Abstrak —Aluminium  merupakan  salah  satu  material  yang semakin  banyak  dimanfaatkan  terutama  pada  industri komponen mesin.Cacat pada hasil cor sangat dihindari karena akan  berpengaruh  pada  kualitas  hasil  yang  merubah  dimensi dan sifat mekanik dari benda hasil cor. Shrinkage merupakan cacat  yang  terjadi  karena  perbedaan  kecepatan  pendinginan pada benda cor. Penambahan variasi ukuran dimensi cil dalam (internal  chill)  bertujuan  untuk  menganalisa  pengaruh perubahan  dimensi  terhadap  cacat  shrinkage  pada pengecoran.Penelitian  pembuatan  benda  coran  dilakukan dengan  menggunakan  bahan  coran  aluminium  6061  dengan menggunakan  metode  pengecoran  pasir.  Sistem  saluran  yang digunakan  menggunakan  ketentuan  AFS.  Jenis  saluran  yang digunakan  adalah  horizontal  parting-line,  serta  pasir  cetak dengan  komposisi  pasir  silica  89%,  bentonit  7,5%,  dan  air 3,5%.  Hasil  penelitian  menunjukkan  pengaruh  penggunaan dimensi  internal  chill  terhadap  prosentase  jumlah  cacat shrinkage  dengan  diameter  15,  20,  dan  25  secara  berurutan sebesar  3,82,  1,28,  dan  1,01%.  Penggunaan  variasi  dimensi internal chill pada pengecoran benda yang semakin diperbesar dapat  berfungsi  dengan  baik  serta  menggeser  lokasi  cacat penyusutan  menjauhi  internal  chill.Grafik  yang  didapatkan dari  pengukuran pada internal chill  diameter  25  mm (daerah yang  mengalami  prosentase  cacat  terkecil)  memiliki kemampuan menyerap panas lebih baik daripada diameter 15 dan 20 mm.
Kata  Kunci —Cacat  penyusutan  (shrinkage),  cil  dalam (internal chill), sistem saluran (gating system ).

## I. PENDAHULUAN
acat  pada  hasil  cor  sangat  dihindari  karena  akan berpengaruh  pada  kualitas  hasil  yang  mengubah dimensi dan sifat mekanik dari benda hasil cor. Cacat coran yang  sering  terjadi  adalah  cacat  penyusutan  ( shrinkage ). Penyebab  cacat  tersebut  karena  adanya  proses  pembekuan atau  solidifikasi  yang  tidak  merata  pada  produk.  Cacat shrinkage pada  hasil  coran  dapat  dihindari  dengan perancangan sistem saluran yang tepat. Sistem saluran yang tepat  akan  menghasilkan logam cair  mampu  untuk  mengisi seluruh  rongga  cetak,  membuat  gesekan  aliran  kecil,  dan menghasilkan  aliran  cairan  logam  yang  tenang  (laminer) sehingga proses pembekuan berlangsung dengan baik. Oleh karena itu perancangan sistem saluran perlu memperhatikan beberapa  faktor  seperti  bentuk  dimensi  benda  yang  akan dicor, jenis material yang digunakan, proses solidifikasi, dan perpindahan panas.
Proses  solidifikasi  sangat  tergantung  dari  kecepatan pendinginan  benda  cor.  Oleh  karena  itu,  selain  dari perancangan sistem saluran yang tepat, penambahan sistem
pendingin  pada  proses  pengecoran  sangat  mempengaruhi hasil  dari  benda  coran.  Sistem  pendingin  benda  cor  dapat dilakukan  dengan  menambahkan  cil  dalam  ( internal  chill ) pada  perencanaan  pengecoran.Penambahan  mekanisme tersebut diharapkan akan  mengurangi cacat sringkage yang dihasilkan.Pada  penelitian  ini  digunakan  variasi  dimensi internal  chil  yang  bertujuan  untuk  menganalisa  pengaruh perubahan  dimensi internal  chill terhadap  cacat  shrinkage pada pengecoran aluminium 6061.

## II. TINJAUAN PUSTAKA

## A. Sistem Saluran
Sistem saluran  merupakan jalan masuk atau saluran bagi logam  cair  yang  dituangkan  dari  ladel  menuju  ke  dalam rongga  cetakan.Sistem  saluran  yang  optimal  berdasarkan American  Foundrymen’s  Society (AFS)  dapat  dibuat berdasarkan ketentuan sebagai berikut:
1. Sistem  saluran  menggunakan  sistem  tanpa  tekanan dimana  perbandingan  antara  luasan  saluran  turun  : pengalir : saluran masuk adalah 1 : 4 : 4.
2. Saluran turun yang digunakan adalah saluran turun yang meruncing dengan bagian bawah saluran turun mengecil merupakan luasan penyempitan.
3. Menggunakan cawan tuang.
4. Sprue  base digunakan  untuk  menyerap  energi  kinetik yang jatuh dari saluran turun.
5. Pengalirdiletakkan di drag dan saluran masuk di cup .
6. Perpanjangan  pengalir  digunakan  untuk  menjebak  slag atau pengotor dari logam cair.
Gambar 1: Sistem saluran pada pengecoran [1]

## B. Cil (Chill)
Cil  adalah benda (terutama  logam)  yang  diletakkan  di bagian  cetakan  untuk  mendinginkan  coran  secara  cepat,
Studi Eksperimen Pengaruh Variasi Dimensi Cil dalam ( Internal Chill) terhadap Cacat Penyusutan ( Shrinkage ) pada Pengecoran Aluminium 6061
Nurhadi Ginanjar Kusuma, Indra Sidharta dan Soeharto Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia
e-mail : Sidarta.me.its.ac.id
C
yang  dibagi  menjadi  tiga  macam  yaitu  cil  luar  ( external chill ), cil dalam ( internal chill ), dan cetakan logam.Cil lazim dipakai  untuk  coran  bukan  besi.  Bahan  untuk  cil  biasanya besi  cor,  dimana  cil  tersebut  sering  dipergunakan  untuk coran paduan aluminium.
Cil  dalam  ( internal  chill )  dipasang  pada  pertemuan  bos kecil  yang  jauh  dari  penambah  yang  akan  dikelilingi  oleh logam dengan maksud untuk mencegah penyusutan di dalam logam.Perhitungan dimensi cil dalam ( internal chill ) dengan menggunakan  benda  bentuk  X  dapat  ditentukan  dengan menggunakan rumus: [2]
, Jika T1 ≤ T2 (Pers. 2.8)
Dimana : d  =  Diameter cil (mm) T1 =  Lebar coran pada daerah 1(mm) T2 =  Lebar coran pada daerah 2 (mm)
Gambar 2. Lokasi cil dalam ( internal chill ) pada pertemuan X [2]

## C. Cacat Penyusutan (Shrinkage)
Cacat  penyusutan  ( shrinkage )  merupakan  cacat  pada coran  berupa  cekungan.Hal  ini  terjadi  disebabkan penyusutan volume logam cair pada saat proses pembekuan serta tidak mendapatkan pasokan logam cair dari riser . Pada saat  proses  pembekuan,,  tiap  bagian  coran  yang  berbeda bentuknya  memiliki  kecepatan  pembekuan  yang  berlainan. Cacat shrinkage terjadi  pada  bagian  yang  membeku  paling akhir.
Gambar 3. Cacat penyusutan ( shrinkage ) [3]
Pada  setiap  pembuatan  cetakan  ( mould )  harus  selalu memperhitungkan  terjadinya  penyusutan  ( shrinkage )  saat terjadi  pembekuan.  Ketika  dilakukan  proses  peleburan, terjadi  proses  pemuaian  ( ekspansion )  pada  logam  padat. Logam  padat  tersebut  akan  mengalami  perubahan  volume yang  lebih  besar  karena  mendapatkan  energi  dari  luar sehingga  molekul-molekul  di  dalam  logam  padat  tersebut bergerak  lebih  aktif.  Molekul  yang  bergerak  aktif  ini menyebabkan  jarak  antar  molekul  bertambah  lebar,  dan apabila energi yang diterima bertambah banyak ikatan antar molekul dapat terlepas sehingga logam padat dapat berubah menjadi  logam  cair.  Sedangkan  pada  proses  pembekuan, logam  cair  akan  mengalami  penyusutan  yang  membuat volume logam semakin kecil. Jadi jika dibandingkan dengan
ukuran  pada  rongga  cetak,  ukuran  produk  akan  berbeda, yaitu  ukurannya  menjadi  lebih  kecil  dibandingkan  rongga cetaknya. Ilustrasi shrinkage dapat dilihat pada gambar 4.
Gambar 4. Ilustrasi shrinkage pada setiap fase [4]
Cacat shrinkage dapat  dihindari  dengan  menggunakan penambah ( riser ) ataupun dengan memberikan pendinginan ( chiller )  pada  benda  cor.Solidifikasi shrinkage beberapa material dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel  1.
Solidifikasi shrinkage beberapa material [5] Metal Crystal Melting point Volume change Structure ( 0 C) (%) Al fcc 660 7.14 Au fcc 1063 5.47 Co fcc 1495 5.26 Cu fcc 1083 5.30 Ni fcc 1453 5.1 1 Pb fcc 327 3.22 Fe bcc 1536 3.16 Li bce 181 2.74 Na bcc 97 2.60 K bcc 64 2.54

## III. METODOLOGI PENELITIAN

## A. Tahapan Pecngecoran
Penelitian  pembuatan  benda  coran  dilakukan  dengan menggunakan  bahan  coran  aluminium  6061.  Metode  yang digunakan  adalah  pengecoran  pasir.  Pola  benda,  cil  dalam ( internal chill ), sistem saluran, dan rangka cetak terbuat dari kayu.Material  yang  digunakan  sebagai chiller adalah  baja ST  41.  Sistem  saluran  yang  digunakan  adalah horizontal- parting line gating system [6].
Langkah  pertama  yang  dilakukan  adalah  menyiapkan pasir  cetak  dengan  komposisi  pasir  silica  silica  89%, bentonit  7,5%,  dan  air  3,5%  [7].  Langkah  kedua  membuat cetakan  dengan  cara  menyususn  pola  benda,  internal  chill, dan  sistem  saluran  kedalam  rangka  cetak  kemudian ditimbun  dengan  pasir  cetak.  Cetakan  dibuat  sebanyak empat buah tanpa dan menggunakan variasi dimensi internal chill  15,  20,  dan  25  mm.  Pengeringan  cetakan  dilakukan selama dua minggu. Langkah ketiga yaitu proses peleburan, penuangan,  dan  pembekuan  aluminium  6061.  Proses peleburan  aluminium  dilakukan  hingga  temperatur  sekitar 750 0 C  diatas  temperatur melting  point aluminium.Hal  ini dilakukan  untuk  menjaga  temperatur  turun  pada  waktu
1 2 1 T d 
logam  cair  diangkat  dari  tungku  dan  dituang  ke  dalam cetakan.Langkah  terakhir  proses  inspeksi  terhadap  cacat shrinkage  dengan  cara  menghitung  perbandingan  volume cacat terhadap volume total spesimen.
Gambar 5. Dimensi sistem saluran berdasarkan perhitungan  sesuai dengan perencanaan American Foundrymen’s Society  (AFS)

## IV. HASIL PENGECORAN
Berikut  ini  adalah  hasil  benda  cor  yang  diperoleh  dari percobaan:
Tabel  2. Cacat shrinkage hasil pengecoran Pengecoran Cacat Shrinkage Prosentase volume Lokasi Gambar Tanpa cil dalam ( internal chill) 3,49 % Cacat terletak pada benda coran bagian tengah dan dekat dengan saluran masuk Internal chill dengan dimensi diameter 15 mm 3,82 % Cacat terletak pada bagian yang dekat dengan internal
chill dan dekat dengan saluran masuk Internal chill dengan dimensi diameter 20 mm 1,28 % Cacat terletak pada 2 bagian, masing- masing memiliki jarak yang tidak terlalu jauh dari
internal chill dan salah satunya dekat ingate Internal chill dengan dimensi diameter 25 mm 1,01 % Cacat teletak pada 3 bagain, yang masing-masing memiliki jarak yang tidak terlalu jauh dari internal
chill , dan salah satunya dekat dengan ingate

## V. ANALISA DAN PEMBAHASAN
A. Hasil pengukuran temperatur pada cil dalam (internal chill) diameter 15, 20, dan 25 mm
Gambar6  menunjukkan  grafik  perbandingan  laju penurunan  temperatur  dengan  variasi  penggunaan  dimensi internal  chill pada  benda  coran.  Proses  pengambilan  data temperatur  dimulai  saat  dituangkan  logam  cair  kedalam cetakan  pada  temperatur  750 0 C.  Pengambilan  data temperatur  dilakukan  selama  6  menit,  dimana  waktu  tuang untuk masing-masing dimensi diameter 15, 20, dan 25 mm secara  berurutan  adalah  15,  16,  dan  21  detik.  Berdasarkan grafik  tersebut  dapat  dilihat  bahwa  penurunan  temperatur paling  efektif  dengan  menggunakan  dimensi  25  mm, sedangkan dimensi 15 mm kurang efektif.
Gambar 6.Grafik pengukuran temperatur cil dalam ( internal chill ) dengan menggunakan variasi dimensi diameter 15, 20, dan 25 mm.
Percobaan  pada internal  chill diameter  15  mm  memiliki jumlah prosentase cacat shrinkage yang lebih besar daripada diameter 20 dan 25 mm. Cacat yang berada pada lokasi yang dekat  dengan internal  chill disebabkan  kapasitas internal chill untuk  menyerap  panas  dari  logam  cair  relatif  lebih kecil  daripada  diameter  20  dan  25  mm.  Sehingga  daerah yang  membeku  paling  akhir  berada  pada  bagian  tengah benda  coran  dan  dekat  dengan internal  chill .  Percobaan dengan internal chill diameter 20 mm memiliki lokasi cacat shrinkage yang terletak tidak terlalu jauh dari internal chill . Hal  ini  dapat  terjadi  karena  kapasitas  panas  yang  mampu diserap internal  chill relatif  lebih  besar  daripada internal chill diameter  15  mm.  Pendinginan  yang  lebih  cepat  di daerah  sekitar internal  chill akan  menyebabkan  daerah tersebut  mengalami  pembekuan  lebih  awal.  Percobaan terakhir  dilakukan  dengan  menggunakan internal  chill dimensi  25  mm.  Pada  dimensi  ini  cacat shrinkage yang dihasilkan  terletak  lebih  jauh  dari internal  chill ,  selain  itu jumlah  cacat  yang  terjadi  lebih  banyak  namun  dengan volume  yang  lebih  kecil.  Hal  ini  dapat  disebabkan  karena adanya  perubahan  dimensi  lebih  besar  sehingga  proses perpindahan panas yang mampu diserap internal chill lebih banyak  daripada  dimensi  15  dan  20  mm.  Akibat perpindahan  panas  tersebut,  daerah  di  sekitar internal  chill membeku  lebih  cepat,  sehingga  letak  cacat  bergerak menjauhi internal  chill .  Dari  ketiga  percobaan  yang  telah dilakukan terdapat cacat shrinkage pada benda cor di lokasi dekat  dengan  saluran  masuk.Cacat  pada  daerah  ini disebabkan  karena  pada  bagian  tersebut  terisi  logam  cair terakhir dan membeku paling akhir.
Dari  hasil  percobaan  pengecoran  yang  telah  dilakukan, penggunaan  variasi  dimensi internal  chill tersebut  secara efektif  mampu  untuk  menurunkan  cacat shrinkage yang
Cacat shrinkage 0 100 200 300 400 500 600 700 0  40  80  120  160  200  240  280  320  360 T em pe ra tu r (C ) Waktu (detik) cil Ø 15 mm cil Ø
20 mm cil Ø 25 mm
terdapat  pada  hasil  coran.  Percobaan  ini  menghasilkan semakin  besar  ukuran  diameter internal  chill ,  maka  cacat yang  terdapat  pada  hasil  coran  semakin  kecil.  Selain  itu, semakin  besar  ukuran  diameter internal  chill ,  maka  cacat yang terjadi semakin bergeser menjauhi internal chill .
B. Perbandingan  hasil  pengukuran  prosentase  cacat shrinkage pengecoran tanpa
dan
dengan menggunakan variasi dimensi cil dalam (internal chill)
Gambar  7.  Grafik  perbandingan  hasil  pengukuran  prosentase  cacat shrinkage pengecoran tanpa dan dengan menggunakan variasi dimensi cil dalam ( internal chill )
Gambar  7  menunjukkan  hasil  pengukuran  prosentase cacat shrinkage pengecoran tanpa dan dengan menggunakan variasi  dimensi  cil  dalam  ( internal  chill ).  Hasil  percobaan pada  proses  pengecoran  yang  telah  dilakukan  tanpa menggunakan internal  chill diperoleh  jumlah  prosentase cacat shrinkage sebesar  3,49%.  Sedangkan  dengan menggunakan  variasi  dimensi internal  chill diameter diameter  15,  20,  dan  25  mm  secara  berurutan  memiliki prosentase cacat shrinkage sebesar 3,82, 1,28, dan 1,01 %. Pada percobaan pengecoran tanpa  menggunakan internal chill terdapat  cacat  yang  memiliki  lokasi  di  bagian  tengah benda  coran,  selain  itu  terdapat  juga  cacat  dekat  dengan saluran  masuk.  Proses  pendinginan  benda  cor  setelah penuangan logam cair terjadi dari bagian  yang bersentuhan langsung  dengan  pasir  cetak  dan  berlanjut  sampai  bagian tengah benda cor. Proses perubahan fase dari liquid menjadi solid pada logam cair akan menimbulkan penurunan volume dari  logam  cair  tersebut.  Cacat  pada  bagian  tengah  benda cor disebabkan oleh laju pendinginan logam cair yang tidak seragam.Hal  ini  disebabkan  karena  pada  bagian  tengah  cor membeku paling akhir.Selain itu terdapat cacat pada bagian benda  cor  yang  dekat  dengan  saluran  masuk  disebabkan karena terisi logam cair terakhir dan membeku paling akhir. Cacat  pada  percobaan ini  memiliki jumlah prosentase  yang besar sebab pendinginan coran hanya dilakukan oleh pasir.
Penambahan internal  chill pada  benda  coran  berfungsi untuk  menyerap  panas  dari  logam  cair  sehingga mempercepat  proses  pendinginan. Internal  chill yang digunakan  pada  pengecoran  ini  menggunakan  bahan  dari material baja ST 41, dimana memiliki titik lebur diatas titik lebur  aluminium. Internal  chill menggunakan  material  baja ST 41 memiliki kemampuan melepas panas yang cukup baik dibandingkan  dengan  pasir  cetak.  Percobaan  pada  proses pengecoran dengan internal chill diameter 15 mm memiliki
jumlah  prosentase  cacat shrinkage paling  besar  daripada pengecoran  tanpa  dan  menggunakan  variasi chill diameter 20  dan  25  mm.  Prosentase  cacat  pada  diameter  15  mm disebabkan  karena  terdapat  kebocoran  logam  cair  yang disebabkan  adanya  bagian parting  line pada  cetakan  yang kurang rapat. Hal ini menyebabkan benda coran tidak terisi secara  penuh.  Oleh  karena  itu  pada  penggunaan internal chill diameter  15  mm  memiliki  prosentase  cacat  paling besar.
C. Laju perpindahan panas pada cil dalam (internal chill) dengan menggunakan variasi dimensi diameter 15, 20, dan 25 mm
Gambar 8. Laju perpindahan panas pada cil dalam ( internal chill )
Gambar 8 memperlihatkan grafik laju perpindahan panas pada cil dalam ( internal chill ) dengan menggunakan variasi dimensi  diameter  15,  20,  dan  25  mm.  Dari  grafik  tersebut penggunaan internal  chill diameter  15  mm  memiliki trendline  yang  paling  lama  mengalami  laju  perpindahan panas,  sedangkan  pada  diameter  25  mm  mengalami  laju perpindahan panas yang paling cepat.
Perpindahan panas yang terjadi antara logam cair dengan internal chill yaitu secara konveksi dan konduksi.Perpindahan  panas  secara  konveksi  melibatkan fluida  cair dan permukaan padat, dimana  fluida  cair adalah logam  cair  sedangkan  permukaan  padat  adalah internal chill .Perpindahan panas secara konduksi hanya terjadi pada internal chill saja. Percobaan dengan menggunakan internal chill diameter  15  mm  mengalami  perpindahan  panas  yang lebih  lama  daripada  diameter  20  dan  25  mm.  Hal  ini disebabkan  karena  perbedaan  ukuran  dimensi  yang  lebih kecil  menyebabkan  kemampuan  laju  perpindahan  panas semakin lama. Ukuran dimensi diameter pada internal chill sangat  berpangaruh  terhadap  laju  perpindahan  panas. Semakin  besar  diameter  yang  digunakan  maka  laju perpindahannya akan semakin besar, dan sebaliknya.

## VI. KESIMPULAN

## A. Kesimpulan
Dari  hasil  percobaan  dan  analisa  yang  telah  dilakukan, didapatkan beberapa kesimpulan antara lain :
1. Penggunaan  variasi  dimensi  cil  dalam  ( internal  chill ) pada  pengecoran  benda  yang  semakin  diperbesar  dapat berfungsi  dengan  baik  mengurangi  serta  menggeser
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 tanpa chill 15 20 25 Pr osent ase ca ca t ( % ) Diameter internal chill (mm) 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 0  40  80  120  160  200  240  280  320  360 Q (W ) Temperatur (C) cil Ø 15 mm cil Ø 20
mm
cil Ø 25 mm
lokasi  cacat  penyusutan  ( shrinkage )  menjauhi internal chill
2. Pada  pengujian  prosentase  cacat shrinkage ,  didapatkan nilai terkecil pada dimensi internal chill diameter 25 mm sebesar 1,01% dan terbesar pada dimensi 15 mm sebesar 3,82%.  Nilai  prosentase  cacat  cenderung  berkurang seiring dengan bertambahnya diameter.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]. ASM Handbook. 1988. Metals Handbook Ninth Edition Volume 15 Casting. TheUniversity of Alabama.
[2]. Surdia,Tata. TeknikPengecoranLogam .  edisi  ke  9.  Jakarta:  PT. PradnyaParamita, 2006.
[3]. Beely,  P.R. Foundry  Technology .  Oxford:  Butterworth-Heinemann, 1972.
[4]. Kutz,  Myer,  Handbook  Of  Materials  Selection,  New  York  :  John Wiley & Sons, Inc. 2002.
[5]. Cambhell jhon, Casting , Jhon wiley and Son. 1982.
[6]. Pratama, Rizal Mahendra. Studi Eksperimen Pengaruh Jenis Saluran Pada Aluminium Sand Casting Terhadap Porositas Produk Toroidal Piston ,  Skripsi,  Jurusan  Teknik  Mesin  Institut  Teknologi  Sepuluh Nopember, Surabaya, 2012.
[7]. Nugroho,  Bayu  Adityo. Studi  Eksperimen  Pengaruh  Komposisi Pasir  Cetak  Pada  Aluminium  Sand  Casting  Terhadap  Porositas Produk  Toroidal  Piston, Skripsi,  Jurusan  Teknik  Mesin  Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya, 2012.