Upload
phammien
View
232
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
STUDI EKSPERIMEN PENGARUH KOMPOSISICERAMIC SHELL PADA INVESTMENT CASTINGTERHADAP KEKASARAN PERMUKAAN DAN POROSITASPRODUK TOROIDAL PISTON
Arif SetiyonoNRP : 2108 100 141
Dosen pembimbing : Dr. Ir. Soeharto, DEANIP : 130 937 168
1.1 Latar Belakang
1.2 Perumusan Masalah
1.3 Batasan Masalah
1.4 Tujuan Penelitian
1.5 Manfaat Penelitian
1.1 Latar Belakang
1. Penelitian di Hangyang University (Korea) tentang desain piston toroidal dengan tipe shallow bowl telah menghasilkan geometri ruangbakar yang optimal pada mesin diesel → SFC meningkat 35% danGas polutan (jelaga, NOx,CO, HC) turun
2. Inisiatif untuk merealisasikan desain piston toroidal denganinvestment casting menggunakan metode ceramic shell jikadibandingkan dengan metode yang lain, seperti: squeeze casting danpowder metallurgy
3. Permasalahan investment casting khususnya dengan metodeceramic shell tentang penggunaan komposisi ceramic shell yang berdampak pada kekasaran permukaan dan porositas pada produkcor
1.2 Perumusan Masalah
1. Bagaimana hubungan antara komposisi alumina dan gipsumpada ceramic slurry terhadap kekasaran permukaan produk corhasil investment casting?
2. Bagaimana hubungan antara komposisi alumina dan gipsumpada ceramic slurry terhadap porositas produk cor hasilinvestment casting?
1.3 Batasan Masalah
1. Aliran logam cair pada saat melalui sistem saluran dan rongga cetakanadalah aliran incompressible flow
2. Peralatan pengecoran dalam investment casting dan peralatan uji dapatbekerja dengan baik
3. Temperatur penuangan dan waktu tuang adalah seragam pada tiapproses pengecoran
4. Proses coating pada pohon lilin menghasilkan ketebalan cetakanceramic shell yang seragam disetiap bagiannya
5. Pada saat proses pengecoran tidak dilakukan degasing
1.4 Tujuan Penelitian
1.Mengetahui hubungan antara komposisi alumina dan gipsumpada ceramic slurry terhadap kekasaran permukaan produk corhasil investment casting
2. Mengetahui hubungan antara komposisi alumina dan gipsumpada ceramic slurry terhadap porositas produk cor hasilinvestment casting
1.5 Manfaat Penelitian
1.Mendapatkan kualitas produk pengecoran yang memilikikekasaran permukaan dan persentase porositas yang rendah
2. Dapat digunakan sebagai bahan pertimbangan dalam pemilihankomposisi ceramic shell pada investment casting untukmendapatkan kualitas produk sesuai dengan yang diinginkan
2.1 Investment Casting
2.2 Lapisan Ceramic Shell
2.3 Komposisi Ceramic Shell
2.4 Keramik
2.5 Sistem Saluran
2.6 Piston
2.7 Aluminium
2.8 Porositas
2.9 Kekasaran Permukaan
2.10 Pengujian Spesimen
2.1 Investment Casting
• CERAMIC SHELL • SOLID MOLD
2.2 Lapisan Ceramic Shell
• Primary coating = menggunakan ceramic slurry (material pengikat + material tahanapi halus)
• Secondary coating = menggunakanmaterial tahan api kasar (silica, zircon, alumina, dan aliminium silica)
Coating
• Selama 60 menit (primary coating + secondary coating ═ 2 – 3 mm)Hardening
• Penghilangan pola lilin pada temperatur 120 C selama 60 menitDewaxing
• Penghilangan pengotor dan pengerasanceramic shell pada temperatur 25 – 730 CSintering
2.3 Komposisi Ceramic Shell
CERAMIC SHELL
(70%-75%) REFRACTORY
MATERIAL
(25%-30%) CERAMIC SLURRY
(Material Pengikat + Material tahan Api
Halus) + AIR
Material Tahan Api Kasar = Pasir aluminium silikat,
alumina, silica, ataupasir zircon
2.4 Keramik
• Susunan kimia feldspar adalah (K, Na) AlSi3O8• Ketahanan temperatur hingga 1200 C Feldspar
• Terdiri dari kristal-kristal silika (SiO2)• Ketahanan temperatur hingga 1710 C Silika
• Terdiri dari alumina hidrat (Al2O3.nH2O, n = 1, 2, 3)
• ketahanan temperatur hingga 2040 CAlumina
2.5 Sistem Saluran
2.6 Piston
Kepala Land atas
Alur ring kompresi 1
Land keduaAlur ring kompresi 2
Land ketiga
Alur ring oli
Skirt
Lubang pin
Saluran oli
Alur pin
Lubang oli
Alur pegas pengunci
Lubang pin
Celah katup
Desaincrown Bagian
piston
2.7 Aluminium
2.8 Porositas
• Permeabilitas rendah menyebabkan udara yang terjebak tidak dapat berdifusi keluar danmembeku didalam dan dipermukaan logam cair
PermeabilitasCetakan
• Temperatur penuangan logam cair yang tinggimeyebabkan gas hidrogen di lingkungan mudahlarut secara difusi
Gas Hidrogen(H2)
• Cetakan Ceramic Shell bereaksi dengan logam cair:• CaSO4 => CaO + SO2• 2SO2 => S2 + 2O2
Gas Sulfur Dioksida (SO2)
2.9 Kekasaran Permukaan
Rt = Kekasaran Total
Rp = Kekasaran Perataan
Ra = Kekasaran rata-rata Aritmetik
Rz = Kekasaran Total rata-rata
2.9 Pengujian Spesimen
Pengujianspesimen
Pengujianporositas
Pengukurankekasaran
permukaan
Pengujiankualitatif
Pengujiankuantitatif
3.1 Diagram Alir Penelitian
3.2 Desain Toroidal Piston
3.3 Material dan Peralatan Penelitian
3.4 Langkah-langkah Percobaan
3.5 Rancangan Lembar Pengambilan Data
3.1diagram Alir Penelitian
3.2 Desain Toroidal Piston
Desain Toroidal Piston 3D Desain Toroidal Piston 2D
Spesifikasi Piston :Tipe : FORD 1000 cc 1.0LAEDiameter Bore : 70,5mmPanjang Piston : 61,8 mmDiameter Pin : 20 mmPajang Pin : 54 mm
3.3 Material dan Peralatan Penelitian
MATERIAL PERALATAN
Lilin (Wax)
Gypsum
Silicon Rubber
Ceramic Powder
Pasir Silica
Aluminium Paduan
Neraca Jarum
Investment Mixing Basin
Pengayak Pasir
Jangka Sorong
Wax Melting Out Container
Burn Out Furnance
Dapur Peleburan Logam
Palu Besi
Gergaji Logam
Mesin Grinding & Polishing
Bejana Ukur
Timbangan Digital
Surface Roughness Tester
3.4 Langkah-langkah Percobaan
PELAPISAN CERAMIC
SHELL
TAHAP
PERSIAPAN
PROSESPENGECORAN
TAHAP PENGUJIAN
3.3 Langkah-langkah Percobaan
TAHAP PERSIAPANPELAPISAN
CERAMIC SHELLPROSES
PENGECORANTAHAP PENGUJIAN
Pendekatan standart AFS:
Panjang sisi sprue atas = 35 mmTinggi sprue = 210 mmPanjang sisi sprue bawah = 31 mmPanjang sisi gate = 31 mm
Perancangan danpembuatansistem saluran
Pembuatanmaster pola
Pembuatan cetakanmaster pola
Duplikasi master pola lilin danperakitan pohon lilin
TAHAP PERSIAPANPELAPISAN
CERAMIC SHELLPROSES
PENGECORANTAHAP PENGUJIAN
3.3 Langkah-langkah Percobaan
Pembuatanbahan
ceramic slurry
VARIASIKOMPOSISI CERAMIC SLURRY :Ceramic Slurry tipe 1 : 95% Alumina + 5% gipsumCeramic Slurry tipe 2 : 90% Alumina + 10% gipsumCeramic Slurry tipe 3 : 85% Alumina + 15% gipsumCeramic Slurry tipe 4 : 80% Alumina + 20% gipsum
Pembuatan ceramic slurry dengan perbandingan(alumina) : air adalah 1 : 3
Pengaukan hingga merataselama minimal 10 menit
TAHAP PERSIAPANPELAPISAN
CERAMIC SHELLPROSES
PENGECORANTAHAP PENGUJIAN
3.3 Langkah-langkah Percobaan
Pelapisanpohon lilin
denganceramic
shell
Pelapisan primer dengan ceramic slurry
Pelapisan sekunderdengan pasir silica
Proses primary coating sebanyak 5x dan secondary coating sebanyak 3x hingga mencapai ketebalan sekitar 10 mm
TAHAP PERSIAPANPELAPISAN
CERAMIC SHELLPROSES
PENGECORANTAHAP PENGUJIAN
3.3 Langkah-langkah Percobaan
Proses oven cetakanceramic
shell
Dewaxing pada temperatur 120 C selama 60 menit untuk memlelehkan pola lilin
Sintering bertahap pada temperatur 25 – 340 C dan 340 - 730 CMasing-masing dengan engan holding time 30 menitUntuk menghilangkan pengotor dan pengerasan ceramic shell
TAHAP PERSIAPANPELAPISAN
CERAMIC SHELLPROSES
PENGECORANTAHAP PENGUJIAN
3.3 Langkah-langkah Percobaan
Peleburan aluminium paduanpada teperatur 700 C
Penuangan logam cair
kedalam cetakan ceramic shell
Penghacuran cetakan ceramic shell
dan pemotongan produk cor
dari sistem saluran
TAHAP PERSIAPANPELAPISAN
CERAMIC SHELLPROSES
PENGECORANTAHAP PENGUJIAN
3.3 Langkah-langkah Percobaan
TAHAP PERSIAPANPELAPISAN
CERAMIC SHELLPROSES
PENGECORANTAHAP PENGUJIAN
3.3 Langkah-langkah Percobaan
TAHAP PERSIAPANPELAPISAN
CERAMIC SHELLPROSES
PENGECORANTAHAP PENGUJIAN
3.3 Langkah-langkah Percobaan
SURFACE SUBSURFACE
4.1 Pembuatan Pola Lilin
4.2 Pembuatan Ceramic Shell
4.3 Proses Pengovenan Ceramic Shell
4.4 Proses Pengecoran
4.5 Pengukuran Kekasaran Permukaan
4.6 Pengukuran Porositas
4.1 Pembuatan Pola Lilin
Cet
akan
Po
la
Mas
ter
Po
la
Du
plik
asiP
ola
Po
ho
nL
ilin
4.1 Pembuatan Ceramic Shell
Cer
amic
Slu
rry
Co
atin
g
Cer
amic
Slu
rry
Co
atin
gP
asir
Sili
ka
Cer
amic
Sh
ell
4.3 Proses Pengovenan Ceramic Shell
De
wax
ing
Sin
teri
ng
Tah
ap1
Sin
teri
ng
Tah
ap2
4.4 Proses Pengecoran
Pen
gec
ora
n1 Api
Pen
gec
ora
n2 Api
Api
Asap
Pen
gec
ora
n4
Api
Asap
Pen
gec
ora
n3
Peleburan Logam
4.5 Pengukuran Kekasaran Permukaan
Bag
ianCrown
Pis
ton
Bag
ian
Sili
nd
erBore
4.5 Pengukuran Porositas
Pen
gu
kura
nM
assa
Sp
esim
en
Pen
gu
kura
nV
olu
me
Sp
esim
en
5.1 Produk Hasil Pengecoran
5.2 Data Hasil Pengukuran Kekasaran permukaan
5.3 Data Hasil Pengukuran Porositas Kuantitatif
5.4 Data Hasil Pengukuran Porositas Kualitatif
5.1 Produk Hasil Pengecoran
Ce
ram
ic S
hell ti
pe1
Cera
mic
Sh
ell ti
pe3
Cera
mic
Sh
ell ti
pe4
Ce
ram
ic S
hell ti
pe2
Pengusutan= 0,16 mm
5.2 Data Hasil Pengukuran Kekasaran permukaan
5.2 Data Hasil Pengukuran Kekasaran permukaan
5.3 Data Hasil Pengukuran Porositas Kuantitatif
5.4 Data Hasil Pengukuran Porositas Kualitatif
Produk 1
Produk 2
Produk 3
Produk 4
Produk 1
Produk 2
Produk 3
Produk 4
5.4 Data Hasil Pengukuran Porositas Kualitatif
6.1 Analisa Produk Cor
6.2 Analisa Data Hasil Pengukuran Kekasaran Permukaan
6.3 Analisa Data Hasil Pengukuran Porositas
6.1 Analisa Produk Cor
6.2 Analisa Data Kekasaran Permukaan
6.3 Analisa Data Hasil Pengukuran Porositas
7.1 Kesimpulan
7.2 Saran
7.1 Kesimpulan
Peningkatan persentase gipsum (CaSO4) dalam ceramic slurry
sebesar 5% hingga 20% telah meningkatkan kekasaranpermukaan produk cor dari 7,71μm hingga 11,36μm
Peningkatan persentase gipsum (CaSO4) dalam ceramic
slurry sebesar 5% hingga 20% telah meningkatkan porositasproduk cor dari 5,16% hingga 15,38%
Produk cor berupa toroidal piston yang dihasilkan dariinvestment casting dengan komposisi gipsum (5% hingga20%) dan alumina (95% hingga 80%) belum dapatmenghasilkan produk yang dengan kualitas yang baik
1.
2.
3.
7.2 Saran
Untuk mengindari terjadinya ledakan logam cairpada saat penuangan logam cair makapegecoran harus dilakukan langsung setelahproses sintering selesai