## CAKRAM
Jurnal Teknik Mesin:

## ANALISA KERUSAKAN RISER TUBE PADA MESIN LPDC DAN UPAYA PENCEGAHANNYA

## Giyanto 1
1 Program Studi Teknik Mesin, Universitas Pamulang, Jl. Surya Kencana No. 1, Tangerang Selatan, Indonesia
E-mail : giyanto_328@yahoo.co.id
Masuk : 5 Maret 2018
Direvisi : 29 September 2018             Disetujui : 5 Oktober 2018
Abstrak : Riser tube pada mesin LPDC penggantian setiap 10 x 8 jam ( 80 Jam ). Kerusakan yang terjadi pada umumnya retak dan keropos pada permukaan body Riser Tube . Akibat kerusakan tersebut cairan laju kuningan yang masuk ke cetakan tumpah ke lokasi sekitar mesin. Tujuan penelitian kerusakan Riser Tube adalah untuk menganalisa penyebab terjadinya kerusakan retak dan keropos serta upaya memperpanjang umur pakai. Analisa pengkajian penyebab utama terjadinya kerusakan Riser Tube dilakukan melalui pengujian komposisi kimia, Uji kekerasan, Uji scanning elektron microscopy ( SEM ), Uji metalografi dan pengamatan perubahan sifat mekanis logam material Riser Tube akibat pengaruh panas pada proses peleburan di tungku furnace. Kesimpulan penyebab utama retak dan keropos disebabkan thermal fatique dan korosi suhu tinggi. Digunakan untuk pengembangan kualitas serta  optimasi  usaha  memperpanjang  umur  operasional  (  Life  time  )  meliputi  perbaikan  desain,  material,  manufaktur,  cara pemasangan serta penerapan system manajemen pemeliharaan yang tepat.
Kata kunci : LPDC , Riser Tube, Kerusakan, Pengujian, Pemeliharaan.
Abstract: Riser tube on LPDC replacement machine every 10 x 8 hours (80 hours). The damage that occurs is generally cracked and porous on the surface of the Riser Tube body. As a result of the damage the brass rate fluid that goes into the mold spills into the location around the machine. The objective of this research is to analyze the cause of crack and porous damage and to extend the  life  of  the  wearer.  Assessment  analysis  of  the  main  causes  of  damage  to  Riser  Tube  is  done  through  testing  of  chemical composition, Hardness Test, Scanning Electron Microscopy (SEM) Test, Metallographic Testing, and Observation of Changes in Mechanical Properties of  Riser Tube Metal Material due to heat effect on melting process in Furnace. The main causes of crack and porous causes are due to thermal fatique and high temperature corrosion. Used for the development of Riser Tube quality as well as business optimization to extend operational life (Life time) covering the design, material, manufacturing, installation and maintenance of appropriate maintenance management system.
Keyword : LPDC, Riser Tube, Damage, Examination, Maintenance.

## PENDAHULUAN
M esin Low Pressure Die Casting (LPDC)  merupakan jenis die casting yang menggunakan tekanan rendah dalam proses manufaktur pengecoran sehingga menghasilkan produk kwalitas tinggi untuk part  – part material non ferrous dengan paduan ( alloy ) aluminium ( al ), seng ( zinc ), tembaga ( coppe r ) dan kuningan ( brass ) . Saat ini Mesin LPDC digunakan untuk proses produksi pengecoran kuningan ( bras castin g ) .
Operasional Mesin LPDC pada temperatur ±1.000ºC, Untuk mengendalikan kinerja mesin pada temperatur tersebut,  dibutuhkan  kontrol  suhu  pada  tungku  furnace  material  panas  agar  di  ketahui  standart  optimal  proses peleburan  kuningan ( brass casting ) yang  terdiri  dari  paduan  Tembaga  ( Cu )  dan  Zing  ( Zn ).  Kontrol  suhu  tungku furnace diidentifikasi oleh Thermocouple yang ditempatkan pada lubang bagian dalam Thermal shield dan terpasang pada  penutup  tungku  furnace ( furnace  cover ) .  Sebagian  body Riser  Tube (bagian  tengah  ke  bawah)  terendam material panas pada temperatur tinggi dan bagian  kepala (tengah keatas) berada pada temperatur ruang / suhu bebas. Masuknya  material  ke  mould  atau  cetakan  dari  tungku  furnace  yang  melalui  lubang  aliran  material  di  identifikasi oleh Riser  Tube yang terpasang pada penutup tungku furnace ( furnace cover ). Tujuan penelitian kerusakan Riser
Jurnal Teknik Mesin: CAKRAM 2018 Giyanto, Penelitian kerusakan riser tube pada mesin LPDC dan upaya pencegahannya
Tube adalah untuk menganalisa penyebab terjadinya kerusakan retak dan keropos. Pengujian dilakukan melalui uji komposisi kimia, uji metalografi, uji kekerasan dan uji SEM / EDS.
Gambar 1. Sample uji pada riser tube dan skema proses LPDC

## METODOLOGI

## a.Tahap awal penelitian
Pada tahap ini akan dilakukan review terhadap Riser Tube yang meliputi analisis kegagalan cacat retak dan keropos, analisa komposisi kimia, analisa metalografi dan analisa SEM / EDS .

## b.Tahap penelitian
Pengamatan  visual  yaitu  dengan  melakukan  pemeriksaan  secara  langsung  terhadap  material Riser  Tube yang  mengalami  kerusakan  dan  kegagalan.  Untuk  mendapatkan  data  yang  lebih akurat  dilakukan  pengambilan  photo  pada Riser  Tube yang  rusak  dan  komponen-komponen lainnya yang berhubungan dengan sistem operasi Mesin LPDC
Gambar 2. Diagram alir penelitian
Jurnal Teknik Mesin: CAKRAM 2018 Giyanto, Penelitian kerusakan riser tube pada mesin LPDC dan upaya pencegahannya

## c. Pengujian Komposisi Kimia
Pemeriksaan komposisi kimia bertujuan untuk mengetahui komposisi material Riser Tube sehingga dapat dilakukan komparasi antara material desain dengan komposisi material Riser Tube secara aktual. d. Pengamatan Visual / Makrografi Pengamatan  visual  yaitu  dengan  melakukan  pemeriksaan  secara  langsung  terhadap  material Riser  Tube yang mengalami kerusakan dan kegagalan. Untuk mendapatkan data yang lebih akurat dilakukan pengambilan photo pada Riser Tube yang rusak. e. Pengujian Kekerasan Uji kekerasan ( hardness testing ) dimaksudkan untuk mengetahui daya tahan Riser Tube terhadap deformasi plastis, ketahanan aus serta abrasif pada material. f. Analisa Scanning Electron Microscopy (SEM)
Pada  analisa  SEM  dan  EDX,  dilakukan  pada  permukaan  yang  mengalami  retak,  hal  ini  dimaksudkan  untuk memastikan salah satu penyebab terjadinya retak pada permukaan Riser Tube.

## HASIL & PEMBAHASAN
Proses  pengecoran  mesin  LPDC,  logam  cair  kuningan  setelah  dilebur  didalam  tungku furnace kemudian dialirkan  menuju  cetakan  melalui Riser  Tube ,  untuk  menekan  laju  cairan  tersebut  diperlukan  tekanan  rendah dibawah  satu  atmosfer  sehingga  tekanan  terjadi  pada  permukaan  logam  .  Logam  akan  terdorong  ke  atas  melalui lubang Riser  Tube dan  masuk  ke  dalam  cetakan  atau  mould  yang  telah  dipasang  sebelah  atas  dan  menghasilkan produk coran.
a. Analisa Struktur Mikro Riser Tube
Analisa  struktur  mikro  dilakukan  untuk  mengetahui  adanya  unsur  cacat  material,  perubahanan  struktur material
Gambar 3. Lokasi pengambilan sampel
Gambar 4. Indikasi cacat retak bagian lubang dan retak bagian sudut dan Bentuk cacat thermal fatique corrosion yang terdapat pada Riser Tube.
Indikasi cacat yang terdapat pada riser tube antara lain :
- Terkikis permukaan akibat fluktuasi liquid produk
- Retak didaerah sudut sejajar cacat permukaan menunjukkan adanya beban dinamis.
- Retak – retak pada bagian lubang alir liquid akibat proses pemanasan burner
Bentuk cacat thermal fatique corrosion  pada bagian kepala Riser Tube yang di akibatkan terkena panas dari tungku barner dan cairan brass casting masuk ke dalam bagian yang retak .
Gambar 5. Sampel 1 potongan melintang dan sampel 2 potongan memanjang dan  Sampel 3 Potongan memanjang dibagian cacat mempunyai dekarburisasi dan permukaan bagian kepala riser tube
Pada Sampel 1 potongan melintang dan sampel 2 potongan memanjang yang diambil di bagian kepala Riser Tube , tebal dekarburisasi 1.9 s/d 3,2 mm sedangkan kedalaman thermal crack 16 mm
Jurnal Teknik Mesin: CAKRAM 2018 Giyanto, Penelitian kerusakan riser tube pada mesin LPDC dan upaya pencegahannya
Gambar 6. Permukaan bagian kepala riser tube dan menujukan perbesaran 500 x lokasi A & B
Permukaan  bagian  kepala  riser  tube  mengalami  dekarburisasi  atau  pengurangan  carbon  akibat  cairan  brass casting masuk ke dalam bagian yang retak. Pembesaran dari lokasi A yang mengalami dekarburisasi, struktur mikro berupa  feritik dan pembesaran pada lokasi B matriks srtuktur berupa perlitik dengan grafit lamelar.
Gambar 7. Sampel 2 potongan memanjang kepala Riser Tube mengalami dekarburisasi.
Sampel  2  potongan  memanjang  lokasi  2.1  pada  permukaan  bagian  kepala Riser  Tube mengalami dekarburisasi  3.2  mm,  akibat  pemanasan  burner  lebih  tebal  dibanding  sisi  lubang Riser  Tube dengan  yang  dilalui produk  1.9  mm  (lihat  keterangan  Gambar  8).  Retak  memotong  batas  butir  ( Transgrannular  Crackings ) terjadi  di daerah sudut yang mengalami SCC ( Stress Corrosion Crackings ) . Korosi dapat terjadi dari kandungan bahan bakar gas.
Gambar 8. Pemeriksaan sampel 4 daerah yang terendam liquid Cu pada bagian luar atau bagian diameter luar.
Gambar  9.  Pemeriksaan  sampel  4  daerah  yang  terendam  liquid  Cu  pada  bagian  tengah  dan  pemeriksaan  sampel  4 daerah yang terendam liquid Cu pada bagian dalam atau bagian diameter dalam
Pada  gambar  8,9  menjelaskan  pemeriksaan  sampel  4  merupakan  daerah  yang  terendam  liquid  Cu  secara  terus menerus sehingga material Cu masuk ketengah tebal. Struktur mikro bagian tengah berupa perlitik dan α Cu/brass
b. Analisa Scanning Electron Microscopy (SEM)  dan Energy Dispersive X-Ray Analysis (EDX) Pada analisa SEM dan EDX, dilakukan pada permukaan yang mengalami retak permukaan Riser Tube
Gambar  10.  Pemeriksaan  permukaan  kepala  riser  tube  pada  lokasi  yang  retak  dengan  100x    pembesaran menggunakan SEM
Dari hasil  uji SEM  menggambarkan bahwa  unsur kimia  Zn dan detail terhubungkan  yang terbentuk pada Rz  max,  proses  retak  dan  keropos.  Kerusakan  kombinasi  dari  thermal  fatique  dan  retak  dengan  liquid  metal embrittlement (LME) dibuktikan dari hasil uji SEM
ZAF method standardless quantitative analysis Fitting coefficient : 0.2179 Tabel hasil uji EDX unsur kimia Zn dengan mass 2.07%, atom 0.99% dan K 1.9257
Element (Kev) Mass % Error % Atom % Compound Mass % Cation K C    K 0.277 5.55 0.10 14.46 1.1567 O   K 0.525 21.25 0.10 41.54 26.1851 Si   K 1.739 5.75 0.11 6.41 3.6824 Fe  K 6.398 65.36 0.24 36.60 67.0500 Zn  K 8.630 2.07 0.66 0.99 1.9257 Total 100.00 100.00
Dari hasil uji SEM  menggambarkan bahwa unsur kimia Zn dan detail terhubungkan  yang terbentuk pada Rz max, proses  retak  dan  keropos.  Kerusakan  kombinasi  dari  thermal  fatique  dan  retak  dengan  liquid  metal  embrittlement (LME) dibuktikan dari hasil uji SEM
C.Analisa Komposisi Kimia
Berdasarkan hasil pemeriksaan visual, dipandang perlu untuk melakukan pengujian analisa komposisi kimia sebagai berikut :
Tabel 1. Hasil uji komposisi kimia pada riser tube
Dari analisa komposisi kimia Riser Tube kondisi bagian atas (sampel 1) dan bagian bawah (sampel 2) dapat disimpulkan bahwa :
1) Unsur karbon (C) pada Riser Tube sesuai dengan  standar JIS G5501 2007 (3.2 - 3.5%C), pada kondisi bagian  atas  (>4.50%C)  dan  kondisi  bagian  bawah  (>4.50%C)  memperlihatkan  perbedaan  komposisi karbon  yang  significant  sehingga Riser  Tube terpengaruh  efek  panas  dengan  berkurangnya  sifat kekerasan, sifat tarik, elongasi, kekuatan impact namun mempercepat titik lebur.
2) Unsur silikon (Si) pada Riser Tube sesuai dengan  standar JIS G5501 2007 (2.0-2.5%Si), pada kondisi bagian  atas  (2.83%Si)  dan  kondisi  bagian  bawah  (2.10%Si)  untuk  kondisi  bagian  atas  lebih  tinggi dibandingkan  standart  sehingga  ketahanan  material  kurang  handal  dan  menurunnya  sifat  mekanis logam dan kondisi bagian bawah sesuai dengan standar JIS G5501 ( yaitu 2.0 – 2.5% Si).
3) Unsur  sulfur  (S)  pada Riser  Tube sesuai  dengan    standar  JIS  G5501  2007  (0.15%S)  namun  pada kondisi  bagian  atas  (>  0.180%S)  dan  kondisi  bagian  bawah  (>  0.180%S)  lebih  tinggi  dari  standart, dengan tingginya unsur sulfur (S) pada material sulfur maka akan  mempengaruhi sifat  mampu  mesin dan sifat kekerasannya.
4) Unsur  phosfor  (P)  pada Riser  Tube sesuai  dengan    standar  JIS  G5501  2007  (0.4%P  max),  kondisi bagian  atas  (0.106%P)  dan  kondisi  bagian  bawah  (0.125%P)  lebih  rendah  sehingga  mempengaruhi terbentuknya fasa ferit dan meningkatkan ketahanan korosi dan oksidasi.
5) Unsur  mangan  (Mn)  pada Riser  Tube sesuai  dengan    standar  JIS  G5501  2007  (0.6  –  0.8%Mn),  pada kondisi bagian atas (0.824%Mn) dan kondisi bagian bawah (0.629%Mn) untuk bagian atas lebih tinggi sehingga material tahan pada temperatur tinggi namun elongasi turun dan kondisi bagian bawah sesuai dengan standar JIS G5501 ( yaitu 0.6 – 0.8% Mn)
Unsur  Besi  (Fe)  pada Riser  Tube sesuai  dengan    standar  JIS  G5501  2007  (93.2%Fe),  pada  kondisi  bagian  atas (77.5%Fe) dan kondisi bagian bawah (86.1%Fe) merupakan do minasi / material utama sehingga akan terpengaruh komposisinya jika unsur - unsur lainnya  (Cr, Ni, Mo, Cu, Al, V, Ti, Co, Nb, Zr, Pb) berubah.
d. Analisa Kekerasan Analisa  kekerasan  pada Riser  Tube bagian  dalam  dimaksudkan  untuk  menganalisa  perubahan  kekerasan  akibat panas  yang diterima. Sampel  uji kekerasan diambil  masing-masing pada daerah dekarburisasi / kepala Riser Tube , daerah  tengah  kepala Riser  Tube dan  daerah  yang  terendah  material  brass  ingot.  Uji  kekerasan  tersebut menggunakan metode Hardness Vikers (ASTM SNI -19-0409-1989)  dengan beban 5 Kgf , sudut indentor 136° dan waktu uji 15 detik.
Jurnal Teknik Mesin: CAKRAM 2018 Giyanto, Penelitian kerusakan riser tube pada mesin LPDC dan upaya pencegahannya
Gambar 11. Benda uji Riser Tube untuk uji kekerasan hardness Vickers
Gambar 12. Hasil uji kekerasan hardness vikers Hasil uji kekerasan dengan skala vikers (HV) adalah sebagai berikut : - Nilai kekerasan pada daerah dekaburisasi anatara 74.4 ~ 108.8 HV -  Nilai kekerasan pada daerah tengah kepala Riser Tube antara 115 ~ 199 HV. - Nilai kekerasan pada daerah terendam liguid brass ingot antara 179 ~ 306 HV

## KESIMPULAN DAN SARAN
Berdasarkan hasil analisa dan pembahasan pada BAB IV dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut:
1. Material Riser  Tube terbuat  dari grey  iron  casting sesuai  dengan  spesifikasi  JIS  Ferrous  Materials  dan Metallurgy I 2007 G5501  terdapat Pearlitic grey casting
2. Jenis kerusakan yang terjadi pada Riser Tube kemungkinan bisa disebabkan oleh efek kombinasi :
3. Thermal cyclis kemudian terjadi Thermal stress cyclis & mengakibatkan terjadi Fatique crack
4. Melalui crack/retak cairan Cu + Zn masuk atau penetrasi menjadi korosi suhu tinggi atau LME
5. Hasil  struktur  mikro  menguji  pada  LME  kemudian  terjadi  perubahan  struktur  fearlit  menjadi  ferrit dibuktikan berubah struktur tersebut dapat terjadi thermal fatique
6. Hasil SEM menguji unsur kimia Zn dan detail terhubungkan yang terbentuk pada Rx max, proses retak dan keropos.  Kerusakan  kombinasi  dari thermal fatique dan  retak  dengan  LME  dibuktikan  dengan  hasil  uji SEM
Jurnal Teknik Mesin: CAKRAM 2018 Giyanto, Penelitian kerusakan riser tube pada mesin LPDC dan upaya pencegahannya

## SARAN
- Perlu dilakukan pengkajian kembali secara lebih detail dalam pemilihan material, desain, pemasangan Riser Tube terhadap ketahanan panas. - Perlu ditambahkan prosentase paduan ( alloy ) tertentu pada proses manufaktur (Pengecoran body Riser Tube ) Zr, Cr, Mo dan Ni

## DAFTAR PUSTAKA
1. Andrew KS Jardine, Albert H.C Tsang, Maintenance, Replacement and Reliability , CRC Press, 2006
2. Anrinal, Metalurgi fisik , Andi, Padang, Februari 2013
3. Christopher J, Mc Cauley, Machinery's Handbook , 29th Edition, 2012
4. Daryanto, Ilmu Metalurgy. Satu nusa, Bandung, Oktober 2010
5. D,N. Adnyana, Struktur dan Sifat Mekanis Material Logam , Diktat Mata Kuliah Program Pasca Sarjana (S2) ISTN Jakarta, 2003.
6. Ensiklopedia bebas, Besi tuang - Wikipedia bahasa indonesia, https://id.wikipedia.org/wiki/besi_tuang/
7. Jay Heizer, Barry Render, Operations Management , 2001
8. Japanes Standards Association, Ferrous Material & Metalurgy , JIS Hanbook, Japan 2007
9. J.P. Holman, “Perpindahan Kalor” Erlangga, 1993
10. Jhon Moubray, Reliability Centered Maintenance , 2nd, Industrial Press Inc,1997
11. KWC  Enginering, LPDC  and  Maintenance .  INDUGA  Industrieofen  and  Giesserei-Anlagen  GmbH  &  Co., Germany, 2010
12. Kenji chijiiwa, Tata Surdia , Teknik pengecoran logam, Balai pustaka, Bandung, Nov. 1986
13. KARL-ERIC,T., Steel and Its HeatTreatment ,2 nd ,Buffer Warth&Co Boston,London 1994. 14. R. Widodo, Paduan Cu & ZN (Kuningan) HAPLI, 06 Januari 2012. https :
//hapli.wordpress.com/non_ferro/paduan-cuzn-kuningan.
15. R.Widodo,  Komposisi  besi  cor  kelabu,  HAPLI,  20  April  2012.  https//hapli.wordpress.com/forum- ferro/komposisi-besi-cor-kelabu/
16. Stephen I Karsay, Ductile Iron II , Quebec Iron and Titanium Corporation, Canada 1997 17. The American Foundrymen's Society, Inc, Aluminium Casting Technology, Des Plaines, USA 1993