Pengaruh Ketebalan Lapisan Pola Pada Metode Lost Foam Casting Terhadap Akurasi Ukuran, Kekasaran Permukaan, Porositas, Kekerasan, Dan Struktur Mikro Besi Cor Nodular FCD 450

KARDO RAJAGUKGUK, Dr. Suyitno, S.T., M.Sc

2015 | Tesis | S2 Teknik Mesin

Lost foam casting merupakan salah satu metode pengecoran yang menggunakan bahan expanded polystyrene (EPS) sebagai bahan untuk pembuatan pola dan ditanam dalam pasir silika. Ketika logam cair dimasukkan ke dalam cetakan, EPS akan mencair dan menguap sehingga cavity akan diisi oleh cairan logam. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh tebal lapisan pada pola expanded polystyrene terhadap akurasi ukuran, kekasaran permukaan, porositas, kekerasan dan struktur mikro dari besi cor nodular FCD 450 dengan menggunakan metode lost foam casting. Pola EPS yang digunakan memiliki densitas 17 kg/m3 dan memiliki ketebalan 3-24 mm. Material pelapis yang digunakan adalah material refraktori Zircon (ZrO2) dan bahan pengikat Colloidal Silica (O2Si). Ketebalan material pelapis yang diterapkan pada pola EPS yakni 0-1300 µm. Pola EPS ditanam dalam pasir silika kemudian dipadatkan dengan mesin penggetar. Paduan logam FCD 450 dilebur dalam crucible furnace dan dituang ke dalam cetakan pada suhu sekitar 1350 oC-1450 oC. Akurasi ukuran pada masing-masing tebal lapisan pola 0 (tanpa pelapisan), 200, 500 dan 1300 µm berturut-turut adalah 95, 104, 91, dan 87%. Tebal lapisan 200 µm memberikan nilai akurasi ukuran terbaik dari ketiga variasi ketebalan lapisan pola. Tebal lapisan 0 (tanpa pelapisan), 500 dan 1300 µm menghasilkan penurunan akurasi ukuran. Pola yang tidak dilapisi akan memberikan dampak yang buruk terhadap hasil coran. Kekasaran permukaan pada masing-masing tebal lapisan 0 (tanpa lapisan), 200, 500, dan 1300 µm secara berturut-turut adalah 8,37, 5,85, 5,64, dan 4,39 µm. Kekasaran permukaan menurun seiring meningkatnya ketebalan lapisan pola EPS. Tebal lapisan 500 dan 1300 µm mengakibatkan misrun pada hasil coran. Porositas dari besi cor nodular pada tebal lapisan 0 (tanpa pelapisan), 200, 500, dan 1300 µm secara berturut-turut adalah 0,026, 0,020, 0,024 dan 0,028 %. Porositas mengalami peningkatan seiring meningkatnya ketebalan lapisan pola EPS. Hal ini didukung dengan penurunan massa jenis aktual seiring dengan meningkatnya ketebalan lapisan pola EPS. Nilai kekerasan besi cor nodular mengalami penurunan seiring dengan meningkatnya tebal besi cor nodular dan ketebalan lapisan pola EPS. Struktur mikro yang terbentuk pada besi cor nodular adalah grafit nodular, ferrit, dan perlit. Diameter grafit nodular meningkat seiring dengan bertambahnya ketebalan lapisan pola EPS. Nodul count menurun seiring dengan meningkatnya tebal besi cor nodular FCD 450 dan tebal lapisan pola EPS. Nodularity menurun seiring dengan meningkatnya ketebalan lapisan pola EPS dan ketebalan dari besi cor nodular FCD 450.

Lost foam casting is one of casting method that uses expanded polystyrene (EPS) foam as a mold pattern and embedded into silica sand. When the molten metal is poured into a mold, EPS will melt and evaporate, so the cavity is filled by the liquid metal. The main objective of this research was to investigate the effect of pattern coating thickness on accuracy, surface roughness, porosity, hardness and microstructure of nodular cast iron FCD 450 by using the lost foam casting method. The mold pattern of EPS foam has 17 kg/m3 of density and 3-24 mm of thickness. Coating material was used a rekraktory material of Zircon (ZrO2) and binder of Colloidal Silica (O2Si). In order to study effects of coating thickness, experiments were conducted with of 0-1300 µm. EPS pattern embedded into silica sand and then compacted with vibrator machine. FCD 450 metal alloy was melted in a crucible furnace and the molten metal was poured into a mold at temperatures of 1350 °C-1450 °C. The experimental results showed the accuracy 0 (without coating), 200, 500 and 1300 μm coating thickness of pattern were 95, 104, 91, and 87% respectively. Coating thickness 200 μm provides the best accuracy of the thickness of the coating pattern. Uncoated pattern will give bad impact on the results of the casting. Surface roughness decreases with increasing coating thickness of the EPS pattern. The surface roughness for 0 (without coating), 200, 500, and 1300 μm of coating thickness were 8.37, 5.85, 5.64, and 4.39 μm respectively. The porosity of nodular cast iron with 0 (without coating), 200, 500, and 1300 μm of coating thickness are 0.026, 0.020, 0.024 and 0.028% respectively. The porosity increases with coating thickness of EPS pattern. This is enhanced by a decrease in the actual density with coating thickness of EPS pattern. The hardness decreases with increasing casting thickness of nodular cast iron and coating thickness of EPS pattern. The microstructure of nodular cast iron sample was formed mainly with nodular graphite, ferrite and pearlite structures. The nodular graphite diameter increases with coating thickness. The nodule count decreases with increasing of casting thickness and coating thickness. The nodularity decreases with increasing coating thickness and casting thickness.

Kata Kunci : Lost foam casting, expanded polystyrene (EPS), besi cor nodular FCD 450, kekasaran permukaan, struktur mikro