## PENGARUH TIPE SALURAN PENGECORAN TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN STRUKTUR MIKRO ALUMINIUM AL 6061 DENGAN METODE SAND CASTING
Heni Hendaryati 1* , Mohamad Irkham M. 1
1 Dosen Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Malang
* Email: heni@umm.ac.id

## ABSTRACT
Industrial  development  is  developing  very  rapidly,  one  of  which  is  in  the  field  of  metal  casting.  In  the foundry  industry,  aluminum  is  one  of  the  most  used  types.  This  is  because  aluminum  has  many advantages  over  other  types  of  metal,  namely:  good  corrosion  resistance,  relatively  high  mechanical properties,  and  good  formability.  The purpose  of  this  study  was  to  determine  the  effect  of  variations  in the duct system on the tensile strength and impact strength of Al 6061 aluminum using the sand casting method. A variation of this line system is to use a direct line, split line, and split line with an adder. From the results of the study, it was found that the highest average tensile strength occurred in the specimens using  a  split  channel  pattern  with  an  adder,  which  was  120,25  MPa,  while  the  lowest  average  tensile strength  occurred  in  the  specimens  using  a  direct  channel  pattern  which  was  65,49  MPa.  This  also occurs for the  impact price, where the highest impact value occurs in the variation of the split channel system  pattern  with  an  addition  of  0,0081  Joule  / mm 2 and  the  lowest  impact  value  is  using  the  direct channel pattern which results in an impact value of 0,005508 Joule / mm 2 .

## Keywords: aluminium, sand casting, pattern, mechanical properties

## PENDAHULUAN
Pengecoran  logam  merupakan  salah  satu metode  dalam  pembuatan  suatu  benda.  Metode  dalam pengecoran  logam  berkembang  menjadi  berbagai macam  jenis  seiring  dengan  berjalannya  waktu, perkembangan  ilmu  pengetahuan  dan  meningkatnya kebutuhan  manusia  [1].  Salah  satu  metode  pengecoran yang  banyak  dipakai  adalah  dengan  menggunakan metode  cetakan  pasir.  Metode  ini  adalah  salah  satu metode  pengecoran  dengan  cara  memasukkan  logam cair  ke  dalam  cetakan  pasir  yang  telah  dibuat,  dimana keunggulan  dari  proses  ini  adalah  prosesnya  yang mudah  dan  murah  [2].  Bahan  pasir  yang  dibuat  untuk cetakan  ini  sangat  beragam,  seperti  pasir  sungai,  pasir laut,  dan  pasir  gunung.  Pasir  sungai  dan  laut  yang memiliki  kandungan  lumpur  dan  garam  yang  dapat menyebabkan  coran  melepuh  dan  keropos.  Pasir gunung  dipilih  karena  selain  murah  dan  mudah  untuk didapat  pasir  gunung  juga  mengandung  campuran lempung  merata  yang  tinggi  dan  kebanyakan  dapat dipakai  setelah  dicampur  dengan  air.  Pasir  gunung memiliki  kemampuan  lebih  kuat  dalam  mengikat  air, sehingga  baik  digunakan  untuk  proses  pengecoran  [3]. Salah  satu  bagian  penting  dalam  proses  pengecoran cetakan  pasir  adalah  dengan  sistem  saluran,  karena sistem  saluran  merupakan  bagian  dari  cara  masuknya logam  cair  ke  dalam  cetakan  pasir  [4].  Aluminium adalah  material  ketiga  terbanyak  yang  terdapat  pada lapisan  bumi.  Material  ini  adalah  yang  paling  populer setelah  besi  dan  baja  [5]. Banyaknya  penggunaan material  akan  secara  langsung  menyebabkan  pula banyaknya  jumlah  limbah  aluminium.  Sehingga  perlu dilakukan  langkah  untuk  memanfaatkan  pemanfaatan limbah  aluminium  menjadi  produk  yang  dapat
digunakan  lagi  [6].  Material  aluminium  yang digunakan  pada  penelitian  ini  adalah  dengan menggunakan aluminum jenis Al 6061.

## METODOLOGI PENELITIAN
Material  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini adalah  dengan  menggunakan  aluminium  Al  6061. Aluminium  jenis  ini  memiliki  beberapa  unsur tambahan,  antara  lain  Si,  Cu,  Mg,  dan  Cr. Komposisi  dari  material  jenis  ini  bisa  dilihat  pada Tabel 1 .
Gambar 1. Material pelat aluminium 6061
Kualitas  hasil  coran  sangat  dipengaruhi  oleh  sistem pola  dalam  pengecoran  tersebut.  Pola  dalam  proses pengecoran  akan  menentukan  desain riser dan gating  system dalam  prakteknya  [7].  Dalam penelitian  ini  pola  yang  digunakan  adalah  dengan menggunakan pola yang terbuat kayu. Karena selain murah,  mudah,  proses  dalam  pembuatannya  juga tidak sukar.
Tabel 1. Komposisi Aluminium 6061 Paduan Al Si Cu Mg Cr 6061 97.9 0.6 0.28 1 0.2
Sistem saluran dalam penelitian ini divariasikan dengan tiga  macam,  yaitu:  model  saluran  A  (saluran  pisah). Model saluran B (saluran pisah dengan penambah), dan saluran  C  (saluran  langsung)  yang  mana  pada  jenis  ini saluran  untuk  masuknya  logam  cair  langsung  masuk melalui saluran turun.
(a) (b) (c)
Gambar 2. Desain pola saluran (a) Saluran pisah. (b) Saluran pisah dengan penambah (c) Saluran langsung
Salah  satu  cara  untuk  mengetahui  sifat  mekanik  dari suatu  material  adalah  dengan  cara  menguji  kekuatan tarik  dan  kekuatan impactnya [8].    Pengujian  kekuatan tarik  dibuat  berdasarkan  ASTM  B-557-06 (American Standard  Testing  Materials )  dengan  dimensi  spesimen dapat  dilihat  pada  gambar  3.  Pengujian  ini  dilakukan dengan menggunakan alat uji tarik  Shimadzu Corporation UH-300 kNX yang berada di Laboratorium Teknik  Mesin  Universitas  Muhammadiyah  Malang. Sedangkan  untuk  pengujian impact menggunakan metode charpy memiliki dimensi 10 x 10 x 55 mm dan memiliki  takik  (notch)  berbentuk  V  dengan  sudut  45 o dengan  kedalaman  2  mm  ditengah.  Pengujian  ini didasarkan  pada  “standard  method  of  tention  testing metallic  materials”  dari  ASTM  Designation  E23 “Annual  Book  Of  ASTM  Standars”  American  Society For  Testing  And  Materials  dengan  dimensi  spesimen dapat  dilihat  pada  gambar  4.  Pengujian  ini  dilakukan
dengan menggunakan alat uji Impact yang berada di Laboratorium  Teknik  Mesin  Universitas  Brawijaya Malang.
Gambar 3. Spesimen Uji Tarik
Gambar 4. Spesimen Uji Impact [9]
Gambar 5. Alat Uji Tarik (Shimadzu UH-300kNX)
Gambar 6. Alat Uji Impact

## HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Uji Tarik
Dari  proses  pengecoran  yang  telah  dilakukan dengan  memvariasikan  sistem  saluran,  yaitu  sistem saluran  pisah,  sistem  saluran  pisah  dengan penambah, dan sistem saluran langsung, didapatkan hasil sebagaimana terlihat pada Gambar 7 .
Gambar 7. Hasil coran dengan menggunakan ketiga variasi pola
Gambar  7  menunjukkan  hasil  coran  dari  ketiga variasi  pola  yang  telah  dibuat.  Pada  gambar  A  terlihat bahwa  dari  hasil  yang  telah  dibuat  terjadi  sedikit penyusutan,  sedangkan  pada  gambar  B  dan  C  tidak terlihat  terjadinya  penyusutan.  Penyusutan  ini  biasanya akan  menimbulkan  cacat  coran  porositas  yang  mana akan  terjadi  kekosongan  yang  diakibatkan  adanya  gas yang  terjebak    pada  saat  logam  mengalami  proses pembekuan [10]. Setelah hasil coran didapatkan , maka dilakukan pengujian tarik dari setiap variasi. Dari setiap variasi  akan  dilakukan  perhitungan  rata-ratanya. Pengujian  kekuatan  tarik  dilakukan  sebanyak  3  kali dpengulangan.  Besarnya  tegangan  maksimum  yang terjadi  akan  dijadikan  acuan  untuk  mendapatkan  nilai kekuatan tarik dari setiap spesimen.
(a) (b)
(c)
Gambar 8. Grafik uji tarik dari ketiga variasi
Dari  grafik  uji  tarik  yang  terlihat  pada  gambar  8 dilakukan  perhitungan  untuk  mendapatkan  nilai kekuatan  tariknya,  setelah  dilakukan  perhitungan, dari  setiap  variasi  dan  dirata-rata  didapatkan  nilai kekuatan tariknya.
Gambar 9. Grafik Kekuatan tarik dari ketiga variasi
Dari gambar 9 grafik kekuatan tarik rata-rata dengan  memvariasikan  model  saluran,  didapatkan bahwa kekuatan tarik rata-rata yang tertinggi terjadi pada  spesimen  dengan  model  saluran  pisah  dengan penambah,  yaitu  sebesar  120,25  Mpa.  Kemudian diikuti dengan model saluran A (saluran pisah) yang memiliki kekuatan tarik rata-rata sebesar
103,87Mpa.  Sedangkan  kekuatan  tarik  rata-rata yang  terkecil  terjadi  pada  spesimen  dengan  model saluran langsung dengan nilai kekuatan tarik sebesar 65,49 Mpa. Hal ini bisa disebabkan karena kekuatan tarik suatu material juga dipengaruhi oleh kecepatan pendinginan  yang  terjadi.  Semakin  cepat  laju pembekuan  yang  terjadi,  maka  material yang didapatkan  kekuatan  tariknya  akan  semakin  tinggi, begitu juga sebaliknya.
A
B
C
Pengamatan  foto  makro  pada  Gambar  10 menunjukkan  bentuk  patahan  dari  spesimen  hasil pengujian  kekuatan  tarik  dapat  diketahui  bahwa  pada spesimen  B  (saluran  pisah  dengan  penambah)  bentuk patahan  yang  terjadi  termasuk  ulet.  Sedangkan  pada saluran  model  A  (saluran  pisah)  dan  model  C  (saluran langsung)  bentik  patahannya  termasuk brittle. Pada bentuk  patahan dari  kedua  model  ini  memiliki  bentuk patahan  yang  relatif  lurus,  namun  juga  terjadi  sedikit perbedaan,  dimana  pada  model  A  bentuk  patahannya memiliki amplitudo yang cukup besar.

## Hasil Uji Impact
Dari spesimen uji impact yang telah dibuat sesuai dengan  variasi  masing-masing,  selanjutnya  dilakukan pengujian  untuk  mengetahui  besarnya  energi  serap  dan harga impact dari  setiap  spesimen.  Dalam  menghitung energi  serap  yang  terjadi  pada  setiap  spesimen digunakan rumusan sebagai berikut.
Es = energi awal –energi yang tersisa = m.g.h – m.g.h’ = m.g(R-Rcos α) – m.g(R-Rcos β) = m.g.R(cos β – cos α)
Dimana :
Es = energi serap (J) m = berat pendulum (kg) g = percepatan gravitasi = 9,8 m/s² R = panjang lengan pendulum = 0,27 m α = sudut pendulum sebelum diayunkan β = sudut pendulum setelah diayun
Nilai energi serap rata-rata dari semua spesimen bisa dilihat pada tabel 2.
Tabel 2. Nilai Energi serap rata-rata NO Variasi E. Serap (Joule) 1 S. Pisah dengan Penambah 0,8100 2 S. Pisah 0,6804 3 S.Langsung 0,5508
Tabel  2  menunjukkan  bahwa  energi  serap  yang tertinggi  terjadi  pada  spesimen  pengecoran  dengan menggunakan  model  saluran  pisah  dengan  penambah, dimana nilai energi serapnya adalah sebesar 0,81 Joule. Sedangkan  pada  model  saluran  langsung didapatkan angka  energi  serap  yang  terkecil  dari  ketiga variasi yang  lain,  yaitu  di  angka  0,5508  Joule.  Untuk lebih jelas dalam mengetahui besarnya energi serap pada tiap variasi model saluran dapat dilihat pada Gambar 11.
Gambar 11. Grafik energi serap rata-rata
Untuk  menghitung  besarnya  harga impact pada setiap spesimen, bisa didapatkan dari besarnya energi  serap  yang  terjadi  dibagi  dengan  luasan penampang setiap spesimen. Rumus untuk perhitungan harga impact bisa dengan menggunakan cara sebagai berikut:
HI = Es / A Dengan HI = harga impak (J/mm²) Es = energi serap (J) A = luasan penampang  spesimen (mm²)
Dari  perhitungan  harga impact setiap  spesimen, didapatkan  HI  sesuai  variasi  model  saluran  yang dapat dilihat pada tabel di bawah ini.
Tabel 3. Rata-rata Harga Impact NO Variasi Harga Impact (Joule/ mm² ) 1 S. Pisah dengan Penambah 0,008100 2 S. Pisah 0,006804 3 S.Langsung 0,005508
Karena luas dari bidang permukaan spesimen impact dari  setiap  variasi  sama-sama  memiliki  nilai  100 mm²,  maka  nilai  dari  harga  impact  juga  sesuai dengan  nilai  energi  serap  rata-rata  dari  semua spesimen.

## Analisis Bentuk Patahan
Dari  hasil  patahan  semua  spesimen  yang terjadi, untuk mengamati lebih teliti dari patahan ini dilakukan uji foto mikro. Foto mikro diambil sesuai dengan  variasi  model  saluran  yang  dilakukan,  yaitu model A untuk saluran pisah, model B untuk saluran pisah dengan penambah, dan model C untuk saluran langsung.
Struktur  mikro  atau  metalogafi  merupakan susunan  dari  struktur  yang  bentuknya  berbeda  dan tergantung  dari  proses  ketika  pembentukan  struktur itu  sendiri,  yang  mana  ukurannya  sangat  kecil  dan bentuknya yang tidak beraturan [11].
Struktur  mikro  patahan  yang  ditunjukkan pada  Gambar  12  dapat  dilihat  bahwa  bentuk permukaan  pada  spesimen  B  (pola  saluran  pisah dengan  penambah)  bentuknya  terlihat  patahan  ulet, yang mana hal ini sesuai  dengan teori bahwa ketika energi impact semakin  naik  maka  bentuk  patahan dari  suatu  material  semakin  menunjukkan  ke  arah bentuk patahan ulet. Fenomena ini juga dipengaruhi oleh  kecepatan  pembekuan  dari  material  logam tersebut. Hal yang berbeda ditunjukkan pada bentuk patahan  pada  variasi  C,  variasi  dengan  model saluran  langsung.  Dimana  pada  model  saluran langsung  ini,  bentuk  patahan  yang  terjadi  terlihat brittle. Hal  ini  sesuai  dengan  teori  bahwa  semakin material  memiliki  kekuatan impact yang  semakin menurun, yang diikuti oleh menurunnya temperatur, maka patahan yang terjadi semakin ke arah brittle.
(a) (b) (c)
Gambar 12. Foto mikro patahan dari tiap variasi

## KESIMPULAN
Dari  penelitian  yang  telah  dilakukan,  peneliti mendapatkan beberapa kesimpulan sebagai berikut: 1. Dari  hasil  pengujian  kekuatan  tarik  didapatkan bahwa  kekuatan  tarik  rata-rata  yang  terbesar  terjadi pada spesimen dengan menggunakan pola saluran B dengan  nilai  sebesar  120,25  Mpa,  sedangkan  yang terendah terjadi pada spesimen dengan menggunakan  pola  saluran  C  dengan  nilai  sebesar 65,49 Mpa.
2. Kekuatan impact rata-rata  yang  tertinggi  terjadi pada  spesimen  dengan  model  saluran  A  (saluran pisah  dengan  penambah)  dengan  nilai  sebesar 0,0081 Joule/mm 2 . Sedangkan kekuatan impact rata- rata  yang  terkecil  terjadi  pada  spesimen  dengan model  saluran  langsung  dengan  nilai  kekuatan impact sebesar 0,005508 Joule/mm 2 . 3. Cacat  penyusutan  terjadi  pada  model  saluran  A, sedangkan  hasil  coran  dengan  menggunakan  model pola saluran B dan C tidak terjadi cacat penyusutan.

## SARAN
Dari  hasil  penelitian  yang  telah  dilakukan dapat  diketahui  bahwa  kekuatan  tarik  dan  harga impact suatu  material  akan  berbeda  jika  dilakukan dengan  model  saluran  yang  berbeda  pada  proses sand  casting. Pada  penelitian  ini  masih  membahas mengenai  pengaruh  bentuk  saluran  terhadap  sifat mekaniknya.  Tentu  masih  sangat  luas  untuk mengembangkan penelitian ini dengan memvariasikan berbagai faktor lain yang mempengaruhi kualitas dan sifat mekanik dari suatu material    jika  dilakukan  dengan  menggunakan pengecoran sand casting.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  S.  Sumpena, 2017.  “Pengaruh  Paduan  Serbuk Fe12%  pada  Aluminium  terhadap  Porositas dan  Struktur  Mikro  dengan  Metode  Gravity Casting,” J.  Engine  Energi,  Manufaktur,  dan Mater. , vol. 1, no. 1, p. 20, doi: 10.30588/jeemm.v1i1.225.
[2]  Stephen  D.  Chastain,  2004.  “Metal  Casting  A Sand Casting.pdf.”
[3]  D.  N.  Febriani  and  M.  A.  Irfa’i.  2018. Optimalisasi  Tempertatur  Tuang  terhadap Struktur Mikro Paduan Al-Si Abstrak. Jtm , vol.
6, pp. 147–152. [4]  M. T. Wijaya, Z. -, and W. -, 2017. “Pengaruh Variasi Temperatur Tuang Terhadap Ketangguhan  Impak  Dan  Struktur  Mikro Pada Pengecoran  Aluminium,” Simetris  J.  Tek. Mesin, Elektro dan Ilmu Komput. , vol. 8, no. 1, pp. 219–224, doi: 10.24176/simet.v8i1.933 .
[5]  M.  Viquar  Mohiuddin,  A.  Krishnaiah2,  and  S. Ferhathullah  Hussainy3,  2015.  “Influence  of Sand  Molding  Process Parameters  on  Product Quality  of  Al-Si  Alloy  Casting  -  an  Anova Approach,” Int.  J.  Adv.  Res.  Sci.  Eng. ,  vol. 8354, no. March, pp. 1751–1760,
[6]  B.  Hidayanto,  A.  Wardoyo,  and  W.  Darojad, 2018.  "Pengaruh  Variasi  Temperatur  Tuang pada  Pengecoran  Daur  Ulang  Al-Si  terhadap Struktur  Mikro  dan  Kekerasan  dengan  Pola Lost  Foam  ". J.  Tek.  Mesin  Untirta ,  vol.  IV, no. 1, pp. 45–49,
[7]  R.  Banchhor  and  S.  K.  Ganguly,  2014. “Optimization  in  Green  Sand  Casting  Process for Efficient, Economical and Quality Casting,” Int. J. Adv. Eng. Technol. , vol. 5, no. 1, pp. 25–29,
[8]  L.  Y.  Pio,  S.  Sulaiman,  A.  M.  Hamouda,  and M. M. H. M. Ahmad, 2005, “Grain refinement of  LM6  Al-Si  alloy  sand  castings  to  enhance mechanical  properties,” J.  Mater.  Process. Technol. ,  vol.  162–163,  no.  SPEC.  ISS.,  pp. 435–441,doi: 10.1016 / j .jmatprotec .2005 .02. 217.
[9]  American  Society  for  Testing  and  Materials Annual,  1992. “Annual  Book  of  ASTM Standards.,” vol. Sec., 4.
[10]  A.  R.  S.ST.  and  M.  T.  Moch.  Ahyarsyah, S.ST., M.T ; Kus Hanaldi, S.T., “Porositas Gas
Dalam  Proses  Gravity  Sand  Casting  Pada  Nozzle Cup Material Sch 13,” pp. 1–10.
[11]  S.  Dimas  Surya  Widodo,  2014  “Jurnal  teknik mesin, tahun 22, no. 1, april 2014 39,” no. 1, pp. 39–45,.