## PENGARUH KECEPATAN PUTARAN SHELL TERHADAP KETEBALAN DAN
CACAT PENGECORAN RADIAL  SLIDING BEARING BABBITT - BAJA

## KARBON DENGAN METODE HORIZONTAL CENTRIFUGAL CASTING
Alaya Fadllu Hadi Mukhammad 1 dan Bambang Setyoko 2

## ABSTRAK
Radial  Sliding  Bearing  (RSB) yang  diproduksi    menggunakan  proses centrifugal  casting diharapkan  menghasilkan  produks  yang  lebih berkualitas dibandingkan gravity casting . Gaya sentrifugal yang dihasilkan oleh  putaran  cetakan  akan  menyebabkan  logam  cair  yang  dituang terdorong menjauhi sumbu putar menuju jari-jari terjauh cetakan dan akan mengisi  rongga  cetakan  lebih  sempurna  sehingga  produk  yang  dihasilkan lebih sempurna. Kecepatan putaran merupakan salah satu parameter utama dalam centrifugal  casting .  Penelitian  ini  bertujuan  mengetahui  pengaruh kecepatan putaran  cetakan (shell) dengan variasi 250, 500, dan 1000 rpm terhadap  ketebalan babbitt dan  cacat  pengecoran.  Bahan  yang  digunakan adalah pipa steam (baja karbon) dan babbitt  (Tin). Pengujian dimensional untuk  menentukan  ketebalan babbitt ,  sedangkan  cacat  pengecoran diketahui  melalui  pengujian  makro  dan  mikro.  Hasil  analisa  visual  dan dimensional menunjukkan bahwa semakin tinggi kecepatan putaran, maka ketebalan lapisan babbitt juga semakin meningkat. Cacat pengecoran pada bagian interface banyak  ditemukan  dalam  bentuk  bulat  sedangkan  pada bagian tengah berbentuk memanjang.
Kata Kunci:  RSB, Centrifugal Casting , Cacat

## PENDAHULUAN
Radial  sliding  bearing (Gambar  1)  adalah  komponen  utama rotating  machinery yang  berfungsi  sebagai  bantalan shaft dalam  menahan  gaya radial .  Pada  dasarnya  RSB terdiri  dari  dua  komponen  utama  yaitu shell (substrate) dan babbitt . Shell biasanya terbuat  dari  besi  cor,  baja  karbon,  dan  paduan  tembaga,  sedangkan Babbitt (Tabel  1) adalah  sebuah  paduan  Timah  (Sn),  lead,  Tembaga  (Cu)  dan  antimony  (Sb)  yang  biasa digunakan  sebagai  lapisan  lunak. Babbitt dan shell dapat  terikat  dengan  kuat  dengan metode kimiawi dan mekanis. Pada dasarnya terdapat 3 metode standar untuk pembuatan RSB yaitu pengecoran static, arc spray dan centrifugal casting (Diof dan Jones, 2010).
1 Program Studi Diploma Teknik Mesin Universitas Diponegoro Semarang
2 Program Studi Diploma Teknik Mesin Universitas Diponegoro Semarang
Keterangan : 1. Diameter luar 6.  Panjang lip 2. Panjang bearing 7.  Lebar lip 3. Tebal bearing 8.  Kedalaman lip 4. Overplate 9.  Bentuk lip 5. Lubang oli 10. Alur oli Gambar 1. Bentuk dasar RSB Tabel 1. Komposisi kimia babbitt berbasis Tin Unsur Tin Antimony Lead Copper Others Standar ASTM B23 88-90 7-8 0,35 3-4 Ballance
Centrifugal casting adalah salah satu  teknik pengecoran dengan cara menuangkan logam  cair  ke  dalam  cetakan  yang  berputar  (ASM  Handbook,  1998).  Pada  dasarnya centrifugal  casting dibagi  menjadi  dua  yaitu: horizontal dan vertical . Horizontal centrifugal  casting adalah  salah  satu  metode  yang  efektif  untuk  memproduksi hollow metal dengan sifat meknis yang baik, sedikit cacat, ukuran yang sesuai dan relatif murah (Kalvand  dkk,  2015).  Gaya  sentrifugal  yang  dihasilkan  oleh  putaran  cetakan  akan menyebabkan logam  cair yang dituang terdorong menjauhi sumbu putar menuju jari-jari terjauh cetakan dan  akan mengisi  rongga  cetakan lebih sempurna  sehingga produk  yang dihasilkan lebih sempurna (Jorstad, 1993)
Gambar 2. Skema horizontal centrifugal casting (www.substech.com)
Ada beberapa faktor yang mempengaruhi ikatan shell dan babbitt pada centrifugal casting diantaranya  adalah  kecepatan  putaran,  laju  pendingingan,  temperatur shell , temperatur  babbit,  laju  penuangan babbitt ,  metode cleaning shell dan  prosedure tinning (Diof  dan  Jones,  2010).  Akan  tetapi  belum  ditemukan  referensi  cacat  yang  ditimbulkan dari hasil centrifugal casting babbit-baja karbon. Sehingga pada penelitian ini merupakan bertujuan untuk mengetahui pengaruh kecepatan putaran 250, 500 dan 1000 rpm terhadap ketebalan babbitt , dan mengetahui kualitas hasil pengecoran terhadap cacat.

## METODE PENELITIAN
Shell terbuat  dari  pipa  baja steam dengan  ukuran  Diameter  luar  60  mm  dan diameter dalam  45 mm dan panjang 40 mm, Pipa baja steam kemudian dibubut diameter luar  dan  dalamnya  menjadi  59  mm  dan  50  mm. Babbitt dan  baja steam diperoleh  dari pasar  komersial  dengan  kode  produk  PPN  III.    Pengujian  Komposisi  kimia shell menggunakan spektro menghasilkan  prosentase komposisi kimia sebagai berikut :
Tabel 2. Komposisi kimia baja steam bahan s hell Unsur Fe Si C Mn Cr Cu Ni S Prosentase  99,06 0,21 0,23 0,40 0,12 0,11 0,01 0,01
Proses tinning shell dilakukan  dengan  cara  memanaskan  mencapai  temperatur 200 o C  dan  suspensi tinning diusapkan  menggunakan  kuas  pada  permukaan  dalam
http://jurnal.unimus.ac.id
sampai merata. Proses centrifugal casting dilakukan dengan menggunakan mesin bubut, dan  diputar  dengan  variasi  kecepatan  250,  500  dan  1000  rpm.  Pengaturan  putaran menggunakan    inverter. Shell yang  telah  siap  kemudian  dimasukkan  ke  dalam  cetakan. Babbitt dipanaskan  mencapai  temperatur  400 o C,  dan  dituangkan  ke  cetakan  yang berputar  melalui corong yang telah dipanaskan  sampai cairan babbitt tumpah keluar dari cetakan.  Pendinginan  dilakukan  secara  alami  yaitu  dengan  udara  lingkungan.  Hasil pengecoran  kemudian  dievaluasi  secara  dimensional,  pengujian  cacat  menggunakan ultrasonik, foto makro dan mikro.
Pengukuran  Dimensional  dilakukan  dengan  mengukur  ketebalan babbitt pada berbagai  variasi.  Sedangkan    pengujian  kualitas  bonding  antara shell dan babbitt RSB mengacu  standar  DOD-STD-2183  adalah  menggunakan  pengujian Non  Destructive Testing berbasis Ultrasonic .  Pengujian Ultrasonic merupakan salah satu syarat kelulusan kelayakan RSB selain chalmer dan chissel .
Area RSB dalam pengujian ultrasonic dibagi menjadi 3 zone yaitu :
1. Zona A
Zona  A  terletak  di  bagian  tepi  RSB.  Jarak  batas  zona  A  dari  tepi  diperoleh  dengan mengalikan panjang RSB dengan 0,1.  Kualitas bonding di zona A dikatakan baik jika:
a. Total unbonding area tidak melebihi 15%dari keseluruhan luasan zona A
b. Tidak ada individual unbonding dengan ukuran 12,5 mm
c. Jarak minimal antar individual bonding adalah 50 mm
2. Zona  B
Zona  B merupakan daerah-daerah RSB  yang terdapat  ketidakrataan permkaan seperti alur  untuk  pelumasan,  dan  lubang-lubang  pelumasan.  Pada  zona  B  tidak  dilakukan pengujian NDT ultrasonic .
3. Zona  C
Zona  C  merupakan  zona  yang  tidak  termasuk  zona  A  dan  zona  B.  terletak  dibagian tengah dan dibatasi zona A. Zona C merupakan zona terpenting pada RSB karena pada zona  ini  RSB  menerima  beban  penuh  dari  shaft  turbin  ang  ditopang.  .    Kualitas bonding di zona C dikatakan baik jika:
a. Total unbonding area tidak melebihi 15%dari keseluruhan luasan babbit
b. Tidak ada individual unbonding yang memiliki luasan lebih dari 3% dari seluruh luasan babbitt .
Gambar 3. Pembagian skema pengujian ultrasonic

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Pengujian Dimensional
Pengujian  Dimensional  dilakukan  dengan  pengukuran  dimensi  hasil  coran centrifugal  casting .  Hasil  pengujian  visual  dan  dimensional  menunjukkan  bahwa  pada putaran  250  rpm  ketebalan babbitt rata-rata  1,5  mm  dan  bahkan    ada  bagian shell yang tidak  tertutupi babbitt .  Hasil  pengecoran  putaran  cetakan  500  rpm  dan  1000  rpm menunjukkan bahwa semua bagian shell tertutupi  lapisan babbitt dengan ketebalan rata- rata yang berbeda yaitu  2,3 mm dan 6 mm.
Gambar 4. RSB centrifugal casting
(a) 250 rpm, (b) 500 rpm (c) 500 rpm
(a) (b) (c)

## Pengujian Ultrasonik
Hasil  pengujian  menunjukkan  bahwa  RSB  hasil  pengecoran  kecepatan  putaran cetakan  500  dan  1000  rpm  tidak  ditemukan  cacat  porositas  melebihi  ukuran  1  mm. Interface antara shell dan babbitt juga tidak ditemukan delaminasi.
Tabel 3. Hasil Pengujian Ultrasonic

## Pengujian Makro Dan Mikro
Pengujian  cacat  dengan  menggunakan  foto  makro  dan  mikro  bertujuan  untuk mengetahui  ukuran  dan  detail  cacat  yang  terjadi  akibat  proses  pengecoran  sentrifugal. Hasil pengujian cacat foto makro dan mikro menunjukkan adanya cacat berupa porositas dan kotoran. RSB yang dihasilkan dengan putaran 500 rpm  dan 1000 rpm terdapat cacat pada  bagian  tengah babbitt berupa  porositas  memanjang  sedangkan  di  bagian interface antara shell dan babbitt berupa cacat berbentuk bulat.
Hasil  pengujian  foto  makro  dan  mikro  spesimen  RSB  dengan  kecepatan  putaran 500  rpm  menunjukkan  bahwa  porositas  memanjang  terjadi  pada  bagian  diameter  dalam bagian babbitt dengan panjang maksimal  2,13 mm  dan lebar 0,17 mm. Sedangkan pada bagian interface antara babbitt dan shell ditemukan cacat berupa berbentuk bulat dengan diameter 0,25 mm, hal ini mungkin berasal dari serbuk tinning yang tidak bersih.
Gambar 5. Cacat-cacat yang terlihat pada foto makro dan mikro RSB 500 rpm (Perbesaran 50 x)
Gambar 6. Cacat-cacat yang terlihat pada foto makro dan mikro RSB 1000 rpm (Perbesaran 50 x)
Foto makro dan mikro pada RSB dengan kecepatan putaran 1000 rpm dilakukan di  dua  permukaan  yang  berbeda.  Pada  permukaan  pertama  menunjukkan  cacat pengecoran yang muncul hampir sama dengan RSB putaran 500 rpm, yaitu berupa cacat
200 µm 200 µm 200 µm 200 µm shell babbitt babbitt shell babbitt shell 200 µm 200 µm 200 µm shell babbitt babbitt babbitt
memanjang  di  bagian  tengan  dan  bulatan  di  bagian interface shell dan babbitt .  Cacat pengecoran memanjang di bagian tengah menunjukkan dengan panjang rata-rata 0,8 mm, sedangkan cacat bulatan di bagian interface memiliki diameter 0,8 mm. Pada permukaan lainnya  hampir  tidak  ditemukan  cacat  baik  pada  bagian  tengah  ataupun interface .  Ada celah memanjang di bagian interface dengan panjang 1,7 mm dan 1,3 mm.
Gambar 7. Cacat-cacat yang terlihat pada foto makro dan mikro RSB 1000 rpm (Perbesaran 50 x)

## PEMBAHASAN
Hasil  pengujian  dimensional  menunjukkan  bahwa  semakin  tinggi  putaran  maka ketebalan  lapisan babbitt juga  semakin  meningkat.  Hal  ini  sesuai  persamaan  yang dikemukakan  Kalvand  dkk  (2015)  hubungan  antara  kecepatan  putaran  (ω  dalam  rps), diameter  luar  hasil  coran  (R  dalam  m),  ketebalan  lapisan  coran  sentrifugal  (t  dalam  m) dan percepatan gravitasi bumi ( g= 9,81 m/s 2 ) (Persamaan ). Nilai t akan meningkat sesuai peningkatan putaran (ω).
Hasil  pengujian  dimensional  untuk  putaran  250  rpm  ketebalan babbitt hanya  1,5 mm  bahkan  ada  yang  tidak  tertutupi babbitt sehingga    tidak  layak    sebagai  parameter kecepatan  putaran centrifugal  casting .    Hasil  pengukuran  dimensional  RSB  pengecoran 500  dan  1000  rpm  menunjukkan  ketebalan babbitt 2,3  mm  dan  6  mm,  sedangkan berdasarkan  survey  ketebalan babbitt pada  RSB  yang  beredar  di  masyarakat  memiliki
........................................... (1) 200 µm 200 µm shell babbitt shell babbitt http://jurnal.unimus.ac.id
ketebalan 2-3 mm maka putaran 1000 rpm dapat dijadikan standar parameter centrifugal casting dengan bahan babbitt .
Hasil  pengujian  Ultrasonik  menunjukkan  bahwa  RSB  hasil  pengecoran  500  dan 1000  rpm  memenuhi  standar  DOD-STD-2183  karena  tidak  ditemukan  delaminasi  baik individu  maupu  kelompok  melebihi  ukuran  1  mm.  Hasil  pengujian  makro  dan  mikro ditemukan  cacat  dengan  pola  memanjang  di  bagian  tengah  dan  bulat  pada  bagian interface antara shell dan babbitt .  Cacat  bulat  pada interface ada  kemungkinan disebabkan dipengaruhi pada proses tinning mengingat material tinning bentuk dasarnya butiran.

## KESIMPULAN
1. Putaran  1000  rpm  dapat  dijadikan  parameter  putaran centrifugal  casting pada pembuatan RSB babbitt -baja karbon.
2. Semakin tinggi putaran juga maka ketebalan babbitt juga semakin meningkat.
3. Hasil  pengujian  NDT  ultrasonik  menunjukkan  bahwa  putaran  cetakan  500  dan  1000 rpm memenuhi kualifikasi DOD-STD-2183.
4. Pengujian foto makro dan mikro menunjukkan terjadi kecacatan pada bagian interface shell dan bagian tengah dengan bentul bulat dan memanjang.

## Ucapan Terima Kasih
Tim  penulis  mengucapkan  terimakasih  kepada  Kementerian  Riset,  Teknologi  dan Pendidikan  Tinggi  atas  pendanaan  penelitian  ini  melalui  skema  Riset  Dosen  Pemula sumber dana PNBP TA 2016 Universitas Diponegoro Semarang.

## DAFTAR PUSTAKA
ASM Handbook. 1998. Casting Volume 15 . ASM International Handbook Commite.
Diouf,  P  dan  Jones.  A.(2010) Investigation  of  Bond  Strength  in  Centrifugal  Lining  of Babbiton  Cast  Iron .  Metalurgical  and  Material  Transactions  A.  Vol  41  March 2010
DOD-STD-2183(SH),  1961,  Department  of  the  Navy  Naval  Sea  Systems  Command,
Washington, DC.
1.1.1 Jorstad.  J.L..  Rasmussen.  Wayne.  M..  1993. Aluminum  Casting  Technology . U.S.A:  American Foundrymen‘s Society. Inc.
Kalvand, H. Aghamiry, S.E. Vahdat, S.E., 2015, Effect of Microstructure Parameters on Hardness  of  SnCu4Pb3  produced  by  Horizontal  centrifugal  casting .  4th International Conference on Materials Processing and Characterization www.substech.com diakses 4 Desember 2016
PENULIS:
1. ALAYA FADLLU HADI MUKHAMMAD
Program Studi Diploma Teknik Mesin Universitas Diponegoro Semarang Jl.Prof. H. Sudarto, SH - Tembalang, Semarang. Email : alayad3tm@gmail.com
2. BAMBANG SETYOKO
Program Studi Diploma Teknik Mesin Universitas Diponegoro Semarang Jl.Prof. H. Sudarto, SH - Tembalang, Semarang. Email : bsetyoko@ymail.com