## PENGARUH CHILLER PENDINGIN PADA KEKERASAN PRODUK COR PROPELER ALUMUNIUM
Hera Setiawan Fakultas Teknik, Program Studi Teknik Mesin Universitas Muria Kudus Email: herasetiawan6969@yahoo.com

## ABSTRAK
Penelitian ini merupakan pengembangkan proses pembekuan searah (unidirectional solidifications) sehingga  dihasilkan  struktur columnar  dendrite pada  pengecoran  alumunium    propeler  kapal  nelayan untuk meningkatkan sifat mekanis material. Pengecoran dilakukan dengan pasir cetak (sand casting) dan proses peleburan logam dilakukan pada dapur crusible dengan bahan bakar minyak. Teknik  pengecoran dilakukan  dengan  pendinginan  logam  cor  dengan chiller pendingin  yang  dialiri  air  dengan  dorongan pompa.  Pengujian spectrometer digunakan  untuk  mengetahui  komposisi  kimia  material  alumunium. Pengujian kekerasan digunakan metode Rockwell dengan indentor bola baja diameter 1/16 inchi  dengan beban mayor 100  kg  (HRB).  Hasil  penelitian  ini  menunjukkan  bahwa  teknik  pembekuan  searah  dengan chiller pendingin  dapat  meningkatkan  kekerasan  material  alumunium  propeler  sebesar  3,99%  dari  60,5  HRB menjadi 62,9 HRB.
Kata kunci: alumunium, propeler, chiller , kekerasan, pembekuan searah.

## ABSTRACT
This  research  is  the  development  process  of  unidirectional  solidifications  in  aluminum    casting fishing  boat  propellers  so  that  the  resulting structure of  columnar dendrite    to  improve  the  mechanical properties  of  the  material.  The  alloy  material  was  melted  on  a  crucible  furnace  with  sand  casting methode.  Casting  technique  is  performed  by  water  cooling  chiller,    flowed  with  a  boost  pump.  Testing spectrometer is used to determine the chemical composition of the aluminum material. Rockwell hardness testing  method  is  used  with  a  steel  ball  indenter  diameter  of  1/16  inch  with  a  major  load  of  100  kg (HRB).The results of this study indicate that the unidirectional solidifications casting  with water cooling chiller can increase the hardness of aluminum propellers material  for 3.99% of the 60.5 HRB becomes 62.9 HRB HRB
Keywords: aluminum, propeller, chiller, hardness, unidirectional solidifications.

## 1. PENDAHULUAN
Dari  hasil  penelitian  sebelumnya  dapat  diketahui  bahwa  teknik  pembekuan  searah  dapat  dilakukan  pada pengecoran dengan pasir cetak dengan chiller pendingin dan menghasilkan struktur mikro kolumnar dendrit pada material kuningan [1]. Sedangkan pada penelitian ini akan dikembangkan metede tersebut untuk propeler dengan material alumunium.
Material alumunium banyak digunakan pada proses pengecoran propeler karena harganya yang relatif murah dibandingkan  dengan  kuningan  dan  lebih  mudah  didapat.  Alumunium  yang  digunakan  adalah  alumunium  daur ulang. Gambar 1  menunjukkan diagram fasa terner Al-Si-Fe dan fase biner Al-Cu [2].
Pengecoran logam  merupakan salah satu ilmu  pengetahuan tertua yang sudah dipelajari oleh umat manusia. Walaupun telah berumur sangat tua, ilmu pengecoran logam terus berkembang dengan pesat [3].  Berbagai macam teknik dan metode pengecoran logam telah ditemukan dan  terus disempurnakan, diantaranya adalah centrifugal casting, investment casting, dan sand casting serta masih banyak lagi metode-metode lainnya [2,4].

## Gambar 1. Diagram fase terner Al-Si-Fe dan diagram fase biner Al-Cu [3]
Industri pengecoran logam tumbuh seiring dengan perkembangan teknik dan metode pengecoran,  berbagai model  produk  cor  membanjiri  pasar  domestik  [5]. Produk  cor  banyak  kita  jumpai  mulai  dari  perabotan  rumah tangga, komponen otomotif, pompa air sampai propeler kapal seperti yang terlihat pada gambar 2.

## Gambar 2. Produk propeler untuk kapal nelayan dari UMKM – Juwana
Sentra-sentra  industri  pengecoran  usaha  mikro  kecil  dan  menengah  (UMKM)  banyak  tersebar  di  Propinsi Jawa  Tengah  seperti  Klaten,  Pati,  Tegal  dan  Surakarta.  Salah  satu  sentra  industri  logam  khususnya  pengecoran adalah Kecamatan Juwana di Kabupaten Pati Jawa Tengah. Tidak kurang dari 12 pengrajin dalam skala UMKM menekuni  pekerjaan  pengecoran  logam  dari  bahan  aluminium  maupun  kuningan.  Beberapa  industri  menengah dengan produk yang cukup komplek yaitu : UMKM Citra Widi Mandiri, Timbulindo Gear, Yamusu, Indogas Maju Saputra,  Barokah  Jaya  Abadi  dan  KTM.  Salah  satu  produk  yang  dibuat  dan  telah  dipasarkan  untuk  industri galangan kapal nasional adalah propeler (baling-baling kapal). UMKM pengecoran logam ini juga telah menjalin kemitraan dengan PT. National Gobel, Panasonic, Pindad Material, PT. Pura Box dan PT. Galangan Kapal [5].
Permintaan pasar akan produk logam cor yang prospektif dan luas ini, kurang di imbangi dengan peningkatan kualitas produk. Ironisnya walaupun banyak industri cor di tanah air, produk logam cor dari pengrajin lokal masih kalah bersaing dengan  produk impor  baik  dari  sisi kualitas dan harga. Hal ini  merupakan tantangan yang harus segera dibenahi, agar industri kita dapat bersaing dipasar domestik maunpun luar negeri.
Upaya meningkatkan kualitas produk menjadi prioritas utama dalam upaya meningkatkan daya saing produk di pasar domestik maupun global. Produk yang berkualitas tentu dihasilkan dari pemilihan bahan baku yang baik, penguasaan teknik produksi, serta pengujian kualitas yang melekat. Pada penelitian ini akan dilakukan pengujian kekerasan propeler alumunium hasil pengecoran produk UMKM dari Juana Pati.
Propeler  yang  merupakan  salah  satu  komponen  sistem  penggerak  kapal  sangat  menentukan  keberhasilan rancang bangun kapal. Kualitas produk cor propeler sangat ditentukan oleh keunggulan sifat mekanisnya, hal ini masih  dikeluhkan  oleh  UMKM  dan  konsumen  pengguna  produk  propeler.  Upaya  memperbaiki  sifat  mekanis tersebut selain dari pemilihan bahan baku (raw material) dan pengaturan komposisi paduan, juga sangat ditentukan oleh  proses  dan  teknik  pengecoran  yang  akan  mempengaruhi  bentuk  mikrostruktur  logam  cor.  Sebagaimana diketahui  sebelum  proses  pembekuan  akan  didahului  oleh  proses  pengintian  untuk  selanjutnya  terbentuk  butir (cristal) dengan batas butir (grain boundary) .
Produk cor seperti propeler kapal dan sudu-sudu turbin sangat membutuhkan orientasi butir searah sehingga mampu menahan beban aksial dan memiliki kekuatan mulur yang tinggi serta tahan terhadap beban berulang atau retak fatik [4,6,7]. Kekerasan suatu bahan (logam) dapat diketahui dengan pengujian kekerasan memakai mesin uji kekerasan (hardness  tester) menggunakan  tiga  metoda  atau  teknik  yang  umum  dilakukan  yaitu  metoda  Brinell, Rockwell dan Vickers seperti yang terlihat pada gambar 3 [2,4].
Uji kekerasan Rockwell, seperti yang terlihat pada gambar 4, sering dipakai untuk meterial yang keras. Hal ini disebabkan oleh sifat-sifatnya yaitu cepat, bebas dari kesalahan manusia, mampu untuk membedakan perbedaan kekerasan yang kecil pada baja atau logam yang diperkeras, dan ukuran lekukannya kecil, sehingga bagian bagian yang mendapatkan perlakuan panas yang lengkap dapat diuji kekerasannya tanpa menimbulkan kerusakan yang berarti [2,3].

## Gambar 3. Teknik pengujian kekerasan [3]
Pengujian kekerasan dengan metode Rockwell bertujuan menentukan kekerasan suatu material dalam bentuk daya tahan material terhadap indentor yang berupa bola baja (HRB) ataupun kerucut intan (HRC) yang ditekankan pada  permukaan  material  uji  tersebut.  Pengukurannya  dapat  dilakukan  dengan  bantuan  sebuah  kerucut  intan dengan sudut puncak 120º dan ujungnya yang dibulatkan sebagai benda pendesak (indentor) [2,3].
Prinsip  pengujian  pada  metoda  Rockwell  adalah  dengan  menekankan penetrator ke  dalam  benda  kerja dengan  pembebanan,  dan  kedalaman indentasi akan  memberikan  harga  kekerasan  yaitu  perbedaan  kedalaman indentasi yang didapatkan dari beban mayor dan minor [2,3].

## 2. METODOLOGI PENELITIAN
Penelitian ini dilakukan dengan diagram alir seperti yang terlhat pada gambar 5.

## Gambar 5. Diagram alir penelitian
Material yang digunakan pada penelitian ini adalah alumunium daur ulang berupa propeler kapal nelayan tiga sudu  hasil  pengecoran  produk  UMKM  dari  Juana  Pati.  Proses  peleburan  logam  kuningan  menggunakan  dapur crucible menggunakan bahan bakar minyak dan pengecoran dengan pasir cetak (sand casting) dengan pola cetakan dari logam dan bingkai cetakan (frame) dari kayu seperti yang terlihat terlihat pada gambar 6, gambar 7 dan gambar 8.
.  Pengujian  komposisi  paduan  logam  alumunium  dengan spektrometer digunakan  untuk  mengetahui kandungan unsur kimia yang terdapat dalam logam tersebut. Selanjutnya dengan menggunakan acuan diagram fase biner  paduan  Al-Cu  atau  fase  terner  Al-Si-Fe  dapat  ditentukan  berapa  temperatur  untuk  mencapai  titik liquidus (melting point) . Hal ini penting untuk menghindari temperatur peleburan berlebih yang justru merusak cairan logam cor.
Untuk  melihat  struktur  mikro  digunakan  mikroskop  optik  logam  dengan  perbesaran  200  kali.  Pengujian kekerasan  menggunakan  metode  Rockwell  (HRB)  dengan  indentor  bola  baja  berdiameter  1/16  inchi  dan  beban mayor 100 kg, pengujian kekuatan tarik dilakukan dengan Universal Testing Machine.
Gambar 6. Peleburan logam alumunium dengan dapur crucible
Gambar 7. Pengecoran dengan pasir cetak

## Gambar 8. Pola cetakan logam
Teknik pembekuan searah dilakukan dengan mengalirkan air pendingin ke chiller dengan dorongan pompa pada saat penuangan logam alumunium dengan pengecoran pasir cetak seperti yang terlihat pada gambar  9 dan gambar 10.
Gambar 9. Desain cetakan cor
Gambar 10. Proses pengecoran cetakan pasir dengan chiller pendingin
Proses pembekuan searah dilakukan dengan memasang chiller pada bingkai atau rangka (frame) berupa pipa dengan variasi diameter yang dialiri air pendingin dengan bantuan pompa. Langkah pengecoran propeler dengan metode pembekuan searah (menggunakan chiller sebagai media pendingin) :
a) Memasangkan pola cetakan pada bingkai bagian drag .
b) Menaburkan bedak / tepung halus diatas permukaan pola, dengan cara ditaburkan menggunakan kain yang dibungkus.
c) Memasukkan  pasir  cetakan  kedalam  bingkai  cetakan  bagian drag dengan  cara  ditumbuk  agar  pasir  cetak tidak runtuh saat membalik bingkai.
d) Membalik bingkai cetakan drag menjadi menjadi dibawah, dan bingkai cope menjadi menjadi diatas.
e) Menaburkan bedak / tepung yang halus pada atas pola dengan cara ditaburkan hingga merata.
f) Memasangkan saluran turun pada inti.
g) Memasukan pasir cetak kedalam bingkai cetakan bagian cope , dengan cara ditumbuk.
h) Mengambil saluran turun.
i) Mengangkat bingkai cope , harus dengan hati-hati agar pasir cetak tidak runtuh.
j) Mengambil pola cetakan.
k) Memasangkan kembali bingkai cope diatas bingkai drag .
l) Memasangan selang dan pompa pada chiller .
m) Menghidupkan pompa aquarium sebelum penuangan logam cair.
n) Menuangkan logam cor pada saluran turun, bersamaan dengan itu air bersirkulasi mengalir hingga logam cair membeku.
o) Membongar bingkai cetakan setelah logam membeku dan keras, kurang lebih 5 menit.
Hasil proses pengecoran dibersihkan dan dibuat spesimen untuk masing-masing pengujian, sesuai bentuk dan ukuran  dengan  standar  yang  digunakan.  Pada  penelitian  ini  digunakan  uji  kekerasan  logam  metode  Rockwell dengan indentor bola baja diameter 1/16 inchi  dengan beban mayor 100 kg (HRB), seperti yang terlihat pada tabel 1.
Table 1. Skala kekerasan Rockwell [3]

## 3. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
Hasil proses pengecoran propeler alumunium adalah seperti yang terlihat pada gambar 11 dan gambar 12.
Gambar 11. Produk cor propeler kapal alumunium tiga sudu

## Gambar 12. Hasil pengecoran sebelum dan setelah proses finishing

## 3.1.   Komposisi Kimia
Tabel 2 menunjukkan komposisi kimia material alumunium propeler kapal yang digunakan pada penelitian ini, seperti yang biasa digunakan pada UMKM atau industri logam yang ada di Juwana Pati.
Tabel 2. Komposisi kimia alumunium propeler kapal
Al Si Fe Cu Mn Mg Cr Ni Zn Sn Ti Pb Be Ca Sr V Zr 1 74,3800 1,8600 0,3550 11,2000 0,7300 0,7460 0,9770 0,1010 3,6900 0,8370 0,2540 4,4500 0,0000 0,0872 0,0000 0,0000 0,3230 2 68,0200 3,2800 0,9800 12,2000 1,3900 0,0000 0,0312 0,0005 0,0049 4,4700 0,2430 9,2500 0,0000 0,0416 0,0000 0,1990 0,0000 Mean 71,2000 2,5700 0,6675 11,7000 1,0600 0,3730 0,5041 0,0508 1,8475 2,6535 0,2485 6,8500 0,0000 0,0644 0,0000 0,0995 0,1615 No.
Komposisi (%)
Dari tabel 2 diatas terlihat bahwa material adalah paduan alumunium yang mengandung komposisi rata-rata kimia Al = 71,2 %,  Cu = 11,7 %, Si = 2,57 %, Fe = 0,67 %.
Gambar 13. Diagram fase biner Al-Cu [3]
Dari diagram fase biner Al-Cu seperti yang terlihat pada gambar 13 diatas, untuk alumunium dengan kandungan 11,7 % Cu termasuk tipe α + θ dengan titik cair (liquid) sekitar 640 o C. Temperatur ini dapat
dijadikan  acuan  untuk  proses  peleburan  sehingga  dapat  dihindari  temperatur  peleburan  berlebih  yang justru merusak cairan logam cor. [2,3]

## 3.2.   Kekerasan
Hasil  pengujian  kekerasan  pada  pengecoran  propeler  konvensional  tanpa  menggunakan chiller pendingin  dan  pengecoran  dengan  teknik  pembekuan  searah  menggunakan chiller pendingin  adalah seperti pada tabel 3.
Tabel 3. Kekerasan alumunium dengan pengecoran konvensional dan dengan chiller pendingin
Kekerasan Rata- Std. Kekerasan Rata- Std. (HRB) rata Deviasi (HRB) rata Deviasi (HRB) Prosentasi 1 59,0 63,0 2 61,5 62,5 3 62,0 64,0 4 59,5 62,0 5 59,5 63,5 6 61,5 62,5 3,9945%
60,5000 1,3038
62,9167 0,7360 2,4167
No.
Pengecoran Konvensional Pengecoran Pembekuan Searah Kenaikan Kekerasan Tanpa Chiller Pendingin Dengan Chiller Pendingin
Dari tabel kekerasan diatas dapat dibuat grafik seperi pada gambar 14. Kekerasan rata-rata material alumunium  hasil  dengan  pengecoran  konvensional  tanpa  menggunakan chiller adalah  60,5  HRB  dan dengan teknik pembekuan searah dengan chiller pendingin adalah 62,9 HRB naik sebesar 2,4 HRB atau 3,99%.
50,0 52,0 54,0 56,0 58,0 60,0 62,0 64,0 66,0 68,0 70,0 1 2 3 4 5 6 K ek er asan (HR B) Pengecoran Tanpa Chiller

## Gambar 14. Grafik kekerasan material alumuniun

## 4. KESIMPULAN
Dari penelitian ini dapat disimpulkan sebagai berikut:
1) Material yang digunakan adalah material alumunium daur ulang dengan kandungan mayor : Al, Cu, Si, Fe, Pb, dan material lain.
2) Kekerasan  rata-rata  material  hasil  pengecoran  dengan  teknik  pembekuan  searah  dengan  menggunakan chiller pendingin naik sebesar 2,4 HRB, mengalami peningkatan 3,99%  dari 60,5 HRB menjadi 62,9 HRB.

## 5. SARAN
Perlu  dilakukan  penelitian  lanjutan  tentang  teknik  dan  metode  pada  pengecoran  propeler,  sehingga  dapat meningkatkan kualitas dan daya saing produk.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Setiawan,  H.,  2013.  “Pengujian  Kekuatan  Tarik,  Kekerasan  dan  Struktur  Mikro  Produk  Cor  Propeler Kuningan” . Jurnal SIMETRIS, Vol. 3 No. 1 April 2013.
[2] Callister  Jr.,W.D.,  Rethwisch,  D.G.,  (2010). Materials  Science  and  Engineering,  An  Introduction .  Eight Edition, New York, USA : John Wiley & Sons.
[3] Surdia, T dan Saito, S. (1992). Pengetahuan Bahan Teknik . Jakarta:  P.T. Pradnya Paramitha.
[4] Brown, JR. (2001). Foseco Non-Ferrous Foundryman’s Handbook, Eleveth Edition. Oxford: Butterworth- Heinemann.
[5] Disperindag Pati. (2008). Profil Usaha Industri Kecil Menengah Perlogaman . Pati.
[6] Slamet, S. (2007). Pengaruh Konsentrasi Cu pada Proses Pembekuan Searah Paduan Al-Cu . Thesis, Teknik Mesin UGM, Yogyakarta.
[7] Smallman, R.E. and Bishop, R.J. (1999). Modern Physical Metallurgy and Materials Engineering, Science, process, applications . Sixth Edition, Oxford: Butterworth-Heinemann.