PL II -rev-

PL II

PENGUJIAN KARAKTERISTIK PASIR CETAK

2.1 Tujuan Pengujian Karakteristik Pasir Cetak

1. Agar praktikan mengetahui cara menguji karakteristik pasir cetak.

2. Agar praktikan mengetahui faktor-faktor yang mempengaruhi karakteristik pasir

cetak.

3. Agar praktikan mengetahui macam-macam karakteristik pasir cetak.

4. Agar praktikan mampu menganalisis karakteristik pasir cetak.

2.2 Dasar Teori

2.2.1 Definisi Karakteristik Pasir Cetak

Pasir cetak merupakan bahan cetakan utama pada industri pengecoran dimana

pasir digunakan untuk semua jenis coran, terlepas dari apakah logam ferro atau non-

ferro, besi atau baja. Karakteristik yang paling penting dari pasir adalah sifat

refraktorinya; yang dengan mudah dapat menahan suhu tinggi logam cair dan tidak

dapat menyatu dengan logam cair.

2.2.1.1 Permeabilitas

Permeabilitas adalah kemampuan pasir cetak untuk dialiri fluida tiap satuan luas

dalam waktu tertentu. Nilai permeabilitas (P) dapat ditentukan dengan perhitungan:

TAp

HV P

Dimana:

P = Permeabilitas (cm3/menit)

V = volume udara (1 ml = cm3)

H = tinggi spesimen (cm)

P = tekanan udara (cmKa)

A = luas penampang spesimen (cm2)

T = waktu (menit)

(P. N. Rao, 1967:64)

2.2.1.2 Kekuatan

Kekuatan adalah kemampuan suatu bahan untuk menahan beban baik beban

dinamis atau statis yang menyebabkan gaya tekan, tarik dan geser sehingga mencapai

titik dimana tepat sebelum patah. Adapun macam-macam kekuatan:

Berdasarkan arah gaya :

1. Kekuatan Tekan

Kemampuan pasir cetak dalam menahan tekanan hingga tekan

maksimumnyapersatuan luas penampang. Beban tekanan terjadi pada saat

penuangan logam cair. Standar kekuatan tekan basah adalah 5-22 Psi, dan standar

kekuatan tekan kering adalah 20-250 Psi (Richard W.H. 1967:95)

2. Kekuatan Tarik

Kemampuam pasir cetak menerima beban tarik persatuan luas

penampang.Beban tarik biasanya terjadi pada saat penyusutan logam cair yang

berubah fase menjadi padat. Cacat yang ditimbulkan akibat kurangnya nilai

kekuatan tarik adalah cacat inklusi pasir. Standart kekuatan Tarik adalah 1 sampai 6

psi (Richard W.H. 1967:95)

3. Kekuatan Geser

Kemampuan pasir cetak menahan gaya geser persatuan luas spesimen. Beban

geser terjadi pada saat logam cair mengalir di dasar cetakan pasir atau ketika

melewati saluran.Standart kekuatan geser adalah 1,5-7 psi (Richard W.H. 1967:95)

Berdasarkan kadar air :

1. Kekuatan basah

Kekuatan yang terdapat pada pasir cetak setelah pasir tersebut dicampur

dengan air. Kekuatan basah dipengaruhi oleh kadar air dan pengikat. Apabila kadar

lempung tetap dan kadar air bertambah maka kekuatan akan meningkat sampai titik

maksimum. Dikarenakan seiring bertambahnya air maka jumlah bentonit yang

teraktivasi dan berikatan dengan pasir cetak bertambah dan kekuatan tekan basah

meningkat, lalu akan menurun setelah melewati batas maksimumnya. Seiring

dengan bertambahnya kadar air menyebabkan kekuatan tekan basahnya menurun

karena air terlampau banyak dan tidak berfungsi sebagai aktivator lagi seperti pasta

sehingga daya ikat bentonit menurun.

2. Kekuatan kering

Kekuatan tekan kering adalah kekuatan yang terdapat pada pasir cetak setelah

air bebas yang terdapat dalam pasir cetak telah habis. Kekuatan yang dipengaruhi

oleh kadar air dan bentonit.Apabila kadar lempung tetap dan kadar air bertambah,

maka kekuatan kering akan meningkat terus. Hal ini dikarenakan kekuatan

keringdiukur ketika sudah hilang kadar airnya. Dengan bertambahnya kadar air

maka waktu pemanasan atau suhu pemanasan meningkat, sehingga berpengaruh

pada struktur pasir cetak.

2.2.2. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Karakteristik Pasir Cetak

1. Kadar Air

- Pengaruh kadar air terhadap Kekuatan

Apabila kadar air bertambah dan kadar pengikat tetap maka kekuatan tekan

basah akan menurun karena banyaknya air bebas sehingga bentonite beralih

fungsi sebagai pelumas dan menyebabkan pasir cetak menjadi berbentuk pasta,

namunhal ini berlawanan dengan pengaruhnya pada kekuatan kering karena

bentonit terdistribusi merata pada cetakan pasir dan kemudian diperlakukan panas,

sehingga air bebas yang terdapat pada bentonit menguap.

- Pengaruh kadar air terhadap permeabilitas

pengaruh kadar air dan bentonit pada pasir cetak dapat dilihat bahwa pada

kondisi kadar air yang meningkat dan kadar bentonit yang tetap, maka

permeabilitas akan meningkat sampai titik maksimum, karena bentonit telah

teraktifasi dan jika kadar air terus meningkat maka permeabilitasnya akan

cenderung menurun karena jumlah air bebas yang mengisi rongga – rongga butir

pasir semakin banyak yang mengakibatkan fluida tidak dapat keluar.

2. Kadar Pengikat

- Pengaruh kadar pengikat terhadap permeabilitas

Kadar pengikat (bentonit) pada pasir cetak rata-rata 4-8%, semakin tinggi

kadar bentonit dengan kadar air yang tetap maka permeabilitasnya menurun,

karena semakin tinggi kadar bentonit, ikatan antar butir pasir semakin kuat dan

rongga yang seharusnya terbentuk akan terisi bentonit yang tidak teraktivasi air

sehingga permeabilitasnya rendah.

- Pengaruh kadar pengikat terhadap kekuatan

pencampuran bentonit sampai 8% pada pasir cetak akan meningkatkan

kekuatan pasir cetak dikarenakan permukaaan pasir cetak diikat oleh bentonit.

Namun jika penambahan bentonit lebih dari 8% kekuatannya cenderung konstan,

karena bentonit tidak lagi mengikat pasir cetak, melainkan juga mengikat antar

butir bentonit, sehingga akan mempengaruhi kekuatan pasir cetak. Jika persentase

clay 100% dan presentase pasir 0% maka kekuatan akan tetap karena pasir

sebagai objek yang akan diikat jumlahnya tetap, sedangkan jika presentase clay

0% dan presentase pasir 100% maka kekuatan tidak ada sama sekali karena tidak

ada bentonit yang mengikat antar butir pasir.

3. Bentuk Butir Pasir Cetak

Dari bentuk butirannya, butir pasir dibagi menjadi 4 yaitu butir pasir bulat, butir

pasir sebagian bersudut, butir pasir bersudut, dan butir pasir compound.

a. Butir Pasir Bulat

Memiliki permeabilitas tinggi karena rongga udara antar butiran besar,

namun memiliki kekuatan yang rendah karena bidang kontak antar butir kecil.

b. Butir Pasir Sebagian bersudut

Memiliki permeabilitas lebih rendah disbanding butir bulat karena rongga

udara antar butir lebih sempit, namun memiliki kekuatan yang lebih tinggi dari

pada butir pasir bulat karena luas bidang kontaknya lebih besar.

c. Butir Pasir Bersudut

Memiliki permeabilitas lebih rendah disbanding butir sebagian bersudut

karena rongga udara antar butirnya lebih sempit, namun memiliki kekuatan yang

lebih tinggi daripada butir pasir bulat dan sebagian bersudut karena luas bidang

kontaknya lebih besar.

d. Butir Pasir Compound

Memiliki permeabilitas paling rendah karena rongga udara antar butirnya

paling sempit, namun memiliki kekuatan paling besar dari pada butir pasir yang

lain karena luas bidang kontaknya paling besar.

4. Pemadatan

Semakin banyak penekanan saat kita membuat cetakan pasir maka dapat

menyebabkan jarak antar butir menjadi rapat dan padat. Hal ini dapat menurunkan

permeabilitasnya, pemadatan juga mengakibatkan kekuatannya meningkat. Hal ini

ditunjukkan dengan terjadinya penyempitan celah antar butir sehingga daya ikat dan

gaya tarik menarik antar butir semakin tinggi, sehingga kekuatan pasir cetak semakin

meningkat akibat jarak antar butiran yang lebih rapat.

5.Distribusi Ukuran Butir Pasir Cetak

Distribusi besar ukuran butir pasir cetak merupakan persebaran butir atau

presentase dari besar butir pasir cetak yang digunakan.

Pasir cetak yang baik adalah pasir cetak yang terdiri dari ukuran yang

bermacam-macam, dan kekosongan antar butir besar akan diisi oleh butir yang lebih

kecil, sehingga permeabilitasnya akan rendah dan kekuatannya tinggi. Sebaliknya, jika

ukuran butir pasir seragam atau homogen sehingga nilai permeabilitasnya tinggi dan

kekuatannya rendah.

2.2.3 Pengaruh Karakteristik Pasir Cetak Terhadap Hasil Coran

1. Pengaruh Permeabilitas Terhadap Hasil Coran

Jika permeabilitas pasir cetak rendah, maka akan mengakibatkan udara sulit

keluar melalui celah-celah antar butir pasir cetak pada saat proses penuangan logam

cair. Udara yang terjebak dalam logam cair akan menyebabkan cacat porositas pada

logam setelah pendinginan. Namun apabila permeabilitas terlalu tinggi udara dengan

mudah keluar lewat celah butiran, sehingga logam cair bisa masuk kesela-sela antar

butiran sehingga mengakibatkan cacat coran berupa metal penetration and rough

surface

2. Pengaruh Kekuatan Tekan Pasir Cetak Terhadap Hasil Coran

Apabila kekuatan tekan kurang, maka cetakan pasir akan cepat rusak saat

penuangan. Hal ini akan mengakibatkan celah antar butir terlalu besar sehingga saat

penuangan, logam cair akan masuk ke celah butiran yang mengakibatkan cacat coran

metal penetration.

3. Pengaruh Kekuatan Geser Pasir Cetak Terhadap Hasil Coran

Apabila kekuatan geser rendah, maka saat dilakukan penuangan logam cair,

ketika logam cair memasuki cetakan, permukaan saluran yang memiliki kekuatan

geser rendah akan ikut terbawa aliran logam cair. Sehingga mengakibatkan cacat

coran dirt, sebaliknya jika kekuatan geser tinggi maka berpengaruh baik pada hasil

coran.

4. Pengaruh Kekuatan Tarik Pasir Cetak Terhadap Hasil Coran

Apabila kekuatan tarik rendah, maka saat logam cair dituangkan, permukaan

dalam rongga cetakan akan mengalami pemuaian. Apabila hal ini terjadi, maka

ketika terjadi penyusutan logam cair, pasir cetak akan tertarik oleh logam.

Apabila kekuatan tarik rendah, maka saat logam cair dituangkan, permukaan

dalam rongga cetakan akan ikut terbawa aliran logam cair. Sehingga mengakibatkan

cacat coran dirt, jika kekuatan tarik tinggi maka akan menjadi cacat retak atau scrab

karena pasir cetak tidak tertarik pada proses penyusutan logam.

2.3 Pelaksanaan Pengujian

2.3.1 Pengujian Permeabilitas Pasir Cetak

2.3.1.1 Alat dan Bahan

1. Sand Rammer

Alat ini digunakan untuk menumbuk pasir cetak menjadi bentuk spesimen yang

dikehendaki yaitu panjang 5 cm dan diameter 5 cm ( luas penampang = 19,625 cm2 ).

Tipe : POU

Merk : George Fisher

Fabr : 2054

Buatan : Jerman Barat

Gambar 2.8 Sand Rammer

Sumber : Laboratorium Pengecoran Logam Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas

Brawijaya

2. Stop watch

Alat ini digunakan untuk mengukur waktu sampai 2000 cc udara.

Gambar 2.9 Stopwatch


Brawijaya

3.Permeabilitas meter

Alat ini digunakan untuk mengetahui seberapa besar angka permeabilitas dari

pasir cetak yang diuji.

Spesifikasi alat :

Tipe : POU


Fabr : 1725

Gambar 2.10 Permeabilitas Meter


Brawijaya

4. Timbangan elektrik

Alat ini digunakan untuk menimbang bahan dan berat spesimen yang akan

digunakan dalam pengujian.

Gambar 2.11 Timbangan Elektrik

Sumber :Laboratorium Pengecoran Logam Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas

Brawijaya

Bahan yang digunakan adalah pasir cetak dengan komposisi

1. Pasir silika : 91 %

2. Bentonit : 6 %

3. Air : 3 %

2.3.1.2 Urutan Kerja Pengujian

1. Panaskan pasir cetak selama 60 menit dengan temperatur 110o C

2. Siapkan 150 gr pasir cetak untuk pengujian ini dengan menggunakan sand rammer.

3. Buka pelindung orifice dan pilihlah salah satu posisi penunjuk skala yang akan

digunakan.

a. Tanda biru untuk skala P = 0 – 50

b. Tanda merah untuk skala P = 0 – 500

Skala P dibaca dari skala merah bagian luar dari pengukuran tekanan.

Skala paling dalam menunjukkan tekanan dinamis antara orifice dan

spesimen dalam mm kolom air.

4. Memutar kran pada posisi B dan angkat tabung udara ke atas secara perlahan – lahan

hingga angka nol terlihat tepat pada batas tabung bawah lalu kunci pada posisi E.

5. Letakkan tabung spesimen berikut spesimen di dalamnya pada orifice.

6. Putar kran pada posisi A bersamaan mulai menghitung waktu dengan stopwatch saat

udara dialirkan ke spesimen pasir cetak. Hal ini ditandai dengan tabung udara mulai

turun ke bawah.

7. Catat besar P spesimen pasir cetak dengan tekanan yang terbaca pada skala

permeabilitas meter saat 1000 cc udara yang sudah terlewatkan.

8. Catat waktu yang dibutuhkan untuk mengalirkan udara sebanyak 2000 cc melalui

tabung spesimen pasir cetak yang diuji.

9. Ulangi langkah 1 – 8 sampai spesimen 3 serta catat data p (tekanan).

2.3.2 Pengujian Kekuatan Pasir Cetak

2.3.2.1 Alat Dan Bahan

Alat-alat yang digunakan dalam pengujian kekuatan pasir cetak, adalah sebagai

berikut:

1. Universal stregth machine

Alat ini digunakan untuk mengujia kekuatan pasir cetak.

Spesifikasi alat:

Merk : George Fischer


Gambar 2.12Universal Strenght Machine


Brawijaya

2. Kepala penekan untuk uji kekuatan tekan

Gambar 2.13 Kepala penekan uji kekuatan tekan

Sumber : Laboratorium Pengecoran Logam Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Brawijaya

3. Kepala penekan untuk uji kekuatan geser

Gambar 2.14 Kepala penekan uji kekuatan geser


Brawijaya

4. Kepala penekan untuk uji kekuatan tarik

Gambar 2.15 Kepala penekan uji kekuatan tarik


Brawijaya

5. Sand Rammer

Alat ini digunakan untuk menumbuk pasir cetak menjadi bentuk spesimen yang

dikehendaki yaitu panjang 5 cm dan diameter 5 cm ( luas penampang = 19,625 cm2 ).

Tipe : POU

Merk : George Fisher

Fabr : 2054


Gambar 2.16 Sand Rammer


Brawijaya

6. Timbangan elektrik

Alat ini digunakan untuk menimbang bahan dan berat spesimen yang akan

digunakan dalam pengujian.

Gambar 2.17 Timbangan Elektrik

Sumber :Laboratorium Pengecoran Logam Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas

Brawijaya

Bahan yang digunakan adalah pasir cetak dengan komposisi

1. Pasir silika : 91 %

2. Bentonit : 6 %

3. Air : 3 %

2.3.2.2 Urutan Kerja Pengujian

Urutan Kerja pengujian kekuatan tekan

a. Langkah pengujian tanpa perlakuan panas

1. Ambil campuran pasir cetak seberat 100 gram, lalu buat spesimen uji tekan

dengan menggunakan sand rammer (spesimen sebanyak 5 buah).

2. Pasang kepala uji tekan pasir cetak pada alat uji kekuatan pasir cetak.

3. Letakkan spesimen pada kepala uji tekan pasir cetak secara hati-hati jangan

sampai rusak.

4. Putar handwheel secara terus-menerus dengan putaran konstan dan

perlahan-lahan hingga hancur.

5. Baca dan catat besar kekuatan tekan pasir cetak tersebut (lengkap demngan

satuannya) pada skala paling lauar yang terdapat pada alat uji tekan pasir

cetak.

6. Lakukan langkah 1-5 untuk spesimen berikutnya.

b. Langkah pengujian dengan perlakukan panas.

Langkah pengujian sama dengan tanpa perlakuan panas, hanya setelah pasir

cetak dibuat spesimen uji tekan, dilakukan pemanasan dalam dapur pemanas

dengan suhu 110 C selam 1 jam.

Urutan Kerja Pengujian Kekuatan Geser

a. Langkah-langkah Pengujian tanpa perlakuan panas

1. Ambil campuran pasir cetak seberat 150 gram, kemudian buat spesimen uji

geser dengan sand rammer (spesimen sebanyak 5 buah).

2. Pasang kepala uji geser pasir cetak pada lat uji kekuatan geser pasir cetak.

3. Letakkan spesimen pada kepala uji geser secara hati-hati jangan sampai

spesimen rusak.


perlahan-lahan hingga spesimen hancur.

5. Baca dan catat besar kekuatan tekan pasir cetak tersebut pada skala yang di

tengah pada alat uji geser tersebut.


b. Langkah pengujian dengan perlakuan panas.

Langkah pengujian sama dengan tanpa perlakuan, hanya setelah pasir cetak

dibentuk spesimen uji geser, dilakukan pemanasan dalam dapur pemanasan


UrutanKerja Pengujian Kekuatan Tarik pasir Cetak

a. Langkah-langkah pengujian tanpa perlakuan panas

1. Ambil campuran pasir cetak seberat 150 gram, lalu buat spesimen uji tarik

dengan menggunakan sand rammer (spesimen sebanyak 5 buah).

2. Pasang kepala uji tarik pasir cetak pada alat uji kekuatan pasir cetak

3. Letakkan spesimen pada kepala uji tekan pasir cetak secara hati-hati jangan

sampai rusak.


perlahan-lahan hingga spesimen hancur.

5. Baca dan catat besar kekuatan tarik pasir cetak tersebut (lengkap dengan

satuannya) pada skala paling dalam yang terdapat pada alat uji tarik pasir

cetak.


b. Langkah pengujian dengan perlakuan panas.

Langkah pengujian sama dengan tanpa perlakuan, hanya setelah pasir cetak

dibentuk spesimen uji tarik, dilakukan pemanasan dalam dapur pemanasan


Documents

PL II -rev-