Tugas metodologi penelitian

TUGAS 1 (PENULISAN ILMIAH)

Sumber:

Proses Peleburan Hingga Proses Heat Treatment Piston ATAS NAMA                       : Muhamad Faisal

PT                        : Di PT.FEDERAL IZUMI MANUFACTURING

TAHUN PI                  : 2013

NAMA. UNIV            : UNIVERSITAS GUNADARMA

Link : http://library.gunadarma.ac.id/repository/view/3780300/proses-peleburan-hingga-proses-heat-treatment-piston-di-pt-federal-izumi-manufacturing.html/

BAB II

Landasan teori

2.1             PISTON

2.1.1    Pengertian Piston

 piston adalah suatu kompunen mesin pembakaran yang berfungsi untuk meng hisap campuran bahan bakar dan udara, kemudian mengkompresikan campuran tersebut dan menerima hasil pembakaran untuk kemudian merubahnya menjadi energi gerak dan selanjutnya membuang gas sisa pembakaran.

2.1.2    Bentuk Piston Dan Bagian-bagiannya

            Bentuk piston tidak sebenarnya bulat tapi di bentuk dengan berbagai macam bentuk pada setiap bagiannya, diantaranya adalah sebagai berikut:

A.   Piston Oval

Piston dibuat dengan tujuan menghindari kemacetan akibat adanya pemuaian karena pada bagian pen piston memiliki panas yang lebih besar yang sisebabkan karena bahan pen terbuat dari baja sehingga sulit untuk melepaskan panas.

B.    Piston Tirus

Diameter bagian kepala piston di buat lebih kecil dari pada diameter bagian ekor piston, di buat demikian bertujuan untuk menghindari kemacetan akibat pemuaian karena bagian kepala piston menerima panas yang lebih besar dari proses pembakaran di bandingkan bagian ekor piston.

C.   Offside pen piston

Letak pen piston tidak tepat berada di tengah-tengah diameter piston tetapi agak diangkat sedikit kearah atas di karenakan untuk menghindari koavalan dinding silinder akibat pergesekan dengan piston karena adanya gravitasi bumi. Dengan adanya offside pen piston maka kerja piston akan berada ditengah pergesekan akan rata antara bagian atas dengan bawah silinder.

Bagian-bagian piston penting untuk diketahui, karena dengan mengetahui bagiannya kita dapat mengetahui juga mengapa bagian itu dibuat, berukit adalah bagian-bagian dari piston.

Fungsi piston dalam silinder adalah:

Mengubah volume dari isi silinder, perubahan volume bisa diakibatkan karena piston mendapat tekanan dari isi silinder atau sebaliknya piston menekan isi silinder. Piston yang menerima tekanan dari fluida dan akan mengubah tekanan tersebut menjadi gaya (linear). Membuka-tutup jalur aliran. Kombinasi dari hal di atas. Dengan fungsi tersebut, maka piston harus terpasang dengan rapat dalam silinder. Satu atau beberapa ring (cincin) dipasang pada piston agar sangat rapat dengan silinder. Pada silinder dengan temperatur kerja menengah ke atas, bahan ring terbuat dari logam, disebut dengan ring piston (piston ring). Sedangkan pada silinder dengan temperatur kerja rendah, umumnya bahan ring terbuat dari karet, disebut dengan ring sil (seal ring). Piston dengan 2 ring kompresi dan 1 ring oli, waktu dikeluarkan dari silinder mesin. Piston pada mesin juga dikenal dengan istilah torak adalah bagian (parts) dari mesin pembakaran dalam yang berfungsi sebagai penekan udara masuk dan penerima tekanan hasil pembakaran pada ruang bakar. Piston terhubung ke poros engkol (crankshaft,) melaluisetang piston (connecting rod). Material piston umumnya terbuat dari bahan yang ringan dan tahan tekanan, misal aluminium yang sudah dicampur bahan tertentu (aluminium alloy).

Ring piston

Ring piston memiliki dua tipe, ring kompresi dan ring oli. Ring kompresi berfungsi untuk pemampatan volume dalam silinder serta menghapus oli pada dinding silinder. Kemampuan kompresi ring piston yang sudah menurun mengakibatkan performa mesin menurun. Ring oli berfungsi untuk menampung dan membawa oli serta melumasi parts dalam ruang silinder. Ring oli hanya ada pada mesin empat tak karena pelumasan mesin dua tak menggunakan oli samping. 

2.2           Sejarah

2.2.1    Melting ( Mencairkan Logam)

            Coran dibuat dari logam yang dicairkan, dituang ke dalam cetakan,kemudian di biarkan mendingin dan membeku. Oleh karena itu sejarahpengecoran dimulai ketikaorang mengetahui bagaimana mencairkan logam dan bagaimanamembuat cetakan.Hal itu terjadi kira-kira tahun 4.000 SM, sedangkan tahun yang lebihtepat tidak diketahui orang.Awal penggunaan logam oleh orang ialah ketika orang membuatperhiasan dariemas atau perak tempaan, dan kemudian membuat senjata atau matabajak denganmenempa tembaga, hal itu di mungkinkan karena logam-logam initerdapat di alamdalam keadaan murni, sehingga dengan mudah orang dapatmenempanya.Kemudian secara kebetulan orang menemukan tembaga mencair,selanjutnyamengetahui cara untuk menuang logam cair ke dalam cetakan,dengan demikian untukpertama kalinya orang dapat membuat coran yang berbentuk rumit,umpamanya perabot rumah, perhiasan atau hiasan makan. Coran tersebut dibuat dariperunggu yaitusuatu paduan tembaga, timah dan timbal yang titik cairnya lebihrendah dari titikcair tembaga.Pengecoran perunggu dilakukan pertama di Mesopotamia kira-kira3.000 tahun SM,teknik ini di teruskan ke Asia Tengah, India, China. Penerusan ke Chinakira-kira 2.000 tahun SM, dan dalam zaman China kuno semasa Yin,yaitu kira-kira1.500-1.000 tahun SM. Pada masa itu tangki-tangki besar yang halusbuatannya dibuat dengan jalanpengecoran.

2.2.2    Cetakan

Telah dikatakan bahwa ketika pengecoran tembaga pertama kali di temukan dimesopotamia, logam cair di tuang kedalam pasir , seperti halnya cara baru untuk menuang logam cair kedalam rongga yang di buat dalam batu.

Pada mulanya benda tipis berbentuk seperti kampak atau pedang di cor hanya mempergunakan drag (cetakan bawah) tidak dengan kup (cetakan atas). Keduanya baik drag dan kup di pergunakan, dan selanjutnya dicari akal untuk membuat coran berongga dengan mempergunakan inti yang dibuat dari tanah lempung dan bubuk arang batu.

Selain cara mengukir batu atau membuat cetakan dari tanah, di kembangkan dengan cara membuat cetakan dengan pola kayu dan pola lilin. Cara tersebut merupakan dasar dari pengecoran pasir dan pengecoran lilin seperti cara yang di kenal sekarang, dan di katakan bahwa   cara itu telah di kembangkan lama sekali, kira-kira  sejak 2000 tahun sebelum masehi atau lebih.

Teknik yang digunakan sekarang untuk membuat cetakan pasir dengan pola kayu telah di sempurnakan di Eropa setelah abad 18, demikian juga halnya dengan teknik pencairan besi.

Cetakan merupakan hal terpenting dalam teknik pegrcoran logam untuk menentukan bentuk benda kerja yang akan di bentuk. Adapun jenis-jenis pengecoran berdasarkan cetakannya, yaitu:

1.      sand casting

adalah jenis pengecoran dengan menggunakan cetakan pasir. Jenis pengecoran ini paling banyak di pakai karena biaya produksinya relatif murah dan dapat membuat benda coran yang berkapasitas berton-ton.

2.      Centri casting

Adalah jenis pengecoran logam di mana cetakan diputar bersama dengan penuangan logam cair kedalam cetakan yang bertujuan agar logam cair tersebut terdorong oleh gaya senrifugal akibat berputarnya cetakan. Contoh benda coran yang biasanya menggunakan jenis pengecoran ini adalah plek dan bena coran yang berbentuk bulat atau silinder.

3.      Die casting adalah jenis pengecoran yang cetakan terbuat dari logam sehingga cetakannya dapat dipakai berulang-ulang. Biasaynya logam yang di cor adalah logam non ferrous.

4.      Invetement casting adalah jenis pengecoran yang polannya terbuat dari lilin dan cetakannya terbuat dari keramik. Contoh benda cor yang biasa menggunakan jenis pengecoran ini adalah benda coran yang memiliki kepresisian yang tinggi misalnya rotor turbin.

2.3           Pengecoran Gravity Casting

Teknik gravity casting merupakan teknik pengecoran yang paling tua. Metal cair dituangkan pada rongga cetakan yang terbuat dari pasir, besi cor, atau paduan baja tahan panas lainnya. Proses ini hanya memanfaatkan gaya gravitasi saja, tanpa mengaplikasikan gaya tekan mekanis.

Metal cair mengalir ke dalam cetakan dan membeku dengan cepat selama proses pengecoran berlangsung. Hasil pengecoran dengan sistem ini memiliki permukaan yang halus dan dimensi yang cukup akurat; selain juga memiliki sifat mekanis dan ketahanan tekan yang sangat baik. Tidak seperti pada cetakan pasir, cetakan baja dapat digunakan berkali-kali. Kelemahannya, proses pembuatan cetakannya cukup mahal.

2.4           Membuat Coran

proses pengecoran merupakan proses logam, di lanjutkan dengan pembuatan cetakan, dan kemudian penuangan logam cair kedalam cetakan yang selanjutnya di biarkan mendingin, membeku dan di angkat serta dibersihkan.

2.4.1    Peroses Pembuatan Cetakan

proses pembuatan coran di awali dengan pembuatan cetakan unutuk menetukan benda yang akan di bentuk. Pasir yang dipakai kadang-kadang adalah pasir alam atau pasir buatan yang mengandung pasir lembung. Cetakan pasir mudah di buat dan tidak mahal asal dipakai pasir yang cocok. Kadang dicampurkan campuran khusus, umpamanya air-kaca, semen, resin, furan, resin fenol, atau minyak pengering, karena penggunaan zat-zat tersebut memperkuat cetakan atau mempermudah oprasi pembuatan cetakan. Selain itu dari cetakan pasir, kadang-kadang dipergunakan cetakan logam.

2.4.2    Bahan-Bahan Pengecoran

2.4.2.1                     Besi Cor

A.     Besi cor adalah besi yang mengandung karbon, silisium, magan, fosfor, dan blerang .besi cor ini di golongkan menjadi enam macam, yaitu: besi corkelabu, besi cor kelas tinggi, besi cor kelabu paduan, besi cor bergrafit bulat, besi cor mampu tempa dan besi cor. Struktur mikro, dari besi cor terdiri dari ferrit dan serpih karbon bebas. Karbon silisium mempengaruhi struktur mikro ukuran serta bentuk dari karbon bebas dan keadaan sruktur dasar berubah sesuai dengan mutu dan kuantitasnya. Ketebalan dan laju pendinginan mempengaruhi struktur mikro. Walaupun kekuatan tarik dari besi cor kelabu kira-kira 10-30 kgf/mm ², namun besi cor ini agak getas, titik cairnya 1200°c dan mempunyai mampu cor yang sangat baik dan murah.

B.     Besi cor kelas tinggi mengandung lebih sedikit karbon dan silikon, dan ukuran grafit bebasnya agak kecil, di bandingkan dengan besi cor kelabu, sehingga kekuatan tarikan lebih tinggi, yaitu 30-50 kgf/mm².

C.     Besi cor kelabu paduan mengandung unsur-unsur paduan dan grafit, mempunyain struktur yang stabil sehingga sifatsifatya lebih baik. Besi cor jenis ini ditambahkan unsur-unsur paduan yang pertama berapa persen saja dan yang kedua lebih banyak, unsur-unsur yang ditambahkan adalah khrom, nikel, molibden, vanadium, titan dan sebagainya sehingga keahanan pasan, ketahana aus, ketahanan korosi mampu mesin dari besi cor macam ini baik sekali berkat adanya unsur-unsur tersebut.

D.     Besi cor mampu tampa di buat dari besi cor putih, yang dilunakan didalam sebuah tanur dengan waktu yang lama. Besi cor macam ini sangat baik keuletannya dan perpanjangannya dibandingkan dengan besi cor kelabu, tetapi memiliki harga yang lebih mahal karena proses pelunakan, dan tidak cocok untuk coran, tipis dan kecil karena sebelum proses pelunakan keuletannya berkurang.

E.      Besi cor grafit di buat dengan mencampurkan magnesium, kalsium dan serium kedalam cairan logam sehingga grafit bulat mengendap. Besi cor ini mempunyai kekuatan, keuletan, ketahanan aus dan ketahanan panas yang baik di bandingkan besi cor kelabu

            Besi cor cil ialah besi cor yang memunyai permukaan yang terdiri dari besi cor putih dan ketahanannya aus yang baik dengan bagian dalamnya mempunyai keuletan yang baik. Besi cor ini di pergunakan sebagai bahan yang tahan aus. ( penggunaan besi cor untuk blok silinder motor 6 silinder)

2.4.2.2                     Baja Cor

Baja karbon adalah paaduan dari sistim besi-karbon. Kadar karbonnya lebih rendah dari pada kadar karbon pada besi coran biasanya kurang dari 1,0 % C . Sebagai unsur- unsur tambahan selain karbon baja cor mengandung 0,20 sampai0,70 % Si, 0,50 sampai 1,0 Mn, fosfor dibawah 0,06 % dan Belerang dibawah 0,06 % .

Struktur mikro dari baja cor yang mempunyai kadar karbon kurang dari 0,8 % terdiri dari ferit dan perlit. Kadar karbon yang lebih tinggi menambah jumlah perlit. Dalam hal ini apabila kadar karbon diatas 0,80 % , baja terdiri dari perlit dan sementit yang terpisah. Kadar karbon yang lebih tinggi menambah jumlah sementit. (penggunaan baja cor untuk turbin air)

2.4.2.3                     Coran Paduan Tembaga

Macam-macam coran paduan tembaga adalah: perunggu, kuningan, kuningan kekuatan tinggi, perunggu alumunium dan sebagainya.

A.     Perunggu adalah paduan antara tembaga dan timah, perunggu yang biasa dipakai mengandung kurang dari 15% timah. Titik cairnya kira-kira 1.000^oC, jadi lebih rendah dari titik cair paduan besi, dan mampu cornya baik sekali sama halnya dengan besi cor.

B.     Kuningan adalah paduan tembaga dan sen, dan kuningan tegangan tinggi adalah paduan yang mengandung tembaga, aluminium, besi, mangan nikel, dan sebagainya yang berguna perbaiki unsur mkasisnya.

2.4.2.4                     Coran Paduan Ringan

Coran paduan ringan adalah coran paduan alumunium, coran paduan magnesium dan sebagainya.Alumunium murni mempunyai sifat mampu cord an sifat mekanis yang jelek. Oleh karena itu dipergunakan paduan alumunium karena sifat-sifat mekanisnya akan diperbaiki dengan menambahkan tembaga, silisium, magnesium, mangan, nikel dan sebagainya. (penggunaan coran paduan aluminium pada dinding tirai)

2.4.2.5                     Coran Paduan Lainnya

Paduan seng yang mengandung sedikit aluminium dipergunakan untuk pengecoran cetak. Logam monel adalah paduan nikel yang mengandung tembaga dan hasteloy mengandung molibden, chrom dan silikon. Paduan timbal adalah paduan antara timbal, tembaga dan timah, dan logam bantalan adalah paduan dari timbal, tembaga dan stibium. 

(Tabel pengguna bahan coran)

2.4.3    Proses Peleburan

Logam yang kita lebur adalah aluminium. Aluminium saat ini ialah logam kedua terbanyak setelah besi karbon (cast iron) yang dipakai untuk koponen mesin, contoh dalam bidang otomotif. Juga dipakai pada alat-alat rumah tangga seperti panci dll. Kelebihan dari aluminium ialah logam ini ringan, kuat, kondukor panas dan listrik yang baik setelah emas dan tembaga. Titik cair dari aluminium cairnya   650. Tetapi aluminium jika di padukan oleh unsur-unsur paduan maka titik cairnya akan bertambah. Unsur-unsur paduan yang biasanya di pakai sebagai paduan aluminium adalah silikon, tembaga, magnesium, timah dan lain-lainnya.

Aluminium cair sangat reaktif sekali terhadap gas hidrogen (H). Gas hidrogan dapat membuat gelembung udara terikat didalam aluminium cari yang mengakibatkan porositas pada produk coran nantinya. Reaksi kimianya

3H₂O_(I)                        +          2AL_(S)         +               3H_{2 (g)}              +          AL₂O_{3 (S)}

Steam                          aluminium                   hidrogen                      aluminium oxide

Untuk mencegah porositas pada logam luminium maka dapat di lakukan beberapa cara, antara lain dengan melindungi aluminium cair menggunakan gas nitrogen (N₂). Karena gas nitrogen mengikat hidrogen sebagai penyebab porosotas pada aluminium. Caranya yaitu dengan menyemburkan gas nitrogen diata aluminium cair hinggan aluminium cair tersebut kedalam cetakan. Atau dengan cara menggunakan fluk yaitu fluk tersebut di taburkan pada permukaan aluminium cair secara merata yang bertujuan agar gas hidgen tiduk dapat masuk kedalam aluminium.

Ada 4 macam fluk  yang dipakai dalam membuat produk aluminium menjadi lebih baik dalam hal sifat-sifat fisik ataupun mekanik, yaitu:

1.      Covering fluxes

Digunakan untuk mencegah gas hidrogen masuk kedalam aluminium cair.

2.      Cleaning fluxes

Untuk menghilangkan padat nonmetalik dari aluminium cair.

3.      Degassing fluxes

Dimasukan kedalam aluminium cair untuk menghilangkan gas yang terjebak dalam aluminium cair yang dapat menyebabkan porositas

4.      Drossing-off fluxes

Digunakan untuk memperbaiki logam aluminium dari drosses.

2.4.4      Pembekuan Logam

2.4.4.1                       Pembekuan Logam Murni

Jika cairan logam murni perlahan-lahan di dinginkan, maka pembekuan terjadi pada temperatur yang konstan. Temperatur ini di sebut titik beku, yang khusus bagi logam, misal titik beku tembaga 1083C, perak 961C, aluminium 660C, timah 232C.

Dalam pembekuan logam cari, yang pertama adalah bertumbuhnya inti-inti kristal, dan kemudian tumbuh sekeliling inti tersebut, dan inti lain timbul pada saat yang sama, akhirnya seluruh di tutup oleh kristal sampai logam cair habis.

2.4.4.2                     Pembekuan Paduan

Proses pembekuan paduan tidak dapat dihindari di dalam pembuatan paduan logam untuk bahan struktur dan dukung reactor nuklir. Oleh karena itu mekanisme proses pembekuan paduan perlu dipelajari secara rinci. Prose pembekuan terjadi melalui mekanisme pengintian dan pertumbuhan. Proses pembekuan paduan ditinjau dari komposisinya terdiri dari empat jenis, yaitu pembekuan paduan fasa tunggal, pembekuan fasa eutektik, pembekuan fasa dekat eutektik (off-eutectic alloys), dan pembekuan peritektik. Keempat jenis proses pembekuan tersebut menghasilkan mikrostruktur paduan yang berbeda-beda antara lain struktur lamellar, struktur eutektik, struktur selular dendrit, dan struktur columnair dendrit. Keempat bentuk mikrostruktur tersebut menghasilkan sifat mekanik yang berbeda pula. Dengan adanya pengetahuan tentang jenis proses pembekuan dan mikrostruktur yang dihasilkan, maka akan mempermudah dalam proses perancangan atau pembuatan paduan.

2.4.4.3                     Penyusutan

Didalam suatu proses pengecoran, proses pembekuan logam cair setelah logam cair dituang kedalam cetakan akan mengalami penyusutan. Penyusutan pada rongga cetakan akan mengakibatkan berubahnya dimensi benda coran. Pada tabel dibawah ini diketahui penyusutan yang terjadi pada suatu logam.

Tabel 2. Penyusutan yang terjadi pada suatu material

Material	Penyusutan (%)
Baja karbon	2
Basi tuang kelabu	1
Besi tuang putih	1,5
Alumunium	6

2.5             Cacat Coran

Pada coran dapat terjadi macam-macam cacat yang dikarenakan oleh beberapa penyebab. Di bawah ini merupakan macam-macam cacat coran yang dapat terjadi [1]:

1.   Rongga udara

Rongga udara muncul sebagai lubang pada permukaan atau di dalam coran. Cacat tersebut disebabkan oleh gas dari logam cair dan gas dari cetakan.

2.   Lubang jarum

 Lubang jarum adalah cacat lubang yang permukaan dalamnya halus dan berbentuk bola. Ukuran cacat lubang jarum sangat kecil dan berbentuk seperti bekas tusukan jarum.

3.   Retakan

      Retakan secara luas dibagi menjadi retak penyusutan dan retak karena tegangan sisa. Retak penyusutan sering terjadi pada bagian sudut-sudut tajam. Retakan yang disebabkan tegangan sisa adalah robekan panas yang terjadi pada temperatur tinggi dan retakan pada temperatur rendah.

4.   Permukaan kasar

Penyebab terjadinya permukaan kasar yaitu dikarenakan cetakan pasir terkena erosi ketika penuangan logam cair. Pasir yang tererosi tercampur dalam hasil coran. Cacat tekukan mungkin juga terjadi karena sebab-sebab yang serupa.

5.   Salah alir dan sumbat dingin

Salah alir adalah cacat yang disebabkan karena logam cair tidak cukup mengisi rongga cetakan. Sumbat dingin terjadi karena pencampuran yang tidak sempurna dari aliran logam cair.

6.   Penyusutan dalam

Penyusutan dalam terjadi karena kecepatan pembekuan yang berlainan, sehingga cacat tersebut  mudah terjadi pada bagian yang paling lambat membeku.

7.   Struktur butir terbuka

Stuktur butir terbuka disebabkan oleh kecepatan pendinginan yang terlalu rendah. Cacat coran yang terlihat seperti pori-pori kulit pada permukaan yang telah dikerjakan dengan mesin.

8.   Membengkak

Pembengkakan bisa terjadi karena cetakan mengembang keluar oleh tekanan logam cair atau inti yang tertekan. Pencegahannya adalah kekuatan tekanan dari cetakan harus dipertinggi dan menggunakan cetakan kering,  karena kekuatan tekanannya akan bertambah.

2.6             Perhitungan Efisiensi Benda Coran

Perhitungan efisiensi benda coran adalah suatu cara untuk menentukan kebutuhan bahan baku untuk coran dan menentukan kecepatan tuang kedalam cetakan seta mengukur tinggi saluran masuk untuk menghasilkan hasil coran yang baik dan sesuai dengan yang diharapkan.

Untuk menghitung efisiensi benda coran, maka perlu diketahui langkah-langkah memulai perhitungan yang terlihat pada gambar Diagram alir perhitungan efisien coran.

Daftar Pustaka

https://yefrichan.wordpress.com/2011/page/14/

http://iantscientiest.blogspot.co.id/2012/12/dapur-peleburan-logam-2_21.html#ixzz3ntlhxFjJ

http://terasepte.blogspot.co.id/2013/12/makalah-pengecoran.html

http://adiputrasimanjuntak.blogspot.co.id/2015/05/pengecoran-logam-sejarah-pengecoran.html

https://sites.google.com/site/teknikpengecoranreza0128/home/terminologi/risalah