## VARIASI UKURAN PASIR CETAK TERHADAP KEKERASAN DAN KEKUATAN TARIK CORAN SCRAP PISTON SEPEDA MOTOR
Sigit Gunawan 1 , Sigit Budi Hartono 2 2

## Abstrak
Penelitian ini bertujuan  untuk mengetahui variasi ukuran besar butir pasir cetak terhadap  kekerasan  dan  kekuatan  tarik  coran  scrap  aluminium  piston  sepeda motor.  Aluminium  merupakan  logam  yang  ringan  (berat  jenis  2.56  kg/m 3 atau 1/3 berat jenis tembaga) kekuatan tarik maksimum dalam keadaan dingin 17 – 20 kg/cm 2 ,  dan  titik  cairnya  660ºC,  sedangkan  titik  didihnya  1800°C.    Variabel penelitian  adalah  besar  butir  pasir  silika.  Variasi  besar  butir  pasir  silika  140 mesh,  130  mesh,  120  mesh,  110  mesh,  dan  100  mesh.  Proses  pengecoran dilakukan  dengan  cara  mencairkan  scrap  aluminium  piston  sepeda  motor, dilanjutkan  dengan  penuangan  logam  cair  dalam  cetakan  pasir  silika  dengan tingkat kehalusan pasir 140 mesh, 130 mesh, 120 mesh, 110 mesh, dan 100 mesh. Hasil  penelitian  menunjukkan  bahwa  kenaikan  kekasaran  pasir  silika menyebabkan  kekerasan  meningkat  tetapi  kekuatan  tarik  cenderung  menurun. Kekerasan rata-rata tertinggi 84,90 HB pada 120 mesh, dan  kekuatan tarik rata- rata tertinggi 14,92 kg/mm 2 pada 130 mesh.
Kata Kunci: Pasir Silika, Scrap Aluminium, Pengecoran, Kekerasan

## PENDAHULUAN
Aluminium merupakan logam yang ringan yang dapat digunakan dalam bidang yang sangat  luas,  mulai  dari  peralatan  rumah  tangga  sampai  dipakai  untuk  keperluan  material pesawat  terbang,  kapal  laut,  mobil  maupun  konstruksi.  Ketersediaan  aluminium  di  bumi sangatlah  terbatas,  dan  merupakan  sumber  daya  alam  yang  tidak  dapat  diperbaharui,  oleh karena itu untuk memenuhi kebutuhan aluminium yang selalu meningkat di berbagai bidang khususnya  bidang  teknik,  maka  perlu  dilakukan  penghematan  dalam  penggunaannya.  Salah satu  cara  yang  bisa  dilakukan  yaitu  dengan  melakukan  daur  ulang  scrap  aluminium.  Pasir cetak memiliki peran penting dalam pengecoran logam. Pemilihan jenis pasir untuk cetakan melibatkan  beberapa  faktor  penting  seperti  bentuk  dan  ukuran  pasir.  Komposisi,  jenis  dan perbedaan  ukuran  pasir  cetak  masing-masing  memberikan  pengaruh  terhadap  karakteristik atau  kualitas  hasil  benda  cor.  Kebanyakan  pasir  yang  digunakan  dalam  pengecoran  adalah
1 Jurusan Teknik Mesin STTNas Yogyakarta
2 Jurusan Teknik Mesin STTNas Yogyakarta
pasir  silika  (Si0 2 ).  Alasan  pemakaian  pasir  sebagai  bahan  cetakan  adalah  karena  harganya murah  dan  ketahanannya  terhadap  temperatur  tinggi.  Ada  dua  jenis  pasir  yang  umum digunakan yaitu naturally bonded (banks sands) dan synthetic (lake sands). Pasir sinetik lebih disukai oleh banyak industri pengecoran, karena komposisinya mudah diatur.
Penelitian  ini  mencoba  untuk  mengungkapkan  variasi  ukuran  besar  butir  pasir  cetak terhadap  kekerasan  dan kekuatan tarik coran  scrap  aluminium piston  sepeda motor.  Dengan demikian  hasil  penelitian  ini  diharapkan  dapat  memberi  konstribusi  pada  industri  dalam penentuan  ukuran  besar  butir  pasir  silika  dalam  cetakan  pada  proses  pengecoran,  sehingga dapat direncanakan desain konstruksi yang lebih baik.

## TINJAUAN PUSTAKA
Pada  pengecoran  Al-7%Si,  ukuran  pasir  cetak  memiliki  faktor  dominan  dalam menentukan  nilai  tegangan  tarik  dan  elongasi  benda  cor  ( Kumar  dkk,  2008 ).  Pasir  cetak yang  memiliki  ukuran  lebih  kecil  akan  menyebabkan  waktu  pengisian  logam  cair  ke  dalam cetakan akan lebih lama. Kecepatan penuangan semakin besar dengan bertambahnya ukuran pasir  cetak  ( Sands  dan  Shivkumar,  2003 ).  Hal  ini  karena  rongga-rongga  antar  pasir  akan semakin  kecil  dengan  mengecilnya  ukuran  pasir  sehingga  gas  hasil  degradasi  lebih  sulit keluar  melalui  pasir.  Ukuran  butir  pasir  cetak  yang  dipilih  tergantung  pada  kualitas  dan ketebalan lapisan coating .
Hartanto,  A  (2006) meneliti  mengenai  sifat  fisis  dan  mekanis  komposit  pasir  besi 90,  100,  150  Mesh  dengan  fraksi  volume  epoksi  40%,  50%,  60%.  Hasil  penelitian menginformasikan bahwa kekerasan tertinggi diperoleh pada spesimen 100 mesh, yaitu 22,7 VHN dan kekutan tarik tertinggi diperoleh pada spesimen 150 mesh, yaitu 37,31 MPa.
Sutiyoko dan Lutiyatmi (2013) melakukan penelitian tentang kekerasan dan struktur mikro besi cor kelabu pada pengecoran evaporative dengan variasi ukuran pasir cetak. Hasil penelitian  menunjukkan  bahwa  kekerasan  benda  cor  cenderung  semakin  berkurang  dengan meningkatnya ukuran mesh pasir atau ukuran pasir semakin kecil, dan grafit yang terbentuk juga semakin banyak.

## METODE PENELITIAN
a) Bahan Penelitian
Bahan  penelitian  yang  digunakan  adalah  hasil  pengecoran  scrap  aluminium  piston sepeda motor berbentuk silinder dengan ukuran pasir cetak berbeda. Ukuran pasir cetak yang digunakan  adalah  140  mesh,  130  mesh,  120  mesh,  110  mesh,  dan  100  mesh.  Bahan  ini kemudian dibuat spesimen untuk uji kekerasan, uji tarik, dan uji struktur mikro. Spesimen uji kekerasan dan struktur mikro dibuat dengan memotong aluminium yang berdiameter 20 mm dengan tinggi 10 mm. Spesimen uji tarik dibuat berdasarkan standard JIS Z 2201-No. 4.
b) Alat yang digunakan
1.    Mesin uji kekerasan Brinell merk Schmierplan/Lubrication plan .
2.     Mesin uji tarik model DI-923 FLdL merk Controlab France.
3. Mikroskop  optik  model  PME3-313UN,  merk  Olympus  dengan  kemampuan perbesaran 100, 200, 500, dan 1000 kali.
4.   Dapur cor Kupola kapasitas 100 kg.
5. Alat pemotong logam.
6. Ayakan pasir.
7. Kertas amplas, autosol, dan larutan etsa.

## c) Pelaksanaan Penelitian
Pengujian  kekerasan  dilakukan  dengan  metode  Brinell  dengan  beban  indentasi  62,5 kg.  Penetrator  bola  baja  dengan  diameter  2,5  mm.  Uji  kekerasan  ini  berupa  pembentukan bekas  penekanan  pada  permukaan  benda  uji    memakai  bola  baja  yang  dikeraskan  yang ditekan  dengan  beban  tertentu  dalam  hal  ini  62,5  kg.  Diameter  bekas  penekanan  diukur dengan  mikroskop,  setelah  beban  tersebut  dihilangkan.  Nilai  kekerasan  Brinell  dinyatakan sebagai  beban  dibagi  dengan  luas  permukaan  bekas  penekanan.  Sebelumnya  permukaan spesimen  dihaluskan  dengan  kertas  amplas  no.  320,  400,  800,  dan  1000.  Selanjutnya dilakukan lagi penghalusan  menggunakan autosol sampai bekas goresan-goresan hilang.
Pengujian  tarik  menggunakan  Universal  Testing  Machine.  Kekuatan  tarik  spesimen dapat diketahui dengan memberikan beban tarik pada spesimen dengan beban berangsur naik
dari nol sampai beban maksimum ( kekuatan tarik σt = (Fmax)/Ao.
Struktur  mikro  diamati Sebelumnya  permukaan  spesimen 1000.  Setelah  permukaan  halus sampai  permukaan  menjadi  men + Etanol).

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Hubungan  antara  besar  bu Kekerasan tertinggi dihasilkan oleh
Gambar 1. Grafik Hubu 73.23 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 140 N il ai k ek er as an ( H B )
TRAKSI Vol. 15 No. 1 Juni 2015
maksimum (Fmax). Bila penampang awal spesimen adalah
o  diamati  dengan  miskroskop  optik  perbesaran  2 an  spesimen  dihaluskan  dengan  amplas  no.  320,  400,
kaan  halus,  dilakukan  lagi  penghalusan  menggunaka enjadi  mengkilat,  kemudian  dietsa  dengan  larutan  ets
besar  butir  pasir  dan  kekerasan  diperlihatkan  pada  G
asilkan oleh spesimen 120 mesh.
Hubungan Antara Besar Butir Pasir Dan Kekerasan 72.23 84.9 77.40 75.7 100 110 120 130 Besar Butir Pasir (mesh) 13
imen adalah Ao, maka erbesaran  200  kali. .  320,  400,  800,  dan menggunakan  autosol larutan  etsa  (HNO 3
tkan  pada  Gambar  1.
Kekerasan. 75.77 100
Sedangkan Trendline hubu pada Gambar 2.
Gambar 2. Grafik Trendline
Gambar  2  menunjukkan  bah meningkatnya kekasaran butir pasir penurunan  kekerasan  ini  dipengar berkurang.  Kekerasan  rata-rata  tert terlihat pada struktur mikro banyak permukaan  sehingga  spesimen  men 110  mesh terjadi penurunan  kekera butiran-butiran kecil. Pada kekasara struktur  butiran  paduannya  mulai kelompok yang besar.
Hubungan  antara  besar  buti Kekuatan tarik tertinggi dihasilkan o
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 140 K ek er as an ( k g /m m 2 )
TRAKSI Vol. 15 No. 1 Juni 2015
hubungan  antara  besar  butir  pasir  dan  kekerasan
rendline Hubungan antara Besar Butir Pasir dan Kekera
njukkan  bahwa  nilai  kekerasan  semakin  meningkat  seirin an butir pasir. Pada spesimen 140 mesh ke spesimen 130 m ini  dipengaruhi  oleh  unsur  Si  pada  struktur  mikro  yang rata  tertinggi  diperoleh  pada  spesimen  120  mesh  yaitu ikro banyak terdapat unsur Si yang hampir menyeluruh pesimen  menjadi  lebih  keras.  Pada  spesimen  120  mesh  ke runan  kekerasan,  hal ini  disebabkan paduan  Si berkurang  m kekasaran pasir lebih tinggi menyebabkan kekerasan tu nnya  mulai  memisah  tidak  merata  dengan  membentuk
besar  butir  pasir  dan  kekuatan  tarik  diperlihatkan  pada  G i dihasilkan oleh spesimen 130 mesh.
100 110 120 130 Besar Butir Pasir (mesh)
14 kekerasan  ditunjukkan Kekerasan ingkat  seiring  dengan simen 130 mesh terjadi mikro  yang  semakin 0  mesh  yaitu  84,9  HB
nyeluruh terdapat pada 120  mesh  ke  spesimen berkurang  membentuk kekerasan turun karena embentuk  kelompok-
pada  Gambar  3.
100
Gambar 3. Grafik Hubung
Trendline hubungan  antara Gambar 4.
Gambar 4. Grafik Trendline
Hasil  uji  tarik  menunjukka dengan meningkatnya kekasaran bu spesimen 130 mesh yaitu 14,92 kg/m pada  spesimen  120  mesh  ke spesim
13.72 0 2 4 6 8 10 12 14 16 140 K ek u at an T ar ik ( k g /m m 2 ) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 140 K ek u at an T ar ik ( k g /m m 2 )
TRAKSI Vol. 15 No. 1 Juni 2015
Hubungan antara Besar Butir Pasir dan Kekuatan Tarik
antara  besar  butir  pasir  dan  kekuatan  tarik  diperliha
ndline Hubungan antara Besar Butir Pasir dan Kekuatan
menunjukkan  bahwa  nilai  kekuatan  tarik  semakin  menur kekasaran butir pasir. Kekuatan tarik rata-rata tertinggi dipe itu 14,92 kg/mm 2 . Pada spesimen 140 mesh ke spesimen 130 spesimen 110 mesh terjadi  kenaikan  kekuatan  tarik,
14.92 10.94 12.01 11.17 100 110 120 130 Besar Butir Pasir (mesh) 100 110 120 130 Besar Butir Pasir (mesh) 15 kuatan Tarik perlihatkan  pada uatan Tarik akin  menurun  seiring ertinggi diperoleh pada spesimen 130 mesh dan uatan  tarik,  sedangkan
100
pada  spesimen  100  mesh  terjadi  penurunan  kekuatan  tarik.  Kecenderungan  kenaikan  dan penurunan kekuatan tarik tersebut dipengaruhi oleh kekerasan bahan uji.
Gambar  5  memperlihatkan  hasil  pengujian  struktur  mikro.  Hasil  pengujian  struktur mikro  memperlihatkan  adanya  kandungan  unsur  Al,  unsur  Si,  senyawa  Mg 2 Si  dan  senyawa CuAl 2 . Ternyata dari fasanya paduan Al mempunyai daerah yang luas dari pembekuan, resiko besar pada kegetasan panas dan mudah terjadi retakan pada coran. Adanya Si sangat berguna untuk  mengurangi  keadaan  tersebut.  Struktur  mikro  spesimen  140  mesh  menginformasikan adanya  kandungan  Al  berbentuk  garis-garis  tak  beraturan  berwarna  terang  dan  terlihat kandungan Al cukup mendominasi, sehingga kandungan Si yang muncul lebih sedikit.
5.a). Struktur mikro spesimen 140 mesh.
Al CuAl 2 Mg 2 Si Si
50µ m
5.b). Struktur mikro spesimen 130 mesh.
5.c). Struktur mikro spesimen 120 mesh.
Mg 2 Si Al
50µ m CuAl 2 50µ m Mg 2 Si Al CuAl 2 Si Si
5.d). Struktur mikro spesimen 110 mesh.
6.e). Struktur mikro spesimen 100 mesh.

## Gambar 5. Hasil pengujian struktur mikro
Struktur  mikro    spesimen  130  mesh  memperlihatkan  bahwa  senyawa  CuAl 2 yang terbentuk  menjadi  semakin  banyak,  sehingga  memperbaiki  sifat  mekanis  pada  bahan,  akan tetapi  mampu  cornya  menurun.  Struktur  mikro  spesimen  120  mesh  memperlihatkan  bahwa unsur  Si  butirannya  hampir  terdapat  pada  seluruh  permukaan,  senyawa  Mg 2 Si  dan  senyawa
50µ m
50µ m Al Si Mg 2 Si CuAl 2 CuAl 2 Si Mg 2 Si Al
CuAl 2 butiran  paduannya  terlihat  mengelompok.  Struktur  paduannya  ini  menyebabkan kekerasannya  semakin  meningkat.  Struktur  mikro  Spesimen  110  mesh  menunjukkan  bahwa paduan Si membentuk butiran kecil-kecil dan paduan CuAl 2 semakin sedikit, paduan Mg 2 Si membuat  satu  pengelompokan  butiran  yang  sangat  kecil,  sehingga  kekerasan  cenderung menurun.
Struktur mikro spesimen 100 mesh memperlihatkan bahwa struktur butiran paduannya mulai  memisah  tidak  merata  dengan  membentuk  kelompok-kelompok  yang  besar,  paduan CuAl 2 dan  Mg 2 Si  semakin  mengecil  hampir  tidak  tampak  karena  kandungan  Al  cukup mendominasi. Hal ini menyebabkan kekerasannya semakin menurun.

## KESIMPULAN
Kekerasan  secara  umum  cenderung  meningkat  dan  sebaliknya  kekuatan  tarik menurun bila  kekasaran butir pasir cetak  naik.  Kekerasan  rata-rata  tertinggi  dihasilkan pada 120 mesh yaitu 84,90 HB. Kekuatan tarik rata-rata tertinggi 14,92 kg/mm 2 dicapai pada 130 mesh.

## DAFTAR PUSTAKA
Budinski,  K.G.,  1996, Engineering  material,  Properties  and  Selection ,  5 th edition,  Prentice Hall Inc., New Jersey.
Hartanto  A,    2006, Mengenai  Sifat  Fisis  Dan  Mekanis  Komposit  Pasir  Besi    90,100,  150 Mesh  Dengan  Fraksi  Volume  Epoksi  40%,  50%,  60% ,  Universitas  Muhammadiyah Surakarta.
JIS  HandBook Of  Standards, 1981, Z 2201- NO 4
Kumar,  P.  and  Shan,  H.S.,  2008, Optimation  of  Tensile  Properties  of  Evapurative  Casting Process  Through  Taguchi’s  Method ,  Journal  of  Materials  Processing  Technology, Vol. 204, pp.59-69.
Sutiyoko  dan  Lutiyatmi,  2013, Kekerasan  dan  Struktur  Mikro  Besi  Cor  Kelabu  Pada Pengecoran  Evaporative  Dengan  Variasi  Ukuran  Pasir  Cetak ,  Jurnal  Foundry,  Vol. 3, pp. 13-17.
Sand, S., Shivkumar, S., 2003, Influence of Coating Thickness and Sand Fineness on Mold Iling  in  The  Lost  Foam  Casting  Process ,  Journal  of  Material  Science,  Vol.  38,  pp. 667-673.
Surdia, T., Kenji, C., 2000, Teknik  Pengecoran logam , Cetakan Kedelapan, Pradya Paramita, Jakarta.
_____________________________________
PENULIS

## 1. SIGIT GUNAWAN
Jurusan Teknik Mesin STTNas Yogyakarta
Jl. Babarsari Caturtunggal Depok Sleman Yogyakarta 55281 E-mail: gunruscit@gmail.com
E-mail: s1g1t.budi@yahoo.co.id

## 2. SIGIT BUDI HARTONO
Jurusan Teknik Mesin STTNas Yogyakarta
Jl. Babarsari Caturtunggal Depok Sleman Yogyakarta 55281 E-mail: s1g1t.budi@yahoo.co.id