## ANALISIS JARAK TITIK PENGUKURAN TEMPERATUR TUANG PADA KUALITAS CORAN ALUMINIUM DAUR ULANG
Dedy Masnur 1 , Abdur Rasyad 2 , Putri Nawangsari 3 , Ridwan Abdurrahman 4 Universitas Riau
Jl. HR. Soebrantas km 12,5 Simpang Baru, Pekanbaru 28293, Riau, Indonesia E-mail : dedy.masnur@lecturer.unri.ac.id 1

## Abstract
The melt exhibits non-uniform temperature in a crucible at the surface, middle, and bottom. Thus, selecting the proper measurement location is essential since it affects the casting quality. This study investigates the proper temperature measurement location of recycled aluminum cans in investment casting. The selection was  made  based  on  casted  samples'  tensile  strength  and  porosity.  The  pattern  was  prepared  using  the polylactic acid mold, then coated by dipping it in ceramic slurry, and then dewaxed at 120ºC. The aluminum cans  were  heated  up  to  700ºC,  and  the  temperature  was  measured  at  50  mm  from  the  crucible  bottom. Finally, the melt was poured into a 100ºC ceramic shell. The processes were repeated with the measurement at 125 and 200 mm. The samples were characterized through tensile tests and porosity measurements. The results show that the optimum tensile strength (112.97 MPa) and minimum porosity (6.367%) were found in the 125 mm sample.
Keywords: tensile strength, porosity, investment casting, temperature measurement point

## Abstrak
Temperatur logam cair tidak seragam di permukaan, tengah, dan dasar kowi. Pemilihan lokasi pengukuran yang  tepat  sangat  penting  karena  mempengaruhi  kualitas  pengecoran.  Studi  ini  menyelidiki  titik pengukuran  suhu  kaleng  aluminium  daur  ulang  pada  pengecoran  investment.  Pemilihan  dilakukan berdasarkan  kekuatan  tarik  dan  porositas  sampel  yang  dicor.  Pola  dibuat  menggunakan  cetakan  using polylactic acid. Pola dilapisi dengan mencelupkannya ke dalam bubur keramik kemudian didewaxing pada temperatur 120ºC. Kaleng aluminium dipanaskan hingga 700ºC, suhu diukur pada 50 mm dari dasar kowi. Logam  cair  dituangkan  ke  dalam  cetakan  keramik  saat  temperaturnya  100ºC.  Proses  diulang  dengan pengukuran  untuk  lokasi  125  dan  200  mm.  Sampel  dikarakterisasi  melalui  uji  tarik  dan  pengukuran porositas.  Hasil  menunjukkan  kekuatan  tarik  optimum  (112,97  MPa)  dan  porositas  minimum  (6,367%) ditemukan pada sampel dengan lokasi pengukuran temperatur 125 mm dari dasar kowi.
Kata kunci: kekuatan Tarik, porositas, investment casting, titik pengukuran temperatur

## 1. Pendahuluan
Faktor  yang  mempengaruhi  kualitas  produk cor  yang  berkualitas  pada  komposisi  yang dikehendaki  salah  satunya  adalah  temperatur tuang  [1].  Temperatur  tuang  merupakan  hal penting  yang  harus  diperhatikan  karena  sangat berpengaruh pada pembentukan stuktur mikro dan sifat mekanis sehingga didapatkan hasil cor yang mempunyai  sifat  fisik yang  baik  [2].  Permukaan coran  menjadi  lebih  kasar  jika  temperatur  tuang cukup  tinggi.  Peningkatan  temperatur  tuang menurunkan  tegangan  permukaan  pada  logam cair.  Penurunan  tersebut  memungkinkan  logam cair mengisi pori-pori pada permukaan cetakan.
Setiyani dan Irfai (2018) melakukan pengujian menggunakan  temperatur  tuang  680˚C,  705˚C, 730˚C, 755˚C dan 780˚C [3]. Nilai kekuatan tarik pada material menunjukan peningkatan fluktuatif dengan  peningkatan  tertinggi  terjadi  pada temperatur tuang 705℃ yaitu sebesar 169,6 MPa dan  kekuatan  tarik  terendah  terjadi  pada temperatur  680℃.  Kuncoro  dkk.  (2016), memvariasikan  temperatur  tuang  650°C,  700°C dan  750°C  di  temperatur  cetakan  200  dan memvariasikan temperatur cetakan 100°C, 200°C dan  300°C  di  temperatur  tuang  700°C  [4].  Nilai kekuatan Tarik yang pada temperatur tuang 650°C ke 700°C mengalami peningkatan sebesar 23,45% yaitu 141,097 MPa meningkat menjadi 174, 183 MPa.  Penurunan  kekuatan  tarik  pada  temperatur
tuang  700°C  ke  750°C  sebesar  36,33%  yaitu 174,183  MPa  menurun  menjadi  110,900  MPa. Berdasarkan hasil tersebut dapat dilihat pengecoran  dengan  temperatur  tuang  700℃  dan temperatur cetakan 100℃ menghasilkan kekuatan tarik  yang  optimal.  Kekuatan  tarik  cenderung berkurang  dengan  meningkatnya  temperatur tuang diatas 700℃.
Peningkatan  temperatur  tuang  meningkatkan kandungan  hidrogen  pada  alumunium  cair  [5]. Aluminium  paduan  hasil  pengecoran  rentan terhadap  cacat  porositas.  Porositas  adalah  suatu cacat  atau void pada  produk  cor  yang  dapat menurunkan  kualitas  benda  tuang.  Porositas terjadi  akibat  gas  hidrogen  dalam  benda  cetak akan  memberikan  pengaruh  yang  buruk  pada kekuatan  serta  kesempurnaan  dari  benda  tuang tersebut  [6].  Lutiyatmi    Sonianto  (2022), melaporkan  pengaruh  temperatur  tuang  terhadap porositas bahan dasar alumunium pada temperatur  tuang  680℃  dan  715℃  [7]. Pengecoran  pada  temperatur  tuang  680℃ menghasilkan  persentase  porositas  1,18%  dan temperatur tuang 715℃ menghasilkan persentase porositas 1,84%. Persentase porositas lebih tinggi pada temperatur 715℃.
Temperatur  logam  cair  dalam  kowi  tidak seragam.  Temperatur  permukaan  lebih  rendah dari temperatur pada posisi yang relatif lebih jauh dari permukaan. Hal ini disebabkan karena jarak dari sumber kalor atau jarak dari tempat pelepasan panas. Perpindahan panas terjadi dari daerah yang temperaturnya  lebih  rendah  menuju  daerah temperatur  yang  lebih  tinggi  [8].  Adanya perbedaan  besaran  temperatur  terhadap  jarak menjadikan  alasan  pemilihan  lokasi  pengukuran temperatur sangat penting. Penelitian ini bertujuan untuk menginvestigasi lokasi yang tepat untuk  mengukur  temperatur  tuang.  Ketepatan lokasi  ditentukan  berdasarkan  nilai  optimum kekuatan tarik dan tingkat porositas.

## 2. Metodologi
Pola  lilin  didesain  berdasarkan  bentuk specimen uji tarik standar ASTM E8 ( Gambar 1 ). Desain  tersebut  dijadikan  dasar  untuk  membuat cetakan menggunakan Autodesk Inventor.
Gambar 1. Desain specimen standar ASTM E8
Cetakan  dibagi  dalam  dua  partisi  dengan  satu saluran  turun  pada  bagian  atas  ( Gambar  2 a).
Selanjutnya dilakukan pencetakan dengan printer 3D ( Gambar 2 b).
a.
b. Gambar 2. Desain dan cetakan pola lilin berbahan PLA ( Polylactic Acid )
Pola lilin dicetak dengan terlebih dulu memanaskan lilin hingga temperatur 53-68 ℃ [9]. Cairan  lilin  dituang  pada  cetakan  kemudian dibuka  setelah  30  menit  ( Gambar  3 a).  Jumlah yang dicetak 9 pola. Pola-pola yang sudah dicetak disatukan  pada  satu  saluran  turun,  satu  saluran turun  terhubung  untuk  empat  pola  (pohon  pola) ( Gambar 3 b).
a.
b.
Gambar 3. Pola yang sudah dicetak (a) dan penggabungan pola (b)
Pohon  pola  dicelupkan  dalam  lumpur  keramik lalu  dikeringkan  secara  alami  untuk  membentuk lapisan.  Pembuatan  lapisan  dilakukan  hingga ketebalan lapisan 1 cm.
Gambar 4. Pembuatan lapisan
Dewaxing dilakukan dengan memanaskan cetakan diatas tungku krusibel hingga suhu 120 ℃ selama  120  menit  kemudian  dilanjutkan  dengan sinter pada suhu 400 ℃ [10].
Sebuah  mal  dengan  termokopel  disiapkan  untuk pengukuran  temperatur  pada  titik-titik  50,  125, dan  200  mm  dari  dasar  kowi  ( Gambar  5 ).
Aluminium  kaleng  dilebur  pada  tungku  krusibel pada temperatur 700 ℃ secara bersamaan cetakan dipanaskan hingga suhu 300 ℃. Langkah pertama menempatkan  termokopel  pada  posisi  50  mm, kemudian dilakukan pengukuran ke dalam logam cair.  Saat  temperatur  700  ℃,  dilakukan penuangan  pada  cetakan.  Logam  cair  dibiarkan membeku  kemudian  dilakukan  pembongkaran. Langkah  ini  dilakukan  kembali  untuk  posisi termokopel pada 125 dan 200 mm.
Gambar 5. Mal untuk posisi pengukuran 50, 125, dan 200 mm.
Kualitas  coran  ditentukan  berdasarkan  kekuatan tarik  dan  porositas  sampel.  Kekuatan  tarik didapatkan  dengan  menguji  pada  alat Universal Testing  Machine HUNG  TA  HT-8503  di Politeknik  Kampar.  Densitas  aktual  (Da)  diukur menggunakan  alat Electronic  Densimeter MDS- 300.  Data  ini  digunakan  untuk  menghitung porositas dengan persamaan [6]:
𝜌% =   (1 − 𝐷𝑎 𝐷𝑡ℎ × 100%) (1) Keterangan: ρ : porositas
D a : densitas aktual (gr/cm 3 ) D th : densitas teoritis (gr/cm 3 )
Analsis jarak titik pengukuran  dilakukan dengan menghubungkan dengan nilai kekuatan tarik dan porositas.

## 3. Hasil dan Pembahasan
Hasil  pengecoran  untuk  tiap-tiap  titik pengukuran ditunjukkan pada Gambar 6 . Sampel A dan B (jarak titik pengukuran 50 dan 125 mm) mempunyai  permukaan  yang  halus  ( Gambar 6 a,b) dan ukuran yang sesuai dengan desain pola lilin. Sampel C (jarak titik pengukuran 200 mm)
memiliki  permukaan  yang  kasar  dan  terdapat pernyusutan. ( Gambar 6 c).
Gambar 6. Benda cor untuk titik pengukuran 50 (a), 125 (b), dan 200 mm (c).

## 3.1. Kekuatan Tarik
Kekuatan  tarik  sampel  untuk  masing-masing titik  pengukuran  ditunjukkan  pada  ( Gambar  7 ). Kekuatan  tarik  tertinggi  didapat  pada  titik pengukuran  125  mm  yaitu  112,97  MPa  dan terendah pada jarak 50 mm (102,47 MPa).
Gambar 7. Kekuatan tarik pada posisi pengukuran 50, 125, dan 200 mm.
Perbedaan nilai kekuatan tarik yang dihasilkan disebabkan  karena  adanya  perbedaan  temperatur pada  tiap-tiap  bagian  paduan  alumunium  cair. Dimana  pada  bagian  permukaan  mempunyai temperatur yang lebih rendah daripada temperatur pada  bagian  dibawah  permukaan.  Temperatur tuang  tinggi  laju  pembekuan  lebih  lambat  dari temperatur tuang rendah. Perbedaan laju tersebut mempengaruhi  pertumbuhan  inti  [4].  Laju pembekuan yang cepat akan membentuk struktur butir  yang  halus  dengan  pertumbuhan  inti  lebih banyak  karena  kecepatan  pengintian  lebih  besar dari  waktu  tumbuh.  Pembekuan  dengan  laju pembekuan  lambat  membentuk  struktur  butir yang  kasar  atau  besar.  Struktur  butir  yang  halus memiliki kekuatan yang lebih baik dibandingkan dengan struktur butir yang kasar. Butiran halus ini akan membentuk banyak batas butir yang mampu menghambat gerakan dislokasi sehingga meningkatkan kekuatan paduan [11].
Kowi
3.2. Porositas Persentase porositas memiliki kecenderungan nilai  yang  fluktuatif  (Gambar  8).  Sampel  pada titik pengukuran temperatur 125 mm menunjukkan  nilai  porositas  yang  lebih  rendah (7,621  %)  dari  nilai  porositas  sampel  pada  titik pengukuran  temperatur  50  mm  (6,367  %). Porositas tertinggi ditunjukkan pada sampel pada titik pengukuran temperatur 200 mm (9,650 %).

## Gambar 8. Persentase porositas berdasarkan jarak titik pengukuran
Perbedaan  nilai  porositas  terjadi  karena adanya  perbedaan  temperatur  bagian  dekat permukaan  (200  mm)  dan  bagian  jauh  dari permukaan (50 mm). Temperatur dekat permukaan  lebih  rendah  karena  daerah  tersebut berbatasan dengan lingkungan sehingga perpindahan  panas  yang  cukup  masif  terjadi. Perpindahan  panas  dari  daerah  bertemperatur lebih tinggi menuju daerah temperatur yang  lebih rendah [8]. Daerah dengan temperatur tinggi (titik pengukuran  200  mm)  memiliki  persentase porositas  tinggi  karena  adanya  kecenderungan logam  untuk  mengikat  gas  hydrogen  di  udara. Hidrogen  yang  larut  selama  peleburan  akan tertinggal setelah proses pembekuannya. Hasil ini sesuai  dengan  pernyataan  Campbell  (2015)  dan Lutiyatmi  dan  M.  Sonianto  (2022)  bahwa porositas  meningkat  seiring  dengan  peningkatan temperatur [7], [12].
Data  porositas  ( Gambar  8 )  menunjukkan kesesuaian  dengan  data  uji  tarik  ( Gambar  7 ). Persentase porositas yang tinggi terjadi didapatkan  pada  sampel  dengan  kekuatan  tarik rendah.  Sampel  dengan  persentase  porositas tinggi  mengandung  banyak  gas-gas  yang terperangkap  dalam  bentuk  lubang-lubang  kecil.
Jika  sampel  mendapat  beban  atau  gaya  lubang- lubang  ini  akan  menjadi  tempat  konsentrasi tegangan  yang  kemudian  menginisiasi  retak. Sampel  dengan  jumlah  lubang  lebih  banyak mengalami  penurungan  kekuatan  tarik.  Hasil serupa  juga  diungkapkan  Aqida  dkk. (2012)  dan L. Anggraini and Sugeng (2018) [13], [14].

## 4. Simpulan
Jarak  titik  pengukuran  temperatur  yang  tepat didapat  pada  sampel  dengan jarak  titik pengukuran  temperatur  125 mm  dari  dasar  kowi dengan  kekuatan tarik dan porositas yang secara berurutan  112,97  MPa  dan  6,367  %.  Hasil  ini dapat  menjadi  acuan  pada  aplikasi  pengecoran investment.

## Daftar Pustaka
[1]  Sutiyoko,  “Metode  Pengecoran  Lost  Foam Menjawab  Tantangan  Dunia,” J.  Foundry , vol. 3, pp. 21–29, 2013.
[2]  F.  P.  Putra  and  R.  Siswanto,  “Pengaruh
Temperatur  Tuang  Terhadap  Porositas,
Stuktur Mikro Dan Kekerasan Dari Alumunium  Rongsok  Velg  Menggunakan
Pengecoran Evaporatif,” Jtam Rotary , vol. 3,
no. 2, pp. 219–232, 2021, doi: 10.20527/jtam_rotary.v3i2.4119.
[3]  E.  Setyani  and  M.  A.  Irfai,  “Studi Temperatur  Tuang  Terhadap  Kekuatan Tarik  Paduan  Al-Si  dengan  Menggunakan Cetakan Pasir,” J. Tek. Mesin , vol. 6, no. 1, pp. 5–9, 2018.
[4]  W.  L.  K.  Apris,  D.  Masnur,  and  M.  Dalil, “Studi  Karakteristik  Mekanik  dan  Struktur Mikro Coran Aluminium Minuman Kaleng” vol. 3, no. 2, 2016.
[5]  J.  Campbell, Castings ,  2nd  ed.  Burlington MA  01803  First:  Butterworth-Heinemann, 2003.
[6]  R.  Siswanto,  A.  Ghofur,  and  K.  A.  K. Kepakisa,  “Analisis  Porositas  dan  Kerasan Paduan  Al-12,6%Si  dengan  Variasi  Waktu Tunggu dalam Cetakan dan Media
Pendingin  Hasil  Pengecoran  Evaporative,”
Jukung (Jurnal Tek. Lingkungan) , vol. 4, no. 1, pp. 72–81, 2018, doi: 10.20527/jukung.v4i1.4663.
[7]  Lutiyatmi  and  M.  Sonianto,  “Peleburan Aluminium dengan Variasi Suhu 680 ˚C dan 715  ˚C,” J.  Foundry  Politek.  Manufaktur Ceper , vol. 5, no. 1, pp. 1–7, 2022.
[8]  Y.  A.  Cengel,  “Heat  Transfer:  A  Practical Approach,” Mc  Graw-Hill ,  pp.  785–841,
[9]  Adri  and  D.  Masnur,  “Studi  kekasaran permukaan  produk  investment  casting aluminium  minuman  kaleng  bekas  dengan parameter temperatur tuang dan ukuran butir lempung,” J. Online Mhs. , vol. 3, no. 1, pp. 1–6, 2016.
[10]  R.  Rosandi  and  D.  Masnur,  “Influence  Of Pouring  Temperatures  to  Fluidity  Of Aluminium  Scrap  Cans  With  Investment Casting  Using  Natural  Clays  as  Mould Materials,” Jom FTEKNIK , vol. 3, no. 2, pp. 3–5, 2016.
[11]  J.  William  D.  Callister, Fundamentals  of Materials  Science  and  Engineering  An Interactive ,  5th  ed.  New  York:  John  Wiley
Sons, Inc., 2001.
[12]  J.  Campbell, Complete  Casting  Handbook . 2015.
[13]  S.  N.  Aqida,  M.  I.  Ghazali,  and  J.  Hashim, “Effect of Porosity on Mechanical Properties of Metal Matrix Composite: An Overview,” J. Teknol. , pp. 17–32, 2012, doi:
10.11113/jt.v40.395.
[14]  L.  Anggraini  and  Sugeng,  “Analysis  of Porosity  Defects  in  Aluminum  as  Part Handle  Motor  Vehicle  Lever  Processed  by High-pressure Die Casting,” IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. , vol. 367, no. 1, 2018, doi:
10.1088/1757-899X/367/1/012039.