecoran yang memanfaatkan gaya
sentrifugal untuk melemparkan logam cair di dalam cetakan yang berputar. Metode ini
banyak digunakan untuk menghasilkan komponen-komponen yang berbentuk silindris. Salah
satu produk otomotif yang dapat dihasilkan dengan metode ini adalah velg kendaraan roda
dua. Tujuan penelitian ini adalah untuk mendaur ulang logam aluminium bekas serta
mengetahui pengaruh kecepatan putar pada centrifugal casting terhadap sifat fisis dan
mekanis paduan aluminium hasil daur ulang untuk velg sepeda motor. Penelitian ini juga
mengamati perubahan struktur mikro akibat kecepatan putar.
Material dasar yang digunakan adalah paduan logam aluminium bekas melalui
teknologi peleburan dan pengecoran centrifugal. Proses pengecoran dilakukan pada pre-
heating cetakan 250 0C dan temperatur penuangan 750
0C dengan variasi putaran 0, 300, 500,
700, 800, 900, dan 1000 rpm. Penelitian ini akan meneliti tentang pengaruh variasi putaran
centrifugal casting terhadap laju pembekuan logam aluminium bekas, uji komposisi kimia, uji
XRD, struktur mikro dan SEM, kekerasan, kekuatan tarik, ketahanan impact, dan ketahanan
korosi.
Hasil-hasil data yang akan diperoleh dalam penelitian ini akan dipublikasikan pada
beberapa seminar dan jurnal Nasional-Internasional. Penelitian ini juga akan menghasilkan
HKI jenis PATEN, yaitu penerapan centrifugal casting untuk memproduksi velg sepeda
motor dengan memanfaatkan limbah logam aluminium. Harapanya dengan penelitian ini akan
berkonstribusi terhadap pengembangan paduan aluminium Nasional dan industri transportasi
nasional seperti pesawat terbang, perkapalan, kereta api dan otomotif.
Kata Kunci: uji fisis, uji mekanis, daur ulang aluminium, centrifugal casting.
ii
PRAKATA
Puji dan syukur kehadirat Allah SWT atas karunia-Nya kegiatan penelitian Hibah
Produk Terapan tahun anggaran 2016 dan dilaksankan pada tahun 2017 ini dapat diselesaikan
dengan baik.
Laporan kemajuan ini menyampaikan semua kegitan yang telah dilakukan sampai
pada bulan Agustus 2017, dari kegiatan penelituan “Uji fisis dan mekanis hasil daur ulang
logam aluminium bekas untuk perencanaan dan pembuatan velg sepeda motor dengan
metode centrifugal casting“. Selain sebagi dokumentasi penelitian, laporan ini juga ditulis
dalam rangka untuk memenuhi persyaratan penelitian Hibah Produk Terapan tahun anggaran
2017 pada Ristekdikti melalui Universitas Syiah Kuala.
Ucapan terima kasih untuk semua pihak atas bantuan, bimbingan, arahan dan saran-
sarannya. Penghargaan khusus penulis sampaikan kepada DP2M Ristekdikti dan Lembaga
Penelitian dan Pengabdian Kepada Masyarakat pada Universitas Syiah Kuala yang telah
memberikan bantuan dana penelitian bagi terselenggaranya penelitian ini.
Banda Aceh, 25 Agustus 2017
Tim Peneliti
iii
DAFTAR ISI
HALAMAN PENGESAHAN i
RINGKASAN ii
PRAKATA iii
DAFTAR ISI iv
DAFTAR TABEL vi
DAFTAR GAMBAR vii
LAMPIRAN-LAMPIRAN ix
BAB 1 PENDAHULUAN 1
1.1 Latar Belakang 1
1.2 Perumusan Masalah 3
1.3 Rencana Capaian Tahunan 4
BAB 2 TINJAUAN KEPUSTKAAN 5
2.1 Kepuatakaan 5
2.1.1 Alumanium 7
2.1.2 Centrifugal Casting 7
2.2 Studi Pendahuluan 13
2.3 Peta Jalan (Road Map) 13
2.4 Kontribusi dan Kebaruan 14
BAB 3TUJUAN DAN MAMFAAT PENELITIAN 16
3.1. Tujuan Penelitian 16
3.2 Manfaat Penelitian 16
BAB 4 METODE PENELITIAN 18
4.1 Fishbone Diagram 18
4.2 Bagan Penelitian 19
4.3 Lokasi Penelitian 21
4.4 Indikator Capaian 21
4.5 Luaran Penelitian 21
BAB 5HASIL DAN LUARAN YANG DICAPAI 23
5.1 Pembuatanan Alat Centrifugal Casting 23
5.2 Diskripsi Paten 27
5.3 Surat Keterangan Pendaftaran Paten 27
5.4 Summid Publikasi 27
5.2 Poster Seminar Hasil 27
BAB 6KESIMPULAN DAN SARAN 28
6.1 Simpulan 28
6.2 Saran 28
UCAPAN TERIMAKASIH 29
DAFTAR PUSTAKA 30
LAMPIRAN-LAMPIRAN 31
Lampiran 1. Instrumen Penelitian. 31
Lampiran 2. Personalia Tenaga Pelaksana Beserta 32
Kualifikasinya.
iv
Lampirar 3. Diskripsi Pengajuan Paten 33
Lampiran 4. Surat Keterangan Pengajuan Paten 45
Lampiran 5. Draf summited Artikel ke Jurnal Experiment On
Recycled Aluminum Alloys By Metal Casting 46
Lampiran 6. Poster Seminar Akhir 62
v
DAFTAR TABEL
Tabel 1 Rencana Target Capaian Luaran 4
Tabel 2 Sifat dari aluminium pada 298.15 K (Cardarelli, 2005) 7
Tabel 3 Jejak Penelitian personalian tim pelaksanaan Penelitian 14
dalam kurun waktu 5 tahun terakhir
vi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.True centrifugal casting (horizontal, vertical, or inclined) 10
(ASM Handbook, 2008).
Gambar 1. Centrifuge (centrifugal die) casting (ASM Hand book, 10
2008)
Gambar 3 Centrifuge (centrifugal die) casting (ASM Handbook, 12
2008)
Gambar 4 Almunium sekraf 13
Gambar 5 Road map pencapaian serta target akhir kegiatan 13
Penelitian Produk Terapan.
Gambar 6 Fishbone diagram penelitian 18
Gambar 7 Bagan penelitian selama tiga tahun 20
Gambar 8 Skema alat centrifugal casting sinusoidal 23
Gambar 9 Motor dan poros pengerak cetakan Velg motor 24
Gambar 10 Detail skema alat centrifugal casting dengan metode 25
sinusoidal
Gambar 11 Poros pemutar cetakan logam prodeuk velg sepeda motor 26
dan rangka alat centrifugal casting
Gambar 12 Holder poros untuk alat sentrifugal casting dan poros 27
pemutar, holdel as dan rangka sudah drakit
viii
DAFTAR LAMPIRAN-LAMPIRAN
Lampiran 1. Instrumen Penelitian. 31
Lampiran 2.
Personalia Tenaga Pelaksana Beserta Personalia Tenaga
Pelaksana Beserta Kualifikasinya. 32
Lampiran 3. Draft Artikel Ilmiah 33
Lampiran 4. Surat Keterangan Pengajuan Paten 45
Lampiran 5.
Draf summited Artikel ke Jurnal Experiment On Recycled Aluminum Alloys By Metal Casting 62
ix
BAB 1. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Industri pengecoran logam adalah salah satu usaha yang mempunyai peranan strategis
pada struktur perekonomian nasional, terutama dalam menunjang industri penghasil
komponen, industri pengerjaan logam dan industri-industri lainnya. Produk cor logam
mengalami peningkatan permintaan untuk diproduksi di industri kecil adalah terbesar dari
jenis komponen otomotif yang salah satunya terbuat dari bahan logam non ferro seperti
alumunium. Kondisi ini mampu membuka lapangan kerja baru di tingkat daerah dan
meningkatkan pendapatan bagi pengusahan industri kecil.
Namun semakin tingginya tingkat persaingan di pasar komponen otomotif terutama
dari produk impor, menyusul kesepakatan perdagangan bebas Asean-China (ACFTA) dan
Masyarakat Ekonomi Asean (MEA), banyak produk komponen dari kawasan Asean dan
China yang menyerbu Indonesia dengan harga yang lebih murah, baik yang masuk secara
resmi maupun ilegal. Berdasarkan Badan Pusat Statistik nilai impor non-migas Indonesia
selama Januari - Desember 2015 sebesar US $108.243,2 juta. Impor dari Cina menduduki
peringkat tertinggi yaitu sebesar US $19.687,2 juta (18,19%), diikuti oleh Jepang sebesar US
$16.908,4 juta (15,62%), sedangkan kawasan ASEAN mencapai US $23.851,0 atau sekitar
22,03% (Berita Resmi Statistik, 2016). Akibatnya berdampak kurang baik terhadap industri-
industri otomotif dalam negeri khususnya untuk industri pengecoran lokal.
Oleh karena itu, kini sudah saatnya kita mengembangkan teknologi untuk
kemandirian bangsa agar bangsa kita tidak hanya menjadi penonton dalam kemajuan
teknologi, tetapi juga sebagai pencipta dan penguasa teknologi. Untuk itu, dibutuhkan peran
serta pemerintah maupun institusi-institusi pendidikan (perguruan tinggi) khususnya dalam
pengembangan ilmu pengetahuan dan teknologi (IPTEK). Dengan demikian hasil-hasil riset
dari perguruan tinggi maupun lembaga riset pemerintah diharapkan dapat diaplikasikan
untuk pengembangan industri pengecoran lokal yang berbasis teknologi, sehingga mampu
bersaing dengan produk-produk dari luar.
1
Salah satu produk komponen otomotif yang banyak dihasilkan dari industri-industri
pengecoran logam adalah velg sepeda motor atau yang dikenal dengan istilah casting wheel,
yang secara keseluruhan peluang permintaan ini belum dapat dipenuhi secara optimal oleh
industri pengecoran lokal. Hal ini terjadi karena keterbatasan kemampuan industri lokal,
mengingat kualitas produk cor yang dihasilkan masih rendah bila dibandingkan dengan
produk cor hasil pabrikasi. Rendahnya kualitas produk cor yang dihasilkan oleh industri-
industri lokal dibandingkan dengan produk cor hasil pabrikasi dimungkinkan karena masih
banyak menggunakan metode gravity casting sebagai metode dalam proses pengecoran
logam, mengingat metode ini merupakan metode pengecoran yang paling sederhana dan
mudah dilaksanakan.
Ada beberapa metode pengecoran yang dapat diterapkan untuk menghasilkan suatu
komponen mesin, seperti pressure casting dan centrifugal casting. Bila dibandingkan dari
kualitas hasil pengecoran, maka pressure casting dan centrifugal casting lebih baik dari
gravity casting. Hal ini disebabkan pada saat logam cair dimasukkan ke dalam cetakan dan
selama proses pembekuan mendapat tekanan dari luar. Adanya tekanan dari luar ini dapat
mengurangi porositas serta menaikkan densitas hasil coran dan akhirnya dapat memperbaiki
sifat fisik dan mekanik dari produk coran yang dihasilkan. Namun dalam penerapannya
metode centrifugal casting lebih unggul dibandingkan dengan pressure casting bila ditinjau
dari segi investasi. Bila menggunakan alternatif presure casting, maka biaya investasi
menjadi sangat besar dan tidak sebesar bila mengunakan centrifugal casting.
Sampah saat ini merupakan masalah utama diseluruh dunia. Logam alumninium
bekas seperti kaleng minuman ringan, panci atau wajan bekas, piston bekas dan dari sisa
aluminium pembuat rak piring dapur rumah tangga masih dapat didaur ulang kembali
menjadi produk-produk tertentu. Sayangnya saat ini di Provinsi Aceh khususnya belum ada
industri yang mengolah logam bekas aluminium tersebut. Selain itu, hasil daur ulang logam
aluminium bekas tidak sebagus kualitas logam aslinya. Hal tersebut disebabkan adanya
degradasi kekuatan dari logam aslinya yang disebabkan oleh cacat berupa porositas, hot
tearing. Perlu modifikasi proses untuk meningkatkan kekuatan logam aluminium daur ulang
tersebut. Peningkataan kualitas serta kekuatan logam aluminium bekas tersebut salah satu
caranya dapat dilakukan proses pengecoran logam secara sentrifugal (centrifugal casting).
Melalui centrifugal casting, produk material logam hasil cor dapat mengurangi cacat material
dan dapat meningkatkan densitasnya.
Berpijak dari hal yang telah disampaikan, maka dilakukan beberapa penelitian yang
berkaitan dengan produk coran velg kendaraan roda dua, yaitu dengan centrifugal casting.
Dengan centrifugal casting ini nantinya diharapkan dapat meningkatkan kualitas coran yang
dihasilkan. Oleh karena itu, pengecoran dengan centrifugal casting ini sesungguhnya sangat
2
sesuai dengan kondisi industri kecil, karena mekanisme dengan centrifugal casting tidak
membutuhkan keahlian khusus dalam pengoperasiannya.
1.2 Perumusan Masalah
Dari beberapa uraian yang telah di jelaskan sebelumnya, maka dapat disusun
perumusan masalah sebagai berikut :
1. Daur ulang aluminium bekas untuk logam kaleng minuman ringan, panci atau wajan
bekas, piston bekas dan dari sisa aluminium pembuat rak piring dapur rumah tangga.
2. Mengurangi porositas dan meningkatkan densitas produk velp sepeda motor melalui
teknik pengecoran dengan metode centrifugal casting.
3. Perlakuan panas T6 digunakan sebagai salah satu metode solusi untuk meningkatkan
sifat mekanik paduan aluminium.
4. Kecepatan putar pada centrifugal casting dapat berpengaruh terhadap bentuk struktur
mikro hasil coran.
5. Proses perlakuan panas T6 dapat meningkatkan sifat mekanik akibat adanya fasa
kedua (presipitat) pada struktur mikro paduan logam aluminium cor (aluminium
bekas).
3
1.3 Rencana Capaian Tahunan
Tabel 1. Rencana Target Capaian Tahunan
No Jenis Luaran Indikator Capaian TS TS+1 TS+2
1 Publikasi ilmiah Internasional Bereputasi submitted accepted published
Nasional Terakreditasi
2 Pemakalah dalam temu Internasional published published published
ilmiah Nasional
3 Invited Speaker dalam Internasional Tidak ada Tidak ada Tidak ada
temu ilmiah Nasional Tidak ada Tidak ada Tidak ada
4 Visiting Lecturer Internasional Tidak ada Tidak ada Tidak ada
5 Hak Kekayaan Paten Draft terdaftar Sudahdi-
Intelektual (HKI) laksanakan
Paten Sederhana Tidak ada Tidak ada Tidak ada
Hak Cipta Tidak ada Tidak ada Tidak ada
Merek dagang Tidak ada Tidak ada Tidak ada
Rahasia dagang Tidak ada Tidak ada Tidak ada
Desain Produk Industri Tidak ada Tidak ada Tidak ada
Indikasi Geografis Tidak ada Tidak ada Tidak ada
Perlindungan Varietas Tidak ada Tidak ada Tidak ada
Tanaman
Perlindungan Topografi Tidak ada Tidak ada Tidak ada
Sirkuit Terpadu
6 Teknologi Tepat Guna Prototipe dan proses produk penerapan penerapan
pembuatan velg sepeda
motor dengan metode
centrifugal casting
7 Model/Purwarupa/Desain/Karya seni/Rekayasa Sosial produk produk produk
8 Buku Ajar (ISBN) Draf Proses Sudah terbit editing
9 Tingkat Kesiapan Teknologi (TKT) 3 5 7
4
BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Kepustakaan
Proses pengecoran dengan teknik centrifugal casting adalah salah satu
metode yang dapat digunakan untuk menghasilkan komponen-komponen yang
berbentuk silindris, seperti poros pejal atau belubang, cylinder liners, bearing
bushes, dan lain-lain. Proses tersebut dapat meningkatkan sifat mekanis dari
produk cor yang dihasilkan. Hasil telaah literatur mengindikasikan bahwa
penelitian-penelitian yang berkaitan dengan aplikasi pada elemen otomotif dengan
menggunakan paduan logam aluminium pernah dilakukan oleh sejumlah peneliti,
antara lain Houria, dkk. (2015), Houria (2013), Wang, dkk. (2014), Torre, dkk.
(2014), So, dkk. (2015), Jiang, dkk (2012), dan Jiang, dkk (2013).
Chirita, dkk (2008) melakukan penelitian tentang kelebihan teknik
centrifugal casting dibandingkan dengan gravity casting untuk memproduksi
komponen-komponen struktur dengan paduan Al-Si. Hasil penelitian ini
menunjukkan adanya kenaikan rupture strength hampir 35% dan rupture strain
sekitar 160%, ini lebih baik dari teknik gravity casting, sehingga teknik
centrifugal casting ini jauh lebih efektif dalam meningkatkan sifat mekanik
dibandingkan dengan teknik gravity casting.
Mukunda, dkk (2010) dalam penelitiannya mengenai Influence of
Rotational Speed of Centrifugal Casting Process on Appearance, Microstructure
and Sliding Wear Behaviour of Al-2Si Cast Alloy menyatakan bahwa pada
kecepatan optimum 800 rpm menghasilkan bentuk silinder yang seragam. Untuk
kecepatan putar di bawah dan di atas kecepatan tersebut, menghasilkan bentuk
coran yang tidak beraturan, hal ini sebagian besar berhubungan dengan pengaruh
cairan logam. Pada dasarnya terbentuknya partikel α-Al di dalam keliling tabung
pada putaran rendah, bentuk dan ukurannya berubah dengan berubahnya
kecepatan putar. Untuk uji keausan di bagian dalam permukaan hasil coran
menunjukkan sifat keausan yang lebih baik untuk coran yang dipersiapkan pada
kecepatan putar optimum.
Vassiliou, dkk (2008) pada penelitian tentang Investigation of Centrifugal
Casting Conditions Iinfluence on Part Quality. Dalam penelitian ini material yang
5
digunakan adalah kuningan dengan komposisi 66.7% Cu dan 33.3% Zn dan
geometri tuangan yang cukup sederhana. Penelitian ini mengkombinasikan
percobaan dengan cara centrifugal casting dengan hasil simulasi pengecoran pada
tiga kecepatan putar, yaitu : 469, 391 dan 156 rpm. Hasil penelitian ini
menunujukkan bahwa kecepatan putar dari centrifugal casting, temperatur cetakan
dan temperatur awal cairan logam mempengaruhi kualitas dari sebuah komponen
yang dihasilkan. Tjitro, dkk (2004) yang juga meneliti pengaruh kecepatan putar
pada proses pengecoran aluminium sentrifugal dengan variasi kecepatan 150, 180
dan 200 rpm. Pada pengamatan struktur mikro bentuk butir yang dihasilkan secara
umum berbentuk equiaxed dan columnar dengan orientasi kemiringan sesuai
dengan arah putaran mesin. Hasil uji kekerasan Vickers memperlihatkan bahwa
pada putaran 200 rpm menunjukkan angka kekerasan yang lebih besar
dibandingkan variasi putaran lainnya.
Mohan, dkk (2008) dengan penelitian surface studies of centrifugally cast
aluminum-based lead bearing composites. Dalam penelitian ini variasi putaran
yang digunakan adalah dari 900 – 1700 rpm dengan perbedaan temperatur 973,
1073 dan 1173 K. Salah satu hasil penilitian ini menunjukkan bahwa komposit
Al–4.l wt.% Cu–P dengan vertical centrifugal casting, berhasil menghasilkan
produk yang berbentuk hollow cylindrical dengan tebal yang seragam pada
kecepatan putar 1600 rpm dan temperatur penuangan 1173 K.
Gwózdz, dkk (2008) dalam penelitiannya tentang influence of ageing
process on the microstructure and mechanical properties of aluminium-silicon
cast alloys - Al-9%Si-3%Cu and Al-9%Si-0.4%Mg. Dalam penelitian ini spesimen
diperlakukan sesuai dengan perlakukan panas T6. Hasil penelitian ini
menunjukkan bahwa laju pembekuan memberikan pengaruh yang besar terhadap
sifat mekanis dengan mengontrol struktur mikro, hal ini dapat dilihat dari Yield’s
Strength yang dihasilkan, dimana untuk paduan Al-Cu-Si sebesar 197 MPa,
sedangkan paduan Al-Mg-Si sebesar 243 MPa.
6
2.1.1 Aluminium
Aluminium dan paduan aluminium umumnya tersedia dalam bentuk
komersial. Lembaran paduan aluminium dapat berbentuk, drawn, stamped, atau
spun. Hampir semua paduan aluminium hasil tempa atau cor dapat dilas, brazing,
atau disolder dan permukaan aluminium juga dapat dilapisi dengan cara mekanik
dan kimia. Karena mempunyai sifat konduktivitas listrik yang tinggi, paduan
aluminium juga digunakan sebagai konduktor listrik.
Tabel 2. Sifat dari aluminium pada 298.15 K (Cardarelli, 2005).
Property Value
Density 2699 kg/m3
Melting point 660.323 oC
Ultimate tensile strength 40 – 50 MPa
Yield strength 0.2% 15 – 20 MPa
Modulus of elasticity 70.2 GPa
Shear modulus 27.8 GPa
Brinell hardness 15 – 28 HB
Vickers hardness 130 HV
Charpy impact value 26 – 31 J
Elongation 50 – 70%
Poisson’s ratio. (υ) 0.345
Electricity resistivity 2.6548 µΩ.cm
Thermal conductivity 237 W.m-1
.K-1
Coefficient of linear thermal 23.03 x 10-6
K-1
expansion
Specific heat capacity 903 J.kg-1
.K-1
Selain itu, sifat mekanis aluminium dapat diperbaiki dengan cara menambahkan
unsur paduan, strain hardening, perlakuan panas atau kombinasi dari ketiga
teknik tersebut. Tembaga, magnesium, mangan, silikon dan seng adalah unsur-
unsur yang dapat digunakan sebagai unsur utama dalam paduan aluminium.
2.1.2 Centrifugal Casting
Centrifugal casting adalah salah satu cabang pengecoran terbesar di
industri pengecoran, terhitung 15% dari total hasil pengecoran dunia dihasilkan
dari centrifugal casting. Centrifugal casting diciptakan pada tahun 1918 oleh
Dimitri Sensaud Brasil deLavaud. Penemuan DeLavaud ini untuk mengeliminasi
7
kebutuhan inti utama dalam cetakan pipa dan pendinginan cetakan dengan air,
sehingga memungkinkan untuk penggunaan tingkat dan berulang (ASM
Handbook, 2008).
1. Proses centrifugal casting
Proses pengecoran ini berlangsung dengan cara menuangkan logam cair ke
dalam cetakan yang sedang berputar, tanpa menggunakan inti (core), sehingga
dihasilkan coran yang mampat karena pengaruh gaya sentrifugal. Teknik ini
menggunakan gaya sentrifugal yang dihasilkan oleh sebuah cetakan berbentuk
silindris berputar untuk melemparkan logam cair ke dinding cetakan, sesuai
dengan bentuk yang diinginkan. Besarnya gaya sentrifugal dapat dihitung
berdasarkan rumus berikut ini.
mv 2 2
r 2
CF = CF mω 2
r
r r CF mωrω
dengan :
m = masa (kg)
v = kecepatan
(mω) r = radius (m)
ω = kecepatan sudut (rad/s)
CF = gaya sentrifugal (N)
(Joshi) ………...………………... (2)
Centrifugal casting ini memiliki beberapa karakteristik tersendiri diantaranya
adalah sebagai berikut :
a. Produk relatif tidak ada cacatnya.
b. Kotoran non metallic dengan endapan yang berada pada lubang dalam dapat
dihilangkan pada saat proses pemesinan.
c. Kehilangan logam cair pada ladle sangat sedikit jika dibandingkan dengan
sistem gate dan runner seperti pada konvesional sand casting.
d. Sifat mekaniknya sangat bagus.
e. Tingkat produktivitasnya sangat tinggi.
f. Dapat digunakan untuk pembuatan produk dengan lebih dari satu lapis.
8
g. Proses sentrifugal casting dapat digunakan untuk pembuatan material metal
matrix composite.
2. Metode Centrifugal Casting
Mesin centrifugal casting berdasarkan sumbu putar horizontal, vertical atau
inclined dapat dikelompokkan menjadi tiga, yaitu : true centrifugal casting
(horizontal, vertical, or inclined), semicentrifugal (centrifugal mold) casting
dan centrifuge mold (centrifugal die) casting. Namun perbedaan yang paling
mendasar antara horizontal dan vertical centrifugal casting adalah pada bentuk
coran yang dihasilkan. Jika pada horizontal centrifugal casting lebih kepada
produk-produk dengan diameter relatif kecil dan panjang, sedangakan vertical
centrifugal casting untuk produk-produk yang relatif mempuyai diameter lebih
besar dan pendek.
a. True centrifugal casting (horizontal, vertical, or inclined)
Adalah salah satu metode pengecoran yang menghasilkan produk cor
berbentuk silindris dengan cara memutar cetakan pada sumbunya. Metode
pengecoran ini dapat dilakukan secara horisontal atau vertikal tanpa
menggunakan inti. Metode cetakan permanen ini juga dapat berputar
terhadap sumbunya dengan kecepatan tinggi (300 sampai 3000 rpm),
sehingga logam cair dipaksa untuk menempel pada sisi bagian dalam
cetakan, dimana logam cair membeku. Metode pengecoran ini biasanya
mempunyai ukuran butiran yang sangat halus pada diameter luar, sedangkan
diameter dalam memiliki lebih banyak kotoran dan inklusi, namun dapat
dihilangkan pada saat proses pemesinan. Selain itu, produk cor yang
dihasilkan dengan metode ini mempunyai arah pembekuan yang terarah
(directional solidification) dari bagian diameter luar menuju ke diameter
dalam, sehingga menghasilkan produk cor yang terbebas dari cacat terutama
shrinkage yang paling sering dijumpai pada proses sand casting (ASM
Handbook, 2008). Gambar 1 berikut ini adalah contoh beberapa metode
pengecoran dengan true centrifugal casting.
b. Semicentrifugal (centrifugal mold) casting
9
Dalam pengecoran semicentrifugal, seperti yang terlihat pada Gambar 2, cetakan berputar
terhadap sumbu simetriknya. Cetakan untuk pengecoran semicentrifugal ini selalu terisi inti
atau logam coran pada bagian tengah produk coran.
Gambar 1. True centrifugal casting (horizontal, vertical, or inclined) (ASM
Handbook, 2008).
Gambar 2. Centrifuge (centrifugal die) casting (ASM Handbook, 2008).
10
Kemudian arah pembekuan yang terarah diperoleh hanya dengan penuangan
yang tepat, seperti dalam pengecoran statis. Pengecoran yang sulit
diproduksi secara statis, dapat diproduksi secara ekenomis dengan metode
ini, karena gaya sentrifugal secara berkali-kali menyuplai logam cair dengan
tekanan yang lebih tinggi dari pengecoran secara statis. Hal ini secara
signifikan dapat meningkatkan hasil coran 85 – 95%, benar-benar mengisi
rongga cetakan dan hasil pengecoran berkualitas tinggi karena bebas dari
rongga dan porositas. Sehingga metode pengecoran semicentrifugal dapat
digunakan untuk produk-produk seperti velg, impeler atau bentuk-bentuk
yang bagian tengahnya terisi logam cair.
c. Centrifuge (centrifugal die) casting
Centrifuge casting memiliki aplikasi yang lebih luas. Tipe metode
pengecoran ini digunakan untuk menghasilkan valve bodies dan bonnet,
plug, yokes, bracket dan berbagai macam coran dari berbagai industri
pengecoran. Pada metode ini, seperti yang tampak pada Gambar 3, rongga
atau ruang pengecoran diatur terhadap pusat sumbu putar, seperti jari-jari
roda, sehingga memungkinkan untuk menghasilkan beberapa benda kerja
atau coran. Gaya sentrifugal memberikan tekanan yang diperlukan logam
cair dengan cara yang sama seperti pada semicentrifugal casting. Sehingga
metode centrifuge casting ini dalam penggunaannya sering dikombinasikan
dengan metode pengecoran investment casting
11
Gambar 3. Centrifuge (centrifugal die) casting (ASM Handbook, 2008).
2.2 Studi Pendahuluan
Penelitian yang diusulkan ini sudah dilakukan studi pendahuluan yang
meliputi pemisahan bahan Aluminium sekrap dari berbagai macam jenis
almunium seperti kaleng bekas minuman, panci bekas, piston bekas . Semua
almunium sekrap tersebut didapat dari pengumpul kaleng di toko penadah bahan
bekas. Bagian yang diambil adalah bagian yang terbuat dari almunium, oleh
karena itu perlu dilakukan beberapa pemisahan seperti pemisahan kawat yang
terdapat pada pinggiran mulut panci dan kawat yang terdapat pada piston.
Pemisahan di lakukan dengan menggunakan mesin gerindra. Almunium sekrap
yang akan di gunakan dapat di lihat pada Gambar 4.
12
Gambar 4. almunium sekrap.
2.3 Peta Jalan (Road Map)
Gambar 5. Road map pencapaian serta target akhir kegiatan Penelitian Produk
Terapan.
13
Peneltian yang telah dilakukan dalam 5 (lima) tahun terakhir (Tabel 3)
Tabel 3. Jejak Penelitian personalian tim pelaksanaan Penelitian dalam
kurun waktu 5 tahun terakhir
Pendanaan
No Tahun Judul Penelitian Sumber Jumlah (Juta
Rp)
1 2016 Perencanaan dan Pembuatan DP2M 50
Rangka Sepeda Penampang Profil Dikti
“I” Beam Menggunakan Material
Logam Al-Si dengan Metode
Centrifugal Casting
2 2015 Perencanaan dan Pembuatan DP2M 74
Rangka Sepeda Penampang Profil Dikti
“I” Beam Menggunakan Material
Logam Al-Si dengan Metode
Centrifugal Casting
3 2014 Pemanfaatan Oli Bekas sebagai Skim Dosen 15
Bahan Bakar Tungku Peleburan Muda PNBP
Logam untuk Mendaur Ulang Unsyiah
Kembali Aluminium Bekas
4 2013 Pengujian Cacat Hot Tearing pada Skim Dosen 15
Paduan Al-Si Menggunakan Muda PNBP
Cetakan CRCM Horizontal Unsyiah
5 2013 Perancangan dan Pembuatan Skim Dosen 15
Dapur Untuk Peleburan Logam Muda PNBP
Menggunakan Bahan Bakar Gas Unsyiah
(LPG)
6 2013 Pembuatan Mini Smelter untuk Skim MP3EI 200
Peleburan Bijih Besi Lhong
Kabupaten Aceh Besar
7 2012 Pemanfaatan Logam Alumnium Mandiri 18
Bekas untuk Pembuatan Wajan
Pengoreng
8 2012 Pengaruh Komposisi Paduan Al- Mandiri 35
Si terhadapKerentanan Hot
Tearing
2.4 Kontribusi dan Kebaruan
Kontribusi dan kebaruan penelitian ini berdasarkan referensi yang telah
diketahui dapat dijabarkan sebagai berikut.
14
a. Pemanfaata aluminium bekas yang berupa kaleng aluminium bekas
minuman ringan, aluminium sisa pembuatan rak piring untuk velg sepeda
motor.
b. Mengetahui pengaruh kecepatan putar terhadap sifat fisis dan mekanis
paduan aluminium bekas cor pada centrifugal casting untuk velg sepeda
motor.
c. Mengetahui pengaruh perlakuan panas T6 terhadap sifat fisis dan mekanis
paduan aluminium bekas cor hasil pengecoran dengan centrifugal casting
untuk velg sepeda motor.
d. Mengetahui pengaruh kecepatan putar terhadap struktur mikro paduan
aluminium bekas cor hasil pengecoran dengan centrifugal casting.
e. Mengetahui pengaruh perlakuan panas T6 hasil pengecoran dengan
centrifugal casting terhadap perubahan struktur mikro paduan aluminium
bekas cor.
15
BAB 3. TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN
3.1 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Perancangan proses centrifugal casting untuk produksi velg sepeda motor.
2. Daur ulang kaleng aluminium bekas minuman ringan, aluminium sisa
pembuatan rak piring.
3. Simulasi Finite Element Method (FEM)
4. Variasi kecepatan putaran cetakan yaitu 0, 300, 500, 700, 800, 900 dan
1.000 rpm saat pengecoran aliminium bekas rak, panci, kaleng dan piston
bekas.
5. Mengetahui pengaruh kecepatan putar terhadap sifat fisis dan mekanis
paduan logam aluminium bekas dengan metode centrifugal casting untuk
pembuatan velg sepeda motor.
6. Mengetahui pengaruh perlakuan panas T6 terhadap sifat mekanis paduan
aluminium bekas hasil pengecoran dengan centrifugal casting untuk velg
sepeda motor.
7. Mengetahui pengaruh kecepatan putar terhadap struktur mikro paduan
logam aluminium bekas hasil pengecoran dengan centrifugal casting.
8. Uji fisis dan mekanis untuk produk velg sepeda motor hasil daur ulang
logam aluminium bekas yang meliputi uji tarik, uji impak dan uji
kekerasan, sedangkan untuk uji struktur mikro, uji densitas dan porositas
sebelum perlakuan T6 dan setelah perlakuan T6.
3.2 Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian ini disebabkan oleh belum terdapat informasi yang jelas
dan detil terhadap beberapa hal berikut, diantaranya adalah:
1. Penelitian ini merupakan salah satu jawaban terhadap permasalahan sampah
Nasional, khususnya sampah logam aluminium.
2. Penelitian dapat menumbuhkan industri lokal untuk menghasilkan produk
teknologi, khususnya produk velg sepeda motor.
16
3. Teknik pengecoran dengan metode centrifugal casting dapat mengurangi
porositas dan meningkatkan densitas produk.
4. Kecepatan putar pada centrifugal casting dapat berpengaruh terhadap bentuk
struktur mikro hasil coran.
5. Penggunaan cntrifugal casting merupakan salah satu proses alternatif bagi
peningkatan kualitas produk di industri pengecoran logam, khususnya velg
sepeda motor.
6. Perlakuan panas T6 pada produk dapat meningkatkan kekuatan produk dari
hasil pengecoran logam cor.
7. Disisi lain ilmu pengetahuan dan teknologi, maka penelitian ini dapat
menambah daftar peningkatan sifat logam hasil daur ulang aluminium
melalui sistem pengecoran, dan memberi nilai tambah pada pengembangan
dan penerapan IPTEK.
8. Sebagai upaya meningkatkan produktivitas penelitian melalui publikasi karya
ilmiah.
17
BAB 4. METODE PENELITIAN
4.1 Fishbone Diagram
Tahapan penelitian:
Dari fishbone diagram dapat diuraikan tahapan penelitian antara lain:
1. Studi literatur yang berhubungan dengan penelitian yaitu tentang desain
dan pembuatan furnace dan centrifugal casting; simulasi FEM untuk
beban statik, dinamik, impak, displacement, heat transfer, CFD; uji fisis
pada aluminium yang meliputi analisis cooling curve, komposisi kimia
paduan logam, sruktur makro-mikro, porositas, dan XRD; uji mekanis
untuk paduan logam tanpa perlakuan heat treatment T6 dan dengan T6
yang meliputi uji kekerasan material logam, uji tarik, uji impak, uji
bending, dan uji fatik.
2. Desain dan pengerjaan (rancang-bangun) meliputi furnace sederhana dari
arang agar mudah diimplementasikan kepada industri kecil, alat
centrifugal casting yang dapat diatur kecapatan putarannya, serta cetakan
logam dari bahan EMS (baja karbon sedang) yang cavitynya (rongga cor)
berbentuk velg motor.
18
3. Simulasi FEM untuk beban statik, dinamik, impak, displacement, heat
transfer, CFD.
4. Uji fisis pada aluminium yang meliputi analisis cooling curve, komposisi
kimia paduan logam, sruktur makro-mikro, porositas, dan XRD.
5. Uji mekanis untuk paduan logam tanpa perlakuan heat treatment T6 dan
dengan T6 yang meliputi uji kekerasan material logam, uji tarik, uji impak,
uji bending, dan uji fatik.
4.2 Bagan Penelitian
Dalam usaha merealisasikan target penelitian dan publikasi, penelitian ini
diuraikan secara lebih rinci dalam beberapa tahap penelitian dan setiap tahap
diuraikan parameter detailnya seperti ditunjukkan pada Gambar 7.
19
Gambar 7. Bagan penelitian selama tiga tahun.
20
4.3 Lokasi penelitian
Lokasi Penelitian ini akan dilakukan pada beberapa tempat yaitu:
a. Divisi pengecoran logam Laboratorium rekayasa Material Jurusan Teknik
Mesin Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala untuk pengecoran dengan
metode centrifugal casting serta pengujian mekanis.
b. Beberapa Pengujian fisis akan dilakukan pada Laboratorium Material
FKIP Fisika, Universitas Syiah Kuala.
4.4 Indikator Capaian
1. Perancangan dan alat proses centrifugal casting serta cetakan logam untuk
produksi velg sepeda motor.
2. Simulasi FEM
3. Produk daur ulang kaleng aluminium bekas minuman ringan, aluminium sisa
pembuatan rak piring untuk produksi velg sepeda motor.
4. Data uji tarik, data ketahanan impact, data laju pembekuan, data ketahanan
korosi, data ketahanan fatik, data kekerasan material, data analisis XRD, foto
makro, foto mikrostruktur SEM dan EDS.
5. Publikasi ilmiah di seminar Nasional dan Internasional.
6. Publikasi ilmiah pada jurnal Nasional dan Internasional.
7. Skripsi mahasiswa S-1.
4.5 Luaran Penelitian
Tabel 4. Luaran tahunan dari Penelitian Produk Terapan yang diusulkan
No Tahun Luaran yang diharapkan
1 Pertama (I) 1. Studi literatur publikasi jurnal internasional tentang, critical review on centrifugal casting, aluminum recyle aplication.
2. Desain dan membuat tungku peleburan, alat centrifugal casting, dan cetakan logam berbentuk velg. atrikel jurnal international dengan topik: desing and development of crochoal furnace and centrifugal casting for produce biclycle wheel.
3. Merencanakan/mendesain cetakan logam. 4. Membuat cetakan logam dari baja karbon sedang.
21
5. Prototipe dapur peleburan logam dengan bahan bakar arang.
6. Prototipe alat centrifugal casting. 7. Pengusulan paten atas inovasi baru alat dan metode
pembuatan velg sepeda motor melalui centrifugal casting akan diajukan permohonan ke Kemengkumham.
8. Submit 2 (dua) jurnal internasional index-Scopus (China
Foundry -Springerlink dan Material and Design - Elsevier). 2 Kedua (II) 1. Data hasil simulasi tegangan, regangan/displacement, heat
transfer, CFD melalui metode elemen hingga (FEM). 2. Prototipe velg motor hasil daur ulang aluminium bekas rak,
kaleng, panci, dan piston. 3. Data hasil uji fisis meliputi uji komposisi kimia, uji
porositas produk hasil pengecoran, uji XRD, analisis foto makro, analisis struktur mikro dan EDS-SEM.
4. Data hasil pengujian mekanis meliputi uji kekerasan meterial, kuat tarik, bending (kuat tekuk), uji impact, dan fatik.
5. Submit 2 (dua) jurnal internasional index-Scopus (Archives of Foundry Engineering dan International Journal Metalcasting-Springerlink).
3 Kedua (III) 1. Data pengujian fisis pada velg motor dengan variasi putaran.
2. Data pengujian mekanis pada velg motor dengan variasi putaran serta dengan perlakuan heat treatment T6 dan tanpa perlakuan T6 untuk meningkatkan kekuatan mekanis.
3. Uji SNI velg motor hasil daur ulang aluminium bekas. 4. Publikasi ilmiah pada seminar nasional SNTTM dan
internasional. 5. Publikasi ilmiah pada jurnal internasional (International
Jurnal Metalcasting-Speringerlink index Scopus) dan/atau
di jurnal nasional (jurnal Foundry) serta jurnal terakreditasi.
22
BAB 5. HASIL DAN LUARAN YANG DICAPAI
5.1 Pembuatan Alat Centrifugal Casting
Peralatan Alat Centrifugal Casting diawali dengan perancangan (Gambar
8, 9 dan 10).
Gambar 8. Skema alat centrifugal casting sinusoidal.
23
Gambar 9. Motor dan poros pengerak cetakan Velg motor.
24
Gambar 10. Detail skema alat centrifugal casting dengan metode sinusoidal.
Sesuai dengan rancanga peralatan (Gambar 8, 9 dan 10), makan dibuat alat
Centrifugal Casting yang hasilnya diperlihatkan pada Gambar 11 dan 12.
25
(a)
(b)
Gambar 11. (a) poros pemutar cetakan logam prodeuk velg sepeda motor, (b) rangka alat centrifugal casting.
26
(a)
(b)
Gambar 12. (a) holder poros untuk alat sentrifugal casting, (b) poros pemutar, holdel as dan rangka sudah drakit.
5.2 Diskripsi Paten (lampiran 4)
5.3 Surat Keterangan Pendaftaran Paten (Lampiran 5)
5.4 Submit Publikasi (Lampiran 6)
5.5 Poster Seminar Hasil (Lampiran 7)
27
BAB 6. KESIMPULAN DAN SARAN
6.1 Simpulan
Kesimpulan yang didapat dari penelitian ini adalah:
1. Hasil daur ulang aluminium bekas antara kaleng minuman ringan,
aluminium profile untuk buat rak, piston bekas, dan aluminium panic
bekas.
2. Nilai kekerasan tertinggi diperoleh dari piston bekas sebesar 54.13 VHN,
sedangkan nilai kekerasan terendah diperoleh pada panci bekas dengan
nilai sebesar 26.88 VHN.
3. Nilai impak tertinggi diperoleh pada material panci bekas sebesar 40.3
J/mm2, sedangkan nilai impak terendah diperoleh pada piston bekas
sebesar 1.7 J/mm2.
4. Alat centrifugal casting yang sedang dibangun merupakan hasil modifikasi
alat centrifugal casting yang umum digunakan untuk memproduksi velg
motor. Modifikasinya kami namakan sebagai sinusoidal centrifugal
casting.
6.2 Saran
1. Perlu penelitian lanjutan untuk membangun alat sinusoidal centrifugal
casting untuk memproduksi velg motor dengan material aluminium bekas.
2. Perlu adanya variasi putaran cetakan, variasi sinusodal, dan tanpa variasi
putaran dan tanpa variasi sinusoidal terhadap cetakan velg motor sehingga
didapat putaran optimum dan baik untuk memproduksi velg motor yang
paling baik.
28
UCAPAN TERIMAKASIH
Terima kasih kepada Kementerian Riset dan Teknologi Pendidikan Tinggi
melalui LPPM Universitas Syiah Kuala, atas bantuan dana penelitian untuk skim
Penelitian Hibah Produk Terapan Tahun Anggaran 2017 sehingga dapat
terlaksananya penelitian ini.
29
DAFTAR PUSTAKA
M. I. Houria, Y. Nadot, R. Fathallah, M. Roy, dan D. M. Maijer, “Influence of casting
defect and SDAS on the multiaxial fatigue behavior of A356-T6 alloy including
mean stress effect”, International Journal of Fatigue, vol. 80, 2015, pp. 90–102.
C. doLee, “Effect of T6 heat treatment on the defect susceptibility of fatigue properties to microporosity variations in a low-pressure die-cast A356 alloy”, Materials
Science & Engineering A, vol. 559, 2013, pp. 496–505.
S. Wang, N. Zhou, W. Qi, dan K. Zheng, “Microstructure and mechanical properties of A356 aluminum alloy wheels prepared by thixo-forging combined with a low
superheat casting process”, Trans. Nonferrous Met. Soc. China, vol. 24, 2014, pp. 2214−2219.
E.A.l. Torre, U. Afeltra, C.D. Go´mez-Esparza, J. Camarillo-Cisneros, R. Pe´rez-Bustamante, dan R. Martı´nez-Sa´nchez, “Grain Refiner Effect on the Microstructure and Mechanical Properties of the A356 Automotive Wheels”, Journal of Materials Engineering and Performance, Vol. 23, (2014) pp. 581– 587, DOI: 10.1007/s11665-013-0596-x.
T.I. So, H.C. Jung, C.D. Lee, dan K.S. Shin, “Effects of T6-Treatment on the Defect Susceptibility of Tensile Strength to Microporosity Variation in Low Pressure Die-Cast A356 Alloy”, Met. Mater. Int., vol. 21, No. 5, 2015, pp. 842-849, doi: 10.1007/s12540-015-5247-3.
J. Jiang, Y. Wang, G. Chen, J. Liu, Y. Li, dan S. Luo, ” Comparison of mechanical properties and microstructure of AZ91D alloy motorcycle wheels formed by die casting and double control forming”, Materials and Design, vol. 40, 2012, pp. 541–549.
J. Jiang, Y. Cheng, Z. Du, J. Liu, dan Y. Li, S. Luo, “Effect of Pressure on Microstructure and Mechanical Properties of AM60B Alloy Used for Motorcycle Wheels Formed by Double Control Forming”, J. Mater. Sci. Technol., vol.29, No. 5,
2013, pp. 439-445. ASM Handbook, 2008, “Volume 15 Casting”, ASM International.
Chirita, G., Soares, D., and Silva, F.S., 2008, “Advantages of the Centrifugal Casting Technique for the Production of Structural Components with Al–Si Alloys”.
Mukunda, P.G., Rao A.S., and Rao, S.S., 2010, ”Influence of Rotational Speed of Centrifugal Casting Process on Appearance, Microstructure, and Sliding Wear Behaviour of Al-2Si Cast Alloy”.
Vassiliou, A.N., Pantelis, D.I., and Vosniakos, G.C., 2008, “Investigation of Centrifugal Casting Conditions Influence on Part Quality”.
Tjitro, S., dan Sugiharto, 2004, “Pengaruh Kecepatan Putar pada Proses Pengecoran Aluminium Centrifugal”.
Mohan, S., Pathak, J.P., Chander N., and Sarkar, S., 2008, “Surface Studies of Centrifugally Cast Aluminum-based Lead Bearing Composites”.
Gwózdz, M., and Kwapisz, K., 2008, “Influence of Ageing Process on the Microstructure and Mechanical Properties of Aluminium-Silicon Cast Alloys - Al-9%Si-3%Cu and Al-9%Si-0.4%Mg”.
Cardarelli, F., 2005, “Materials Handbook”, A Concise Desktop Reference 2 ed.,
Springer.
30
LAMPIRAN- LAMPIRAN
Lampiran 1. Instrumen penelitian.
Instrumen yang akan digunakan
1. Laboratorium
a. Divisi Pengecoran Laboratorium Rekayasa Material, Jurusan Teknik
Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Syiah Kuala, Banda Aceh.
b. Laboratorium Rekayasa Material, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik,
Universitas Syiah Kuala, Banda Aceh.
c. Laboratorium Fisis, Program Studi Pendidikan Fisika, Fakultas Keguruan
dan Ilmu Pendidikan, Universitas Syiah Kuala, Universitas Syiah Kuala,
Banda Aceh.
2. Peralatan Utama
No. Nama alat Lokasi Kegunaan Kemampuan
1. Mesin Potong 1b Memotong baja untuk kerangka, Baik
handle, dan plat untuk dinding dapur
2. Mesin Las 1b Merakit kerangka, handle, dan dinding Baik
dapur
3. Mesin Bubut 1b Memotong dan membentuk unit Baik
burner
4. Alat UTS 1a Uji bending dan uji tarik Baik
5. Alat Charpy 1a Uji impact Baik
6. Alat Vickers 1a Uji kekerasan Baik
7. Timbagan Electric 1a Uji porositas Baik
8. Personal Computer 1a Pemrosesan dan penganalisaan data Baik
31
Lampiran 2. Personalia tenaga pelaksana beserta kualifikasinya.
NAMA/NIDN
Instansi
Asal Bidang Ilmu
Alokasi
Waktu
(jam/minggu) Uraian Tugas
Drs. Ahmad Program Analisis Fisis 20/40 Mengkoordinir
Farhan, M.Si/ Studi semua kegiatan.
00-0306-6602 Pendidikan Penyiapan proposal.
Fisika, Pengujian fisis.
FKIP, Penilaian hasil
Universitas penelitian.
Syiah Menulis artikel
Kuala nasional dan
internasional.
Membuat laporan.
Presentasi laporan.
Akhyar, ST, Jurusan Teknik 10/40 Persiapan mesin dan
MP, M. Eng/ Teknik Produksi bahan untuk
00-1506-8001 Mesin, dan Material pembuatan tungku,
Fakultas (Pengecoran ladel dan cetakan.
Teknik, Logam) Perakitan dan
Universitas pembuatan tungku
Syiah dan pembuatan
Kuala cetakan logam.
Kerja bengkel untuk
membangun melting
furnace, cetakan
logam dan alat
centrifugal casting.
Pengujian mekanis.
Membackup
penelitian.
Drs. Abdul Program Fisika Material 10/30 Uji Komposisi
Hamid, M.Si Studi kimia
/0025056602 Pendidikan Uji XRD
Fisika Uji porositas
FKIP Uji makro dan
Unsyiah mikro
Analisis cooling
curve
32
Lampiran 3. Diskripsi Pengajuan Paten.
Deskripsi
PROSES DAN ALAT PEMBUATAN VELG SEPEDA MOTOR
MELALUI TEKNIK PENGECORAN SENTIFUGAL SINUSOIDAL
Bidang Teknik Invensi
Invensi ini berhubungan dengan suatu proses pembuatan velg sepeda
motor aluminium dan alat cetaknya dengan cara pengecoran sentrifugal
sinusoidal, sehingga cairan logam terdistribusi merata terhadap rongga cetakan
dan membeku. Kelebihan proses pengecoran sentrifugal sinusoidal adalah dapat
mengurangi porositas serta menaikkan densitas hasil coran serta pengerjaannya
menjadi lebih cepat, mudah dan dapat meningkatkan jumlah produksinya.
Latar Belakang Invensi
Salah satu produk komponen otomotif yang banyak dihasilkan dari
industri-industri pengecoran logam adalah velg sepeda motor atau yang dikenal
dengan istilah casting wheel, yang secara keseluruhan peluang permintaan ini
belum dapat dipenuhi secara optimal oleh industri pengecoran lokal. Hal ini
terjadi karena keterbatasan kemampuan industri lokal, mengingat kualitas
produk cor yang dihasilkan masih rendah bila dibandingkan dengan produk cor
hasil pabrikasi. Rendahnya kualitas produk cor yang dihasilkan oleh industri-
industri lokal dibandingkan dengan produk cor hasil pabrikasi dimungkinkan
karena masih banyak menggunakan metode gravity casting sebagai metode
dalam proses pengecoran logam, mengingat metode ini merupakan metode
pengecoran yang paling sederhana dan mudah dilaksanakan.
33
Ada beberapa metode pengecoran yang dapat diterapkan untuk
menghasilkan suatu komponen mesin, seperti gravity casting, pressure casting
dan centrifugal casting. Bila dibandingkan dengan kualitas hasil pengecoran,
maka pressure casting dan centrifugal casting lebih baik dari gravity casting.
Hal ini disebabkan pada saat logam cair dimasukkan ke dalam cetakan dan
selama proses pembekuan mendapat tekanan dari luar. Adanya tekanan dari luar
ini dapat mengurangi porositas serta menaikkan densitas hasil coran dan
akhirnya dapat memperbaiki sifat fisik dan mekanik dari produk coran yang
dihasilkan. Namun dalam penerapannya metode centrifugal casting lebih unggul
dibandingkan dengan pressure casting bila ditinjau dari segi investasi. Bila
menggunakan alternatif presure casting, maka biaya investasi menjadi sangat
besar dan tidak sebesar bila mengunakan centrifugal casting.
Berdasarkan hal tersebut di atas maka dilakukan beberapa penelitian
yang berkaitan dengan produk coran velg kendaraan roda dua, yaitu dengan
centrifugal casting. Centrifugal casting ini dapat meningkatkan kualitas produk
coran yang dihasilkan. Oleh karena itu, pengecoran dengan centrifugal casting
ini sesungguhnya sangat sesuai dengan kondisi industri kecil, karena mekanisme
dengan centrifugal casting tidak membutuhkan keahlian khusus dalam
pengoperasiannya.
Adapun paten yang menjadi pembanding adalah peten US 6776214
dengan judul centrifugal casting of titanium alloys with improved surface
quality, structural integrity and mechanical properties in isotropic graphite
molds under vacuum, merupakan invensi metode untuk membuat berbagai
paduan dasar titanium dan aluminida titanium menjadi komponen teknik seperti
cincin, tabung dan pipa dengan mencairkan paduan titanium tersebut dalam
ruang vakum atau tekanan parsial dari gas inert yang disediakan, cetakan dibuat
dengan proses permesinan densitas tinggi, kekuatan grafit ultrafine butiran
34
siotropik yang tinggi, dimana grafit dibuat dengan cetakanb isostatic pressing
atau cetakan vibrasi, cetakan tersebut berputar pada sumbu horizontal atau
vertikal atau disentrifugasi disekitar sumbu rotasi vertikal.
Paten pembanding ke dua adalah US 3492698, yang berjudul centrifugal
casting apparatus for forming a cast wall member extending transversely across
an elongated bundle of substantially parallel hollow filaments of a fluid
permeation separation apparatus, merupakan perlalatan pengecoran untuk
forming (pembentukan) di daerah yang melekat ketat terhadap cast header
menyatu dengan dinding yang ditempatkan pada bidang tranversal (melitang)
sejajar paralel dari filamen berongga memanjang melalui pengecoran berongga
memanjang. Selama proses manufakturnya menggunakan tipe cairan pemisah
yang spesifik. Peralatan mengguakan gaya sentrifugal yang tinggi untuk
mengendalikan keseragaman permukaan pada dinding struktur, dan posisi
dinding relatif terhadap bundel dan pengecoran.
Paten pembanding ketiga adalah US 3691263 dengan judul, method for
manufacturing rotation-symmetric articles by centrifugal casting, merupakan
invensi yang menyangkut pengecoran sentrifugal benda padat baik melalui
reaksi kimia maupun melalui pembekuan fisik, dimana cairan logam masuk dan
bersentuhan dengan hanya setidaknya satu cairan pembentuk, atau jika jika
diinginkan fasa gas, paling kurang satu cairan pembentuk khusus yang berat,
dan cairan pembentuk khusus lainnya yang lebih ringan dari cairan logam,
semua cairan pembentuk dengan permukaan yang tajam dibandingkan dengan
yang lainnya. Dengan demikian setiap cairan logam cor dengan fasa padat
seperti pada dinding wadan berputar ditiadakan dan pengecoran hanya dibentuk
oleh gaya sentrifugal, grafitasi, dan tegangan permukaan.
Kelemahan pada ketiga invensi diatas adalah metode sentrifugal
castingnya secara linier, sehingga cairan logam yang dituang ke dalam cetakan
35
logam melalui in gate (saluran masuk cetakan) hanya mampu memberi tekanan
secara horizontal. Sedangkan tekanan arah vertikal (arah atas) tidak mempunya
tekanan.
Invensi ini menguraikan tentang proses pengecoran secara sentrifugal
dengan gerakan dibuat bergelombang melalui rol guide, sehingga membentuk
gerakan sinusodal. Gerakan sentrifugal akan memberikan pengaruh tekanan
dengan arah horizontal sehingga terjadi pemadataan pada dinding cetakan
terjauh dari titik pusat putaran. Sedangkan gerakan sinusoidal akan memberikan
pengaruh tekanan pada cairan logam terhadap arah vertikal (atas dan bawah)
sehingga terjadi pemadatan cairan logam pada dinding cetakan atas dan bawah.
Metode pengecoran sentrifugal dan sinusoidal ini diimplementasikan pada
pengecoran logam produk velg sepeda motor resing. Sehingga gabungan
gerakan sentrifugal dan sinusoidal akan memberikan pengaruh terhadap cairan
logam pada seluruh arah dinding cetakan velg sepeda motor baik arah horizontal
maupun arah vertikal.
Uraian Singkat Invensi
Invensi ini bertujuan membuatan velg sepeda motor resing dengan bahan
logam aluminium alloy dengan proses dicetak, sehingga dapat meningkatkan
jumlah produksi, serta dapat meningkatkan kualitas produk coran yang
dihasilkan melalui tekanan sentrifugal dan sinusoidal. Adanya tekanan dari luar
ini dapat mengurangi porositas serta menaikkan densitas hasil coran dan
akhirnya dapat memperbaiki sifat fisik dan mekanik dari produk coran yang
dihasilkan.
36
Uraian Singkat Gambar
Untuk lebih memudahkan dalam pemahaman invensi, maka dapat
diuraikan gambar sebagai berikut:
Gambar 1 adalah alat pembuatan velg sepeda motor melalui teknik pengecoran
sentrifugal sinusoidal.
Uraian Lengkap Invensi
Invensi ini pada prinsipnya adalah pengembangan teknik mencetak
aluminium alloy (paduan) produk velg sepeda motor dengan metode pengecoran
secara sentrifugal dan sinusoidal.
Kelebihan teknik mencetak velg sepeda motor berbahan aluminium
adalah dapat meningkatkan kualitas produk coran yang dihasilkan melalui
tekanan sentrifugal dan sinusoidal. Adanya tekanan dari luar ini dapat
mengurangi porositas serta menaikkan densitas hasil coran dan akhirnya dapat
memperbaiki sifat fisik dan mekanik dari produk coran yang dihasilkan. Serta
jumlah produksi lebih banyak dan seragam setiap kali dilakukan pembuatan velg
sepeda motor resing berbahan aluminium.
Prinsip kerja teknik mencetak velg sepeda motor dengan bahan
aluminium secara sentrifugal dan sinusoidal adalah dengan mencairkan logam
aluminium dalam tungku peleburan logam. Cetakan logam berbentuk lingkaran
dengan rongga cor (cavity) berbentuk velg sepeda motor dan saluran masuk
yang berada di pusat cetakan logam. Selajutnya cetakan logam berbentuk velg
sepeda motor diputar dengan kecepatan 600 rpm sampai 1000 rpm yang paling
disukai adalah 800 rpm. Setelah kecepatan stabil maka cairan aluminium logam
dituang ke dalam cetakan melalui saluran masuk. Cetakan dapat dibuka setelah
ditunggu sampai cairan logam aluminium yang berbentuk velg sepeda motor
37
tersebut membeku/mengeras sepenuhnya. Tahap terahir adalah finishing dengan
kikir dan diamplas serta dipoles sampai mengkilap.
Proses pengecoran atau pencetakan velg sepeda motor dimulai dengan
melebur logam aluminium dalam tungku logam dengan suhu antara 710 oC
sampai 810 oC, yang paling disukai adalah 760 oC. Setelah cairan logam
mencair kemudian dituang ke dalam cetakan logam yang rongga cornya
berbentuk velg sepeda motor melalui saluran masuk. Rongga cor (cavity) pada
cetakan yang mana rongga cor tersebut berfungsi sebagai tempat tampung
material aluminium logam cair untuk mencetak velg sepeda motor dengan cara
dituang sambil cetakan berputar.
Bagian saluran masuk atau corong masuk, merupakan tempat masuk
material logam cair yang terletak di bagian atas dan pusat cetakan dengan
ukuran diameter 3 cm sampai 5 cm yang paling disukai 4 cm, dengan tinggi 4
cm sampai 6 cm yang paling disukai 5 cm.
Bagian Rongga cor untuk mencetak velg sepeda motor. Dengan rongga
cor sebagai tempat penampungan material aluminium cair yang berbentuk velg
sepeda motor dengan ukuran diameter 15 cm sampai 18 cm, dengan lebar 7 cm
sampai 10 cm, paling disukai 8 cm. Clam untuk mengikat cetakan agar tidak
jatuh selama berputar saat pengecoran berlangsung.
Bagian rangka dan motor penggerak untuk membuat gerakan sinusoidal
pada cetakan logam. Plat dudukan cetakan menjadi dasar tempat diletakkan
cetakan dengan dihubungkan dengan rol guide sinoidal dengan diameter 10 cm
sampai 20 cm, yang disukai 19 cm. Rangka berfungsi untuk menopang dan
tempat untuk menempelkan motor penggerak sistem gerakan sentrifugal dan
sinusoidal. Rangka terdiri dari besi siku yang tingginya 1030 mm, panjang 800
mm dan lebarnya 800 mm. Motor 1/2 HP (horse power) yang ujungnya diberi
pulley didambung kan dengan poros untuk memutar cetakan. Poros atau shaft
38
pemutar diberi pulley pada ujungnya untuk memutar cetakan dengan panjang
porosnya 300 mm. Rol guide sebagai penggerak sinusoidal pada cetakan logam
velg sepeda motor.
Dengan menggunakan alat cetak diatas, proses pembuatan velg sepeda
motor melalui teknik pengecoran sentrifugal sinusoidal yang terdiri dari
peleburan, pengecoran yaitu proses penuangan aluminium cair tersebut ke dalam
cetakan, selanjutnya tahap akhir merupakan finishing yang berupa pengikiran
dan pengkilapan, proses ini dapat memproduksi velg sepeda motor secara
massal.
Proses pencetakan, merupakan pembentukan material aluminium cair
dengan cara memasukkan ke dalam cetakan dengan rongga cor berbentuk velg
sepeda motor dengan cara dituang manual. Selanjutnya cairan aluminium
dibiarkan mengeras selama 0.5 jam sampai 1,5 jam, yang disukai 1 jam. Proses
pengikiran dan pengkilapan, merupakan proses akhir atau finishing untuk
merapikan bagian berlebih pada velg akibat rongga cetakan yang tidak rapat.
Penerapan teknologi pengencoran atau pencetakan aluminium bagi
industri velg sepeda motor, sangat berguna untuk meningkakan jumlah produksi
velg sepeda motor, velg sepeda motor yang dihasilkan melalui proses
pengencoran ini adalah mudah pembuatanya, tidak memerlukan waktu yang
terlalu lama, tidak memerlukan keahlian khusus pengrajin, dapat diproduksi
secara berulang-ulang, bentuk dan ukuran yang seragam, mempersingkat waktu
produksi.
Klaim
1. Suatu proses pencetakan velg sepeda motor dari material logam melalui
teknik pengecoran sentrifugal sinusoidal dengan alat cetak yang terdiri
dari cetakan logam, rangka dan motor penggerak, yang mana alat ini
39
berfungsi sebagai alat untuk mencetak velg sepeda motor dari material
logam secara massal.
2. Proses pencetakan velg sepeda motor dari material logam, sebagaimana
pada klaim 1, merupakan suatu proses pencetakan velg dari material
logam cair dengan teknik pengecoran setrifugal sinusoidal. Proses
dimulai dari mencairkan material logam aluminium dengan suhu antara
710 oC sampai 810 oC, yang paling disukai adalah 760 oC. Selanjutnya
material logam dituang ke dalam cetakan logam dengan rongga cor
berbentuk velg sepeda resing sepeda motor. Cetakan logam diputar
dengan menggunakan motor listrik 1/2 HP dengan kecepatan 600 rpm
sampai 1000 rpm yang paling disukai adalah 800 rpm.
3. Cetakan logam, sebagaimana pada klaim 1, merupakan tempat
menampung cairan logam untuk dicetak menjadi produk velg sepeda
motor yang terdiri dari saluran masuk dan rongga cor. Saluran masuk,
merupakan tempat masuk material logam cair terletak di bagian atas dan
pusat dari cetakan logam dengan ukuran diameter 3 cm sampai 5 cm
yang paling disukai 4 cm, dengan tinggi 4 cm sampai 6 cm yang paling
disukai 5 cm.
4. Rongga cor, sebagaimana pada klaim 1, merupakan alat sebagai
pencetak cairan logam yaitu tempat penampungan material aluminium
cair yang berbentuk velg sepeda motor dengan ukuran diameter 15 cm
sampai 18 cm, dengan lebar 7 cm sampai 10 cm, paling disukai 8 cm.
Clam untuk mengikat cetakan agar tidak jatuh selama berputar saat
pengecoran berlangsung.
5. Rangka dan motor penggerak sebagaimana pada klaim 1, merupakan
suatu alat untuk membuat gerakan sinusoidal pada cetakan logam. Plat
dudukan cetakan menjadi dasar tempat diletakkan cetakan dengan
40
dihubungkan dengan rol guide sinoidal dengan diameter 10 cm sampai
20 cm, yang disukai 19 cm. Rangka berfungsi untuk menopang dan
tempat untuk menempelkan motor penggerak sistem gerakan sentrifugal
dan sinusoidal. Rangka terdiri dari besi siku yang tingginya 1030 mm,
panjang 800 mm dan lebarnya 800 mm. Motor penggerak dengan
kekuatan 1/2 HP (horse power) yang ujungnya diberi pulley
disambungkan dengan poros untuk memutar cetakan. Poros atau shaft
pemutar diberi pulley pada ujungnya untuk memutar cetakan dengan
panjang porosnya 300 mm. Rol guide sebagai penggerak sinusoidal pada
cetakan logam velg sepeda motor.
6. Suatu pembuatan velg sepeda motor dari yang terdiri dari peleburan,
pencetakan, dan pengikiran, untuk dapat memproduksi velg sepeda
motor secara massal.
7. Peleburan sebagaimana pada klaim 2, merupakan tahap mencairkan
logam aluminium, Proses dimulai dari mencairkan material logam
aluminium dengan suhu antara 710 oC sampai 810 oC, yang paling
disukai adalah 760 oC.
8. Pencetakan, sebagaimana pada klaim 2, merupakan penuangan cairan
logam ke dalam cetakan logam yang rongga cor berbentuk velg sepeda
motor. Selanjutnya cairan aluminium dibiarkan mengeras selama 0.5 jam
sampai 1,5 jam, yang disukai 1 jam.
9. Pengikiran, sebagaimana pada klaim 5, merupakan tahap merapikan
bagian berlebih pada hasil cetakan gagang dan sarung rencong akibat
cetakan yang tidak rapat.
41
ABSTRAK
PROSES DAN ALAT PEMBUATAN VELG SEPEDA MOTOR
MELALUI TEKNIK PENGECORAN SENTIFUGAL SINUSOIDAL
Invensi ini berhubungan dengan suatu proses pembuatan pembuatan velg
motor aluminium dan alat cetak secara sentrifugal sinusoidal, sehingga
pengerjaannya menjadi lebih cepat, mudah dan dapat meningkatkan jumlah
produksi. Proses pengecoran secara sentrifugal dengan gerakan dibuat
bergelombang melalui rol guide, sehingga membentuk gerakan sinusodal.
Gerakan sentrifugal akan memberikan pengaruh tekanan dengan arah horizontal
sehingga terjadi pemadataan pada dinding cetakan terjauh dari titik pusat
putaran. Sedangkan gerakan sinusoidal akan memberikan pengaruh tekanan
pada cairan logam terhadap arah vertikal (atas dan bawah) sehingga terjadi
pemadatan cairan logam pada dinding cetakan atas dan bawah. Metode
pengecoran sentrifugal dan sinusoidal ini diimplementasikan pada pengecoran
logam produk velg motor resing. Sehingga gabungan gerakan sentrifugal dan
sinusoidal akan memberikan pengaruh terhadap cairan logam pada seluruh arah
dinding cetakan velg motor baik arah horizontal maupun arah vertikal. Adanya
tekanan dari luar ini dapat mengurangi porositas serta menaikkan densitas hasil
coran dan akhirnya dapat memperbaiki sifat fisik dan mekanik dari produk coran
yang dihasilkan. Namun dalam penerapannya metode centrifugal casting lebih
unggul dibandingkan dengan pressure casting bila ditinjau dari segi investasi.
Bila menggunakan alternatif presure casting, maka biaya investasi menjadi
sangat besar dan tidak sebesar bila mengunakan centrifugal casting.
42
43
Gambar 1, alat pembuatan velg motor melalui teknik pengecoran sentrifugal
sinusoidal.
44
Lampiran 4. Surat Keterangan Pengajuan Paten
45
Lampiran 6. Draf summited Artikel ke Jurnal EXPERIMENT ON RECYCLED
ALUMINUM ALLOYS BY METAL CASTING
Hasan AKHYAR1)*, Ahmad FARHAN2), Masri ALI1) 1)Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Syiah Kuala
University, Jl. Syech Abdurrauf No. 7, Darussalam, Banda Aceh 23111, Indonesia 2)Department of Physic Education, FKIP Syiah Kuala University, Darussalam, Banda Aceh
23111, Indonesia
Received: xx.xx.xxxx
Accepted: xx.xx.xxxx *Corresponding author: e-mail: [email protected] Tel.: +62812 69 88110,
Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Syiah Kuala
University, Jl. Syech Abdurrauf No. 7, Darussalam, Banda Aceh 23111,
Indonesia
Abstract
In this present work, the effects of recycled aluminum scraps on the impact and
hardness properties and microstructures with a melting process are studied. The
method was conducted to determine an impact toughness by Charphy
pendulums; hardness materials by Vickers's test; and chemical composition by
spectroscopy. Four types of aluminum scraps have been recycled using a metal
casting process. They are beverage cans, aluminum profile bar waste, gasoline
engine piston, and scrap pans. The results show that maximum hardness
obtained is 54.13 VHN on material of the gasoline engine piston. The lowest
hardness is 26.88 VHN which is obtained for pan aluminum recycle. The
highest impact test result is obtained on an aluminum pan material which is 40.3
J/mm2 in average and the lowest value obtained is on the gasoline engine piston
material which is 1.7 J/mm2 in average. Keywords: recycled aluminum, impact toughness, hardness, metal casting.
1 Introduction
There are various techniques on recycling of aluminum scrap are discussed in
literature. Samuel [1] introduced a new direct technique to recycle aluminum
scrap with low energy consumption and low cost without intervening
metallurgical processes. The technique introduces the recycle aluminum metal
46
without melting process, instead changes it into aluminum scrap with long chip
or small particle by a machining method. Some testing was conducted to
determine compressive strength, hardness, and green density. The results show
that direct technique for recycled aluminum could generate productivity about
80% of green density (before sintering). The advantage of this new technique
could be provided air pollution with low emission and high metal saving.
The new technology has been developed to conversion of the chips directly into
a finished product. This method has been applied to produce a composite
material. The product was characterized by good strength properties at room
temperature [2]. The sintering criterion for chip's recycling was investigated by
the production of bearing materials [3]. A method for recycling aluminum alloy
and aluminum matrix composite chips by cold and hot pressing followed by hot
extrusion was studied [4]. Recycle of the aluminum matrix composite chip was
produced by cold and hot pressing followed by hot extrusion. Hot extrusion of
hot pressed proved to the best route, but hot extrusion of cold-pressed sample
has been more economical. Also, the effects of the sintering criterion, the
differences of shape, size, dies, and the difference of extrusion condition
processes that could be affected to the products properties obtained from
recycling chips, are investigated. Details of the experimental procedure are
discussed as follows. The pressure of cold compacting given on the aluminum
chip is 400 MPa and hot extrusion with a range of 500-525 °C. Lubricant was
47
given on the aluminum chips for mixing zinc with graphite. Heat treatment was
applied to the chip aluminum product with temperature range 500-545 °C and
the time difference between 0.5-7 hours. The result was obtained to get a good
diffusion bonding of particles must fulfill of three conditions, there are high
temperature, large shear plastic deformation, and thin aluminum oxide layer.
Effect of different bath temperature and melt treatment as casting parameters to
the efficiency of recycled aluminum can was investigated [5]. With this method,
aluminum cans were melted by using an electric induction furnace. Before they
melt, the size of can compacted by providing high pressure. Furthermore, the
liquid metal is poured into a permanent steel mold. The result of the calculation
efficiency of the aluminum recycling process is obtained by comparing the
recycled aluminum with the original amount of aluminum. The chemical
compositions were measured by using an optical emission spectroscopy. The
melting temperature of 750 °C and total flux of at least 10 wt.pct. will produce a
good recovery of aluminum scrap beverage cans. A commercial flux based on
potassium and sodium chlorides was used. The recyclability of aluminum alloy
AA 336 turnings scrap with different cold compacting pressures and a protective
melting with salt flux (NaCl–KCl–KF) has been experimentally studied [6]. The
recyclability of aluminum Swarf using different melting techniques and the
influence of chips preparation in the aluminum alloy recovery rate and dross
production were experimentally studied and evaluated [7]. Aluminum swarf is a
48
low density product and is usually covered by a thin film of aluminum oxide and
machining fluid. Impact Strength and Hardness of Recycled Al–Zn Aluminum
Alloy have been investigated [8]. The results shows the impact toughness value
is 7 J/cm2 and the hardness index is 38.43 BHN. The effect of pouring
temperature on hardness properties of as-cast aluminum alloys have been
investigated [9]. The materials are Al-1.37Zn-1.19Si, Al-1.66Si-1.35Zn, and Al-
2.81Zn-2.6Si obtained from combine pure aluminum and Al-Si alloys. The
results shows that hardness value increases at the beginning then decrease when
increasing the pouring temperature. It is maximum at 62.83 BHN when the
pouring temperature at 810 oC.
The effects of pressure on the wear resistance characteristics, mechanical
properties and the microstructures of Al–Si piston alloys that have variable
Magnesium (Mg) content are studied [10]. The methods for further
strengthening the alloys using alloying elements such as Ni, Cu and Mg, and
applying heat treatment are also discussed. Cast Al-Si is also determined that the
hardness and UTS values increases with increase in Magnesium content and
reaches the maximum values when Mg content is at 1 % of the alloy’s
composition.
The influence of the addition of Ti and B in the form of five different grain
refiners/aluminum master alloys (Al–10%Ti, Al–5%Ti–1%B, Al–2.5%Ti–
2.5%B, Al–1.7%Ti–1.4%B and Al–4%B) in conjunction with that of Sr (as
49
modifier) added in the form of Al–10%Sr master alloy to A356.2 alloy was
investigated [11]. Grain refinement of an A356.2 alloy with Ti and B additions
in the ranges of 0.02–0.5% and 0.01–0.5%, respectively, was examined using
these different types of grain refiners. Strontium additions of 30 and 200 ppm
were made. All alloys were T6-heat treated before mechanical testing. Tensile
and impact tests were conducted to evaluate the influence of the interaction
between grain refiner and modifier on the mechanical properties. The properties
were determined for both the as-cast and heat-treated conditions.
An approach for predicting of chemical composition of a recycled alloy made
from aluminum scrap (used automobile components; such as gear box, pistons,
radiator assembly, and engine hood doors) was studied. The method was
predicted the recyclability and chemical composition of aluminum alloys, then
validated a deviation factor with reference to the ASTM alloy [12]. The
aluminum recycling method was investigated to reduce cost and improve quality
by using the Taguchi Technique [13]. Taguchi approach can provides a
systematic and efficient of design in the area of experimentation to get closer to
the optimum settings when designing for performance and cost parameters. This
study use Robust design method, while the Taguchi method is used to plan the
minimum amount of initial experiment. Signal-to-noise ratio statistics were used
to analyze the performance. Variance ANOVA was used to estimate the
optimum level and determine the magnitude of the influence of various
50
factors. Historical data on the response surface methodology were analyzed
using Taguchi orthogonal. The purpose of this study is to investigate the metal
properties and quality changes in some recycled aluminum material with a metal
casting method. Material that used to be recycled is beverage cans, aluminum
profile bar waste, gasoline engine piston, and scrap pans. Material properties
and microstructure can be obtained in several tests, namely impact test, hardness
test, chemical composition test, SEM.
2 Experimental material and methods
In this study, four types of aluminum scrap materials (beverage cans, aluminum
profile bar waste, gasoline engine piston, and scrap pans) were produced by
casting metallurgy process, as shown at Fig.1. The scrap aluminums were
melted in an electrical furnace for producing sample as cast and poured from
660 oC into a mild steel permanent mold stayed at room temperature (as shown
in Fig.2).
51
Fig. 1 Recycled aluminum material by casting method, (a) beverage cans, (b) aluminum
profile bar waste, (c) gasoline engine piston, and (d) scrap pans.
The impact toughness of the alloy was evaluated by measuring the total
absorbed energy using Charpy impact test. The samples with following ASTM:
E23 standards, were shape from the cylinder sample by machining process.
Hardness measurements were performed using a Vickers tester operated at Hv
0.5. For each recycled alloy, three experiments were conducted on companion
specimens to check the repeatability of the results (used an average values).
Samples for metallographic investigation were sectioned perpendicular to the
process direction of cylinder area (Fig. 2) and then prepared using standard
polishing techniques before etching in a 10% NaOH solution. The surfaces and
sub-surfaces of the tension samples were examined using a JEOL-6400 scanning
electron microscope (SEM) before and after cast in order to verify the possible
changes in their cast mechanism. The chemical analysis was carried out using
Spectrolab Jr CCD Spark Analyzer.
52
Fig. 2 The process of casting aluminum scrap (a) a metal mold, (b) the liquid metal in the
mold cast aluminum in the metal, and (c) sample of cast.
3 Results and discussion
3.1 Hardness and impact properties
The chemical composition of the alloys investigated are showed in Fig. 3. Fig, 4.
shows the value of hardness testing by Vickers of each specimen after the
casting process, piston gasoline engine has the highest hardness with value is 54
VHN (in average) while aluminum used pans has the lowest hardness with value
is 26 VHN (in average). Three experiments were repeated for each material.
Impact test results as shown in Fig. 5. (in average). The value of the pan impact
materials on the specimen casting products recycle have the highest impact
value is 40.3 J/mm2, while the gasoline engine pistons recycle has the lowest
value is 1.6 J/mm2. Three tests were also repeated for each material.
53
Fig. 3 The recycle alloy composition from aluminium scraps (in percentage of weight).
Fig. 4 Hardness values for each recycled aluminum.
The impact toughness is important in certain applications and can provide a
useful estimation of the ductility of a metal alloy under conditions of rapid
loading. In this study, the impact specimens were tested in order to increase the
54
accuracy of the measurements and to emphasize the effect of the microstructure.
One important benefit to be derived from modification is the improvement of
ductility property when compared with unmodified castings. Silicon particle size
and shape, as well as the dendrite structure, are parameters affecting the ductility
of Al–Si alloys. Fig. 5 relates to the samples from recycled aluminum scrap, and
indicates that the scrap pan aluminum leads to the highest values, and then the
lowest impact toughness value observed at the gasoline piston.
Fig. 5 reveals that toughness values are dispersed mainly between about 1.7 and
40.3 joules for all recycled aluminum alloys. Thus, there is an increase in
toughness values that observed for scrap aluminum pans (contain Fe), whereas
for upper ranges it is possible to observe an increase in total absorbed energy.
Impact strength is imparted to the alloys by means of the ductile aluminum
matrix which separates low amounts of intermetallic particles from each other at
low concentration levels, i.e., there are fewer sites for the type of stress
concentration which facilitates crack initiation.
55
Fig. 5 Impact indexes for each recycled aluminum.
The Number of impact toughness and hardness on recycle Al-Zn are obtained,
they are 7 J/cm2 and 38.43 BHN, respectively [8]. The maximum of hardness
index shows 62.83 BHN at 810 oC of pouring temperature on on Al-2.81Zn-
2.6Si alloy [9]. The impact toughness of Al-Si-Mg was investigated [11], it is
reported that impact index is about 25 joule. The effects of two-pass friction stir
processing (FSP) on the impact toughness of as-cast Al–12Si alloy was studied
[14]. The cast alloy has very low absorbed energy of about 1.2 J/cm2. The
impact toughness of the alloy increased not ably by FSP. The absorbed energy
of alloy with FSP process is about 8.3 J/cm2, which is almost seven times higher
than that of the as-cast one. This increment rate is almost the same with that of
the εf (7.4 times). Pratheesh et al [8] is reported that hardness on near eutectic
Al-Si-Cu-Mg-Ni piston alloys about 63 BHN.
56
3.2 Microstructure
Fig. 5. Shows the optical micrographs (SEM) of the material of aluminum
beverage cans taken from the specimen surface. From microstructure, it can be
seen that beverage cans aluminum scrap (a) before and (b) after recycling
through the casting process. The aluminum profile bar waste material before
casting is shown in figure (c) and after casting is shown in figure (d). SEM
micrograph of the material of gasoline engine pistons can be observed that
before cast in figure (e) and after cast in figure (f), then the material scrap pans
are shown in figure 5 (g) before cast and after cast in figure 5 (h).
57
59
Fig. 6 The SEM micrographs of recycled aluminum scraps (a) beverage cans aluminum
before cast, (b) beverage cans aluminum after recycle cast, (c) aluminum profile bar
waste material before cast, (d) aluminum profile bar waste material after cast, (e)
gasoline engine pistons before cast, (f) gasoline engine pistons after cast, (g) the
material scrap pans before cast, and (f) the material scrap pans after cast.
4 Conclusion
In conclusion, the chemical compositions and mechanical properties of four different types
of recycled aluminum are discussed. The main conclusions that can be drawn from the
present study are:
1. Gasoline piston material produces the highest percentage of Si.
2. The hardness test results reveal that the highest is obtained from the gasoline engine
piston at 54.13 VHN, while the pan scrap material has the lowest hardness value at 26.88
VHN.
3. Impact test results obtained the highest value on the pan scrap material that is equal to
40.3 J/mm2, while the gasoline engine piston has the lowest impact value is 1.7 J/mm2.
Acknowledgments
This publication was made possible by a grant from the Indonesia National Research Fund
(Ristekdikti); the financial support is greatly appreciated. We would like thank to Prof.
Husaini, Prof. Samsul Rizal, Mr. Tio Muger Stiawan, and Mr. Sarwo Edhy.
References
[1] M. Samuel,: Journal of Materials Processing Technology, 135, 2003, 117-124,
doi:10.1016/S0924-0136(02)01133-0.
[2] J. Gronostajski, H. Marciniak, A. Matuszak,: Journal of Materials Processing
Technology, 106, 2000, 34-39, PII: S0924-0136(00)00634-8.
[3] J. Gronostajskia, W. Chmura, Z. Gronostajski,: Journal of Materials Processing
Technology, 125–126, 2002, 483–490, PII: S0924-0136(02)00326-6.
[4] J.B. Fogagnolo, E.M. Ruiz-Navas, M.A. Simón, M.A. Martinez,: Journal of Materials
Processing Technology, 143–144, 2003, 792–795, doi:10.1016/S0924-
0136(03)00380-7.
60
[5] G.O. Verran, U. Kurzawa,: Resources Conservation and Recycling, 52, 2008, 731–736,
doi:10.1016/j.resconrec.2007.10.001.
[6] H. Amini Mashhadi, A. Moloodi, M. Golestanipour, E.Z.V. Karimi,: journal of materials
processing technology, 209, 2009, 3138–3142,
doi:10.1016/j.jmatprotec.2008.07.020.
[7] H. Puga, J. Barbosa, D. Soares, F. Silva, S. Ribeiro,: Journal of Materials Processing
Technology, 209, 2009, 5195–5203,doi:10.1016/j.jmatprotec.2009.03.007.
[8] H. Akhyar, Husaini,: International Journal of Metalcasting, 10(4), 452–456,DOI
10.1007/s40962-016-0024-8.
[9] H. Akhyar, A. Farhan,: Proceedings of International Conference on Engineering and
Science for Research and Development (ICESReD), Banda Aceh-Indonesia,
2016.
[10] K. Pratheesh, A. Kanjirathinkal, M.A. Joseph, M. Ravi,: Trans Indian Inst Met, 2015,
68(Suppl 1), S59–S66, DOI 10.1007/s12666-015-0607-8.
[11] E. Samuel, B. Golbahar, A.M. Samuel, H.W. Doty, S. Valtierra, F.H. Samuel,: Materials
and Design, 56, 2014, 468–479,
http://dx.doi.org/10.1016/j.matdes.2013.11.058.
[12] A. K. Prasada Rao,: Trans Indian Inst Met, December 2011, 64(6), 615–617, DOI
10.1007/s12666-011-0084-7.
[13] A.R. Khoeia, I. Masters, D.T. Gethin,: Journal of Materials Processing Technology, 127,
2002, 96–106, PII: S0924-0136(02)00273-X.
[14] S.M. Aktarer, D.M. Sekban, O. Saray, T. Kucukomeroglu, Z.Y. Ma, G. Purcek,:
Materials Science & Engineering A, 636, 2015, 311–319,
http://dx.doi.org/10.1016/j.msea.2015.03.111.
61
Lampiran 7. Poster Seminar Akhir
62