Download - Pengecoran Roda Kereta
LAPORAN AKHIR
Pembuatan Ulang Roda Kereta Api dengan Metoda Bandage Reverse Engineering
dengan Memanfaatkan Kemampuan Industri Kecil Menengah
PROGRAM INSENTIF RISET LITBANG PEREKAYASA
Pusat Teknologi Material - BPPT Gedung IIlantai 22 BPPT JI MH Thamrin No 8
Jakarta Pusat 10340 Telp 021-3169868 Fax 021-316 9873
E-maildby0503yahoocom Nopember 2010
Laporan Akhir Roda Kerela Api
LAPORAN AKHIR
Pembuatan Ulang Roda Kereta Api dengan Metoda Bandage Reverse Engineering
dengan Memanfaatkan Kemampuan Industri Kecil Menengah
PROGRAM INSENTIF RISET LITBANG PEREKAYASA
Pusat Teknologi Material - BPPT Gedung II lantai 22 BPPT JI MH Thamrin No 8
Jakarta Pusat 10340 Telp 021-316 9868 Fax 021-316 9873
E-maildby0503yahoocom Nopember 2010
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Daftar lsi
Hal
Lembar Identitas dan Pengesahan 2
Ringkasan 3
Prakata 4
Daftar Isi 5
Daftar Tabel 6
Daftar GalTlbar 7
1 Pendahuluan 9
2 Tinjauan Pustaka 10
3 Tujuan dan Manfaat 11
4 Metodologi 12
5 Hasil dan Pembahasan 16
6 Kesimpulan 38
Daftar Pustaka 39
5
Laparan Akhll Rada Kerela Api
Daftar Tabel
Tabel 51 Komposisi Kimia Roda KA Asli 13
Tabel 52 Komposisi Kimia Material Cor 21
Tabel 53 Hasil Pengujian 24
Tabel 54 Komposisi Roda KA 31
Tabel 55 Bahan Dasar 32
Tabel 56 Komposisi Target 32
Tabel 57 Komposisi Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan 33
Tabel 58 Komposisi Roda KA Asli dan Hasil Cor 34
Tabel 59 Uji Keras Roda KA As-Cast 36
6
Laporan Akhir Rodn Kerela Api
Daftar Gambar
Gambar 51 Struktur Mikro Roda KA 16
Gambar 52 Model Sampel 17
Gambar 53 Model Simulasi 17
Gambar 54 Diagram perubahan temperatur pada sample 18
Gambar 55 Temperatur sampel 700 0 C - 9 Detik dan 18 Detik 18
Gambar 56 Temperatur sampel 900 0 C - 9 Detik dan 18 Detik 19
Gambar 57 Sampel Padat 19
Gambar 58 Pembuatan cetakan 20
Gambar 59 Assembling cetakan 20
Gambar 510 Pemanasan Sampel Dalam Cetakan 20
Gambar 511 Peleburan dan Penuangan 21
Gambar 512 Hasil Cor dan posisi pemotongan 21
Gambar 513 Pengamatan Makro potongan sample 22
Gambar 514 Interface Struktur Mikro 23
Gambar 515 Lokasi Pengujian 24
Gambar 516 Rancangan Penambah pada Model Roda KA 25
Gambar 517 Proses Pengisian Logam Cair 26
Gambar 518 Feeding Zone Berakhir pada Penambah 26
Gambar 519 Fraction Solid pada Menit Ke-7 27
Gambar 520 Fraction Solid pada Menit ke-11 27
Gambar 521 Final Solidification - Shrinkage only at Riser 28
Gambar 522 Pola Roda KA 28
7
Laporan Akhir Roda Kere la Api
Gambar 523 Penempatan Pol a Dalam Rangka Cetak dan Pemberian Pasir 29
Gambar 524 Penempatan Penambah 29
Gambar 525 Pemadatan Pasir Cetak 30
Gambar 526 Pengangkatan Pola dari Cetakan 30
Gambar 527 Pemberian Coating Pada Cetakan dan Assembling Cetakan 30
Gambar 528 Cetakan Siap Cor 31
Gambar 529 Proses Peleburan dan Penuangan Ke Cetakan Roda KA 32
Gambar 530 Proses Penuangan dan Kondisi Cetakan Setelah Selesai Dicor
Penuh 33
Gambar 531 Diagram Perlakuan Panas Normalising Coran Roda KA 34
Gambar 532 Struktur IVlikro As-Cast Cor 1 (Bahan Baja Lain) 35
Gambar 533 Struktur Mikro Hasil Normalising Cor 1 (Bahan Baja Lain) 35
Gambar 534 Uji Ultrasonik Roda Cor 1 36
Gambar 54 PemeriksaanCacat Roda Cor 1 dengan Die Penetrant 37
8
LaparDn Akhir Rada Kerela Api
1 Pendahuluan
Dalam pelaksanaan penelitian rehabilitasi roda kereta yang telah mengalami aus (pengurangan ketebalan) maka akan dilakukan kegiatan riset pelapisan roda kereta api dengan cara Hot metal cladding sehingga akan diperoleh lapisan pada permukaan roda kereta dimana terjadi interdifusi antara material baja karbon roda kereta dan logam pelapisannya yang dalam hal ini di coba untuk memakai baja Pelapisan dapat dilakukan dengan menggunakan jenis logam baja karbon yang sama dengan jenis roda kereta atau pelapisan dengan menggunakan logam baja anti karat Untuk itu perlu dilakukan karakterisasi material untuk mengetahui komposisi material roda kereta bekas yang merupakan barang impor dan berbagai analisis beban (gaya) dinamis yang bekerja pada roda kereta saat sedang berfungsi Fungsi-fungsi tersebut antara terdiri dari gaya pengereman antara sepatu rem dengan telapak roda kereta gaya gesek antara roda kereta dan bantalan rei serta beban dinamis pada roda kereta akibat dari total beban yang berada diatasnya Selain itu perlu dijaga agar supaya pada daerah yang saling berlapis tidak akan muncul semacam sifat katodik yang mempercepat korosi sehingga perlu di jaga metal sebagai pelapisnya mengalami proses difusi bonding yang baik dan tidak terbentuk celah sebagai tempat perambatan media Selain melakukan proses pelapisan ulang juga akan dilaksanakan pembuatan ulang roda kereta dengan menggunakan metoda pengecoran Dengan metoda pengecoran diharapkan dapat ditentukan material balance dari paduan material roda kereta yang memenuhi persyaratan kekuatan dan kehandalan roda kereta yang sampai saat ini roda kereta api di Indonesia sepenuhnya masih terus di import
9
Laparal1 Akhir Rada Kerela Api
2 Tinjauan Pustaka
Untuk dapat menghasilkan sambungan antara logam padat dan cair yang sempurna tanpa adanya batas antara (interface) maka proses perlu dilakukan sampai terjadi fusi Proses fusi yaitu sebagian logam padatan ikut mencair dan mencapai kondisi cair-padat (mushy zone) atau benar-benar mencair sebagian sehingga terjadi pencampuran antara logam cair dan logam padat tersebut Kondisi tersebut akan menghasilkan sambungan yang sempurna seolah cairan yang diberikan bukanlah sekedar melapis tapi benar-benar menyatu dengan logam padatan yang dilapisinya
Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam proses pelapisan calran adalah parameter-parameter perpindahan panas Logam padat perlu mendapatkan panas untuk mencapai kondisi mushy atau cairo Panas dapat di peroleh dari pemberian panas (heat generation) pada padatan dengan cara memanaskan logam padat menggunakan pemanas Sumber lainnya adalah dari panas yang dimiliki cairan Untuk sumber panas yang kedua tentunya akan berakibat terjadinya penurunan temperatur cairan karena adanya penyerapan panas oleh logam padat sehingga temperatur akhir keduanya akan mencapai titik pertemuan pada temperatur tertentu selanjutnya kemudian keduanya akan turun secara bersamaan Bila titik pertemuan temperatur yang terjadi pad a kondisi logam padat masih dalam kondisi full pad at atau belum mushy atau mencair maka yang terjadi adalah difusi atom-atom antara kedua bagian dan terjadi sambungan Sambungan yang terjadi akan kurang kuat karena pada dasarnya keduanya masih terpisah oleh adanya interface
Untuk mengatasi penurunan temperatur cairan maka pemberian pelapisan dapat dilakukan dengan mengalirkan cairan Dengan kondisi mengalir maka padatan akan mendapatkan panas sementara cairan yang telah memberikan panas akan pindah karena mengalir Sampai pada saat temperatur padatan sudah cukup untuk berfusi dengan cairan maka aliran cairan dapat dihentikan
Dari konsep tersebut maka parameter utama yang perlu di cari dalam proses pelapisan cairan pada padatan adalah sebagai berikut
1 Temperatur preheat logam padatan 2 Temperatur tuang logam cairan 3 Waktu pengaliran cairan
10
Laporon Akhir Rada Kerefa Api
3 Tujuan dan Manfaat
1 Teknologi terapan proses industri yang mampu melakukan daur ulang secara cermat dan ber kualitas
2 aplikasi dalam untuk membantu PT Kereta Api dalam mengatasi kebutuhan roda kereta untuk mengganti roda yang di nyatakan aus dan tidak dapat dipakai lagi tanpa harus melakukan impor
3 Penekanan pada industri Kecil Menengah dilakukan sebagai pemicu agar IKM dapat juga melakukan daur ulang produk2 yang secara langsung mengurangi irnpor
4 Secara lebih terintegrasi maka IKIVl ini dengan PT Kereta Api dapat melakukan kerja sama memanfaatkan bahan baku dan desain mold secara benar dan cepat
Ceruk pasar pengecoran baja mangan sangat potensial terutama dalam mengembangkan keahlian pengecoran dsb
Manfaat
1 Meningkatnya kegiatan ekonomi masyarakat pengecoran yang lesu dan tersedianya teknologi yang tepat
2 Peningkatan added value mutu konsumtif yang mampu bersaing dengan produk import Sehingga mengurangi nilai devisa
3 Pengembang mitra usaha yang sederhana dan sebenarnya merupakan penggiatan perekonornian karena tidak terpengaruh oleh nilai dolar
11
Loparan Akhir Rada Kere la Api
4 METODOLOGI
Pengembangan metode pelapisan logam cair pad a padatan ini ditujukan untuk
melakukan perbaikan pada roda kereta api Roda kereta api yang telah
mengalami keausan permukaan akan diberi lapisan menggunakan cairan logam
dengan komposisi sejenis Penelitian yang dilakukan adalah melapis sampel
padat dari bahan roda KA dan dilapis cairan Langkah yang ditempuh untuk
mencapai proses yang dapat menghasilkan sambungan lapisan yang baik dan
kuat dilakukan sebagai berikut
Penentuan jenis logam baja
Penentuan jenis logam berkaitan dengan komposisi logam yang akan
disambung Analisisnya dilakukan pada roda kereta yang telah digunakan
Pengujian bahan roda KA bekas dilakukan yaitu
bull Pemeriksaan komposisi bahan
bull Pemeriksaan metalografi atau struktur mikro bahan
Setelah diperoleh komposisi material maka akan dapat di analisis sifat atau
karakteristik material dari mulai temperatur cair karakter pembekuan dan
struktur mikro yang akan terbentuk pada saat membeku
Simulasi pelapisan logam cair
Simulasi pelapisan logam padat oleh logam cair dilakukan dengan menggunakan
software magma soft Model akan dibuat serupa dengan rencana eksperimen
Dalam pemodelan dan simulasi dapat dilakukan variasi untuk parameter yang
akan dicari dalam eksperimen Parameter tersebut adalah Temperatur preheat
logam padatan Temperatur preheat sampel sebesar 500degC 700 degc dan 900 degC
Parameter lain dibuat konstan yaitu temperatur tuang Iogam cairan dan waktu
pengaliran cairan Hasil simulasi akan diperoleh distribusi temperatur yang terjadi
pada saat dilakukan pelapisan dan apakah temperatur pada bagian padatan
telah mencapai temperatur cair atau belum Langkah simulasi yang dilakukan
sebagai berikut
bull Pembuatan model sampel padatan
12
Laparan Akhir Rada Kerea Api
bull Raneangan proses dan variasi parameter
bull Simulasi pelapisan eairan
Eksperimen Pelapisan
Berbekal data hasil simulasi maka dapat dilakukan proses eksperimen Proses
eksperimen akan dilakukan pada sampel sederhana berbentuk kotak Langkah
yang dilakukan sebagai berikut
Pembuatan sampel
Sam pel padat dibuat dari bahan roda KA yang bekas pakai dipotong berbentuk
sampel kotak
41 Pembuatan eetakan
Sampel diletakkan di dalam eetakan dengan dilengkapi pemanas Pada bag ian
atas sampel diberi rongga cor untuk mengalirkan eairan yang akan dilapiskan
42 Pemanasan sam pel dalam eetakan
Sebelum dieor dengan material eair sampel dipanaskan terlebih dahulu
Pemanasan dibuat tiga variasi untuk tiga buah sampel yaitu 500 dege 700 dege dan
900 dege
43 Proses peleburan dan penuangan eairan pelapisan
Bahan yang digunakan untuk melapis adalah logam sejenis dengan komposisi
yang sama dengan logam pada roda kereta api
44 Pengujian hasil as-cast
Analisis dilakukan dengan pengamatan sambungan melalui pemeriksaan foto
makro metalografi dan kekerasan
45 Proses perlakuan panas
Dalam kondisi digunakan roda kereta api telah mengalami proses perlakuan
panas Untuk dapat meneapai kondisi yang homoge antara logam eair yang
melapisi dengan logam padat yang dilapis maka perlu dilakukan ekperimen
perlakuan panas sampai diperoleh struktur mikro yang homogen antara logam
padat dan logam pelapis
13
46 Pengujian hasil perlakuan panas
8etelah diberi perlakuan panas maka sam pel diperiksa kembali apakah kondisi
sambungan dan struktur mikro bisa menjadi homogen Pemeriksaan yang
dilakukan meliputi foto makro metalografi dan kekerasan mikro Hasil akhir yang
diharapkan adalah diperoleh sam pel dengan kondisi pelapisan antara logam
pad at dan cair tanpa adanya interface sambungan dengan struktur mikro yang
homogen
bull PROSES PENGECORAN bull Proses perancangan
Roda KA yang akan dibuat disesuaikan dengan skala tanur yang dimiliki Kapasitas tanur yang dimiliki sebesar 250 Kg oleh karenanya roda KA yang dibuat dirancang memiliki berat tidak lebih dari 125 Kg Rancangan bentuk roda KA disesuaikan dengan aslinya namun dalam skala yang lebih kecil Perancangan pertama yang dilakukan berupa gambar teknik roda KA yang dilakukan meliputi
bull Pembuatan gambar teknik roda KA bull Perancangan pembuatan polapattern roda KA bull Perancangan proses pengecoran roda KA (rancangan sistem
saluran dan penambah) Untuk dapat menghasilkan coran roda KA yang bebas cacat susut cor maka dilakukan perancangan untuk sistem saluran dan penambah Agar hasilnya optimal dan efisien maka dilakukan simulasi pengecoran menggunakan software magma soft Dari hasil simulasi akan diperoleh
bull Optimasi penggunaan penambah untuk menghindari cacat susut tuang (shrinkage)
bull Optimasi sistem saluran untuk menghindari turbulensi dan gas terjebak
bull Proses produksi coran roda KA Proses rancangan direalisasikan dalam bentuk pembuatan coran roda KA Urutan langkah yang dilakukan sebagai berikut
bull Pembuatan pola bull Pembuatan cetakan dan inti bull Peleburan - Penuangan bull Pembongkaran bull Pembersihan (fetling - shot blasting) bull Perlakuan panas
14
Loporan Akhr Roda Kerelo Api
Dalam hal penggunaan bahan untuk peleburan digunakan dua jenis bahan
bull Bahan baku peleburan menggunakan 100 roda KA bekas bull Bahan baku peleburan menggunakan baja lain
Target komposisi yang dihasilkan sesuai dengan rancangan yang ditetapkan
bull Proses pengujian Untuk mengetahui kualitas hasil cor maka dilakukan pengujian terhadap kualitas material dan benda cor Pemeriksaan meliputi
bull Pemeriksaan komposisi bull Pemeriksaan metalografi - struktur mikro bahan bull Pengujian kekerasan bull Pengujian tarik bull Pengujian impak bull Pengujian NOT bull Ultrasonik bull Die penetrant bull Pemotongan satu benda hasil pengecoran untuk menganalisa
keberadaan cacat di bag ian dalam (shrinkage) bull ANALISA HASIL - KOMPARASI CORAN DENGAN RODA KA ASLI
Dari hasil pengecoran kemudian dilakukan perbandingan terhadap kualitas roda KA yang asli Perbandingan hasil roda KA yang dihasilkan dengan bahan baku yang berbeda juga dilakukan Hal yang dibandingkan berupa sifat mekanik dan struktur mikro yang dihasilkan
bull PROTOTIPE SELESAI Setelah mendapatkan perbandingan hasil roda cor dengan roda KA asli maka proses pembuatan prototipe sudah selesai Luarannya berupa roda KA dalam skala penelitian yang memiliki sifat mekanik sesuai dengan tuntutan roda KA Selain itu dapat dihasilkan SOP untuk membuat roda KA
15
Laparan Akhir Rada Kerela Api
5 HASIL DAN PEMBAHASAN
Penentuan Jenis Logam Baja
Penentuan jenis logam berkaitan dengan komposisi logam yang akan
disambung Analisisnya dilakukan pada roda kereta yang telah digunakan
Pengujian bahan roda KA bekas dilakukan yaitu
bull Pemeriksaan Komposisi Bahan Tabel 51 Komposisi Kimia Roda KA Asli
Material termasuk baja karbon tanpa paduano
Gambar 51 Struktur Mikro Roda KA
Struktur mikro terdiri dari Perl it 95 dan Ferrit 5
16
Laparan Akhir Rada Kere la Api
Simulasi Pelapisan Logam Cair
bull Pembuatan Model Sampel Padatan
Gambar 52 Model Sampel
I Gambar 53 Model Simulasi
Model sam pel dan susunan dalam simulasi seperti yang digambarkan diatas
bull Parameter Simulasi
bull Bahan sam pel Carbon Steel
bull Logam cair Carbon Steel
bull Temperatur awal sampel 500 0 C 700 0 C dan 9000 C
bull Temperatur cor
bull Waktu pengisian 18 seconds
bull Jenis cetakan Silica dry sand
o Dimensi 130mm x 130mm
o Tebal10mm
o Berat 1400 gr
bull Kondisi batas
17
____________________
L(paran Akhir Rada Kereta Api
o Tebal sam pel 8 - 12 mm
o Berat sampel 14 kg
o Observed at 2 seconds after filling process completed -7 [at
highest temp of sample]
o Observed at 0 - O5mm depth from the sample surface
bull Simulasi Pelapisan Cairan
Temp [0 C]
-7 shy
-
Sample 900deg --
~8QQo
L _ _-- cmiddot 7QOltYC middot ~
-
T Sol 1395degC
1 2 13 14 15 16 ti me [5l Gambar 54 Diagram perubahan temperatur pada sam pel
-Ill middot IM e 9
f - -_ ~ - -~~ Lshy
I ~H ~ a 10bulln I l U I ~
~
G tmiddot_- -_ ~- - _ti=_~
Gambar 55 Temperatur sampel 7000 C - 9 Detik dan 18 Detik
18
Lparan Akhir Rada Kerela Api
-
-
-
3 -~ - Gambar 56 Temperatur sampel 9000 C - 9 Detik dan 18 Detik
Pada Gambar 56 warna merah menunjukkan bagian sampel telah memiliki
temperatur diatas solidus Dapat disimpulkan bahwa pada bagian merah terjadi
proses penyatuan permukaan sampel dengan cairan
Eksperimen Pelapisan
Berbekal data hasil simulasi maka dapat dilakukan proses eksperimen Proses
eksperimen akan dilakukan pad a sampel sederhana berbentuk kotak Langkah
yang dilakukan sebagai berikut
bull Pembuatan Sampel
Sampel padat dibuat dari bahan roda KA yang bekas pakai dipotong berbentuk
sampel kotak
Gambar 57 Sampel Padat
bull Pembuatan Cetakan
Sampel diletakkan di dalam cetakan dengan dilengkapi pemanas Pada bagian
atas sampel diberi rongga cor untuk mengalirkan cairan yang akan dilapiskan
19
Laporan Akhir Roda Kereta Api
Gambar 58 Pembuatan cetakan
Gambar 59 Assembling cetakan
bull Pemanasan Sam pel Dalam Cetakan
Sebelum dicor dengan material cair sam pel dipanaskan terlebih dahulu
Pemanasan dibuat tiga variasi untuk tiga buah sam pel yaitu 500 degc 700 degc dan
900 degc
Gambar 510 Pemanasan Sam pel Dalam Cetakan
20
Loporan Akhlr Roda Kerelo Api
Proses Peleburan dan Penuangan Cairan Pelapisan
Bahan yang digunakan untuk melapis adalah logam sejenis dengan komposisi
yang sama dengan logam pada roda kereta api
Gambar 511 Peleburan dan Penuangan
Pengujian Hasil As-Cast Sam pel 500 0 C
Analisis dilakukan dengan pengamatan sambungan melalui pemeriksaan foto
makro metalografi dan kekerasan
Tabel 52 Komposisi Kimia Material Cor
Pengamatan Makro Sampel
Gambar 512 HasH Cor dan posisi pemotongan
21
Laporan -1khir Roda Kerela Api
Gambar 513 Pengamatan Makro potongan sampeJ
Gambar 513 menunjukkan potongan 1 lepas ikatannya karena daerah tersebut
relatif lebih besar masanya dan temperaturnya lebih rendah sesuai dengan hasil
simulasi Potongan 2 dan 3 pada interface masih nampak daerah kosong atau
terisi inklusi
22
Laparan Aklllr Rada Kerela Api
bull Pengamatan Struktur Mikro
Gambar 514 Interface Struktur Mikro
Material cor terlihat lebih kasar Masih nampak ada inklusi oksida di interface
Ada bag ian interface terlihat bersatu dapat disimpulkan terjadi metallugical
bonding Pada interface tersambung terlihat struktur mikro mengalami penyatuan
dengan batas struktur feritik Metallurgical bonding terjadi namun masih
terkendala adanya inklusi akibat oksidasi
23
Laparan Aklllr Rada Kerela Api
bull Uji Kekerasan Mikro
Gambar 5 15 Lokasi Pengujian
Tabel 53 Hasil Pengujian
No
Posisi
Kekerasan
(VHN)
Setara
(HB)
1 265 252
2 263 250
3 209 209
4 243 231
PROSES PENGECORAN Proses Perancangan
Perancangan Pembuatan PolaPattern Roda KA
Dari gambar teknik kemudian dapat dirancang ukuran untuk pembuatan pola
Dalam pembuatan pola harus dipertimbangkan penambahan ukuran untuk
kompensasi penyusutan padat dan tambahan ukuran untuk pengerjaan
pemesinan
Perancangan Proses Pengecoran Roda KA (Rancangan Sistem Saluran dan
Penambah)
Perancancangan untuk proses pengecoran logam disini adalah untuk merancang
sistem saluran dan penambah Sistem saluran berupa cawan tuang saluran
24
Laporan Akhir Roda Kerefa Api
terak dan saluran masuk berfungsi untuk mengalirkan cairan logam dari ladel ke
cetakan Penambah berfungsi untuk menghindari cacat susut akibat penyusutan
saat logam cair membeku Penyusutan yang terjadi dialihkan ke penambah
sehingga benda akan tetap masif Untuk mengetahui posisi dan ukuran
penambah dapat dilakukan analisis menggunakan software solidcast dan
magmasoft Software analisis pembekuan dapat menganal isis susut cor yang
terjadi pada benda sehingga penempatan penambah lebih efisien Dengan
simulasi maka hasil rancangan lebih efisien karena tidak perlu melakukan
percobaan menggunakan cairan logam sesungguhnya
Proses simulasi dilakukan seperti yang diuraikan berikut ini
Simulasi Pengecoran
bull bull _ bullbull bullbull1 hoyr
11 _t I 4~_ - - JIII J3 JI - II ~ ~ oshy~
__ __ _ ___ ___ _____ _________ _ ----1
Gambar 516 Rancangan Penambah pada Model Roda KA
Gambar 516 menunjukkan disain pengecoran untuk penempatan penambah
yang digunakan Disain menggunakan 3 buah riser Pada riser tengah diberikan
pading (tambahan masa) dan chill untuk pembentukanpembekuan terarah
25
Laporan Akhir Roda Kereta Api
f7(c (
1 ) ~te
MJr C unlty middot
j~ 10 f- -
r ~~
Imiddotmiddot Gambar 517 Proses Pengisian Logam Cair
Gambar 517 menunjukkan proses pengisian logam cair Logam cair dimasukkan
langsung dari salah satu penambah
- ~ amp il-~ -~ A middotlImiddot
rs ~ ~
III
Gambar 518 Feeding Zone Berakhir pada Penambah
Gambar 518 menunjukkan modulus thermal dengan desain 3 riser telah terjadi
dengan sempurna Dengan desain ini telah terjadi 3 feeding zone yang ketiganya
berakhir pada masing-masing riser
26
---
Iaporan Akhir Roda Kerela Api
JI -+ J J ~ r- shy shy
ltI
bullbull -t bullampI
Ii
I -
Gambar 519 Fraction Solid pada Menit Ke-7
Analisa proses pembekuan dilakukan dengan mengamati fraction solid pada
setiap menit selama proses pembekuan Gambar 519 menunjukkan fraction
solid pada menit ke-7 Pada menit ke-7 feeding zone telah terbagi menjadi 2
daerah Pada tahap ini riser telah berfungsi optimal
Gambar 520 Fraction Solid pada MeDit ke-ll
Gambar 520 menunjukkan fraction solid pada menit ke-11 Pada saat tersebut
fraction solid telah menuju ke daerah riser seluruhnya Directional solidification
telah lebih dominan dari progressive solidification Directional solidification
adalah pembekuan dimulai dari daerah terjauh menuju riser Progressive
27
Larcm Akhir Roda Kerela Api
solidification adalah pembekuan dimulai dari ketebalan dinding casting ke bag ian
tengah (memotong pembekuan directional)
Gambar 521 Final Solidification - Shrinkage only at Riser
Gambar521 menunjukkan hasil akhir dari proses pembekuan Shrinkage
porosity terjadi pada daerah riser yaitu berada di luar produk Disain telah
mencukupi untuk kriteria sound casting
Proses Produksi Coran Roda KA
Pembuatan Pola
Gambar 522 Pola Roda KA
28
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Pembuatan Cetakan dan Inti
Gambar 523 Penempatan Pola Dalam Rangka Cetak dan Pemberian Pasir
Gambar 523 menunjukkan penempatan pola pada rangka cetak Rangka cetak
yang digunakan berbentuk bulat untuk menghemat area pasir cetak Pasir cetak
digunakan adalah jenis greensand Greensand merupakan campuran pasir
kuarsa dan bentonit ditambah sedikit air menghasilkan campuran pasir cetak
yang dapat membentuk rongga cetak
Gambar 524 Penempatan Penambah
29
Laporan Akh ir Roda Kerela Api
Gambar 525 Pemadatan Pasir Cetak
Gambar 526 Pengangkatan Pola dari Cetakan
Gambar 527 Pemberian Coating Pad a Cetakan dan Assembling Cetakan
30
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Gambar 528 Cetakan Siap Cor
Peleburan
Peleburan bahan atau cairan untuk pengecoran roda KA menggunakan dua
metode Metode 1 menggunakan bahan baku dari baja lain yang tersedia
selanjutnya disebut cor 1 Metode 2 menggunakan bahan baku 100 skrap
roda KA bekas selanjutnya disebut cor 2 Keduanya seharusnya dapat
menghasilkan sifat yang sama oleh karenanya akan dibandingkan hasilnya
kemudian
Bahan Baku Peleburan Menggunakan Baja Lain
Peleburan cairan baja untuk roda KA menggunakan bahan dengan komposisi
setara seperti komposisi Roda KA asli Komposisi kimia dirancang mendekati
komposisi kimia roda KA aslinya agar sifat mekanik dapat didekati Komposisi
Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 0 11987
Peramuan 06 - 07 02 - 03 - - 06 - 08 Max 02 Max 02
TabeJ 54 Komposisi Roda KA
31
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Untuk dapat mencapai komposisi tersebut digunakan bahan dasar sebagai
berikut
Jenis Bahan Komposisi Jumlah
C Si S P Mn Ni Cr () (Kg)
Bahan daur ulang GS20Mn5
025 018 - - 111 025 037 80
Baja Scrap jenis Low Mn 02 02 - - 03 - - 180 Tabel 55 Bahan Dasar
Penggunaan paduan untuk mencapai komposisi yang ditargetkan sebagai
berikut
Jenis Bahan C Si S P Mn Ni Cr Jumlah
() (Kg) 1Carburizer 9984 - - - - - -
FeSi 75 015 75 - - - - - 02 FeMnHC 675 071 - - 7553 - - 18
Tabel56 Komposisi Target
Temperatur pengeluaran dari tanur ke ladel sebesar 1651 0 C Temperatur cor
sebesar 1506 0 C
Gambar 529 Proses Peleburan dan Penuangan Ke Cetakan Roda KA
32
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Gambar 530 Proses Penuangan dan Kondisi Cetakan Setelah Selesai Dicor Penuh
Bahan Baku Peleburan Menggunakan 100 Roda KA Bekas
Peleburan menggunakan bahan baku roda KA bekas 100 dilakukan tanpa
menambahkan paduano Bahan baku digunakan 100 skrap roda KA bekas
Roda KA dipotong terlebih dahulu dengan las acetilene agar dapat masuk
kedalam tanur
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA
Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 011987
Target Komp
06 - 07 02 - 03 - - 06 - 08 Max 02
Max 02
Terjadi 0671 0145 0008 00095 0463 00 15 0107 Tabel57 Komposisi Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan
33
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Komposisi yang terjadi mengalami kekurangan pad a Silisium dan Mangan Hal
ini dikarenakan adanya looses atau bahan baku yang memang memiliki
komposisi yang sudah kurang sebelumnya
Perlakuan Panas
Untuk mendapatkan hasil struktur mikro sesuai dengan roda KA aslinya maka
perlu dilakukan perlakuan panas Proses perlakuan panas yang diberikan adalah
normalising
4
UDARA
Gambar 531 Diagram Perlakuan Panas Normalising Coran Roda KA
Dengan diberikan proses normalising maka struktur mikro coran roda KA
menjadi lebih halus Sifat mekaniknya akan menjadi lebih baik
Proses Pengujian
Pengujian dilakukan terhadap benda cor roda KA Tujuannya adalah untuk
mengetahui kualitas hasil cor apakah coran tersebut bebas cacat dan apakah
coran sudah sesuai dengan tuntutan sifat mekanis roda KA Pembandingnya
adalah sifat mekanik roda KA Asli Dengan demikian dapat dianalisis apakah
roda hasil cor layak digunakan atau tidak
Pemeriksaan Komposisi
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 011987
Cor 1 (bahan baja lain)
0693 0258 0013 0016 0461 0027 0091
Cor 2 (bahan skrap roda KA)
0671 0145 0008 00095 0463 0015 0107
Tabel 58 Komposisi Roda KA Asli dan Hasil Cor
34
Laporan Akhir Roda Kerea Api
Pemeriksaan Metalografi - Struktur Mikro
Gambar 532 Struktur Mikro As-Cast Cor 1 (Bahan Baja Lain)
Gambar 533 Struktur Mikro Hasil Normalising Cor 1 (Bahan Baja Lain)
35
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Pengujian Kekerasan
Pengecoran Bagian Hardness 1 2 3 Ratashyrata
Setara
Cor 1 Body HRC 25 27 28 267 265 HB Cor2 Body HRC 27 29 20 253 256 HB
Tabel59 Uji Keras Roda KA As-Cast
Nilai kekerasan bahan roda KA hasil cor 1 adalah 26 7 HRC setara dengan 265
HB dan hasil cor 2 adalah 253 HRC setara dengan 256 HB Kekerasan hampir
sama untuk semua bagian casting karena belum dilakukan perlakuan panas
lanjut atau perlakuan panas permukaan pad a bagian telapak Kekerasan casting
mendekati kekerasan roda KA Asli yaitu 231 HB
Ultrasonik
Pengujian ultrasonik dilakukan untuk mendeteksi cacat pada bagian tengah
coran Bagian yang diperiksa adalah bagian bawah penambah
Gam bar 534 Uji Ultrasonik Roda Cor 1
Hasil pengujian belum diperoleh karena back wall signal tidak terdeteksi
Kemungkinan karena butir hasil cor masih kasar sehingga sinyal ultrasonik jadi
terpencar dan tidak kembali ke probe detector Coran akan diberikan perlakuan
panas normalising terlebih dahulu untuk memperhalus butirnya
36
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Die Penetrant
Die penetrant dilakukan untuk mendeteksi susut cor pada bagian bawah
penambah Coran dipotong melintang tepat dibawah penambah
Gambar 54 Pemeriksaan Cacat Roda Cor 1 Dengan Die Penetrant
Hasil pemeriksaan menunjukkan terdapat sedikit retak pada bagian pinggir
caran o Retakan yang muncul bisa diakibatkan akibat proses pemotongan
menggunakan gerinda dan dilakukan pemukulan Bagian tengah tidak terdapat
cacat susut yang terjadi Dapat disimpulkan bahwa susut coran tidak terjadi pada
benda
37
Laparan Akhir Rada Kerela Api
6 Kesimpulan dan Saran
Dari hasil clading yang dilakukan pada sample roda didapat suatu kesimpulan bahwa semakin panas temperatur sample roda maka terjadi proses difusi yang sangat baik hal ini seperti fenomena yang terjadi pada suatu pengelasan dimana pada logam induk dan logam cair terdapat daerah yang terpengaruh panas sehingga terjadi suatu proses difusi
Dari hasil pengecoran yang dilakukan terhadap pembuatan roda kereta api ukuran 100 kg didapat bahwa proses pengecoran yang memakai bah an baku scrap roda kereta api dapat dilakukan oleh industri dalam negeri dengan memanfaatkan scrap roda kereta api yang ada ditambah sedikit pemaduan (alloying)
Dari kegiatan yang sudah kami lakukan selama 10 bulan ini serta dari data serta infra struktur yang dimiliki oleh industri di dalam negeri maka kami menyarankan agar kegiatan rehabilitasi terhadap roda kereta api dapat dilanjutkan di tahun 2011 yaitu dengan melakukan pengecoran terhadap scrap roda kereta api menjadi Roda Kereta Api baru dengan memanfaatkan kemampuan industri pengecoran di dalam negeri dimana untuk untuk pengecoran ini kemampuan peralatan industri yang ada sudah memadai
38
Laporan Akhir Roda Kerela Api
LAPORAN AKHIR
Pembuatan Ulang Roda Kereta Api dengan Metoda Bandage Reverse Engineering
dengan Memanfaatkan Kemampuan Industri Kecil Menengah
PROGRAM INSENTIF RISET LITBANG PEREKAYASA
Pusat Teknologi Material - BPPT Gedung II lantai 22 BPPT JI MH Thamrin No 8
Jakarta Pusat 10340 Telp 021-316 9868 Fax 021-316 9873
E-maildby0503yahoocom Nopember 2010
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Daftar lsi
Hal
Lembar Identitas dan Pengesahan 2
Ringkasan 3
Prakata 4
Daftar Isi 5
Daftar Tabel 6
Daftar GalTlbar 7
1 Pendahuluan 9
2 Tinjauan Pustaka 10
3 Tujuan dan Manfaat 11
4 Metodologi 12
5 Hasil dan Pembahasan 16
6 Kesimpulan 38
Daftar Pustaka 39
5
Laparan Akhll Rada Kerela Api
Daftar Tabel
Tabel 51 Komposisi Kimia Roda KA Asli 13
Tabel 52 Komposisi Kimia Material Cor 21
Tabel 53 Hasil Pengujian 24
Tabel 54 Komposisi Roda KA 31
Tabel 55 Bahan Dasar 32
Tabel 56 Komposisi Target 32
Tabel 57 Komposisi Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan 33
Tabel 58 Komposisi Roda KA Asli dan Hasil Cor 34
Tabel 59 Uji Keras Roda KA As-Cast 36
6
Laporan Akhir Rodn Kerela Api
Daftar Gambar
Gambar 51 Struktur Mikro Roda KA 16
Gambar 52 Model Sampel 17
Gambar 53 Model Simulasi 17
Gambar 54 Diagram perubahan temperatur pada sample 18
Gambar 55 Temperatur sampel 700 0 C - 9 Detik dan 18 Detik 18
Gambar 56 Temperatur sampel 900 0 C - 9 Detik dan 18 Detik 19
Gambar 57 Sampel Padat 19
Gambar 58 Pembuatan cetakan 20
Gambar 59 Assembling cetakan 20
Gambar 510 Pemanasan Sampel Dalam Cetakan 20
Gambar 511 Peleburan dan Penuangan 21
Gambar 512 Hasil Cor dan posisi pemotongan 21
Gambar 513 Pengamatan Makro potongan sample 22
Gambar 514 Interface Struktur Mikro 23
Gambar 515 Lokasi Pengujian 24
Gambar 516 Rancangan Penambah pada Model Roda KA 25
Gambar 517 Proses Pengisian Logam Cair 26
Gambar 518 Feeding Zone Berakhir pada Penambah 26
Gambar 519 Fraction Solid pada Menit Ke-7 27
Gambar 520 Fraction Solid pada Menit ke-11 27
Gambar 521 Final Solidification - Shrinkage only at Riser 28
Gambar 522 Pola Roda KA 28
7
Laporan Akhir Roda Kere la Api
Gambar 523 Penempatan Pol a Dalam Rangka Cetak dan Pemberian Pasir 29
Gambar 524 Penempatan Penambah 29
Gambar 525 Pemadatan Pasir Cetak 30
Gambar 526 Pengangkatan Pola dari Cetakan 30
Gambar 527 Pemberian Coating Pada Cetakan dan Assembling Cetakan 30
Gambar 528 Cetakan Siap Cor 31
Gambar 529 Proses Peleburan dan Penuangan Ke Cetakan Roda KA 32
Gambar 530 Proses Penuangan dan Kondisi Cetakan Setelah Selesai Dicor
Penuh 33
Gambar 531 Diagram Perlakuan Panas Normalising Coran Roda KA 34
Gambar 532 Struktur IVlikro As-Cast Cor 1 (Bahan Baja Lain) 35
Gambar 533 Struktur Mikro Hasil Normalising Cor 1 (Bahan Baja Lain) 35
Gambar 534 Uji Ultrasonik Roda Cor 1 36
Gambar 54 PemeriksaanCacat Roda Cor 1 dengan Die Penetrant 37
8
LaparDn Akhir Rada Kerela Api
1 Pendahuluan
Dalam pelaksanaan penelitian rehabilitasi roda kereta yang telah mengalami aus (pengurangan ketebalan) maka akan dilakukan kegiatan riset pelapisan roda kereta api dengan cara Hot metal cladding sehingga akan diperoleh lapisan pada permukaan roda kereta dimana terjadi interdifusi antara material baja karbon roda kereta dan logam pelapisannya yang dalam hal ini di coba untuk memakai baja Pelapisan dapat dilakukan dengan menggunakan jenis logam baja karbon yang sama dengan jenis roda kereta atau pelapisan dengan menggunakan logam baja anti karat Untuk itu perlu dilakukan karakterisasi material untuk mengetahui komposisi material roda kereta bekas yang merupakan barang impor dan berbagai analisis beban (gaya) dinamis yang bekerja pada roda kereta saat sedang berfungsi Fungsi-fungsi tersebut antara terdiri dari gaya pengereman antara sepatu rem dengan telapak roda kereta gaya gesek antara roda kereta dan bantalan rei serta beban dinamis pada roda kereta akibat dari total beban yang berada diatasnya Selain itu perlu dijaga agar supaya pada daerah yang saling berlapis tidak akan muncul semacam sifat katodik yang mempercepat korosi sehingga perlu di jaga metal sebagai pelapisnya mengalami proses difusi bonding yang baik dan tidak terbentuk celah sebagai tempat perambatan media Selain melakukan proses pelapisan ulang juga akan dilaksanakan pembuatan ulang roda kereta dengan menggunakan metoda pengecoran Dengan metoda pengecoran diharapkan dapat ditentukan material balance dari paduan material roda kereta yang memenuhi persyaratan kekuatan dan kehandalan roda kereta yang sampai saat ini roda kereta api di Indonesia sepenuhnya masih terus di import
9
Laparal1 Akhir Rada Kerela Api
2 Tinjauan Pustaka
Untuk dapat menghasilkan sambungan antara logam padat dan cair yang sempurna tanpa adanya batas antara (interface) maka proses perlu dilakukan sampai terjadi fusi Proses fusi yaitu sebagian logam padatan ikut mencair dan mencapai kondisi cair-padat (mushy zone) atau benar-benar mencair sebagian sehingga terjadi pencampuran antara logam cair dan logam padat tersebut Kondisi tersebut akan menghasilkan sambungan yang sempurna seolah cairan yang diberikan bukanlah sekedar melapis tapi benar-benar menyatu dengan logam padatan yang dilapisinya
Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam proses pelapisan calran adalah parameter-parameter perpindahan panas Logam padat perlu mendapatkan panas untuk mencapai kondisi mushy atau cairo Panas dapat di peroleh dari pemberian panas (heat generation) pada padatan dengan cara memanaskan logam padat menggunakan pemanas Sumber lainnya adalah dari panas yang dimiliki cairan Untuk sumber panas yang kedua tentunya akan berakibat terjadinya penurunan temperatur cairan karena adanya penyerapan panas oleh logam padat sehingga temperatur akhir keduanya akan mencapai titik pertemuan pada temperatur tertentu selanjutnya kemudian keduanya akan turun secara bersamaan Bila titik pertemuan temperatur yang terjadi pad a kondisi logam padat masih dalam kondisi full pad at atau belum mushy atau mencair maka yang terjadi adalah difusi atom-atom antara kedua bagian dan terjadi sambungan Sambungan yang terjadi akan kurang kuat karena pada dasarnya keduanya masih terpisah oleh adanya interface
Untuk mengatasi penurunan temperatur cairan maka pemberian pelapisan dapat dilakukan dengan mengalirkan cairan Dengan kondisi mengalir maka padatan akan mendapatkan panas sementara cairan yang telah memberikan panas akan pindah karena mengalir Sampai pada saat temperatur padatan sudah cukup untuk berfusi dengan cairan maka aliran cairan dapat dihentikan
Dari konsep tersebut maka parameter utama yang perlu di cari dalam proses pelapisan cairan pada padatan adalah sebagai berikut
1 Temperatur preheat logam padatan 2 Temperatur tuang logam cairan 3 Waktu pengaliran cairan
10
Laporon Akhir Rada Kerefa Api
3 Tujuan dan Manfaat
1 Teknologi terapan proses industri yang mampu melakukan daur ulang secara cermat dan ber kualitas
2 aplikasi dalam untuk membantu PT Kereta Api dalam mengatasi kebutuhan roda kereta untuk mengganti roda yang di nyatakan aus dan tidak dapat dipakai lagi tanpa harus melakukan impor
3 Penekanan pada industri Kecil Menengah dilakukan sebagai pemicu agar IKM dapat juga melakukan daur ulang produk2 yang secara langsung mengurangi irnpor
4 Secara lebih terintegrasi maka IKIVl ini dengan PT Kereta Api dapat melakukan kerja sama memanfaatkan bahan baku dan desain mold secara benar dan cepat
Ceruk pasar pengecoran baja mangan sangat potensial terutama dalam mengembangkan keahlian pengecoran dsb
Manfaat
1 Meningkatnya kegiatan ekonomi masyarakat pengecoran yang lesu dan tersedianya teknologi yang tepat
2 Peningkatan added value mutu konsumtif yang mampu bersaing dengan produk import Sehingga mengurangi nilai devisa
3 Pengembang mitra usaha yang sederhana dan sebenarnya merupakan penggiatan perekonornian karena tidak terpengaruh oleh nilai dolar
11
Loparan Akhir Rada Kere la Api
4 METODOLOGI
Pengembangan metode pelapisan logam cair pad a padatan ini ditujukan untuk
melakukan perbaikan pada roda kereta api Roda kereta api yang telah
mengalami keausan permukaan akan diberi lapisan menggunakan cairan logam
dengan komposisi sejenis Penelitian yang dilakukan adalah melapis sampel
padat dari bahan roda KA dan dilapis cairan Langkah yang ditempuh untuk
mencapai proses yang dapat menghasilkan sambungan lapisan yang baik dan
kuat dilakukan sebagai berikut
Penentuan jenis logam baja
Penentuan jenis logam berkaitan dengan komposisi logam yang akan
disambung Analisisnya dilakukan pada roda kereta yang telah digunakan
Pengujian bahan roda KA bekas dilakukan yaitu
bull Pemeriksaan komposisi bahan
bull Pemeriksaan metalografi atau struktur mikro bahan
Setelah diperoleh komposisi material maka akan dapat di analisis sifat atau
karakteristik material dari mulai temperatur cair karakter pembekuan dan
struktur mikro yang akan terbentuk pada saat membeku
Simulasi pelapisan logam cair
Simulasi pelapisan logam padat oleh logam cair dilakukan dengan menggunakan
software magma soft Model akan dibuat serupa dengan rencana eksperimen
Dalam pemodelan dan simulasi dapat dilakukan variasi untuk parameter yang
akan dicari dalam eksperimen Parameter tersebut adalah Temperatur preheat
logam padatan Temperatur preheat sampel sebesar 500degC 700 degc dan 900 degC
Parameter lain dibuat konstan yaitu temperatur tuang Iogam cairan dan waktu
pengaliran cairan Hasil simulasi akan diperoleh distribusi temperatur yang terjadi
pada saat dilakukan pelapisan dan apakah temperatur pada bagian padatan
telah mencapai temperatur cair atau belum Langkah simulasi yang dilakukan
sebagai berikut
bull Pembuatan model sampel padatan
12
Laparan Akhir Rada Kerea Api
bull Raneangan proses dan variasi parameter
bull Simulasi pelapisan eairan
Eksperimen Pelapisan
Berbekal data hasil simulasi maka dapat dilakukan proses eksperimen Proses
eksperimen akan dilakukan pada sampel sederhana berbentuk kotak Langkah
yang dilakukan sebagai berikut
Pembuatan sampel
Sam pel padat dibuat dari bahan roda KA yang bekas pakai dipotong berbentuk
sampel kotak
41 Pembuatan eetakan
Sampel diletakkan di dalam eetakan dengan dilengkapi pemanas Pada bag ian
atas sampel diberi rongga cor untuk mengalirkan eairan yang akan dilapiskan
42 Pemanasan sam pel dalam eetakan
Sebelum dieor dengan material eair sampel dipanaskan terlebih dahulu
Pemanasan dibuat tiga variasi untuk tiga buah sampel yaitu 500 dege 700 dege dan
900 dege
43 Proses peleburan dan penuangan eairan pelapisan
Bahan yang digunakan untuk melapis adalah logam sejenis dengan komposisi
yang sama dengan logam pada roda kereta api
44 Pengujian hasil as-cast
Analisis dilakukan dengan pengamatan sambungan melalui pemeriksaan foto
makro metalografi dan kekerasan
45 Proses perlakuan panas
Dalam kondisi digunakan roda kereta api telah mengalami proses perlakuan
panas Untuk dapat meneapai kondisi yang homoge antara logam eair yang
melapisi dengan logam padat yang dilapis maka perlu dilakukan ekperimen
perlakuan panas sampai diperoleh struktur mikro yang homogen antara logam
padat dan logam pelapis
13
46 Pengujian hasil perlakuan panas
8etelah diberi perlakuan panas maka sam pel diperiksa kembali apakah kondisi
sambungan dan struktur mikro bisa menjadi homogen Pemeriksaan yang
dilakukan meliputi foto makro metalografi dan kekerasan mikro Hasil akhir yang
diharapkan adalah diperoleh sam pel dengan kondisi pelapisan antara logam
pad at dan cair tanpa adanya interface sambungan dengan struktur mikro yang
homogen
bull PROSES PENGECORAN bull Proses perancangan
Roda KA yang akan dibuat disesuaikan dengan skala tanur yang dimiliki Kapasitas tanur yang dimiliki sebesar 250 Kg oleh karenanya roda KA yang dibuat dirancang memiliki berat tidak lebih dari 125 Kg Rancangan bentuk roda KA disesuaikan dengan aslinya namun dalam skala yang lebih kecil Perancangan pertama yang dilakukan berupa gambar teknik roda KA yang dilakukan meliputi
bull Pembuatan gambar teknik roda KA bull Perancangan pembuatan polapattern roda KA bull Perancangan proses pengecoran roda KA (rancangan sistem
saluran dan penambah) Untuk dapat menghasilkan coran roda KA yang bebas cacat susut cor maka dilakukan perancangan untuk sistem saluran dan penambah Agar hasilnya optimal dan efisien maka dilakukan simulasi pengecoran menggunakan software magma soft Dari hasil simulasi akan diperoleh
bull Optimasi penggunaan penambah untuk menghindari cacat susut tuang (shrinkage)
bull Optimasi sistem saluran untuk menghindari turbulensi dan gas terjebak
bull Proses produksi coran roda KA Proses rancangan direalisasikan dalam bentuk pembuatan coran roda KA Urutan langkah yang dilakukan sebagai berikut
bull Pembuatan pola bull Pembuatan cetakan dan inti bull Peleburan - Penuangan bull Pembongkaran bull Pembersihan (fetling - shot blasting) bull Perlakuan panas
14
Loporan Akhr Roda Kerelo Api
Dalam hal penggunaan bahan untuk peleburan digunakan dua jenis bahan
bull Bahan baku peleburan menggunakan 100 roda KA bekas bull Bahan baku peleburan menggunakan baja lain
Target komposisi yang dihasilkan sesuai dengan rancangan yang ditetapkan
bull Proses pengujian Untuk mengetahui kualitas hasil cor maka dilakukan pengujian terhadap kualitas material dan benda cor Pemeriksaan meliputi
bull Pemeriksaan komposisi bull Pemeriksaan metalografi - struktur mikro bahan bull Pengujian kekerasan bull Pengujian tarik bull Pengujian impak bull Pengujian NOT bull Ultrasonik bull Die penetrant bull Pemotongan satu benda hasil pengecoran untuk menganalisa
keberadaan cacat di bag ian dalam (shrinkage) bull ANALISA HASIL - KOMPARASI CORAN DENGAN RODA KA ASLI
Dari hasil pengecoran kemudian dilakukan perbandingan terhadap kualitas roda KA yang asli Perbandingan hasil roda KA yang dihasilkan dengan bahan baku yang berbeda juga dilakukan Hal yang dibandingkan berupa sifat mekanik dan struktur mikro yang dihasilkan
bull PROTOTIPE SELESAI Setelah mendapatkan perbandingan hasil roda cor dengan roda KA asli maka proses pembuatan prototipe sudah selesai Luarannya berupa roda KA dalam skala penelitian yang memiliki sifat mekanik sesuai dengan tuntutan roda KA Selain itu dapat dihasilkan SOP untuk membuat roda KA
15
Laparan Akhir Rada Kerela Api
5 HASIL DAN PEMBAHASAN
Penentuan Jenis Logam Baja
Penentuan jenis logam berkaitan dengan komposisi logam yang akan
disambung Analisisnya dilakukan pada roda kereta yang telah digunakan
Pengujian bahan roda KA bekas dilakukan yaitu
bull Pemeriksaan Komposisi Bahan Tabel 51 Komposisi Kimia Roda KA Asli
Material termasuk baja karbon tanpa paduano
Gambar 51 Struktur Mikro Roda KA
Struktur mikro terdiri dari Perl it 95 dan Ferrit 5
16
Laparan Akhir Rada Kere la Api
Simulasi Pelapisan Logam Cair
bull Pembuatan Model Sampel Padatan
Gambar 52 Model Sampel
I Gambar 53 Model Simulasi
Model sam pel dan susunan dalam simulasi seperti yang digambarkan diatas
bull Parameter Simulasi
bull Bahan sam pel Carbon Steel
bull Logam cair Carbon Steel
bull Temperatur awal sampel 500 0 C 700 0 C dan 9000 C
bull Temperatur cor
bull Waktu pengisian 18 seconds
bull Jenis cetakan Silica dry sand
o Dimensi 130mm x 130mm
o Tebal10mm
o Berat 1400 gr
bull Kondisi batas
17
____________________
L(paran Akhir Rada Kereta Api
o Tebal sam pel 8 - 12 mm
o Berat sampel 14 kg
o Observed at 2 seconds after filling process completed -7 [at
highest temp of sample]
o Observed at 0 - O5mm depth from the sample surface
bull Simulasi Pelapisan Cairan
Temp [0 C]
-7 shy
-
Sample 900deg --
~8QQo
L _ _-- cmiddot 7QOltYC middot ~
-
T Sol 1395degC
1 2 13 14 15 16 ti me [5l Gambar 54 Diagram perubahan temperatur pada sam pel
-Ill middot IM e 9
f - -_ ~ - -~~ Lshy
I ~H ~ a 10bulln I l U I ~
~
G tmiddot_- -_ ~- - _ti=_~
Gambar 55 Temperatur sampel 7000 C - 9 Detik dan 18 Detik
18
Lparan Akhir Rada Kerela Api
-
-
-
3 -~ - Gambar 56 Temperatur sampel 9000 C - 9 Detik dan 18 Detik
Pada Gambar 56 warna merah menunjukkan bagian sampel telah memiliki
temperatur diatas solidus Dapat disimpulkan bahwa pada bagian merah terjadi
proses penyatuan permukaan sampel dengan cairan
Eksperimen Pelapisan
Berbekal data hasil simulasi maka dapat dilakukan proses eksperimen Proses
eksperimen akan dilakukan pad a sampel sederhana berbentuk kotak Langkah
yang dilakukan sebagai berikut
bull Pembuatan Sampel
Sampel padat dibuat dari bahan roda KA yang bekas pakai dipotong berbentuk
sampel kotak
Gambar 57 Sampel Padat
bull Pembuatan Cetakan
Sampel diletakkan di dalam cetakan dengan dilengkapi pemanas Pada bagian
atas sampel diberi rongga cor untuk mengalirkan cairan yang akan dilapiskan
19
Laporan Akhir Roda Kereta Api
Gambar 58 Pembuatan cetakan
Gambar 59 Assembling cetakan
bull Pemanasan Sam pel Dalam Cetakan
Sebelum dicor dengan material cair sam pel dipanaskan terlebih dahulu
Pemanasan dibuat tiga variasi untuk tiga buah sam pel yaitu 500 degc 700 degc dan
900 degc
Gambar 510 Pemanasan Sam pel Dalam Cetakan
20
Loporan Akhlr Roda Kerelo Api
Proses Peleburan dan Penuangan Cairan Pelapisan
Bahan yang digunakan untuk melapis adalah logam sejenis dengan komposisi
yang sama dengan logam pada roda kereta api
Gambar 511 Peleburan dan Penuangan
Pengujian Hasil As-Cast Sam pel 500 0 C
Analisis dilakukan dengan pengamatan sambungan melalui pemeriksaan foto
makro metalografi dan kekerasan
Tabel 52 Komposisi Kimia Material Cor
Pengamatan Makro Sampel
Gambar 512 HasH Cor dan posisi pemotongan
21
Laporan -1khir Roda Kerela Api
Gambar 513 Pengamatan Makro potongan sampeJ
Gambar 513 menunjukkan potongan 1 lepas ikatannya karena daerah tersebut
relatif lebih besar masanya dan temperaturnya lebih rendah sesuai dengan hasil
simulasi Potongan 2 dan 3 pada interface masih nampak daerah kosong atau
terisi inklusi
22
Laparan Aklllr Rada Kerela Api
bull Pengamatan Struktur Mikro
Gambar 514 Interface Struktur Mikro
Material cor terlihat lebih kasar Masih nampak ada inklusi oksida di interface
Ada bag ian interface terlihat bersatu dapat disimpulkan terjadi metallugical
bonding Pada interface tersambung terlihat struktur mikro mengalami penyatuan
dengan batas struktur feritik Metallurgical bonding terjadi namun masih
terkendala adanya inklusi akibat oksidasi
23
Laparan Aklllr Rada Kerela Api
bull Uji Kekerasan Mikro
Gambar 5 15 Lokasi Pengujian
Tabel 53 Hasil Pengujian
No
Posisi
Kekerasan
(VHN)
Setara
(HB)
1 265 252
2 263 250
3 209 209
4 243 231
PROSES PENGECORAN Proses Perancangan
Perancangan Pembuatan PolaPattern Roda KA
Dari gambar teknik kemudian dapat dirancang ukuran untuk pembuatan pola
Dalam pembuatan pola harus dipertimbangkan penambahan ukuran untuk
kompensasi penyusutan padat dan tambahan ukuran untuk pengerjaan
pemesinan
Perancangan Proses Pengecoran Roda KA (Rancangan Sistem Saluran dan
Penambah)
Perancancangan untuk proses pengecoran logam disini adalah untuk merancang
sistem saluran dan penambah Sistem saluran berupa cawan tuang saluran
24
Laporan Akhir Roda Kerefa Api
terak dan saluran masuk berfungsi untuk mengalirkan cairan logam dari ladel ke
cetakan Penambah berfungsi untuk menghindari cacat susut akibat penyusutan
saat logam cair membeku Penyusutan yang terjadi dialihkan ke penambah
sehingga benda akan tetap masif Untuk mengetahui posisi dan ukuran
penambah dapat dilakukan analisis menggunakan software solidcast dan
magmasoft Software analisis pembekuan dapat menganal isis susut cor yang
terjadi pada benda sehingga penempatan penambah lebih efisien Dengan
simulasi maka hasil rancangan lebih efisien karena tidak perlu melakukan
percobaan menggunakan cairan logam sesungguhnya
Proses simulasi dilakukan seperti yang diuraikan berikut ini
Simulasi Pengecoran
bull bull _ bullbull bullbull1 hoyr
11 _t I 4~_ - - JIII J3 JI - II ~ ~ oshy~
__ __ _ ___ ___ _____ _________ _ ----1
Gambar 516 Rancangan Penambah pada Model Roda KA
Gambar 516 menunjukkan disain pengecoran untuk penempatan penambah
yang digunakan Disain menggunakan 3 buah riser Pada riser tengah diberikan
pading (tambahan masa) dan chill untuk pembentukanpembekuan terarah
25
Laporan Akhir Roda Kereta Api
f7(c (
1 ) ~te
MJr C unlty middot
j~ 10 f- -
r ~~
Imiddotmiddot Gambar 517 Proses Pengisian Logam Cair
Gambar 517 menunjukkan proses pengisian logam cair Logam cair dimasukkan
langsung dari salah satu penambah
- ~ amp il-~ -~ A middotlImiddot
rs ~ ~
III
Gambar 518 Feeding Zone Berakhir pada Penambah
Gambar 518 menunjukkan modulus thermal dengan desain 3 riser telah terjadi
dengan sempurna Dengan desain ini telah terjadi 3 feeding zone yang ketiganya
berakhir pada masing-masing riser
26
---
Iaporan Akhir Roda Kerela Api
JI -+ J J ~ r- shy shy
ltI
bullbull -t bullampI
Ii
I -
Gambar 519 Fraction Solid pada Menit Ke-7
Analisa proses pembekuan dilakukan dengan mengamati fraction solid pada
setiap menit selama proses pembekuan Gambar 519 menunjukkan fraction
solid pada menit ke-7 Pada menit ke-7 feeding zone telah terbagi menjadi 2
daerah Pada tahap ini riser telah berfungsi optimal
Gambar 520 Fraction Solid pada MeDit ke-ll
Gambar 520 menunjukkan fraction solid pada menit ke-11 Pada saat tersebut
fraction solid telah menuju ke daerah riser seluruhnya Directional solidification
telah lebih dominan dari progressive solidification Directional solidification
adalah pembekuan dimulai dari daerah terjauh menuju riser Progressive
27
Larcm Akhir Roda Kerela Api
solidification adalah pembekuan dimulai dari ketebalan dinding casting ke bag ian
tengah (memotong pembekuan directional)
Gambar 521 Final Solidification - Shrinkage only at Riser
Gambar521 menunjukkan hasil akhir dari proses pembekuan Shrinkage
porosity terjadi pada daerah riser yaitu berada di luar produk Disain telah
mencukupi untuk kriteria sound casting
Proses Produksi Coran Roda KA
Pembuatan Pola
Gambar 522 Pola Roda KA
28
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Pembuatan Cetakan dan Inti
Gambar 523 Penempatan Pola Dalam Rangka Cetak dan Pemberian Pasir
Gambar 523 menunjukkan penempatan pola pada rangka cetak Rangka cetak
yang digunakan berbentuk bulat untuk menghemat area pasir cetak Pasir cetak
digunakan adalah jenis greensand Greensand merupakan campuran pasir
kuarsa dan bentonit ditambah sedikit air menghasilkan campuran pasir cetak
yang dapat membentuk rongga cetak
Gambar 524 Penempatan Penambah
29
Laporan Akh ir Roda Kerela Api
Gambar 525 Pemadatan Pasir Cetak
Gambar 526 Pengangkatan Pola dari Cetakan
Gambar 527 Pemberian Coating Pad a Cetakan dan Assembling Cetakan
30
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Gambar 528 Cetakan Siap Cor
Peleburan
Peleburan bahan atau cairan untuk pengecoran roda KA menggunakan dua
metode Metode 1 menggunakan bahan baku dari baja lain yang tersedia
selanjutnya disebut cor 1 Metode 2 menggunakan bahan baku 100 skrap
roda KA bekas selanjutnya disebut cor 2 Keduanya seharusnya dapat
menghasilkan sifat yang sama oleh karenanya akan dibandingkan hasilnya
kemudian
Bahan Baku Peleburan Menggunakan Baja Lain
Peleburan cairan baja untuk roda KA menggunakan bahan dengan komposisi
setara seperti komposisi Roda KA asli Komposisi kimia dirancang mendekati
komposisi kimia roda KA aslinya agar sifat mekanik dapat didekati Komposisi
Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 0 11987
Peramuan 06 - 07 02 - 03 - - 06 - 08 Max 02 Max 02
TabeJ 54 Komposisi Roda KA
31
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Untuk dapat mencapai komposisi tersebut digunakan bahan dasar sebagai
berikut
Jenis Bahan Komposisi Jumlah
C Si S P Mn Ni Cr () (Kg)
Bahan daur ulang GS20Mn5
025 018 - - 111 025 037 80
Baja Scrap jenis Low Mn 02 02 - - 03 - - 180 Tabel 55 Bahan Dasar
Penggunaan paduan untuk mencapai komposisi yang ditargetkan sebagai
berikut
Jenis Bahan C Si S P Mn Ni Cr Jumlah
() (Kg) 1Carburizer 9984 - - - - - -
FeSi 75 015 75 - - - - - 02 FeMnHC 675 071 - - 7553 - - 18
Tabel56 Komposisi Target
Temperatur pengeluaran dari tanur ke ladel sebesar 1651 0 C Temperatur cor
sebesar 1506 0 C
Gambar 529 Proses Peleburan dan Penuangan Ke Cetakan Roda KA
32
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Gambar 530 Proses Penuangan dan Kondisi Cetakan Setelah Selesai Dicor Penuh
Bahan Baku Peleburan Menggunakan 100 Roda KA Bekas
Peleburan menggunakan bahan baku roda KA bekas 100 dilakukan tanpa
menambahkan paduano Bahan baku digunakan 100 skrap roda KA bekas
Roda KA dipotong terlebih dahulu dengan las acetilene agar dapat masuk
kedalam tanur
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA
Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 011987
Target Komp
06 - 07 02 - 03 - - 06 - 08 Max 02
Max 02
Terjadi 0671 0145 0008 00095 0463 00 15 0107 Tabel57 Komposisi Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan
33
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Komposisi yang terjadi mengalami kekurangan pad a Silisium dan Mangan Hal
ini dikarenakan adanya looses atau bahan baku yang memang memiliki
komposisi yang sudah kurang sebelumnya
Perlakuan Panas
Untuk mendapatkan hasil struktur mikro sesuai dengan roda KA aslinya maka
perlu dilakukan perlakuan panas Proses perlakuan panas yang diberikan adalah
normalising
4
UDARA
Gambar 531 Diagram Perlakuan Panas Normalising Coran Roda KA
Dengan diberikan proses normalising maka struktur mikro coran roda KA
menjadi lebih halus Sifat mekaniknya akan menjadi lebih baik
Proses Pengujian
Pengujian dilakukan terhadap benda cor roda KA Tujuannya adalah untuk
mengetahui kualitas hasil cor apakah coran tersebut bebas cacat dan apakah
coran sudah sesuai dengan tuntutan sifat mekanis roda KA Pembandingnya
adalah sifat mekanik roda KA Asli Dengan demikian dapat dianalisis apakah
roda hasil cor layak digunakan atau tidak
Pemeriksaan Komposisi
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 011987
Cor 1 (bahan baja lain)
0693 0258 0013 0016 0461 0027 0091
Cor 2 (bahan skrap roda KA)
0671 0145 0008 00095 0463 0015 0107
Tabel 58 Komposisi Roda KA Asli dan Hasil Cor
34
Laporan Akhir Roda Kerea Api
Pemeriksaan Metalografi - Struktur Mikro
Gambar 532 Struktur Mikro As-Cast Cor 1 (Bahan Baja Lain)
Gambar 533 Struktur Mikro Hasil Normalising Cor 1 (Bahan Baja Lain)
35
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Pengujian Kekerasan
Pengecoran Bagian Hardness 1 2 3 Ratashyrata
Setara
Cor 1 Body HRC 25 27 28 267 265 HB Cor2 Body HRC 27 29 20 253 256 HB
Tabel59 Uji Keras Roda KA As-Cast
Nilai kekerasan bahan roda KA hasil cor 1 adalah 26 7 HRC setara dengan 265
HB dan hasil cor 2 adalah 253 HRC setara dengan 256 HB Kekerasan hampir
sama untuk semua bagian casting karena belum dilakukan perlakuan panas
lanjut atau perlakuan panas permukaan pad a bagian telapak Kekerasan casting
mendekati kekerasan roda KA Asli yaitu 231 HB
Ultrasonik
Pengujian ultrasonik dilakukan untuk mendeteksi cacat pada bagian tengah
coran Bagian yang diperiksa adalah bagian bawah penambah
Gam bar 534 Uji Ultrasonik Roda Cor 1
Hasil pengujian belum diperoleh karena back wall signal tidak terdeteksi
Kemungkinan karena butir hasil cor masih kasar sehingga sinyal ultrasonik jadi
terpencar dan tidak kembali ke probe detector Coran akan diberikan perlakuan
panas normalising terlebih dahulu untuk memperhalus butirnya
36
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Die Penetrant
Die penetrant dilakukan untuk mendeteksi susut cor pada bagian bawah
penambah Coran dipotong melintang tepat dibawah penambah
Gambar 54 Pemeriksaan Cacat Roda Cor 1 Dengan Die Penetrant
Hasil pemeriksaan menunjukkan terdapat sedikit retak pada bagian pinggir
caran o Retakan yang muncul bisa diakibatkan akibat proses pemotongan
menggunakan gerinda dan dilakukan pemukulan Bagian tengah tidak terdapat
cacat susut yang terjadi Dapat disimpulkan bahwa susut coran tidak terjadi pada
benda
37
Laparan Akhir Rada Kerela Api
6 Kesimpulan dan Saran
Dari hasil clading yang dilakukan pada sample roda didapat suatu kesimpulan bahwa semakin panas temperatur sample roda maka terjadi proses difusi yang sangat baik hal ini seperti fenomena yang terjadi pada suatu pengelasan dimana pada logam induk dan logam cair terdapat daerah yang terpengaruh panas sehingga terjadi suatu proses difusi
Dari hasil pengecoran yang dilakukan terhadap pembuatan roda kereta api ukuran 100 kg didapat bahwa proses pengecoran yang memakai bah an baku scrap roda kereta api dapat dilakukan oleh industri dalam negeri dengan memanfaatkan scrap roda kereta api yang ada ditambah sedikit pemaduan (alloying)
Dari kegiatan yang sudah kami lakukan selama 10 bulan ini serta dari data serta infra struktur yang dimiliki oleh industri di dalam negeri maka kami menyarankan agar kegiatan rehabilitasi terhadap roda kereta api dapat dilanjutkan di tahun 2011 yaitu dengan melakukan pengecoran terhadap scrap roda kereta api menjadi Roda Kereta Api baru dengan memanfaatkan kemampuan industri pengecoran di dalam negeri dimana untuk untuk pengecoran ini kemampuan peralatan industri yang ada sudah memadai
38
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Daftar lsi
Hal
Lembar Identitas dan Pengesahan 2
Ringkasan 3
Prakata 4
Daftar Isi 5
Daftar Tabel 6
Daftar GalTlbar 7
1 Pendahuluan 9
2 Tinjauan Pustaka 10
3 Tujuan dan Manfaat 11
4 Metodologi 12
5 Hasil dan Pembahasan 16
6 Kesimpulan 38
Daftar Pustaka 39
5
Laparan Akhll Rada Kerela Api
Daftar Tabel
Tabel 51 Komposisi Kimia Roda KA Asli 13
Tabel 52 Komposisi Kimia Material Cor 21
Tabel 53 Hasil Pengujian 24
Tabel 54 Komposisi Roda KA 31
Tabel 55 Bahan Dasar 32
Tabel 56 Komposisi Target 32
Tabel 57 Komposisi Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan 33
Tabel 58 Komposisi Roda KA Asli dan Hasil Cor 34
Tabel 59 Uji Keras Roda KA As-Cast 36
6
Laporan Akhir Rodn Kerela Api
Daftar Gambar
Gambar 51 Struktur Mikro Roda KA 16
Gambar 52 Model Sampel 17
Gambar 53 Model Simulasi 17
Gambar 54 Diagram perubahan temperatur pada sample 18
Gambar 55 Temperatur sampel 700 0 C - 9 Detik dan 18 Detik 18
Gambar 56 Temperatur sampel 900 0 C - 9 Detik dan 18 Detik 19
Gambar 57 Sampel Padat 19
Gambar 58 Pembuatan cetakan 20
Gambar 59 Assembling cetakan 20
Gambar 510 Pemanasan Sampel Dalam Cetakan 20
Gambar 511 Peleburan dan Penuangan 21
Gambar 512 Hasil Cor dan posisi pemotongan 21
Gambar 513 Pengamatan Makro potongan sample 22
Gambar 514 Interface Struktur Mikro 23
Gambar 515 Lokasi Pengujian 24
Gambar 516 Rancangan Penambah pada Model Roda KA 25
Gambar 517 Proses Pengisian Logam Cair 26
Gambar 518 Feeding Zone Berakhir pada Penambah 26
Gambar 519 Fraction Solid pada Menit Ke-7 27
Gambar 520 Fraction Solid pada Menit ke-11 27
Gambar 521 Final Solidification - Shrinkage only at Riser 28
Gambar 522 Pola Roda KA 28
7
Laporan Akhir Roda Kere la Api
Gambar 523 Penempatan Pol a Dalam Rangka Cetak dan Pemberian Pasir 29
Gambar 524 Penempatan Penambah 29
Gambar 525 Pemadatan Pasir Cetak 30
Gambar 526 Pengangkatan Pola dari Cetakan 30
Gambar 527 Pemberian Coating Pada Cetakan dan Assembling Cetakan 30
Gambar 528 Cetakan Siap Cor 31
Gambar 529 Proses Peleburan dan Penuangan Ke Cetakan Roda KA 32
Gambar 530 Proses Penuangan dan Kondisi Cetakan Setelah Selesai Dicor
Penuh 33
Gambar 531 Diagram Perlakuan Panas Normalising Coran Roda KA 34
Gambar 532 Struktur IVlikro As-Cast Cor 1 (Bahan Baja Lain) 35
Gambar 533 Struktur Mikro Hasil Normalising Cor 1 (Bahan Baja Lain) 35
Gambar 534 Uji Ultrasonik Roda Cor 1 36
Gambar 54 PemeriksaanCacat Roda Cor 1 dengan Die Penetrant 37
8
LaparDn Akhir Rada Kerela Api
1 Pendahuluan
Dalam pelaksanaan penelitian rehabilitasi roda kereta yang telah mengalami aus (pengurangan ketebalan) maka akan dilakukan kegiatan riset pelapisan roda kereta api dengan cara Hot metal cladding sehingga akan diperoleh lapisan pada permukaan roda kereta dimana terjadi interdifusi antara material baja karbon roda kereta dan logam pelapisannya yang dalam hal ini di coba untuk memakai baja Pelapisan dapat dilakukan dengan menggunakan jenis logam baja karbon yang sama dengan jenis roda kereta atau pelapisan dengan menggunakan logam baja anti karat Untuk itu perlu dilakukan karakterisasi material untuk mengetahui komposisi material roda kereta bekas yang merupakan barang impor dan berbagai analisis beban (gaya) dinamis yang bekerja pada roda kereta saat sedang berfungsi Fungsi-fungsi tersebut antara terdiri dari gaya pengereman antara sepatu rem dengan telapak roda kereta gaya gesek antara roda kereta dan bantalan rei serta beban dinamis pada roda kereta akibat dari total beban yang berada diatasnya Selain itu perlu dijaga agar supaya pada daerah yang saling berlapis tidak akan muncul semacam sifat katodik yang mempercepat korosi sehingga perlu di jaga metal sebagai pelapisnya mengalami proses difusi bonding yang baik dan tidak terbentuk celah sebagai tempat perambatan media Selain melakukan proses pelapisan ulang juga akan dilaksanakan pembuatan ulang roda kereta dengan menggunakan metoda pengecoran Dengan metoda pengecoran diharapkan dapat ditentukan material balance dari paduan material roda kereta yang memenuhi persyaratan kekuatan dan kehandalan roda kereta yang sampai saat ini roda kereta api di Indonesia sepenuhnya masih terus di import
9
Laparal1 Akhir Rada Kerela Api
2 Tinjauan Pustaka
Untuk dapat menghasilkan sambungan antara logam padat dan cair yang sempurna tanpa adanya batas antara (interface) maka proses perlu dilakukan sampai terjadi fusi Proses fusi yaitu sebagian logam padatan ikut mencair dan mencapai kondisi cair-padat (mushy zone) atau benar-benar mencair sebagian sehingga terjadi pencampuran antara logam cair dan logam padat tersebut Kondisi tersebut akan menghasilkan sambungan yang sempurna seolah cairan yang diberikan bukanlah sekedar melapis tapi benar-benar menyatu dengan logam padatan yang dilapisinya
Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam proses pelapisan calran adalah parameter-parameter perpindahan panas Logam padat perlu mendapatkan panas untuk mencapai kondisi mushy atau cairo Panas dapat di peroleh dari pemberian panas (heat generation) pada padatan dengan cara memanaskan logam padat menggunakan pemanas Sumber lainnya adalah dari panas yang dimiliki cairan Untuk sumber panas yang kedua tentunya akan berakibat terjadinya penurunan temperatur cairan karena adanya penyerapan panas oleh logam padat sehingga temperatur akhir keduanya akan mencapai titik pertemuan pada temperatur tertentu selanjutnya kemudian keduanya akan turun secara bersamaan Bila titik pertemuan temperatur yang terjadi pad a kondisi logam padat masih dalam kondisi full pad at atau belum mushy atau mencair maka yang terjadi adalah difusi atom-atom antara kedua bagian dan terjadi sambungan Sambungan yang terjadi akan kurang kuat karena pada dasarnya keduanya masih terpisah oleh adanya interface
Untuk mengatasi penurunan temperatur cairan maka pemberian pelapisan dapat dilakukan dengan mengalirkan cairan Dengan kondisi mengalir maka padatan akan mendapatkan panas sementara cairan yang telah memberikan panas akan pindah karena mengalir Sampai pada saat temperatur padatan sudah cukup untuk berfusi dengan cairan maka aliran cairan dapat dihentikan
Dari konsep tersebut maka parameter utama yang perlu di cari dalam proses pelapisan cairan pada padatan adalah sebagai berikut
1 Temperatur preheat logam padatan 2 Temperatur tuang logam cairan 3 Waktu pengaliran cairan
10
Laporon Akhir Rada Kerefa Api
3 Tujuan dan Manfaat
1 Teknologi terapan proses industri yang mampu melakukan daur ulang secara cermat dan ber kualitas
2 aplikasi dalam untuk membantu PT Kereta Api dalam mengatasi kebutuhan roda kereta untuk mengganti roda yang di nyatakan aus dan tidak dapat dipakai lagi tanpa harus melakukan impor
3 Penekanan pada industri Kecil Menengah dilakukan sebagai pemicu agar IKM dapat juga melakukan daur ulang produk2 yang secara langsung mengurangi irnpor
4 Secara lebih terintegrasi maka IKIVl ini dengan PT Kereta Api dapat melakukan kerja sama memanfaatkan bahan baku dan desain mold secara benar dan cepat
Ceruk pasar pengecoran baja mangan sangat potensial terutama dalam mengembangkan keahlian pengecoran dsb
Manfaat
1 Meningkatnya kegiatan ekonomi masyarakat pengecoran yang lesu dan tersedianya teknologi yang tepat
2 Peningkatan added value mutu konsumtif yang mampu bersaing dengan produk import Sehingga mengurangi nilai devisa
3 Pengembang mitra usaha yang sederhana dan sebenarnya merupakan penggiatan perekonornian karena tidak terpengaruh oleh nilai dolar
11
Loparan Akhir Rada Kere la Api
4 METODOLOGI
Pengembangan metode pelapisan logam cair pad a padatan ini ditujukan untuk
melakukan perbaikan pada roda kereta api Roda kereta api yang telah
mengalami keausan permukaan akan diberi lapisan menggunakan cairan logam
dengan komposisi sejenis Penelitian yang dilakukan adalah melapis sampel
padat dari bahan roda KA dan dilapis cairan Langkah yang ditempuh untuk
mencapai proses yang dapat menghasilkan sambungan lapisan yang baik dan
kuat dilakukan sebagai berikut
Penentuan jenis logam baja
Penentuan jenis logam berkaitan dengan komposisi logam yang akan
disambung Analisisnya dilakukan pada roda kereta yang telah digunakan
Pengujian bahan roda KA bekas dilakukan yaitu
bull Pemeriksaan komposisi bahan
bull Pemeriksaan metalografi atau struktur mikro bahan
Setelah diperoleh komposisi material maka akan dapat di analisis sifat atau
karakteristik material dari mulai temperatur cair karakter pembekuan dan
struktur mikro yang akan terbentuk pada saat membeku
Simulasi pelapisan logam cair
Simulasi pelapisan logam padat oleh logam cair dilakukan dengan menggunakan
software magma soft Model akan dibuat serupa dengan rencana eksperimen
Dalam pemodelan dan simulasi dapat dilakukan variasi untuk parameter yang
akan dicari dalam eksperimen Parameter tersebut adalah Temperatur preheat
logam padatan Temperatur preheat sampel sebesar 500degC 700 degc dan 900 degC
Parameter lain dibuat konstan yaitu temperatur tuang Iogam cairan dan waktu
pengaliran cairan Hasil simulasi akan diperoleh distribusi temperatur yang terjadi
pada saat dilakukan pelapisan dan apakah temperatur pada bagian padatan
telah mencapai temperatur cair atau belum Langkah simulasi yang dilakukan
sebagai berikut
bull Pembuatan model sampel padatan
12
Laparan Akhir Rada Kerea Api
bull Raneangan proses dan variasi parameter
bull Simulasi pelapisan eairan
Eksperimen Pelapisan
Berbekal data hasil simulasi maka dapat dilakukan proses eksperimen Proses
eksperimen akan dilakukan pada sampel sederhana berbentuk kotak Langkah
yang dilakukan sebagai berikut
Pembuatan sampel
Sam pel padat dibuat dari bahan roda KA yang bekas pakai dipotong berbentuk
sampel kotak
41 Pembuatan eetakan
Sampel diletakkan di dalam eetakan dengan dilengkapi pemanas Pada bag ian
atas sampel diberi rongga cor untuk mengalirkan eairan yang akan dilapiskan
42 Pemanasan sam pel dalam eetakan
Sebelum dieor dengan material eair sampel dipanaskan terlebih dahulu
Pemanasan dibuat tiga variasi untuk tiga buah sampel yaitu 500 dege 700 dege dan
900 dege
43 Proses peleburan dan penuangan eairan pelapisan
Bahan yang digunakan untuk melapis adalah logam sejenis dengan komposisi
yang sama dengan logam pada roda kereta api
44 Pengujian hasil as-cast
Analisis dilakukan dengan pengamatan sambungan melalui pemeriksaan foto
makro metalografi dan kekerasan
45 Proses perlakuan panas
Dalam kondisi digunakan roda kereta api telah mengalami proses perlakuan
panas Untuk dapat meneapai kondisi yang homoge antara logam eair yang
melapisi dengan logam padat yang dilapis maka perlu dilakukan ekperimen
perlakuan panas sampai diperoleh struktur mikro yang homogen antara logam
padat dan logam pelapis
13
46 Pengujian hasil perlakuan panas
8etelah diberi perlakuan panas maka sam pel diperiksa kembali apakah kondisi
sambungan dan struktur mikro bisa menjadi homogen Pemeriksaan yang
dilakukan meliputi foto makro metalografi dan kekerasan mikro Hasil akhir yang
diharapkan adalah diperoleh sam pel dengan kondisi pelapisan antara logam
pad at dan cair tanpa adanya interface sambungan dengan struktur mikro yang
homogen
bull PROSES PENGECORAN bull Proses perancangan
Roda KA yang akan dibuat disesuaikan dengan skala tanur yang dimiliki Kapasitas tanur yang dimiliki sebesar 250 Kg oleh karenanya roda KA yang dibuat dirancang memiliki berat tidak lebih dari 125 Kg Rancangan bentuk roda KA disesuaikan dengan aslinya namun dalam skala yang lebih kecil Perancangan pertama yang dilakukan berupa gambar teknik roda KA yang dilakukan meliputi
bull Pembuatan gambar teknik roda KA bull Perancangan pembuatan polapattern roda KA bull Perancangan proses pengecoran roda KA (rancangan sistem
saluran dan penambah) Untuk dapat menghasilkan coran roda KA yang bebas cacat susut cor maka dilakukan perancangan untuk sistem saluran dan penambah Agar hasilnya optimal dan efisien maka dilakukan simulasi pengecoran menggunakan software magma soft Dari hasil simulasi akan diperoleh
bull Optimasi penggunaan penambah untuk menghindari cacat susut tuang (shrinkage)
bull Optimasi sistem saluran untuk menghindari turbulensi dan gas terjebak
bull Proses produksi coran roda KA Proses rancangan direalisasikan dalam bentuk pembuatan coran roda KA Urutan langkah yang dilakukan sebagai berikut
bull Pembuatan pola bull Pembuatan cetakan dan inti bull Peleburan - Penuangan bull Pembongkaran bull Pembersihan (fetling - shot blasting) bull Perlakuan panas
14
Loporan Akhr Roda Kerelo Api
Dalam hal penggunaan bahan untuk peleburan digunakan dua jenis bahan
bull Bahan baku peleburan menggunakan 100 roda KA bekas bull Bahan baku peleburan menggunakan baja lain
Target komposisi yang dihasilkan sesuai dengan rancangan yang ditetapkan
bull Proses pengujian Untuk mengetahui kualitas hasil cor maka dilakukan pengujian terhadap kualitas material dan benda cor Pemeriksaan meliputi
bull Pemeriksaan komposisi bull Pemeriksaan metalografi - struktur mikro bahan bull Pengujian kekerasan bull Pengujian tarik bull Pengujian impak bull Pengujian NOT bull Ultrasonik bull Die penetrant bull Pemotongan satu benda hasil pengecoran untuk menganalisa
keberadaan cacat di bag ian dalam (shrinkage) bull ANALISA HASIL - KOMPARASI CORAN DENGAN RODA KA ASLI
Dari hasil pengecoran kemudian dilakukan perbandingan terhadap kualitas roda KA yang asli Perbandingan hasil roda KA yang dihasilkan dengan bahan baku yang berbeda juga dilakukan Hal yang dibandingkan berupa sifat mekanik dan struktur mikro yang dihasilkan
bull PROTOTIPE SELESAI Setelah mendapatkan perbandingan hasil roda cor dengan roda KA asli maka proses pembuatan prototipe sudah selesai Luarannya berupa roda KA dalam skala penelitian yang memiliki sifat mekanik sesuai dengan tuntutan roda KA Selain itu dapat dihasilkan SOP untuk membuat roda KA
15
Laparan Akhir Rada Kerela Api
5 HASIL DAN PEMBAHASAN
Penentuan Jenis Logam Baja
Penentuan jenis logam berkaitan dengan komposisi logam yang akan
disambung Analisisnya dilakukan pada roda kereta yang telah digunakan
Pengujian bahan roda KA bekas dilakukan yaitu
bull Pemeriksaan Komposisi Bahan Tabel 51 Komposisi Kimia Roda KA Asli
Material termasuk baja karbon tanpa paduano
Gambar 51 Struktur Mikro Roda KA
Struktur mikro terdiri dari Perl it 95 dan Ferrit 5
16
Laparan Akhir Rada Kere la Api
Simulasi Pelapisan Logam Cair
bull Pembuatan Model Sampel Padatan
Gambar 52 Model Sampel
I Gambar 53 Model Simulasi
Model sam pel dan susunan dalam simulasi seperti yang digambarkan diatas
bull Parameter Simulasi
bull Bahan sam pel Carbon Steel
bull Logam cair Carbon Steel
bull Temperatur awal sampel 500 0 C 700 0 C dan 9000 C
bull Temperatur cor
bull Waktu pengisian 18 seconds
bull Jenis cetakan Silica dry sand
o Dimensi 130mm x 130mm
o Tebal10mm
o Berat 1400 gr
bull Kondisi batas
17
____________________
L(paran Akhir Rada Kereta Api
o Tebal sam pel 8 - 12 mm
o Berat sampel 14 kg
o Observed at 2 seconds after filling process completed -7 [at
highest temp of sample]
o Observed at 0 - O5mm depth from the sample surface
bull Simulasi Pelapisan Cairan
Temp [0 C]
-7 shy
-
Sample 900deg --
~8QQo
L _ _-- cmiddot 7QOltYC middot ~
-
T Sol 1395degC
1 2 13 14 15 16 ti me [5l Gambar 54 Diagram perubahan temperatur pada sam pel
-Ill middot IM e 9
f - -_ ~ - -~~ Lshy
I ~H ~ a 10bulln I l U I ~
~
G tmiddot_- -_ ~- - _ti=_~
Gambar 55 Temperatur sampel 7000 C - 9 Detik dan 18 Detik
18
Lparan Akhir Rada Kerela Api
-
-
-
3 -~ - Gambar 56 Temperatur sampel 9000 C - 9 Detik dan 18 Detik
Pada Gambar 56 warna merah menunjukkan bagian sampel telah memiliki
temperatur diatas solidus Dapat disimpulkan bahwa pada bagian merah terjadi
proses penyatuan permukaan sampel dengan cairan
Eksperimen Pelapisan
Berbekal data hasil simulasi maka dapat dilakukan proses eksperimen Proses
eksperimen akan dilakukan pad a sampel sederhana berbentuk kotak Langkah
yang dilakukan sebagai berikut
bull Pembuatan Sampel
Sampel padat dibuat dari bahan roda KA yang bekas pakai dipotong berbentuk
sampel kotak
Gambar 57 Sampel Padat
bull Pembuatan Cetakan
Sampel diletakkan di dalam cetakan dengan dilengkapi pemanas Pada bagian
atas sampel diberi rongga cor untuk mengalirkan cairan yang akan dilapiskan
19
Laporan Akhir Roda Kereta Api
Gambar 58 Pembuatan cetakan
Gambar 59 Assembling cetakan
bull Pemanasan Sam pel Dalam Cetakan
Sebelum dicor dengan material cair sam pel dipanaskan terlebih dahulu
Pemanasan dibuat tiga variasi untuk tiga buah sam pel yaitu 500 degc 700 degc dan
900 degc
Gambar 510 Pemanasan Sam pel Dalam Cetakan
20
Loporan Akhlr Roda Kerelo Api
Proses Peleburan dan Penuangan Cairan Pelapisan
Bahan yang digunakan untuk melapis adalah logam sejenis dengan komposisi
yang sama dengan logam pada roda kereta api
Gambar 511 Peleburan dan Penuangan
Pengujian Hasil As-Cast Sam pel 500 0 C
Analisis dilakukan dengan pengamatan sambungan melalui pemeriksaan foto
makro metalografi dan kekerasan
Tabel 52 Komposisi Kimia Material Cor
Pengamatan Makro Sampel
Gambar 512 HasH Cor dan posisi pemotongan
21
Laporan -1khir Roda Kerela Api
Gambar 513 Pengamatan Makro potongan sampeJ
Gambar 513 menunjukkan potongan 1 lepas ikatannya karena daerah tersebut
relatif lebih besar masanya dan temperaturnya lebih rendah sesuai dengan hasil
simulasi Potongan 2 dan 3 pada interface masih nampak daerah kosong atau
terisi inklusi
22
Laparan Aklllr Rada Kerela Api
bull Pengamatan Struktur Mikro
Gambar 514 Interface Struktur Mikro
Material cor terlihat lebih kasar Masih nampak ada inklusi oksida di interface
Ada bag ian interface terlihat bersatu dapat disimpulkan terjadi metallugical
bonding Pada interface tersambung terlihat struktur mikro mengalami penyatuan
dengan batas struktur feritik Metallurgical bonding terjadi namun masih
terkendala adanya inklusi akibat oksidasi
23
Laparan Aklllr Rada Kerela Api
bull Uji Kekerasan Mikro
Gambar 5 15 Lokasi Pengujian
Tabel 53 Hasil Pengujian
No
Posisi
Kekerasan
(VHN)
Setara
(HB)
1 265 252
2 263 250
3 209 209
4 243 231
PROSES PENGECORAN Proses Perancangan
Perancangan Pembuatan PolaPattern Roda KA
Dari gambar teknik kemudian dapat dirancang ukuran untuk pembuatan pola
Dalam pembuatan pola harus dipertimbangkan penambahan ukuran untuk
kompensasi penyusutan padat dan tambahan ukuran untuk pengerjaan
pemesinan
Perancangan Proses Pengecoran Roda KA (Rancangan Sistem Saluran dan
Penambah)
Perancancangan untuk proses pengecoran logam disini adalah untuk merancang
sistem saluran dan penambah Sistem saluran berupa cawan tuang saluran
24
Laporan Akhir Roda Kerefa Api
terak dan saluran masuk berfungsi untuk mengalirkan cairan logam dari ladel ke
cetakan Penambah berfungsi untuk menghindari cacat susut akibat penyusutan
saat logam cair membeku Penyusutan yang terjadi dialihkan ke penambah
sehingga benda akan tetap masif Untuk mengetahui posisi dan ukuran
penambah dapat dilakukan analisis menggunakan software solidcast dan
magmasoft Software analisis pembekuan dapat menganal isis susut cor yang
terjadi pada benda sehingga penempatan penambah lebih efisien Dengan
simulasi maka hasil rancangan lebih efisien karena tidak perlu melakukan
percobaan menggunakan cairan logam sesungguhnya
Proses simulasi dilakukan seperti yang diuraikan berikut ini
Simulasi Pengecoran
bull bull _ bullbull bullbull1 hoyr
11 _t I 4~_ - - JIII J3 JI - II ~ ~ oshy~
__ __ _ ___ ___ _____ _________ _ ----1
Gambar 516 Rancangan Penambah pada Model Roda KA
Gambar 516 menunjukkan disain pengecoran untuk penempatan penambah
yang digunakan Disain menggunakan 3 buah riser Pada riser tengah diberikan
pading (tambahan masa) dan chill untuk pembentukanpembekuan terarah
25
Laporan Akhir Roda Kereta Api
f7(c (
1 ) ~te
MJr C unlty middot
j~ 10 f- -
r ~~
Imiddotmiddot Gambar 517 Proses Pengisian Logam Cair
Gambar 517 menunjukkan proses pengisian logam cair Logam cair dimasukkan
langsung dari salah satu penambah
- ~ amp il-~ -~ A middotlImiddot
rs ~ ~
III
Gambar 518 Feeding Zone Berakhir pada Penambah
Gambar 518 menunjukkan modulus thermal dengan desain 3 riser telah terjadi
dengan sempurna Dengan desain ini telah terjadi 3 feeding zone yang ketiganya
berakhir pada masing-masing riser
26
---
Iaporan Akhir Roda Kerela Api
JI -+ J J ~ r- shy shy
ltI
bullbull -t bullampI
Ii
I -
Gambar 519 Fraction Solid pada Menit Ke-7
Analisa proses pembekuan dilakukan dengan mengamati fraction solid pada
setiap menit selama proses pembekuan Gambar 519 menunjukkan fraction
solid pada menit ke-7 Pada menit ke-7 feeding zone telah terbagi menjadi 2
daerah Pada tahap ini riser telah berfungsi optimal
Gambar 520 Fraction Solid pada MeDit ke-ll
Gambar 520 menunjukkan fraction solid pada menit ke-11 Pada saat tersebut
fraction solid telah menuju ke daerah riser seluruhnya Directional solidification
telah lebih dominan dari progressive solidification Directional solidification
adalah pembekuan dimulai dari daerah terjauh menuju riser Progressive
27
Larcm Akhir Roda Kerela Api
solidification adalah pembekuan dimulai dari ketebalan dinding casting ke bag ian
tengah (memotong pembekuan directional)
Gambar 521 Final Solidification - Shrinkage only at Riser
Gambar521 menunjukkan hasil akhir dari proses pembekuan Shrinkage
porosity terjadi pada daerah riser yaitu berada di luar produk Disain telah
mencukupi untuk kriteria sound casting
Proses Produksi Coran Roda KA
Pembuatan Pola
Gambar 522 Pola Roda KA
28
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Pembuatan Cetakan dan Inti
Gambar 523 Penempatan Pola Dalam Rangka Cetak dan Pemberian Pasir
Gambar 523 menunjukkan penempatan pola pada rangka cetak Rangka cetak
yang digunakan berbentuk bulat untuk menghemat area pasir cetak Pasir cetak
digunakan adalah jenis greensand Greensand merupakan campuran pasir
kuarsa dan bentonit ditambah sedikit air menghasilkan campuran pasir cetak
yang dapat membentuk rongga cetak
Gambar 524 Penempatan Penambah
29
Laporan Akh ir Roda Kerela Api
Gambar 525 Pemadatan Pasir Cetak
Gambar 526 Pengangkatan Pola dari Cetakan
Gambar 527 Pemberian Coating Pad a Cetakan dan Assembling Cetakan
30
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Gambar 528 Cetakan Siap Cor
Peleburan
Peleburan bahan atau cairan untuk pengecoran roda KA menggunakan dua
metode Metode 1 menggunakan bahan baku dari baja lain yang tersedia
selanjutnya disebut cor 1 Metode 2 menggunakan bahan baku 100 skrap
roda KA bekas selanjutnya disebut cor 2 Keduanya seharusnya dapat
menghasilkan sifat yang sama oleh karenanya akan dibandingkan hasilnya
kemudian
Bahan Baku Peleburan Menggunakan Baja Lain
Peleburan cairan baja untuk roda KA menggunakan bahan dengan komposisi
setara seperti komposisi Roda KA asli Komposisi kimia dirancang mendekati
komposisi kimia roda KA aslinya agar sifat mekanik dapat didekati Komposisi
Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 0 11987
Peramuan 06 - 07 02 - 03 - - 06 - 08 Max 02 Max 02
TabeJ 54 Komposisi Roda KA
31
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Untuk dapat mencapai komposisi tersebut digunakan bahan dasar sebagai
berikut
Jenis Bahan Komposisi Jumlah
C Si S P Mn Ni Cr () (Kg)
Bahan daur ulang GS20Mn5
025 018 - - 111 025 037 80
Baja Scrap jenis Low Mn 02 02 - - 03 - - 180 Tabel 55 Bahan Dasar
Penggunaan paduan untuk mencapai komposisi yang ditargetkan sebagai
berikut
Jenis Bahan C Si S P Mn Ni Cr Jumlah
() (Kg) 1Carburizer 9984 - - - - - -
FeSi 75 015 75 - - - - - 02 FeMnHC 675 071 - - 7553 - - 18
Tabel56 Komposisi Target
Temperatur pengeluaran dari tanur ke ladel sebesar 1651 0 C Temperatur cor
sebesar 1506 0 C
Gambar 529 Proses Peleburan dan Penuangan Ke Cetakan Roda KA
32
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Gambar 530 Proses Penuangan dan Kondisi Cetakan Setelah Selesai Dicor Penuh
Bahan Baku Peleburan Menggunakan 100 Roda KA Bekas
Peleburan menggunakan bahan baku roda KA bekas 100 dilakukan tanpa
menambahkan paduano Bahan baku digunakan 100 skrap roda KA bekas
Roda KA dipotong terlebih dahulu dengan las acetilene agar dapat masuk
kedalam tanur
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA
Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 011987
Target Komp
06 - 07 02 - 03 - - 06 - 08 Max 02
Max 02
Terjadi 0671 0145 0008 00095 0463 00 15 0107 Tabel57 Komposisi Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan
33
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Komposisi yang terjadi mengalami kekurangan pad a Silisium dan Mangan Hal
ini dikarenakan adanya looses atau bahan baku yang memang memiliki
komposisi yang sudah kurang sebelumnya
Perlakuan Panas
Untuk mendapatkan hasil struktur mikro sesuai dengan roda KA aslinya maka
perlu dilakukan perlakuan panas Proses perlakuan panas yang diberikan adalah
normalising
4
UDARA
Gambar 531 Diagram Perlakuan Panas Normalising Coran Roda KA
Dengan diberikan proses normalising maka struktur mikro coran roda KA
menjadi lebih halus Sifat mekaniknya akan menjadi lebih baik
Proses Pengujian
Pengujian dilakukan terhadap benda cor roda KA Tujuannya adalah untuk
mengetahui kualitas hasil cor apakah coran tersebut bebas cacat dan apakah
coran sudah sesuai dengan tuntutan sifat mekanis roda KA Pembandingnya
adalah sifat mekanik roda KA Asli Dengan demikian dapat dianalisis apakah
roda hasil cor layak digunakan atau tidak
Pemeriksaan Komposisi
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 011987
Cor 1 (bahan baja lain)
0693 0258 0013 0016 0461 0027 0091
Cor 2 (bahan skrap roda KA)
0671 0145 0008 00095 0463 0015 0107
Tabel 58 Komposisi Roda KA Asli dan Hasil Cor
34
Laporan Akhir Roda Kerea Api
Pemeriksaan Metalografi - Struktur Mikro
Gambar 532 Struktur Mikro As-Cast Cor 1 (Bahan Baja Lain)
Gambar 533 Struktur Mikro Hasil Normalising Cor 1 (Bahan Baja Lain)
35
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Pengujian Kekerasan
Pengecoran Bagian Hardness 1 2 3 Ratashyrata
Setara
Cor 1 Body HRC 25 27 28 267 265 HB Cor2 Body HRC 27 29 20 253 256 HB
Tabel59 Uji Keras Roda KA As-Cast
Nilai kekerasan bahan roda KA hasil cor 1 adalah 26 7 HRC setara dengan 265
HB dan hasil cor 2 adalah 253 HRC setara dengan 256 HB Kekerasan hampir
sama untuk semua bagian casting karena belum dilakukan perlakuan panas
lanjut atau perlakuan panas permukaan pad a bagian telapak Kekerasan casting
mendekati kekerasan roda KA Asli yaitu 231 HB
Ultrasonik
Pengujian ultrasonik dilakukan untuk mendeteksi cacat pada bagian tengah
coran Bagian yang diperiksa adalah bagian bawah penambah
Gam bar 534 Uji Ultrasonik Roda Cor 1
Hasil pengujian belum diperoleh karena back wall signal tidak terdeteksi
Kemungkinan karena butir hasil cor masih kasar sehingga sinyal ultrasonik jadi
terpencar dan tidak kembali ke probe detector Coran akan diberikan perlakuan
panas normalising terlebih dahulu untuk memperhalus butirnya
36
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Die Penetrant
Die penetrant dilakukan untuk mendeteksi susut cor pada bagian bawah
penambah Coran dipotong melintang tepat dibawah penambah
Gambar 54 Pemeriksaan Cacat Roda Cor 1 Dengan Die Penetrant
Hasil pemeriksaan menunjukkan terdapat sedikit retak pada bagian pinggir
caran o Retakan yang muncul bisa diakibatkan akibat proses pemotongan
menggunakan gerinda dan dilakukan pemukulan Bagian tengah tidak terdapat
cacat susut yang terjadi Dapat disimpulkan bahwa susut coran tidak terjadi pada
benda
37
Laparan Akhir Rada Kerela Api
6 Kesimpulan dan Saran
Dari hasil clading yang dilakukan pada sample roda didapat suatu kesimpulan bahwa semakin panas temperatur sample roda maka terjadi proses difusi yang sangat baik hal ini seperti fenomena yang terjadi pada suatu pengelasan dimana pada logam induk dan logam cair terdapat daerah yang terpengaruh panas sehingga terjadi suatu proses difusi
Dari hasil pengecoran yang dilakukan terhadap pembuatan roda kereta api ukuran 100 kg didapat bahwa proses pengecoran yang memakai bah an baku scrap roda kereta api dapat dilakukan oleh industri dalam negeri dengan memanfaatkan scrap roda kereta api yang ada ditambah sedikit pemaduan (alloying)
Dari kegiatan yang sudah kami lakukan selama 10 bulan ini serta dari data serta infra struktur yang dimiliki oleh industri di dalam negeri maka kami menyarankan agar kegiatan rehabilitasi terhadap roda kereta api dapat dilanjutkan di tahun 2011 yaitu dengan melakukan pengecoran terhadap scrap roda kereta api menjadi Roda Kereta Api baru dengan memanfaatkan kemampuan industri pengecoran di dalam negeri dimana untuk untuk pengecoran ini kemampuan peralatan industri yang ada sudah memadai
38
Laparan Akhll Rada Kerela Api
Daftar Tabel
Tabel 51 Komposisi Kimia Roda KA Asli 13
Tabel 52 Komposisi Kimia Material Cor 21
Tabel 53 Hasil Pengujian 24
Tabel 54 Komposisi Roda KA 31
Tabel 55 Bahan Dasar 32
Tabel 56 Komposisi Target 32
Tabel 57 Komposisi Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan 33
Tabel 58 Komposisi Roda KA Asli dan Hasil Cor 34
Tabel 59 Uji Keras Roda KA As-Cast 36
6
Laporan Akhir Rodn Kerela Api
Daftar Gambar
Gambar 51 Struktur Mikro Roda KA 16
Gambar 52 Model Sampel 17
Gambar 53 Model Simulasi 17
Gambar 54 Diagram perubahan temperatur pada sample 18
Gambar 55 Temperatur sampel 700 0 C - 9 Detik dan 18 Detik 18
Gambar 56 Temperatur sampel 900 0 C - 9 Detik dan 18 Detik 19
Gambar 57 Sampel Padat 19
Gambar 58 Pembuatan cetakan 20
Gambar 59 Assembling cetakan 20
Gambar 510 Pemanasan Sampel Dalam Cetakan 20
Gambar 511 Peleburan dan Penuangan 21
Gambar 512 Hasil Cor dan posisi pemotongan 21
Gambar 513 Pengamatan Makro potongan sample 22
Gambar 514 Interface Struktur Mikro 23
Gambar 515 Lokasi Pengujian 24
Gambar 516 Rancangan Penambah pada Model Roda KA 25
Gambar 517 Proses Pengisian Logam Cair 26
Gambar 518 Feeding Zone Berakhir pada Penambah 26
Gambar 519 Fraction Solid pada Menit Ke-7 27
Gambar 520 Fraction Solid pada Menit ke-11 27
Gambar 521 Final Solidification - Shrinkage only at Riser 28
Gambar 522 Pola Roda KA 28
7
Laporan Akhir Roda Kere la Api
Gambar 523 Penempatan Pol a Dalam Rangka Cetak dan Pemberian Pasir 29
Gambar 524 Penempatan Penambah 29
Gambar 525 Pemadatan Pasir Cetak 30
Gambar 526 Pengangkatan Pola dari Cetakan 30
Gambar 527 Pemberian Coating Pada Cetakan dan Assembling Cetakan 30
Gambar 528 Cetakan Siap Cor 31
Gambar 529 Proses Peleburan dan Penuangan Ke Cetakan Roda KA 32
Gambar 530 Proses Penuangan dan Kondisi Cetakan Setelah Selesai Dicor
Penuh 33
Gambar 531 Diagram Perlakuan Panas Normalising Coran Roda KA 34
Gambar 532 Struktur IVlikro As-Cast Cor 1 (Bahan Baja Lain) 35
Gambar 533 Struktur Mikro Hasil Normalising Cor 1 (Bahan Baja Lain) 35
Gambar 534 Uji Ultrasonik Roda Cor 1 36
Gambar 54 PemeriksaanCacat Roda Cor 1 dengan Die Penetrant 37
8
LaparDn Akhir Rada Kerela Api
1 Pendahuluan
Dalam pelaksanaan penelitian rehabilitasi roda kereta yang telah mengalami aus (pengurangan ketebalan) maka akan dilakukan kegiatan riset pelapisan roda kereta api dengan cara Hot metal cladding sehingga akan diperoleh lapisan pada permukaan roda kereta dimana terjadi interdifusi antara material baja karbon roda kereta dan logam pelapisannya yang dalam hal ini di coba untuk memakai baja Pelapisan dapat dilakukan dengan menggunakan jenis logam baja karbon yang sama dengan jenis roda kereta atau pelapisan dengan menggunakan logam baja anti karat Untuk itu perlu dilakukan karakterisasi material untuk mengetahui komposisi material roda kereta bekas yang merupakan barang impor dan berbagai analisis beban (gaya) dinamis yang bekerja pada roda kereta saat sedang berfungsi Fungsi-fungsi tersebut antara terdiri dari gaya pengereman antara sepatu rem dengan telapak roda kereta gaya gesek antara roda kereta dan bantalan rei serta beban dinamis pada roda kereta akibat dari total beban yang berada diatasnya Selain itu perlu dijaga agar supaya pada daerah yang saling berlapis tidak akan muncul semacam sifat katodik yang mempercepat korosi sehingga perlu di jaga metal sebagai pelapisnya mengalami proses difusi bonding yang baik dan tidak terbentuk celah sebagai tempat perambatan media Selain melakukan proses pelapisan ulang juga akan dilaksanakan pembuatan ulang roda kereta dengan menggunakan metoda pengecoran Dengan metoda pengecoran diharapkan dapat ditentukan material balance dari paduan material roda kereta yang memenuhi persyaratan kekuatan dan kehandalan roda kereta yang sampai saat ini roda kereta api di Indonesia sepenuhnya masih terus di import
9
Laparal1 Akhir Rada Kerela Api
2 Tinjauan Pustaka
Untuk dapat menghasilkan sambungan antara logam padat dan cair yang sempurna tanpa adanya batas antara (interface) maka proses perlu dilakukan sampai terjadi fusi Proses fusi yaitu sebagian logam padatan ikut mencair dan mencapai kondisi cair-padat (mushy zone) atau benar-benar mencair sebagian sehingga terjadi pencampuran antara logam cair dan logam padat tersebut Kondisi tersebut akan menghasilkan sambungan yang sempurna seolah cairan yang diberikan bukanlah sekedar melapis tapi benar-benar menyatu dengan logam padatan yang dilapisinya
Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam proses pelapisan calran adalah parameter-parameter perpindahan panas Logam padat perlu mendapatkan panas untuk mencapai kondisi mushy atau cairo Panas dapat di peroleh dari pemberian panas (heat generation) pada padatan dengan cara memanaskan logam padat menggunakan pemanas Sumber lainnya adalah dari panas yang dimiliki cairan Untuk sumber panas yang kedua tentunya akan berakibat terjadinya penurunan temperatur cairan karena adanya penyerapan panas oleh logam padat sehingga temperatur akhir keduanya akan mencapai titik pertemuan pada temperatur tertentu selanjutnya kemudian keduanya akan turun secara bersamaan Bila titik pertemuan temperatur yang terjadi pad a kondisi logam padat masih dalam kondisi full pad at atau belum mushy atau mencair maka yang terjadi adalah difusi atom-atom antara kedua bagian dan terjadi sambungan Sambungan yang terjadi akan kurang kuat karena pada dasarnya keduanya masih terpisah oleh adanya interface
Untuk mengatasi penurunan temperatur cairan maka pemberian pelapisan dapat dilakukan dengan mengalirkan cairan Dengan kondisi mengalir maka padatan akan mendapatkan panas sementara cairan yang telah memberikan panas akan pindah karena mengalir Sampai pada saat temperatur padatan sudah cukup untuk berfusi dengan cairan maka aliran cairan dapat dihentikan
Dari konsep tersebut maka parameter utama yang perlu di cari dalam proses pelapisan cairan pada padatan adalah sebagai berikut
1 Temperatur preheat logam padatan 2 Temperatur tuang logam cairan 3 Waktu pengaliran cairan
10
Laporon Akhir Rada Kerefa Api
3 Tujuan dan Manfaat
1 Teknologi terapan proses industri yang mampu melakukan daur ulang secara cermat dan ber kualitas
2 aplikasi dalam untuk membantu PT Kereta Api dalam mengatasi kebutuhan roda kereta untuk mengganti roda yang di nyatakan aus dan tidak dapat dipakai lagi tanpa harus melakukan impor
3 Penekanan pada industri Kecil Menengah dilakukan sebagai pemicu agar IKM dapat juga melakukan daur ulang produk2 yang secara langsung mengurangi irnpor
4 Secara lebih terintegrasi maka IKIVl ini dengan PT Kereta Api dapat melakukan kerja sama memanfaatkan bahan baku dan desain mold secara benar dan cepat
Ceruk pasar pengecoran baja mangan sangat potensial terutama dalam mengembangkan keahlian pengecoran dsb
Manfaat
1 Meningkatnya kegiatan ekonomi masyarakat pengecoran yang lesu dan tersedianya teknologi yang tepat
2 Peningkatan added value mutu konsumtif yang mampu bersaing dengan produk import Sehingga mengurangi nilai devisa
3 Pengembang mitra usaha yang sederhana dan sebenarnya merupakan penggiatan perekonornian karena tidak terpengaruh oleh nilai dolar
11
Loparan Akhir Rada Kere la Api
4 METODOLOGI
Pengembangan metode pelapisan logam cair pad a padatan ini ditujukan untuk
melakukan perbaikan pada roda kereta api Roda kereta api yang telah
mengalami keausan permukaan akan diberi lapisan menggunakan cairan logam
dengan komposisi sejenis Penelitian yang dilakukan adalah melapis sampel
padat dari bahan roda KA dan dilapis cairan Langkah yang ditempuh untuk
mencapai proses yang dapat menghasilkan sambungan lapisan yang baik dan
kuat dilakukan sebagai berikut
Penentuan jenis logam baja
Penentuan jenis logam berkaitan dengan komposisi logam yang akan
disambung Analisisnya dilakukan pada roda kereta yang telah digunakan
Pengujian bahan roda KA bekas dilakukan yaitu
bull Pemeriksaan komposisi bahan
bull Pemeriksaan metalografi atau struktur mikro bahan
Setelah diperoleh komposisi material maka akan dapat di analisis sifat atau
karakteristik material dari mulai temperatur cair karakter pembekuan dan
struktur mikro yang akan terbentuk pada saat membeku
Simulasi pelapisan logam cair
Simulasi pelapisan logam padat oleh logam cair dilakukan dengan menggunakan
software magma soft Model akan dibuat serupa dengan rencana eksperimen
Dalam pemodelan dan simulasi dapat dilakukan variasi untuk parameter yang
akan dicari dalam eksperimen Parameter tersebut adalah Temperatur preheat
logam padatan Temperatur preheat sampel sebesar 500degC 700 degc dan 900 degC
Parameter lain dibuat konstan yaitu temperatur tuang Iogam cairan dan waktu
pengaliran cairan Hasil simulasi akan diperoleh distribusi temperatur yang terjadi
pada saat dilakukan pelapisan dan apakah temperatur pada bagian padatan
telah mencapai temperatur cair atau belum Langkah simulasi yang dilakukan
sebagai berikut
bull Pembuatan model sampel padatan
12
Laparan Akhir Rada Kerea Api
bull Raneangan proses dan variasi parameter
bull Simulasi pelapisan eairan
Eksperimen Pelapisan
Berbekal data hasil simulasi maka dapat dilakukan proses eksperimen Proses
eksperimen akan dilakukan pada sampel sederhana berbentuk kotak Langkah
yang dilakukan sebagai berikut
Pembuatan sampel
Sam pel padat dibuat dari bahan roda KA yang bekas pakai dipotong berbentuk
sampel kotak
41 Pembuatan eetakan
Sampel diletakkan di dalam eetakan dengan dilengkapi pemanas Pada bag ian
atas sampel diberi rongga cor untuk mengalirkan eairan yang akan dilapiskan
42 Pemanasan sam pel dalam eetakan
Sebelum dieor dengan material eair sampel dipanaskan terlebih dahulu
Pemanasan dibuat tiga variasi untuk tiga buah sampel yaitu 500 dege 700 dege dan
900 dege
43 Proses peleburan dan penuangan eairan pelapisan
Bahan yang digunakan untuk melapis adalah logam sejenis dengan komposisi
yang sama dengan logam pada roda kereta api
44 Pengujian hasil as-cast
Analisis dilakukan dengan pengamatan sambungan melalui pemeriksaan foto
makro metalografi dan kekerasan
45 Proses perlakuan panas
Dalam kondisi digunakan roda kereta api telah mengalami proses perlakuan
panas Untuk dapat meneapai kondisi yang homoge antara logam eair yang
melapisi dengan logam padat yang dilapis maka perlu dilakukan ekperimen
perlakuan panas sampai diperoleh struktur mikro yang homogen antara logam
padat dan logam pelapis
13
46 Pengujian hasil perlakuan panas
8etelah diberi perlakuan panas maka sam pel diperiksa kembali apakah kondisi
sambungan dan struktur mikro bisa menjadi homogen Pemeriksaan yang
dilakukan meliputi foto makro metalografi dan kekerasan mikro Hasil akhir yang
diharapkan adalah diperoleh sam pel dengan kondisi pelapisan antara logam
pad at dan cair tanpa adanya interface sambungan dengan struktur mikro yang
homogen
bull PROSES PENGECORAN bull Proses perancangan
Roda KA yang akan dibuat disesuaikan dengan skala tanur yang dimiliki Kapasitas tanur yang dimiliki sebesar 250 Kg oleh karenanya roda KA yang dibuat dirancang memiliki berat tidak lebih dari 125 Kg Rancangan bentuk roda KA disesuaikan dengan aslinya namun dalam skala yang lebih kecil Perancangan pertama yang dilakukan berupa gambar teknik roda KA yang dilakukan meliputi
bull Pembuatan gambar teknik roda KA bull Perancangan pembuatan polapattern roda KA bull Perancangan proses pengecoran roda KA (rancangan sistem
saluran dan penambah) Untuk dapat menghasilkan coran roda KA yang bebas cacat susut cor maka dilakukan perancangan untuk sistem saluran dan penambah Agar hasilnya optimal dan efisien maka dilakukan simulasi pengecoran menggunakan software magma soft Dari hasil simulasi akan diperoleh
bull Optimasi penggunaan penambah untuk menghindari cacat susut tuang (shrinkage)
bull Optimasi sistem saluran untuk menghindari turbulensi dan gas terjebak
bull Proses produksi coran roda KA Proses rancangan direalisasikan dalam bentuk pembuatan coran roda KA Urutan langkah yang dilakukan sebagai berikut
bull Pembuatan pola bull Pembuatan cetakan dan inti bull Peleburan - Penuangan bull Pembongkaran bull Pembersihan (fetling - shot blasting) bull Perlakuan panas
14
Loporan Akhr Roda Kerelo Api
Dalam hal penggunaan bahan untuk peleburan digunakan dua jenis bahan
bull Bahan baku peleburan menggunakan 100 roda KA bekas bull Bahan baku peleburan menggunakan baja lain
Target komposisi yang dihasilkan sesuai dengan rancangan yang ditetapkan
bull Proses pengujian Untuk mengetahui kualitas hasil cor maka dilakukan pengujian terhadap kualitas material dan benda cor Pemeriksaan meliputi
bull Pemeriksaan komposisi bull Pemeriksaan metalografi - struktur mikro bahan bull Pengujian kekerasan bull Pengujian tarik bull Pengujian impak bull Pengujian NOT bull Ultrasonik bull Die penetrant bull Pemotongan satu benda hasil pengecoran untuk menganalisa
keberadaan cacat di bag ian dalam (shrinkage) bull ANALISA HASIL - KOMPARASI CORAN DENGAN RODA KA ASLI
Dari hasil pengecoran kemudian dilakukan perbandingan terhadap kualitas roda KA yang asli Perbandingan hasil roda KA yang dihasilkan dengan bahan baku yang berbeda juga dilakukan Hal yang dibandingkan berupa sifat mekanik dan struktur mikro yang dihasilkan
bull PROTOTIPE SELESAI Setelah mendapatkan perbandingan hasil roda cor dengan roda KA asli maka proses pembuatan prototipe sudah selesai Luarannya berupa roda KA dalam skala penelitian yang memiliki sifat mekanik sesuai dengan tuntutan roda KA Selain itu dapat dihasilkan SOP untuk membuat roda KA
15
Laparan Akhir Rada Kerela Api
5 HASIL DAN PEMBAHASAN
Penentuan Jenis Logam Baja
Penentuan jenis logam berkaitan dengan komposisi logam yang akan
disambung Analisisnya dilakukan pada roda kereta yang telah digunakan
Pengujian bahan roda KA bekas dilakukan yaitu
bull Pemeriksaan Komposisi Bahan Tabel 51 Komposisi Kimia Roda KA Asli
Material termasuk baja karbon tanpa paduano
Gambar 51 Struktur Mikro Roda KA
Struktur mikro terdiri dari Perl it 95 dan Ferrit 5
16
Laparan Akhir Rada Kere la Api
Simulasi Pelapisan Logam Cair
bull Pembuatan Model Sampel Padatan
Gambar 52 Model Sampel
I Gambar 53 Model Simulasi
Model sam pel dan susunan dalam simulasi seperti yang digambarkan diatas
bull Parameter Simulasi
bull Bahan sam pel Carbon Steel
bull Logam cair Carbon Steel
bull Temperatur awal sampel 500 0 C 700 0 C dan 9000 C
bull Temperatur cor
bull Waktu pengisian 18 seconds
bull Jenis cetakan Silica dry sand
o Dimensi 130mm x 130mm
o Tebal10mm
o Berat 1400 gr
bull Kondisi batas
17
____________________
L(paran Akhir Rada Kereta Api
o Tebal sam pel 8 - 12 mm
o Berat sampel 14 kg
o Observed at 2 seconds after filling process completed -7 [at
highest temp of sample]
o Observed at 0 - O5mm depth from the sample surface
bull Simulasi Pelapisan Cairan
Temp [0 C]
-7 shy
-
Sample 900deg --
~8QQo
L _ _-- cmiddot 7QOltYC middot ~
-
T Sol 1395degC
1 2 13 14 15 16 ti me [5l Gambar 54 Diagram perubahan temperatur pada sam pel
-Ill middot IM e 9
f - -_ ~ - -~~ Lshy
I ~H ~ a 10bulln I l U I ~
~
G tmiddot_- -_ ~- - _ti=_~
Gambar 55 Temperatur sampel 7000 C - 9 Detik dan 18 Detik
18
Lparan Akhir Rada Kerela Api
-
-
-
3 -~ - Gambar 56 Temperatur sampel 9000 C - 9 Detik dan 18 Detik
Pada Gambar 56 warna merah menunjukkan bagian sampel telah memiliki
temperatur diatas solidus Dapat disimpulkan bahwa pada bagian merah terjadi
proses penyatuan permukaan sampel dengan cairan
Eksperimen Pelapisan
Berbekal data hasil simulasi maka dapat dilakukan proses eksperimen Proses
eksperimen akan dilakukan pad a sampel sederhana berbentuk kotak Langkah
yang dilakukan sebagai berikut
bull Pembuatan Sampel
Sampel padat dibuat dari bahan roda KA yang bekas pakai dipotong berbentuk
sampel kotak
Gambar 57 Sampel Padat
bull Pembuatan Cetakan
Sampel diletakkan di dalam cetakan dengan dilengkapi pemanas Pada bagian
atas sampel diberi rongga cor untuk mengalirkan cairan yang akan dilapiskan
19
Laporan Akhir Roda Kereta Api
Gambar 58 Pembuatan cetakan
Gambar 59 Assembling cetakan
bull Pemanasan Sam pel Dalam Cetakan
Sebelum dicor dengan material cair sam pel dipanaskan terlebih dahulu
Pemanasan dibuat tiga variasi untuk tiga buah sam pel yaitu 500 degc 700 degc dan
900 degc
Gambar 510 Pemanasan Sam pel Dalam Cetakan
20
Loporan Akhlr Roda Kerelo Api
Proses Peleburan dan Penuangan Cairan Pelapisan
Bahan yang digunakan untuk melapis adalah logam sejenis dengan komposisi
yang sama dengan logam pada roda kereta api
Gambar 511 Peleburan dan Penuangan
Pengujian Hasil As-Cast Sam pel 500 0 C
Analisis dilakukan dengan pengamatan sambungan melalui pemeriksaan foto
makro metalografi dan kekerasan
Tabel 52 Komposisi Kimia Material Cor
Pengamatan Makro Sampel
Gambar 512 HasH Cor dan posisi pemotongan
21
Laporan -1khir Roda Kerela Api
Gambar 513 Pengamatan Makro potongan sampeJ
Gambar 513 menunjukkan potongan 1 lepas ikatannya karena daerah tersebut
relatif lebih besar masanya dan temperaturnya lebih rendah sesuai dengan hasil
simulasi Potongan 2 dan 3 pada interface masih nampak daerah kosong atau
terisi inklusi
22
Laparan Aklllr Rada Kerela Api
bull Pengamatan Struktur Mikro
Gambar 514 Interface Struktur Mikro
Material cor terlihat lebih kasar Masih nampak ada inklusi oksida di interface
Ada bag ian interface terlihat bersatu dapat disimpulkan terjadi metallugical
bonding Pada interface tersambung terlihat struktur mikro mengalami penyatuan
dengan batas struktur feritik Metallurgical bonding terjadi namun masih
terkendala adanya inklusi akibat oksidasi
23
Laparan Aklllr Rada Kerela Api
bull Uji Kekerasan Mikro
Gambar 5 15 Lokasi Pengujian
Tabel 53 Hasil Pengujian
No
Posisi
Kekerasan
(VHN)
Setara
(HB)
1 265 252
2 263 250
3 209 209
4 243 231
PROSES PENGECORAN Proses Perancangan
Perancangan Pembuatan PolaPattern Roda KA
Dari gambar teknik kemudian dapat dirancang ukuran untuk pembuatan pola
Dalam pembuatan pola harus dipertimbangkan penambahan ukuran untuk
kompensasi penyusutan padat dan tambahan ukuran untuk pengerjaan
pemesinan
Perancangan Proses Pengecoran Roda KA (Rancangan Sistem Saluran dan
Penambah)
Perancancangan untuk proses pengecoran logam disini adalah untuk merancang
sistem saluran dan penambah Sistem saluran berupa cawan tuang saluran
24
Laporan Akhir Roda Kerefa Api
terak dan saluran masuk berfungsi untuk mengalirkan cairan logam dari ladel ke
cetakan Penambah berfungsi untuk menghindari cacat susut akibat penyusutan
saat logam cair membeku Penyusutan yang terjadi dialihkan ke penambah
sehingga benda akan tetap masif Untuk mengetahui posisi dan ukuran
penambah dapat dilakukan analisis menggunakan software solidcast dan
magmasoft Software analisis pembekuan dapat menganal isis susut cor yang
terjadi pada benda sehingga penempatan penambah lebih efisien Dengan
simulasi maka hasil rancangan lebih efisien karena tidak perlu melakukan
percobaan menggunakan cairan logam sesungguhnya
Proses simulasi dilakukan seperti yang diuraikan berikut ini
Simulasi Pengecoran
bull bull _ bullbull bullbull1 hoyr
11 _t I 4~_ - - JIII J3 JI - II ~ ~ oshy~
__ __ _ ___ ___ _____ _________ _ ----1
Gambar 516 Rancangan Penambah pada Model Roda KA
Gambar 516 menunjukkan disain pengecoran untuk penempatan penambah
yang digunakan Disain menggunakan 3 buah riser Pada riser tengah diberikan
pading (tambahan masa) dan chill untuk pembentukanpembekuan terarah
25
Laporan Akhir Roda Kereta Api
f7(c (
1 ) ~te
MJr C unlty middot
j~ 10 f- -
r ~~
Imiddotmiddot Gambar 517 Proses Pengisian Logam Cair
Gambar 517 menunjukkan proses pengisian logam cair Logam cair dimasukkan
langsung dari salah satu penambah
- ~ amp il-~ -~ A middotlImiddot
rs ~ ~
III
Gambar 518 Feeding Zone Berakhir pada Penambah
Gambar 518 menunjukkan modulus thermal dengan desain 3 riser telah terjadi
dengan sempurna Dengan desain ini telah terjadi 3 feeding zone yang ketiganya
berakhir pada masing-masing riser
26
---
Iaporan Akhir Roda Kerela Api
JI -+ J J ~ r- shy shy
ltI
bullbull -t bullampI
Ii
I -
Gambar 519 Fraction Solid pada Menit Ke-7
Analisa proses pembekuan dilakukan dengan mengamati fraction solid pada
setiap menit selama proses pembekuan Gambar 519 menunjukkan fraction
solid pada menit ke-7 Pada menit ke-7 feeding zone telah terbagi menjadi 2
daerah Pada tahap ini riser telah berfungsi optimal
Gambar 520 Fraction Solid pada MeDit ke-ll
Gambar 520 menunjukkan fraction solid pada menit ke-11 Pada saat tersebut
fraction solid telah menuju ke daerah riser seluruhnya Directional solidification
telah lebih dominan dari progressive solidification Directional solidification
adalah pembekuan dimulai dari daerah terjauh menuju riser Progressive
27
Larcm Akhir Roda Kerela Api
solidification adalah pembekuan dimulai dari ketebalan dinding casting ke bag ian
tengah (memotong pembekuan directional)
Gambar 521 Final Solidification - Shrinkage only at Riser
Gambar521 menunjukkan hasil akhir dari proses pembekuan Shrinkage
porosity terjadi pada daerah riser yaitu berada di luar produk Disain telah
mencukupi untuk kriteria sound casting
Proses Produksi Coran Roda KA
Pembuatan Pola
Gambar 522 Pola Roda KA
28
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Pembuatan Cetakan dan Inti
Gambar 523 Penempatan Pola Dalam Rangka Cetak dan Pemberian Pasir
Gambar 523 menunjukkan penempatan pola pada rangka cetak Rangka cetak
yang digunakan berbentuk bulat untuk menghemat area pasir cetak Pasir cetak
digunakan adalah jenis greensand Greensand merupakan campuran pasir
kuarsa dan bentonit ditambah sedikit air menghasilkan campuran pasir cetak
yang dapat membentuk rongga cetak
Gambar 524 Penempatan Penambah
29
Laporan Akh ir Roda Kerela Api
Gambar 525 Pemadatan Pasir Cetak
Gambar 526 Pengangkatan Pola dari Cetakan
Gambar 527 Pemberian Coating Pad a Cetakan dan Assembling Cetakan
30
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Gambar 528 Cetakan Siap Cor
Peleburan
Peleburan bahan atau cairan untuk pengecoran roda KA menggunakan dua
metode Metode 1 menggunakan bahan baku dari baja lain yang tersedia
selanjutnya disebut cor 1 Metode 2 menggunakan bahan baku 100 skrap
roda KA bekas selanjutnya disebut cor 2 Keduanya seharusnya dapat
menghasilkan sifat yang sama oleh karenanya akan dibandingkan hasilnya
kemudian
Bahan Baku Peleburan Menggunakan Baja Lain
Peleburan cairan baja untuk roda KA menggunakan bahan dengan komposisi
setara seperti komposisi Roda KA asli Komposisi kimia dirancang mendekati
komposisi kimia roda KA aslinya agar sifat mekanik dapat didekati Komposisi
Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 0 11987
Peramuan 06 - 07 02 - 03 - - 06 - 08 Max 02 Max 02
TabeJ 54 Komposisi Roda KA
31
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Untuk dapat mencapai komposisi tersebut digunakan bahan dasar sebagai
berikut
Jenis Bahan Komposisi Jumlah
C Si S P Mn Ni Cr () (Kg)
Bahan daur ulang GS20Mn5
025 018 - - 111 025 037 80
Baja Scrap jenis Low Mn 02 02 - - 03 - - 180 Tabel 55 Bahan Dasar
Penggunaan paduan untuk mencapai komposisi yang ditargetkan sebagai
berikut
Jenis Bahan C Si S P Mn Ni Cr Jumlah
() (Kg) 1Carburizer 9984 - - - - - -
FeSi 75 015 75 - - - - - 02 FeMnHC 675 071 - - 7553 - - 18
Tabel56 Komposisi Target
Temperatur pengeluaran dari tanur ke ladel sebesar 1651 0 C Temperatur cor
sebesar 1506 0 C
Gambar 529 Proses Peleburan dan Penuangan Ke Cetakan Roda KA
32
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Gambar 530 Proses Penuangan dan Kondisi Cetakan Setelah Selesai Dicor Penuh
Bahan Baku Peleburan Menggunakan 100 Roda KA Bekas
Peleburan menggunakan bahan baku roda KA bekas 100 dilakukan tanpa
menambahkan paduano Bahan baku digunakan 100 skrap roda KA bekas
Roda KA dipotong terlebih dahulu dengan las acetilene agar dapat masuk
kedalam tanur
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA
Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 011987
Target Komp
06 - 07 02 - 03 - - 06 - 08 Max 02
Max 02
Terjadi 0671 0145 0008 00095 0463 00 15 0107 Tabel57 Komposisi Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan
33
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Komposisi yang terjadi mengalami kekurangan pad a Silisium dan Mangan Hal
ini dikarenakan adanya looses atau bahan baku yang memang memiliki
komposisi yang sudah kurang sebelumnya
Perlakuan Panas
Untuk mendapatkan hasil struktur mikro sesuai dengan roda KA aslinya maka
perlu dilakukan perlakuan panas Proses perlakuan panas yang diberikan adalah
normalising
4
UDARA
Gambar 531 Diagram Perlakuan Panas Normalising Coran Roda KA
Dengan diberikan proses normalising maka struktur mikro coran roda KA
menjadi lebih halus Sifat mekaniknya akan menjadi lebih baik
Proses Pengujian
Pengujian dilakukan terhadap benda cor roda KA Tujuannya adalah untuk
mengetahui kualitas hasil cor apakah coran tersebut bebas cacat dan apakah
coran sudah sesuai dengan tuntutan sifat mekanis roda KA Pembandingnya
adalah sifat mekanik roda KA Asli Dengan demikian dapat dianalisis apakah
roda hasil cor layak digunakan atau tidak
Pemeriksaan Komposisi
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 011987
Cor 1 (bahan baja lain)
0693 0258 0013 0016 0461 0027 0091
Cor 2 (bahan skrap roda KA)
0671 0145 0008 00095 0463 0015 0107
Tabel 58 Komposisi Roda KA Asli dan Hasil Cor
34
Laporan Akhir Roda Kerea Api
Pemeriksaan Metalografi - Struktur Mikro
Gambar 532 Struktur Mikro As-Cast Cor 1 (Bahan Baja Lain)
Gambar 533 Struktur Mikro Hasil Normalising Cor 1 (Bahan Baja Lain)
35
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Pengujian Kekerasan
Pengecoran Bagian Hardness 1 2 3 Ratashyrata
Setara
Cor 1 Body HRC 25 27 28 267 265 HB Cor2 Body HRC 27 29 20 253 256 HB
Tabel59 Uji Keras Roda KA As-Cast
Nilai kekerasan bahan roda KA hasil cor 1 adalah 26 7 HRC setara dengan 265
HB dan hasil cor 2 adalah 253 HRC setara dengan 256 HB Kekerasan hampir
sama untuk semua bagian casting karena belum dilakukan perlakuan panas
lanjut atau perlakuan panas permukaan pad a bagian telapak Kekerasan casting
mendekati kekerasan roda KA Asli yaitu 231 HB
Ultrasonik
Pengujian ultrasonik dilakukan untuk mendeteksi cacat pada bagian tengah
coran Bagian yang diperiksa adalah bagian bawah penambah
Gam bar 534 Uji Ultrasonik Roda Cor 1
Hasil pengujian belum diperoleh karena back wall signal tidak terdeteksi
Kemungkinan karena butir hasil cor masih kasar sehingga sinyal ultrasonik jadi
terpencar dan tidak kembali ke probe detector Coran akan diberikan perlakuan
panas normalising terlebih dahulu untuk memperhalus butirnya
36
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Die Penetrant
Die penetrant dilakukan untuk mendeteksi susut cor pada bagian bawah
penambah Coran dipotong melintang tepat dibawah penambah
Gambar 54 Pemeriksaan Cacat Roda Cor 1 Dengan Die Penetrant
Hasil pemeriksaan menunjukkan terdapat sedikit retak pada bagian pinggir
caran o Retakan yang muncul bisa diakibatkan akibat proses pemotongan
menggunakan gerinda dan dilakukan pemukulan Bagian tengah tidak terdapat
cacat susut yang terjadi Dapat disimpulkan bahwa susut coran tidak terjadi pada
benda
37
Laparan Akhir Rada Kerela Api
6 Kesimpulan dan Saran
Dari hasil clading yang dilakukan pada sample roda didapat suatu kesimpulan bahwa semakin panas temperatur sample roda maka terjadi proses difusi yang sangat baik hal ini seperti fenomena yang terjadi pada suatu pengelasan dimana pada logam induk dan logam cair terdapat daerah yang terpengaruh panas sehingga terjadi suatu proses difusi
Dari hasil pengecoran yang dilakukan terhadap pembuatan roda kereta api ukuran 100 kg didapat bahwa proses pengecoran yang memakai bah an baku scrap roda kereta api dapat dilakukan oleh industri dalam negeri dengan memanfaatkan scrap roda kereta api yang ada ditambah sedikit pemaduan (alloying)
Dari kegiatan yang sudah kami lakukan selama 10 bulan ini serta dari data serta infra struktur yang dimiliki oleh industri di dalam negeri maka kami menyarankan agar kegiatan rehabilitasi terhadap roda kereta api dapat dilanjutkan di tahun 2011 yaitu dengan melakukan pengecoran terhadap scrap roda kereta api menjadi Roda Kereta Api baru dengan memanfaatkan kemampuan industri pengecoran di dalam negeri dimana untuk untuk pengecoran ini kemampuan peralatan industri yang ada sudah memadai
38
Laporan Akhir Rodn Kerela Api
Daftar Gambar
Gambar 51 Struktur Mikro Roda KA 16
Gambar 52 Model Sampel 17
Gambar 53 Model Simulasi 17
Gambar 54 Diagram perubahan temperatur pada sample 18
Gambar 55 Temperatur sampel 700 0 C - 9 Detik dan 18 Detik 18
Gambar 56 Temperatur sampel 900 0 C - 9 Detik dan 18 Detik 19
Gambar 57 Sampel Padat 19
Gambar 58 Pembuatan cetakan 20
Gambar 59 Assembling cetakan 20
Gambar 510 Pemanasan Sampel Dalam Cetakan 20
Gambar 511 Peleburan dan Penuangan 21
Gambar 512 Hasil Cor dan posisi pemotongan 21
Gambar 513 Pengamatan Makro potongan sample 22
Gambar 514 Interface Struktur Mikro 23
Gambar 515 Lokasi Pengujian 24
Gambar 516 Rancangan Penambah pada Model Roda KA 25
Gambar 517 Proses Pengisian Logam Cair 26
Gambar 518 Feeding Zone Berakhir pada Penambah 26
Gambar 519 Fraction Solid pada Menit Ke-7 27
Gambar 520 Fraction Solid pada Menit ke-11 27
Gambar 521 Final Solidification - Shrinkage only at Riser 28
Gambar 522 Pola Roda KA 28
7
Laporan Akhir Roda Kere la Api
Gambar 523 Penempatan Pol a Dalam Rangka Cetak dan Pemberian Pasir 29
Gambar 524 Penempatan Penambah 29
Gambar 525 Pemadatan Pasir Cetak 30
Gambar 526 Pengangkatan Pola dari Cetakan 30
Gambar 527 Pemberian Coating Pada Cetakan dan Assembling Cetakan 30
Gambar 528 Cetakan Siap Cor 31
Gambar 529 Proses Peleburan dan Penuangan Ke Cetakan Roda KA 32
Gambar 530 Proses Penuangan dan Kondisi Cetakan Setelah Selesai Dicor
Penuh 33
Gambar 531 Diagram Perlakuan Panas Normalising Coran Roda KA 34
Gambar 532 Struktur IVlikro As-Cast Cor 1 (Bahan Baja Lain) 35
Gambar 533 Struktur Mikro Hasil Normalising Cor 1 (Bahan Baja Lain) 35
Gambar 534 Uji Ultrasonik Roda Cor 1 36
Gambar 54 PemeriksaanCacat Roda Cor 1 dengan Die Penetrant 37
8
LaparDn Akhir Rada Kerela Api
1 Pendahuluan
Dalam pelaksanaan penelitian rehabilitasi roda kereta yang telah mengalami aus (pengurangan ketebalan) maka akan dilakukan kegiatan riset pelapisan roda kereta api dengan cara Hot metal cladding sehingga akan diperoleh lapisan pada permukaan roda kereta dimana terjadi interdifusi antara material baja karbon roda kereta dan logam pelapisannya yang dalam hal ini di coba untuk memakai baja Pelapisan dapat dilakukan dengan menggunakan jenis logam baja karbon yang sama dengan jenis roda kereta atau pelapisan dengan menggunakan logam baja anti karat Untuk itu perlu dilakukan karakterisasi material untuk mengetahui komposisi material roda kereta bekas yang merupakan barang impor dan berbagai analisis beban (gaya) dinamis yang bekerja pada roda kereta saat sedang berfungsi Fungsi-fungsi tersebut antara terdiri dari gaya pengereman antara sepatu rem dengan telapak roda kereta gaya gesek antara roda kereta dan bantalan rei serta beban dinamis pada roda kereta akibat dari total beban yang berada diatasnya Selain itu perlu dijaga agar supaya pada daerah yang saling berlapis tidak akan muncul semacam sifat katodik yang mempercepat korosi sehingga perlu di jaga metal sebagai pelapisnya mengalami proses difusi bonding yang baik dan tidak terbentuk celah sebagai tempat perambatan media Selain melakukan proses pelapisan ulang juga akan dilaksanakan pembuatan ulang roda kereta dengan menggunakan metoda pengecoran Dengan metoda pengecoran diharapkan dapat ditentukan material balance dari paduan material roda kereta yang memenuhi persyaratan kekuatan dan kehandalan roda kereta yang sampai saat ini roda kereta api di Indonesia sepenuhnya masih terus di import
9
Laparal1 Akhir Rada Kerela Api
2 Tinjauan Pustaka
Untuk dapat menghasilkan sambungan antara logam padat dan cair yang sempurna tanpa adanya batas antara (interface) maka proses perlu dilakukan sampai terjadi fusi Proses fusi yaitu sebagian logam padatan ikut mencair dan mencapai kondisi cair-padat (mushy zone) atau benar-benar mencair sebagian sehingga terjadi pencampuran antara logam cair dan logam padat tersebut Kondisi tersebut akan menghasilkan sambungan yang sempurna seolah cairan yang diberikan bukanlah sekedar melapis tapi benar-benar menyatu dengan logam padatan yang dilapisinya
Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam proses pelapisan calran adalah parameter-parameter perpindahan panas Logam padat perlu mendapatkan panas untuk mencapai kondisi mushy atau cairo Panas dapat di peroleh dari pemberian panas (heat generation) pada padatan dengan cara memanaskan logam padat menggunakan pemanas Sumber lainnya adalah dari panas yang dimiliki cairan Untuk sumber panas yang kedua tentunya akan berakibat terjadinya penurunan temperatur cairan karena adanya penyerapan panas oleh logam padat sehingga temperatur akhir keduanya akan mencapai titik pertemuan pada temperatur tertentu selanjutnya kemudian keduanya akan turun secara bersamaan Bila titik pertemuan temperatur yang terjadi pad a kondisi logam padat masih dalam kondisi full pad at atau belum mushy atau mencair maka yang terjadi adalah difusi atom-atom antara kedua bagian dan terjadi sambungan Sambungan yang terjadi akan kurang kuat karena pada dasarnya keduanya masih terpisah oleh adanya interface
Untuk mengatasi penurunan temperatur cairan maka pemberian pelapisan dapat dilakukan dengan mengalirkan cairan Dengan kondisi mengalir maka padatan akan mendapatkan panas sementara cairan yang telah memberikan panas akan pindah karena mengalir Sampai pada saat temperatur padatan sudah cukup untuk berfusi dengan cairan maka aliran cairan dapat dihentikan
Dari konsep tersebut maka parameter utama yang perlu di cari dalam proses pelapisan cairan pada padatan adalah sebagai berikut
1 Temperatur preheat logam padatan 2 Temperatur tuang logam cairan 3 Waktu pengaliran cairan
10
Laporon Akhir Rada Kerefa Api
3 Tujuan dan Manfaat
1 Teknologi terapan proses industri yang mampu melakukan daur ulang secara cermat dan ber kualitas
2 aplikasi dalam untuk membantu PT Kereta Api dalam mengatasi kebutuhan roda kereta untuk mengganti roda yang di nyatakan aus dan tidak dapat dipakai lagi tanpa harus melakukan impor
3 Penekanan pada industri Kecil Menengah dilakukan sebagai pemicu agar IKM dapat juga melakukan daur ulang produk2 yang secara langsung mengurangi irnpor
4 Secara lebih terintegrasi maka IKIVl ini dengan PT Kereta Api dapat melakukan kerja sama memanfaatkan bahan baku dan desain mold secara benar dan cepat
Ceruk pasar pengecoran baja mangan sangat potensial terutama dalam mengembangkan keahlian pengecoran dsb
Manfaat
1 Meningkatnya kegiatan ekonomi masyarakat pengecoran yang lesu dan tersedianya teknologi yang tepat
2 Peningkatan added value mutu konsumtif yang mampu bersaing dengan produk import Sehingga mengurangi nilai devisa
3 Pengembang mitra usaha yang sederhana dan sebenarnya merupakan penggiatan perekonornian karena tidak terpengaruh oleh nilai dolar
11
Loparan Akhir Rada Kere la Api
4 METODOLOGI
Pengembangan metode pelapisan logam cair pad a padatan ini ditujukan untuk
melakukan perbaikan pada roda kereta api Roda kereta api yang telah
mengalami keausan permukaan akan diberi lapisan menggunakan cairan logam
dengan komposisi sejenis Penelitian yang dilakukan adalah melapis sampel
padat dari bahan roda KA dan dilapis cairan Langkah yang ditempuh untuk
mencapai proses yang dapat menghasilkan sambungan lapisan yang baik dan
kuat dilakukan sebagai berikut
Penentuan jenis logam baja
Penentuan jenis logam berkaitan dengan komposisi logam yang akan
disambung Analisisnya dilakukan pada roda kereta yang telah digunakan
Pengujian bahan roda KA bekas dilakukan yaitu
bull Pemeriksaan komposisi bahan
bull Pemeriksaan metalografi atau struktur mikro bahan
Setelah diperoleh komposisi material maka akan dapat di analisis sifat atau
karakteristik material dari mulai temperatur cair karakter pembekuan dan
struktur mikro yang akan terbentuk pada saat membeku
Simulasi pelapisan logam cair
Simulasi pelapisan logam padat oleh logam cair dilakukan dengan menggunakan
software magma soft Model akan dibuat serupa dengan rencana eksperimen
Dalam pemodelan dan simulasi dapat dilakukan variasi untuk parameter yang
akan dicari dalam eksperimen Parameter tersebut adalah Temperatur preheat
logam padatan Temperatur preheat sampel sebesar 500degC 700 degc dan 900 degC
Parameter lain dibuat konstan yaitu temperatur tuang Iogam cairan dan waktu
pengaliran cairan Hasil simulasi akan diperoleh distribusi temperatur yang terjadi
pada saat dilakukan pelapisan dan apakah temperatur pada bagian padatan
telah mencapai temperatur cair atau belum Langkah simulasi yang dilakukan
sebagai berikut
bull Pembuatan model sampel padatan
12
Laparan Akhir Rada Kerea Api
bull Raneangan proses dan variasi parameter
bull Simulasi pelapisan eairan
Eksperimen Pelapisan
Berbekal data hasil simulasi maka dapat dilakukan proses eksperimen Proses
eksperimen akan dilakukan pada sampel sederhana berbentuk kotak Langkah
yang dilakukan sebagai berikut
Pembuatan sampel
Sam pel padat dibuat dari bahan roda KA yang bekas pakai dipotong berbentuk
sampel kotak
41 Pembuatan eetakan
Sampel diletakkan di dalam eetakan dengan dilengkapi pemanas Pada bag ian
atas sampel diberi rongga cor untuk mengalirkan eairan yang akan dilapiskan
42 Pemanasan sam pel dalam eetakan
Sebelum dieor dengan material eair sampel dipanaskan terlebih dahulu
Pemanasan dibuat tiga variasi untuk tiga buah sampel yaitu 500 dege 700 dege dan
900 dege
43 Proses peleburan dan penuangan eairan pelapisan
Bahan yang digunakan untuk melapis adalah logam sejenis dengan komposisi
yang sama dengan logam pada roda kereta api
44 Pengujian hasil as-cast
Analisis dilakukan dengan pengamatan sambungan melalui pemeriksaan foto
makro metalografi dan kekerasan
45 Proses perlakuan panas
Dalam kondisi digunakan roda kereta api telah mengalami proses perlakuan
panas Untuk dapat meneapai kondisi yang homoge antara logam eair yang
melapisi dengan logam padat yang dilapis maka perlu dilakukan ekperimen
perlakuan panas sampai diperoleh struktur mikro yang homogen antara logam
padat dan logam pelapis
13
46 Pengujian hasil perlakuan panas
8etelah diberi perlakuan panas maka sam pel diperiksa kembali apakah kondisi
sambungan dan struktur mikro bisa menjadi homogen Pemeriksaan yang
dilakukan meliputi foto makro metalografi dan kekerasan mikro Hasil akhir yang
diharapkan adalah diperoleh sam pel dengan kondisi pelapisan antara logam
pad at dan cair tanpa adanya interface sambungan dengan struktur mikro yang
homogen
bull PROSES PENGECORAN bull Proses perancangan
Roda KA yang akan dibuat disesuaikan dengan skala tanur yang dimiliki Kapasitas tanur yang dimiliki sebesar 250 Kg oleh karenanya roda KA yang dibuat dirancang memiliki berat tidak lebih dari 125 Kg Rancangan bentuk roda KA disesuaikan dengan aslinya namun dalam skala yang lebih kecil Perancangan pertama yang dilakukan berupa gambar teknik roda KA yang dilakukan meliputi
bull Pembuatan gambar teknik roda KA bull Perancangan pembuatan polapattern roda KA bull Perancangan proses pengecoran roda KA (rancangan sistem
saluran dan penambah) Untuk dapat menghasilkan coran roda KA yang bebas cacat susut cor maka dilakukan perancangan untuk sistem saluran dan penambah Agar hasilnya optimal dan efisien maka dilakukan simulasi pengecoran menggunakan software magma soft Dari hasil simulasi akan diperoleh
bull Optimasi penggunaan penambah untuk menghindari cacat susut tuang (shrinkage)
bull Optimasi sistem saluran untuk menghindari turbulensi dan gas terjebak
bull Proses produksi coran roda KA Proses rancangan direalisasikan dalam bentuk pembuatan coran roda KA Urutan langkah yang dilakukan sebagai berikut
bull Pembuatan pola bull Pembuatan cetakan dan inti bull Peleburan - Penuangan bull Pembongkaran bull Pembersihan (fetling - shot blasting) bull Perlakuan panas
14
Loporan Akhr Roda Kerelo Api
Dalam hal penggunaan bahan untuk peleburan digunakan dua jenis bahan
bull Bahan baku peleburan menggunakan 100 roda KA bekas bull Bahan baku peleburan menggunakan baja lain
Target komposisi yang dihasilkan sesuai dengan rancangan yang ditetapkan
bull Proses pengujian Untuk mengetahui kualitas hasil cor maka dilakukan pengujian terhadap kualitas material dan benda cor Pemeriksaan meliputi
bull Pemeriksaan komposisi bull Pemeriksaan metalografi - struktur mikro bahan bull Pengujian kekerasan bull Pengujian tarik bull Pengujian impak bull Pengujian NOT bull Ultrasonik bull Die penetrant bull Pemotongan satu benda hasil pengecoran untuk menganalisa
keberadaan cacat di bag ian dalam (shrinkage) bull ANALISA HASIL - KOMPARASI CORAN DENGAN RODA KA ASLI
Dari hasil pengecoran kemudian dilakukan perbandingan terhadap kualitas roda KA yang asli Perbandingan hasil roda KA yang dihasilkan dengan bahan baku yang berbeda juga dilakukan Hal yang dibandingkan berupa sifat mekanik dan struktur mikro yang dihasilkan
bull PROTOTIPE SELESAI Setelah mendapatkan perbandingan hasil roda cor dengan roda KA asli maka proses pembuatan prototipe sudah selesai Luarannya berupa roda KA dalam skala penelitian yang memiliki sifat mekanik sesuai dengan tuntutan roda KA Selain itu dapat dihasilkan SOP untuk membuat roda KA
15
Laparan Akhir Rada Kerela Api
5 HASIL DAN PEMBAHASAN
Penentuan Jenis Logam Baja
Penentuan jenis logam berkaitan dengan komposisi logam yang akan
disambung Analisisnya dilakukan pada roda kereta yang telah digunakan
Pengujian bahan roda KA bekas dilakukan yaitu
bull Pemeriksaan Komposisi Bahan Tabel 51 Komposisi Kimia Roda KA Asli
Material termasuk baja karbon tanpa paduano
Gambar 51 Struktur Mikro Roda KA
Struktur mikro terdiri dari Perl it 95 dan Ferrit 5
16
Laparan Akhir Rada Kere la Api
Simulasi Pelapisan Logam Cair
bull Pembuatan Model Sampel Padatan
Gambar 52 Model Sampel
I Gambar 53 Model Simulasi
Model sam pel dan susunan dalam simulasi seperti yang digambarkan diatas
bull Parameter Simulasi
bull Bahan sam pel Carbon Steel
bull Logam cair Carbon Steel
bull Temperatur awal sampel 500 0 C 700 0 C dan 9000 C
bull Temperatur cor
bull Waktu pengisian 18 seconds
bull Jenis cetakan Silica dry sand
o Dimensi 130mm x 130mm
o Tebal10mm
o Berat 1400 gr
bull Kondisi batas
17
____________________
L(paran Akhir Rada Kereta Api
o Tebal sam pel 8 - 12 mm
o Berat sampel 14 kg
o Observed at 2 seconds after filling process completed -7 [at
highest temp of sample]
o Observed at 0 - O5mm depth from the sample surface
bull Simulasi Pelapisan Cairan
Temp [0 C]
-7 shy
-
Sample 900deg --
~8QQo
L _ _-- cmiddot 7QOltYC middot ~
-
T Sol 1395degC
1 2 13 14 15 16 ti me [5l Gambar 54 Diagram perubahan temperatur pada sam pel
-Ill middot IM e 9
f - -_ ~ - -~~ Lshy
I ~H ~ a 10bulln I l U I ~
~
G tmiddot_- -_ ~- - _ti=_~
Gambar 55 Temperatur sampel 7000 C - 9 Detik dan 18 Detik
18
Lparan Akhir Rada Kerela Api
-
-
-
3 -~ - Gambar 56 Temperatur sampel 9000 C - 9 Detik dan 18 Detik
Pada Gambar 56 warna merah menunjukkan bagian sampel telah memiliki
temperatur diatas solidus Dapat disimpulkan bahwa pada bagian merah terjadi
proses penyatuan permukaan sampel dengan cairan
Eksperimen Pelapisan
Berbekal data hasil simulasi maka dapat dilakukan proses eksperimen Proses
eksperimen akan dilakukan pad a sampel sederhana berbentuk kotak Langkah
yang dilakukan sebagai berikut
bull Pembuatan Sampel
Sampel padat dibuat dari bahan roda KA yang bekas pakai dipotong berbentuk
sampel kotak
Gambar 57 Sampel Padat
bull Pembuatan Cetakan
Sampel diletakkan di dalam cetakan dengan dilengkapi pemanas Pada bagian
atas sampel diberi rongga cor untuk mengalirkan cairan yang akan dilapiskan
19
Laporan Akhir Roda Kereta Api
Gambar 58 Pembuatan cetakan
Gambar 59 Assembling cetakan
bull Pemanasan Sam pel Dalam Cetakan
Sebelum dicor dengan material cair sam pel dipanaskan terlebih dahulu
Pemanasan dibuat tiga variasi untuk tiga buah sam pel yaitu 500 degc 700 degc dan
900 degc
Gambar 510 Pemanasan Sam pel Dalam Cetakan
20
Loporan Akhlr Roda Kerelo Api
Proses Peleburan dan Penuangan Cairan Pelapisan
Bahan yang digunakan untuk melapis adalah logam sejenis dengan komposisi
yang sama dengan logam pada roda kereta api
Gambar 511 Peleburan dan Penuangan
Pengujian Hasil As-Cast Sam pel 500 0 C
Analisis dilakukan dengan pengamatan sambungan melalui pemeriksaan foto
makro metalografi dan kekerasan
Tabel 52 Komposisi Kimia Material Cor
Pengamatan Makro Sampel
Gambar 512 HasH Cor dan posisi pemotongan
21
Laporan -1khir Roda Kerela Api
Gambar 513 Pengamatan Makro potongan sampeJ
Gambar 513 menunjukkan potongan 1 lepas ikatannya karena daerah tersebut
relatif lebih besar masanya dan temperaturnya lebih rendah sesuai dengan hasil
simulasi Potongan 2 dan 3 pada interface masih nampak daerah kosong atau
terisi inklusi
22
Laparan Aklllr Rada Kerela Api
bull Pengamatan Struktur Mikro
Gambar 514 Interface Struktur Mikro
Material cor terlihat lebih kasar Masih nampak ada inklusi oksida di interface
Ada bag ian interface terlihat bersatu dapat disimpulkan terjadi metallugical
bonding Pada interface tersambung terlihat struktur mikro mengalami penyatuan
dengan batas struktur feritik Metallurgical bonding terjadi namun masih
terkendala adanya inklusi akibat oksidasi
23
Laparan Aklllr Rada Kerela Api
bull Uji Kekerasan Mikro
Gambar 5 15 Lokasi Pengujian
Tabel 53 Hasil Pengujian
No
Posisi
Kekerasan
(VHN)
Setara
(HB)
1 265 252
2 263 250
3 209 209
4 243 231
PROSES PENGECORAN Proses Perancangan
Perancangan Pembuatan PolaPattern Roda KA
Dari gambar teknik kemudian dapat dirancang ukuran untuk pembuatan pola
Dalam pembuatan pola harus dipertimbangkan penambahan ukuran untuk
kompensasi penyusutan padat dan tambahan ukuran untuk pengerjaan
pemesinan
Perancangan Proses Pengecoran Roda KA (Rancangan Sistem Saluran dan
Penambah)
Perancancangan untuk proses pengecoran logam disini adalah untuk merancang
sistem saluran dan penambah Sistem saluran berupa cawan tuang saluran
24
Laporan Akhir Roda Kerefa Api
terak dan saluran masuk berfungsi untuk mengalirkan cairan logam dari ladel ke
cetakan Penambah berfungsi untuk menghindari cacat susut akibat penyusutan
saat logam cair membeku Penyusutan yang terjadi dialihkan ke penambah
sehingga benda akan tetap masif Untuk mengetahui posisi dan ukuran
penambah dapat dilakukan analisis menggunakan software solidcast dan
magmasoft Software analisis pembekuan dapat menganal isis susut cor yang
terjadi pada benda sehingga penempatan penambah lebih efisien Dengan
simulasi maka hasil rancangan lebih efisien karena tidak perlu melakukan
percobaan menggunakan cairan logam sesungguhnya
Proses simulasi dilakukan seperti yang diuraikan berikut ini
Simulasi Pengecoran
bull bull _ bullbull bullbull1 hoyr
11 _t I 4~_ - - JIII J3 JI - II ~ ~ oshy~
__ __ _ ___ ___ _____ _________ _ ----1
Gambar 516 Rancangan Penambah pada Model Roda KA
Gambar 516 menunjukkan disain pengecoran untuk penempatan penambah
yang digunakan Disain menggunakan 3 buah riser Pada riser tengah diberikan
pading (tambahan masa) dan chill untuk pembentukanpembekuan terarah
25
Laporan Akhir Roda Kereta Api
f7(c (
1 ) ~te
MJr C unlty middot
j~ 10 f- -
r ~~
Imiddotmiddot Gambar 517 Proses Pengisian Logam Cair
Gambar 517 menunjukkan proses pengisian logam cair Logam cair dimasukkan
langsung dari salah satu penambah
- ~ amp il-~ -~ A middotlImiddot
rs ~ ~
III
Gambar 518 Feeding Zone Berakhir pada Penambah
Gambar 518 menunjukkan modulus thermal dengan desain 3 riser telah terjadi
dengan sempurna Dengan desain ini telah terjadi 3 feeding zone yang ketiganya
berakhir pada masing-masing riser
26
---
Iaporan Akhir Roda Kerela Api
JI -+ J J ~ r- shy shy
ltI
bullbull -t bullampI
Ii
I -
Gambar 519 Fraction Solid pada Menit Ke-7
Analisa proses pembekuan dilakukan dengan mengamati fraction solid pada
setiap menit selama proses pembekuan Gambar 519 menunjukkan fraction
solid pada menit ke-7 Pada menit ke-7 feeding zone telah terbagi menjadi 2
daerah Pada tahap ini riser telah berfungsi optimal
Gambar 520 Fraction Solid pada MeDit ke-ll
Gambar 520 menunjukkan fraction solid pada menit ke-11 Pada saat tersebut
fraction solid telah menuju ke daerah riser seluruhnya Directional solidification
telah lebih dominan dari progressive solidification Directional solidification
adalah pembekuan dimulai dari daerah terjauh menuju riser Progressive
27
Larcm Akhir Roda Kerela Api
solidification adalah pembekuan dimulai dari ketebalan dinding casting ke bag ian
tengah (memotong pembekuan directional)
Gambar 521 Final Solidification - Shrinkage only at Riser
Gambar521 menunjukkan hasil akhir dari proses pembekuan Shrinkage
porosity terjadi pada daerah riser yaitu berada di luar produk Disain telah
mencukupi untuk kriteria sound casting
Proses Produksi Coran Roda KA
Pembuatan Pola
Gambar 522 Pola Roda KA
28
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Pembuatan Cetakan dan Inti
Gambar 523 Penempatan Pola Dalam Rangka Cetak dan Pemberian Pasir
Gambar 523 menunjukkan penempatan pola pada rangka cetak Rangka cetak
yang digunakan berbentuk bulat untuk menghemat area pasir cetak Pasir cetak
digunakan adalah jenis greensand Greensand merupakan campuran pasir
kuarsa dan bentonit ditambah sedikit air menghasilkan campuran pasir cetak
yang dapat membentuk rongga cetak
Gambar 524 Penempatan Penambah
29
Laporan Akh ir Roda Kerela Api
Gambar 525 Pemadatan Pasir Cetak
Gambar 526 Pengangkatan Pola dari Cetakan
Gambar 527 Pemberian Coating Pad a Cetakan dan Assembling Cetakan
30
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Gambar 528 Cetakan Siap Cor
Peleburan
Peleburan bahan atau cairan untuk pengecoran roda KA menggunakan dua
metode Metode 1 menggunakan bahan baku dari baja lain yang tersedia
selanjutnya disebut cor 1 Metode 2 menggunakan bahan baku 100 skrap
roda KA bekas selanjutnya disebut cor 2 Keduanya seharusnya dapat
menghasilkan sifat yang sama oleh karenanya akan dibandingkan hasilnya
kemudian
Bahan Baku Peleburan Menggunakan Baja Lain
Peleburan cairan baja untuk roda KA menggunakan bahan dengan komposisi
setara seperti komposisi Roda KA asli Komposisi kimia dirancang mendekati
komposisi kimia roda KA aslinya agar sifat mekanik dapat didekati Komposisi
Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 0 11987
Peramuan 06 - 07 02 - 03 - - 06 - 08 Max 02 Max 02
TabeJ 54 Komposisi Roda KA
31
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Untuk dapat mencapai komposisi tersebut digunakan bahan dasar sebagai
berikut
Jenis Bahan Komposisi Jumlah
C Si S P Mn Ni Cr () (Kg)
Bahan daur ulang GS20Mn5
025 018 - - 111 025 037 80
Baja Scrap jenis Low Mn 02 02 - - 03 - - 180 Tabel 55 Bahan Dasar
Penggunaan paduan untuk mencapai komposisi yang ditargetkan sebagai
berikut
Jenis Bahan C Si S P Mn Ni Cr Jumlah
() (Kg) 1Carburizer 9984 - - - - - -
FeSi 75 015 75 - - - - - 02 FeMnHC 675 071 - - 7553 - - 18
Tabel56 Komposisi Target
Temperatur pengeluaran dari tanur ke ladel sebesar 1651 0 C Temperatur cor
sebesar 1506 0 C
Gambar 529 Proses Peleburan dan Penuangan Ke Cetakan Roda KA
32
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Gambar 530 Proses Penuangan dan Kondisi Cetakan Setelah Selesai Dicor Penuh
Bahan Baku Peleburan Menggunakan 100 Roda KA Bekas
Peleburan menggunakan bahan baku roda KA bekas 100 dilakukan tanpa
menambahkan paduano Bahan baku digunakan 100 skrap roda KA bekas
Roda KA dipotong terlebih dahulu dengan las acetilene agar dapat masuk
kedalam tanur
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA
Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 011987
Target Komp
06 - 07 02 - 03 - - 06 - 08 Max 02
Max 02
Terjadi 0671 0145 0008 00095 0463 00 15 0107 Tabel57 Komposisi Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan
33
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Komposisi yang terjadi mengalami kekurangan pad a Silisium dan Mangan Hal
ini dikarenakan adanya looses atau bahan baku yang memang memiliki
komposisi yang sudah kurang sebelumnya
Perlakuan Panas
Untuk mendapatkan hasil struktur mikro sesuai dengan roda KA aslinya maka
perlu dilakukan perlakuan panas Proses perlakuan panas yang diberikan adalah
normalising
4
UDARA
Gambar 531 Diagram Perlakuan Panas Normalising Coran Roda KA
Dengan diberikan proses normalising maka struktur mikro coran roda KA
menjadi lebih halus Sifat mekaniknya akan menjadi lebih baik
Proses Pengujian
Pengujian dilakukan terhadap benda cor roda KA Tujuannya adalah untuk
mengetahui kualitas hasil cor apakah coran tersebut bebas cacat dan apakah
coran sudah sesuai dengan tuntutan sifat mekanis roda KA Pembandingnya
adalah sifat mekanik roda KA Asli Dengan demikian dapat dianalisis apakah
roda hasil cor layak digunakan atau tidak
Pemeriksaan Komposisi
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 011987
Cor 1 (bahan baja lain)
0693 0258 0013 0016 0461 0027 0091
Cor 2 (bahan skrap roda KA)
0671 0145 0008 00095 0463 0015 0107
Tabel 58 Komposisi Roda KA Asli dan Hasil Cor
34
Laporan Akhir Roda Kerea Api
Pemeriksaan Metalografi - Struktur Mikro
Gambar 532 Struktur Mikro As-Cast Cor 1 (Bahan Baja Lain)
Gambar 533 Struktur Mikro Hasil Normalising Cor 1 (Bahan Baja Lain)
35
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Pengujian Kekerasan
Pengecoran Bagian Hardness 1 2 3 Ratashyrata
Setara
Cor 1 Body HRC 25 27 28 267 265 HB Cor2 Body HRC 27 29 20 253 256 HB
Tabel59 Uji Keras Roda KA As-Cast
Nilai kekerasan bahan roda KA hasil cor 1 adalah 26 7 HRC setara dengan 265
HB dan hasil cor 2 adalah 253 HRC setara dengan 256 HB Kekerasan hampir
sama untuk semua bagian casting karena belum dilakukan perlakuan panas
lanjut atau perlakuan panas permukaan pad a bagian telapak Kekerasan casting
mendekati kekerasan roda KA Asli yaitu 231 HB
Ultrasonik
Pengujian ultrasonik dilakukan untuk mendeteksi cacat pada bagian tengah
coran Bagian yang diperiksa adalah bagian bawah penambah
Gam bar 534 Uji Ultrasonik Roda Cor 1
Hasil pengujian belum diperoleh karena back wall signal tidak terdeteksi
Kemungkinan karena butir hasil cor masih kasar sehingga sinyal ultrasonik jadi
terpencar dan tidak kembali ke probe detector Coran akan diberikan perlakuan
panas normalising terlebih dahulu untuk memperhalus butirnya
36
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Die Penetrant
Die penetrant dilakukan untuk mendeteksi susut cor pada bagian bawah
penambah Coran dipotong melintang tepat dibawah penambah
Gambar 54 Pemeriksaan Cacat Roda Cor 1 Dengan Die Penetrant
Hasil pemeriksaan menunjukkan terdapat sedikit retak pada bagian pinggir
caran o Retakan yang muncul bisa diakibatkan akibat proses pemotongan
menggunakan gerinda dan dilakukan pemukulan Bagian tengah tidak terdapat
cacat susut yang terjadi Dapat disimpulkan bahwa susut coran tidak terjadi pada
benda
37
Laparan Akhir Rada Kerela Api
6 Kesimpulan dan Saran
Dari hasil clading yang dilakukan pada sample roda didapat suatu kesimpulan bahwa semakin panas temperatur sample roda maka terjadi proses difusi yang sangat baik hal ini seperti fenomena yang terjadi pada suatu pengelasan dimana pada logam induk dan logam cair terdapat daerah yang terpengaruh panas sehingga terjadi suatu proses difusi
Dari hasil pengecoran yang dilakukan terhadap pembuatan roda kereta api ukuran 100 kg didapat bahwa proses pengecoran yang memakai bah an baku scrap roda kereta api dapat dilakukan oleh industri dalam negeri dengan memanfaatkan scrap roda kereta api yang ada ditambah sedikit pemaduan (alloying)
Dari kegiatan yang sudah kami lakukan selama 10 bulan ini serta dari data serta infra struktur yang dimiliki oleh industri di dalam negeri maka kami menyarankan agar kegiatan rehabilitasi terhadap roda kereta api dapat dilanjutkan di tahun 2011 yaitu dengan melakukan pengecoran terhadap scrap roda kereta api menjadi Roda Kereta Api baru dengan memanfaatkan kemampuan industri pengecoran di dalam negeri dimana untuk untuk pengecoran ini kemampuan peralatan industri yang ada sudah memadai
38
Laporan Akhir Roda Kere la Api
Gambar 523 Penempatan Pol a Dalam Rangka Cetak dan Pemberian Pasir 29
Gambar 524 Penempatan Penambah 29
Gambar 525 Pemadatan Pasir Cetak 30
Gambar 526 Pengangkatan Pola dari Cetakan 30
Gambar 527 Pemberian Coating Pada Cetakan dan Assembling Cetakan 30
Gambar 528 Cetakan Siap Cor 31
Gambar 529 Proses Peleburan dan Penuangan Ke Cetakan Roda KA 32
Gambar 530 Proses Penuangan dan Kondisi Cetakan Setelah Selesai Dicor
Penuh 33
Gambar 531 Diagram Perlakuan Panas Normalising Coran Roda KA 34
Gambar 532 Struktur IVlikro As-Cast Cor 1 (Bahan Baja Lain) 35
Gambar 533 Struktur Mikro Hasil Normalising Cor 1 (Bahan Baja Lain) 35
Gambar 534 Uji Ultrasonik Roda Cor 1 36
Gambar 54 PemeriksaanCacat Roda Cor 1 dengan Die Penetrant 37
8
LaparDn Akhir Rada Kerela Api
1 Pendahuluan
Dalam pelaksanaan penelitian rehabilitasi roda kereta yang telah mengalami aus (pengurangan ketebalan) maka akan dilakukan kegiatan riset pelapisan roda kereta api dengan cara Hot metal cladding sehingga akan diperoleh lapisan pada permukaan roda kereta dimana terjadi interdifusi antara material baja karbon roda kereta dan logam pelapisannya yang dalam hal ini di coba untuk memakai baja Pelapisan dapat dilakukan dengan menggunakan jenis logam baja karbon yang sama dengan jenis roda kereta atau pelapisan dengan menggunakan logam baja anti karat Untuk itu perlu dilakukan karakterisasi material untuk mengetahui komposisi material roda kereta bekas yang merupakan barang impor dan berbagai analisis beban (gaya) dinamis yang bekerja pada roda kereta saat sedang berfungsi Fungsi-fungsi tersebut antara terdiri dari gaya pengereman antara sepatu rem dengan telapak roda kereta gaya gesek antara roda kereta dan bantalan rei serta beban dinamis pada roda kereta akibat dari total beban yang berada diatasnya Selain itu perlu dijaga agar supaya pada daerah yang saling berlapis tidak akan muncul semacam sifat katodik yang mempercepat korosi sehingga perlu di jaga metal sebagai pelapisnya mengalami proses difusi bonding yang baik dan tidak terbentuk celah sebagai tempat perambatan media Selain melakukan proses pelapisan ulang juga akan dilaksanakan pembuatan ulang roda kereta dengan menggunakan metoda pengecoran Dengan metoda pengecoran diharapkan dapat ditentukan material balance dari paduan material roda kereta yang memenuhi persyaratan kekuatan dan kehandalan roda kereta yang sampai saat ini roda kereta api di Indonesia sepenuhnya masih terus di import
9
Laparal1 Akhir Rada Kerela Api
2 Tinjauan Pustaka
Untuk dapat menghasilkan sambungan antara logam padat dan cair yang sempurna tanpa adanya batas antara (interface) maka proses perlu dilakukan sampai terjadi fusi Proses fusi yaitu sebagian logam padatan ikut mencair dan mencapai kondisi cair-padat (mushy zone) atau benar-benar mencair sebagian sehingga terjadi pencampuran antara logam cair dan logam padat tersebut Kondisi tersebut akan menghasilkan sambungan yang sempurna seolah cairan yang diberikan bukanlah sekedar melapis tapi benar-benar menyatu dengan logam padatan yang dilapisinya
Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam proses pelapisan calran adalah parameter-parameter perpindahan panas Logam padat perlu mendapatkan panas untuk mencapai kondisi mushy atau cairo Panas dapat di peroleh dari pemberian panas (heat generation) pada padatan dengan cara memanaskan logam padat menggunakan pemanas Sumber lainnya adalah dari panas yang dimiliki cairan Untuk sumber panas yang kedua tentunya akan berakibat terjadinya penurunan temperatur cairan karena adanya penyerapan panas oleh logam padat sehingga temperatur akhir keduanya akan mencapai titik pertemuan pada temperatur tertentu selanjutnya kemudian keduanya akan turun secara bersamaan Bila titik pertemuan temperatur yang terjadi pad a kondisi logam padat masih dalam kondisi full pad at atau belum mushy atau mencair maka yang terjadi adalah difusi atom-atom antara kedua bagian dan terjadi sambungan Sambungan yang terjadi akan kurang kuat karena pada dasarnya keduanya masih terpisah oleh adanya interface
Untuk mengatasi penurunan temperatur cairan maka pemberian pelapisan dapat dilakukan dengan mengalirkan cairan Dengan kondisi mengalir maka padatan akan mendapatkan panas sementara cairan yang telah memberikan panas akan pindah karena mengalir Sampai pada saat temperatur padatan sudah cukup untuk berfusi dengan cairan maka aliran cairan dapat dihentikan
Dari konsep tersebut maka parameter utama yang perlu di cari dalam proses pelapisan cairan pada padatan adalah sebagai berikut
1 Temperatur preheat logam padatan 2 Temperatur tuang logam cairan 3 Waktu pengaliran cairan
10
Laporon Akhir Rada Kerefa Api
3 Tujuan dan Manfaat
1 Teknologi terapan proses industri yang mampu melakukan daur ulang secara cermat dan ber kualitas
2 aplikasi dalam untuk membantu PT Kereta Api dalam mengatasi kebutuhan roda kereta untuk mengganti roda yang di nyatakan aus dan tidak dapat dipakai lagi tanpa harus melakukan impor
3 Penekanan pada industri Kecil Menengah dilakukan sebagai pemicu agar IKM dapat juga melakukan daur ulang produk2 yang secara langsung mengurangi irnpor
4 Secara lebih terintegrasi maka IKIVl ini dengan PT Kereta Api dapat melakukan kerja sama memanfaatkan bahan baku dan desain mold secara benar dan cepat
Ceruk pasar pengecoran baja mangan sangat potensial terutama dalam mengembangkan keahlian pengecoran dsb
Manfaat
1 Meningkatnya kegiatan ekonomi masyarakat pengecoran yang lesu dan tersedianya teknologi yang tepat
2 Peningkatan added value mutu konsumtif yang mampu bersaing dengan produk import Sehingga mengurangi nilai devisa
3 Pengembang mitra usaha yang sederhana dan sebenarnya merupakan penggiatan perekonornian karena tidak terpengaruh oleh nilai dolar
11
Loparan Akhir Rada Kere la Api
4 METODOLOGI
Pengembangan metode pelapisan logam cair pad a padatan ini ditujukan untuk
melakukan perbaikan pada roda kereta api Roda kereta api yang telah
mengalami keausan permukaan akan diberi lapisan menggunakan cairan logam
dengan komposisi sejenis Penelitian yang dilakukan adalah melapis sampel
padat dari bahan roda KA dan dilapis cairan Langkah yang ditempuh untuk
mencapai proses yang dapat menghasilkan sambungan lapisan yang baik dan
kuat dilakukan sebagai berikut
Penentuan jenis logam baja
Penentuan jenis logam berkaitan dengan komposisi logam yang akan
disambung Analisisnya dilakukan pada roda kereta yang telah digunakan
Pengujian bahan roda KA bekas dilakukan yaitu
bull Pemeriksaan komposisi bahan
bull Pemeriksaan metalografi atau struktur mikro bahan
Setelah diperoleh komposisi material maka akan dapat di analisis sifat atau
karakteristik material dari mulai temperatur cair karakter pembekuan dan
struktur mikro yang akan terbentuk pada saat membeku
Simulasi pelapisan logam cair
Simulasi pelapisan logam padat oleh logam cair dilakukan dengan menggunakan
software magma soft Model akan dibuat serupa dengan rencana eksperimen
Dalam pemodelan dan simulasi dapat dilakukan variasi untuk parameter yang
akan dicari dalam eksperimen Parameter tersebut adalah Temperatur preheat
logam padatan Temperatur preheat sampel sebesar 500degC 700 degc dan 900 degC
Parameter lain dibuat konstan yaitu temperatur tuang Iogam cairan dan waktu
pengaliran cairan Hasil simulasi akan diperoleh distribusi temperatur yang terjadi
pada saat dilakukan pelapisan dan apakah temperatur pada bagian padatan
telah mencapai temperatur cair atau belum Langkah simulasi yang dilakukan
sebagai berikut
bull Pembuatan model sampel padatan
12
Laparan Akhir Rada Kerea Api
bull Raneangan proses dan variasi parameter
bull Simulasi pelapisan eairan
Eksperimen Pelapisan
Berbekal data hasil simulasi maka dapat dilakukan proses eksperimen Proses
eksperimen akan dilakukan pada sampel sederhana berbentuk kotak Langkah
yang dilakukan sebagai berikut
Pembuatan sampel
Sam pel padat dibuat dari bahan roda KA yang bekas pakai dipotong berbentuk
sampel kotak
41 Pembuatan eetakan
Sampel diletakkan di dalam eetakan dengan dilengkapi pemanas Pada bag ian
atas sampel diberi rongga cor untuk mengalirkan eairan yang akan dilapiskan
42 Pemanasan sam pel dalam eetakan
Sebelum dieor dengan material eair sampel dipanaskan terlebih dahulu
Pemanasan dibuat tiga variasi untuk tiga buah sampel yaitu 500 dege 700 dege dan
900 dege
43 Proses peleburan dan penuangan eairan pelapisan
Bahan yang digunakan untuk melapis adalah logam sejenis dengan komposisi
yang sama dengan logam pada roda kereta api
44 Pengujian hasil as-cast
Analisis dilakukan dengan pengamatan sambungan melalui pemeriksaan foto
makro metalografi dan kekerasan
45 Proses perlakuan panas
Dalam kondisi digunakan roda kereta api telah mengalami proses perlakuan
panas Untuk dapat meneapai kondisi yang homoge antara logam eair yang
melapisi dengan logam padat yang dilapis maka perlu dilakukan ekperimen
perlakuan panas sampai diperoleh struktur mikro yang homogen antara logam
padat dan logam pelapis
13
46 Pengujian hasil perlakuan panas
8etelah diberi perlakuan panas maka sam pel diperiksa kembali apakah kondisi
sambungan dan struktur mikro bisa menjadi homogen Pemeriksaan yang
dilakukan meliputi foto makro metalografi dan kekerasan mikro Hasil akhir yang
diharapkan adalah diperoleh sam pel dengan kondisi pelapisan antara logam
pad at dan cair tanpa adanya interface sambungan dengan struktur mikro yang
homogen
bull PROSES PENGECORAN bull Proses perancangan
Roda KA yang akan dibuat disesuaikan dengan skala tanur yang dimiliki Kapasitas tanur yang dimiliki sebesar 250 Kg oleh karenanya roda KA yang dibuat dirancang memiliki berat tidak lebih dari 125 Kg Rancangan bentuk roda KA disesuaikan dengan aslinya namun dalam skala yang lebih kecil Perancangan pertama yang dilakukan berupa gambar teknik roda KA yang dilakukan meliputi
bull Pembuatan gambar teknik roda KA bull Perancangan pembuatan polapattern roda KA bull Perancangan proses pengecoran roda KA (rancangan sistem
saluran dan penambah) Untuk dapat menghasilkan coran roda KA yang bebas cacat susut cor maka dilakukan perancangan untuk sistem saluran dan penambah Agar hasilnya optimal dan efisien maka dilakukan simulasi pengecoran menggunakan software magma soft Dari hasil simulasi akan diperoleh
bull Optimasi penggunaan penambah untuk menghindari cacat susut tuang (shrinkage)
bull Optimasi sistem saluran untuk menghindari turbulensi dan gas terjebak
bull Proses produksi coran roda KA Proses rancangan direalisasikan dalam bentuk pembuatan coran roda KA Urutan langkah yang dilakukan sebagai berikut
bull Pembuatan pola bull Pembuatan cetakan dan inti bull Peleburan - Penuangan bull Pembongkaran bull Pembersihan (fetling - shot blasting) bull Perlakuan panas
14
Loporan Akhr Roda Kerelo Api
Dalam hal penggunaan bahan untuk peleburan digunakan dua jenis bahan
bull Bahan baku peleburan menggunakan 100 roda KA bekas bull Bahan baku peleburan menggunakan baja lain
Target komposisi yang dihasilkan sesuai dengan rancangan yang ditetapkan
bull Proses pengujian Untuk mengetahui kualitas hasil cor maka dilakukan pengujian terhadap kualitas material dan benda cor Pemeriksaan meliputi
bull Pemeriksaan komposisi bull Pemeriksaan metalografi - struktur mikro bahan bull Pengujian kekerasan bull Pengujian tarik bull Pengujian impak bull Pengujian NOT bull Ultrasonik bull Die penetrant bull Pemotongan satu benda hasil pengecoran untuk menganalisa
keberadaan cacat di bag ian dalam (shrinkage) bull ANALISA HASIL - KOMPARASI CORAN DENGAN RODA KA ASLI
Dari hasil pengecoran kemudian dilakukan perbandingan terhadap kualitas roda KA yang asli Perbandingan hasil roda KA yang dihasilkan dengan bahan baku yang berbeda juga dilakukan Hal yang dibandingkan berupa sifat mekanik dan struktur mikro yang dihasilkan
bull PROTOTIPE SELESAI Setelah mendapatkan perbandingan hasil roda cor dengan roda KA asli maka proses pembuatan prototipe sudah selesai Luarannya berupa roda KA dalam skala penelitian yang memiliki sifat mekanik sesuai dengan tuntutan roda KA Selain itu dapat dihasilkan SOP untuk membuat roda KA
15
Laparan Akhir Rada Kerela Api
5 HASIL DAN PEMBAHASAN
Penentuan Jenis Logam Baja
Penentuan jenis logam berkaitan dengan komposisi logam yang akan
disambung Analisisnya dilakukan pada roda kereta yang telah digunakan
Pengujian bahan roda KA bekas dilakukan yaitu
bull Pemeriksaan Komposisi Bahan Tabel 51 Komposisi Kimia Roda KA Asli
Material termasuk baja karbon tanpa paduano
Gambar 51 Struktur Mikro Roda KA
Struktur mikro terdiri dari Perl it 95 dan Ferrit 5
16
Laparan Akhir Rada Kere la Api
Simulasi Pelapisan Logam Cair
bull Pembuatan Model Sampel Padatan
Gambar 52 Model Sampel
I Gambar 53 Model Simulasi
Model sam pel dan susunan dalam simulasi seperti yang digambarkan diatas
bull Parameter Simulasi
bull Bahan sam pel Carbon Steel
bull Logam cair Carbon Steel
bull Temperatur awal sampel 500 0 C 700 0 C dan 9000 C
bull Temperatur cor
bull Waktu pengisian 18 seconds
bull Jenis cetakan Silica dry sand
o Dimensi 130mm x 130mm
o Tebal10mm
o Berat 1400 gr
bull Kondisi batas
17
____________________
L(paran Akhir Rada Kereta Api
o Tebal sam pel 8 - 12 mm
o Berat sampel 14 kg
o Observed at 2 seconds after filling process completed -7 [at
highest temp of sample]
o Observed at 0 - O5mm depth from the sample surface
bull Simulasi Pelapisan Cairan
Temp [0 C]
-7 shy
-
Sample 900deg --
~8QQo
L _ _-- cmiddot 7QOltYC middot ~
-
T Sol 1395degC
1 2 13 14 15 16 ti me [5l Gambar 54 Diagram perubahan temperatur pada sam pel
-Ill middot IM e 9
f - -_ ~ - -~~ Lshy
I ~H ~ a 10bulln I l U I ~
~
G tmiddot_- -_ ~- - _ti=_~
Gambar 55 Temperatur sampel 7000 C - 9 Detik dan 18 Detik
18
Lparan Akhir Rada Kerela Api
-
-
-
3 -~ - Gambar 56 Temperatur sampel 9000 C - 9 Detik dan 18 Detik
Pada Gambar 56 warna merah menunjukkan bagian sampel telah memiliki
temperatur diatas solidus Dapat disimpulkan bahwa pada bagian merah terjadi
proses penyatuan permukaan sampel dengan cairan
Eksperimen Pelapisan
Berbekal data hasil simulasi maka dapat dilakukan proses eksperimen Proses
eksperimen akan dilakukan pad a sampel sederhana berbentuk kotak Langkah
yang dilakukan sebagai berikut
bull Pembuatan Sampel
Sampel padat dibuat dari bahan roda KA yang bekas pakai dipotong berbentuk
sampel kotak
Gambar 57 Sampel Padat
bull Pembuatan Cetakan
Sampel diletakkan di dalam cetakan dengan dilengkapi pemanas Pada bagian
atas sampel diberi rongga cor untuk mengalirkan cairan yang akan dilapiskan
19
Laporan Akhir Roda Kereta Api
Gambar 58 Pembuatan cetakan
Gambar 59 Assembling cetakan
bull Pemanasan Sam pel Dalam Cetakan
Sebelum dicor dengan material cair sam pel dipanaskan terlebih dahulu
Pemanasan dibuat tiga variasi untuk tiga buah sam pel yaitu 500 degc 700 degc dan
900 degc
Gambar 510 Pemanasan Sam pel Dalam Cetakan
20
Loporan Akhlr Roda Kerelo Api
Proses Peleburan dan Penuangan Cairan Pelapisan
Bahan yang digunakan untuk melapis adalah logam sejenis dengan komposisi
yang sama dengan logam pada roda kereta api
Gambar 511 Peleburan dan Penuangan
Pengujian Hasil As-Cast Sam pel 500 0 C
Analisis dilakukan dengan pengamatan sambungan melalui pemeriksaan foto
makro metalografi dan kekerasan
Tabel 52 Komposisi Kimia Material Cor
Pengamatan Makro Sampel
Gambar 512 HasH Cor dan posisi pemotongan
21
Laporan -1khir Roda Kerela Api
Gambar 513 Pengamatan Makro potongan sampeJ
Gambar 513 menunjukkan potongan 1 lepas ikatannya karena daerah tersebut
relatif lebih besar masanya dan temperaturnya lebih rendah sesuai dengan hasil
simulasi Potongan 2 dan 3 pada interface masih nampak daerah kosong atau
terisi inklusi
22
Laparan Aklllr Rada Kerela Api
bull Pengamatan Struktur Mikro
Gambar 514 Interface Struktur Mikro
Material cor terlihat lebih kasar Masih nampak ada inklusi oksida di interface
Ada bag ian interface terlihat bersatu dapat disimpulkan terjadi metallugical
bonding Pada interface tersambung terlihat struktur mikro mengalami penyatuan
dengan batas struktur feritik Metallurgical bonding terjadi namun masih
terkendala adanya inklusi akibat oksidasi
23
Laparan Aklllr Rada Kerela Api
bull Uji Kekerasan Mikro
Gambar 5 15 Lokasi Pengujian
Tabel 53 Hasil Pengujian
No
Posisi
Kekerasan
(VHN)
Setara
(HB)
1 265 252
2 263 250
3 209 209
4 243 231
PROSES PENGECORAN Proses Perancangan
Perancangan Pembuatan PolaPattern Roda KA
Dari gambar teknik kemudian dapat dirancang ukuran untuk pembuatan pola
Dalam pembuatan pola harus dipertimbangkan penambahan ukuran untuk
kompensasi penyusutan padat dan tambahan ukuran untuk pengerjaan
pemesinan
Perancangan Proses Pengecoran Roda KA (Rancangan Sistem Saluran dan
Penambah)
Perancancangan untuk proses pengecoran logam disini adalah untuk merancang
sistem saluran dan penambah Sistem saluran berupa cawan tuang saluran
24
Laporan Akhir Roda Kerefa Api
terak dan saluran masuk berfungsi untuk mengalirkan cairan logam dari ladel ke
cetakan Penambah berfungsi untuk menghindari cacat susut akibat penyusutan
saat logam cair membeku Penyusutan yang terjadi dialihkan ke penambah
sehingga benda akan tetap masif Untuk mengetahui posisi dan ukuran
penambah dapat dilakukan analisis menggunakan software solidcast dan
magmasoft Software analisis pembekuan dapat menganal isis susut cor yang
terjadi pada benda sehingga penempatan penambah lebih efisien Dengan
simulasi maka hasil rancangan lebih efisien karena tidak perlu melakukan
percobaan menggunakan cairan logam sesungguhnya
Proses simulasi dilakukan seperti yang diuraikan berikut ini
Simulasi Pengecoran
bull bull _ bullbull bullbull1 hoyr
11 _t I 4~_ - - JIII J3 JI - II ~ ~ oshy~
__ __ _ ___ ___ _____ _________ _ ----1
Gambar 516 Rancangan Penambah pada Model Roda KA
Gambar 516 menunjukkan disain pengecoran untuk penempatan penambah
yang digunakan Disain menggunakan 3 buah riser Pada riser tengah diberikan
pading (tambahan masa) dan chill untuk pembentukanpembekuan terarah
25
Laporan Akhir Roda Kereta Api
f7(c (
1 ) ~te
MJr C unlty middot
j~ 10 f- -
r ~~
Imiddotmiddot Gambar 517 Proses Pengisian Logam Cair
Gambar 517 menunjukkan proses pengisian logam cair Logam cair dimasukkan
langsung dari salah satu penambah
- ~ amp il-~ -~ A middotlImiddot
rs ~ ~
III
Gambar 518 Feeding Zone Berakhir pada Penambah
Gambar 518 menunjukkan modulus thermal dengan desain 3 riser telah terjadi
dengan sempurna Dengan desain ini telah terjadi 3 feeding zone yang ketiganya
berakhir pada masing-masing riser
26
---
Iaporan Akhir Roda Kerela Api
JI -+ J J ~ r- shy shy
ltI
bullbull -t bullampI
Ii
I -
Gambar 519 Fraction Solid pada Menit Ke-7
Analisa proses pembekuan dilakukan dengan mengamati fraction solid pada
setiap menit selama proses pembekuan Gambar 519 menunjukkan fraction
solid pada menit ke-7 Pada menit ke-7 feeding zone telah terbagi menjadi 2
daerah Pada tahap ini riser telah berfungsi optimal
Gambar 520 Fraction Solid pada MeDit ke-ll
Gambar 520 menunjukkan fraction solid pada menit ke-11 Pada saat tersebut
fraction solid telah menuju ke daerah riser seluruhnya Directional solidification
telah lebih dominan dari progressive solidification Directional solidification
adalah pembekuan dimulai dari daerah terjauh menuju riser Progressive
27
Larcm Akhir Roda Kerela Api
solidification adalah pembekuan dimulai dari ketebalan dinding casting ke bag ian
tengah (memotong pembekuan directional)
Gambar 521 Final Solidification - Shrinkage only at Riser
Gambar521 menunjukkan hasil akhir dari proses pembekuan Shrinkage
porosity terjadi pada daerah riser yaitu berada di luar produk Disain telah
mencukupi untuk kriteria sound casting
Proses Produksi Coran Roda KA
Pembuatan Pola
Gambar 522 Pola Roda KA
28
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Pembuatan Cetakan dan Inti
Gambar 523 Penempatan Pola Dalam Rangka Cetak dan Pemberian Pasir
Gambar 523 menunjukkan penempatan pola pada rangka cetak Rangka cetak
yang digunakan berbentuk bulat untuk menghemat area pasir cetak Pasir cetak
digunakan adalah jenis greensand Greensand merupakan campuran pasir
kuarsa dan bentonit ditambah sedikit air menghasilkan campuran pasir cetak
yang dapat membentuk rongga cetak
Gambar 524 Penempatan Penambah
29
Laporan Akh ir Roda Kerela Api
Gambar 525 Pemadatan Pasir Cetak
Gambar 526 Pengangkatan Pola dari Cetakan
Gambar 527 Pemberian Coating Pad a Cetakan dan Assembling Cetakan
30
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Gambar 528 Cetakan Siap Cor
Peleburan
Peleburan bahan atau cairan untuk pengecoran roda KA menggunakan dua
metode Metode 1 menggunakan bahan baku dari baja lain yang tersedia
selanjutnya disebut cor 1 Metode 2 menggunakan bahan baku 100 skrap
roda KA bekas selanjutnya disebut cor 2 Keduanya seharusnya dapat
menghasilkan sifat yang sama oleh karenanya akan dibandingkan hasilnya
kemudian
Bahan Baku Peleburan Menggunakan Baja Lain
Peleburan cairan baja untuk roda KA menggunakan bahan dengan komposisi
setara seperti komposisi Roda KA asli Komposisi kimia dirancang mendekati
komposisi kimia roda KA aslinya agar sifat mekanik dapat didekati Komposisi
Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 0 11987
Peramuan 06 - 07 02 - 03 - - 06 - 08 Max 02 Max 02
TabeJ 54 Komposisi Roda KA
31
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Untuk dapat mencapai komposisi tersebut digunakan bahan dasar sebagai
berikut
Jenis Bahan Komposisi Jumlah
C Si S P Mn Ni Cr () (Kg)
Bahan daur ulang GS20Mn5
025 018 - - 111 025 037 80
Baja Scrap jenis Low Mn 02 02 - - 03 - - 180 Tabel 55 Bahan Dasar
Penggunaan paduan untuk mencapai komposisi yang ditargetkan sebagai
berikut
Jenis Bahan C Si S P Mn Ni Cr Jumlah
() (Kg) 1Carburizer 9984 - - - - - -
FeSi 75 015 75 - - - - - 02 FeMnHC 675 071 - - 7553 - - 18
Tabel56 Komposisi Target
Temperatur pengeluaran dari tanur ke ladel sebesar 1651 0 C Temperatur cor
sebesar 1506 0 C
Gambar 529 Proses Peleburan dan Penuangan Ke Cetakan Roda KA
32
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Gambar 530 Proses Penuangan dan Kondisi Cetakan Setelah Selesai Dicor Penuh
Bahan Baku Peleburan Menggunakan 100 Roda KA Bekas
Peleburan menggunakan bahan baku roda KA bekas 100 dilakukan tanpa
menambahkan paduano Bahan baku digunakan 100 skrap roda KA bekas
Roda KA dipotong terlebih dahulu dengan las acetilene agar dapat masuk
kedalam tanur
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA
Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 011987
Target Komp
06 - 07 02 - 03 - - 06 - 08 Max 02
Max 02
Terjadi 0671 0145 0008 00095 0463 00 15 0107 Tabel57 Komposisi Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan
33
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Komposisi yang terjadi mengalami kekurangan pad a Silisium dan Mangan Hal
ini dikarenakan adanya looses atau bahan baku yang memang memiliki
komposisi yang sudah kurang sebelumnya
Perlakuan Panas
Untuk mendapatkan hasil struktur mikro sesuai dengan roda KA aslinya maka
perlu dilakukan perlakuan panas Proses perlakuan panas yang diberikan adalah
normalising
4
UDARA
Gambar 531 Diagram Perlakuan Panas Normalising Coran Roda KA
Dengan diberikan proses normalising maka struktur mikro coran roda KA
menjadi lebih halus Sifat mekaniknya akan menjadi lebih baik
Proses Pengujian
Pengujian dilakukan terhadap benda cor roda KA Tujuannya adalah untuk
mengetahui kualitas hasil cor apakah coran tersebut bebas cacat dan apakah
coran sudah sesuai dengan tuntutan sifat mekanis roda KA Pembandingnya
adalah sifat mekanik roda KA Asli Dengan demikian dapat dianalisis apakah
roda hasil cor layak digunakan atau tidak
Pemeriksaan Komposisi
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 011987
Cor 1 (bahan baja lain)
0693 0258 0013 0016 0461 0027 0091
Cor 2 (bahan skrap roda KA)
0671 0145 0008 00095 0463 0015 0107
Tabel 58 Komposisi Roda KA Asli dan Hasil Cor
34
Laporan Akhir Roda Kerea Api
Pemeriksaan Metalografi - Struktur Mikro
Gambar 532 Struktur Mikro As-Cast Cor 1 (Bahan Baja Lain)
Gambar 533 Struktur Mikro Hasil Normalising Cor 1 (Bahan Baja Lain)
35
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Pengujian Kekerasan
Pengecoran Bagian Hardness 1 2 3 Ratashyrata
Setara
Cor 1 Body HRC 25 27 28 267 265 HB Cor2 Body HRC 27 29 20 253 256 HB
Tabel59 Uji Keras Roda KA As-Cast
Nilai kekerasan bahan roda KA hasil cor 1 adalah 26 7 HRC setara dengan 265
HB dan hasil cor 2 adalah 253 HRC setara dengan 256 HB Kekerasan hampir
sama untuk semua bagian casting karena belum dilakukan perlakuan panas
lanjut atau perlakuan panas permukaan pad a bagian telapak Kekerasan casting
mendekati kekerasan roda KA Asli yaitu 231 HB
Ultrasonik
Pengujian ultrasonik dilakukan untuk mendeteksi cacat pada bagian tengah
coran Bagian yang diperiksa adalah bagian bawah penambah
Gam bar 534 Uji Ultrasonik Roda Cor 1
Hasil pengujian belum diperoleh karena back wall signal tidak terdeteksi
Kemungkinan karena butir hasil cor masih kasar sehingga sinyal ultrasonik jadi
terpencar dan tidak kembali ke probe detector Coran akan diberikan perlakuan
panas normalising terlebih dahulu untuk memperhalus butirnya
36
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Die Penetrant
Die penetrant dilakukan untuk mendeteksi susut cor pada bagian bawah
penambah Coran dipotong melintang tepat dibawah penambah
Gambar 54 Pemeriksaan Cacat Roda Cor 1 Dengan Die Penetrant
Hasil pemeriksaan menunjukkan terdapat sedikit retak pada bagian pinggir
caran o Retakan yang muncul bisa diakibatkan akibat proses pemotongan
menggunakan gerinda dan dilakukan pemukulan Bagian tengah tidak terdapat
cacat susut yang terjadi Dapat disimpulkan bahwa susut coran tidak terjadi pada
benda
37
Laparan Akhir Rada Kerela Api
6 Kesimpulan dan Saran
Dari hasil clading yang dilakukan pada sample roda didapat suatu kesimpulan bahwa semakin panas temperatur sample roda maka terjadi proses difusi yang sangat baik hal ini seperti fenomena yang terjadi pada suatu pengelasan dimana pada logam induk dan logam cair terdapat daerah yang terpengaruh panas sehingga terjadi suatu proses difusi
Dari hasil pengecoran yang dilakukan terhadap pembuatan roda kereta api ukuran 100 kg didapat bahwa proses pengecoran yang memakai bah an baku scrap roda kereta api dapat dilakukan oleh industri dalam negeri dengan memanfaatkan scrap roda kereta api yang ada ditambah sedikit pemaduan (alloying)
Dari kegiatan yang sudah kami lakukan selama 10 bulan ini serta dari data serta infra struktur yang dimiliki oleh industri di dalam negeri maka kami menyarankan agar kegiatan rehabilitasi terhadap roda kereta api dapat dilanjutkan di tahun 2011 yaitu dengan melakukan pengecoran terhadap scrap roda kereta api menjadi Roda Kereta Api baru dengan memanfaatkan kemampuan industri pengecoran di dalam negeri dimana untuk untuk pengecoran ini kemampuan peralatan industri yang ada sudah memadai
38
LaparDn Akhir Rada Kerela Api
1 Pendahuluan
Dalam pelaksanaan penelitian rehabilitasi roda kereta yang telah mengalami aus (pengurangan ketebalan) maka akan dilakukan kegiatan riset pelapisan roda kereta api dengan cara Hot metal cladding sehingga akan diperoleh lapisan pada permukaan roda kereta dimana terjadi interdifusi antara material baja karbon roda kereta dan logam pelapisannya yang dalam hal ini di coba untuk memakai baja Pelapisan dapat dilakukan dengan menggunakan jenis logam baja karbon yang sama dengan jenis roda kereta atau pelapisan dengan menggunakan logam baja anti karat Untuk itu perlu dilakukan karakterisasi material untuk mengetahui komposisi material roda kereta bekas yang merupakan barang impor dan berbagai analisis beban (gaya) dinamis yang bekerja pada roda kereta saat sedang berfungsi Fungsi-fungsi tersebut antara terdiri dari gaya pengereman antara sepatu rem dengan telapak roda kereta gaya gesek antara roda kereta dan bantalan rei serta beban dinamis pada roda kereta akibat dari total beban yang berada diatasnya Selain itu perlu dijaga agar supaya pada daerah yang saling berlapis tidak akan muncul semacam sifat katodik yang mempercepat korosi sehingga perlu di jaga metal sebagai pelapisnya mengalami proses difusi bonding yang baik dan tidak terbentuk celah sebagai tempat perambatan media Selain melakukan proses pelapisan ulang juga akan dilaksanakan pembuatan ulang roda kereta dengan menggunakan metoda pengecoran Dengan metoda pengecoran diharapkan dapat ditentukan material balance dari paduan material roda kereta yang memenuhi persyaratan kekuatan dan kehandalan roda kereta yang sampai saat ini roda kereta api di Indonesia sepenuhnya masih terus di import
9
Laparal1 Akhir Rada Kerela Api
2 Tinjauan Pustaka
Untuk dapat menghasilkan sambungan antara logam padat dan cair yang sempurna tanpa adanya batas antara (interface) maka proses perlu dilakukan sampai terjadi fusi Proses fusi yaitu sebagian logam padatan ikut mencair dan mencapai kondisi cair-padat (mushy zone) atau benar-benar mencair sebagian sehingga terjadi pencampuran antara logam cair dan logam padat tersebut Kondisi tersebut akan menghasilkan sambungan yang sempurna seolah cairan yang diberikan bukanlah sekedar melapis tapi benar-benar menyatu dengan logam padatan yang dilapisinya
Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam proses pelapisan calran adalah parameter-parameter perpindahan panas Logam padat perlu mendapatkan panas untuk mencapai kondisi mushy atau cairo Panas dapat di peroleh dari pemberian panas (heat generation) pada padatan dengan cara memanaskan logam padat menggunakan pemanas Sumber lainnya adalah dari panas yang dimiliki cairan Untuk sumber panas yang kedua tentunya akan berakibat terjadinya penurunan temperatur cairan karena adanya penyerapan panas oleh logam padat sehingga temperatur akhir keduanya akan mencapai titik pertemuan pada temperatur tertentu selanjutnya kemudian keduanya akan turun secara bersamaan Bila titik pertemuan temperatur yang terjadi pad a kondisi logam padat masih dalam kondisi full pad at atau belum mushy atau mencair maka yang terjadi adalah difusi atom-atom antara kedua bagian dan terjadi sambungan Sambungan yang terjadi akan kurang kuat karena pada dasarnya keduanya masih terpisah oleh adanya interface
Untuk mengatasi penurunan temperatur cairan maka pemberian pelapisan dapat dilakukan dengan mengalirkan cairan Dengan kondisi mengalir maka padatan akan mendapatkan panas sementara cairan yang telah memberikan panas akan pindah karena mengalir Sampai pada saat temperatur padatan sudah cukup untuk berfusi dengan cairan maka aliran cairan dapat dihentikan
Dari konsep tersebut maka parameter utama yang perlu di cari dalam proses pelapisan cairan pada padatan adalah sebagai berikut
1 Temperatur preheat logam padatan 2 Temperatur tuang logam cairan 3 Waktu pengaliran cairan
10
Laporon Akhir Rada Kerefa Api
3 Tujuan dan Manfaat
1 Teknologi terapan proses industri yang mampu melakukan daur ulang secara cermat dan ber kualitas
2 aplikasi dalam untuk membantu PT Kereta Api dalam mengatasi kebutuhan roda kereta untuk mengganti roda yang di nyatakan aus dan tidak dapat dipakai lagi tanpa harus melakukan impor
3 Penekanan pada industri Kecil Menengah dilakukan sebagai pemicu agar IKM dapat juga melakukan daur ulang produk2 yang secara langsung mengurangi irnpor
4 Secara lebih terintegrasi maka IKIVl ini dengan PT Kereta Api dapat melakukan kerja sama memanfaatkan bahan baku dan desain mold secara benar dan cepat
Ceruk pasar pengecoran baja mangan sangat potensial terutama dalam mengembangkan keahlian pengecoran dsb
Manfaat
1 Meningkatnya kegiatan ekonomi masyarakat pengecoran yang lesu dan tersedianya teknologi yang tepat
2 Peningkatan added value mutu konsumtif yang mampu bersaing dengan produk import Sehingga mengurangi nilai devisa
3 Pengembang mitra usaha yang sederhana dan sebenarnya merupakan penggiatan perekonornian karena tidak terpengaruh oleh nilai dolar
11
Loparan Akhir Rada Kere la Api
4 METODOLOGI
Pengembangan metode pelapisan logam cair pad a padatan ini ditujukan untuk
melakukan perbaikan pada roda kereta api Roda kereta api yang telah
mengalami keausan permukaan akan diberi lapisan menggunakan cairan logam
dengan komposisi sejenis Penelitian yang dilakukan adalah melapis sampel
padat dari bahan roda KA dan dilapis cairan Langkah yang ditempuh untuk
mencapai proses yang dapat menghasilkan sambungan lapisan yang baik dan
kuat dilakukan sebagai berikut
Penentuan jenis logam baja
Penentuan jenis logam berkaitan dengan komposisi logam yang akan
disambung Analisisnya dilakukan pada roda kereta yang telah digunakan
Pengujian bahan roda KA bekas dilakukan yaitu
bull Pemeriksaan komposisi bahan
bull Pemeriksaan metalografi atau struktur mikro bahan
Setelah diperoleh komposisi material maka akan dapat di analisis sifat atau
karakteristik material dari mulai temperatur cair karakter pembekuan dan
struktur mikro yang akan terbentuk pada saat membeku
Simulasi pelapisan logam cair
Simulasi pelapisan logam padat oleh logam cair dilakukan dengan menggunakan
software magma soft Model akan dibuat serupa dengan rencana eksperimen
Dalam pemodelan dan simulasi dapat dilakukan variasi untuk parameter yang
akan dicari dalam eksperimen Parameter tersebut adalah Temperatur preheat
logam padatan Temperatur preheat sampel sebesar 500degC 700 degc dan 900 degC
Parameter lain dibuat konstan yaitu temperatur tuang Iogam cairan dan waktu
pengaliran cairan Hasil simulasi akan diperoleh distribusi temperatur yang terjadi
pada saat dilakukan pelapisan dan apakah temperatur pada bagian padatan
telah mencapai temperatur cair atau belum Langkah simulasi yang dilakukan
sebagai berikut
bull Pembuatan model sampel padatan
12
Laparan Akhir Rada Kerea Api
bull Raneangan proses dan variasi parameter
bull Simulasi pelapisan eairan
Eksperimen Pelapisan
Berbekal data hasil simulasi maka dapat dilakukan proses eksperimen Proses
eksperimen akan dilakukan pada sampel sederhana berbentuk kotak Langkah
yang dilakukan sebagai berikut
Pembuatan sampel
Sam pel padat dibuat dari bahan roda KA yang bekas pakai dipotong berbentuk
sampel kotak
41 Pembuatan eetakan
Sampel diletakkan di dalam eetakan dengan dilengkapi pemanas Pada bag ian
atas sampel diberi rongga cor untuk mengalirkan eairan yang akan dilapiskan
42 Pemanasan sam pel dalam eetakan
Sebelum dieor dengan material eair sampel dipanaskan terlebih dahulu
Pemanasan dibuat tiga variasi untuk tiga buah sampel yaitu 500 dege 700 dege dan
900 dege
43 Proses peleburan dan penuangan eairan pelapisan
Bahan yang digunakan untuk melapis adalah logam sejenis dengan komposisi
yang sama dengan logam pada roda kereta api
44 Pengujian hasil as-cast
Analisis dilakukan dengan pengamatan sambungan melalui pemeriksaan foto
makro metalografi dan kekerasan
45 Proses perlakuan panas
Dalam kondisi digunakan roda kereta api telah mengalami proses perlakuan
panas Untuk dapat meneapai kondisi yang homoge antara logam eair yang
melapisi dengan logam padat yang dilapis maka perlu dilakukan ekperimen
perlakuan panas sampai diperoleh struktur mikro yang homogen antara logam
padat dan logam pelapis
13
46 Pengujian hasil perlakuan panas
8etelah diberi perlakuan panas maka sam pel diperiksa kembali apakah kondisi
sambungan dan struktur mikro bisa menjadi homogen Pemeriksaan yang
dilakukan meliputi foto makro metalografi dan kekerasan mikro Hasil akhir yang
diharapkan adalah diperoleh sam pel dengan kondisi pelapisan antara logam
pad at dan cair tanpa adanya interface sambungan dengan struktur mikro yang
homogen
bull PROSES PENGECORAN bull Proses perancangan
Roda KA yang akan dibuat disesuaikan dengan skala tanur yang dimiliki Kapasitas tanur yang dimiliki sebesar 250 Kg oleh karenanya roda KA yang dibuat dirancang memiliki berat tidak lebih dari 125 Kg Rancangan bentuk roda KA disesuaikan dengan aslinya namun dalam skala yang lebih kecil Perancangan pertama yang dilakukan berupa gambar teknik roda KA yang dilakukan meliputi
bull Pembuatan gambar teknik roda KA bull Perancangan pembuatan polapattern roda KA bull Perancangan proses pengecoran roda KA (rancangan sistem
saluran dan penambah) Untuk dapat menghasilkan coran roda KA yang bebas cacat susut cor maka dilakukan perancangan untuk sistem saluran dan penambah Agar hasilnya optimal dan efisien maka dilakukan simulasi pengecoran menggunakan software magma soft Dari hasil simulasi akan diperoleh
bull Optimasi penggunaan penambah untuk menghindari cacat susut tuang (shrinkage)
bull Optimasi sistem saluran untuk menghindari turbulensi dan gas terjebak
bull Proses produksi coran roda KA Proses rancangan direalisasikan dalam bentuk pembuatan coran roda KA Urutan langkah yang dilakukan sebagai berikut
bull Pembuatan pola bull Pembuatan cetakan dan inti bull Peleburan - Penuangan bull Pembongkaran bull Pembersihan (fetling - shot blasting) bull Perlakuan panas
14
Loporan Akhr Roda Kerelo Api
Dalam hal penggunaan bahan untuk peleburan digunakan dua jenis bahan
bull Bahan baku peleburan menggunakan 100 roda KA bekas bull Bahan baku peleburan menggunakan baja lain
Target komposisi yang dihasilkan sesuai dengan rancangan yang ditetapkan
bull Proses pengujian Untuk mengetahui kualitas hasil cor maka dilakukan pengujian terhadap kualitas material dan benda cor Pemeriksaan meliputi
bull Pemeriksaan komposisi bull Pemeriksaan metalografi - struktur mikro bahan bull Pengujian kekerasan bull Pengujian tarik bull Pengujian impak bull Pengujian NOT bull Ultrasonik bull Die penetrant bull Pemotongan satu benda hasil pengecoran untuk menganalisa
keberadaan cacat di bag ian dalam (shrinkage) bull ANALISA HASIL - KOMPARASI CORAN DENGAN RODA KA ASLI
Dari hasil pengecoran kemudian dilakukan perbandingan terhadap kualitas roda KA yang asli Perbandingan hasil roda KA yang dihasilkan dengan bahan baku yang berbeda juga dilakukan Hal yang dibandingkan berupa sifat mekanik dan struktur mikro yang dihasilkan
bull PROTOTIPE SELESAI Setelah mendapatkan perbandingan hasil roda cor dengan roda KA asli maka proses pembuatan prototipe sudah selesai Luarannya berupa roda KA dalam skala penelitian yang memiliki sifat mekanik sesuai dengan tuntutan roda KA Selain itu dapat dihasilkan SOP untuk membuat roda KA
15
Laparan Akhir Rada Kerela Api
5 HASIL DAN PEMBAHASAN
Penentuan Jenis Logam Baja
Penentuan jenis logam berkaitan dengan komposisi logam yang akan
disambung Analisisnya dilakukan pada roda kereta yang telah digunakan
Pengujian bahan roda KA bekas dilakukan yaitu
bull Pemeriksaan Komposisi Bahan Tabel 51 Komposisi Kimia Roda KA Asli
Material termasuk baja karbon tanpa paduano
Gambar 51 Struktur Mikro Roda KA
Struktur mikro terdiri dari Perl it 95 dan Ferrit 5
16
Laparan Akhir Rada Kere la Api
Simulasi Pelapisan Logam Cair
bull Pembuatan Model Sampel Padatan
Gambar 52 Model Sampel
I Gambar 53 Model Simulasi
Model sam pel dan susunan dalam simulasi seperti yang digambarkan diatas
bull Parameter Simulasi
bull Bahan sam pel Carbon Steel
bull Logam cair Carbon Steel
bull Temperatur awal sampel 500 0 C 700 0 C dan 9000 C
bull Temperatur cor
bull Waktu pengisian 18 seconds
bull Jenis cetakan Silica dry sand
o Dimensi 130mm x 130mm
o Tebal10mm
o Berat 1400 gr
bull Kondisi batas
17
____________________
L(paran Akhir Rada Kereta Api
o Tebal sam pel 8 - 12 mm
o Berat sampel 14 kg
o Observed at 2 seconds after filling process completed -7 [at
highest temp of sample]
o Observed at 0 - O5mm depth from the sample surface
bull Simulasi Pelapisan Cairan
Temp [0 C]
-7 shy
-
Sample 900deg --
~8QQo
L _ _-- cmiddot 7QOltYC middot ~
-
T Sol 1395degC
1 2 13 14 15 16 ti me [5l Gambar 54 Diagram perubahan temperatur pada sam pel
-Ill middot IM e 9
f - -_ ~ - -~~ Lshy
I ~H ~ a 10bulln I l U I ~
~
G tmiddot_- -_ ~- - _ti=_~
Gambar 55 Temperatur sampel 7000 C - 9 Detik dan 18 Detik
18
Lparan Akhir Rada Kerela Api
-
-
-
3 -~ - Gambar 56 Temperatur sampel 9000 C - 9 Detik dan 18 Detik
Pada Gambar 56 warna merah menunjukkan bagian sampel telah memiliki
temperatur diatas solidus Dapat disimpulkan bahwa pada bagian merah terjadi
proses penyatuan permukaan sampel dengan cairan
Eksperimen Pelapisan
Berbekal data hasil simulasi maka dapat dilakukan proses eksperimen Proses
eksperimen akan dilakukan pad a sampel sederhana berbentuk kotak Langkah
yang dilakukan sebagai berikut
bull Pembuatan Sampel
Sampel padat dibuat dari bahan roda KA yang bekas pakai dipotong berbentuk
sampel kotak
Gambar 57 Sampel Padat
bull Pembuatan Cetakan
Sampel diletakkan di dalam cetakan dengan dilengkapi pemanas Pada bagian
atas sampel diberi rongga cor untuk mengalirkan cairan yang akan dilapiskan
19
Laporan Akhir Roda Kereta Api
Gambar 58 Pembuatan cetakan
Gambar 59 Assembling cetakan
bull Pemanasan Sam pel Dalam Cetakan
Sebelum dicor dengan material cair sam pel dipanaskan terlebih dahulu
Pemanasan dibuat tiga variasi untuk tiga buah sam pel yaitu 500 degc 700 degc dan
900 degc
Gambar 510 Pemanasan Sam pel Dalam Cetakan
20
Loporan Akhlr Roda Kerelo Api
Proses Peleburan dan Penuangan Cairan Pelapisan
Bahan yang digunakan untuk melapis adalah logam sejenis dengan komposisi
yang sama dengan logam pada roda kereta api
Gambar 511 Peleburan dan Penuangan
Pengujian Hasil As-Cast Sam pel 500 0 C
Analisis dilakukan dengan pengamatan sambungan melalui pemeriksaan foto
makro metalografi dan kekerasan
Tabel 52 Komposisi Kimia Material Cor
Pengamatan Makro Sampel
Gambar 512 HasH Cor dan posisi pemotongan
21
Laporan -1khir Roda Kerela Api
Gambar 513 Pengamatan Makro potongan sampeJ
Gambar 513 menunjukkan potongan 1 lepas ikatannya karena daerah tersebut
relatif lebih besar masanya dan temperaturnya lebih rendah sesuai dengan hasil
simulasi Potongan 2 dan 3 pada interface masih nampak daerah kosong atau
terisi inklusi
22
Laparan Aklllr Rada Kerela Api
bull Pengamatan Struktur Mikro
Gambar 514 Interface Struktur Mikro
Material cor terlihat lebih kasar Masih nampak ada inklusi oksida di interface
Ada bag ian interface terlihat bersatu dapat disimpulkan terjadi metallugical
bonding Pada interface tersambung terlihat struktur mikro mengalami penyatuan
dengan batas struktur feritik Metallurgical bonding terjadi namun masih
terkendala adanya inklusi akibat oksidasi
23
Laparan Aklllr Rada Kerela Api
bull Uji Kekerasan Mikro
Gambar 5 15 Lokasi Pengujian
Tabel 53 Hasil Pengujian
No
Posisi
Kekerasan
(VHN)
Setara
(HB)
1 265 252
2 263 250
3 209 209
4 243 231
PROSES PENGECORAN Proses Perancangan
Perancangan Pembuatan PolaPattern Roda KA
Dari gambar teknik kemudian dapat dirancang ukuran untuk pembuatan pola
Dalam pembuatan pola harus dipertimbangkan penambahan ukuran untuk
kompensasi penyusutan padat dan tambahan ukuran untuk pengerjaan
pemesinan
Perancangan Proses Pengecoran Roda KA (Rancangan Sistem Saluran dan
Penambah)
Perancancangan untuk proses pengecoran logam disini adalah untuk merancang
sistem saluran dan penambah Sistem saluran berupa cawan tuang saluran
24
Laporan Akhir Roda Kerefa Api
terak dan saluran masuk berfungsi untuk mengalirkan cairan logam dari ladel ke
cetakan Penambah berfungsi untuk menghindari cacat susut akibat penyusutan
saat logam cair membeku Penyusutan yang terjadi dialihkan ke penambah
sehingga benda akan tetap masif Untuk mengetahui posisi dan ukuran
penambah dapat dilakukan analisis menggunakan software solidcast dan
magmasoft Software analisis pembekuan dapat menganal isis susut cor yang
terjadi pada benda sehingga penempatan penambah lebih efisien Dengan
simulasi maka hasil rancangan lebih efisien karena tidak perlu melakukan
percobaan menggunakan cairan logam sesungguhnya
Proses simulasi dilakukan seperti yang diuraikan berikut ini
Simulasi Pengecoran
bull bull _ bullbull bullbull1 hoyr
11 _t I 4~_ - - JIII J3 JI - II ~ ~ oshy~
__ __ _ ___ ___ _____ _________ _ ----1
Gambar 516 Rancangan Penambah pada Model Roda KA
Gambar 516 menunjukkan disain pengecoran untuk penempatan penambah
yang digunakan Disain menggunakan 3 buah riser Pada riser tengah diberikan
pading (tambahan masa) dan chill untuk pembentukanpembekuan terarah
25
Laporan Akhir Roda Kereta Api
f7(c (
1 ) ~te
MJr C unlty middot
j~ 10 f- -
r ~~
Imiddotmiddot Gambar 517 Proses Pengisian Logam Cair
Gambar 517 menunjukkan proses pengisian logam cair Logam cair dimasukkan
langsung dari salah satu penambah
- ~ amp il-~ -~ A middotlImiddot
rs ~ ~
III
Gambar 518 Feeding Zone Berakhir pada Penambah
Gambar 518 menunjukkan modulus thermal dengan desain 3 riser telah terjadi
dengan sempurna Dengan desain ini telah terjadi 3 feeding zone yang ketiganya
berakhir pada masing-masing riser
26
---
Iaporan Akhir Roda Kerela Api
JI -+ J J ~ r- shy shy
ltI
bullbull -t bullampI
Ii
I -
Gambar 519 Fraction Solid pada Menit Ke-7
Analisa proses pembekuan dilakukan dengan mengamati fraction solid pada
setiap menit selama proses pembekuan Gambar 519 menunjukkan fraction
solid pada menit ke-7 Pada menit ke-7 feeding zone telah terbagi menjadi 2
daerah Pada tahap ini riser telah berfungsi optimal
Gambar 520 Fraction Solid pada MeDit ke-ll
Gambar 520 menunjukkan fraction solid pada menit ke-11 Pada saat tersebut
fraction solid telah menuju ke daerah riser seluruhnya Directional solidification
telah lebih dominan dari progressive solidification Directional solidification
adalah pembekuan dimulai dari daerah terjauh menuju riser Progressive
27
Larcm Akhir Roda Kerela Api
solidification adalah pembekuan dimulai dari ketebalan dinding casting ke bag ian
tengah (memotong pembekuan directional)
Gambar 521 Final Solidification - Shrinkage only at Riser
Gambar521 menunjukkan hasil akhir dari proses pembekuan Shrinkage
porosity terjadi pada daerah riser yaitu berada di luar produk Disain telah
mencukupi untuk kriteria sound casting
Proses Produksi Coran Roda KA
Pembuatan Pola
Gambar 522 Pola Roda KA
28
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Pembuatan Cetakan dan Inti
Gambar 523 Penempatan Pola Dalam Rangka Cetak dan Pemberian Pasir
Gambar 523 menunjukkan penempatan pola pada rangka cetak Rangka cetak
yang digunakan berbentuk bulat untuk menghemat area pasir cetak Pasir cetak
digunakan adalah jenis greensand Greensand merupakan campuran pasir
kuarsa dan bentonit ditambah sedikit air menghasilkan campuran pasir cetak
yang dapat membentuk rongga cetak
Gambar 524 Penempatan Penambah
29
Laporan Akh ir Roda Kerela Api
Gambar 525 Pemadatan Pasir Cetak
Gambar 526 Pengangkatan Pola dari Cetakan
Gambar 527 Pemberian Coating Pad a Cetakan dan Assembling Cetakan
30
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Gambar 528 Cetakan Siap Cor
Peleburan
Peleburan bahan atau cairan untuk pengecoran roda KA menggunakan dua
metode Metode 1 menggunakan bahan baku dari baja lain yang tersedia
selanjutnya disebut cor 1 Metode 2 menggunakan bahan baku 100 skrap
roda KA bekas selanjutnya disebut cor 2 Keduanya seharusnya dapat
menghasilkan sifat yang sama oleh karenanya akan dibandingkan hasilnya
kemudian
Bahan Baku Peleburan Menggunakan Baja Lain
Peleburan cairan baja untuk roda KA menggunakan bahan dengan komposisi
setara seperti komposisi Roda KA asli Komposisi kimia dirancang mendekati
komposisi kimia roda KA aslinya agar sifat mekanik dapat didekati Komposisi
Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 0 11987
Peramuan 06 - 07 02 - 03 - - 06 - 08 Max 02 Max 02
TabeJ 54 Komposisi Roda KA
31
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Untuk dapat mencapai komposisi tersebut digunakan bahan dasar sebagai
berikut
Jenis Bahan Komposisi Jumlah
C Si S P Mn Ni Cr () (Kg)
Bahan daur ulang GS20Mn5
025 018 - - 111 025 037 80
Baja Scrap jenis Low Mn 02 02 - - 03 - - 180 Tabel 55 Bahan Dasar
Penggunaan paduan untuk mencapai komposisi yang ditargetkan sebagai
berikut
Jenis Bahan C Si S P Mn Ni Cr Jumlah
() (Kg) 1Carburizer 9984 - - - - - -
FeSi 75 015 75 - - - - - 02 FeMnHC 675 071 - - 7553 - - 18
Tabel56 Komposisi Target
Temperatur pengeluaran dari tanur ke ladel sebesar 1651 0 C Temperatur cor
sebesar 1506 0 C
Gambar 529 Proses Peleburan dan Penuangan Ke Cetakan Roda KA
32
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Gambar 530 Proses Penuangan dan Kondisi Cetakan Setelah Selesai Dicor Penuh
Bahan Baku Peleburan Menggunakan 100 Roda KA Bekas
Peleburan menggunakan bahan baku roda KA bekas 100 dilakukan tanpa
menambahkan paduano Bahan baku digunakan 100 skrap roda KA bekas
Roda KA dipotong terlebih dahulu dengan las acetilene agar dapat masuk
kedalam tanur
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA
Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 011987
Target Komp
06 - 07 02 - 03 - - 06 - 08 Max 02
Max 02
Terjadi 0671 0145 0008 00095 0463 00 15 0107 Tabel57 Komposisi Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan
33
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Komposisi yang terjadi mengalami kekurangan pad a Silisium dan Mangan Hal
ini dikarenakan adanya looses atau bahan baku yang memang memiliki
komposisi yang sudah kurang sebelumnya
Perlakuan Panas
Untuk mendapatkan hasil struktur mikro sesuai dengan roda KA aslinya maka
perlu dilakukan perlakuan panas Proses perlakuan panas yang diberikan adalah
normalising
4
UDARA
Gambar 531 Diagram Perlakuan Panas Normalising Coran Roda KA
Dengan diberikan proses normalising maka struktur mikro coran roda KA
menjadi lebih halus Sifat mekaniknya akan menjadi lebih baik
Proses Pengujian
Pengujian dilakukan terhadap benda cor roda KA Tujuannya adalah untuk
mengetahui kualitas hasil cor apakah coran tersebut bebas cacat dan apakah
coran sudah sesuai dengan tuntutan sifat mekanis roda KA Pembandingnya
adalah sifat mekanik roda KA Asli Dengan demikian dapat dianalisis apakah
roda hasil cor layak digunakan atau tidak
Pemeriksaan Komposisi
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 011987
Cor 1 (bahan baja lain)
0693 0258 0013 0016 0461 0027 0091
Cor 2 (bahan skrap roda KA)
0671 0145 0008 00095 0463 0015 0107
Tabel 58 Komposisi Roda KA Asli dan Hasil Cor
34
Laporan Akhir Roda Kerea Api
Pemeriksaan Metalografi - Struktur Mikro
Gambar 532 Struktur Mikro As-Cast Cor 1 (Bahan Baja Lain)
Gambar 533 Struktur Mikro Hasil Normalising Cor 1 (Bahan Baja Lain)
35
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Pengujian Kekerasan
Pengecoran Bagian Hardness 1 2 3 Ratashyrata
Setara
Cor 1 Body HRC 25 27 28 267 265 HB Cor2 Body HRC 27 29 20 253 256 HB
Tabel59 Uji Keras Roda KA As-Cast
Nilai kekerasan bahan roda KA hasil cor 1 adalah 26 7 HRC setara dengan 265
HB dan hasil cor 2 adalah 253 HRC setara dengan 256 HB Kekerasan hampir
sama untuk semua bagian casting karena belum dilakukan perlakuan panas
lanjut atau perlakuan panas permukaan pad a bagian telapak Kekerasan casting
mendekati kekerasan roda KA Asli yaitu 231 HB
Ultrasonik
Pengujian ultrasonik dilakukan untuk mendeteksi cacat pada bagian tengah
coran Bagian yang diperiksa adalah bagian bawah penambah
Gam bar 534 Uji Ultrasonik Roda Cor 1
Hasil pengujian belum diperoleh karena back wall signal tidak terdeteksi
Kemungkinan karena butir hasil cor masih kasar sehingga sinyal ultrasonik jadi
terpencar dan tidak kembali ke probe detector Coran akan diberikan perlakuan
panas normalising terlebih dahulu untuk memperhalus butirnya
36
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Die Penetrant
Die penetrant dilakukan untuk mendeteksi susut cor pada bagian bawah
penambah Coran dipotong melintang tepat dibawah penambah
Gambar 54 Pemeriksaan Cacat Roda Cor 1 Dengan Die Penetrant
Hasil pemeriksaan menunjukkan terdapat sedikit retak pada bagian pinggir
caran o Retakan yang muncul bisa diakibatkan akibat proses pemotongan
menggunakan gerinda dan dilakukan pemukulan Bagian tengah tidak terdapat
cacat susut yang terjadi Dapat disimpulkan bahwa susut coran tidak terjadi pada
benda
37
Laparan Akhir Rada Kerela Api
6 Kesimpulan dan Saran
Dari hasil clading yang dilakukan pada sample roda didapat suatu kesimpulan bahwa semakin panas temperatur sample roda maka terjadi proses difusi yang sangat baik hal ini seperti fenomena yang terjadi pada suatu pengelasan dimana pada logam induk dan logam cair terdapat daerah yang terpengaruh panas sehingga terjadi suatu proses difusi
Dari hasil pengecoran yang dilakukan terhadap pembuatan roda kereta api ukuran 100 kg didapat bahwa proses pengecoran yang memakai bah an baku scrap roda kereta api dapat dilakukan oleh industri dalam negeri dengan memanfaatkan scrap roda kereta api yang ada ditambah sedikit pemaduan (alloying)
Dari kegiatan yang sudah kami lakukan selama 10 bulan ini serta dari data serta infra struktur yang dimiliki oleh industri di dalam negeri maka kami menyarankan agar kegiatan rehabilitasi terhadap roda kereta api dapat dilanjutkan di tahun 2011 yaitu dengan melakukan pengecoran terhadap scrap roda kereta api menjadi Roda Kereta Api baru dengan memanfaatkan kemampuan industri pengecoran di dalam negeri dimana untuk untuk pengecoran ini kemampuan peralatan industri yang ada sudah memadai
38
Laparal1 Akhir Rada Kerela Api
2 Tinjauan Pustaka
Untuk dapat menghasilkan sambungan antara logam padat dan cair yang sempurna tanpa adanya batas antara (interface) maka proses perlu dilakukan sampai terjadi fusi Proses fusi yaitu sebagian logam padatan ikut mencair dan mencapai kondisi cair-padat (mushy zone) atau benar-benar mencair sebagian sehingga terjadi pencampuran antara logam cair dan logam padat tersebut Kondisi tersebut akan menghasilkan sambungan yang sempurna seolah cairan yang diberikan bukanlah sekedar melapis tapi benar-benar menyatu dengan logam padatan yang dilapisinya
Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam proses pelapisan calran adalah parameter-parameter perpindahan panas Logam padat perlu mendapatkan panas untuk mencapai kondisi mushy atau cairo Panas dapat di peroleh dari pemberian panas (heat generation) pada padatan dengan cara memanaskan logam padat menggunakan pemanas Sumber lainnya adalah dari panas yang dimiliki cairan Untuk sumber panas yang kedua tentunya akan berakibat terjadinya penurunan temperatur cairan karena adanya penyerapan panas oleh logam padat sehingga temperatur akhir keduanya akan mencapai titik pertemuan pada temperatur tertentu selanjutnya kemudian keduanya akan turun secara bersamaan Bila titik pertemuan temperatur yang terjadi pad a kondisi logam padat masih dalam kondisi full pad at atau belum mushy atau mencair maka yang terjadi adalah difusi atom-atom antara kedua bagian dan terjadi sambungan Sambungan yang terjadi akan kurang kuat karena pada dasarnya keduanya masih terpisah oleh adanya interface
Untuk mengatasi penurunan temperatur cairan maka pemberian pelapisan dapat dilakukan dengan mengalirkan cairan Dengan kondisi mengalir maka padatan akan mendapatkan panas sementara cairan yang telah memberikan panas akan pindah karena mengalir Sampai pada saat temperatur padatan sudah cukup untuk berfusi dengan cairan maka aliran cairan dapat dihentikan
Dari konsep tersebut maka parameter utama yang perlu di cari dalam proses pelapisan cairan pada padatan adalah sebagai berikut
1 Temperatur preheat logam padatan 2 Temperatur tuang logam cairan 3 Waktu pengaliran cairan
10
Laporon Akhir Rada Kerefa Api
3 Tujuan dan Manfaat
1 Teknologi terapan proses industri yang mampu melakukan daur ulang secara cermat dan ber kualitas
2 aplikasi dalam untuk membantu PT Kereta Api dalam mengatasi kebutuhan roda kereta untuk mengganti roda yang di nyatakan aus dan tidak dapat dipakai lagi tanpa harus melakukan impor
3 Penekanan pada industri Kecil Menengah dilakukan sebagai pemicu agar IKM dapat juga melakukan daur ulang produk2 yang secara langsung mengurangi irnpor
4 Secara lebih terintegrasi maka IKIVl ini dengan PT Kereta Api dapat melakukan kerja sama memanfaatkan bahan baku dan desain mold secara benar dan cepat
Ceruk pasar pengecoran baja mangan sangat potensial terutama dalam mengembangkan keahlian pengecoran dsb
Manfaat
1 Meningkatnya kegiatan ekonomi masyarakat pengecoran yang lesu dan tersedianya teknologi yang tepat
2 Peningkatan added value mutu konsumtif yang mampu bersaing dengan produk import Sehingga mengurangi nilai devisa
3 Pengembang mitra usaha yang sederhana dan sebenarnya merupakan penggiatan perekonornian karena tidak terpengaruh oleh nilai dolar
11
Loparan Akhir Rada Kere la Api
4 METODOLOGI
Pengembangan metode pelapisan logam cair pad a padatan ini ditujukan untuk
melakukan perbaikan pada roda kereta api Roda kereta api yang telah
mengalami keausan permukaan akan diberi lapisan menggunakan cairan logam
dengan komposisi sejenis Penelitian yang dilakukan adalah melapis sampel
padat dari bahan roda KA dan dilapis cairan Langkah yang ditempuh untuk
mencapai proses yang dapat menghasilkan sambungan lapisan yang baik dan
kuat dilakukan sebagai berikut
Penentuan jenis logam baja
Penentuan jenis logam berkaitan dengan komposisi logam yang akan
disambung Analisisnya dilakukan pada roda kereta yang telah digunakan
Pengujian bahan roda KA bekas dilakukan yaitu
bull Pemeriksaan komposisi bahan
bull Pemeriksaan metalografi atau struktur mikro bahan
Setelah diperoleh komposisi material maka akan dapat di analisis sifat atau
karakteristik material dari mulai temperatur cair karakter pembekuan dan
struktur mikro yang akan terbentuk pada saat membeku
Simulasi pelapisan logam cair
Simulasi pelapisan logam padat oleh logam cair dilakukan dengan menggunakan
software magma soft Model akan dibuat serupa dengan rencana eksperimen
Dalam pemodelan dan simulasi dapat dilakukan variasi untuk parameter yang
akan dicari dalam eksperimen Parameter tersebut adalah Temperatur preheat
logam padatan Temperatur preheat sampel sebesar 500degC 700 degc dan 900 degC
Parameter lain dibuat konstan yaitu temperatur tuang Iogam cairan dan waktu
pengaliran cairan Hasil simulasi akan diperoleh distribusi temperatur yang terjadi
pada saat dilakukan pelapisan dan apakah temperatur pada bagian padatan
telah mencapai temperatur cair atau belum Langkah simulasi yang dilakukan
sebagai berikut
bull Pembuatan model sampel padatan
12
Laparan Akhir Rada Kerea Api
bull Raneangan proses dan variasi parameter
bull Simulasi pelapisan eairan
Eksperimen Pelapisan
Berbekal data hasil simulasi maka dapat dilakukan proses eksperimen Proses
eksperimen akan dilakukan pada sampel sederhana berbentuk kotak Langkah
yang dilakukan sebagai berikut
Pembuatan sampel
Sam pel padat dibuat dari bahan roda KA yang bekas pakai dipotong berbentuk
sampel kotak
41 Pembuatan eetakan
Sampel diletakkan di dalam eetakan dengan dilengkapi pemanas Pada bag ian
atas sampel diberi rongga cor untuk mengalirkan eairan yang akan dilapiskan
42 Pemanasan sam pel dalam eetakan
Sebelum dieor dengan material eair sampel dipanaskan terlebih dahulu
Pemanasan dibuat tiga variasi untuk tiga buah sampel yaitu 500 dege 700 dege dan
900 dege
43 Proses peleburan dan penuangan eairan pelapisan
Bahan yang digunakan untuk melapis adalah logam sejenis dengan komposisi
yang sama dengan logam pada roda kereta api
44 Pengujian hasil as-cast
Analisis dilakukan dengan pengamatan sambungan melalui pemeriksaan foto
makro metalografi dan kekerasan
45 Proses perlakuan panas
Dalam kondisi digunakan roda kereta api telah mengalami proses perlakuan
panas Untuk dapat meneapai kondisi yang homoge antara logam eair yang
melapisi dengan logam padat yang dilapis maka perlu dilakukan ekperimen
perlakuan panas sampai diperoleh struktur mikro yang homogen antara logam
padat dan logam pelapis
13
46 Pengujian hasil perlakuan panas
8etelah diberi perlakuan panas maka sam pel diperiksa kembali apakah kondisi
sambungan dan struktur mikro bisa menjadi homogen Pemeriksaan yang
dilakukan meliputi foto makro metalografi dan kekerasan mikro Hasil akhir yang
diharapkan adalah diperoleh sam pel dengan kondisi pelapisan antara logam
pad at dan cair tanpa adanya interface sambungan dengan struktur mikro yang
homogen
bull PROSES PENGECORAN bull Proses perancangan
Roda KA yang akan dibuat disesuaikan dengan skala tanur yang dimiliki Kapasitas tanur yang dimiliki sebesar 250 Kg oleh karenanya roda KA yang dibuat dirancang memiliki berat tidak lebih dari 125 Kg Rancangan bentuk roda KA disesuaikan dengan aslinya namun dalam skala yang lebih kecil Perancangan pertama yang dilakukan berupa gambar teknik roda KA yang dilakukan meliputi
bull Pembuatan gambar teknik roda KA bull Perancangan pembuatan polapattern roda KA bull Perancangan proses pengecoran roda KA (rancangan sistem
saluran dan penambah) Untuk dapat menghasilkan coran roda KA yang bebas cacat susut cor maka dilakukan perancangan untuk sistem saluran dan penambah Agar hasilnya optimal dan efisien maka dilakukan simulasi pengecoran menggunakan software magma soft Dari hasil simulasi akan diperoleh
bull Optimasi penggunaan penambah untuk menghindari cacat susut tuang (shrinkage)
bull Optimasi sistem saluran untuk menghindari turbulensi dan gas terjebak
bull Proses produksi coran roda KA Proses rancangan direalisasikan dalam bentuk pembuatan coran roda KA Urutan langkah yang dilakukan sebagai berikut
bull Pembuatan pola bull Pembuatan cetakan dan inti bull Peleburan - Penuangan bull Pembongkaran bull Pembersihan (fetling - shot blasting) bull Perlakuan panas
14
Loporan Akhr Roda Kerelo Api
Dalam hal penggunaan bahan untuk peleburan digunakan dua jenis bahan
bull Bahan baku peleburan menggunakan 100 roda KA bekas bull Bahan baku peleburan menggunakan baja lain
Target komposisi yang dihasilkan sesuai dengan rancangan yang ditetapkan
bull Proses pengujian Untuk mengetahui kualitas hasil cor maka dilakukan pengujian terhadap kualitas material dan benda cor Pemeriksaan meliputi
bull Pemeriksaan komposisi bull Pemeriksaan metalografi - struktur mikro bahan bull Pengujian kekerasan bull Pengujian tarik bull Pengujian impak bull Pengujian NOT bull Ultrasonik bull Die penetrant bull Pemotongan satu benda hasil pengecoran untuk menganalisa
keberadaan cacat di bag ian dalam (shrinkage) bull ANALISA HASIL - KOMPARASI CORAN DENGAN RODA KA ASLI
Dari hasil pengecoran kemudian dilakukan perbandingan terhadap kualitas roda KA yang asli Perbandingan hasil roda KA yang dihasilkan dengan bahan baku yang berbeda juga dilakukan Hal yang dibandingkan berupa sifat mekanik dan struktur mikro yang dihasilkan
bull PROTOTIPE SELESAI Setelah mendapatkan perbandingan hasil roda cor dengan roda KA asli maka proses pembuatan prototipe sudah selesai Luarannya berupa roda KA dalam skala penelitian yang memiliki sifat mekanik sesuai dengan tuntutan roda KA Selain itu dapat dihasilkan SOP untuk membuat roda KA
15
Laparan Akhir Rada Kerela Api
5 HASIL DAN PEMBAHASAN
Penentuan Jenis Logam Baja
Penentuan jenis logam berkaitan dengan komposisi logam yang akan
disambung Analisisnya dilakukan pada roda kereta yang telah digunakan
Pengujian bahan roda KA bekas dilakukan yaitu
bull Pemeriksaan Komposisi Bahan Tabel 51 Komposisi Kimia Roda KA Asli
Material termasuk baja karbon tanpa paduano
Gambar 51 Struktur Mikro Roda KA
Struktur mikro terdiri dari Perl it 95 dan Ferrit 5
16
Laparan Akhir Rada Kere la Api
Simulasi Pelapisan Logam Cair
bull Pembuatan Model Sampel Padatan
Gambar 52 Model Sampel
I Gambar 53 Model Simulasi
Model sam pel dan susunan dalam simulasi seperti yang digambarkan diatas
bull Parameter Simulasi
bull Bahan sam pel Carbon Steel
bull Logam cair Carbon Steel
bull Temperatur awal sampel 500 0 C 700 0 C dan 9000 C
bull Temperatur cor
bull Waktu pengisian 18 seconds
bull Jenis cetakan Silica dry sand
o Dimensi 130mm x 130mm
o Tebal10mm
o Berat 1400 gr
bull Kondisi batas
17
____________________
L(paran Akhir Rada Kereta Api
o Tebal sam pel 8 - 12 mm
o Berat sampel 14 kg
o Observed at 2 seconds after filling process completed -7 [at
highest temp of sample]
o Observed at 0 - O5mm depth from the sample surface
bull Simulasi Pelapisan Cairan
Temp [0 C]
-7 shy
-
Sample 900deg --
~8QQo
L _ _-- cmiddot 7QOltYC middot ~
-
T Sol 1395degC
1 2 13 14 15 16 ti me [5l Gambar 54 Diagram perubahan temperatur pada sam pel
-Ill middot IM e 9
f - -_ ~ - -~~ Lshy
I ~H ~ a 10bulln I l U I ~
~
G tmiddot_- -_ ~- - _ti=_~
Gambar 55 Temperatur sampel 7000 C - 9 Detik dan 18 Detik
18
Lparan Akhir Rada Kerela Api
-
-
-
3 -~ - Gambar 56 Temperatur sampel 9000 C - 9 Detik dan 18 Detik
Pada Gambar 56 warna merah menunjukkan bagian sampel telah memiliki
temperatur diatas solidus Dapat disimpulkan bahwa pada bagian merah terjadi
proses penyatuan permukaan sampel dengan cairan
Eksperimen Pelapisan
Berbekal data hasil simulasi maka dapat dilakukan proses eksperimen Proses
eksperimen akan dilakukan pad a sampel sederhana berbentuk kotak Langkah
yang dilakukan sebagai berikut
bull Pembuatan Sampel
Sampel padat dibuat dari bahan roda KA yang bekas pakai dipotong berbentuk
sampel kotak
Gambar 57 Sampel Padat
bull Pembuatan Cetakan
Sampel diletakkan di dalam cetakan dengan dilengkapi pemanas Pada bagian
atas sampel diberi rongga cor untuk mengalirkan cairan yang akan dilapiskan
19
Laporan Akhir Roda Kereta Api
Gambar 58 Pembuatan cetakan
Gambar 59 Assembling cetakan
bull Pemanasan Sam pel Dalam Cetakan
Sebelum dicor dengan material cair sam pel dipanaskan terlebih dahulu
Pemanasan dibuat tiga variasi untuk tiga buah sam pel yaitu 500 degc 700 degc dan
900 degc
Gambar 510 Pemanasan Sam pel Dalam Cetakan
20
Loporan Akhlr Roda Kerelo Api
Proses Peleburan dan Penuangan Cairan Pelapisan
Bahan yang digunakan untuk melapis adalah logam sejenis dengan komposisi
yang sama dengan logam pada roda kereta api
Gambar 511 Peleburan dan Penuangan
Pengujian Hasil As-Cast Sam pel 500 0 C
Analisis dilakukan dengan pengamatan sambungan melalui pemeriksaan foto
makro metalografi dan kekerasan
Tabel 52 Komposisi Kimia Material Cor
Pengamatan Makro Sampel
Gambar 512 HasH Cor dan posisi pemotongan
21
Laporan -1khir Roda Kerela Api
Gambar 513 Pengamatan Makro potongan sampeJ
Gambar 513 menunjukkan potongan 1 lepas ikatannya karena daerah tersebut
relatif lebih besar masanya dan temperaturnya lebih rendah sesuai dengan hasil
simulasi Potongan 2 dan 3 pada interface masih nampak daerah kosong atau
terisi inklusi
22
Laparan Aklllr Rada Kerela Api
bull Pengamatan Struktur Mikro
Gambar 514 Interface Struktur Mikro
Material cor terlihat lebih kasar Masih nampak ada inklusi oksida di interface
Ada bag ian interface terlihat bersatu dapat disimpulkan terjadi metallugical
bonding Pada interface tersambung terlihat struktur mikro mengalami penyatuan
dengan batas struktur feritik Metallurgical bonding terjadi namun masih
terkendala adanya inklusi akibat oksidasi
23
Laparan Aklllr Rada Kerela Api
bull Uji Kekerasan Mikro
Gambar 5 15 Lokasi Pengujian
Tabel 53 Hasil Pengujian
No
Posisi
Kekerasan
(VHN)
Setara
(HB)
1 265 252
2 263 250
3 209 209
4 243 231
PROSES PENGECORAN Proses Perancangan
Perancangan Pembuatan PolaPattern Roda KA
Dari gambar teknik kemudian dapat dirancang ukuran untuk pembuatan pola
Dalam pembuatan pola harus dipertimbangkan penambahan ukuran untuk
kompensasi penyusutan padat dan tambahan ukuran untuk pengerjaan
pemesinan
Perancangan Proses Pengecoran Roda KA (Rancangan Sistem Saluran dan
Penambah)
Perancancangan untuk proses pengecoran logam disini adalah untuk merancang
sistem saluran dan penambah Sistem saluran berupa cawan tuang saluran
24
Laporan Akhir Roda Kerefa Api
terak dan saluran masuk berfungsi untuk mengalirkan cairan logam dari ladel ke
cetakan Penambah berfungsi untuk menghindari cacat susut akibat penyusutan
saat logam cair membeku Penyusutan yang terjadi dialihkan ke penambah
sehingga benda akan tetap masif Untuk mengetahui posisi dan ukuran
penambah dapat dilakukan analisis menggunakan software solidcast dan
magmasoft Software analisis pembekuan dapat menganal isis susut cor yang
terjadi pada benda sehingga penempatan penambah lebih efisien Dengan
simulasi maka hasil rancangan lebih efisien karena tidak perlu melakukan
percobaan menggunakan cairan logam sesungguhnya
Proses simulasi dilakukan seperti yang diuraikan berikut ini
Simulasi Pengecoran
bull bull _ bullbull bullbull1 hoyr
11 _t I 4~_ - - JIII J3 JI - II ~ ~ oshy~
__ __ _ ___ ___ _____ _________ _ ----1
Gambar 516 Rancangan Penambah pada Model Roda KA
Gambar 516 menunjukkan disain pengecoran untuk penempatan penambah
yang digunakan Disain menggunakan 3 buah riser Pada riser tengah diberikan
pading (tambahan masa) dan chill untuk pembentukanpembekuan terarah
25
Laporan Akhir Roda Kereta Api
f7(c (
1 ) ~te
MJr C unlty middot
j~ 10 f- -
r ~~
Imiddotmiddot Gambar 517 Proses Pengisian Logam Cair
Gambar 517 menunjukkan proses pengisian logam cair Logam cair dimasukkan
langsung dari salah satu penambah
- ~ amp il-~ -~ A middotlImiddot
rs ~ ~
III
Gambar 518 Feeding Zone Berakhir pada Penambah
Gambar 518 menunjukkan modulus thermal dengan desain 3 riser telah terjadi
dengan sempurna Dengan desain ini telah terjadi 3 feeding zone yang ketiganya
berakhir pada masing-masing riser
26
---
Iaporan Akhir Roda Kerela Api
JI -+ J J ~ r- shy shy
ltI
bullbull -t bullampI
Ii
I -
Gambar 519 Fraction Solid pada Menit Ke-7
Analisa proses pembekuan dilakukan dengan mengamati fraction solid pada
setiap menit selama proses pembekuan Gambar 519 menunjukkan fraction
solid pada menit ke-7 Pada menit ke-7 feeding zone telah terbagi menjadi 2
daerah Pada tahap ini riser telah berfungsi optimal
Gambar 520 Fraction Solid pada MeDit ke-ll
Gambar 520 menunjukkan fraction solid pada menit ke-11 Pada saat tersebut
fraction solid telah menuju ke daerah riser seluruhnya Directional solidification
telah lebih dominan dari progressive solidification Directional solidification
adalah pembekuan dimulai dari daerah terjauh menuju riser Progressive
27
Larcm Akhir Roda Kerela Api
solidification adalah pembekuan dimulai dari ketebalan dinding casting ke bag ian
tengah (memotong pembekuan directional)
Gambar 521 Final Solidification - Shrinkage only at Riser
Gambar521 menunjukkan hasil akhir dari proses pembekuan Shrinkage
porosity terjadi pada daerah riser yaitu berada di luar produk Disain telah
mencukupi untuk kriteria sound casting
Proses Produksi Coran Roda KA
Pembuatan Pola
Gambar 522 Pola Roda KA
28
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Pembuatan Cetakan dan Inti
Gambar 523 Penempatan Pola Dalam Rangka Cetak dan Pemberian Pasir
Gambar 523 menunjukkan penempatan pola pada rangka cetak Rangka cetak
yang digunakan berbentuk bulat untuk menghemat area pasir cetak Pasir cetak
digunakan adalah jenis greensand Greensand merupakan campuran pasir
kuarsa dan bentonit ditambah sedikit air menghasilkan campuran pasir cetak
yang dapat membentuk rongga cetak
Gambar 524 Penempatan Penambah
29
Laporan Akh ir Roda Kerela Api
Gambar 525 Pemadatan Pasir Cetak
Gambar 526 Pengangkatan Pola dari Cetakan
Gambar 527 Pemberian Coating Pad a Cetakan dan Assembling Cetakan
30
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Gambar 528 Cetakan Siap Cor
Peleburan
Peleburan bahan atau cairan untuk pengecoran roda KA menggunakan dua
metode Metode 1 menggunakan bahan baku dari baja lain yang tersedia
selanjutnya disebut cor 1 Metode 2 menggunakan bahan baku 100 skrap
roda KA bekas selanjutnya disebut cor 2 Keduanya seharusnya dapat
menghasilkan sifat yang sama oleh karenanya akan dibandingkan hasilnya
kemudian
Bahan Baku Peleburan Menggunakan Baja Lain
Peleburan cairan baja untuk roda KA menggunakan bahan dengan komposisi
setara seperti komposisi Roda KA asli Komposisi kimia dirancang mendekati
komposisi kimia roda KA aslinya agar sifat mekanik dapat didekati Komposisi
Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 0 11987
Peramuan 06 - 07 02 - 03 - - 06 - 08 Max 02 Max 02
TabeJ 54 Komposisi Roda KA
31
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Untuk dapat mencapai komposisi tersebut digunakan bahan dasar sebagai
berikut
Jenis Bahan Komposisi Jumlah
C Si S P Mn Ni Cr () (Kg)
Bahan daur ulang GS20Mn5
025 018 - - 111 025 037 80
Baja Scrap jenis Low Mn 02 02 - - 03 - - 180 Tabel 55 Bahan Dasar
Penggunaan paduan untuk mencapai komposisi yang ditargetkan sebagai
berikut
Jenis Bahan C Si S P Mn Ni Cr Jumlah
() (Kg) 1Carburizer 9984 - - - - - -
FeSi 75 015 75 - - - - - 02 FeMnHC 675 071 - - 7553 - - 18
Tabel56 Komposisi Target
Temperatur pengeluaran dari tanur ke ladel sebesar 1651 0 C Temperatur cor
sebesar 1506 0 C
Gambar 529 Proses Peleburan dan Penuangan Ke Cetakan Roda KA
32
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Gambar 530 Proses Penuangan dan Kondisi Cetakan Setelah Selesai Dicor Penuh
Bahan Baku Peleburan Menggunakan 100 Roda KA Bekas
Peleburan menggunakan bahan baku roda KA bekas 100 dilakukan tanpa
menambahkan paduano Bahan baku digunakan 100 skrap roda KA bekas
Roda KA dipotong terlebih dahulu dengan las acetilene agar dapat masuk
kedalam tanur
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA
Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 011987
Target Komp
06 - 07 02 - 03 - - 06 - 08 Max 02
Max 02
Terjadi 0671 0145 0008 00095 0463 00 15 0107 Tabel57 Komposisi Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan
33
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Komposisi yang terjadi mengalami kekurangan pad a Silisium dan Mangan Hal
ini dikarenakan adanya looses atau bahan baku yang memang memiliki
komposisi yang sudah kurang sebelumnya
Perlakuan Panas
Untuk mendapatkan hasil struktur mikro sesuai dengan roda KA aslinya maka
perlu dilakukan perlakuan panas Proses perlakuan panas yang diberikan adalah
normalising
4
UDARA
Gambar 531 Diagram Perlakuan Panas Normalising Coran Roda KA
Dengan diberikan proses normalising maka struktur mikro coran roda KA
menjadi lebih halus Sifat mekaniknya akan menjadi lebih baik
Proses Pengujian
Pengujian dilakukan terhadap benda cor roda KA Tujuannya adalah untuk
mengetahui kualitas hasil cor apakah coran tersebut bebas cacat dan apakah
coran sudah sesuai dengan tuntutan sifat mekanis roda KA Pembandingnya
adalah sifat mekanik roda KA Asli Dengan demikian dapat dianalisis apakah
roda hasil cor layak digunakan atau tidak
Pemeriksaan Komposisi
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 011987
Cor 1 (bahan baja lain)
0693 0258 0013 0016 0461 0027 0091
Cor 2 (bahan skrap roda KA)
0671 0145 0008 00095 0463 0015 0107
Tabel 58 Komposisi Roda KA Asli dan Hasil Cor
34
Laporan Akhir Roda Kerea Api
Pemeriksaan Metalografi - Struktur Mikro
Gambar 532 Struktur Mikro As-Cast Cor 1 (Bahan Baja Lain)
Gambar 533 Struktur Mikro Hasil Normalising Cor 1 (Bahan Baja Lain)
35
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Pengujian Kekerasan
Pengecoran Bagian Hardness 1 2 3 Ratashyrata
Setara
Cor 1 Body HRC 25 27 28 267 265 HB Cor2 Body HRC 27 29 20 253 256 HB
Tabel59 Uji Keras Roda KA As-Cast
Nilai kekerasan bahan roda KA hasil cor 1 adalah 26 7 HRC setara dengan 265
HB dan hasil cor 2 adalah 253 HRC setara dengan 256 HB Kekerasan hampir
sama untuk semua bagian casting karena belum dilakukan perlakuan panas
lanjut atau perlakuan panas permukaan pad a bagian telapak Kekerasan casting
mendekati kekerasan roda KA Asli yaitu 231 HB
Ultrasonik
Pengujian ultrasonik dilakukan untuk mendeteksi cacat pada bagian tengah
coran Bagian yang diperiksa adalah bagian bawah penambah
Gam bar 534 Uji Ultrasonik Roda Cor 1
Hasil pengujian belum diperoleh karena back wall signal tidak terdeteksi
Kemungkinan karena butir hasil cor masih kasar sehingga sinyal ultrasonik jadi
terpencar dan tidak kembali ke probe detector Coran akan diberikan perlakuan
panas normalising terlebih dahulu untuk memperhalus butirnya
36
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Die Penetrant
Die penetrant dilakukan untuk mendeteksi susut cor pada bagian bawah
penambah Coran dipotong melintang tepat dibawah penambah
Gambar 54 Pemeriksaan Cacat Roda Cor 1 Dengan Die Penetrant
Hasil pemeriksaan menunjukkan terdapat sedikit retak pada bagian pinggir
caran o Retakan yang muncul bisa diakibatkan akibat proses pemotongan
menggunakan gerinda dan dilakukan pemukulan Bagian tengah tidak terdapat
cacat susut yang terjadi Dapat disimpulkan bahwa susut coran tidak terjadi pada
benda
37
Laparan Akhir Rada Kerela Api
6 Kesimpulan dan Saran
Dari hasil clading yang dilakukan pada sample roda didapat suatu kesimpulan bahwa semakin panas temperatur sample roda maka terjadi proses difusi yang sangat baik hal ini seperti fenomena yang terjadi pada suatu pengelasan dimana pada logam induk dan logam cair terdapat daerah yang terpengaruh panas sehingga terjadi suatu proses difusi
Dari hasil pengecoran yang dilakukan terhadap pembuatan roda kereta api ukuran 100 kg didapat bahwa proses pengecoran yang memakai bah an baku scrap roda kereta api dapat dilakukan oleh industri dalam negeri dengan memanfaatkan scrap roda kereta api yang ada ditambah sedikit pemaduan (alloying)
Dari kegiatan yang sudah kami lakukan selama 10 bulan ini serta dari data serta infra struktur yang dimiliki oleh industri di dalam negeri maka kami menyarankan agar kegiatan rehabilitasi terhadap roda kereta api dapat dilanjutkan di tahun 2011 yaitu dengan melakukan pengecoran terhadap scrap roda kereta api menjadi Roda Kereta Api baru dengan memanfaatkan kemampuan industri pengecoran di dalam negeri dimana untuk untuk pengecoran ini kemampuan peralatan industri yang ada sudah memadai
38
Laporon Akhir Rada Kerefa Api
3 Tujuan dan Manfaat
1 Teknologi terapan proses industri yang mampu melakukan daur ulang secara cermat dan ber kualitas
2 aplikasi dalam untuk membantu PT Kereta Api dalam mengatasi kebutuhan roda kereta untuk mengganti roda yang di nyatakan aus dan tidak dapat dipakai lagi tanpa harus melakukan impor
3 Penekanan pada industri Kecil Menengah dilakukan sebagai pemicu agar IKM dapat juga melakukan daur ulang produk2 yang secara langsung mengurangi irnpor
4 Secara lebih terintegrasi maka IKIVl ini dengan PT Kereta Api dapat melakukan kerja sama memanfaatkan bahan baku dan desain mold secara benar dan cepat
Ceruk pasar pengecoran baja mangan sangat potensial terutama dalam mengembangkan keahlian pengecoran dsb
Manfaat
1 Meningkatnya kegiatan ekonomi masyarakat pengecoran yang lesu dan tersedianya teknologi yang tepat
2 Peningkatan added value mutu konsumtif yang mampu bersaing dengan produk import Sehingga mengurangi nilai devisa
3 Pengembang mitra usaha yang sederhana dan sebenarnya merupakan penggiatan perekonornian karena tidak terpengaruh oleh nilai dolar
11
Loparan Akhir Rada Kere la Api
4 METODOLOGI
Pengembangan metode pelapisan logam cair pad a padatan ini ditujukan untuk
melakukan perbaikan pada roda kereta api Roda kereta api yang telah
mengalami keausan permukaan akan diberi lapisan menggunakan cairan logam
dengan komposisi sejenis Penelitian yang dilakukan adalah melapis sampel
padat dari bahan roda KA dan dilapis cairan Langkah yang ditempuh untuk
mencapai proses yang dapat menghasilkan sambungan lapisan yang baik dan
kuat dilakukan sebagai berikut
Penentuan jenis logam baja
Penentuan jenis logam berkaitan dengan komposisi logam yang akan
disambung Analisisnya dilakukan pada roda kereta yang telah digunakan
Pengujian bahan roda KA bekas dilakukan yaitu
bull Pemeriksaan komposisi bahan
bull Pemeriksaan metalografi atau struktur mikro bahan
Setelah diperoleh komposisi material maka akan dapat di analisis sifat atau
karakteristik material dari mulai temperatur cair karakter pembekuan dan
struktur mikro yang akan terbentuk pada saat membeku
Simulasi pelapisan logam cair
Simulasi pelapisan logam padat oleh logam cair dilakukan dengan menggunakan
software magma soft Model akan dibuat serupa dengan rencana eksperimen
Dalam pemodelan dan simulasi dapat dilakukan variasi untuk parameter yang
akan dicari dalam eksperimen Parameter tersebut adalah Temperatur preheat
logam padatan Temperatur preheat sampel sebesar 500degC 700 degc dan 900 degC
Parameter lain dibuat konstan yaitu temperatur tuang Iogam cairan dan waktu
pengaliran cairan Hasil simulasi akan diperoleh distribusi temperatur yang terjadi
pada saat dilakukan pelapisan dan apakah temperatur pada bagian padatan
telah mencapai temperatur cair atau belum Langkah simulasi yang dilakukan
sebagai berikut
bull Pembuatan model sampel padatan
12
Laparan Akhir Rada Kerea Api
bull Raneangan proses dan variasi parameter
bull Simulasi pelapisan eairan
Eksperimen Pelapisan
Berbekal data hasil simulasi maka dapat dilakukan proses eksperimen Proses
eksperimen akan dilakukan pada sampel sederhana berbentuk kotak Langkah
yang dilakukan sebagai berikut
Pembuatan sampel
Sam pel padat dibuat dari bahan roda KA yang bekas pakai dipotong berbentuk
sampel kotak
41 Pembuatan eetakan
Sampel diletakkan di dalam eetakan dengan dilengkapi pemanas Pada bag ian
atas sampel diberi rongga cor untuk mengalirkan eairan yang akan dilapiskan
42 Pemanasan sam pel dalam eetakan
Sebelum dieor dengan material eair sampel dipanaskan terlebih dahulu
Pemanasan dibuat tiga variasi untuk tiga buah sampel yaitu 500 dege 700 dege dan
900 dege
43 Proses peleburan dan penuangan eairan pelapisan
Bahan yang digunakan untuk melapis adalah logam sejenis dengan komposisi
yang sama dengan logam pada roda kereta api
44 Pengujian hasil as-cast
Analisis dilakukan dengan pengamatan sambungan melalui pemeriksaan foto
makro metalografi dan kekerasan
45 Proses perlakuan panas
Dalam kondisi digunakan roda kereta api telah mengalami proses perlakuan
panas Untuk dapat meneapai kondisi yang homoge antara logam eair yang
melapisi dengan logam padat yang dilapis maka perlu dilakukan ekperimen
perlakuan panas sampai diperoleh struktur mikro yang homogen antara logam
padat dan logam pelapis
13
46 Pengujian hasil perlakuan panas
8etelah diberi perlakuan panas maka sam pel diperiksa kembali apakah kondisi
sambungan dan struktur mikro bisa menjadi homogen Pemeriksaan yang
dilakukan meliputi foto makro metalografi dan kekerasan mikro Hasil akhir yang
diharapkan adalah diperoleh sam pel dengan kondisi pelapisan antara logam
pad at dan cair tanpa adanya interface sambungan dengan struktur mikro yang
homogen
bull PROSES PENGECORAN bull Proses perancangan
Roda KA yang akan dibuat disesuaikan dengan skala tanur yang dimiliki Kapasitas tanur yang dimiliki sebesar 250 Kg oleh karenanya roda KA yang dibuat dirancang memiliki berat tidak lebih dari 125 Kg Rancangan bentuk roda KA disesuaikan dengan aslinya namun dalam skala yang lebih kecil Perancangan pertama yang dilakukan berupa gambar teknik roda KA yang dilakukan meliputi
bull Pembuatan gambar teknik roda KA bull Perancangan pembuatan polapattern roda KA bull Perancangan proses pengecoran roda KA (rancangan sistem
saluran dan penambah) Untuk dapat menghasilkan coran roda KA yang bebas cacat susut cor maka dilakukan perancangan untuk sistem saluran dan penambah Agar hasilnya optimal dan efisien maka dilakukan simulasi pengecoran menggunakan software magma soft Dari hasil simulasi akan diperoleh
bull Optimasi penggunaan penambah untuk menghindari cacat susut tuang (shrinkage)
bull Optimasi sistem saluran untuk menghindari turbulensi dan gas terjebak
bull Proses produksi coran roda KA Proses rancangan direalisasikan dalam bentuk pembuatan coran roda KA Urutan langkah yang dilakukan sebagai berikut
bull Pembuatan pola bull Pembuatan cetakan dan inti bull Peleburan - Penuangan bull Pembongkaran bull Pembersihan (fetling - shot blasting) bull Perlakuan panas
14
Loporan Akhr Roda Kerelo Api
Dalam hal penggunaan bahan untuk peleburan digunakan dua jenis bahan
bull Bahan baku peleburan menggunakan 100 roda KA bekas bull Bahan baku peleburan menggunakan baja lain
Target komposisi yang dihasilkan sesuai dengan rancangan yang ditetapkan
bull Proses pengujian Untuk mengetahui kualitas hasil cor maka dilakukan pengujian terhadap kualitas material dan benda cor Pemeriksaan meliputi
bull Pemeriksaan komposisi bull Pemeriksaan metalografi - struktur mikro bahan bull Pengujian kekerasan bull Pengujian tarik bull Pengujian impak bull Pengujian NOT bull Ultrasonik bull Die penetrant bull Pemotongan satu benda hasil pengecoran untuk menganalisa
keberadaan cacat di bag ian dalam (shrinkage) bull ANALISA HASIL - KOMPARASI CORAN DENGAN RODA KA ASLI
Dari hasil pengecoran kemudian dilakukan perbandingan terhadap kualitas roda KA yang asli Perbandingan hasil roda KA yang dihasilkan dengan bahan baku yang berbeda juga dilakukan Hal yang dibandingkan berupa sifat mekanik dan struktur mikro yang dihasilkan
bull PROTOTIPE SELESAI Setelah mendapatkan perbandingan hasil roda cor dengan roda KA asli maka proses pembuatan prototipe sudah selesai Luarannya berupa roda KA dalam skala penelitian yang memiliki sifat mekanik sesuai dengan tuntutan roda KA Selain itu dapat dihasilkan SOP untuk membuat roda KA
15
Laparan Akhir Rada Kerela Api
5 HASIL DAN PEMBAHASAN
Penentuan Jenis Logam Baja
Penentuan jenis logam berkaitan dengan komposisi logam yang akan
disambung Analisisnya dilakukan pada roda kereta yang telah digunakan
Pengujian bahan roda KA bekas dilakukan yaitu
bull Pemeriksaan Komposisi Bahan Tabel 51 Komposisi Kimia Roda KA Asli
Material termasuk baja karbon tanpa paduano
Gambar 51 Struktur Mikro Roda KA
Struktur mikro terdiri dari Perl it 95 dan Ferrit 5
16
Laparan Akhir Rada Kere la Api
Simulasi Pelapisan Logam Cair
bull Pembuatan Model Sampel Padatan
Gambar 52 Model Sampel
I Gambar 53 Model Simulasi
Model sam pel dan susunan dalam simulasi seperti yang digambarkan diatas
bull Parameter Simulasi
bull Bahan sam pel Carbon Steel
bull Logam cair Carbon Steel
bull Temperatur awal sampel 500 0 C 700 0 C dan 9000 C
bull Temperatur cor
bull Waktu pengisian 18 seconds
bull Jenis cetakan Silica dry sand
o Dimensi 130mm x 130mm
o Tebal10mm
o Berat 1400 gr
bull Kondisi batas
17
____________________
L(paran Akhir Rada Kereta Api
o Tebal sam pel 8 - 12 mm
o Berat sampel 14 kg
o Observed at 2 seconds after filling process completed -7 [at
highest temp of sample]
o Observed at 0 - O5mm depth from the sample surface
bull Simulasi Pelapisan Cairan
Temp [0 C]
-7 shy
-
Sample 900deg --
~8QQo
L _ _-- cmiddot 7QOltYC middot ~
-
T Sol 1395degC
1 2 13 14 15 16 ti me [5l Gambar 54 Diagram perubahan temperatur pada sam pel
-Ill middot IM e 9
f - -_ ~ - -~~ Lshy
I ~H ~ a 10bulln I l U I ~
~
G tmiddot_- -_ ~- - _ti=_~
Gambar 55 Temperatur sampel 7000 C - 9 Detik dan 18 Detik
18
Lparan Akhir Rada Kerela Api
-
-
-
3 -~ - Gambar 56 Temperatur sampel 9000 C - 9 Detik dan 18 Detik
Pada Gambar 56 warna merah menunjukkan bagian sampel telah memiliki
temperatur diatas solidus Dapat disimpulkan bahwa pada bagian merah terjadi
proses penyatuan permukaan sampel dengan cairan
Eksperimen Pelapisan
Berbekal data hasil simulasi maka dapat dilakukan proses eksperimen Proses
eksperimen akan dilakukan pad a sampel sederhana berbentuk kotak Langkah
yang dilakukan sebagai berikut
bull Pembuatan Sampel
Sampel padat dibuat dari bahan roda KA yang bekas pakai dipotong berbentuk
sampel kotak
Gambar 57 Sampel Padat
bull Pembuatan Cetakan
Sampel diletakkan di dalam cetakan dengan dilengkapi pemanas Pada bagian
atas sampel diberi rongga cor untuk mengalirkan cairan yang akan dilapiskan
19
Laporan Akhir Roda Kereta Api
Gambar 58 Pembuatan cetakan
Gambar 59 Assembling cetakan
bull Pemanasan Sam pel Dalam Cetakan
Sebelum dicor dengan material cair sam pel dipanaskan terlebih dahulu
Pemanasan dibuat tiga variasi untuk tiga buah sam pel yaitu 500 degc 700 degc dan
900 degc
Gambar 510 Pemanasan Sam pel Dalam Cetakan
20
Loporan Akhlr Roda Kerelo Api
Proses Peleburan dan Penuangan Cairan Pelapisan
Bahan yang digunakan untuk melapis adalah logam sejenis dengan komposisi
yang sama dengan logam pada roda kereta api
Gambar 511 Peleburan dan Penuangan
Pengujian Hasil As-Cast Sam pel 500 0 C
Analisis dilakukan dengan pengamatan sambungan melalui pemeriksaan foto
makro metalografi dan kekerasan
Tabel 52 Komposisi Kimia Material Cor
Pengamatan Makro Sampel
Gambar 512 HasH Cor dan posisi pemotongan
21
Laporan -1khir Roda Kerela Api
Gambar 513 Pengamatan Makro potongan sampeJ
Gambar 513 menunjukkan potongan 1 lepas ikatannya karena daerah tersebut
relatif lebih besar masanya dan temperaturnya lebih rendah sesuai dengan hasil
simulasi Potongan 2 dan 3 pada interface masih nampak daerah kosong atau
terisi inklusi
22
Laparan Aklllr Rada Kerela Api
bull Pengamatan Struktur Mikro
Gambar 514 Interface Struktur Mikro
Material cor terlihat lebih kasar Masih nampak ada inklusi oksida di interface
Ada bag ian interface terlihat bersatu dapat disimpulkan terjadi metallugical
bonding Pada interface tersambung terlihat struktur mikro mengalami penyatuan
dengan batas struktur feritik Metallurgical bonding terjadi namun masih
terkendala adanya inklusi akibat oksidasi
23
Laparan Aklllr Rada Kerela Api
bull Uji Kekerasan Mikro
Gambar 5 15 Lokasi Pengujian
Tabel 53 Hasil Pengujian
No
Posisi
Kekerasan
(VHN)
Setara
(HB)
1 265 252
2 263 250
3 209 209
4 243 231
PROSES PENGECORAN Proses Perancangan
Perancangan Pembuatan PolaPattern Roda KA
Dari gambar teknik kemudian dapat dirancang ukuran untuk pembuatan pola
Dalam pembuatan pola harus dipertimbangkan penambahan ukuran untuk
kompensasi penyusutan padat dan tambahan ukuran untuk pengerjaan
pemesinan
Perancangan Proses Pengecoran Roda KA (Rancangan Sistem Saluran dan
Penambah)
Perancancangan untuk proses pengecoran logam disini adalah untuk merancang
sistem saluran dan penambah Sistem saluran berupa cawan tuang saluran
24
Laporan Akhir Roda Kerefa Api
terak dan saluran masuk berfungsi untuk mengalirkan cairan logam dari ladel ke
cetakan Penambah berfungsi untuk menghindari cacat susut akibat penyusutan
saat logam cair membeku Penyusutan yang terjadi dialihkan ke penambah
sehingga benda akan tetap masif Untuk mengetahui posisi dan ukuran
penambah dapat dilakukan analisis menggunakan software solidcast dan
magmasoft Software analisis pembekuan dapat menganal isis susut cor yang
terjadi pada benda sehingga penempatan penambah lebih efisien Dengan
simulasi maka hasil rancangan lebih efisien karena tidak perlu melakukan
percobaan menggunakan cairan logam sesungguhnya
Proses simulasi dilakukan seperti yang diuraikan berikut ini
Simulasi Pengecoran
bull bull _ bullbull bullbull1 hoyr
11 _t I 4~_ - - JIII J3 JI - II ~ ~ oshy~
__ __ _ ___ ___ _____ _________ _ ----1
Gambar 516 Rancangan Penambah pada Model Roda KA
Gambar 516 menunjukkan disain pengecoran untuk penempatan penambah
yang digunakan Disain menggunakan 3 buah riser Pada riser tengah diberikan
pading (tambahan masa) dan chill untuk pembentukanpembekuan terarah
25
Laporan Akhir Roda Kereta Api
f7(c (
1 ) ~te
MJr C unlty middot
j~ 10 f- -
r ~~
Imiddotmiddot Gambar 517 Proses Pengisian Logam Cair
Gambar 517 menunjukkan proses pengisian logam cair Logam cair dimasukkan
langsung dari salah satu penambah
- ~ amp il-~ -~ A middotlImiddot
rs ~ ~
III
Gambar 518 Feeding Zone Berakhir pada Penambah
Gambar 518 menunjukkan modulus thermal dengan desain 3 riser telah terjadi
dengan sempurna Dengan desain ini telah terjadi 3 feeding zone yang ketiganya
berakhir pada masing-masing riser
26
---
Iaporan Akhir Roda Kerela Api
JI -+ J J ~ r- shy shy
ltI
bullbull -t bullampI
Ii
I -
Gambar 519 Fraction Solid pada Menit Ke-7
Analisa proses pembekuan dilakukan dengan mengamati fraction solid pada
setiap menit selama proses pembekuan Gambar 519 menunjukkan fraction
solid pada menit ke-7 Pada menit ke-7 feeding zone telah terbagi menjadi 2
daerah Pada tahap ini riser telah berfungsi optimal
Gambar 520 Fraction Solid pada MeDit ke-ll
Gambar 520 menunjukkan fraction solid pada menit ke-11 Pada saat tersebut
fraction solid telah menuju ke daerah riser seluruhnya Directional solidification
telah lebih dominan dari progressive solidification Directional solidification
adalah pembekuan dimulai dari daerah terjauh menuju riser Progressive
27
Larcm Akhir Roda Kerela Api
solidification adalah pembekuan dimulai dari ketebalan dinding casting ke bag ian
tengah (memotong pembekuan directional)
Gambar 521 Final Solidification - Shrinkage only at Riser
Gambar521 menunjukkan hasil akhir dari proses pembekuan Shrinkage
porosity terjadi pada daerah riser yaitu berada di luar produk Disain telah
mencukupi untuk kriteria sound casting
Proses Produksi Coran Roda KA
Pembuatan Pola
Gambar 522 Pola Roda KA
28
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Pembuatan Cetakan dan Inti
Gambar 523 Penempatan Pola Dalam Rangka Cetak dan Pemberian Pasir
Gambar 523 menunjukkan penempatan pola pada rangka cetak Rangka cetak
yang digunakan berbentuk bulat untuk menghemat area pasir cetak Pasir cetak
digunakan adalah jenis greensand Greensand merupakan campuran pasir
kuarsa dan bentonit ditambah sedikit air menghasilkan campuran pasir cetak
yang dapat membentuk rongga cetak
Gambar 524 Penempatan Penambah
29
Laporan Akh ir Roda Kerela Api
Gambar 525 Pemadatan Pasir Cetak
Gambar 526 Pengangkatan Pola dari Cetakan
Gambar 527 Pemberian Coating Pad a Cetakan dan Assembling Cetakan
30
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Gambar 528 Cetakan Siap Cor
Peleburan
Peleburan bahan atau cairan untuk pengecoran roda KA menggunakan dua
metode Metode 1 menggunakan bahan baku dari baja lain yang tersedia
selanjutnya disebut cor 1 Metode 2 menggunakan bahan baku 100 skrap
roda KA bekas selanjutnya disebut cor 2 Keduanya seharusnya dapat
menghasilkan sifat yang sama oleh karenanya akan dibandingkan hasilnya
kemudian
Bahan Baku Peleburan Menggunakan Baja Lain
Peleburan cairan baja untuk roda KA menggunakan bahan dengan komposisi
setara seperti komposisi Roda KA asli Komposisi kimia dirancang mendekati
komposisi kimia roda KA aslinya agar sifat mekanik dapat didekati Komposisi
Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 0 11987
Peramuan 06 - 07 02 - 03 - - 06 - 08 Max 02 Max 02
TabeJ 54 Komposisi Roda KA
31
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Untuk dapat mencapai komposisi tersebut digunakan bahan dasar sebagai
berikut
Jenis Bahan Komposisi Jumlah
C Si S P Mn Ni Cr () (Kg)
Bahan daur ulang GS20Mn5
025 018 - - 111 025 037 80
Baja Scrap jenis Low Mn 02 02 - - 03 - - 180 Tabel 55 Bahan Dasar
Penggunaan paduan untuk mencapai komposisi yang ditargetkan sebagai
berikut
Jenis Bahan C Si S P Mn Ni Cr Jumlah
() (Kg) 1Carburizer 9984 - - - - - -
FeSi 75 015 75 - - - - - 02 FeMnHC 675 071 - - 7553 - - 18
Tabel56 Komposisi Target
Temperatur pengeluaran dari tanur ke ladel sebesar 1651 0 C Temperatur cor
sebesar 1506 0 C
Gambar 529 Proses Peleburan dan Penuangan Ke Cetakan Roda KA
32
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Gambar 530 Proses Penuangan dan Kondisi Cetakan Setelah Selesai Dicor Penuh
Bahan Baku Peleburan Menggunakan 100 Roda KA Bekas
Peleburan menggunakan bahan baku roda KA bekas 100 dilakukan tanpa
menambahkan paduano Bahan baku digunakan 100 skrap roda KA bekas
Roda KA dipotong terlebih dahulu dengan las acetilene agar dapat masuk
kedalam tanur
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA
Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 011987
Target Komp
06 - 07 02 - 03 - - 06 - 08 Max 02
Max 02
Terjadi 0671 0145 0008 00095 0463 00 15 0107 Tabel57 Komposisi Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan
33
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Komposisi yang terjadi mengalami kekurangan pad a Silisium dan Mangan Hal
ini dikarenakan adanya looses atau bahan baku yang memang memiliki
komposisi yang sudah kurang sebelumnya
Perlakuan Panas
Untuk mendapatkan hasil struktur mikro sesuai dengan roda KA aslinya maka
perlu dilakukan perlakuan panas Proses perlakuan panas yang diberikan adalah
normalising
4
UDARA
Gambar 531 Diagram Perlakuan Panas Normalising Coran Roda KA
Dengan diberikan proses normalising maka struktur mikro coran roda KA
menjadi lebih halus Sifat mekaniknya akan menjadi lebih baik
Proses Pengujian
Pengujian dilakukan terhadap benda cor roda KA Tujuannya adalah untuk
mengetahui kualitas hasil cor apakah coran tersebut bebas cacat dan apakah
coran sudah sesuai dengan tuntutan sifat mekanis roda KA Pembandingnya
adalah sifat mekanik roda KA Asli Dengan demikian dapat dianalisis apakah
roda hasil cor layak digunakan atau tidak
Pemeriksaan Komposisi
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 011987
Cor 1 (bahan baja lain)
0693 0258 0013 0016 0461 0027 0091
Cor 2 (bahan skrap roda KA)
0671 0145 0008 00095 0463 0015 0107
Tabel 58 Komposisi Roda KA Asli dan Hasil Cor
34
Laporan Akhir Roda Kerea Api
Pemeriksaan Metalografi - Struktur Mikro
Gambar 532 Struktur Mikro As-Cast Cor 1 (Bahan Baja Lain)
Gambar 533 Struktur Mikro Hasil Normalising Cor 1 (Bahan Baja Lain)
35
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Pengujian Kekerasan
Pengecoran Bagian Hardness 1 2 3 Ratashyrata
Setara
Cor 1 Body HRC 25 27 28 267 265 HB Cor2 Body HRC 27 29 20 253 256 HB
Tabel59 Uji Keras Roda KA As-Cast
Nilai kekerasan bahan roda KA hasil cor 1 adalah 26 7 HRC setara dengan 265
HB dan hasil cor 2 adalah 253 HRC setara dengan 256 HB Kekerasan hampir
sama untuk semua bagian casting karena belum dilakukan perlakuan panas
lanjut atau perlakuan panas permukaan pad a bagian telapak Kekerasan casting
mendekati kekerasan roda KA Asli yaitu 231 HB
Ultrasonik
Pengujian ultrasonik dilakukan untuk mendeteksi cacat pada bagian tengah
coran Bagian yang diperiksa adalah bagian bawah penambah
Gam bar 534 Uji Ultrasonik Roda Cor 1
Hasil pengujian belum diperoleh karena back wall signal tidak terdeteksi
Kemungkinan karena butir hasil cor masih kasar sehingga sinyal ultrasonik jadi
terpencar dan tidak kembali ke probe detector Coran akan diberikan perlakuan
panas normalising terlebih dahulu untuk memperhalus butirnya
36
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Die Penetrant
Die penetrant dilakukan untuk mendeteksi susut cor pada bagian bawah
penambah Coran dipotong melintang tepat dibawah penambah
Gambar 54 Pemeriksaan Cacat Roda Cor 1 Dengan Die Penetrant
Hasil pemeriksaan menunjukkan terdapat sedikit retak pada bagian pinggir
caran o Retakan yang muncul bisa diakibatkan akibat proses pemotongan
menggunakan gerinda dan dilakukan pemukulan Bagian tengah tidak terdapat
cacat susut yang terjadi Dapat disimpulkan bahwa susut coran tidak terjadi pada
benda
37
Laparan Akhir Rada Kerela Api
6 Kesimpulan dan Saran
Dari hasil clading yang dilakukan pada sample roda didapat suatu kesimpulan bahwa semakin panas temperatur sample roda maka terjadi proses difusi yang sangat baik hal ini seperti fenomena yang terjadi pada suatu pengelasan dimana pada logam induk dan logam cair terdapat daerah yang terpengaruh panas sehingga terjadi suatu proses difusi
Dari hasil pengecoran yang dilakukan terhadap pembuatan roda kereta api ukuran 100 kg didapat bahwa proses pengecoran yang memakai bah an baku scrap roda kereta api dapat dilakukan oleh industri dalam negeri dengan memanfaatkan scrap roda kereta api yang ada ditambah sedikit pemaduan (alloying)
Dari kegiatan yang sudah kami lakukan selama 10 bulan ini serta dari data serta infra struktur yang dimiliki oleh industri di dalam negeri maka kami menyarankan agar kegiatan rehabilitasi terhadap roda kereta api dapat dilanjutkan di tahun 2011 yaitu dengan melakukan pengecoran terhadap scrap roda kereta api menjadi Roda Kereta Api baru dengan memanfaatkan kemampuan industri pengecoran di dalam negeri dimana untuk untuk pengecoran ini kemampuan peralatan industri yang ada sudah memadai
38
Loparan Akhir Rada Kere la Api
4 METODOLOGI
Pengembangan metode pelapisan logam cair pad a padatan ini ditujukan untuk
melakukan perbaikan pada roda kereta api Roda kereta api yang telah
mengalami keausan permukaan akan diberi lapisan menggunakan cairan logam
dengan komposisi sejenis Penelitian yang dilakukan adalah melapis sampel
padat dari bahan roda KA dan dilapis cairan Langkah yang ditempuh untuk
mencapai proses yang dapat menghasilkan sambungan lapisan yang baik dan
kuat dilakukan sebagai berikut
Penentuan jenis logam baja
Penentuan jenis logam berkaitan dengan komposisi logam yang akan
disambung Analisisnya dilakukan pada roda kereta yang telah digunakan
Pengujian bahan roda KA bekas dilakukan yaitu
bull Pemeriksaan komposisi bahan
bull Pemeriksaan metalografi atau struktur mikro bahan
Setelah diperoleh komposisi material maka akan dapat di analisis sifat atau
karakteristik material dari mulai temperatur cair karakter pembekuan dan
struktur mikro yang akan terbentuk pada saat membeku
Simulasi pelapisan logam cair
Simulasi pelapisan logam padat oleh logam cair dilakukan dengan menggunakan
software magma soft Model akan dibuat serupa dengan rencana eksperimen
Dalam pemodelan dan simulasi dapat dilakukan variasi untuk parameter yang
akan dicari dalam eksperimen Parameter tersebut adalah Temperatur preheat
logam padatan Temperatur preheat sampel sebesar 500degC 700 degc dan 900 degC
Parameter lain dibuat konstan yaitu temperatur tuang Iogam cairan dan waktu
pengaliran cairan Hasil simulasi akan diperoleh distribusi temperatur yang terjadi
pada saat dilakukan pelapisan dan apakah temperatur pada bagian padatan
telah mencapai temperatur cair atau belum Langkah simulasi yang dilakukan
sebagai berikut
bull Pembuatan model sampel padatan
12
Laparan Akhir Rada Kerea Api
bull Raneangan proses dan variasi parameter
bull Simulasi pelapisan eairan
Eksperimen Pelapisan
Berbekal data hasil simulasi maka dapat dilakukan proses eksperimen Proses
eksperimen akan dilakukan pada sampel sederhana berbentuk kotak Langkah
yang dilakukan sebagai berikut
Pembuatan sampel
Sam pel padat dibuat dari bahan roda KA yang bekas pakai dipotong berbentuk
sampel kotak
41 Pembuatan eetakan
Sampel diletakkan di dalam eetakan dengan dilengkapi pemanas Pada bag ian
atas sampel diberi rongga cor untuk mengalirkan eairan yang akan dilapiskan
42 Pemanasan sam pel dalam eetakan
Sebelum dieor dengan material eair sampel dipanaskan terlebih dahulu
Pemanasan dibuat tiga variasi untuk tiga buah sampel yaitu 500 dege 700 dege dan
900 dege
43 Proses peleburan dan penuangan eairan pelapisan
Bahan yang digunakan untuk melapis adalah logam sejenis dengan komposisi
yang sama dengan logam pada roda kereta api
44 Pengujian hasil as-cast
Analisis dilakukan dengan pengamatan sambungan melalui pemeriksaan foto
makro metalografi dan kekerasan
45 Proses perlakuan panas
Dalam kondisi digunakan roda kereta api telah mengalami proses perlakuan
panas Untuk dapat meneapai kondisi yang homoge antara logam eair yang
melapisi dengan logam padat yang dilapis maka perlu dilakukan ekperimen
perlakuan panas sampai diperoleh struktur mikro yang homogen antara logam
padat dan logam pelapis
13
46 Pengujian hasil perlakuan panas
8etelah diberi perlakuan panas maka sam pel diperiksa kembali apakah kondisi
sambungan dan struktur mikro bisa menjadi homogen Pemeriksaan yang
dilakukan meliputi foto makro metalografi dan kekerasan mikro Hasil akhir yang
diharapkan adalah diperoleh sam pel dengan kondisi pelapisan antara logam
pad at dan cair tanpa adanya interface sambungan dengan struktur mikro yang
homogen
bull PROSES PENGECORAN bull Proses perancangan
Roda KA yang akan dibuat disesuaikan dengan skala tanur yang dimiliki Kapasitas tanur yang dimiliki sebesar 250 Kg oleh karenanya roda KA yang dibuat dirancang memiliki berat tidak lebih dari 125 Kg Rancangan bentuk roda KA disesuaikan dengan aslinya namun dalam skala yang lebih kecil Perancangan pertama yang dilakukan berupa gambar teknik roda KA yang dilakukan meliputi
bull Pembuatan gambar teknik roda KA bull Perancangan pembuatan polapattern roda KA bull Perancangan proses pengecoran roda KA (rancangan sistem
saluran dan penambah) Untuk dapat menghasilkan coran roda KA yang bebas cacat susut cor maka dilakukan perancangan untuk sistem saluran dan penambah Agar hasilnya optimal dan efisien maka dilakukan simulasi pengecoran menggunakan software magma soft Dari hasil simulasi akan diperoleh
bull Optimasi penggunaan penambah untuk menghindari cacat susut tuang (shrinkage)
bull Optimasi sistem saluran untuk menghindari turbulensi dan gas terjebak
bull Proses produksi coran roda KA Proses rancangan direalisasikan dalam bentuk pembuatan coran roda KA Urutan langkah yang dilakukan sebagai berikut
bull Pembuatan pola bull Pembuatan cetakan dan inti bull Peleburan - Penuangan bull Pembongkaran bull Pembersihan (fetling - shot blasting) bull Perlakuan panas
14
Loporan Akhr Roda Kerelo Api
Dalam hal penggunaan bahan untuk peleburan digunakan dua jenis bahan
bull Bahan baku peleburan menggunakan 100 roda KA bekas bull Bahan baku peleburan menggunakan baja lain
Target komposisi yang dihasilkan sesuai dengan rancangan yang ditetapkan
bull Proses pengujian Untuk mengetahui kualitas hasil cor maka dilakukan pengujian terhadap kualitas material dan benda cor Pemeriksaan meliputi
bull Pemeriksaan komposisi bull Pemeriksaan metalografi - struktur mikro bahan bull Pengujian kekerasan bull Pengujian tarik bull Pengujian impak bull Pengujian NOT bull Ultrasonik bull Die penetrant bull Pemotongan satu benda hasil pengecoran untuk menganalisa
keberadaan cacat di bag ian dalam (shrinkage) bull ANALISA HASIL - KOMPARASI CORAN DENGAN RODA KA ASLI
Dari hasil pengecoran kemudian dilakukan perbandingan terhadap kualitas roda KA yang asli Perbandingan hasil roda KA yang dihasilkan dengan bahan baku yang berbeda juga dilakukan Hal yang dibandingkan berupa sifat mekanik dan struktur mikro yang dihasilkan
bull PROTOTIPE SELESAI Setelah mendapatkan perbandingan hasil roda cor dengan roda KA asli maka proses pembuatan prototipe sudah selesai Luarannya berupa roda KA dalam skala penelitian yang memiliki sifat mekanik sesuai dengan tuntutan roda KA Selain itu dapat dihasilkan SOP untuk membuat roda KA
15
Laparan Akhir Rada Kerela Api
5 HASIL DAN PEMBAHASAN
Penentuan Jenis Logam Baja
Penentuan jenis logam berkaitan dengan komposisi logam yang akan
disambung Analisisnya dilakukan pada roda kereta yang telah digunakan
Pengujian bahan roda KA bekas dilakukan yaitu
bull Pemeriksaan Komposisi Bahan Tabel 51 Komposisi Kimia Roda KA Asli
Material termasuk baja karbon tanpa paduano
Gambar 51 Struktur Mikro Roda KA
Struktur mikro terdiri dari Perl it 95 dan Ferrit 5
16
Laparan Akhir Rada Kere la Api
Simulasi Pelapisan Logam Cair
bull Pembuatan Model Sampel Padatan
Gambar 52 Model Sampel
I Gambar 53 Model Simulasi
Model sam pel dan susunan dalam simulasi seperti yang digambarkan diatas
bull Parameter Simulasi
bull Bahan sam pel Carbon Steel
bull Logam cair Carbon Steel
bull Temperatur awal sampel 500 0 C 700 0 C dan 9000 C
bull Temperatur cor
bull Waktu pengisian 18 seconds
bull Jenis cetakan Silica dry sand
o Dimensi 130mm x 130mm
o Tebal10mm
o Berat 1400 gr
bull Kondisi batas
17
____________________
L(paran Akhir Rada Kereta Api
o Tebal sam pel 8 - 12 mm
o Berat sampel 14 kg
o Observed at 2 seconds after filling process completed -7 [at
highest temp of sample]
o Observed at 0 - O5mm depth from the sample surface
bull Simulasi Pelapisan Cairan
Temp [0 C]
-7 shy
-
Sample 900deg --
~8QQo
L _ _-- cmiddot 7QOltYC middot ~
-
T Sol 1395degC
1 2 13 14 15 16 ti me [5l Gambar 54 Diagram perubahan temperatur pada sam pel
-Ill middot IM e 9
f - -_ ~ - -~~ Lshy
I ~H ~ a 10bulln I l U I ~
~
G tmiddot_- -_ ~- - _ti=_~
Gambar 55 Temperatur sampel 7000 C - 9 Detik dan 18 Detik
18
Lparan Akhir Rada Kerela Api
-
-
-
3 -~ - Gambar 56 Temperatur sampel 9000 C - 9 Detik dan 18 Detik
Pada Gambar 56 warna merah menunjukkan bagian sampel telah memiliki
temperatur diatas solidus Dapat disimpulkan bahwa pada bagian merah terjadi
proses penyatuan permukaan sampel dengan cairan
Eksperimen Pelapisan
Berbekal data hasil simulasi maka dapat dilakukan proses eksperimen Proses
eksperimen akan dilakukan pad a sampel sederhana berbentuk kotak Langkah
yang dilakukan sebagai berikut
bull Pembuatan Sampel
Sampel padat dibuat dari bahan roda KA yang bekas pakai dipotong berbentuk
sampel kotak
Gambar 57 Sampel Padat
bull Pembuatan Cetakan
Sampel diletakkan di dalam cetakan dengan dilengkapi pemanas Pada bagian
atas sampel diberi rongga cor untuk mengalirkan cairan yang akan dilapiskan
19
Laporan Akhir Roda Kereta Api
Gambar 58 Pembuatan cetakan
Gambar 59 Assembling cetakan
bull Pemanasan Sam pel Dalam Cetakan
Sebelum dicor dengan material cair sam pel dipanaskan terlebih dahulu
Pemanasan dibuat tiga variasi untuk tiga buah sam pel yaitu 500 degc 700 degc dan
900 degc
Gambar 510 Pemanasan Sam pel Dalam Cetakan
20
Loporan Akhlr Roda Kerelo Api
Proses Peleburan dan Penuangan Cairan Pelapisan
Bahan yang digunakan untuk melapis adalah logam sejenis dengan komposisi
yang sama dengan logam pada roda kereta api
Gambar 511 Peleburan dan Penuangan
Pengujian Hasil As-Cast Sam pel 500 0 C
Analisis dilakukan dengan pengamatan sambungan melalui pemeriksaan foto
makro metalografi dan kekerasan
Tabel 52 Komposisi Kimia Material Cor
Pengamatan Makro Sampel
Gambar 512 HasH Cor dan posisi pemotongan
21
Laporan -1khir Roda Kerela Api
Gambar 513 Pengamatan Makro potongan sampeJ
Gambar 513 menunjukkan potongan 1 lepas ikatannya karena daerah tersebut
relatif lebih besar masanya dan temperaturnya lebih rendah sesuai dengan hasil
simulasi Potongan 2 dan 3 pada interface masih nampak daerah kosong atau
terisi inklusi
22
Laparan Aklllr Rada Kerela Api
bull Pengamatan Struktur Mikro
Gambar 514 Interface Struktur Mikro
Material cor terlihat lebih kasar Masih nampak ada inklusi oksida di interface
Ada bag ian interface terlihat bersatu dapat disimpulkan terjadi metallugical
bonding Pada interface tersambung terlihat struktur mikro mengalami penyatuan
dengan batas struktur feritik Metallurgical bonding terjadi namun masih
terkendala adanya inklusi akibat oksidasi
23
Laparan Aklllr Rada Kerela Api
bull Uji Kekerasan Mikro
Gambar 5 15 Lokasi Pengujian
Tabel 53 Hasil Pengujian
No
Posisi
Kekerasan
(VHN)
Setara
(HB)
1 265 252
2 263 250
3 209 209
4 243 231
PROSES PENGECORAN Proses Perancangan
Perancangan Pembuatan PolaPattern Roda KA
Dari gambar teknik kemudian dapat dirancang ukuran untuk pembuatan pola
Dalam pembuatan pola harus dipertimbangkan penambahan ukuran untuk
kompensasi penyusutan padat dan tambahan ukuran untuk pengerjaan
pemesinan
Perancangan Proses Pengecoran Roda KA (Rancangan Sistem Saluran dan
Penambah)
Perancancangan untuk proses pengecoran logam disini adalah untuk merancang
sistem saluran dan penambah Sistem saluran berupa cawan tuang saluran
24
Laporan Akhir Roda Kerefa Api
terak dan saluran masuk berfungsi untuk mengalirkan cairan logam dari ladel ke
cetakan Penambah berfungsi untuk menghindari cacat susut akibat penyusutan
saat logam cair membeku Penyusutan yang terjadi dialihkan ke penambah
sehingga benda akan tetap masif Untuk mengetahui posisi dan ukuran
penambah dapat dilakukan analisis menggunakan software solidcast dan
magmasoft Software analisis pembekuan dapat menganal isis susut cor yang
terjadi pada benda sehingga penempatan penambah lebih efisien Dengan
simulasi maka hasil rancangan lebih efisien karena tidak perlu melakukan
percobaan menggunakan cairan logam sesungguhnya
Proses simulasi dilakukan seperti yang diuraikan berikut ini
Simulasi Pengecoran
bull bull _ bullbull bullbull1 hoyr
11 _t I 4~_ - - JIII J3 JI - II ~ ~ oshy~
__ __ _ ___ ___ _____ _________ _ ----1
Gambar 516 Rancangan Penambah pada Model Roda KA
Gambar 516 menunjukkan disain pengecoran untuk penempatan penambah
yang digunakan Disain menggunakan 3 buah riser Pada riser tengah diberikan
pading (tambahan masa) dan chill untuk pembentukanpembekuan terarah
25
Laporan Akhir Roda Kereta Api
f7(c (
1 ) ~te
MJr C unlty middot
j~ 10 f- -
r ~~
Imiddotmiddot Gambar 517 Proses Pengisian Logam Cair
Gambar 517 menunjukkan proses pengisian logam cair Logam cair dimasukkan
langsung dari salah satu penambah
- ~ amp il-~ -~ A middotlImiddot
rs ~ ~
III
Gambar 518 Feeding Zone Berakhir pada Penambah
Gambar 518 menunjukkan modulus thermal dengan desain 3 riser telah terjadi
dengan sempurna Dengan desain ini telah terjadi 3 feeding zone yang ketiganya
berakhir pada masing-masing riser
26
---
Iaporan Akhir Roda Kerela Api
JI -+ J J ~ r- shy shy
ltI
bullbull -t bullampI
Ii
I -
Gambar 519 Fraction Solid pada Menit Ke-7
Analisa proses pembekuan dilakukan dengan mengamati fraction solid pada
setiap menit selama proses pembekuan Gambar 519 menunjukkan fraction
solid pada menit ke-7 Pada menit ke-7 feeding zone telah terbagi menjadi 2
daerah Pada tahap ini riser telah berfungsi optimal
Gambar 520 Fraction Solid pada MeDit ke-ll
Gambar 520 menunjukkan fraction solid pada menit ke-11 Pada saat tersebut
fraction solid telah menuju ke daerah riser seluruhnya Directional solidification
telah lebih dominan dari progressive solidification Directional solidification
adalah pembekuan dimulai dari daerah terjauh menuju riser Progressive
27
Larcm Akhir Roda Kerela Api
solidification adalah pembekuan dimulai dari ketebalan dinding casting ke bag ian
tengah (memotong pembekuan directional)
Gambar 521 Final Solidification - Shrinkage only at Riser
Gambar521 menunjukkan hasil akhir dari proses pembekuan Shrinkage
porosity terjadi pada daerah riser yaitu berada di luar produk Disain telah
mencukupi untuk kriteria sound casting
Proses Produksi Coran Roda KA
Pembuatan Pola
Gambar 522 Pola Roda KA
28
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Pembuatan Cetakan dan Inti
Gambar 523 Penempatan Pola Dalam Rangka Cetak dan Pemberian Pasir
Gambar 523 menunjukkan penempatan pola pada rangka cetak Rangka cetak
yang digunakan berbentuk bulat untuk menghemat area pasir cetak Pasir cetak
digunakan adalah jenis greensand Greensand merupakan campuran pasir
kuarsa dan bentonit ditambah sedikit air menghasilkan campuran pasir cetak
yang dapat membentuk rongga cetak
Gambar 524 Penempatan Penambah
29
Laporan Akh ir Roda Kerela Api
Gambar 525 Pemadatan Pasir Cetak
Gambar 526 Pengangkatan Pola dari Cetakan
Gambar 527 Pemberian Coating Pad a Cetakan dan Assembling Cetakan
30
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Gambar 528 Cetakan Siap Cor
Peleburan
Peleburan bahan atau cairan untuk pengecoran roda KA menggunakan dua
metode Metode 1 menggunakan bahan baku dari baja lain yang tersedia
selanjutnya disebut cor 1 Metode 2 menggunakan bahan baku 100 skrap
roda KA bekas selanjutnya disebut cor 2 Keduanya seharusnya dapat
menghasilkan sifat yang sama oleh karenanya akan dibandingkan hasilnya
kemudian
Bahan Baku Peleburan Menggunakan Baja Lain
Peleburan cairan baja untuk roda KA menggunakan bahan dengan komposisi
setara seperti komposisi Roda KA asli Komposisi kimia dirancang mendekati
komposisi kimia roda KA aslinya agar sifat mekanik dapat didekati Komposisi
Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 0 11987
Peramuan 06 - 07 02 - 03 - - 06 - 08 Max 02 Max 02
TabeJ 54 Komposisi Roda KA
31
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Untuk dapat mencapai komposisi tersebut digunakan bahan dasar sebagai
berikut
Jenis Bahan Komposisi Jumlah
C Si S P Mn Ni Cr () (Kg)
Bahan daur ulang GS20Mn5
025 018 - - 111 025 037 80
Baja Scrap jenis Low Mn 02 02 - - 03 - - 180 Tabel 55 Bahan Dasar
Penggunaan paduan untuk mencapai komposisi yang ditargetkan sebagai
berikut
Jenis Bahan C Si S P Mn Ni Cr Jumlah
() (Kg) 1Carburizer 9984 - - - - - -
FeSi 75 015 75 - - - - - 02 FeMnHC 675 071 - - 7553 - - 18
Tabel56 Komposisi Target
Temperatur pengeluaran dari tanur ke ladel sebesar 1651 0 C Temperatur cor
sebesar 1506 0 C
Gambar 529 Proses Peleburan dan Penuangan Ke Cetakan Roda KA
32
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Gambar 530 Proses Penuangan dan Kondisi Cetakan Setelah Selesai Dicor Penuh
Bahan Baku Peleburan Menggunakan 100 Roda KA Bekas
Peleburan menggunakan bahan baku roda KA bekas 100 dilakukan tanpa
menambahkan paduano Bahan baku digunakan 100 skrap roda KA bekas
Roda KA dipotong terlebih dahulu dengan las acetilene agar dapat masuk
kedalam tanur
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA
Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 011987
Target Komp
06 - 07 02 - 03 - - 06 - 08 Max 02
Max 02
Terjadi 0671 0145 0008 00095 0463 00 15 0107 Tabel57 Komposisi Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan
33
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Komposisi yang terjadi mengalami kekurangan pad a Silisium dan Mangan Hal
ini dikarenakan adanya looses atau bahan baku yang memang memiliki
komposisi yang sudah kurang sebelumnya
Perlakuan Panas
Untuk mendapatkan hasil struktur mikro sesuai dengan roda KA aslinya maka
perlu dilakukan perlakuan panas Proses perlakuan panas yang diberikan adalah
normalising
4
UDARA
Gambar 531 Diagram Perlakuan Panas Normalising Coran Roda KA
Dengan diberikan proses normalising maka struktur mikro coran roda KA
menjadi lebih halus Sifat mekaniknya akan menjadi lebih baik
Proses Pengujian
Pengujian dilakukan terhadap benda cor roda KA Tujuannya adalah untuk
mengetahui kualitas hasil cor apakah coran tersebut bebas cacat dan apakah
coran sudah sesuai dengan tuntutan sifat mekanis roda KA Pembandingnya
adalah sifat mekanik roda KA Asli Dengan demikian dapat dianalisis apakah
roda hasil cor layak digunakan atau tidak
Pemeriksaan Komposisi
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 011987
Cor 1 (bahan baja lain)
0693 0258 0013 0016 0461 0027 0091
Cor 2 (bahan skrap roda KA)
0671 0145 0008 00095 0463 0015 0107
Tabel 58 Komposisi Roda KA Asli dan Hasil Cor
34
Laporan Akhir Roda Kerea Api
Pemeriksaan Metalografi - Struktur Mikro
Gambar 532 Struktur Mikro As-Cast Cor 1 (Bahan Baja Lain)
Gambar 533 Struktur Mikro Hasil Normalising Cor 1 (Bahan Baja Lain)
35
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Pengujian Kekerasan
Pengecoran Bagian Hardness 1 2 3 Ratashyrata
Setara
Cor 1 Body HRC 25 27 28 267 265 HB Cor2 Body HRC 27 29 20 253 256 HB
Tabel59 Uji Keras Roda KA As-Cast
Nilai kekerasan bahan roda KA hasil cor 1 adalah 26 7 HRC setara dengan 265
HB dan hasil cor 2 adalah 253 HRC setara dengan 256 HB Kekerasan hampir
sama untuk semua bagian casting karena belum dilakukan perlakuan panas
lanjut atau perlakuan panas permukaan pad a bagian telapak Kekerasan casting
mendekati kekerasan roda KA Asli yaitu 231 HB
Ultrasonik
Pengujian ultrasonik dilakukan untuk mendeteksi cacat pada bagian tengah
coran Bagian yang diperiksa adalah bagian bawah penambah
Gam bar 534 Uji Ultrasonik Roda Cor 1
Hasil pengujian belum diperoleh karena back wall signal tidak terdeteksi
Kemungkinan karena butir hasil cor masih kasar sehingga sinyal ultrasonik jadi
terpencar dan tidak kembali ke probe detector Coran akan diberikan perlakuan
panas normalising terlebih dahulu untuk memperhalus butirnya
36
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Die Penetrant
Die penetrant dilakukan untuk mendeteksi susut cor pada bagian bawah
penambah Coran dipotong melintang tepat dibawah penambah
Gambar 54 Pemeriksaan Cacat Roda Cor 1 Dengan Die Penetrant
Hasil pemeriksaan menunjukkan terdapat sedikit retak pada bagian pinggir
caran o Retakan yang muncul bisa diakibatkan akibat proses pemotongan
menggunakan gerinda dan dilakukan pemukulan Bagian tengah tidak terdapat
cacat susut yang terjadi Dapat disimpulkan bahwa susut coran tidak terjadi pada
benda
37
Laparan Akhir Rada Kerela Api
6 Kesimpulan dan Saran
Dari hasil clading yang dilakukan pada sample roda didapat suatu kesimpulan bahwa semakin panas temperatur sample roda maka terjadi proses difusi yang sangat baik hal ini seperti fenomena yang terjadi pada suatu pengelasan dimana pada logam induk dan logam cair terdapat daerah yang terpengaruh panas sehingga terjadi suatu proses difusi
Dari hasil pengecoran yang dilakukan terhadap pembuatan roda kereta api ukuran 100 kg didapat bahwa proses pengecoran yang memakai bah an baku scrap roda kereta api dapat dilakukan oleh industri dalam negeri dengan memanfaatkan scrap roda kereta api yang ada ditambah sedikit pemaduan (alloying)
Dari kegiatan yang sudah kami lakukan selama 10 bulan ini serta dari data serta infra struktur yang dimiliki oleh industri di dalam negeri maka kami menyarankan agar kegiatan rehabilitasi terhadap roda kereta api dapat dilanjutkan di tahun 2011 yaitu dengan melakukan pengecoran terhadap scrap roda kereta api menjadi Roda Kereta Api baru dengan memanfaatkan kemampuan industri pengecoran di dalam negeri dimana untuk untuk pengecoran ini kemampuan peralatan industri yang ada sudah memadai
38
Laparan Akhir Rada Kerea Api
bull Raneangan proses dan variasi parameter
bull Simulasi pelapisan eairan
Eksperimen Pelapisan
Berbekal data hasil simulasi maka dapat dilakukan proses eksperimen Proses
eksperimen akan dilakukan pada sampel sederhana berbentuk kotak Langkah
yang dilakukan sebagai berikut
Pembuatan sampel
Sam pel padat dibuat dari bahan roda KA yang bekas pakai dipotong berbentuk
sampel kotak
41 Pembuatan eetakan
Sampel diletakkan di dalam eetakan dengan dilengkapi pemanas Pada bag ian
atas sampel diberi rongga cor untuk mengalirkan eairan yang akan dilapiskan
42 Pemanasan sam pel dalam eetakan
Sebelum dieor dengan material eair sampel dipanaskan terlebih dahulu
Pemanasan dibuat tiga variasi untuk tiga buah sampel yaitu 500 dege 700 dege dan
900 dege
43 Proses peleburan dan penuangan eairan pelapisan
Bahan yang digunakan untuk melapis adalah logam sejenis dengan komposisi
yang sama dengan logam pada roda kereta api
44 Pengujian hasil as-cast
Analisis dilakukan dengan pengamatan sambungan melalui pemeriksaan foto
makro metalografi dan kekerasan
45 Proses perlakuan panas
Dalam kondisi digunakan roda kereta api telah mengalami proses perlakuan
panas Untuk dapat meneapai kondisi yang homoge antara logam eair yang
melapisi dengan logam padat yang dilapis maka perlu dilakukan ekperimen
perlakuan panas sampai diperoleh struktur mikro yang homogen antara logam
padat dan logam pelapis
13
46 Pengujian hasil perlakuan panas
8etelah diberi perlakuan panas maka sam pel diperiksa kembali apakah kondisi
sambungan dan struktur mikro bisa menjadi homogen Pemeriksaan yang
dilakukan meliputi foto makro metalografi dan kekerasan mikro Hasil akhir yang
diharapkan adalah diperoleh sam pel dengan kondisi pelapisan antara logam
pad at dan cair tanpa adanya interface sambungan dengan struktur mikro yang
homogen
bull PROSES PENGECORAN bull Proses perancangan
Roda KA yang akan dibuat disesuaikan dengan skala tanur yang dimiliki Kapasitas tanur yang dimiliki sebesar 250 Kg oleh karenanya roda KA yang dibuat dirancang memiliki berat tidak lebih dari 125 Kg Rancangan bentuk roda KA disesuaikan dengan aslinya namun dalam skala yang lebih kecil Perancangan pertama yang dilakukan berupa gambar teknik roda KA yang dilakukan meliputi
bull Pembuatan gambar teknik roda KA bull Perancangan pembuatan polapattern roda KA bull Perancangan proses pengecoran roda KA (rancangan sistem
saluran dan penambah) Untuk dapat menghasilkan coran roda KA yang bebas cacat susut cor maka dilakukan perancangan untuk sistem saluran dan penambah Agar hasilnya optimal dan efisien maka dilakukan simulasi pengecoran menggunakan software magma soft Dari hasil simulasi akan diperoleh
bull Optimasi penggunaan penambah untuk menghindari cacat susut tuang (shrinkage)
bull Optimasi sistem saluran untuk menghindari turbulensi dan gas terjebak
bull Proses produksi coran roda KA Proses rancangan direalisasikan dalam bentuk pembuatan coran roda KA Urutan langkah yang dilakukan sebagai berikut
bull Pembuatan pola bull Pembuatan cetakan dan inti bull Peleburan - Penuangan bull Pembongkaran bull Pembersihan (fetling - shot blasting) bull Perlakuan panas
14
Loporan Akhr Roda Kerelo Api
Dalam hal penggunaan bahan untuk peleburan digunakan dua jenis bahan
bull Bahan baku peleburan menggunakan 100 roda KA bekas bull Bahan baku peleburan menggunakan baja lain
Target komposisi yang dihasilkan sesuai dengan rancangan yang ditetapkan
bull Proses pengujian Untuk mengetahui kualitas hasil cor maka dilakukan pengujian terhadap kualitas material dan benda cor Pemeriksaan meliputi
bull Pemeriksaan komposisi bull Pemeriksaan metalografi - struktur mikro bahan bull Pengujian kekerasan bull Pengujian tarik bull Pengujian impak bull Pengujian NOT bull Ultrasonik bull Die penetrant bull Pemotongan satu benda hasil pengecoran untuk menganalisa
keberadaan cacat di bag ian dalam (shrinkage) bull ANALISA HASIL - KOMPARASI CORAN DENGAN RODA KA ASLI
Dari hasil pengecoran kemudian dilakukan perbandingan terhadap kualitas roda KA yang asli Perbandingan hasil roda KA yang dihasilkan dengan bahan baku yang berbeda juga dilakukan Hal yang dibandingkan berupa sifat mekanik dan struktur mikro yang dihasilkan
bull PROTOTIPE SELESAI Setelah mendapatkan perbandingan hasil roda cor dengan roda KA asli maka proses pembuatan prototipe sudah selesai Luarannya berupa roda KA dalam skala penelitian yang memiliki sifat mekanik sesuai dengan tuntutan roda KA Selain itu dapat dihasilkan SOP untuk membuat roda KA
15
Laparan Akhir Rada Kerela Api
5 HASIL DAN PEMBAHASAN
Penentuan Jenis Logam Baja
Penentuan jenis logam berkaitan dengan komposisi logam yang akan
disambung Analisisnya dilakukan pada roda kereta yang telah digunakan
Pengujian bahan roda KA bekas dilakukan yaitu
bull Pemeriksaan Komposisi Bahan Tabel 51 Komposisi Kimia Roda KA Asli
Material termasuk baja karbon tanpa paduano
Gambar 51 Struktur Mikro Roda KA
Struktur mikro terdiri dari Perl it 95 dan Ferrit 5
16
Laparan Akhir Rada Kere la Api
Simulasi Pelapisan Logam Cair
bull Pembuatan Model Sampel Padatan
Gambar 52 Model Sampel
I Gambar 53 Model Simulasi
Model sam pel dan susunan dalam simulasi seperti yang digambarkan diatas
bull Parameter Simulasi
bull Bahan sam pel Carbon Steel
bull Logam cair Carbon Steel
bull Temperatur awal sampel 500 0 C 700 0 C dan 9000 C
bull Temperatur cor
bull Waktu pengisian 18 seconds
bull Jenis cetakan Silica dry sand
o Dimensi 130mm x 130mm
o Tebal10mm
o Berat 1400 gr
bull Kondisi batas
17
____________________
L(paran Akhir Rada Kereta Api
o Tebal sam pel 8 - 12 mm
o Berat sampel 14 kg
o Observed at 2 seconds after filling process completed -7 [at
highest temp of sample]
o Observed at 0 - O5mm depth from the sample surface
bull Simulasi Pelapisan Cairan
Temp [0 C]
-7 shy
-
Sample 900deg --
~8QQo
L _ _-- cmiddot 7QOltYC middot ~
-
T Sol 1395degC
1 2 13 14 15 16 ti me [5l Gambar 54 Diagram perubahan temperatur pada sam pel
-Ill middot IM e 9
f - -_ ~ - -~~ Lshy
I ~H ~ a 10bulln I l U I ~
~
G tmiddot_- -_ ~- - _ti=_~
Gambar 55 Temperatur sampel 7000 C - 9 Detik dan 18 Detik
18
Lparan Akhir Rada Kerela Api
-
-
-
3 -~ - Gambar 56 Temperatur sampel 9000 C - 9 Detik dan 18 Detik
Pada Gambar 56 warna merah menunjukkan bagian sampel telah memiliki
temperatur diatas solidus Dapat disimpulkan bahwa pada bagian merah terjadi
proses penyatuan permukaan sampel dengan cairan
Eksperimen Pelapisan
Berbekal data hasil simulasi maka dapat dilakukan proses eksperimen Proses
eksperimen akan dilakukan pad a sampel sederhana berbentuk kotak Langkah
yang dilakukan sebagai berikut
bull Pembuatan Sampel
Sampel padat dibuat dari bahan roda KA yang bekas pakai dipotong berbentuk
sampel kotak
Gambar 57 Sampel Padat
bull Pembuatan Cetakan
Sampel diletakkan di dalam cetakan dengan dilengkapi pemanas Pada bagian
atas sampel diberi rongga cor untuk mengalirkan cairan yang akan dilapiskan
19
Laporan Akhir Roda Kereta Api
Gambar 58 Pembuatan cetakan
Gambar 59 Assembling cetakan
bull Pemanasan Sam pel Dalam Cetakan
Sebelum dicor dengan material cair sam pel dipanaskan terlebih dahulu
Pemanasan dibuat tiga variasi untuk tiga buah sam pel yaitu 500 degc 700 degc dan
900 degc
Gambar 510 Pemanasan Sam pel Dalam Cetakan
20
Loporan Akhlr Roda Kerelo Api
Proses Peleburan dan Penuangan Cairan Pelapisan
Bahan yang digunakan untuk melapis adalah logam sejenis dengan komposisi
yang sama dengan logam pada roda kereta api
Gambar 511 Peleburan dan Penuangan
Pengujian Hasil As-Cast Sam pel 500 0 C
Analisis dilakukan dengan pengamatan sambungan melalui pemeriksaan foto
makro metalografi dan kekerasan
Tabel 52 Komposisi Kimia Material Cor
Pengamatan Makro Sampel
Gambar 512 HasH Cor dan posisi pemotongan
21
Laporan -1khir Roda Kerela Api
Gambar 513 Pengamatan Makro potongan sampeJ
Gambar 513 menunjukkan potongan 1 lepas ikatannya karena daerah tersebut
relatif lebih besar masanya dan temperaturnya lebih rendah sesuai dengan hasil
simulasi Potongan 2 dan 3 pada interface masih nampak daerah kosong atau
terisi inklusi
22
Laparan Aklllr Rada Kerela Api
bull Pengamatan Struktur Mikro
Gambar 514 Interface Struktur Mikro
Material cor terlihat lebih kasar Masih nampak ada inklusi oksida di interface
Ada bag ian interface terlihat bersatu dapat disimpulkan terjadi metallugical
bonding Pada interface tersambung terlihat struktur mikro mengalami penyatuan
dengan batas struktur feritik Metallurgical bonding terjadi namun masih
terkendala adanya inklusi akibat oksidasi
23
Laparan Aklllr Rada Kerela Api
bull Uji Kekerasan Mikro
Gambar 5 15 Lokasi Pengujian
Tabel 53 Hasil Pengujian
No
Posisi
Kekerasan
(VHN)
Setara
(HB)
1 265 252
2 263 250
3 209 209
4 243 231
PROSES PENGECORAN Proses Perancangan
Perancangan Pembuatan PolaPattern Roda KA
Dari gambar teknik kemudian dapat dirancang ukuran untuk pembuatan pola
Dalam pembuatan pola harus dipertimbangkan penambahan ukuran untuk
kompensasi penyusutan padat dan tambahan ukuran untuk pengerjaan
pemesinan
Perancangan Proses Pengecoran Roda KA (Rancangan Sistem Saluran dan
Penambah)
Perancancangan untuk proses pengecoran logam disini adalah untuk merancang
sistem saluran dan penambah Sistem saluran berupa cawan tuang saluran
24
Laporan Akhir Roda Kerefa Api
terak dan saluran masuk berfungsi untuk mengalirkan cairan logam dari ladel ke
cetakan Penambah berfungsi untuk menghindari cacat susut akibat penyusutan
saat logam cair membeku Penyusutan yang terjadi dialihkan ke penambah
sehingga benda akan tetap masif Untuk mengetahui posisi dan ukuran
penambah dapat dilakukan analisis menggunakan software solidcast dan
magmasoft Software analisis pembekuan dapat menganal isis susut cor yang
terjadi pada benda sehingga penempatan penambah lebih efisien Dengan
simulasi maka hasil rancangan lebih efisien karena tidak perlu melakukan
percobaan menggunakan cairan logam sesungguhnya
Proses simulasi dilakukan seperti yang diuraikan berikut ini
Simulasi Pengecoran
bull bull _ bullbull bullbull1 hoyr
11 _t I 4~_ - - JIII J3 JI - II ~ ~ oshy~
__ __ _ ___ ___ _____ _________ _ ----1
Gambar 516 Rancangan Penambah pada Model Roda KA
Gambar 516 menunjukkan disain pengecoran untuk penempatan penambah
yang digunakan Disain menggunakan 3 buah riser Pada riser tengah diberikan
pading (tambahan masa) dan chill untuk pembentukanpembekuan terarah
25
Laporan Akhir Roda Kereta Api
f7(c (
1 ) ~te
MJr C unlty middot
j~ 10 f- -
r ~~
Imiddotmiddot Gambar 517 Proses Pengisian Logam Cair
Gambar 517 menunjukkan proses pengisian logam cair Logam cair dimasukkan
langsung dari salah satu penambah
- ~ amp il-~ -~ A middotlImiddot
rs ~ ~
III
Gambar 518 Feeding Zone Berakhir pada Penambah
Gambar 518 menunjukkan modulus thermal dengan desain 3 riser telah terjadi
dengan sempurna Dengan desain ini telah terjadi 3 feeding zone yang ketiganya
berakhir pada masing-masing riser
26
---
Iaporan Akhir Roda Kerela Api
JI -+ J J ~ r- shy shy
ltI
bullbull -t bullampI
Ii
I -
Gambar 519 Fraction Solid pada Menit Ke-7
Analisa proses pembekuan dilakukan dengan mengamati fraction solid pada
setiap menit selama proses pembekuan Gambar 519 menunjukkan fraction
solid pada menit ke-7 Pada menit ke-7 feeding zone telah terbagi menjadi 2
daerah Pada tahap ini riser telah berfungsi optimal
Gambar 520 Fraction Solid pada MeDit ke-ll
Gambar 520 menunjukkan fraction solid pada menit ke-11 Pada saat tersebut
fraction solid telah menuju ke daerah riser seluruhnya Directional solidification
telah lebih dominan dari progressive solidification Directional solidification
adalah pembekuan dimulai dari daerah terjauh menuju riser Progressive
27
Larcm Akhir Roda Kerela Api
solidification adalah pembekuan dimulai dari ketebalan dinding casting ke bag ian
tengah (memotong pembekuan directional)
Gambar 521 Final Solidification - Shrinkage only at Riser
Gambar521 menunjukkan hasil akhir dari proses pembekuan Shrinkage
porosity terjadi pada daerah riser yaitu berada di luar produk Disain telah
mencukupi untuk kriteria sound casting
Proses Produksi Coran Roda KA
Pembuatan Pola
Gambar 522 Pola Roda KA
28
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Pembuatan Cetakan dan Inti
Gambar 523 Penempatan Pola Dalam Rangka Cetak dan Pemberian Pasir
Gambar 523 menunjukkan penempatan pola pada rangka cetak Rangka cetak
yang digunakan berbentuk bulat untuk menghemat area pasir cetak Pasir cetak
digunakan adalah jenis greensand Greensand merupakan campuran pasir
kuarsa dan bentonit ditambah sedikit air menghasilkan campuran pasir cetak
yang dapat membentuk rongga cetak
Gambar 524 Penempatan Penambah
29
Laporan Akh ir Roda Kerela Api
Gambar 525 Pemadatan Pasir Cetak
Gambar 526 Pengangkatan Pola dari Cetakan
Gambar 527 Pemberian Coating Pad a Cetakan dan Assembling Cetakan
30
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Gambar 528 Cetakan Siap Cor
Peleburan
Peleburan bahan atau cairan untuk pengecoran roda KA menggunakan dua
metode Metode 1 menggunakan bahan baku dari baja lain yang tersedia
selanjutnya disebut cor 1 Metode 2 menggunakan bahan baku 100 skrap
roda KA bekas selanjutnya disebut cor 2 Keduanya seharusnya dapat
menghasilkan sifat yang sama oleh karenanya akan dibandingkan hasilnya
kemudian
Bahan Baku Peleburan Menggunakan Baja Lain
Peleburan cairan baja untuk roda KA menggunakan bahan dengan komposisi
setara seperti komposisi Roda KA asli Komposisi kimia dirancang mendekati
komposisi kimia roda KA aslinya agar sifat mekanik dapat didekati Komposisi
Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 0 11987
Peramuan 06 - 07 02 - 03 - - 06 - 08 Max 02 Max 02
TabeJ 54 Komposisi Roda KA
31
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Untuk dapat mencapai komposisi tersebut digunakan bahan dasar sebagai
berikut
Jenis Bahan Komposisi Jumlah
C Si S P Mn Ni Cr () (Kg)
Bahan daur ulang GS20Mn5
025 018 - - 111 025 037 80
Baja Scrap jenis Low Mn 02 02 - - 03 - - 180 Tabel 55 Bahan Dasar
Penggunaan paduan untuk mencapai komposisi yang ditargetkan sebagai
berikut
Jenis Bahan C Si S P Mn Ni Cr Jumlah
() (Kg) 1Carburizer 9984 - - - - - -
FeSi 75 015 75 - - - - - 02 FeMnHC 675 071 - - 7553 - - 18
Tabel56 Komposisi Target
Temperatur pengeluaran dari tanur ke ladel sebesar 1651 0 C Temperatur cor
sebesar 1506 0 C
Gambar 529 Proses Peleburan dan Penuangan Ke Cetakan Roda KA
32
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Gambar 530 Proses Penuangan dan Kondisi Cetakan Setelah Selesai Dicor Penuh
Bahan Baku Peleburan Menggunakan 100 Roda KA Bekas
Peleburan menggunakan bahan baku roda KA bekas 100 dilakukan tanpa
menambahkan paduano Bahan baku digunakan 100 skrap roda KA bekas
Roda KA dipotong terlebih dahulu dengan las acetilene agar dapat masuk
kedalam tanur
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA
Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 011987
Target Komp
06 - 07 02 - 03 - - 06 - 08 Max 02
Max 02
Terjadi 0671 0145 0008 00095 0463 00 15 0107 Tabel57 Komposisi Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan
33
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Komposisi yang terjadi mengalami kekurangan pad a Silisium dan Mangan Hal
ini dikarenakan adanya looses atau bahan baku yang memang memiliki
komposisi yang sudah kurang sebelumnya
Perlakuan Panas
Untuk mendapatkan hasil struktur mikro sesuai dengan roda KA aslinya maka
perlu dilakukan perlakuan panas Proses perlakuan panas yang diberikan adalah
normalising
4
UDARA
Gambar 531 Diagram Perlakuan Panas Normalising Coran Roda KA
Dengan diberikan proses normalising maka struktur mikro coran roda KA
menjadi lebih halus Sifat mekaniknya akan menjadi lebih baik
Proses Pengujian
Pengujian dilakukan terhadap benda cor roda KA Tujuannya adalah untuk
mengetahui kualitas hasil cor apakah coran tersebut bebas cacat dan apakah
coran sudah sesuai dengan tuntutan sifat mekanis roda KA Pembandingnya
adalah sifat mekanik roda KA Asli Dengan demikian dapat dianalisis apakah
roda hasil cor layak digunakan atau tidak
Pemeriksaan Komposisi
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 011987
Cor 1 (bahan baja lain)
0693 0258 0013 0016 0461 0027 0091
Cor 2 (bahan skrap roda KA)
0671 0145 0008 00095 0463 0015 0107
Tabel 58 Komposisi Roda KA Asli dan Hasil Cor
34
Laporan Akhir Roda Kerea Api
Pemeriksaan Metalografi - Struktur Mikro
Gambar 532 Struktur Mikro As-Cast Cor 1 (Bahan Baja Lain)
Gambar 533 Struktur Mikro Hasil Normalising Cor 1 (Bahan Baja Lain)
35
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Pengujian Kekerasan
Pengecoran Bagian Hardness 1 2 3 Ratashyrata
Setara
Cor 1 Body HRC 25 27 28 267 265 HB Cor2 Body HRC 27 29 20 253 256 HB
Tabel59 Uji Keras Roda KA As-Cast
Nilai kekerasan bahan roda KA hasil cor 1 adalah 26 7 HRC setara dengan 265
HB dan hasil cor 2 adalah 253 HRC setara dengan 256 HB Kekerasan hampir
sama untuk semua bagian casting karena belum dilakukan perlakuan panas
lanjut atau perlakuan panas permukaan pad a bagian telapak Kekerasan casting
mendekati kekerasan roda KA Asli yaitu 231 HB
Ultrasonik
Pengujian ultrasonik dilakukan untuk mendeteksi cacat pada bagian tengah
coran Bagian yang diperiksa adalah bagian bawah penambah
Gam bar 534 Uji Ultrasonik Roda Cor 1
Hasil pengujian belum diperoleh karena back wall signal tidak terdeteksi
Kemungkinan karena butir hasil cor masih kasar sehingga sinyal ultrasonik jadi
terpencar dan tidak kembali ke probe detector Coran akan diberikan perlakuan
panas normalising terlebih dahulu untuk memperhalus butirnya
36
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Die Penetrant
Die penetrant dilakukan untuk mendeteksi susut cor pada bagian bawah
penambah Coran dipotong melintang tepat dibawah penambah
Gambar 54 Pemeriksaan Cacat Roda Cor 1 Dengan Die Penetrant
Hasil pemeriksaan menunjukkan terdapat sedikit retak pada bagian pinggir
caran o Retakan yang muncul bisa diakibatkan akibat proses pemotongan
menggunakan gerinda dan dilakukan pemukulan Bagian tengah tidak terdapat
cacat susut yang terjadi Dapat disimpulkan bahwa susut coran tidak terjadi pada
benda
37
Laparan Akhir Rada Kerela Api
6 Kesimpulan dan Saran
Dari hasil clading yang dilakukan pada sample roda didapat suatu kesimpulan bahwa semakin panas temperatur sample roda maka terjadi proses difusi yang sangat baik hal ini seperti fenomena yang terjadi pada suatu pengelasan dimana pada logam induk dan logam cair terdapat daerah yang terpengaruh panas sehingga terjadi suatu proses difusi
Dari hasil pengecoran yang dilakukan terhadap pembuatan roda kereta api ukuran 100 kg didapat bahwa proses pengecoran yang memakai bah an baku scrap roda kereta api dapat dilakukan oleh industri dalam negeri dengan memanfaatkan scrap roda kereta api yang ada ditambah sedikit pemaduan (alloying)
Dari kegiatan yang sudah kami lakukan selama 10 bulan ini serta dari data serta infra struktur yang dimiliki oleh industri di dalam negeri maka kami menyarankan agar kegiatan rehabilitasi terhadap roda kereta api dapat dilanjutkan di tahun 2011 yaitu dengan melakukan pengecoran terhadap scrap roda kereta api menjadi Roda Kereta Api baru dengan memanfaatkan kemampuan industri pengecoran di dalam negeri dimana untuk untuk pengecoran ini kemampuan peralatan industri yang ada sudah memadai
38
46 Pengujian hasil perlakuan panas
8etelah diberi perlakuan panas maka sam pel diperiksa kembali apakah kondisi
sambungan dan struktur mikro bisa menjadi homogen Pemeriksaan yang
dilakukan meliputi foto makro metalografi dan kekerasan mikro Hasil akhir yang
diharapkan adalah diperoleh sam pel dengan kondisi pelapisan antara logam
pad at dan cair tanpa adanya interface sambungan dengan struktur mikro yang
homogen
bull PROSES PENGECORAN bull Proses perancangan
Roda KA yang akan dibuat disesuaikan dengan skala tanur yang dimiliki Kapasitas tanur yang dimiliki sebesar 250 Kg oleh karenanya roda KA yang dibuat dirancang memiliki berat tidak lebih dari 125 Kg Rancangan bentuk roda KA disesuaikan dengan aslinya namun dalam skala yang lebih kecil Perancangan pertama yang dilakukan berupa gambar teknik roda KA yang dilakukan meliputi
bull Pembuatan gambar teknik roda KA bull Perancangan pembuatan polapattern roda KA bull Perancangan proses pengecoran roda KA (rancangan sistem
saluran dan penambah) Untuk dapat menghasilkan coran roda KA yang bebas cacat susut cor maka dilakukan perancangan untuk sistem saluran dan penambah Agar hasilnya optimal dan efisien maka dilakukan simulasi pengecoran menggunakan software magma soft Dari hasil simulasi akan diperoleh
bull Optimasi penggunaan penambah untuk menghindari cacat susut tuang (shrinkage)
bull Optimasi sistem saluran untuk menghindari turbulensi dan gas terjebak
bull Proses produksi coran roda KA Proses rancangan direalisasikan dalam bentuk pembuatan coran roda KA Urutan langkah yang dilakukan sebagai berikut
bull Pembuatan pola bull Pembuatan cetakan dan inti bull Peleburan - Penuangan bull Pembongkaran bull Pembersihan (fetling - shot blasting) bull Perlakuan panas
14
Loporan Akhr Roda Kerelo Api
Dalam hal penggunaan bahan untuk peleburan digunakan dua jenis bahan
bull Bahan baku peleburan menggunakan 100 roda KA bekas bull Bahan baku peleburan menggunakan baja lain
Target komposisi yang dihasilkan sesuai dengan rancangan yang ditetapkan
bull Proses pengujian Untuk mengetahui kualitas hasil cor maka dilakukan pengujian terhadap kualitas material dan benda cor Pemeriksaan meliputi
bull Pemeriksaan komposisi bull Pemeriksaan metalografi - struktur mikro bahan bull Pengujian kekerasan bull Pengujian tarik bull Pengujian impak bull Pengujian NOT bull Ultrasonik bull Die penetrant bull Pemotongan satu benda hasil pengecoran untuk menganalisa
keberadaan cacat di bag ian dalam (shrinkage) bull ANALISA HASIL - KOMPARASI CORAN DENGAN RODA KA ASLI
Dari hasil pengecoran kemudian dilakukan perbandingan terhadap kualitas roda KA yang asli Perbandingan hasil roda KA yang dihasilkan dengan bahan baku yang berbeda juga dilakukan Hal yang dibandingkan berupa sifat mekanik dan struktur mikro yang dihasilkan
bull PROTOTIPE SELESAI Setelah mendapatkan perbandingan hasil roda cor dengan roda KA asli maka proses pembuatan prototipe sudah selesai Luarannya berupa roda KA dalam skala penelitian yang memiliki sifat mekanik sesuai dengan tuntutan roda KA Selain itu dapat dihasilkan SOP untuk membuat roda KA
15
Laparan Akhir Rada Kerela Api
5 HASIL DAN PEMBAHASAN
Penentuan Jenis Logam Baja
Penentuan jenis logam berkaitan dengan komposisi logam yang akan
disambung Analisisnya dilakukan pada roda kereta yang telah digunakan
Pengujian bahan roda KA bekas dilakukan yaitu
bull Pemeriksaan Komposisi Bahan Tabel 51 Komposisi Kimia Roda KA Asli
Material termasuk baja karbon tanpa paduano
Gambar 51 Struktur Mikro Roda KA
Struktur mikro terdiri dari Perl it 95 dan Ferrit 5
16
Laparan Akhir Rada Kere la Api
Simulasi Pelapisan Logam Cair
bull Pembuatan Model Sampel Padatan
Gambar 52 Model Sampel
I Gambar 53 Model Simulasi
Model sam pel dan susunan dalam simulasi seperti yang digambarkan diatas
bull Parameter Simulasi
bull Bahan sam pel Carbon Steel
bull Logam cair Carbon Steel
bull Temperatur awal sampel 500 0 C 700 0 C dan 9000 C
bull Temperatur cor
bull Waktu pengisian 18 seconds
bull Jenis cetakan Silica dry sand
o Dimensi 130mm x 130mm
o Tebal10mm
o Berat 1400 gr
bull Kondisi batas
17
____________________
L(paran Akhir Rada Kereta Api
o Tebal sam pel 8 - 12 mm
o Berat sampel 14 kg
o Observed at 2 seconds after filling process completed -7 [at
highest temp of sample]
o Observed at 0 - O5mm depth from the sample surface
bull Simulasi Pelapisan Cairan
Temp [0 C]
-7 shy
-
Sample 900deg --
~8QQo
L _ _-- cmiddot 7QOltYC middot ~
-
T Sol 1395degC
1 2 13 14 15 16 ti me [5l Gambar 54 Diagram perubahan temperatur pada sam pel
-Ill middot IM e 9
f - -_ ~ - -~~ Lshy
I ~H ~ a 10bulln I l U I ~
~
G tmiddot_- -_ ~- - _ti=_~
Gambar 55 Temperatur sampel 7000 C - 9 Detik dan 18 Detik
18
Lparan Akhir Rada Kerela Api
-
-
-
3 -~ - Gambar 56 Temperatur sampel 9000 C - 9 Detik dan 18 Detik
Pada Gambar 56 warna merah menunjukkan bagian sampel telah memiliki
temperatur diatas solidus Dapat disimpulkan bahwa pada bagian merah terjadi
proses penyatuan permukaan sampel dengan cairan
Eksperimen Pelapisan
Berbekal data hasil simulasi maka dapat dilakukan proses eksperimen Proses
eksperimen akan dilakukan pad a sampel sederhana berbentuk kotak Langkah
yang dilakukan sebagai berikut
bull Pembuatan Sampel
Sampel padat dibuat dari bahan roda KA yang bekas pakai dipotong berbentuk
sampel kotak
Gambar 57 Sampel Padat
bull Pembuatan Cetakan
Sampel diletakkan di dalam cetakan dengan dilengkapi pemanas Pada bagian
atas sampel diberi rongga cor untuk mengalirkan cairan yang akan dilapiskan
19
Laporan Akhir Roda Kereta Api
Gambar 58 Pembuatan cetakan
Gambar 59 Assembling cetakan
bull Pemanasan Sam pel Dalam Cetakan
Sebelum dicor dengan material cair sam pel dipanaskan terlebih dahulu
Pemanasan dibuat tiga variasi untuk tiga buah sam pel yaitu 500 degc 700 degc dan
900 degc
Gambar 510 Pemanasan Sam pel Dalam Cetakan
20
Loporan Akhlr Roda Kerelo Api
Proses Peleburan dan Penuangan Cairan Pelapisan
Bahan yang digunakan untuk melapis adalah logam sejenis dengan komposisi
yang sama dengan logam pada roda kereta api
Gambar 511 Peleburan dan Penuangan
Pengujian Hasil As-Cast Sam pel 500 0 C
Analisis dilakukan dengan pengamatan sambungan melalui pemeriksaan foto
makro metalografi dan kekerasan
Tabel 52 Komposisi Kimia Material Cor
Pengamatan Makro Sampel
Gambar 512 HasH Cor dan posisi pemotongan
21
Laporan -1khir Roda Kerela Api
Gambar 513 Pengamatan Makro potongan sampeJ
Gambar 513 menunjukkan potongan 1 lepas ikatannya karena daerah tersebut
relatif lebih besar masanya dan temperaturnya lebih rendah sesuai dengan hasil
simulasi Potongan 2 dan 3 pada interface masih nampak daerah kosong atau
terisi inklusi
22
Laparan Aklllr Rada Kerela Api
bull Pengamatan Struktur Mikro
Gambar 514 Interface Struktur Mikro
Material cor terlihat lebih kasar Masih nampak ada inklusi oksida di interface
Ada bag ian interface terlihat bersatu dapat disimpulkan terjadi metallugical
bonding Pada interface tersambung terlihat struktur mikro mengalami penyatuan
dengan batas struktur feritik Metallurgical bonding terjadi namun masih
terkendala adanya inklusi akibat oksidasi
23
Laparan Aklllr Rada Kerela Api
bull Uji Kekerasan Mikro
Gambar 5 15 Lokasi Pengujian
Tabel 53 Hasil Pengujian
No
Posisi
Kekerasan
(VHN)
Setara
(HB)
1 265 252
2 263 250
3 209 209
4 243 231
PROSES PENGECORAN Proses Perancangan
Perancangan Pembuatan PolaPattern Roda KA
Dari gambar teknik kemudian dapat dirancang ukuran untuk pembuatan pola
Dalam pembuatan pola harus dipertimbangkan penambahan ukuran untuk
kompensasi penyusutan padat dan tambahan ukuran untuk pengerjaan
pemesinan
Perancangan Proses Pengecoran Roda KA (Rancangan Sistem Saluran dan
Penambah)
Perancancangan untuk proses pengecoran logam disini adalah untuk merancang
sistem saluran dan penambah Sistem saluran berupa cawan tuang saluran
24
Laporan Akhir Roda Kerefa Api
terak dan saluran masuk berfungsi untuk mengalirkan cairan logam dari ladel ke
cetakan Penambah berfungsi untuk menghindari cacat susut akibat penyusutan
saat logam cair membeku Penyusutan yang terjadi dialihkan ke penambah
sehingga benda akan tetap masif Untuk mengetahui posisi dan ukuran
penambah dapat dilakukan analisis menggunakan software solidcast dan
magmasoft Software analisis pembekuan dapat menganal isis susut cor yang
terjadi pada benda sehingga penempatan penambah lebih efisien Dengan
simulasi maka hasil rancangan lebih efisien karena tidak perlu melakukan
percobaan menggunakan cairan logam sesungguhnya
Proses simulasi dilakukan seperti yang diuraikan berikut ini
Simulasi Pengecoran
bull bull _ bullbull bullbull1 hoyr
11 _t I 4~_ - - JIII J3 JI - II ~ ~ oshy~
__ __ _ ___ ___ _____ _________ _ ----1
Gambar 516 Rancangan Penambah pada Model Roda KA
Gambar 516 menunjukkan disain pengecoran untuk penempatan penambah
yang digunakan Disain menggunakan 3 buah riser Pada riser tengah diberikan
pading (tambahan masa) dan chill untuk pembentukanpembekuan terarah
25
Laporan Akhir Roda Kereta Api
f7(c (
1 ) ~te
MJr C unlty middot
j~ 10 f- -
r ~~
Imiddotmiddot Gambar 517 Proses Pengisian Logam Cair
Gambar 517 menunjukkan proses pengisian logam cair Logam cair dimasukkan
langsung dari salah satu penambah
- ~ amp il-~ -~ A middotlImiddot
rs ~ ~
III
Gambar 518 Feeding Zone Berakhir pada Penambah
Gambar 518 menunjukkan modulus thermal dengan desain 3 riser telah terjadi
dengan sempurna Dengan desain ini telah terjadi 3 feeding zone yang ketiganya
berakhir pada masing-masing riser
26
---
Iaporan Akhir Roda Kerela Api
JI -+ J J ~ r- shy shy
ltI
bullbull -t bullampI
Ii
I -
Gambar 519 Fraction Solid pada Menit Ke-7
Analisa proses pembekuan dilakukan dengan mengamati fraction solid pada
setiap menit selama proses pembekuan Gambar 519 menunjukkan fraction
solid pada menit ke-7 Pada menit ke-7 feeding zone telah terbagi menjadi 2
daerah Pada tahap ini riser telah berfungsi optimal
Gambar 520 Fraction Solid pada MeDit ke-ll
Gambar 520 menunjukkan fraction solid pada menit ke-11 Pada saat tersebut
fraction solid telah menuju ke daerah riser seluruhnya Directional solidification
telah lebih dominan dari progressive solidification Directional solidification
adalah pembekuan dimulai dari daerah terjauh menuju riser Progressive
27
Larcm Akhir Roda Kerela Api
solidification adalah pembekuan dimulai dari ketebalan dinding casting ke bag ian
tengah (memotong pembekuan directional)
Gambar 521 Final Solidification - Shrinkage only at Riser
Gambar521 menunjukkan hasil akhir dari proses pembekuan Shrinkage
porosity terjadi pada daerah riser yaitu berada di luar produk Disain telah
mencukupi untuk kriteria sound casting
Proses Produksi Coran Roda KA
Pembuatan Pola
Gambar 522 Pola Roda KA
28
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Pembuatan Cetakan dan Inti
Gambar 523 Penempatan Pola Dalam Rangka Cetak dan Pemberian Pasir
Gambar 523 menunjukkan penempatan pola pada rangka cetak Rangka cetak
yang digunakan berbentuk bulat untuk menghemat area pasir cetak Pasir cetak
digunakan adalah jenis greensand Greensand merupakan campuran pasir
kuarsa dan bentonit ditambah sedikit air menghasilkan campuran pasir cetak
yang dapat membentuk rongga cetak
Gambar 524 Penempatan Penambah
29
Laporan Akh ir Roda Kerela Api
Gambar 525 Pemadatan Pasir Cetak
Gambar 526 Pengangkatan Pola dari Cetakan
Gambar 527 Pemberian Coating Pad a Cetakan dan Assembling Cetakan
30
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Gambar 528 Cetakan Siap Cor
Peleburan
Peleburan bahan atau cairan untuk pengecoran roda KA menggunakan dua
metode Metode 1 menggunakan bahan baku dari baja lain yang tersedia
selanjutnya disebut cor 1 Metode 2 menggunakan bahan baku 100 skrap
roda KA bekas selanjutnya disebut cor 2 Keduanya seharusnya dapat
menghasilkan sifat yang sama oleh karenanya akan dibandingkan hasilnya
kemudian
Bahan Baku Peleburan Menggunakan Baja Lain
Peleburan cairan baja untuk roda KA menggunakan bahan dengan komposisi
setara seperti komposisi Roda KA asli Komposisi kimia dirancang mendekati
komposisi kimia roda KA aslinya agar sifat mekanik dapat didekati Komposisi
Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 0 11987
Peramuan 06 - 07 02 - 03 - - 06 - 08 Max 02 Max 02
TabeJ 54 Komposisi Roda KA
31
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Untuk dapat mencapai komposisi tersebut digunakan bahan dasar sebagai
berikut
Jenis Bahan Komposisi Jumlah
C Si S P Mn Ni Cr () (Kg)
Bahan daur ulang GS20Mn5
025 018 - - 111 025 037 80
Baja Scrap jenis Low Mn 02 02 - - 03 - - 180 Tabel 55 Bahan Dasar
Penggunaan paduan untuk mencapai komposisi yang ditargetkan sebagai
berikut
Jenis Bahan C Si S P Mn Ni Cr Jumlah
() (Kg) 1Carburizer 9984 - - - - - -
FeSi 75 015 75 - - - - - 02 FeMnHC 675 071 - - 7553 - - 18
Tabel56 Komposisi Target
Temperatur pengeluaran dari tanur ke ladel sebesar 1651 0 C Temperatur cor
sebesar 1506 0 C
Gambar 529 Proses Peleburan dan Penuangan Ke Cetakan Roda KA
32
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Gambar 530 Proses Penuangan dan Kondisi Cetakan Setelah Selesai Dicor Penuh
Bahan Baku Peleburan Menggunakan 100 Roda KA Bekas
Peleburan menggunakan bahan baku roda KA bekas 100 dilakukan tanpa
menambahkan paduano Bahan baku digunakan 100 skrap roda KA bekas
Roda KA dipotong terlebih dahulu dengan las acetilene agar dapat masuk
kedalam tanur
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA
Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 011987
Target Komp
06 - 07 02 - 03 - - 06 - 08 Max 02
Max 02
Terjadi 0671 0145 0008 00095 0463 00 15 0107 Tabel57 Komposisi Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan
33
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Komposisi yang terjadi mengalami kekurangan pad a Silisium dan Mangan Hal
ini dikarenakan adanya looses atau bahan baku yang memang memiliki
komposisi yang sudah kurang sebelumnya
Perlakuan Panas
Untuk mendapatkan hasil struktur mikro sesuai dengan roda KA aslinya maka
perlu dilakukan perlakuan panas Proses perlakuan panas yang diberikan adalah
normalising
4
UDARA
Gambar 531 Diagram Perlakuan Panas Normalising Coran Roda KA
Dengan diberikan proses normalising maka struktur mikro coran roda KA
menjadi lebih halus Sifat mekaniknya akan menjadi lebih baik
Proses Pengujian
Pengujian dilakukan terhadap benda cor roda KA Tujuannya adalah untuk
mengetahui kualitas hasil cor apakah coran tersebut bebas cacat dan apakah
coran sudah sesuai dengan tuntutan sifat mekanis roda KA Pembandingnya
adalah sifat mekanik roda KA Asli Dengan demikian dapat dianalisis apakah
roda hasil cor layak digunakan atau tidak
Pemeriksaan Komposisi
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 011987
Cor 1 (bahan baja lain)
0693 0258 0013 0016 0461 0027 0091
Cor 2 (bahan skrap roda KA)
0671 0145 0008 00095 0463 0015 0107
Tabel 58 Komposisi Roda KA Asli dan Hasil Cor
34
Laporan Akhir Roda Kerea Api
Pemeriksaan Metalografi - Struktur Mikro
Gambar 532 Struktur Mikro As-Cast Cor 1 (Bahan Baja Lain)
Gambar 533 Struktur Mikro Hasil Normalising Cor 1 (Bahan Baja Lain)
35
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Pengujian Kekerasan
Pengecoran Bagian Hardness 1 2 3 Ratashyrata
Setara
Cor 1 Body HRC 25 27 28 267 265 HB Cor2 Body HRC 27 29 20 253 256 HB
Tabel59 Uji Keras Roda KA As-Cast
Nilai kekerasan bahan roda KA hasil cor 1 adalah 26 7 HRC setara dengan 265
HB dan hasil cor 2 adalah 253 HRC setara dengan 256 HB Kekerasan hampir
sama untuk semua bagian casting karena belum dilakukan perlakuan panas
lanjut atau perlakuan panas permukaan pad a bagian telapak Kekerasan casting
mendekati kekerasan roda KA Asli yaitu 231 HB
Ultrasonik
Pengujian ultrasonik dilakukan untuk mendeteksi cacat pada bagian tengah
coran Bagian yang diperiksa adalah bagian bawah penambah
Gam bar 534 Uji Ultrasonik Roda Cor 1
Hasil pengujian belum diperoleh karena back wall signal tidak terdeteksi
Kemungkinan karena butir hasil cor masih kasar sehingga sinyal ultrasonik jadi
terpencar dan tidak kembali ke probe detector Coran akan diberikan perlakuan
panas normalising terlebih dahulu untuk memperhalus butirnya
36
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Die Penetrant
Die penetrant dilakukan untuk mendeteksi susut cor pada bagian bawah
penambah Coran dipotong melintang tepat dibawah penambah
Gambar 54 Pemeriksaan Cacat Roda Cor 1 Dengan Die Penetrant
Hasil pemeriksaan menunjukkan terdapat sedikit retak pada bagian pinggir
caran o Retakan yang muncul bisa diakibatkan akibat proses pemotongan
menggunakan gerinda dan dilakukan pemukulan Bagian tengah tidak terdapat
cacat susut yang terjadi Dapat disimpulkan bahwa susut coran tidak terjadi pada
benda
37
Laparan Akhir Rada Kerela Api
6 Kesimpulan dan Saran
Dari hasil clading yang dilakukan pada sample roda didapat suatu kesimpulan bahwa semakin panas temperatur sample roda maka terjadi proses difusi yang sangat baik hal ini seperti fenomena yang terjadi pada suatu pengelasan dimana pada logam induk dan logam cair terdapat daerah yang terpengaruh panas sehingga terjadi suatu proses difusi
Dari hasil pengecoran yang dilakukan terhadap pembuatan roda kereta api ukuran 100 kg didapat bahwa proses pengecoran yang memakai bah an baku scrap roda kereta api dapat dilakukan oleh industri dalam negeri dengan memanfaatkan scrap roda kereta api yang ada ditambah sedikit pemaduan (alloying)
Dari kegiatan yang sudah kami lakukan selama 10 bulan ini serta dari data serta infra struktur yang dimiliki oleh industri di dalam negeri maka kami menyarankan agar kegiatan rehabilitasi terhadap roda kereta api dapat dilanjutkan di tahun 2011 yaitu dengan melakukan pengecoran terhadap scrap roda kereta api menjadi Roda Kereta Api baru dengan memanfaatkan kemampuan industri pengecoran di dalam negeri dimana untuk untuk pengecoran ini kemampuan peralatan industri yang ada sudah memadai
38
Loporan Akhr Roda Kerelo Api
Dalam hal penggunaan bahan untuk peleburan digunakan dua jenis bahan
bull Bahan baku peleburan menggunakan 100 roda KA bekas bull Bahan baku peleburan menggunakan baja lain
Target komposisi yang dihasilkan sesuai dengan rancangan yang ditetapkan
bull Proses pengujian Untuk mengetahui kualitas hasil cor maka dilakukan pengujian terhadap kualitas material dan benda cor Pemeriksaan meliputi
bull Pemeriksaan komposisi bull Pemeriksaan metalografi - struktur mikro bahan bull Pengujian kekerasan bull Pengujian tarik bull Pengujian impak bull Pengujian NOT bull Ultrasonik bull Die penetrant bull Pemotongan satu benda hasil pengecoran untuk menganalisa
keberadaan cacat di bag ian dalam (shrinkage) bull ANALISA HASIL - KOMPARASI CORAN DENGAN RODA KA ASLI
Dari hasil pengecoran kemudian dilakukan perbandingan terhadap kualitas roda KA yang asli Perbandingan hasil roda KA yang dihasilkan dengan bahan baku yang berbeda juga dilakukan Hal yang dibandingkan berupa sifat mekanik dan struktur mikro yang dihasilkan
bull PROTOTIPE SELESAI Setelah mendapatkan perbandingan hasil roda cor dengan roda KA asli maka proses pembuatan prototipe sudah selesai Luarannya berupa roda KA dalam skala penelitian yang memiliki sifat mekanik sesuai dengan tuntutan roda KA Selain itu dapat dihasilkan SOP untuk membuat roda KA
15
Laparan Akhir Rada Kerela Api
5 HASIL DAN PEMBAHASAN
Penentuan Jenis Logam Baja
Penentuan jenis logam berkaitan dengan komposisi logam yang akan
disambung Analisisnya dilakukan pada roda kereta yang telah digunakan
Pengujian bahan roda KA bekas dilakukan yaitu
bull Pemeriksaan Komposisi Bahan Tabel 51 Komposisi Kimia Roda KA Asli
Material termasuk baja karbon tanpa paduano
Gambar 51 Struktur Mikro Roda KA
Struktur mikro terdiri dari Perl it 95 dan Ferrit 5
16
Laparan Akhir Rada Kere la Api
Simulasi Pelapisan Logam Cair
bull Pembuatan Model Sampel Padatan
Gambar 52 Model Sampel
I Gambar 53 Model Simulasi
Model sam pel dan susunan dalam simulasi seperti yang digambarkan diatas
bull Parameter Simulasi
bull Bahan sam pel Carbon Steel
bull Logam cair Carbon Steel
bull Temperatur awal sampel 500 0 C 700 0 C dan 9000 C
bull Temperatur cor
bull Waktu pengisian 18 seconds
bull Jenis cetakan Silica dry sand
o Dimensi 130mm x 130mm
o Tebal10mm
o Berat 1400 gr
bull Kondisi batas
17
____________________
L(paran Akhir Rada Kereta Api
o Tebal sam pel 8 - 12 mm
o Berat sampel 14 kg
o Observed at 2 seconds after filling process completed -7 [at
highest temp of sample]
o Observed at 0 - O5mm depth from the sample surface
bull Simulasi Pelapisan Cairan
Temp [0 C]
-7 shy
-
Sample 900deg --
~8QQo
L _ _-- cmiddot 7QOltYC middot ~
-
T Sol 1395degC
1 2 13 14 15 16 ti me [5l Gambar 54 Diagram perubahan temperatur pada sam pel
-Ill middot IM e 9
f - -_ ~ - -~~ Lshy
I ~H ~ a 10bulln I l U I ~
~
G tmiddot_- -_ ~- - _ti=_~
Gambar 55 Temperatur sampel 7000 C - 9 Detik dan 18 Detik
18
Lparan Akhir Rada Kerela Api
-
-
-
3 -~ - Gambar 56 Temperatur sampel 9000 C - 9 Detik dan 18 Detik
Pada Gambar 56 warna merah menunjukkan bagian sampel telah memiliki
temperatur diatas solidus Dapat disimpulkan bahwa pada bagian merah terjadi
proses penyatuan permukaan sampel dengan cairan
Eksperimen Pelapisan
Berbekal data hasil simulasi maka dapat dilakukan proses eksperimen Proses
eksperimen akan dilakukan pad a sampel sederhana berbentuk kotak Langkah
yang dilakukan sebagai berikut
bull Pembuatan Sampel
Sampel padat dibuat dari bahan roda KA yang bekas pakai dipotong berbentuk
sampel kotak
Gambar 57 Sampel Padat
bull Pembuatan Cetakan
Sampel diletakkan di dalam cetakan dengan dilengkapi pemanas Pada bagian
atas sampel diberi rongga cor untuk mengalirkan cairan yang akan dilapiskan
19
Laporan Akhir Roda Kereta Api
Gambar 58 Pembuatan cetakan
Gambar 59 Assembling cetakan
bull Pemanasan Sam pel Dalam Cetakan
Sebelum dicor dengan material cair sam pel dipanaskan terlebih dahulu
Pemanasan dibuat tiga variasi untuk tiga buah sam pel yaitu 500 degc 700 degc dan
900 degc
Gambar 510 Pemanasan Sam pel Dalam Cetakan
20
Loporan Akhlr Roda Kerelo Api
Proses Peleburan dan Penuangan Cairan Pelapisan
Bahan yang digunakan untuk melapis adalah logam sejenis dengan komposisi
yang sama dengan logam pada roda kereta api
Gambar 511 Peleburan dan Penuangan
Pengujian Hasil As-Cast Sam pel 500 0 C
Analisis dilakukan dengan pengamatan sambungan melalui pemeriksaan foto
makro metalografi dan kekerasan
Tabel 52 Komposisi Kimia Material Cor
Pengamatan Makro Sampel
Gambar 512 HasH Cor dan posisi pemotongan
21
Laporan -1khir Roda Kerela Api
Gambar 513 Pengamatan Makro potongan sampeJ
Gambar 513 menunjukkan potongan 1 lepas ikatannya karena daerah tersebut
relatif lebih besar masanya dan temperaturnya lebih rendah sesuai dengan hasil
simulasi Potongan 2 dan 3 pada interface masih nampak daerah kosong atau
terisi inklusi
22
Laparan Aklllr Rada Kerela Api
bull Pengamatan Struktur Mikro
Gambar 514 Interface Struktur Mikro
Material cor terlihat lebih kasar Masih nampak ada inklusi oksida di interface
Ada bag ian interface terlihat bersatu dapat disimpulkan terjadi metallugical
bonding Pada interface tersambung terlihat struktur mikro mengalami penyatuan
dengan batas struktur feritik Metallurgical bonding terjadi namun masih
terkendala adanya inklusi akibat oksidasi
23
Laparan Aklllr Rada Kerela Api
bull Uji Kekerasan Mikro
Gambar 5 15 Lokasi Pengujian
Tabel 53 Hasil Pengujian
No
Posisi
Kekerasan
(VHN)
Setara
(HB)
1 265 252
2 263 250
3 209 209
4 243 231
PROSES PENGECORAN Proses Perancangan
Perancangan Pembuatan PolaPattern Roda KA
Dari gambar teknik kemudian dapat dirancang ukuran untuk pembuatan pola
Dalam pembuatan pola harus dipertimbangkan penambahan ukuran untuk
kompensasi penyusutan padat dan tambahan ukuran untuk pengerjaan
pemesinan
Perancangan Proses Pengecoran Roda KA (Rancangan Sistem Saluran dan
Penambah)
Perancancangan untuk proses pengecoran logam disini adalah untuk merancang
sistem saluran dan penambah Sistem saluran berupa cawan tuang saluran
24
Laporan Akhir Roda Kerefa Api
terak dan saluran masuk berfungsi untuk mengalirkan cairan logam dari ladel ke
cetakan Penambah berfungsi untuk menghindari cacat susut akibat penyusutan
saat logam cair membeku Penyusutan yang terjadi dialihkan ke penambah
sehingga benda akan tetap masif Untuk mengetahui posisi dan ukuran
penambah dapat dilakukan analisis menggunakan software solidcast dan
magmasoft Software analisis pembekuan dapat menganal isis susut cor yang
terjadi pada benda sehingga penempatan penambah lebih efisien Dengan
simulasi maka hasil rancangan lebih efisien karena tidak perlu melakukan
percobaan menggunakan cairan logam sesungguhnya
Proses simulasi dilakukan seperti yang diuraikan berikut ini
Simulasi Pengecoran
bull bull _ bullbull bullbull1 hoyr
11 _t I 4~_ - - JIII J3 JI - II ~ ~ oshy~
__ __ _ ___ ___ _____ _________ _ ----1
Gambar 516 Rancangan Penambah pada Model Roda KA
Gambar 516 menunjukkan disain pengecoran untuk penempatan penambah
yang digunakan Disain menggunakan 3 buah riser Pada riser tengah diberikan
pading (tambahan masa) dan chill untuk pembentukanpembekuan terarah
25
Laporan Akhir Roda Kereta Api
f7(c (
1 ) ~te
MJr C unlty middot
j~ 10 f- -
r ~~
Imiddotmiddot Gambar 517 Proses Pengisian Logam Cair
Gambar 517 menunjukkan proses pengisian logam cair Logam cair dimasukkan
langsung dari salah satu penambah
- ~ amp il-~ -~ A middotlImiddot
rs ~ ~
III
Gambar 518 Feeding Zone Berakhir pada Penambah
Gambar 518 menunjukkan modulus thermal dengan desain 3 riser telah terjadi
dengan sempurna Dengan desain ini telah terjadi 3 feeding zone yang ketiganya
berakhir pada masing-masing riser
26
---
Iaporan Akhir Roda Kerela Api
JI -+ J J ~ r- shy shy
ltI
bullbull -t bullampI
Ii
I -
Gambar 519 Fraction Solid pada Menit Ke-7
Analisa proses pembekuan dilakukan dengan mengamati fraction solid pada
setiap menit selama proses pembekuan Gambar 519 menunjukkan fraction
solid pada menit ke-7 Pada menit ke-7 feeding zone telah terbagi menjadi 2
daerah Pada tahap ini riser telah berfungsi optimal
Gambar 520 Fraction Solid pada MeDit ke-ll
Gambar 520 menunjukkan fraction solid pada menit ke-11 Pada saat tersebut
fraction solid telah menuju ke daerah riser seluruhnya Directional solidification
telah lebih dominan dari progressive solidification Directional solidification
adalah pembekuan dimulai dari daerah terjauh menuju riser Progressive
27
Larcm Akhir Roda Kerela Api
solidification adalah pembekuan dimulai dari ketebalan dinding casting ke bag ian
tengah (memotong pembekuan directional)
Gambar 521 Final Solidification - Shrinkage only at Riser
Gambar521 menunjukkan hasil akhir dari proses pembekuan Shrinkage
porosity terjadi pada daerah riser yaitu berada di luar produk Disain telah
mencukupi untuk kriteria sound casting
Proses Produksi Coran Roda KA
Pembuatan Pola
Gambar 522 Pola Roda KA
28
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Pembuatan Cetakan dan Inti
Gambar 523 Penempatan Pola Dalam Rangka Cetak dan Pemberian Pasir
Gambar 523 menunjukkan penempatan pola pada rangka cetak Rangka cetak
yang digunakan berbentuk bulat untuk menghemat area pasir cetak Pasir cetak
digunakan adalah jenis greensand Greensand merupakan campuran pasir
kuarsa dan bentonit ditambah sedikit air menghasilkan campuran pasir cetak
yang dapat membentuk rongga cetak
Gambar 524 Penempatan Penambah
29
Laporan Akh ir Roda Kerela Api
Gambar 525 Pemadatan Pasir Cetak
Gambar 526 Pengangkatan Pola dari Cetakan
Gambar 527 Pemberian Coating Pad a Cetakan dan Assembling Cetakan
30
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Gambar 528 Cetakan Siap Cor
Peleburan
Peleburan bahan atau cairan untuk pengecoran roda KA menggunakan dua
metode Metode 1 menggunakan bahan baku dari baja lain yang tersedia
selanjutnya disebut cor 1 Metode 2 menggunakan bahan baku 100 skrap
roda KA bekas selanjutnya disebut cor 2 Keduanya seharusnya dapat
menghasilkan sifat yang sama oleh karenanya akan dibandingkan hasilnya
kemudian
Bahan Baku Peleburan Menggunakan Baja Lain
Peleburan cairan baja untuk roda KA menggunakan bahan dengan komposisi
setara seperti komposisi Roda KA asli Komposisi kimia dirancang mendekati
komposisi kimia roda KA aslinya agar sifat mekanik dapat didekati Komposisi
Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 0 11987
Peramuan 06 - 07 02 - 03 - - 06 - 08 Max 02 Max 02
TabeJ 54 Komposisi Roda KA
31
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Untuk dapat mencapai komposisi tersebut digunakan bahan dasar sebagai
berikut
Jenis Bahan Komposisi Jumlah
C Si S P Mn Ni Cr () (Kg)
Bahan daur ulang GS20Mn5
025 018 - - 111 025 037 80
Baja Scrap jenis Low Mn 02 02 - - 03 - - 180 Tabel 55 Bahan Dasar
Penggunaan paduan untuk mencapai komposisi yang ditargetkan sebagai
berikut
Jenis Bahan C Si S P Mn Ni Cr Jumlah
() (Kg) 1Carburizer 9984 - - - - - -
FeSi 75 015 75 - - - - - 02 FeMnHC 675 071 - - 7553 - - 18
Tabel56 Komposisi Target
Temperatur pengeluaran dari tanur ke ladel sebesar 1651 0 C Temperatur cor
sebesar 1506 0 C
Gambar 529 Proses Peleburan dan Penuangan Ke Cetakan Roda KA
32
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Gambar 530 Proses Penuangan dan Kondisi Cetakan Setelah Selesai Dicor Penuh
Bahan Baku Peleburan Menggunakan 100 Roda KA Bekas
Peleburan menggunakan bahan baku roda KA bekas 100 dilakukan tanpa
menambahkan paduano Bahan baku digunakan 100 skrap roda KA bekas
Roda KA dipotong terlebih dahulu dengan las acetilene agar dapat masuk
kedalam tanur
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA
Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 011987
Target Komp
06 - 07 02 - 03 - - 06 - 08 Max 02
Max 02
Terjadi 0671 0145 0008 00095 0463 00 15 0107 Tabel57 Komposisi Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan
33
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Komposisi yang terjadi mengalami kekurangan pad a Silisium dan Mangan Hal
ini dikarenakan adanya looses atau bahan baku yang memang memiliki
komposisi yang sudah kurang sebelumnya
Perlakuan Panas
Untuk mendapatkan hasil struktur mikro sesuai dengan roda KA aslinya maka
perlu dilakukan perlakuan panas Proses perlakuan panas yang diberikan adalah
normalising
4
UDARA
Gambar 531 Diagram Perlakuan Panas Normalising Coran Roda KA
Dengan diberikan proses normalising maka struktur mikro coran roda KA
menjadi lebih halus Sifat mekaniknya akan menjadi lebih baik
Proses Pengujian
Pengujian dilakukan terhadap benda cor roda KA Tujuannya adalah untuk
mengetahui kualitas hasil cor apakah coran tersebut bebas cacat dan apakah
coran sudah sesuai dengan tuntutan sifat mekanis roda KA Pembandingnya
adalah sifat mekanik roda KA Asli Dengan demikian dapat dianalisis apakah
roda hasil cor layak digunakan atau tidak
Pemeriksaan Komposisi
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 011987
Cor 1 (bahan baja lain)
0693 0258 0013 0016 0461 0027 0091
Cor 2 (bahan skrap roda KA)
0671 0145 0008 00095 0463 0015 0107
Tabel 58 Komposisi Roda KA Asli dan Hasil Cor
34
Laporan Akhir Roda Kerea Api
Pemeriksaan Metalografi - Struktur Mikro
Gambar 532 Struktur Mikro As-Cast Cor 1 (Bahan Baja Lain)
Gambar 533 Struktur Mikro Hasil Normalising Cor 1 (Bahan Baja Lain)
35
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Pengujian Kekerasan
Pengecoran Bagian Hardness 1 2 3 Ratashyrata
Setara
Cor 1 Body HRC 25 27 28 267 265 HB Cor2 Body HRC 27 29 20 253 256 HB
Tabel59 Uji Keras Roda KA As-Cast
Nilai kekerasan bahan roda KA hasil cor 1 adalah 26 7 HRC setara dengan 265
HB dan hasil cor 2 adalah 253 HRC setara dengan 256 HB Kekerasan hampir
sama untuk semua bagian casting karena belum dilakukan perlakuan panas
lanjut atau perlakuan panas permukaan pad a bagian telapak Kekerasan casting
mendekati kekerasan roda KA Asli yaitu 231 HB
Ultrasonik
Pengujian ultrasonik dilakukan untuk mendeteksi cacat pada bagian tengah
coran Bagian yang diperiksa adalah bagian bawah penambah
Gam bar 534 Uji Ultrasonik Roda Cor 1
Hasil pengujian belum diperoleh karena back wall signal tidak terdeteksi
Kemungkinan karena butir hasil cor masih kasar sehingga sinyal ultrasonik jadi
terpencar dan tidak kembali ke probe detector Coran akan diberikan perlakuan
panas normalising terlebih dahulu untuk memperhalus butirnya
36
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Die Penetrant
Die penetrant dilakukan untuk mendeteksi susut cor pada bagian bawah
penambah Coran dipotong melintang tepat dibawah penambah
Gambar 54 Pemeriksaan Cacat Roda Cor 1 Dengan Die Penetrant
Hasil pemeriksaan menunjukkan terdapat sedikit retak pada bagian pinggir
caran o Retakan yang muncul bisa diakibatkan akibat proses pemotongan
menggunakan gerinda dan dilakukan pemukulan Bagian tengah tidak terdapat
cacat susut yang terjadi Dapat disimpulkan bahwa susut coran tidak terjadi pada
benda
37
Laparan Akhir Rada Kerela Api
6 Kesimpulan dan Saran
Dari hasil clading yang dilakukan pada sample roda didapat suatu kesimpulan bahwa semakin panas temperatur sample roda maka terjadi proses difusi yang sangat baik hal ini seperti fenomena yang terjadi pada suatu pengelasan dimana pada logam induk dan logam cair terdapat daerah yang terpengaruh panas sehingga terjadi suatu proses difusi
Dari hasil pengecoran yang dilakukan terhadap pembuatan roda kereta api ukuran 100 kg didapat bahwa proses pengecoran yang memakai bah an baku scrap roda kereta api dapat dilakukan oleh industri dalam negeri dengan memanfaatkan scrap roda kereta api yang ada ditambah sedikit pemaduan (alloying)
Dari kegiatan yang sudah kami lakukan selama 10 bulan ini serta dari data serta infra struktur yang dimiliki oleh industri di dalam negeri maka kami menyarankan agar kegiatan rehabilitasi terhadap roda kereta api dapat dilanjutkan di tahun 2011 yaitu dengan melakukan pengecoran terhadap scrap roda kereta api menjadi Roda Kereta Api baru dengan memanfaatkan kemampuan industri pengecoran di dalam negeri dimana untuk untuk pengecoran ini kemampuan peralatan industri yang ada sudah memadai
38
Laparan Akhir Rada Kerela Api
5 HASIL DAN PEMBAHASAN
Penentuan Jenis Logam Baja
Penentuan jenis logam berkaitan dengan komposisi logam yang akan
disambung Analisisnya dilakukan pada roda kereta yang telah digunakan
Pengujian bahan roda KA bekas dilakukan yaitu
bull Pemeriksaan Komposisi Bahan Tabel 51 Komposisi Kimia Roda KA Asli
Material termasuk baja karbon tanpa paduano
Gambar 51 Struktur Mikro Roda KA
Struktur mikro terdiri dari Perl it 95 dan Ferrit 5
16
Laparan Akhir Rada Kere la Api
Simulasi Pelapisan Logam Cair
bull Pembuatan Model Sampel Padatan
Gambar 52 Model Sampel
I Gambar 53 Model Simulasi
Model sam pel dan susunan dalam simulasi seperti yang digambarkan diatas
bull Parameter Simulasi
bull Bahan sam pel Carbon Steel
bull Logam cair Carbon Steel
bull Temperatur awal sampel 500 0 C 700 0 C dan 9000 C
bull Temperatur cor
bull Waktu pengisian 18 seconds
bull Jenis cetakan Silica dry sand
o Dimensi 130mm x 130mm
o Tebal10mm
o Berat 1400 gr
bull Kondisi batas
17
____________________
L(paran Akhir Rada Kereta Api
o Tebal sam pel 8 - 12 mm
o Berat sampel 14 kg
o Observed at 2 seconds after filling process completed -7 [at
highest temp of sample]
o Observed at 0 - O5mm depth from the sample surface
bull Simulasi Pelapisan Cairan
Temp [0 C]
-7 shy
-
Sample 900deg --
~8QQo
L _ _-- cmiddot 7QOltYC middot ~
-
T Sol 1395degC
1 2 13 14 15 16 ti me [5l Gambar 54 Diagram perubahan temperatur pada sam pel
-Ill middot IM e 9
f - -_ ~ - -~~ Lshy
I ~H ~ a 10bulln I l U I ~
~
G tmiddot_- -_ ~- - _ti=_~
Gambar 55 Temperatur sampel 7000 C - 9 Detik dan 18 Detik
18
Lparan Akhir Rada Kerela Api
-
-
-
3 -~ - Gambar 56 Temperatur sampel 9000 C - 9 Detik dan 18 Detik
Pada Gambar 56 warna merah menunjukkan bagian sampel telah memiliki
temperatur diatas solidus Dapat disimpulkan bahwa pada bagian merah terjadi
proses penyatuan permukaan sampel dengan cairan
Eksperimen Pelapisan
Berbekal data hasil simulasi maka dapat dilakukan proses eksperimen Proses
eksperimen akan dilakukan pad a sampel sederhana berbentuk kotak Langkah
yang dilakukan sebagai berikut
bull Pembuatan Sampel
Sampel padat dibuat dari bahan roda KA yang bekas pakai dipotong berbentuk
sampel kotak
Gambar 57 Sampel Padat
bull Pembuatan Cetakan
Sampel diletakkan di dalam cetakan dengan dilengkapi pemanas Pada bagian
atas sampel diberi rongga cor untuk mengalirkan cairan yang akan dilapiskan
19
Laporan Akhir Roda Kereta Api
Gambar 58 Pembuatan cetakan
Gambar 59 Assembling cetakan
bull Pemanasan Sam pel Dalam Cetakan
Sebelum dicor dengan material cair sam pel dipanaskan terlebih dahulu
Pemanasan dibuat tiga variasi untuk tiga buah sam pel yaitu 500 degc 700 degc dan
900 degc
Gambar 510 Pemanasan Sam pel Dalam Cetakan
20
Loporan Akhlr Roda Kerelo Api
Proses Peleburan dan Penuangan Cairan Pelapisan
Bahan yang digunakan untuk melapis adalah logam sejenis dengan komposisi
yang sama dengan logam pada roda kereta api
Gambar 511 Peleburan dan Penuangan
Pengujian Hasil As-Cast Sam pel 500 0 C
Analisis dilakukan dengan pengamatan sambungan melalui pemeriksaan foto
makro metalografi dan kekerasan
Tabel 52 Komposisi Kimia Material Cor
Pengamatan Makro Sampel
Gambar 512 HasH Cor dan posisi pemotongan
21
Laporan -1khir Roda Kerela Api
Gambar 513 Pengamatan Makro potongan sampeJ
Gambar 513 menunjukkan potongan 1 lepas ikatannya karena daerah tersebut
relatif lebih besar masanya dan temperaturnya lebih rendah sesuai dengan hasil
simulasi Potongan 2 dan 3 pada interface masih nampak daerah kosong atau
terisi inklusi
22
Laparan Aklllr Rada Kerela Api
bull Pengamatan Struktur Mikro
Gambar 514 Interface Struktur Mikro
Material cor terlihat lebih kasar Masih nampak ada inklusi oksida di interface
Ada bag ian interface terlihat bersatu dapat disimpulkan terjadi metallugical
bonding Pada interface tersambung terlihat struktur mikro mengalami penyatuan
dengan batas struktur feritik Metallurgical bonding terjadi namun masih
terkendala adanya inklusi akibat oksidasi
23
Laparan Aklllr Rada Kerela Api
bull Uji Kekerasan Mikro
Gambar 5 15 Lokasi Pengujian
Tabel 53 Hasil Pengujian
No
Posisi
Kekerasan
(VHN)
Setara
(HB)
1 265 252
2 263 250
3 209 209
4 243 231
PROSES PENGECORAN Proses Perancangan
Perancangan Pembuatan PolaPattern Roda KA
Dari gambar teknik kemudian dapat dirancang ukuran untuk pembuatan pola
Dalam pembuatan pola harus dipertimbangkan penambahan ukuran untuk
kompensasi penyusutan padat dan tambahan ukuran untuk pengerjaan
pemesinan
Perancangan Proses Pengecoran Roda KA (Rancangan Sistem Saluran dan
Penambah)
Perancancangan untuk proses pengecoran logam disini adalah untuk merancang
sistem saluran dan penambah Sistem saluran berupa cawan tuang saluran
24
Laporan Akhir Roda Kerefa Api
terak dan saluran masuk berfungsi untuk mengalirkan cairan logam dari ladel ke
cetakan Penambah berfungsi untuk menghindari cacat susut akibat penyusutan
saat logam cair membeku Penyusutan yang terjadi dialihkan ke penambah
sehingga benda akan tetap masif Untuk mengetahui posisi dan ukuran
penambah dapat dilakukan analisis menggunakan software solidcast dan
magmasoft Software analisis pembekuan dapat menganal isis susut cor yang
terjadi pada benda sehingga penempatan penambah lebih efisien Dengan
simulasi maka hasil rancangan lebih efisien karena tidak perlu melakukan
percobaan menggunakan cairan logam sesungguhnya
Proses simulasi dilakukan seperti yang diuraikan berikut ini
Simulasi Pengecoran
bull bull _ bullbull bullbull1 hoyr
11 _t I 4~_ - - JIII J3 JI - II ~ ~ oshy~
__ __ _ ___ ___ _____ _________ _ ----1
Gambar 516 Rancangan Penambah pada Model Roda KA
Gambar 516 menunjukkan disain pengecoran untuk penempatan penambah
yang digunakan Disain menggunakan 3 buah riser Pada riser tengah diberikan
pading (tambahan masa) dan chill untuk pembentukanpembekuan terarah
25
Laporan Akhir Roda Kereta Api
f7(c (
1 ) ~te
MJr C unlty middot
j~ 10 f- -
r ~~
Imiddotmiddot Gambar 517 Proses Pengisian Logam Cair
Gambar 517 menunjukkan proses pengisian logam cair Logam cair dimasukkan
langsung dari salah satu penambah
- ~ amp il-~ -~ A middotlImiddot
rs ~ ~
III
Gambar 518 Feeding Zone Berakhir pada Penambah
Gambar 518 menunjukkan modulus thermal dengan desain 3 riser telah terjadi
dengan sempurna Dengan desain ini telah terjadi 3 feeding zone yang ketiganya
berakhir pada masing-masing riser
26
---
Iaporan Akhir Roda Kerela Api
JI -+ J J ~ r- shy shy
ltI
bullbull -t bullampI
Ii
I -
Gambar 519 Fraction Solid pada Menit Ke-7
Analisa proses pembekuan dilakukan dengan mengamati fraction solid pada
setiap menit selama proses pembekuan Gambar 519 menunjukkan fraction
solid pada menit ke-7 Pada menit ke-7 feeding zone telah terbagi menjadi 2
daerah Pada tahap ini riser telah berfungsi optimal
Gambar 520 Fraction Solid pada MeDit ke-ll
Gambar 520 menunjukkan fraction solid pada menit ke-11 Pada saat tersebut
fraction solid telah menuju ke daerah riser seluruhnya Directional solidification
telah lebih dominan dari progressive solidification Directional solidification
adalah pembekuan dimulai dari daerah terjauh menuju riser Progressive
27
Larcm Akhir Roda Kerela Api
solidification adalah pembekuan dimulai dari ketebalan dinding casting ke bag ian
tengah (memotong pembekuan directional)
Gambar 521 Final Solidification - Shrinkage only at Riser
Gambar521 menunjukkan hasil akhir dari proses pembekuan Shrinkage
porosity terjadi pada daerah riser yaitu berada di luar produk Disain telah
mencukupi untuk kriteria sound casting
Proses Produksi Coran Roda KA
Pembuatan Pola
Gambar 522 Pola Roda KA
28
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Pembuatan Cetakan dan Inti
Gambar 523 Penempatan Pola Dalam Rangka Cetak dan Pemberian Pasir
Gambar 523 menunjukkan penempatan pola pada rangka cetak Rangka cetak
yang digunakan berbentuk bulat untuk menghemat area pasir cetak Pasir cetak
digunakan adalah jenis greensand Greensand merupakan campuran pasir
kuarsa dan bentonit ditambah sedikit air menghasilkan campuran pasir cetak
yang dapat membentuk rongga cetak
Gambar 524 Penempatan Penambah
29
Laporan Akh ir Roda Kerela Api
Gambar 525 Pemadatan Pasir Cetak
Gambar 526 Pengangkatan Pola dari Cetakan
Gambar 527 Pemberian Coating Pad a Cetakan dan Assembling Cetakan
30
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Gambar 528 Cetakan Siap Cor
Peleburan
Peleburan bahan atau cairan untuk pengecoran roda KA menggunakan dua
metode Metode 1 menggunakan bahan baku dari baja lain yang tersedia
selanjutnya disebut cor 1 Metode 2 menggunakan bahan baku 100 skrap
roda KA bekas selanjutnya disebut cor 2 Keduanya seharusnya dapat
menghasilkan sifat yang sama oleh karenanya akan dibandingkan hasilnya
kemudian
Bahan Baku Peleburan Menggunakan Baja Lain
Peleburan cairan baja untuk roda KA menggunakan bahan dengan komposisi
setara seperti komposisi Roda KA asli Komposisi kimia dirancang mendekati
komposisi kimia roda KA aslinya agar sifat mekanik dapat didekati Komposisi
Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 0 11987
Peramuan 06 - 07 02 - 03 - - 06 - 08 Max 02 Max 02
TabeJ 54 Komposisi Roda KA
31
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Untuk dapat mencapai komposisi tersebut digunakan bahan dasar sebagai
berikut
Jenis Bahan Komposisi Jumlah
C Si S P Mn Ni Cr () (Kg)
Bahan daur ulang GS20Mn5
025 018 - - 111 025 037 80
Baja Scrap jenis Low Mn 02 02 - - 03 - - 180 Tabel 55 Bahan Dasar
Penggunaan paduan untuk mencapai komposisi yang ditargetkan sebagai
berikut
Jenis Bahan C Si S P Mn Ni Cr Jumlah
() (Kg) 1Carburizer 9984 - - - - - -
FeSi 75 015 75 - - - - - 02 FeMnHC 675 071 - - 7553 - - 18
Tabel56 Komposisi Target
Temperatur pengeluaran dari tanur ke ladel sebesar 1651 0 C Temperatur cor
sebesar 1506 0 C
Gambar 529 Proses Peleburan dan Penuangan Ke Cetakan Roda KA
32
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Gambar 530 Proses Penuangan dan Kondisi Cetakan Setelah Selesai Dicor Penuh
Bahan Baku Peleburan Menggunakan 100 Roda KA Bekas
Peleburan menggunakan bahan baku roda KA bekas 100 dilakukan tanpa
menambahkan paduano Bahan baku digunakan 100 skrap roda KA bekas
Roda KA dipotong terlebih dahulu dengan las acetilene agar dapat masuk
kedalam tanur
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA
Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 011987
Target Komp
06 - 07 02 - 03 - - 06 - 08 Max 02
Max 02
Terjadi 0671 0145 0008 00095 0463 00 15 0107 Tabel57 Komposisi Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan
33
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Komposisi yang terjadi mengalami kekurangan pad a Silisium dan Mangan Hal
ini dikarenakan adanya looses atau bahan baku yang memang memiliki
komposisi yang sudah kurang sebelumnya
Perlakuan Panas
Untuk mendapatkan hasil struktur mikro sesuai dengan roda KA aslinya maka
perlu dilakukan perlakuan panas Proses perlakuan panas yang diberikan adalah
normalising
4
UDARA
Gambar 531 Diagram Perlakuan Panas Normalising Coran Roda KA
Dengan diberikan proses normalising maka struktur mikro coran roda KA
menjadi lebih halus Sifat mekaniknya akan menjadi lebih baik
Proses Pengujian
Pengujian dilakukan terhadap benda cor roda KA Tujuannya adalah untuk
mengetahui kualitas hasil cor apakah coran tersebut bebas cacat dan apakah
coran sudah sesuai dengan tuntutan sifat mekanis roda KA Pembandingnya
adalah sifat mekanik roda KA Asli Dengan demikian dapat dianalisis apakah
roda hasil cor layak digunakan atau tidak
Pemeriksaan Komposisi
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 011987
Cor 1 (bahan baja lain)
0693 0258 0013 0016 0461 0027 0091
Cor 2 (bahan skrap roda KA)
0671 0145 0008 00095 0463 0015 0107
Tabel 58 Komposisi Roda KA Asli dan Hasil Cor
34
Laporan Akhir Roda Kerea Api
Pemeriksaan Metalografi - Struktur Mikro
Gambar 532 Struktur Mikro As-Cast Cor 1 (Bahan Baja Lain)
Gambar 533 Struktur Mikro Hasil Normalising Cor 1 (Bahan Baja Lain)
35
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Pengujian Kekerasan
Pengecoran Bagian Hardness 1 2 3 Ratashyrata
Setara
Cor 1 Body HRC 25 27 28 267 265 HB Cor2 Body HRC 27 29 20 253 256 HB
Tabel59 Uji Keras Roda KA As-Cast
Nilai kekerasan bahan roda KA hasil cor 1 adalah 26 7 HRC setara dengan 265
HB dan hasil cor 2 adalah 253 HRC setara dengan 256 HB Kekerasan hampir
sama untuk semua bagian casting karena belum dilakukan perlakuan panas
lanjut atau perlakuan panas permukaan pad a bagian telapak Kekerasan casting
mendekati kekerasan roda KA Asli yaitu 231 HB
Ultrasonik
Pengujian ultrasonik dilakukan untuk mendeteksi cacat pada bagian tengah
coran Bagian yang diperiksa adalah bagian bawah penambah
Gam bar 534 Uji Ultrasonik Roda Cor 1
Hasil pengujian belum diperoleh karena back wall signal tidak terdeteksi
Kemungkinan karena butir hasil cor masih kasar sehingga sinyal ultrasonik jadi
terpencar dan tidak kembali ke probe detector Coran akan diberikan perlakuan
panas normalising terlebih dahulu untuk memperhalus butirnya
36
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Die Penetrant
Die penetrant dilakukan untuk mendeteksi susut cor pada bagian bawah
penambah Coran dipotong melintang tepat dibawah penambah
Gambar 54 Pemeriksaan Cacat Roda Cor 1 Dengan Die Penetrant
Hasil pemeriksaan menunjukkan terdapat sedikit retak pada bagian pinggir
caran o Retakan yang muncul bisa diakibatkan akibat proses pemotongan
menggunakan gerinda dan dilakukan pemukulan Bagian tengah tidak terdapat
cacat susut yang terjadi Dapat disimpulkan bahwa susut coran tidak terjadi pada
benda
37
Laparan Akhir Rada Kerela Api
6 Kesimpulan dan Saran
Dari hasil clading yang dilakukan pada sample roda didapat suatu kesimpulan bahwa semakin panas temperatur sample roda maka terjadi proses difusi yang sangat baik hal ini seperti fenomena yang terjadi pada suatu pengelasan dimana pada logam induk dan logam cair terdapat daerah yang terpengaruh panas sehingga terjadi suatu proses difusi
Dari hasil pengecoran yang dilakukan terhadap pembuatan roda kereta api ukuran 100 kg didapat bahwa proses pengecoran yang memakai bah an baku scrap roda kereta api dapat dilakukan oleh industri dalam negeri dengan memanfaatkan scrap roda kereta api yang ada ditambah sedikit pemaduan (alloying)
Dari kegiatan yang sudah kami lakukan selama 10 bulan ini serta dari data serta infra struktur yang dimiliki oleh industri di dalam negeri maka kami menyarankan agar kegiatan rehabilitasi terhadap roda kereta api dapat dilanjutkan di tahun 2011 yaitu dengan melakukan pengecoran terhadap scrap roda kereta api menjadi Roda Kereta Api baru dengan memanfaatkan kemampuan industri pengecoran di dalam negeri dimana untuk untuk pengecoran ini kemampuan peralatan industri yang ada sudah memadai
38
Laparan Akhir Rada Kere la Api
Simulasi Pelapisan Logam Cair
bull Pembuatan Model Sampel Padatan
Gambar 52 Model Sampel
I Gambar 53 Model Simulasi
Model sam pel dan susunan dalam simulasi seperti yang digambarkan diatas
bull Parameter Simulasi
bull Bahan sam pel Carbon Steel
bull Logam cair Carbon Steel
bull Temperatur awal sampel 500 0 C 700 0 C dan 9000 C
bull Temperatur cor
bull Waktu pengisian 18 seconds
bull Jenis cetakan Silica dry sand
o Dimensi 130mm x 130mm
o Tebal10mm
o Berat 1400 gr
bull Kondisi batas
17
____________________
L(paran Akhir Rada Kereta Api
o Tebal sam pel 8 - 12 mm
o Berat sampel 14 kg
o Observed at 2 seconds after filling process completed -7 [at
highest temp of sample]
o Observed at 0 - O5mm depth from the sample surface
bull Simulasi Pelapisan Cairan
Temp [0 C]
-7 shy
-
Sample 900deg --
~8QQo
L _ _-- cmiddot 7QOltYC middot ~
-
T Sol 1395degC
1 2 13 14 15 16 ti me [5l Gambar 54 Diagram perubahan temperatur pada sam pel
-Ill middot IM e 9
f - -_ ~ - -~~ Lshy
I ~H ~ a 10bulln I l U I ~
~
G tmiddot_- -_ ~- - _ti=_~
Gambar 55 Temperatur sampel 7000 C - 9 Detik dan 18 Detik
18
Lparan Akhir Rada Kerela Api
-
-
-
3 -~ - Gambar 56 Temperatur sampel 9000 C - 9 Detik dan 18 Detik
Pada Gambar 56 warna merah menunjukkan bagian sampel telah memiliki
temperatur diatas solidus Dapat disimpulkan bahwa pada bagian merah terjadi
proses penyatuan permukaan sampel dengan cairan
Eksperimen Pelapisan
Berbekal data hasil simulasi maka dapat dilakukan proses eksperimen Proses
eksperimen akan dilakukan pad a sampel sederhana berbentuk kotak Langkah
yang dilakukan sebagai berikut
bull Pembuatan Sampel
Sampel padat dibuat dari bahan roda KA yang bekas pakai dipotong berbentuk
sampel kotak
Gambar 57 Sampel Padat
bull Pembuatan Cetakan
Sampel diletakkan di dalam cetakan dengan dilengkapi pemanas Pada bagian
atas sampel diberi rongga cor untuk mengalirkan cairan yang akan dilapiskan
19
Laporan Akhir Roda Kereta Api
Gambar 58 Pembuatan cetakan
Gambar 59 Assembling cetakan
bull Pemanasan Sam pel Dalam Cetakan
Sebelum dicor dengan material cair sam pel dipanaskan terlebih dahulu
Pemanasan dibuat tiga variasi untuk tiga buah sam pel yaitu 500 degc 700 degc dan
900 degc
Gambar 510 Pemanasan Sam pel Dalam Cetakan
20
Loporan Akhlr Roda Kerelo Api
Proses Peleburan dan Penuangan Cairan Pelapisan
Bahan yang digunakan untuk melapis adalah logam sejenis dengan komposisi
yang sama dengan logam pada roda kereta api
Gambar 511 Peleburan dan Penuangan
Pengujian Hasil As-Cast Sam pel 500 0 C
Analisis dilakukan dengan pengamatan sambungan melalui pemeriksaan foto
makro metalografi dan kekerasan
Tabel 52 Komposisi Kimia Material Cor
Pengamatan Makro Sampel
Gambar 512 HasH Cor dan posisi pemotongan
21
Laporan -1khir Roda Kerela Api
Gambar 513 Pengamatan Makro potongan sampeJ
Gambar 513 menunjukkan potongan 1 lepas ikatannya karena daerah tersebut
relatif lebih besar masanya dan temperaturnya lebih rendah sesuai dengan hasil
simulasi Potongan 2 dan 3 pada interface masih nampak daerah kosong atau
terisi inklusi
22
Laparan Aklllr Rada Kerela Api
bull Pengamatan Struktur Mikro
Gambar 514 Interface Struktur Mikro
Material cor terlihat lebih kasar Masih nampak ada inklusi oksida di interface
Ada bag ian interface terlihat bersatu dapat disimpulkan terjadi metallugical
bonding Pada interface tersambung terlihat struktur mikro mengalami penyatuan
dengan batas struktur feritik Metallurgical bonding terjadi namun masih
terkendala adanya inklusi akibat oksidasi
23
Laparan Aklllr Rada Kerela Api
bull Uji Kekerasan Mikro
Gambar 5 15 Lokasi Pengujian
Tabel 53 Hasil Pengujian
No
Posisi
Kekerasan
(VHN)
Setara
(HB)
1 265 252
2 263 250
3 209 209
4 243 231
PROSES PENGECORAN Proses Perancangan
Perancangan Pembuatan PolaPattern Roda KA
Dari gambar teknik kemudian dapat dirancang ukuran untuk pembuatan pola
Dalam pembuatan pola harus dipertimbangkan penambahan ukuran untuk
kompensasi penyusutan padat dan tambahan ukuran untuk pengerjaan
pemesinan
Perancangan Proses Pengecoran Roda KA (Rancangan Sistem Saluran dan
Penambah)
Perancancangan untuk proses pengecoran logam disini adalah untuk merancang
sistem saluran dan penambah Sistem saluran berupa cawan tuang saluran
24
Laporan Akhir Roda Kerefa Api
terak dan saluran masuk berfungsi untuk mengalirkan cairan logam dari ladel ke
cetakan Penambah berfungsi untuk menghindari cacat susut akibat penyusutan
saat logam cair membeku Penyusutan yang terjadi dialihkan ke penambah
sehingga benda akan tetap masif Untuk mengetahui posisi dan ukuran
penambah dapat dilakukan analisis menggunakan software solidcast dan
magmasoft Software analisis pembekuan dapat menganal isis susut cor yang
terjadi pada benda sehingga penempatan penambah lebih efisien Dengan
simulasi maka hasil rancangan lebih efisien karena tidak perlu melakukan
percobaan menggunakan cairan logam sesungguhnya
Proses simulasi dilakukan seperti yang diuraikan berikut ini
Simulasi Pengecoran
bull bull _ bullbull bullbull1 hoyr
11 _t I 4~_ - - JIII J3 JI - II ~ ~ oshy~
__ __ _ ___ ___ _____ _________ _ ----1
Gambar 516 Rancangan Penambah pada Model Roda KA
Gambar 516 menunjukkan disain pengecoran untuk penempatan penambah
yang digunakan Disain menggunakan 3 buah riser Pada riser tengah diberikan
pading (tambahan masa) dan chill untuk pembentukanpembekuan terarah
25
Laporan Akhir Roda Kereta Api
f7(c (
1 ) ~te
MJr C unlty middot
j~ 10 f- -
r ~~
Imiddotmiddot Gambar 517 Proses Pengisian Logam Cair
Gambar 517 menunjukkan proses pengisian logam cair Logam cair dimasukkan
langsung dari salah satu penambah
- ~ amp il-~ -~ A middotlImiddot
rs ~ ~
III
Gambar 518 Feeding Zone Berakhir pada Penambah
Gambar 518 menunjukkan modulus thermal dengan desain 3 riser telah terjadi
dengan sempurna Dengan desain ini telah terjadi 3 feeding zone yang ketiganya
berakhir pada masing-masing riser
26
---
Iaporan Akhir Roda Kerela Api
JI -+ J J ~ r- shy shy
ltI
bullbull -t bullampI
Ii
I -
Gambar 519 Fraction Solid pada Menit Ke-7
Analisa proses pembekuan dilakukan dengan mengamati fraction solid pada
setiap menit selama proses pembekuan Gambar 519 menunjukkan fraction
solid pada menit ke-7 Pada menit ke-7 feeding zone telah terbagi menjadi 2
daerah Pada tahap ini riser telah berfungsi optimal
Gambar 520 Fraction Solid pada MeDit ke-ll
Gambar 520 menunjukkan fraction solid pada menit ke-11 Pada saat tersebut
fraction solid telah menuju ke daerah riser seluruhnya Directional solidification
telah lebih dominan dari progressive solidification Directional solidification
adalah pembekuan dimulai dari daerah terjauh menuju riser Progressive
27
Larcm Akhir Roda Kerela Api
solidification adalah pembekuan dimulai dari ketebalan dinding casting ke bag ian
tengah (memotong pembekuan directional)
Gambar 521 Final Solidification - Shrinkage only at Riser
Gambar521 menunjukkan hasil akhir dari proses pembekuan Shrinkage
porosity terjadi pada daerah riser yaitu berada di luar produk Disain telah
mencukupi untuk kriteria sound casting
Proses Produksi Coran Roda KA
Pembuatan Pola
Gambar 522 Pola Roda KA
28
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Pembuatan Cetakan dan Inti
Gambar 523 Penempatan Pola Dalam Rangka Cetak dan Pemberian Pasir
Gambar 523 menunjukkan penempatan pola pada rangka cetak Rangka cetak
yang digunakan berbentuk bulat untuk menghemat area pasir cetak Pasir cetak
digunakan adalah jenis greensand Greensand merupakan campuran pasir
kuarsa dan bentonit ditambah sedikit air menghasilkan campuran pasir cetak
yang dapat membentuk rongga cetak
Gambar 524 Penempatan Penambah
29
Laporan Akh ir Roda Kerela Api
Gambar 525 Pemadatan Pasir Cetak
Gambar 526 Pengangkatan Pola dari Cetakan
Gambar 527 Pemberian Coating Pad a Cetakan dan Assembling Cetakan
30
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Gambar 528 Cetakan Siap Cor
Peleburan
Peleburan bahan atau cairan untuk pengecoran roda KA menggunakan dua
metode Metode 1 menggunakan bahan baku dari baja lain yang tersedia
selanjutnya disebut cor 1 Metode 2 menggunakan bahan baku 100 skrap
roda KA bekas selanjutnya disebut cor 2 Keduanya seharusnya dapat
menghasilkan sifat yang sama oleh karenanya akan dibandingkan hasilnya
kemudian
Bahan Baku Peleburan Menggunakan Baja Lain
Peleburan cairan baja untuk roda KA menggunakan bahan dengan komposisi
setara seperti komposisi Roda KA asli Komposisi kimia dirancang mendekati
komposisi kimia roda KA aslinya agar sifat mekanik dapat didekati Komposisi
Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 0 11987
Peramuan 06 - 07 02 - 03 - - 06 - 08 Max 02 Max 02
TabeJ 54 Komposisi Roda KA
31
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Untuk dapat mencapai komposisi tersebut digunakan bahan dasar sebagai
berikut
Jenis Bahan Komposisi Jumlah
C Si S P Mn Ni Cr () (Kg)
Bahan daur ulang GS20Mn5
025 018 - - 111 025 037 80
Baja Scrap jenis Low Mn 02 02 - - 03 - - 180 Tabel 55 Bahan Dasar
Penggunaan paduan untuk mencapai komposisi yang ditargetkan sebagai
berikut
Jenis Bahan C Si S P Mn Ni Cr Jumlah
() (Kg) 1Carburizer 9984 - - - - - -
FeSi 75 015 75 - - - - - 02 FeMnHC 675 071 - - 7553 - - 18
Tabel56 Komposisi Target
Temperatur pengeluaran dari tanur ke ladel sebesar 1651 0 C Temperatur cor
sebesar 1506 0 C
Gambar 529 Proses Peleburan dan Penuangan Ke Cetakan Roda KA
32
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Gambar 530 Proses Penuangan dan Kondisi Cetakan Setelah Selesai Dicor Penuh
Bahan Baku Peleburan Menggunakan 100 Roda KA Bekas
Peleburan menggunakan bahan baku roda KA bekas 100 dilakukan tanpa
menambahkan paduano Bahan baku digunakan 100 skrap roda KA bekas
Roda KA dipotong terlebih dahulu dengan las acetilene agar dapat masuk
kedalam tanur
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA
Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 011987
Target Komp
06 - 07 02 - 03 - - 06 - 08 Max 02
Max 02
Terjadi 0671 0145 0008 00095 0463 00 15 0107 Tabel57 Komposisi Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan
33
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Komposisi yang terjadi mengalami kekurangan pad a Silisium dan Mangan Hal
ini dikarenakan adanya looses atau bahan baku yang memang memiliki
komposisi yang sudah kurang sebelumnya
Perlakuan Panas
Untuk mendapatkan hasil struktur mikro sesuai dengan roda KA aslinya maka
perlu dilakukan perlakuan panas Proses perlakuan panas yang diberikan adalah
normalising
4
UDARA
Gambar 531 Diagram Perlakuan Panas Normalising Coran Roda KA
Dengan diberikan proses normalising maka struktur mikro coran roda KA
menjadi lebih halus Sifat mekaniknya akan menjadi lebih baik
Proses Pengujian
Pengujian dilakukan terhadap benda cor roda KA Tujuannya adalah untuk
mengetahui kualitas hasil cor apakah coran tersebut bebas cacat dan apakah
coran sudah sesuai dengan tuntutan sifat mekanis roda KA Pembandingnya
adalah sifat mekanik roda KA Asli Dengan demikian dapat dianalisis apakah
roda hasil cor layak digunakan atau tidak
Pemeriksaan Komposisi
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 011987
Cor 1 (bahan baja lain)
0693 0258 0013 0016 0461 0027 0091
Cor 2 (bahan skrap roda KA)
0671 0145 0008 00095 0463 0015 0107
Tabel 58 Komposisi Roda KA Asli dan Hasil Cor
34
Laporan Akhir Roda Kerea Api
Pemeriksaan Metalografi - Struktur Mikro
Gambar 532 Struktur Mikro As-Cast Cor 1 (Bahan Baja Lain)
Gambar 533 Struktur Mikro Hasil Normalising Cor 1 (Bahan Baja Lain)
35
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Pengujian Kekerasan
Pengecoran Bagian Hardness 1 2 3 Ratashyrata
Setara
Cor 1 Body HRC 25 27 28 267 265 HB Cor2 Body HRC 27 29 20 253 256 HB
Tabel59 Uji Keras Roda KA As-Cast
Nilai kekerasan bahan roda KA hasil cor 1 adalah 26 7 HRC setara dengan 265
HB dan hasil cor 2 adalah 253 HRC setara dengan 256 HB Kekerasan hampir
sama untuk semua bagian casting karena belum dilakukan perlakuan panas
lanjut atau perlakuan panas permukaan pad a bagian telapak Kekerasan casting
mendekati kekerasan roda KA Asli yaitu 231 HB
Ultrasonik
Pengujian ultrasonik dilakukan untuk mendeteksi cacat pada bagian tengah
coran Bagian yang diperiksa adalah bagian bawah penambah
Gam bar 534 Uji Ultrasonik Roda Cor 1
Hasil pengujian belum diperoleh karena back wall signal tidak terdeteksi
Kemungkinan karena butir hasil cor masih kasar sehingga sinyal ultrasonik jadi
terpencar dan tidak kembali ke probe detector Coran akan diberikan perlakuan
panas normalising terlebih dahulu untuk memperhalus butirnya
36
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Die Penetrant
Die penetrant dilakukan untuk mendeteksi susut cor pada bagian bawah
penambah Coran dipotong melintang tepat dibawah penambah
Gambar 54 Pemeriksaan Cacat Roda Cor 1 Dengan Die Penetrant
Hasil pemeriksaan menunjukkan terdapat sedikit retak pada bagian pinggir
caran o Retakan yang muncul bisa diakibatkan akibat proses pemotongan
menggunakan gerinda dan dilakukan pemukulan Bagian tengah tidak terdapat
cacat susut yang terjadi Dapat disimpulkan bahwa susut coran tidak terjadi pada
benda
37
Laparan Akhir Rada Kerela Api
6 Kesimpulan dan Saran
Dari hasil clading yang dilakukan pada sample roda didapat suatu kesimpulan bahwa semakin panas temperatur sample roda maka terjadi proses difusi yang sangat baik hal ini seperti fenomena yang terjadi pada suatu pengelasan dimana pada logam induk dan logam cair terdapat daerah yang terpengaruh panas sehingga terjadi suatu proses difusi
Dari hasil pengecoran yang dilakukan terhadap pembuatan roda kereta api ukuran 100 kg didapat bahwa proses pengecoran yang memakai bah an baku scrap roda kereta api dapat dilakukan oleh industri dalam negeri dengan memanfaatkan scrap roda kereta api yang ada ditambah sedikit pemaduan (alloying)
Dari kegiatan yang sudah kami lakukan selama 10 bulan ini serta dari data serta infra struktur yang dimiliki oleh industri di dalam negeri maka kami menyarankan agar kegiatan rehabilitasi terhadap roda kereta api dapat dilanjutkan di tahun 2011 yaitu dengan melakukan pengecoran terhadap scrap roda kereta api menjadi Roda Kereta Api baru dengan memanfaatkan kemampuan industri pengecoran di dalam negeri dimana untuk untuk pengecoran ini kemampuan peralatan industri yang ada sudah memadai
38
____________________
L(paran Akhir Rada Kereta Api
o Tebal sam pel 8 - 12 mm
o Berat sampel 14 kg
o Observed at 2 seconds after filling process completed -7 [at
highest temp of sample]
o Observed at 0 - O5mm depth from the sample surface
bull Simulasi Pelapisan Cairan
Temp [0 C]
-7 shy
-
Sample 900deg --
~8QQo
L _ _-- cmiddot 7QOltYC middot ~
-
T Sol 1395degC
1 2 13 14 15 16 ti me [5l Gambar 54 Diagram perubahan temperatur pada sam pel
-Ill middot IM e 9
f - -_ ~ - -~~ Lshy
I ~H ~ a 10bulln I l U I ~
~
G tmiddot_- -_ ~- - _ti=_~
Gambar 55 Temperatur sampel 7000 C - 9 Detik dan 18 Detik
18
Lparan Akhir Rada Kerela Api
-
-
-
3 -~ - Gambar 56 Temperatur sampel 9000 C - 9 Detik dan 18 Detik
Pada Gambar 56 warna merah menunjukkan bagian sampel telah memiliki
temperatur diatas solidus Dapat disimpulkan bahwa pada bagian merah terjadi
proses penyatuan permukaan sampel dengan cairan
Eksperimen Pelapisan
Berbekal data hasil simulasi maka dapat dilakukan proses eksperimen Proses
eksperimen akan dilakukan pad a sampel sederhana berbentuk kotak Langkah
yang dilakukan sebagai berikut
bull Pembuatan Sampel
Sampel padat dibuat dari bahan roda KA yang bekas pakai dipotong berbentuk
sampel kotak
Gambar 57 Sampel Padat
bull Pembuatan Cetakan
Sampel diletakkan di dalam cetakan dengan dilengkapi pemanas Pada bagian
atas sampel diberi rongga cor untuk mengalirkan cairan yang akan dilapiskan
19
Laporan Akhir Roda Kereta Api
Gambar 58 Pembuatan cetakan
Gambar 59 Assembling cetakan
bull Pemanasan Sam pel Dalam Cetakan
Sebelum dicor dengan material cair sam pel dipanaskan terlebih dahulu
Pemanasan dibuat tiga variasi untuk tiga buah sam pel yaitu 500 degc 700 degc dan
900 degc
Gambar 510 Pemanasan Sam pel Dalam Cetakan
20
Loporan Akhlr Roda Kerelo Api
Proses Peleburan dan Penuangan Cairan Pelapisan
Bahan yang digunakan untuk melapis adalah logam sejenis dengan komposisi
yang sama dengan logam pada roda kereta api
Gambar 511 Peleburan dan Penuangan
Pengujian Hasil As-Cast Sam pel 500 0 C
Analisis dilakukan dengan pengamatan sambungan melalui pemeriksaan foto
makro metalografi dan kekerasan
Tabel 52 Komposisi Kimia Material Cor
Pengamatan Makro Sampel
Gambar 512 HasH Cor dan posisi pemotongan
21
Laporan -1khir Roda Kerela Api
Gambar 513 Pengamatan Makro potongan sampeJ
Gambar 513 menunjukkan potongan 1 lepas ikatannya karena daerah tersebut
relatif lebih besar masanya dan temperaturnya lebih rendah sesuai dengan hasil
simulasi Potongan 2 dan 3 pada interface masih nampak daerah kosong atau
terisi inklusi
22
Laparan Aklllr Rada Kerela Api
bull Pengamatan Struktur Mikro
Gambar 514 Interface Struktur Mikro
Material cor terlihat lebih kasar Masih nampak ada inklusi oksida di interface
Ada bag ian interface terlihat bersatu dapat disimpulkan terjadi metallugical
bonding Pada interface tersambung terlihat struktur mikro mengalami penyatuan
dengan batas struktur feritik Metallurgical bonding terjadi namun masih
terkendala adanya inklusi akibat oksidasi
23
Laparan Aklllr Rada Kerela Api
bull Uji Kekerasan Mikro
Gambar 5 15 Lokasi Pengujian
Tabel 53 Hasil Pengujian
No
Posisi
Kekerasan
(VHN)
Setara
(HB)
1 265 252
2 263 250
3 209 209
4 243 231
PROSES PENGECORAN Proses Perancangan
Perancangan Pembuatan PolaPattern Roda KA
Dari gambar teknik kemudian dapat dirancang ukuran untuk pembuatan pola
Dalam pembuatan pola harus dipertimbangkan penambahan ukuran untuk
kompensasi penyusutan padat dan tambahan ukuran untuk pengerjaan
pemesinan
Perancangan Proses Pengecoran Roda KA (Rancangan Sistem Saluran dan
Penambah)
Perancancangan untuk proses pengecoran logam disini adalah untuk merancang
sistem saluran dan penambah Sistem saluran berupa cawan tuang saluran
24
Laporan Akhir Roda Kerefa Api
terak dan saluran masuk berfungsi untuk mengalirkan cairan logam dari ladel ke
cetakan Penambah berfungsi untuk menghindari cacat susut akibat penyusutan
saat logam cair membeku Penyusutan yang terjadi dialihkan ke penambah
sehingga benda akan tetap masif Untuk mengetahui posisi dan ukuran
penambah dapat dilakukan analisis menggunakan software solidcast dan
magmasoft Software analisis pembekuan dapat menganal isis susut cor yang
terjadi pada benda sehingga penempatan penambah lebih efisien Dengan
simulasi maka hasil rancangan lebih efisien karena tidak perlu melakukan
percobaan menggunakan cairan logam sesungguhnya
Proses simulasi dilakukan seperti yang diuraikan berikut ini
Simulasi Pengecoran
bull bull _ bullbull bullbull1 hoyr
11 _t I 4~_ - - JIII J3 JI - II ~ ~ oshy~
__ __ _ ___ ___ _____ _________ _ ----1
Gambar 516 Rancangan Penambah pada Model Roda KA
Gambar 516 menunjukkan disain pengecoran untuk penempatan penambah
yang digunakan Disain menggunakan 3 buah riser Pada riser tengah diberikan
pading (tambahan masa) dan chill untuk pembentukanpembekuan terarah
25
Laporan Akhir Roda Kereta Api
f7(c (
1 ) ~te
MJr C unlty middot
j~ 10 f- -
r ~~
Imiddotmiddot Gambar 517 Proses Pengisian Logam Cair
Gambar 517 menunjukkan proses pengisian logam cair Logam cair dimasukkan
langsung dari salah satu penambah
- ~ amp il-~ -~ A middotlImiddot
rs ~ ~
III
Gambar 518 Feeding Zone Berakhir pada Penambah
Gambar 518 menunjukkan modulus thermal dengan desain 3 riser telah terjadi
dengan sempurna Dengan desain ini telah terjadi 3 feeding zone yang ketiganya
berakhir pada masing-masing riser
26
---
Iaporan Akhir Roda Kerela Api
JI -+ J J ~ r- shy shy
ltI
bullbull -t bullampI
Ii
I -
Gambar 519 Fraction Solid pada Menit Ke-7
Analisa proses pembekuan dilakukan dengan mengamati fraction solid pada
setiap menit selama proses pembekuan Gambar 519 menunjukkan fraction
solid pada menit ke-7 Pada menit ke-7 feeding zone telah terbagi menjadi 2
daerah Pada tahap ini riser telah berfungsi optimal
Gambar 520 Fraction Solid pada MeDit ke-ll
Gambar 520 menunjukkan fraction solid pada menit ke-11 Pada saat tersebut
fraction solid telah menuju ke daerah riser seluruhnya Directional solidification
telah lebih dominan dari progressive solidification Directional solidification
adalah pembekuan dimulai dari daerah terjauh menuju riser Progressive
27
Larcm Akhir Roda Kerela Api
solidification adalah pembekuan dimulai dari ketebalan dinding casting ke bag ian
tengah (memotong pembekuan directional)
Gambar 521 Final Solidification - Shrinkage only at Riser
Gambar521 menunjukkan hasil akhir dari proses pembekuan Shrinkage
porosity terjadi pada daerah riser yaitu berada di luar produk Disain telah
mencukupi untuk kriteria sound casting
Proses Produksi Coran Roda KA
Pembuatan Pola
Gambar 522 Pola Roda KA
28
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Pembuatan Cetakan dan Inti
Gambar 523 Penempatan Pola Dalam Rangka Cetak dan Pemberian Pasir
Gambar 523 menunjukkan penempatan pola pada rangka cetak Rangka cetak
yang digunakan berbentuk bulat untuk menghemat area pasir cetak Pasir cetak
digunakan adalah jenis greensand Greensand merupakan campuran pasir
kuarsa dan bentonit ditambah sedikit air menghasilkan campuran pasir cetak
yang dapat membentuk rongga cetak
Gambar 524 Penempatan Penambah
29
Laporan Akh ir Roda Kerela Api
Gambar 525 Pemadatan Pasir Cetak
Gambar 526 Pengangkatan Pola dari Cetakan
Gambar 527 Pemberian Coating Pad a Cetakan dan Assembling Cetakan
30
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Gambar 528 Cetakan Siap Cor
Peleburan
Peleburan bahan atau cairan untuk pengecoran roda KA menggunakan dua
metode Metode 1 menggunakan bahan baku dari baja lain yang tersedia
selanjutnya disebut cor 1 Metode 2 menggunakan bahan baku 100 skrap
roda KA bekas selanjutnya disebut cor 2 Keduanya seharusnya dapat
menghasilkan sifat yang sama oleh karenanya akan dibandingkan hasilnya
kemudian
Bahan Baku Peleburan Menggunakan Baja Lain
Peleburan cairan baja untuk roda KA menggunakan bahan dengan komposisi
setara seperti komposisi Roda KA asli Komposisi kimia dirancang mendekati
komposisi kimia roda KA aslinya agar sifat mekanik dapat didekati Komposisi
Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 0 11987
Peramuan 06 - 07 02 - 03 - - 06 - 08 Max 02 Max 02
TabeJ 54 Komposisi Roda KA
31
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Untuk dapat mencapai komposisi tersebut digunakan bahan dasar sebagai
berikut
Jenis Bahan Komposisi Jumlah
C Si S P Mn Ni Cr () (Kg)
Bahan daur ulang GS20Mn5
025 018 - - 111 025 037 80
Baja Scrap jenis Low Mn 02 02 - - 03 - - 180 Tabel 55 Bahan Dasar
Penggunaan paduan untuk mencapai komposisi yang ditargetkan sebagai
berikut
Jenis Bahan C Si S P Mn Ni Cr Jumlah
() (Kg) 1Carburizer 9984 - - - - - -
FeSi 75 015 75 - - - - - 02 FeMnHC 675 071 - - 7553 - - 18
Tabel56 Komposisi Target
Temperatur pengeluaran dari tanur ke ladel sebesar 1651 0 C Temperatur cor
sebesar 1506 0 C
Gambar 529 Proses Peleburan dan Penuangan Ke Cetakan Roda KA
32
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Gambar 530 Proses Penuangan dan Kondisi Cetakan Setelah Selesai Dicor Penuh
Bahan Baku Peleburan Menggunakan 100 Roda KA Bekas
Peleburan menggunakan bahan baku roda KA bekas 100 dilakukan tanpa
menambahkan paduano Bahan baku digunakan 100 skrap roda KA bekas
Roda KA dipotong terlebih dahulu dengan las acetilene agar dapat masuk
kedalam tanur
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA
Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 011987
Target Komp
06 - 07 02 - 03 - - 06 - 08 Max 02
Max 02
Terjadi 0671 0145 0008 00095 0463 00 15 0107 Tabel57 Komposisi Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan
33
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Komposisi yang terjadi mengalami kekurangan pad a Silisium dan Mangan Hal
ini dikarenakan adanya looses atau bahan baku yang memang memiliki
komposisi yang sudah kurang sebelumnya
Perlakuan Panas
Untuk mendapatkan hasil struktur mikro sesuai dengan roda KA aslinya maka
perlu dilakukan perlakuan panas Proses perlakuan panas yang diberikan adalah
normalising
4
UDARA
Gambar 531 Diagram Perlakuan Panas Normalising Coran Roda KA
Dengan diberikan proses normalising maka struktur mikro coran roda KA
menjadi lebih halus Sifat mekaniknya akan menjadi lebih baik
Proses Pengujian
Pengujian dilakukan terhadap benda cor roda KA Tujuannya adalah untuk
mengetahui kualitas hasil cor apakah coran tersebut bebas cacat dan apakah
coran sudah sesuai dengan tuntutan sifat mekanis roda KA Pembandingnya
adalah sifat mekanik roda KA Asli Dengan demikian dapat dianalisis apakah
roda hasil cor layak digunakan atau tidak
Pemeriksaan Komposisi
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 011987
Cor 1 (bahan baja lain)
0693 0258 0013 0016 0461 0027 0091
Cor 2 (bahan skrap roda KA)
0671 0145 0008 00095 0463 0015 0107
Tabel 58 Komposisi Roda KA Asli dan Hasil Cor
34
Laporan Akhir Roda Kerea Api
Pemeriksaan Metalografi - Struktur Mikro
Gambar 532 Struktur Mikro As-Cast Cor 1 (Bahan Baja Lain)
Gambar 533 Struktur Mikro Hasil Normalising Cor 1 (Bahan Baja Lain)
35
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Pengujian Kekerasan
Pengecoran Bagian Hardness 1 2 3 Ratashyrata
Setara
Cor 1 Body HRC 25 27 28 267 265 HB Cor2 Body HRC 27 29 20 253 256 HB
Tabel59 Uji Keras Roda KA As-Cast
Nilai kekerasan bahan roda KA hasil cor 1 adalah 26 7 HRC setara dengan 265
HB dan hasil cor 2 adalah 253 HRC setara dengan 256 HB Kekerasan hampir
sama untuk semua bagian casting karena belum dilakukan perlakuan panas
lanjut atau perlakuan panas permukaan pad a bagian telapak Kekerasan casting
mendekati kekerasan roda KA Asli yaitu 231 HB
Ultrasonik
Pengujian ultrasonik dilakukan untuk mendeteksi cacat pada bagian tengah
coran Bagian yang diperiksa adalah bagian bawah penambah
Gam bar 534 Uji Ultrasonik Roda Cor 1
Hasil pengujian belum diperoleh karena back wall signal tidak terdeteksi
Kemungkinan karena butir hasil cor masih kasar sehingga sinyal ultrasonik jadi
terpencar dan tidak kembali ke probe detector Coran akan diberikan perlakuan
panas normalising terlebih dahulu untuk memperhalus butirnya
36
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Die Penetrant
Die penetrant dilakukan untuk mendeteksi susut cor pada bagian bawah
penambah Coran dipotong melintang tepat dibawah penambah
Gambar 54 Pemeriksaan Cacat Roda Cor 1 Dengan Die Penetrant
Hasil pemeriksaan menunjukkan terdapat sedikit retak pada bagian pinggir
caran o Retakan yang muncul bisa diakibatkan akibat proses pemotongan
menggunakan gerinda dan dilakukan pemukulan Bagian tengah tidak terdapat
cacat susut yang terjadi Dapat disimpulkan bahwa susut coran tidak terjadi pada
benda
37
Laparan Akhir Rada Kerela Api
6 Kesimpulan dan Saran
Dari hasil clading yang dilakukan pada sample roda didapat suatu kesimpulan bahwa semakin panas temperatur sample roda maka terjadi proses difusi yang sangat baik hal ini seperti fenomena yang terjadi pada suatu pengelasan dimana pada logam induk dan logam cair terdapat daerah yang terpengaruh panas sehingga terjadi suatu proses difusi
Dari hasil pengecoran yang dilakukan terhadap pembuatan roda kereta api ukuran 100 kg didapat bahwa proses pengecoran yang memakai bah an baku scrap roda kereta api dapat dilakukan oleh industri dalam negeri dengan memanfaatkan scrap roda kereta api yang ada ditambah sedikit pemaduan (alloying)
Dari kegiatan yang sudah kami lakukan selama 10 bulan ini serta dari data serta infra struktur yang dimiliki oleh industri di dalam negeri maka kami menyarankan agar kegiatan rehabilitasi terhadap roda kereta api dapat dilanjutkan di tahun 2011 yaitu dengan melakukan pengecoran terhadap scrap roda kereta api menjadi Roda Kereta Api baru dengan memanfaatkan kemampuan industri pengecoran di dalam negeri dimana untuk untuk pengecoran ini kemampuan peralatan industri yang ada sudah memadai
38
Lparan Akhir Rada Kerela Api
-
-
-
3 -~ - Gambar 56 Temperatur sampel 9000 C - 9 Detik dan 18 Detik
Pada Gambar 56 warna merah menunjukkan bagian sampel telah memiliki
temperatur diatas solidus Dapat disimpulkan bahwa pada bagian merah terjadi
proses penyatuan permukaan sampel dengan cairan
Eksperimen Pelapisan
Berbekal data hasil simulasi maka dapat dilakukan proses eksperimen Proses
eksperimen akan dilakukan pad a sampel sederhana berbentuk kotak Langkah
yang dilakukan sebagai berikut
bull Pembuatan Sampel
Sampel padat dibuat dari bahan roda KA yang bekas pakai dipotong berbentuk
sampel kotak
Gambar 57 Sampel Padat
bull Pembuatan Cetakan
Sampel diletakkan di dalam cetakan dengan dilengkapi pemanas Pada bagian
atas sampel diberi rongga cor untuk mengalirkan cairan yang akan dilapiskan
19
Laporan Akhir Roda Kereta Api
Gambar 58 Pembuatan cetakan
Gambar 59 Assembling cetakan
bull Pemanasan Sam pel Dalam Cetakan
Sebelum dicor dengan material cair sam pel dipanaskan terlebih dahulu
Pemanasan dibuat tiga variasi untuk tiga buah sam pel yaitu 500 degc 700 degc dan
900 degc
Gambar 510 Pemanasan Sam pel Dalam Cetakan
20
Loporan Akhlr Roda Kerelo Api
Proses Peleburan dan Penuangan Cairan Pelapisan
Bahan yang digunakan untuk melapis adalah logam sejenis dengan komposisi
yang sama dengan logam pada roda kereta api
Gambar 511 Peleburan dan Penuangan
Pengujian Hasil As-Cast Sam pel 500 0 C
Analisis dilakukan dengan pengamatan sambungan melalui pemeriksaan foto
makro metalografi dan kekerasan
Tabel 52 Komposisi Kimia Material Cor
Pengamatan Makro Sampel
Gambar 512 HasH Cor dan posisi pemotongan
21
Laporan -1khir Roda Kerela Api
Gambar 513 Pengamatan Makro potongan sampeJ
Gambar 513 menunjukkan potongan 1 lepas ikatannya karena daerah tersebut
relatif lebih besar masanya dan temperaturnya lebih rendah sesuai dengan hasil
simulasi Potongan 2 dan 3 pada interface masih nampak daerah kosong atau
terisi inklusi
22
Laparan Aklllr Rada Kerela Api
bull Pengamatan Struktur Mikro
Gambar 514 Interface Struktur Mikro
Material cor terlihat lebih kasar Masih nampak ada inklusi oksida di interface
Ada bag ian interface terlihat bersatu dapat disimpulkan terjadi metallugical
bonding Pada interface tersambung terlihat struktur mikro mengalami penyatuan
dengan batas struktur feritik Metallurgical bonding terjadi namun masih
terkendala adanya inklusi akibat oksidasi
23
Laparan Aklllr Rada Kerela Api
bull Uji Kekerasan Mikro
Gambar 5 15 Lokasi Pengujian
Tabel 53 Hasil Pengujian
No
Posisi
Kekerasan
(VHN)
Setara
(HB)
1 265 252
2 263 250
3 209 209
4 243 231
PROSES PENGECORAN Proses Perancangan
Perancangan Pembuatan PolaPattern Roda KA
Dari gambar teknik kemudian dapat dirancang ukuran untuk pembuatan pola
Dalam pembuatan pola harus dipertimbangkan penambahan ukuran untuk
kompensasi penyusutan padat dan tambahan ukuran untuk pengerjaan
pemesinan
Perancangan Proses Pengecoran Roda KA (Rancangan Sistem Saluran dan
Penambah)
Perancancangan untuk proses pengecoran logam disini adalah untuk merancang
sistem saluran dan penambah Sistem saluran berupa cawan tuang saluran
24
Laporan Akhir Roda Kerefa Api
terak dan saluran masuk berfungsi untuk mengalirkan cairan logam dari ladel ke
cetakan Penambah berfungsi untuk menghindari cacat susut akibat penyusutan
saat logam cair membeku Penyusutan yang terjadi dialihkan ke penambah
sehingga benda akan tetap masif Untuk mengetahui posisi dan ukuran
penambah dapat dilakukan analisis menggunakan software solidcast dan
magmasoft Software analisis pembekuan dapat menganal isis susut cor yang
terjadi pada benda sehingga penempatan penambah lebih efisien Dengan
simulasi maka hasil rancangan lebih efisien karena tidak perlu melakukan
percobaan menggunakan cairan logam sesungguhnya
Proses simulasi dilakukan seperti yang diuraikan berikut ini
Simulasi Pengecoran
bull bull _ bullbull bullbull1 hoyr
11 _t I 4~_ - - JIII J3 JI - II ~ ~ oshy~
__ __ _ ___ ___ _____ _________ _ ----1
Gambar 516 Rancangan Penambah pada Model Roda KA
Gambar 516 menunjukkan disain pengecoran untuk penempatan penambah
yang digunakan Disain menggunakan 3 buah riser Pada riser tengah diberikan
pading (tambahan masa) dan chill untuk pembentukanpembekuan terarah
25
Laporan Akhir Roda Kereta Api
f7(c (
1 ) ~te
MJr C unlty middot
j~ 10 f- -
r ~~
Imiddotmiddot Gambar 517 Proses Pengisian Logam Cair
Gambar 517 menunjukkan proses pengisian logam cair Logam cair dimasukkan
langsung dari salah satu penambah
- ~ amp il-~ -~ A middotlImiddot
rs ~ ~
III
Gambar 518 Feeding Zone Berakhir pada Penambah
Gambar 518 menunjukkan modulus thermal dengan desain 3 riser telah terjadi
dengan sempurna Dengan desain ini telah terjadi 3 feeding zone yang ketiganya
berakhir pada masing-masing riser
26
---
Iaporan Akhir Roda Kerela Api
JI -+ J J ~ r- shy shy
ltI
bullbull -t bullampI
Ii
I -
Gambar 519 Fraction Solid pada Menit Ke-7
Analisa proses pembekuan dilakukan dengan mengamati fraction solid pada
setiap menit selama proses pembekuan Gambar 519 menunjukkan fraction
solid pada menit ke-7 Pada menit ke-7 feeding zone telah terbagi menjadi 2
daerah Pada tahap ini riser telah berfungsi optimal
Gambar 520 Fraction Solid pada MeDit ke-ll
Gambar 520 menunjukkan fraction solid pada menit ke-11 Pada saat tersebut
fraction solid telah menuju ke daerah riser seluruhnya Directional solidification
telah lebih dominan dari progressive solidification Directional solidification
adalah pembekuan dimulai dari daerah terjauh menuju riser Progressive
27
Larcm Akhir Roda Kerela Api
solidification adalah pembekuan dimulai dari ketebalan dinding casting ke bag ian
tengah (memotong pembekuan directional)
Gambar 521 Final Solidification - Shrinkage only at Riser
Gambar521 menunjukkan hasil akhir dari proses pembekuan Shrinkage
porosity terjadi pada daerah riser yaitu berada di luar produk Disain telah
mencukupi untuk kriteria sound casting
Proses Produksi Coran Roda KA
Pembuatan Pola
Gambar 522 Pola Roda KA
28
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Pembuatan Cetakan dan Inti
Gambar 523 Penempatan Pola Dalam Rangka Cetak dan Pemberian Pasir
Gambar 523 menunjukkan penempatan pola pada rangka cetak Rangka cetak
yang digunakan berbentuk bulat untuk menghemat area pasir cetak Pasir cetak
digunakan adalah jenis greensand Greensand merupakan campuran pasir
kuarsa dan bentonit ditambah sedikit air menghasilkan campuran pasir cetak
yang dapat membentuk rongga cetak
Gambar 524 Penempatan Penambah
29
Laporan Akh ir Roda Kerela Api
Gambar 525 Pemadatan Pasir Cetak
Gambar 526 Pengangkatan Pola dari Cetakan
Gambar 527 Pemberian Coating Pad a Cetakan dan Assembling Cetakan
30
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Gambar 528 Cetakan Siap Cor
Peleburan
Peleburan bahan atau cairan untuk pengecoran roda KA menggunakan dua
metode Metode 1 menggunakan bahan baku dari baja lain yang tersedia
selanjutnya disebut cor 1 Metode 2 menggunakan bahan baku 100 skrap
roda KA bekas selanjutnya disebut cor 2 Keduanya seharusnya dapat
menghasilkan sifat yang sama oleh karenanya akan dibandingkan hasilnya
kemudian
Bahan Baku Peleburan Menggunakan Baja Lain
Peleburan cairan baja untuk roda KA menggunakan bahan dengan komposisi
setara seperti komposisi Roda KA asli Komposisi kimia dirancang mendekati
komposisi kimia roda KA aslinya agar sifat mekanik dapat didekati Komposisi
Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 0 11987
Peramuan 06 - 07 02 - 03 - - 06 - 08 Max 02 Max 02
TabeJ 54 Komposisi Roda KA
31
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Untuk dapat mencapai komposisi tersebut digunakan bahan dasar sebagai
berikut
Jenis Bahan Komposisi Jumlah
C Si S P Mn Ni Cr () (Kg)
Bahan daur ulang GS20Mn5
025 018 - - 111 025 037 80
Baja Scrap jenis Low Mn 02 02 - - 03 - - 180 Tabel 55 Bahan Dasar
Penggunaan paduan untuk mencapai komposisi yang ditargetkan sebagai
berikut
Jenis Bahan C Si S P Mn Ni Cr Jumlah
() (Kg) 1Carburizer 9984 - - - - - -
FeSi 75 015 75 - - - - - 02 FeMnHC 675 071 - - 7553 - - 18
Tabel56 Komposisi Target
Temperatur pengeluaran dari tanur ke ladel sebesar 1651 0 C Temperatur cor
sebesar 1506 0 C
Gambar 529 Proses Peleburan dan Penuangan Ke Cetakan Roda KA
32
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Gambar 530 Proses Penuangan dan Kondisi Cetakan Setelah Selesai Dicor Penuh
Bahan Baku Peleburan Menggunakan 100 Roda KA Bekas
Peleburan menggunakan bahan baku roda KA bekas 100 dilakukan tanpa
menambahkan paduano Bahan baku digunakan 100 skrap roda KA bekas
Roda KA dipotong terlebih dahulu dengan las acetilene agar dapat masuk
kedalam tanur
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA
Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 011987
Target Komp
06 - 07 02 - 03 - - 06 - 08 Max 02
Max 02
Terjadi 0671 0145 0008 00095 0463 00 15 0107 Tabel57 Komposisi Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan
33
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Komposisi yang terjadi mengalami kekurangan pad a Silisium dan Mangan Hal
ini dikarenakan adanya looses atau bahan baku yang memang memiliki
komposisi yang sudah kurang sebelumnya
Perlakuan Panas
Untuk mendapatkan hasil struktur mikro sesuai dengan roda KA aslinya maka
perlu dilakukan perlakuan panas Proses perlakuan panas yang diberikan adalah
normalising
4
UDARA
Gambar 531 Diagram Perlakuan Panas Normalising Coran Roda KA
Dengan diberikan proses normalising maka struktur mikro coran roda KA
menjadi lebih halus Sifat mekaniknya akan menjadi lebih baik
Proses Pengujian
Pengujian dilakukan terhadap benda cor roda KA Tujuannya adalah untuk
mengetahui kualitas hasil cor apakah coran tersebut bebas cacat dan apakah
coran sudah sesuai dengan tuntutan sifat mekanis roda KA Pembandingnya
adalah sifat mekanik roda KA Asli Dengan demikian dapat dianalisis apakah
roda hasil cor layak digunakan atau tidak
Pemeriksaan Komposisi
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 011987
Cor 1 (bahan baja lain)
0693 0258 0013 0016 0461 0027 0091
Cor 2 (bahan skrap roda KA)
0671 0145 0008 00095 0463 0015 0107
Tabel 58 Komposisi Roda KA Asli dan Hasil Cor
34
Laporan Akhir Roda Kerea Api
Pemeriksaan Metalografi - Struktur Mikro
Gambar 532 Struktur Mikro As-Cast Cor 1 (Bahan Baja Lain)
Gambar 533 Struktur Mikro Hasil Normalising Cor 1 (Bahan Baja Lain)
35
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Pengujian Kekerasan
Pengecoran Bagian Hardness 1 2 3 Ratashyrata
Setara
Cor 1 Body HRC 25 27 28 267 265 HB Cor2 Body HRC 27 29 20 253 256 HB
Tabel59 Uji Keras Roda KA As-Cast
Nilai kekerasan bahan roda KA hasil cor 1 adalah 26 7 HRC setara dengan 265
HB dan hasil cor 2 adalah 253 HRC setara dengan 256 HB Kekerasan hampir
sama untuk semua bagian casting karena belum dilakukan perlakuan panas
lanjut atau perlakuan panas permukaan pad a bagian telapak Kekerasan casting
mendekati kekerasan roda KA Asli yaitu 231 HB
Ultrasonik
Pengujian ultrasonik dilakukan untuk mendeteksi cacat pada bagian tengah
coran Bagian yang diperiksa adalah bagian bawah penambah
Gam bar 534 Uji Ultrasonik Roda Cor 1
Hasil pengujian belum diperoleh karena back wall signal tidak terdeteksi
Kemungkinan karena butir hasil cor masih kasar sehingga sinyal ultrasonik jadi
terpencar dan tidak kembali ke probe detector Coran akan diberikan perlakuan
panas normalising terlebih dahulu untuk memperhalus butirnya
36
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Die Penetrant
Die penetrant dilakukan untuk mendeteksi susut cor pada bagian bawah
penambah Coran dipotong melintang tepat dibawah penambah
Gambar 54 Pemeriksaan Cacat Roda Cor 1 Dengan Die Penetrant
Hasil pemeriksaan menunjukkan terdapat sedikit retak pada bagian pinggir
caran o Retakan yang muncul bisa diakibatkan akibat proses pemotongan
menggunakan gerinda dan dilakukan pemukulan Bagian tengah tidak terdapat
cacat susut yang terjadi Dapat disimpulkan bahwa susut coran tidak terjadi pada
benda
37
Laparan Akhir Rada Kerela Api
6 Kesimpulan dan Saran
Dari hasil clading yang dilakukan pada sample roda didapat suatu kesimpulan bahwa semakin panas temperatur sample roda maka terjadi proses difusi yang sangat baik hal ini seperti fenomena yang terjadi pada suatu pengelasan dimana pada logam induk dan logam cair terdapat daerah yang terpengaruh panas sehingga terjadi suatu proses difusi
Dari hasil pengecoran yang dilakukan terhadap pembuatan roda kereta api ukuran 100 kg didapat bahwa proses pengecoran yang memakai bah an baku scrap roda kereta api dapat dilakukan oleh industri dalam negeri dengan memanfaatkan scrap roda kereta api yang ada ditambah sedikit pemaduan (alloying)
Dari kegiatan yang sudah kami lakukan selama 10 bulan ini serta dari data serta infra struktur yang dimiliki oleh industri di dalam negeri maka kami menyarankan agar kegiatan rehabilitasi terhadap roda kereta api dapat dilanjutkan di tahun 2011 yaitu dengan melakukan pengecoran terhadap scrap roda kereta api menjadi Roda Kereta Api baru dengan memanfaatkan kemampuan industri pengecoran di dalam negeri dimana untuk untuk pengecoran ini kemampuan peralatan industri yang ada sudah memadai
38
Laporan Akhir Roda Kereta Api
Gambar 58 Pembuatan cetakan
Gambar 59 Assembling cetakan
bull Pemanasan Sam pel Dalam Cetakan
Sebelum dicor dengan material cair sam pel dipanaskan terlebih dahulu
Pemanasan dibuat tiga variasi untuk tiga buah sam pel yaitu 500 degc 700 degc dan
900 degc
Gambar 510 Pemanasan Sam pel Dalam Cetakan
20
Loporan Akhlr Roda Kerelo Api
Proses Peleburan dan Penuangan Cairan Pelapisan
Bahan yang digunakan untuk melapis adalah logam sejenis dengan komposisi
yang sama dengan logam pada roda kereta api
Gambar 511 Peleburan dan Penuangan
Pengujian Hasil As-Cast Sam pel 500 0 C
Analisis dilakukan dengan pengamatan sambungan melalui pemeriksaan foto
makro metalografi dan kekerasan
Tabel 52 Komposisi Kimia Material Cor
Pengamatan Makro Sampel
Gambar 512 HasH Cor dan posisi pemotongan
21
Laporan -1khir Roda Kerela Api
Gambar 513 Pengamatan Makro potongan sampeJ
Gambar 513 menunjukkan potongan 1 lepas ikatannya karena daerah tersebut
relatif lebih besar masanya dan temperaturnya lebih rendah sesuai dengan hasil
simulasi Potongan 2 dan 3 pada interface masih nampak daerah kosong atau
terisi inklusi
22
Laparan Aklllr Rada Kerela Api
bull Pengamatan Struktur Mikro
Gambar 514 Interface Struktur Mikro
Material cor terlihat lebih kasar Masih nampak ada inklusi oksida di interface
Ada bag ian interface terlihat bersatu dapat disimpulkan terjadi metallugical
bonding Pada interface tersambung terlihat struktur mikro mengalami penyatuan
dengan batas struktur feritik Metallurgical bonding terjadi namun masih
terkendala adanya inklusi akibat oksidasi
23
Laparan Aklllr Rada Kerela Api
bull Uji Kekerasan Mikro
Gambar 5 15 Lokasi Pengujian
Tabel 53 Hasil Pengujian
No
Posisi
Kekerasan
(VHN)
Setara
(HB)
1 265 252
2 263 250
3 209 209
4 243 231
PROSES PENGECORAN Proses Perancangan
Perancangan Pembuatan PolaPattern Roda KA
Dari gambar teknik kemudian dapat dirancang ukuran untuk pembuatan pola
Dalam pembuatan pola harus dipertimbangkan penambahan ukuran untuk
kompensasi penyusutan padat dan tambahan ukuran untuk pengerjaan
pemesinan
Perancangan Proses Pengecoran Roda KA (Rancangan Sistem Saluran dan
Penambah)
Perancancangan untuk proses pengecoran logam disini adalah untuk merancang
sistem saluran dan penambah Sistem saluran berupa cawan tuang saluran
24
Laporan Akhir Roda Kerefa Api
terak dan saluran masuk berfungsi untuk mengalirkan cairan logam dari ladel ke
cetakan Penambah berfungsi untuk menghindari cacat susut akibat penyusutan
saat logam cair membeku Penyusutan yang terjadi dialihkan ke penambah
sehingga benda akan tetap masif Untuk mengetahui posisi dan ukuran
penambah dapat dilakukan analisis menggunakan software solidcast dan
magmasoft Software analisis pembekuan dapat menganal isis susut cor yang
terjadi pada benda sehingga penempatan penambah lebih efisien Dengan
simulasi maka hasil rancangan lebih efisien karena tidak perlu melakukan
percobaan menggunakan cairan logam sesungguhnya
Proses simulasi dilakukan seperti yang diuraikan berikut ini
Simulasi Pengecoran
bull bull _ bullbull bullbull1 hoyr
11 _t I 4~_ - - JIII J3 JI - II ~ ~ oshy~
__ __ _ ___ ___ _____ _________ _ ----1
Gambar 516 Rancangan Penambah pada Model Roda KA
Gambar 516 menunjukkan disain pengecoran untuk penempatan penambah
yang digunakan Disain menggunakan 3 buah riser Pada riser tengah diberikan
pading (tambahan masa) dan chill untuk pembentukanpembekuan terarah
25
Laporan Akhir Roda Kereta Api
f7(c (
1 ) ~te
MJr C unlty middot
j~ 10 f- -
r ~~
Imiddotmiddot Gambar 517 Proses Pengisian Logam Cair
Gambar 517 menunjukkan proses pengisian logam cair Logam cair dimasukkan
langsung dari salah satu penambah
- ~ amp il-~ -~ A middotlImiddot
rs ~ ~
III
Gambar 518 Feeding Zone Berakhir pada Penambah
Gambar 518 menunjukkan modulus thermal dengan desain 3 riser telah terjadi
dengan sempurna Dengan desain ini telah terjadi 3 feeding zone yang ketiganya
berakhir pada masing-masing riser
26
---
Iaporan Akhir Roda Kerela Api
JI -+ J J ~ r- shy shy
ltI
bullbull -t bullampI
Ii
I -
Gambar 519 Fraction Solid pada Menit Ke-7
Analisa proses pembekuan dilakukan dengan mengamati fraction solid pada
setiap menit selama proses pembekuan Gambar 519 menunjukkan fraction
solid pada menit ke-7 Pada menit ke-7 feeding zone telah terbagi menjadi 2
daerah Pada tahap ini riser telah berfungsi optimal
Gambar 520 Fraction Solid pada MeDit ke-ll
Gambar 520 menunjukkan fraction solid pada menit ke-11 Pada saat tersebut
fraction solid telah menuju ke daerah riser seluruhnya Directional solidification
telah lebih dominan dari progressive solidification Directional solidification
adalah pembekuan dimulai dari daerah terjauh menuju riser Progressive
27
Larcm Akhir Roda Kerela Api
solidification adalah pembekuan dimulai dari ketebalan dinding casting ke bag ian
tengah (memotong pembekuan directional)
Gambar 521 Final Solidification - Shrinkage only at Riser
Gambar521 menunjukkan hasil akhir dari proses pembekuan Shrinkage
porosity terjadi pada daerah riser yaitu berada di luar produk Disain telah
mencukupi untuk kriteria sound casting
Proses Produksi Coran Roda KA
Pembuatan Pola
Gambar 522 Pola Roda KA
28
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Pembuatan Cetakan dan Inti
Gambar 523 Penempatan Pola Dalam Rangka Cetak dan Pemberian Pasir
Gambar 523 menunjukkan penempatan pola pada rangka cetak Rangka cetak
yang digunakan berbentuk bulat untuk menghemat area pasir cetak Pasir cetak
digunakan adalah jenis greensand Greensand merupakan campuran pasir
kuarsa dan bentonit ditambah sedikit air menghasilkan campuran pasir cetak
yang dapat membentuk rongga cetak
Gambar 524 Penempatan Penambah
29
Laporan Akh ir Roda Kerela Api
Gambar 525 Pemadatan Pasir Cetak
Gambar 526 Pengangkatan Pola dari Cetakan
Gambar 527 Pemberian Coating Pad a Cetakan dan Assembling Cetakan
30
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Gambar 528 Cetakan Siap Cor
Peleburan
Peleburan bahan atau cairan untuk pengecoran roda KA menggunakan dua
metode Metode 1 menggunakan bahan baku dari baja lain yang tersedia
selanjutnya disebut cor 1 Metode 2 menggunakan bahan baku 100 skrap
roda KA bekas selanjutnya disebut cor 2 Keduanya seharusnya dapat
menghasilkan sifat yang sama oleh karenanya akan dibandingkan hasilnya
kemudian
Bahan Baku Peleburan Menggunakan Baja Lain
Peleburan cairan baja untuk roda KA menggunakan bahan dengan komposisi
setara seperti komposisi Roda KA asli Komposisi kimia dirancang mendekati
komposisi kimia roda KA aslinya agar sifat mekanik dapat didekati Komposisi
Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 0 11987
Peramuan 06 - 07 02 - 03 - - 06 - 08 Max 02 Max 02
TabeJ 54 Komposisi Roda KA
31
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Untuk dapat mencapai komposisi tersebut digunakan bahan dasar sebagai
berikut
Jenis Bahan Komposisi Jumlah
C Si S P Mn Ni Cr () (Kg)
Bahan daur ulang GS20Mn5
025 018 - - 111 025 037 80
Baja Scrap jenis Low Mn 02 02 - - 03 - - 180 Tabel 55 Bahan Dasar
Penggunaan paduan untuk mencapai komposisi yang ditargetkan sebagai
berikut
Jenis Bahan C Si S P Mn Ni Cr Jumlah
() (Kg) 1Carburizer 9984 - - - - - -
FeSi 75 015 75 - - - - - 02 FeMnHC 675 071 - - 7553 - - 18
Tabel56 Komposisi Target
Temperatur pengeluaran dari tanur ke ladel sebesar 1651 0 C Temperatur cor
sebesar 1506 0 C
Gambar 529 Proses Peleburan dan Penuangan Ke Cetakan Roda KA
32
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Gambar 530 Proses Penuangan dan Kondisi Cetakan Setelah Selesai Dicor Penuh
Bahan Baku Peleburan Menggunakan 100 Roda KA Bekas
Peleburan menggunakan bahan baku roda KA bekas 100 dilakukan tanpa
menambahkan paduano Bahan baku digunakan 100 skrap roda KA bekas
Roda KA dipotong terlebih dahulu dengan las acetilene agar dapat masuk
kedalam tanur
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA
Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 011987
Target Komp
06 - 07 02 - 03 - - 06 - 08 Max 02
Max 02
Terjadi 0671 0145 0008 00095 0463 00 15 0107 Tabel57 Komposisi Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan
33
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Komposisi yang terjadi mengalami kekurangan pad a Silisium dan Mangan Hal
ini dikarenakan adanya looses atau bahan baku yang memang memiliki
komposisi yang sudah kurang sebelumnya
Perlakuan Panas
Untuk mendapatkan hasil struktur mikro sesuai dengan roda KA aslinya maka
perlu dilakukan perlakuan panas Proses perlakuan panas yang diberikan adalah
normalising
4
UDARA
Gambar 531 Diagram Perlakuan Panas Normalising Coran Roda KA
Dengan diberikan proses normalising maka struktur mikro coran roda KA
menjadi lebih halus Sifat mekaniknya akan menjadi lebih baik
Proses Pengujian
Pengujian dilakukan terhadap benda cor roda KA Tujuannya adalah untuk
mengetahui kualitas hasil cor apakah coran tersebut bebas cacat dan apakah
coran sudah sesuai dengan tuntutan sifat mekanis roda KA Pembandingnya
adalah sifat mekanik roda KA Asli Dengan demikian dapat dianalisis apakah
roda hasil cor layak digunakan atau tidak
Pemeriksaan Komposisi
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 011987
Cor 1 (bahan baja lain)
0693 0258 0013 0016 0461 0027 0091
Cor 2 (bahan skrap roda KA)
0671 0145 0008 00095 0463 0015 0107
Tabel 58 Komposisi Roda KA Asli dan Hasil Cor
34
Laporan Akhir Roda Kerea Api
Pemeriksaan Metalografi - Struktur Mikro
Gambar 532 Struktur Mikro As-Cast Cor 1 (Bahan Baja Lain)
Gambar 533 Struktur Mikro Hasil Normalising Cor 1 (Bahan Baja Lain)
35
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Pengujian Kekerasan
Pengecoran Bagian Hardness 1 2 3 Ratashyrata
Setara
Cor 1 Body HRC 25 27 28 267 265 HB Cor2 Body HRC 27 29 20 253 256 HB
Tabel59 Uji Keras Roda KA As-Cast
Nilai kekerasan bahan roda KA hasil cor 1 adalah 26 7 HRC setara dengan 265
HB dan hasil cor 2 adalah 253 HRC setara dengan 256 HB Kekerasan hampir
sama untuk semua bagian casting karena belum dilakukan perlakuan panas
lanjut atau perlakuan panas permukaan pad a bagian telapak Kekerasan casting
mendekati kekerasan roda KA Asli yaitu 231 HB
Ultrasonik
Pengujian ultrasonik dilakukan untuk mendeteksi cacat pada bagian tengah
coran Bagian yang diperiksa adalah bagian bawah penambah
Gam bar 534 Uji Ultrasonik Roda Cor 1
Hasil pengujian belum diperoleh karena back wall signal tidak terdeteksi
Kemungkinan karena butir hasil cor masih kasar sehingga sinyal ultrasonik jadi
terpencar dan tidak kembali ke probe detector Coran akan diberikan perlakuan
panas normalising terlebih dahulu untuk memperhalus butirnya
36
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Die Penetrant
Die penetrant dilakukan untuk mendeteksi susut cor pada bagian bawah
penambah Coran dipotong melintang tepat dibawah penambah
Gambar 54 Pemeriksaan Cacat Roda Cor 1 Dengan Die Penetrant
Hasil pemeriksaan menunjukkan terdapat sedikit retak pada bagian pinggir
caran o Retakan yang muncul bisa diakibatkan akibat proses pemotongan
menggunakan gerinda dan dilakukan pemukulan Bagian tengah tidak terdapat
cacat susut yang terjadi Dapat disimpulkan bahwa susut coran tidak terjadi pada
benda
37
Laparan Akhir Rada Kerela Api
6 Kesimpulan dan Saran
Dari hasil clading yang dilakukan pada sample roda didapat suatu kesimpulan bahwa semakin panas temperatur sample roda maka terjadi proses difusi yang sangat baik hal ini seperti fenomena yang terjadi pada suatu pengelasan dimana pada logam induk dan logam cair terdapat daerah yang terpengaruh panas sehingga terjadi suatu proses difusi
Dari hasil pengecoran yang dilakukan terhadap pembuatan roda kereta api ukuran 100 kg didapat bahwa proses pengecoran yang memakai bah an baku scrap roda kereta api dapat dilakukan oleh industri dalam negeri dengan memanfaatkan scrap roda kereta api yang ada ditambah sedikit pemaduan (alloying)
Dari kegiatan yang sudah kami lakukan selama 10 bulan ini serta dari data serta infra struktur yang dimiliki oleh industri di dalam negeri maka kami menyarankan agar kegiatan rehabilitasi terhadap roda kereta api dapat dilanjutkan di tahun 2011 yaitu dengan melakukan pengecoran terhadap scrap roda kereta api menjadi Roda Kereta Api baru dengan memanfaatkan kemampuan industri pengecoran di dalam negeri dimana untuk untuk pengecoran ini kemampuan peralatan industri yang ada sudah memadai
38
Loporan Akhlr Roda Kerelo Api
Proses Peleburan dan Penuangan Cairan Pelapisan
Bahan yang digunakan untuk melapis adalah logam sejenis dengan komposisi
yang sama dengan logam pada roda kereta api
Gambar 511 Peleburan dan Penuangan
Pengujian Hasil As-Cast Sam pel 500 0 C
Analisis dilakukan dengan pengamatan sambungan melalui pemeriksaan foto
makro metalografi dan kekerasan
Tabel 52 Komposisi Kimia Material Cor
Pengamatan Makro Sampel
Gambar 512 HasH Cor dan posisi pemotongan
21
Laporan -1khir Roda Kerela Api
Gambar 513 Pengamatan Makro potongan sampeJ
Gambar 513 menunjukkan potongan 1 lepas ikatannya karena daerah tersebut
relatif lebih besar masanya dan temperaturnya lebih rendah sesuai dengan hasil
simulasi Potongan 2 dan 3 pada interface masih nampak daerah kosong atau
terisi inklusi
22
Laparan Aklllr Rada Kerela Api
bull Pengamatan Struktur Mikro
Gambar 514 Interface Struktur Mikro
Material cor terlihat lebih kasar Masih nampak ada inklusi oksida di interface
Ada bag ian interface terlihat bersatu dapat disimpulkan terjadi metallugical
bonding Pada interface tersambung terlihat struktur mikro mengalami penyatuan
dengan batas struktur feritik Metallurgical bonding terjadi namun masih
terkendala adanya inklusi akibat oksidasi
23
Laparan Aklllr Rada Kerela Api
bull Uji Kekerasan Mikro
Gambar 5 15 Lokasi Pengujian
Tabel 53 Hasil Pengujian
No
Posisi
Kekerasan
(VHN)
Setara
(HB)
1 265 252
2 263 250
3 209 209
4 243 231
PROSES PENGECORAN Proses Perancangan
Perancangan Pembuatan PolaPattern Roda KA
Dari gambar teknik kemudian dapat dirancang ukuran untuk pembuatan pola
Dalam pembuatan pola harus dipertimbangkan penambahan ukuran untuk
kompensasi penyusutan padat dan tambahan ukuran untuk pengerjaan
pemesinan
Perancangan Proses Pengecoran Roda KA (Rancangan Sistem Saluran dan
Penambah)
Perancancangan untuk proses pengecoran logam disini adalah untuk merancang
sistem saluran dan penambah Sistem saluran berupa cawan tuang saluran
24
Laporan Akhir Roda Kerefa Api
terak dan saluran masuk berfungsi untuk mengalirkan cairan logam dari ladel ke
cetakan Penambah berfungsi untuk menghindari cacat susut akibat penyusutan
saat logam cair membeku Penyusutan yang terjadi dialihkan ke penambah
sehingga benda akan tetap masif Untuk mengetahui posisi dan ukuran
penambah dapat dilakukan analisis menggunakan software solidcast dan
magmasoft Software analisis pembekuan dapat menganal isis susut cor yang
terjadi pada benda sehingga penempatan penambah lebih efisien Dengan
simulasi maka hasil rancangan lebih efisien karena tidak perlu melakukan
percobaan menggunakan cairan logam sesungguhnya
Proses simulasi dilakukan seperti yang diuraikan berikut ini
Simulasi Pengecoran
bull bull _ bullbull bullbull1 hoyr
11 _t I 4~_ - - JIII J3 JI - II ~ ~ oshy~
__ __ _ ___ ___ _____ _________ _ ----1
Gambar 516 Rancangan Penambah pada Model Roda KA
Gambar 516 menunjukkan disain pengecoran untuk penempatan penambah
yang digunakan Disain menggunakan 3 buah riser Pada riser tengah diberikan
pading (tambahan masa) dan chill untuk pembentukanpembekuan terarah
25
Laporan Akhir Roda Kereta Api
f7(c (
1 ) ~te
MJr C unlty middot
j~ 10 f- -
r ~~
Imiddotmiddot Gambar 517 Proses Pengisian Logam Cair
Gambar 517 menunjukkan proses pengisian logam cair Logam cair dimasukkan
langsung dari salah satu penambah
- ~ amp il-~ -~ A middotlImiddot
rs ~ ~
III
Gambar 518 Feeding Zone Berakhir pada Penambah
Gambar 518 menunjukkan modulus thermal dengan desain 3 riser telah terjadi
dengan sempurna Dengan desain ini telah terjadi 3 feeding zone yang ketiganya
berakhir pada masing-masing riser
26
---
Iaporan Akhir Roda Kerela Api
JI -+ J J ~ r- shy shy
ltI
bullbull -t bullampI
Ii
I -
Gambar 519 Fraction Solid pada Menit Ke-7
Analisa proses pembekuan dilakukan dengan mengamati fraction solid pada
setiap menit selama proses pembekuan Gambar 519 menunjukkan fraction
solid pada menit ke-7 Pada menit ke-7 feeding zone telah terbagi menjadi 2
daerah Pada tahap ini riser telah berfungsi optimal
Gambar 520 Fraction Solid pada MeDit ke-ll
Gambar 520 menunjukkan fraction solid pada menit ke-11 Pada saat tersebut
fraction solid telah menuju ke daerah riser seluruhnya Directional solidification
telah lebih dominan dari progressive solidification Directional solidification
adalah pembekuan dimulai dari daerah terjauh menuju riser Progressive
27
Larcm Akhir Roda Kerela Api
solidification adalah pembekuan dimulai dari ketebalan dinding casting ke bag ian
tengah (memotong pembekuan directional)
Gambar 521 Final Solidification - Shrinkage only at Riser
Gambar521 menunjukkan hasil akhir dari proses pembekuan Shrinkage
porosity terjadi pada daerah riser yaitu berada di luar produk Disain telah
mencukupi untuk kriteria sound casting
Proses Produksi Coran Roda KA
Pembuatan Pola
Gambar 522 Pola Roda KA
28
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Pembuatan Cetakan dan Inti
Gambar 523 Penempatan Pola Dalam Rangka Cetak dan Pemberian Pasir
Gambar 523 menunjukkan penempatan pola pada rangka cetak Rangka cetak
yang digunakan berbentuk bulat untuk menghemat area pasir cetak Pasir cetak
digunakan adalah jenis greensand Greensand merupakan campuran pasir
kuarsa dan bentonit ditambah sedikit air menghasilkan campuran pasir cetak
yang dapat membentuk rongga cetak
Gambar 524 Penempatan Penambah
29
Laporan Akh ir Roda Kerela Api
Gambar 525 Pemadatan Pasir Cetak
Gambar 526 Pengangkatan Pola dari Cetakan
Gambar 527 Pemberian Coating Pad a Cetakan dan Assembling Cetakan
30
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Gambar 528 Cetakan Siap Cor
Peleburan
Peleburan bahan atau cairan untuk pengecoran roda KA menggunakan dua
metode Metode 1 menggunakan bahan baku dari baja lain yang tersedia
selanjutnya disebut cor 1 Metode 2 menggunakan bahan baku 100 skrap
roda KA bekas selanjutnya disebut cor 2 Keduanya seharusnya dapat
menghasilkan sifat yang sama oleh karenanya akan dibandingkan hasilnya
kemudian
Bahan Baku Peleburan Menggunakan Baja Lain
Peleburan cairan baja untuk roda KA menggunakan bahan dengan komposisi
setara seperti komposisi Roda KA asli Komposisi kimia dirancang mendekati
komposisi kimia roda KA aslinya agar sifat mekanik dapat didekati Komposisi
Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 0 11987
Peramuan 06 - 07 02 - 03 - - 06 - 08 Max 02 Max 02
TabeJ 54 Komposisi Roda KA
31
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Untuk dapat mencapai komposisi tersebut digunakan bahan dasar sebagai
berikut
Jenis Bahan Komposisi Jumlah
C Si S P Mn Ni Cr () (Kg)
Bahan daur ulang GS20Mn5
025 018 - - 111 025 037 80
Baja Scrap jenis Low Mn 02 02 - - 03 - - 180 Tabel 55 Bahan Dasar
Penggunaan paduan untuk mencapai komposisi yang ditargetkan sebagai
berikut
Jenis Bahan C Si S P Mn Ni Cr Jumlah
() (Kg) 1Carburizer 9984 - - - - - -
FeSi 75 015 75 - - - - - 02 FeMnHC 675 071 - - 7553 - - 18
Tabel56 Komposisi Target
Temperatur pengeluaran dari tanur ke ladel sebesar 1651 0 C Temperatur cor
sebesar 1506 0 C
Gambar 529 Proses Peleburan dan Penuangan Ke Cetakan Roda KA
32
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Gambar 530 Proses Penuangan dan Kondisi Cetakan Setelah Selesai Dicor Penuh
Bahan Baku Peleburan Menggunakan 100 Roda KA Bekas
Peleburan menggunakan bahan baku roda KA bekas 100 dilakukan tanpa
menambahkan paduano Bahan baku digunakan 100 skrap roda KA bekas
Roda KA dipotong terlebih dahulu dengan las acetilene agar dapat masuk
kedalam tanur
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA
Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 011987
Target Komp
06 - 07 02 - 03 - - 06 - 08 Max 02
Max 02
Terjadi 0671 0145 0008 00095 0463 00 15 0107 Tabel57 Komposisi Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan
33
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Komposisi yang terjadi mengalami kekurangan pad a Silisium dan Mangan Hal
ini dikarenakan adanya looses atau bahan baku yang memang memiliki
komposisi yang sudah kurang sebelumnya
Perlakuan Panas
Untuk mendapatkan hasil struktur mikro sesuai dengan roda KA aslinya maka
perlu dilakukan perlakuan panas Proses perlakuan panas yang diberikan adalah
normalising
4
UDARA
Gambar 531 Diagram Perlakuan Panas Normalising Coran Roda KA
Dengan diberikan proses normalising maka struktur mikro coran roda KA
menjadi lebih halus Sifat mekaniknya akan menjadi lebih baik
Proses Pengujian
Pengujian dilakukan terhadap benda cor roda KA Tujuannya adalah untuk
mengetahui kualitas hasil cor apakah coran tersebut bebas cacat dan apakah
coran sudah sesuai dengan tuntutan sifat mekanis roda KA Pembandingnya
adalah sifat mekanik roda KA Asli Dengan demikian dapat dianalisis apakah
roda hasil cor layak digunakan atau tidak
Pemeriksaan Komposisi
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 011987
Cor 1 (bahan baja lain)
0693 0258 0013 0016 0461 0027 0091
Cor 2 (bahan skrap roda KA)
0671 0145 0008 00095 0463 0015 0107
Tabel 58 Komposisi Roda KA Asli dan Hasil Cor
34
Laporan Akhir Roda Kerea Api
Pemeriksaan Metalografi - Struktur Mikro
Gambar 532 Struktur Mikro As-Cast Cor 1 (Bahan Baja Lain)
Gambar 533 Struktur Mikro Hasil Normalising Cor 1 (Bahan Baja Lain)
35
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Pengujian Kekerasan
Pengecoran Bagian Hardness 1 2 3 Ratashyrata
Setara
Cor 1 Body HRC 25 27 28 267 265 HB Cor2 Body HRC 27 29 20 253 256 HB
Tabel59 Uji Keras Roda KA As-Cast
Nilai kekerasan bahan roda KA hasil cor 1 adalah 26 7 HRC setara dengan 265
HB dan hasil cor 2 adalah 253 HRC setara dengan 256 HB Kekerasan hampir
sama untuk semua bagian casting karena belum dilakukan perlakuan panas
lanjut atau perlakuan panas permukaan pad a bagian telapak Kekerasan casting
mendekati kekerasan roda KA Asli yaitu 231 HB
Ultrasonik
Pengujian ultrasonik dilakukan untuk mendeteksi cacat pada bagian tengah
coran Bagian yang diperiksa adalah bagian bawah penambah
Gam bar 534 Uji Ultrasonik Roda Cor 1
Hasil pengujian belum diperoleh karena back wall signal tidak terdeteksi
Kemungkinan karena butir hasil cor masih kasar sehingga sinyal ultrasonik jadi
terpencar dan tidak kembali ke probe detector Coran akan diberikan perlakuan
panas normalising terlebih dahulu untuk memperhalus butirnya
36
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Die Penetrant
Die penetrant dilakukan untuk mendeteksi susut cor pada bagian bawah
penambah Coran dipotong melintang tepat dibawah penambah
Gambar 54 Pemeriksaan Cacat Roda Cor 1 Dengan Die Penetrant
Hasil pemeriksaan menunjukkan terdapat sedikit retak pada bagian pinggir
caran o Retakan yang muncul bisa diakibatkan akibat proses pemotongan
menggunakan gerinda dan dilakukan pemukulan Bagian tengah tidak terdapat
cacat susut yang terjadi Dapat disimpulkan bahwa susut coran tidak terjadi pada
benda
37
Laparan Akhir Rada Kerela Api
6 Kesimpulan dan Saran
Dari hasil clading yang dilakukan pada sample roda didapat suatu kesimpulan bahwa semakin panas temperatur sample roda maka terjadi proses difusi yang sangat baik hal ini seperti fenomena yang terjadi pada suatu pengelasan dimana pada logam induk dan logam cair terdapat daerah yang terpengaruh panas sehingga terjadi suatu proses difusi
Dari hasil pengecoran yang dilakukan terhadap pembuatan roda kereta api ukuran 100 kg didapat bahwa proses pengecoran yang memakai bah an baku scrap roda kereta api dapat dilakukan oleh industri dalam negeri dengan memanfaatkan scrap roda kereta api yang ada ditambah sedikit pemaduan (alloying)
Dari kegiatan yang sudah kami lakukan selama 10 bulan ini serta dari data serta infra struktur yang dimiliki oleh industri di dalam negeri maka kami menyarankan agar kegiatan rehabilitasi terhadap roda kereta api dapat dilanjutkan di tahun 2011 yaitu dengan melakukan pengecoran terhadap scrap roda kereta api menjadi Roda Kereta Api baru dengan memanfaatkan kemampuan industri pengecoran di dalam negeri dimana untuk untuk pengecoran ini kemampuan peralatan industri yang ada sudah memadai
38
Laporan -1khir Roda Kerela Api
Gambar 513 Pengamatan Makro potongan sampeJ
Gambar 513 menunjukkan potongan 1 lepas ikatannya karena daerah tersebut
relatif lebih besar masanya dan temperaturnya lebih rendah sesuai dengan hasil
simulasi Potongan 2 dan 3 pada interface masih nampak daerah kosong atau
terisi inklusi
22
Laparan Aklllr Rada Kerela Api
bull Pengamatan Struktur Mikro
Gambar 514 Interface Struktur Mikro
Material cor terlihat lebih kasar Masih nampak ada inklusi oksida di interface
Ada bag ian interface terlihat bersatu dapat disimpulkan terjadi metallugical
bonding Pada interface tersambung terlihat struktur mikro mengalami penyatuan
dengan batas struktur feritik Metallurgical bonding terjadi namun masih
terkendala adanya inklusi akibat oksidasi
23
Laparan Aklllr Rada Kerela Api
bull Uji Kekerasan Mikro
Gambar 5 15 Lokasi Pengujian
Tabel 53 Hasil Pengujian
No
Posisi
Kekerasan
(VHN)
Setara
(HB)
1 265 252
2 263 250
3 209 209
4 243 231
PROSES PENGECORAN Proses Perancangan
Perancangan Pembuatan PolaPattern Roda KA
Dari gambar teknik kemudian dapat dirancang ukuran untuk pembuatan pola
Dalam pembuatan pola harus dipertimbangkan penambahan ukuran untuk
kompensasi penyusutan padat dan tambahan ukuran untuk pengerjaan
pemesinan
Perancangan Proses Pengecoran Roda KA (Rancangan Sistem Saluran dan
Penambah)
Perancancangan untuk proses pengecoran logam disini adalah untuk merancang
sistem saluran dan penambah Sistem saluran berupa cawan tuang saluran
24
Laporan Akhir Roda Kerefa Api
terak dan saluran masuk berfungsi untuk mengalirkan cairan logam dari ladel ke
cetakan Penambah berfungsi untuk menghindari cacat susut akibat penyusutan
saat logam cair membeku Penyusutan yang terjadi dialihkan ke penambah
sehingga benda akan tetap masif Untuk mengetahui posisi dan ukuran
penambah dapat dilakukan analisis menggunakan software solidcast dan
magmasoft Software analisis pembekuan dapat menganal isis susut cor yang
terjadi pada benda sehingga penempatan penambah lebih efisien Dengan
simulasi maka hasil rancangan lebih efisien karena tidak perlu melakukan
percobaan menggunakan cairan logam sesungguhnya
Proses simulasi dilakukan seperti yang diuraikan berikut ini
Simulasi Pengecoran
bull bull _ bullbull bullbull1 hoyr
11 _t I 4~_ - - JIII J3 JI - II ~ ~ oshy~
__ __ _ ___ ___ _____ _________ _ ----1
Gambar 516 Rancangan Penambah pada Model Roda KA
Gambar 516 menunjukkan disain pengecoran untuk penempatan penambah
yang digunakan Disain menggunakan 3 buah riser Pada riser tengah diberikan
pading (tambahan masa) dan chill untuk pembentukanpembekuan terarah
25
Laporan Akhir Roda Kereta Api
f7(c (
1 ) ~te
MJr C unlty middot
j~ 10 f- -
r ~~
Imiddotmiddot Gambar 517 Proses Pengisian Logam Cair
Gambar 517 menunjukkan proses pengisian logam cair Logam cair dimasukkan
langsung dari salah satu penambah
- ~ amp il-~ -~ A middotlImiddot
rs ~ ~
III
Gambar 518 Feeding Zone Berakhir pada Penambah
Gambar 518 menunjukkan modulus thermal dengan desain 3 riser telah terjadi
dengan sempurna Dengan desain ini telah terjadi 3 feeding zone yang ketiganya
berakhir pada masing-masing riser
26
---
Iaporan Akhir Roda Kerela Api
JI -+ J J ~ r- shy shy
ltI
bullbull -t bullampI
Ii
I -
Gambar 519 Fraction Solid pada Menit Ke-7
Analisa proses pembekuan dilakukan dengan mengamati fraction solid pada
setiap menit selama proses pembekuan Gambar 519 menunjukkan fraction
solid pada menit ke-7 Pada menit ke-7 feeding zone telah terbagi menjadi 2
daerah Pada tahap ini riser telah berfungsi optimal
Gambar 520 Fraction Solid pada MeDit ke-ll
Gambar 520 menunjukkan fraction solid pada menit ke-11 Pada saat tersebut
fraction solid telah menuju ke daerah riser seluruhnya Directional solidification
telah lebih dominan dari progressive solidification Directional solidification
adalah pembekuan dimulai dari daerah terjauh menuju riser Progressive
27
Larcm Akhir Roda Kerela Api
solidification adalah pembekuan dimulai dari ketebalan dinding casting ke bag ian
tengah (memotong pembekuan directional)
Gambar 521 Final Solidification - Shrinkage only at Riser
Gambar521 menunjukkan hasil akhir dari proses pembekuan Shrinkage
porosity terjadi pada daerah riser yaitu berada di luar produk Disain telah
mencukupi untuk kriteria sound casting
Proses Produksi Coran Roda KA
Pembuatan Pola
Gambar 522 Pola Roda KA
28
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Pembuatan Cetakan dan Inti
Gambar 523 Penempatan Pola Dalam Rangka Cetak dan Pemberian Pasir
Gambar 523 menunjukkan penempatan pola pada rangka cetak Rangka cetak
yang digunakan berbentuk bulat untuk menghemat area pasir cetak Pasir cetak
digunakan adalah jenis greensand Greensand merupakan campuran pasir
kuarsa dan bentonit ditambah sedikit air menghasilkan campuran pasir cetak
yang dapat membentuk rongga cetak
Gambar 524 Penempatan Penambah
29
Laporan Akh ir Roda Kerela Api
Gambar 525 Pemadatan Pasir Cetak
Gambar 526 Pengangkatan Pola dari Cetakan
Gambar 527 Pemberian Coating Pad a Cetakan dan Assembling Cetakan
30
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Gambar 528 Cetakan Siap Cor
Peleburan
Peleburan bahan atau cairan untuk pengecoran roda KA menggunakan dua
metode Metode 1 menggunakan bahan baku dari baja lain yang tersedia
selanjutnya disebut cor 1 Metode 2 menggunakan bahan baku 100 skrap
roda KA bekas selanjutnya disebut cor 2 Keduanya seharusnya dapat
menghasilkan sifat yang sama oleh karenanya akan dibandingkan hasilnya
kemudian
Bahan Baku Peleburan Menggunakan Baja Lain
Peleburan cairan baja untuk roda KA menggunakan bahan dengan komposisi
setara seperti komposisi Roda KA asli Komposisi kimia dirancang mendekati
komposisi kimia roda KA aslinya agar sifat mekanik dapat didekati Komposisi
Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 0 11987
Peramuan 06 - 07 02 - 03 - - 06 - 08 Max 02 Max 02
TabeJ 54 Komposisi Roda KA
31
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Untuk dapat mencapai komposisi tersebut digunakan bahan dasar sebagai
berikut
Jenis Bahan Komposisi Jumlah
C Si S P Mn Ni Cr () (Kg)
Bahan daur ulang GS20Mn5
025 018 - - 111 025 037 80
Baja Scrap jenis Low Mn 02 02 - - 03 - - 180 Tabel 55 Bahan Dasar
Penggunaan paduan untuk mencapai komposisi yang ditargetkan sebagai
berikut
Jenis Bahan C Si S P Mn Ni Cr Jumlah
() (Kg) 1Carburizer 9984 - - - - - -
FeSi 75 015 75 - - - - - 02 FeMnHC 675 071 - - 7553 - - 18
Tabel56 Komposisi Target
Temperatur pengeluaran dari tanur ke ladel sebesar 1651 0 C Temperatur cor
sebesar 1506 0 C
Gambar 529 Proses Peleburan dan Penuangan Ke Cetakan Roda KA
32
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Gambar 530 Proses Penuangan dan Kondisi Cetakan Setelah Selesai Dicor Penuh
Bahan Baku Peleburan Menggunakan 100 Roda KA Bekas
Peleburan menggunakan bahan baku roda KA bekas 100 dilakukan tanpa
menambahkan paduano Bahan baku digunakan 100 skrap roda KA bekas
Roda KA dipotong terlebih dahulu dengan las acetilene agar dapat masuk
kedalam tanur
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA
Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 011987
Target Komp
06 - 07 02 - 03 - - 06 - 08 Max 02
Max 02
Terjadi 0671 0145 0008 00095 0463 00 15 0107 Tabel57 Komposisi Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan
33
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Komposisi yang terjadi mengalami kekurangan pad a Silisium dan Mangan Hal
ini dikarenakan adanya looses atau bahan baku yang memang memiliki
komposisi yang sudah kurang sebelumnya
Perlakuan Panas
Untuk mendapatkan hasil struktur mikro sesuai dengan roda KA aslinya maka
perlu dilakukan perlakuan panas Proses perlakuan panas yang diberikan adalah
normalising
4
UDARA
Gambar 531 Diagram Perlakuan Panas Normalising Coran Roda KA
Dengan diberikan proses normalising maka struktur mikro coran roda KA
menjadi lebih halus Sifat mekaniknya akan menjadi lebih baik
Proses Pengujian
Pengujian dilakukan terhadap benda cor roda KA Tujuannya adalah untuk
mengetahui kualitas hasil cor apakah coran tersebut bebas cacat dan apakah
coran sudah sesuai dengan tuntutan sifat mekanis roda KA Pembandingnya
adalah sifat mekanik roda KA Asli Dengan demikian dapat dianalisis apakah
roda hasil cor layak digunakan atau tidak
Pemeriksaan Komposisi
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 011987
Cor 1 (bahan baja lain)
0693 0258 0013 0016 0461 0027 0091
Cor 2 (bahan skrap roda KA)
0671 0145 0008 00095 0463 0015 0107
Tabel 58 Komposisi Roda KA Asli dan Hasil Cor
34
Laporan Akhir Roda Kerea Api
Pemeriksaan Metalografi - Struktur Mikro
Gambar 532 Struktur Mikro As-Cast Cor 1 (Bahan Baja Lain)
Gambar 533 Struktur Mikro Hasil Normalising Cor 1 (Bahan Baja Lain)
35
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Pengujian Kekerasan
Pengecoran Bagian Hardness 1 2 3 Ratashyrata
Setara
Cor 1 Body HRC 25 27 28 267 265 HB Cor2 Body HRC 27 29 20 253 256 HB
Tabel59 Uji Keras Roda KA As-Cast
Nilai kekerasan bahan roda KA hasil cor 1 adalah 26 7 HRC setara dengan 265
HB dan hasil cor 2 adalah 253 HRC setara dengan 256 HB Kekerasan hampir
sama untuk semua bagian casting karena belum dilakukan perlakuan panas
lanjut atau perlakuan panas permukaan pad a bagian telapak Kekerasan casting
mendekati kekerasan roda KA Asli yaitu 231 HB
Ultrasonik
Pengujian ultrasonik dilakukan untuk mendeteksi cacat pada bagian tengah
coran Bagian yang diperiksa adalah bagian bawah penambah
Gam bar 534 Uji Ultrasonik Roda Cor 1
Hasil pengujian belum diperoleh karena back wall signal tidak terdeteksi
Kemungkinan karena butir hasil cor masih kasar sehingga sinyal ultrasonik jadi
terpencar dan tidak kembali ke probe detector Coran akan diberikan perlakuan
panas normalising terlebih dahulu untuk memperhalus butirnya
36
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Die Penetrant
Die penetrant dilakukan untuk mendeteksi susut cor pada bagian bawah
penambah Coran dipotong melintang tepat dibawah penambah
Gambar 54 Pemeriksaan Cacat Roda Cor 1 Dengan Die Penetrant
Hasil pemeriksaan menunjukkan terdapat sedikit retak pada bagian pinggir
caran o Retakan yang muncul bisa diakibatkan akibat proses pemotongan
menggunakan gerinda dan dilakukan pemukulan Bagian tengah tidak terdapat
cacat susut yang terjadi Dapat disimpulkan bahwa susut coran tidak terjadi pada
benda
37
Laparan Akhir Rada Kerela Api
6 Kesimpulan dan Saran
Dari hasil clading yang dilakukan pada sample roda didapat suatu kesimpulan bahwa semakin panas temperatur sample roda maka terjadi proses difusi yang sangat baik hal ini seperti fenomena yang terjadi pada suatu pengelasan dimana pada logam induk dan logam cair terdapat daerah yang terpengaruh panas sehingga terjadi suatu proses difusi
Dari hasil pengecoran yang dilakukan terhadap pembuatan roda kereta api ukuran 100 kg didapat bahwa proses pengecoran yang memakai bah an baku scrap roda kereta api dapat dilakukan oleh industri dalam negeri dengan memanfaatkan scrap roda kereta api yang ada ditambah sedikit pemaduan (alloying)
Dari kegiatan yang sudah kami lakukan selama 10 bulan ini serta dari data serta infra struktur yang dimiliki oleh industri di dalam negeri maka kami menyarankan agar kegiatan rehabilitasi terhadap roda kereta api dapat dilanjutkan di tahun 2011 yaitu dengan melakukan pengecoran terhadap scrap roda kereta api menjadi Roda Kereta Api baru dengan memanfaatkan kemampuan industri pengecoran di dalam negeri dimana untuk untuk pengecoran ini kemampuan peralatan industri yang ada sudah memadai
38
Laparan Aklllr Rada Kerela Api
bull Pengamatan Struktur Mikro
Gambar 514 Interface Struktur Mikro
Material cor terlihat lebih kasar Masih nampak ada inklusi oksida di interface
Ada bag ian interface terlihat bersatu dapat disimpulkan terjadi metallugical
bonding Pada interface tersambung terlihat struktur mikro mengalami penyatuan
dengan batas struktur feritik Metallurgical bonding terjadi namun masih
terkendala adanya inklusi akibat oksidasi
23
Laparan Aklllr Rada Kerela Api
bull Uji Kekerasan Mikro
Gambar 5 15 Lokasi Pengujian
Tabel 53 Hasil Pengujian
No
Posisi
Kekerasan
(VHN)
Setara
(HB)
1 265 252
2 263 250
3 209 209
4 243 231
PROSES PENGECORAN Proses Perancangan
Perancangan Pembuatan PolaPattern Roda KA
Dari gambar teknik kemudian dapat dirancang ukuran untuk pembuatan pola
Dalam pembuatan pola harus dipertimbangkan penambahan ukuran untuk
kompensasi penyusutan padat dan tambahan ukuran untuk pengerjaan
pemesinan
Perancangan Proses Pengecoran Roda KA (Rancangan Sistem Saluran dan
Penambah)
Perancancangan untuk proses pengecoran logam disini adalah untuk merancang
sistem saluran dan penambah Sistem saluran berupa cawan tuang saluran
24
Laporan Akhir Roda Kerefa Api
terak dan saluran masuk berfungsi untuk mengalirkan cairan logam dari ladel ke
cetakan Penambah berfungsi untuk menghindari cacat susut akibat penyusutan
saat logam cair membeku Penyusutan yang terjadi dialihkan ke penambah
sehingga benda akan tetap masif Untuk mengetahui posisi dan ukuran
penambah dapat dilakukan analisis menggunakan software solidcast dan
magmasoft Software analisis pembekuan dapat menganal isis susut cor yang
terjadi pada benda sehingga penempatan penambah lebih efisien Dengan
simulasi maka hasil rancangan lebih efisien karena tidak perlu melakukan
percobaan menggunakan cairan logam sesungguhnya
Proses simulasi dilakukan seperti yang diuraikan berikut ini
Simulasi Pengecoran
bull bull _ bullbull bullbull1 hoyr
11 _t I 4~_ - - JIII J3 JI - II ~ ~ oshy~
__ __ _ ___ ___ _____ _________ _ ----1
Gambar 516 Rancangan Penambah pada Model Roda KA
Gambar 516 menunjukkan disain pengecoran untuk penempatan penambah
yang digunakan Disain menggunakan 3 buah riser Pada riser tengah diberikan
pading (tambahan masa) dan chill untuk pembentukanpembekuan terarah
25
Laporan Akhir Roda Kereta Api
f7(c (
1 ) ~te
MJr C unlty middot
j~ 10 f- -
r ~~
Imiddotmiddot Gambar 517 Proses Pengisian Logam Cair
Gambar 517 menunjukkan proses pengisian logam cair Logam cair dimasukkan
langsung dari salah satu penambah
- ~ amp il-~ -~ A middotlImiddot
rs ~ ~
III
Gambar 518 Feeding Zone Berakhir pada Penambah
Gambar 518 menunjukkan modulus thermal dengan desain 3 riser telah terjadi
dengan sempurna Dengan desain ini telah terjadi 3 feeding zone yang ketiganya
berakhir pada masing-masing riser
26
---
Iaporan Akhir Roda Kerela Api
JI -+ J J ~ r- shy shy
ltI
bullbull -t bullampI
Ii
I -
Gambar 519 Fraction Solid pada Menit Ke-7
Analisa proses pembekuan dilakukan dengan mengamati fraction solid pada
setiap menit selama proses pembekuan Gambar 519 menunjukkan fraction
solid pada menit ke-7 Pada menit ke-7 feeding zone telah terbagi menjadi 2
daerah Pada tahap ini riser telah berfungsi optimal
Gambar 520 Fraction Solid pada MeDit ke-ll
Gambar 520 menunjukkan fraction solid pada menit ke-11 Pada saat tersebut
fraction solid telah menuju ke daerah riser seluruhnya Directional solidification
telah lebih dominan dari progressive solidification Directional solidification
adalah pembekuan dimulai dari daerah terjauh menuju riser Progressive
27
Larcm Akhir Roda Kerela Api
solidification adalah pembekuan dimulai dari ketebalan dinding casting ke bag ian
tengah (memotong pembekuan directional)
Gambar 521 Final Solidification - Shrinkage only at Riser
Gambar521 menunjukkan hasil akhir dari proses pembekuan Shrinkage
porosity terjadi pada daerah riser yaitu berada di luar produk Disain telah
mencukupi untuk kriteria sound casting
Proses Produksi Coran Roda KA
Pembuatan Pola
Gambar 522 Pola Roda KA
28
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Pembuatan Cetakan dan Inti
Gambar 523 Penempatan Pola Dalam Rangka Cetak dan Pemberian Pasir
Gambar 523 menunjukkan penempatan pola pada rangka cetak Rangka cetak
yang digunakan berbentuk bulat untuk menghemat area pasir cetak Pasir cetak
digunakan adalah jenis greensand Greensand merupakan campuran pasir
kuarsa dan bentonit ditambah sedikit air menghasilkan campuran pasir cetak
yang dapat membentuk rongga cetak
Gambar 524 Penempatan Penambah
29
Laporan Akh ir Roda Kerela Api
Gambar 525 Pemadatan Pasir Cetak
Gambar 526 Pengangkatan Pola dari Cetakan
Gambar 527 Pemberian Coating Pad a Cetakan dan Assembling Cetakan
30
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Gambar 528 Cetakan Siap Cor
Peleburan
Peleburan bahan atau cairan untuk pengecoran roda KA menggunakan dua
metode Metode 1 menggunakan bahan baku dari baja lain yang tersedia
selanjutnya disebut cor 1 Metode 2 menggunakan bahan baku 100 skrap
roda KA bekas selanjutnya disebut cor 2 Keduanya seharusnya dapat
menghasilkan sifat yang sama oleh karenanya akan dibandingkan hasilnya
kemudian
Bahan Baku Peleburan Menggunakan Baja Lain
Peleburan cairan baja untuk roda KA menggunakan bahan dengan komposisi
setara seperti komposisi Roda KA asli Komposisi kimia dirancang mendekati
komposisi kimia roda KA aslinya agar sifat mekanik dapat didekati Komposisi
Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 0 11987
Peramuan 06 - 07 02 - 03 - - 06 - 08 Max 02 Max 02
TabeJ 54 Komposisi Roda KA
31
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Untuk dapat mencapai komposisi tersebut digunakan bahan dasar sebagai
berikut
Jenis Bahan Komposisi Jumlah
C Si S P Mn Ni Cr () (Kg)
Bahan daur ulang GS20Mn5
025 018 - - 111 025 037 80
Baja Scrap jenis Low Mn 02 02 - - 03 - - 180 Tabel 55 Bahan Dasar
Penggunaan paduan untuk mencapai komposisi yang ditargetkan sebagai
berikut
Jenis Bahan C Si S P Mn Ni Cr Jumlah
() (Kg) 1Carburizer 9984 - - - - - -
FeSi 75 015 75 - - - - - 02 FeMnHC 675 071 - - 7553 - - 18
Tabel56 Komposisi Target
Temperatur pengeluaran dari tanur ke ladel sebesar 1651 0 C Temperatur cor
sebesar 1506 0 C
Gambar 529 Proses Peleburan dan Penuangan Ke Cetakan Roda KA
32
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Gambar 530 Proses Penuangan dan Kondisi Cetakan Setelah Selesai Dicor Penuh
Bahan Baku Peleburan Menggunakan 100 Roda KA Bekas
Peleburan menggunakan bahan baku roda KA bekas 100 dilakukan tanpa
menambahkan paduano Bahan baku digunakan 100 skrap roda KA bekas
Roda KA dipotong terlebih dahulu dengan las acetilene agar dapat masuk
kedalam tanur
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA
Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 011987
Target Komp
06 - 07 02 - 03 - - 06 - 08 Max 02
Max 02
Terjadi 0671 0145 0008 00095 0463 00 15 0107 Tabel57 Komposisi Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan
33
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Komposisi yang terjadi mengalami kekurangan pad a Silisium dan Mangan Hal
ini dikarenakan adanya looses atau bahan baku yang memang memiliki
komposisi yang sudah kurang sebelumnya
Perlakuan Panas
Untuk mendapatkan hasil struktur mikro sesuai dengan roda KA aslinya maka
perlu dilakukan perlakuan panas Proses perlakuan panas yang diberikan adalah
normalising
4
UDARA
Gambar 531 Diagram Perlakuan Panas Normalising Coran Roda KA
Dengan diberikan proses normalising maka struktur mikro coran roda KA
menjadi lebih halus Sifat mekaniknya akan menjadi lebih baik
Proses Pengujian
Pengujian dilakukan terhadap benda cor roda KA Tujuannya adalah untuk
mengetahui kualitas hasil cor apakah coran tersebut bebas cacat dan apakah
coran sudah sesuai dengan tuntutan sifat mekanis roda KA Pembandingnya
adalah sifat mekanik roda KA Asli Dengan demikian dapat dianalisis apakah
roda hasil cor layak digunakan atau tidak
Pemeriksaan Komposisi
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 011987
Cor 1 (bahan baja lain)
0693 0258 0013 0016 0461 0027 0091
Cor 2 (bahan skrap roda KA)
0671 0145 0008 00095 0463 0015 0107
Tabel 58 Komposisi Roda KA Asli dan Hasil Cor
34
Laporan Akhir Roda Kerea Api
Pemeriksaan Metalografi - Struktur Mikro
Gambar 532 Struktur Mikro As-Cast Cor 1 (Bahan Baja Lain)
Gambar 533 Struktur Mikro Hasil Normalising Cor 1 (Bahan Baja Lain)
35
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Pengujian Kekerasan
Pengecoran Bagian Hardness 1 2 3 Ratashyrata
Setara
Cor 1 Body HRC 25 27 28 267 265 HB Cor2 Body HRC 27 29 20 253 256 HB
Tabel59 Uji Keras Roda KA As-Cast
Nilai kekerasan bahan roda KA hasil cor 1 adalah 26 7 HRC setara dengan 265
HB dan hasil cor 2 adalah 253 HRC setara dengan 256 HB Kekerasan hampir
sama untuk semua bagian casting karena belum dilakukan perlakuan panas
lanjut atau perlakuan panas permukaan pad a bagian telapak Kekerasan casting
mendekati kekerasan roda KA Asli yaitu 231 HB
Ultrasonik
Pengujian ultrasonik dilakukan untuk mendeteksi cacat pada bagian tengah
coran Bagian yang diperiksa adalah bagian bawah penambah
Gam bar 534 Uji Ultrasonik Roda Cor 1
Hasil pengujian belum diperoleh karena back wall signal tidak terdeteksi
Kemungkinan karena butir hasil cor masih kasar sehingga sinyal ultrasonik jadi
terpencar dan tidak kembali ke probe detector Coran akan diberikan perlakuan
panas normalising terlebih dahulu untuk memperhalus butirnya
36
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Die Penetrant
Die penetrant dilakukan untuk mendeteksi susut cor pada bagian bawah
penambah Coran dipotong melintang tepat dibawah penambah
Gambar 54 Pemeriksaan Cacat Roda Cor 1 Dengan Die Penetrant
Hasil pemeriksaan menunjukkan terdapat sedikit retak pada bagian pinggir
caran o Retakan yang muncul bisa diakibatkan akibat proses pemotongan
menggunakan gerinda dan dilakukan pemukulan Bagian tengah tidak terdapat
cacat susut yang terjadi Dapat disimpulkan bahwa susut coran tidak terjadi pada
benda
37
Laparan Akhir Rada Kerela Api
6 Kesimpulan dan Saran
Dari hasil clading yang dilakukan pada sample roda didapat suatu kesimpulan bahwa semakin panas temperatur sample roda maka terjadi proses difusi yang sangat baik hal ini seperti fenomena yang terjadi pada suatu pengelasan dimana pada logam induk dan logam cair terdapat daerah yang terpengaruh panas sehingga terjadi suatu proses difusi
Dari hasil pengecoran yang dilakukan terhadap pembuatan roda kereta api ukuran 100 kg didapat bahwa proses pengecoran yang memakai bah an baku scrap roda kereta api dapat dilakukan oleh industri dalam negeri dengan memanfaatkan scrap roda kereta api yang ada ditambah sedikit pemaduan (alloying)
Dari kegiatan yang sudah kami lakukan selama 10 bulan ini serta dari data serta infra struktur yang dimiliki oleh industri di dalam negeri maka kami menyarankan agar kegiatan rehabilitasi terhadap roda kereta api dapat dilanjutkan di tahun 2011 yaitu dengan melakukan pengecoran terhadap scrap roda kereta api menjadi Roda Kereta Api baru dengan memanfaatkan kemampuan industri pengecoran di dalam negeri dimana untuk untuk pengecoran ini kemampuan peralatan industri yang ada sudah memadai
38
Laparan Aklllr Rada Kerela Api
bull Uji Kekerasan Mikro
Gambar 5 15 Lokasi Pengujian
Tabel 53 Hasil Pengujian
No
Posisi
Kekerasan
(VHN)
Setara
(HB)
1 265 252
2 263 250
3 209 209
4 243 231
PROSES PENGECORAN Proses Perancangan
Perancangan Pembuatan PolaPattern Roda KA
Dari gambar teknik kemudian dapat dirancang ukuran untuk pembuatan pola
Dalam pembuatan pola harus dipertimbangkan penambahan ukuran untuk
kompensasi penyusutan padat dan tambahan ukuran untuk pengerjaan
pemesinan
Perancangan Proses Pengecoran Roda KA (Rancangan Sistem Saluran dan
Penambah)
Perancancangan untuk proses pengecoran logam disini adalah untuk merancang
sistem saluran dan penambah Sistem saluran berupa cawan tuang saluran
24
Laporan Akhir Roda Kerefa Api
terak dan saluran masuk berfungsi untuk mengalirkan cairan logam dari ladel ke
cetakan Penambah berfungsi untuk menghindari cacat susut akibat penyusutan
saat logam cair membeku Penyusutan yang terjadi dialihkan ke penambah
sehingga benda akan tetap masif Untuk mengetahui posisi dan ukuran
penambah dapat dilakukan analisis menggunakan software solidcast dan
magmasoft Software analisis pembekuan dapat menganal isis susut cor yang
terjadi pada benda sehingga penempatan penambah lebih efisien Dengan
simulasi maka hasil rancangan lebih efisien karena tidak perlu melakukan
percobaan menggunakan cairan logam sesungguhnya
Proses simulasi dilakukan seperti yang diuraikan berikut ini
Simulasi Pengecoran
bull bull _ bullbull bullbull1 hoyr
11 _t I 4~_ - - JIII J3 JI - II ~ ~ oshy~
__ __ _ ___ ___ _____ _________ _ ----1
Gambar 516 Rancangan Penambah pada Model Roda KA
Gambar 516 menunjukkan disain pengecoran untuk penempatan penambah
yang digunakan Disain menggunakan 3 buah riser Pada riser tengah diberikan
pading (tambahan masa) dan chill untuk pembentukanpembekuan terarah
25
Laporan Akhir Roda Kereta Api
f7(c (
1 ) ~te
MJr C unlty middot
j~ 10 f- -
r ~~
Imiddotmiddot Gambar 517 Proses Pengisian Logam Cair
Gambar 517 menunjukkan proses pengisian logam cair Logam cair dimasukkan
langsung dari salah satu penambah
- ~ amp il-~ -~ A middotlImiddot
rs ~ ~
III
Gambar 518 Feeding Zone Berakhir pada Penambah
Gambar 518 menunjukkan modulus thermal dengan desain 3 riser telah terjadi
dengan sempurna Dengan desain ini telah terjadi 3 feeding zone yang ketiganya
berakhir pada masing-masing riser
26
---
Iaporan Akhir Roda Kerela Api
JI -+ J J ~ r- shy shy
ltI
bullbull -t bullampI
Ii
I -
Gambar 519 Fraction Solid pada Menit Ke-7
Analisa proses pembekuan dilakukan dengan mengamati fraction solid pada
setiap menit selama proses pembekuan Gambar 519 menunjukkan fraction
solid pada menit ke-7 Pada menit ke-7 feeding zone telah terbagi menjadi 2
daerah Pada tahap ini riser telah berfungsi optimal
Gambar 520 Fraction Solid pada MeDit ke-ll
Gambar 520 menunjukkan fraction solid pada menit ke-11 Pada saat tersebut
fraction solid telah menuju ke daerah riser seluruhnya Directional solidification
telah lebih dominan dari progressive solidification Directional solidification
adalah pembekuan dimulai dari daerah terjauh menuju riser Progressive
27
Larcm Akhir Roda Kerela Api
solidification adalah pembekuan dimulai dari ketebalan dinding casting ke bag ian
tengah (memotong pembekuan directional)
Gambar 521 Final Solidification - Shrinkage only at Riser
Gambar521 menunjukkan hasil akhir dari proses pembekuan Shrinkage
porosity terjadi pada daerah riser yaitu berada di luar produk Disain telah
mencukupi untuk kriteria sound casting
Proses Produksi Coran Roda KA
Pembuatan Pola
Gambar 522 Pola Roda KA
28
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Pembuatan Cetakan dan Inti
Gambar 523 Penempatan Pola Dalam Rangka Cetak dan Pemberian Pasir
Gambar 523 menunjukkan penempatan pola pada rangka cetak Rangka cetak
yang digunakan berbentuk bulat untuk menghemat area pasir cetak Pasir cetak
digunakan adalah jenis greensand Greensand merupakan campuran pasir
kuarsa dan bentonit ditambah sedikit air menghasilkan campuran pasir cetak
yang dapat membentuk rongga cetak
Gambar 524 Penempatan Penambah
29
Laporan Akh ir Roda Kerela Api
Gambar 525 Pemadatan Pasir Cetak
Gambar 526 Pengangkatan Pola dari Cetakan
Gambar 527 Pemberian Coating Pad a Cetakan dan Assembling Cetakan
30
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Gambar 528 Cetakan Siap Cor
Peleburan
Peleburan bahan atau cairan untuk pengecoran roda KA menggunakan dua
metode Metode 1 menggunakan bahan baku dari baja lain yang tersedia
selanjutnya disebut cor 1 Metode 2 menggunakan bahan baku 100 skrap
roda KA bekas selanjutnya disebut cor 2 Keduanya seharusnya dapat
menghasilkan sifat yang sama oleh karenanya akan dibandingkan hasilnya
kemudian
Bahan Baku Peleburan Menggunakan Baja Lain
Peleburan cairan baja untuk roda KA menggunakan bahan dengan komposisi
setara seperti komposisi Roda KA asli Komposisi kimia dirancang mendekati
komposisi kimia roda KA aslinya agar sifat mekanik dapat didekati Komposisi
Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 0 11987
Peramuan 06 - 07 02 - 03 - - 06 - 08 Max 02 Max 02
TabeJ 54 Komposisi Roda KA
31
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Untuk dapat mencapai komposisi tersebut digunakan bahan dasar sebagai
berikut
Jenis Bahan Komposisi Jumlah
C Si S P Mn Ni Cr () (Kg)
Bahan daur ulang GS20Mn5
025 018 - - 111 025 037 80
Baja Scrap jenis Low Mn 02 02 - - 03 - - 180 Tabel 55 Bahan Dasar
Penggunaan paduan untuk mencapai komposisi yang ditargetkan sebagai
berikut
Jenis Bahan C Si S P Mn Ni Cr Jumlah
() (Kg) 1Carburizer 9984 - - - - - -
FeSi 75 015 75 - - - - - 02 FeMnHC 675 071 - - 7553 - - 18
Tabel56 Komposisi Target
Temperatur pengeluaran dari tanur ke ladel sebesar 1651 0 C Temperatur cor
sebesar 1506 0 C
Gambar 529 Proses Peleburan dan Penuangan Ke Cetakan Roda KA
32
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Gambar 530 Proses Penuangan dan Kondisi Cetakan Setelah Selesai Dicor Penuh
Bahan Baku Peleburan Menggunakan 100 Roda KA Bekas
Peleburan menggunakan bahan baku roda KA bekas 100 dilakukan tanpa
menambahkan paduano Bahan baku digunakan 100 skrap roda KA bekas
Roda KA dipotong terlebih dahulu dengan las acetilene agar dapat masuk
kedalam tanur
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA
Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 011987
Target Komp
06 - 07 02 - 03 - - 06 - 08 Max 02
Max 02
Terjadi 0671 0145 0008 00095 0463 00 15 0107 Tabel57 Komposisi Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan
33
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Komposisi yang terjadi mengalami kekurangan pad a Silisium dan Mangan Hal
ini dikarenakan adanya looses atau bahan baku yang memang memiliki
komposisi yang sudah kurang sebelumnya
Perlakuan Panas
Untuk mendapatkan hasil struktur mikro sesuai dengan roda KA aslinya maka
perlu dilakukan perlakuan panas Proses perlakuan panas yang diberikan adalah
normalising
4
UDARA
Gambar 531 Diagram Perlakuan Panas Normalising Coran Roda KA
Dengan diberikan proses normalising maka struktur mikro coran roda KA
menjadi lebih halus Sifat mekaniknya akan menjadi lebih baik
Proses Pengujian
Pengujian dilakukan terhadap benda cor roda KA Tujuannya adalah untuk
mengetahui kualitas hasil cor apakah coran tersebut bebas cacat dan apakah
coran sudah sesuai dengan tuntutan sifat mekanis roda KA Pembandingnya
adalah sifat mekanik roda KA Asli Dengan demikian dapat dianalisis apakah
roda hasil cor layak digunakan atau tidak
Pemeriksaan Komposisi
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 011987
Cor 1 (bahan baja lain)
0693 0258 0013 0016 0461 0027 0091
Cor 2 (bahan skrap roda KA)
0671 0145 0008 00095 0463 0015 0107
Tabel 58 Komposisi Roda KA Asli dan Hasil Cor
34
Laporan Akhir Roda Kerea Api
Pemeriksaan Metalografi - Struktur Mikro
Gambar 532 Struktur Mikro As-Cast Cor 1 (Bahan Baja Lain)
Gambar 533 Struktur Mikro Hasil Normalising Cor 1 (Bahan Baja Lain)
35
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Pengujian Kekerasan
Pengecoran Bagian Hardness 1 2 3 Ratashyrata
Setara
Cor 1 Body HRC 25 27 28 267 265 HB Cor2 Body HRC 27 29 20 253 256 HB
Tabel59 Uji Keras Roda KA As-Cast
Nilai kekerasan bahan roda KA hasil cor 1 adalah 26 7 HRC setara dengan 265
HB dan hasil cor 2 adalah 253 HRC setara dengan 256 HB Kekerasan hampir
sama untuk semua bagian casting karena belum dilakukan perlakuan panas
lanjut atau perlakuan panas permukaan pad a bagian telapak Kekerasan casting
mendekati kekerasan roda KA Asli yaitu 231 HB
Ultrasonik
Pengujian ultrasonik dilakukan untuk mendeteksi cacat pada bagian tengah
coran Bagian yang diperiksa adalah bagian bawah penambah
Gam bar 534 Uji Ultrasonik Roda Cor 1
Hasil pengujian belum diperoleh karena back wall signal tidak terdeteksi
Kemungkinan karena butir hasil cor masih kasar sehingga sinyal ultrasonik jadi
terpencar dan tidak kembali ke probe detector Coran akan diberikan perlakuan
panas normalising terlebih dahulu untuk memperhalus butirnya
36
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Die Penetrant
Die penetrant dilakukan untuk mendeteksi susut cor pada bagian bawah
penambah Coran dipotong melintang tepat dibawah penambah
Gambar 54 Pemeriksaan Cacat Roda Cor 1 Dengan Die Penetrant
Hasil pemeriksaan menunjukkan terdapat sedikit retak pada bagian pinggir
caran o Retakan yang muncul bisa diakibatkan akibat proses pemotongan
menggunakan gerinda dan dilakukan pemukulan Bagian tengah tidak terdapat
cacat susut yang terjadi Dapat disimpulkan bahwa susut coran tidak terjadi pada
benda
37
Laparan Akhir Rada Kerela Api
6 Kesimpulan dan Saran
Dari hasil clading yang dilakukan pada sample roda didapat suatu kesimpulan bahwa semakin panas temperatur sample roda maka terjadi proses difusi yang sangat baik hal ini seperti fenomena yang terjadi pada suatu pengelasan dimana pada logam induk dan logam cair terdapat daerah yang terpengaruh panas sehingga terjadi suatu proses difusi
Dari hasil pengecoran yang dilakukan terhadap pembuatan roda kereta api ukuran 100 kg didapat bahwa proses pengecoran yang memakai bah an baku scrap roda kereta api dapat dilakukan oleh industri dalam negeri dengan memanfaatkan scrap roda kereta api yang ada ditambah sedikit pemaduan (alloying)
Dari kegiatan yang sudah kami lakukan selama 10 bulan ini serta dari data serta infra struktur yang dimiliki oleh industri di dalam negeri maka kami menyarankan agar kegiatan rehabilitasi terhadap roda kereta api dapat dilanjutkan di tahun 2011 yaitu dengan melakukan pengecoran terhadap scrap roda kereta api menjadi Roda Kereta Api baru dengan memanfaatkan kemampuan industri pengecoran di dalam negeri dimana untuk untuk pengecoran ini kemampuan peralatan industri yang ada sudah memadai
38
Laporan Akhir Roda Kerefa Api
terak dan saluran masuk berfungsi untuk mengalirkan cairan logam dari ladel ke
cetakan Penambah berfungsi untuk menghindari cacat susut akibat penyusutan
saat logam cair membeku Penyusutan yang terjadi dialihkan ke penambah
sehingga benda akan tetap masif Untuk mengetahui posisi dan ukuran
penambah dapat dilakukan analisis menggunakan software solidcast dan
magmasoft Software analisis pembekuan dapat menganal isis susut cor yang
terjadi pada benda sehingga penempatan penambah lebih efisien Dengan
simulasi maka hasil rancangan lebih efisien karena tidak perlu melakukan
percobaan menggunakan cairan logam sesungguhnya
Proses simulasi dilakukan seperti yang diuraikan berikut ini
Simulasi Pengecoran
bull bull _ bullbull bullbull1 hoyr
11 _t I 4~_ - - JIII J3 JI - II ~ ~ oshy~
__ __ _ ___ ___ _____ _________ _ ----1
Gambar 516 Rancangan Penambah pada Model Roda KA
Gambar 516 menunjukkan disain pengecoran untuk penempatan penambah
yang digunakan Disain menggunakan 3 buah riser Pada riser tengah diberikan
pading (tambahan masa) dan chill untuk pembentukanpembekuan terarah
25
Laporan Akhir Roda Kereta Api
f7(c (
1 ) ~te
MJr C unlty middot
j~ 10 f- -
r ~~
Imiddotmiddot Gambar 517 Proses Pengisian Logam Cair
Gambar 517 menunjukkan proses pengisian logam cair Logam cair dimasukkan
langsung dari salah satu penambah
- ~ amp il-~ -~ A middotlImiddot
rs ~ ~
III
Gambar 518 Feeding Zone Berakhir pada Penambah
Gambar 518 menunjukkan modulus thermal dengan desain 3 riser telah terjadi
dengan sempurna Dengan desain ini telah terjadi 3 feeding zone yang ketiganya
berakhir pada masing-masing riser
26
---
Iaporan Akhir Roda Kerela Api
JI -+ J J ~ r- shy shy
ltI
bullbull -t bullampI
Ii
I -
Gambar 519 Fraction Solid pada Menit Ke-7
Analisa proses pembekuan dilakukan dengan mengamati fraction solid pada
setiap menit selama proses pembekuan Gambar 519 menunjukkan fraction
solid pada menit ke-7 Pada menit ke-7 feeding zone telah terbagi menjadi 2
daerah Pada tahap ini riser telah berfungsi optimal
Gambar 520 Fraction Solid pada MeDit ke-ll
Gambar 520 menunjukkan fraction solid pada menit ke-11 Pada saat tersebut
fraction solid telah menuju ke daerah riser seluruhnya Directional solidification
telah lebih dominan dari progressive solidification Directional solidification
adalah pembekuan dimulai dari daerah terjauh menuju riser Progressive
27
Larcm Akhir Roda Kerela Api
solidification adalah pembekuan dimulai dari ketebalan dinding casting ke bag ian
tengah (memotong pembekuan directional)
Gambar 521 Final Solidification - Shrinkage only at Riser
Gambar521 menunjukkan hasil akhir dari proses pembekuan Shrinkage
porosity terjadi pada daerah riser yaitu berada di luar produk Disain telah
mencukupi untuk kriteria sound casting
Proses Produksi Coran Roda KA
Pembuatan Pola
Gambar 522 Pola Roda KA
28
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Pembuatan Cetakan dan Inti
Gambar 523 Penempatan Pola Dalam Rangka Cetak dan Pemberian Pasir
Gambar 523 menunjukkan penempatan pola pada rangka cetak Rangka cetak
yang digunakan berbentuk bulat untuk menghemat area pasir cetak Pasir cetak
digunakan adalah jenis greensand Greensand merupakan campuran pasir
kuarsa dan bentonit ditambah sedikit air menghasilkan campuran pasir cetak
yang dapat membentuk rongga cetak
Gambar 524 Penempatan Penambah
29
Laporan Akh ir Roda Kerela Api
Gambar 525 Pemadatan Pasir Cetak
Gambar 526 Pengangkatan Pola dari Cetakan
Gambar 527 Pemberian Coating Pad a Cetakan dan Assembling Cetakan
30
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Gambar 528 Cetakan Siap Cor
Peleburan
Peleburan bahan atau cairan untuk pengecoran roda KA menggunakan dua
metode Metode 1 menggunakan bahan baku dari baja lain yang tersedia
selanjutnya disebut cor 1 Metode 2 menggunakan bahan baku 100 skrap
roda KA bekas selanjutnya disebut cor 2 Keduanya seharusnya dapat
menghasilkan sifat yang sama oleh karenanya akan dibandingkan hasilnya
kemudian
Bahan Baku Peleburan Menggunakan Baja Lain
Peleburan cairan baja untuk roda KA menggunakan bahan dengan komposisi
setara seperti komposisi Roda KA asli Komposisi kimia dirancang mendekati
komposisi kimia roda KA aslinya agar sifat mekanik dapat didekati Komposisi
Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 0 11987
Peramuan 06 - 07 02 - 03 - - 06 - 08 Max 02 Max 02
TabeJ 54 Komposisi Roda KA
31
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Untuk dapat mencapai komposisi tersebut digunakan bahan dasar sebagai
berikut
Jenis Bahan Komposisi Jumlah
C Si S P Mn Ni Cr () (Kg)
Bahan daur ulang GS20Mn5
025 018 - - 111 025 037 80
Baja Scrap jenis Low Mn 02 02 - - 03 - - 180 Tabel 55 Bahan Dasar
Penggunaan paduan untuk mencapai komposisi yang ditargetkan sebagai
berikut
Jenis Bahan C Si S P Mn Ni Cr Jumlah
() (Kg) 1Carburizer 9984 - - - - - -
FeSi 75 015 75 - - - - - 02 FeMnHC 675 071 - - 7553 - - 18
Tabel56 Komposisi Target
Temperatur pengeluaran dari tanur ke ladel sebesar 1651 0 C Temperatur cor
sebesar 1506 0 C
Gambar 529 Proses Peleburan dan Penuangan Ke Cetakan Roda KA
32
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Gambar 530 Proses Penuangan dan Kondisi Cetakan Setelah Selesai Dicor Penuh
Bahan Baku Peleburan Menggunakan 100 Roda KA Bekas
Peleburan menggunakan bahan baku roda KA bekas 100 dilakukan tanpa
menambahkan paduano Bahan baku digunakan 100 skrap roda KA bekas
Roda KA dipotong terlebih dahulu dengan las acetilene agar dapat masuk
kedalam tanur
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA
Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 011987
Target Komp
06 - 07 02 - 03 - - 06 - 08 Max 02
Max 02
Terjadi 0671 0145 0008 00095 0463 00 15 0107 Tabel57 Komposisi Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan
33
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Komposisi yang terjadi mengalami kekurangan pad a Silisium dan Mangan Hal
ini dikarenakan adanya looses atau bahan baku yang memang memiliki
komposisi yang sudah kurang sebelumnya
Perlakuan Panas
Untuk mendapatkan hasil struktur mikro sesuai dengan roda KA aslinya maka
perlu dilakukan perlakuan panas Proses perlakuan panas yang diberikan adalah
normalising
4
UDARA
Gambar 531 Diagram Perlakuan Panas Normalising Coran Roda KA
Dengan diberikan proses normalising maka struktur mikro coran roda KA
menjadi lebih halus Sifat mekaniknya akan menjadi lebih baik
Proses Pengujian
Pengujian dilakukan terhadap benda cor roda KA Tujuannya adalah untuk
mengetahui kualitas hasil cor apakah coran tersebut bebas cacat dan apakah
coran sudah sesuai dengan tuntutan sifat mekanis roda KA Pembandingnya
adalah sifat mekanik roda KA Asli Dengan demikian dapat dianalisis apakah
roda hasil cor layak digunakan atau tidak
Pemeriksaan Komposisi
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 011987
Cor 1 (bahan baja lain)
0693 0258 0013 0016 0461 0027 0091
Cor 2 (bahan skrap roda KA)
0671 0145 0008 00095 0463 0015 0107
Tabel 58 Komposisi Roda KA Asli dan Hasil Cor
34
Laporan Akhir Roda Kerea Api
Pemeriksaan Metalografi - Struktur Mikro
Gambar 532 Struktur Mikro As-Cast Cor 1 (Bahan Baja Lain)
Gambar 533 Struktur Mikro Hasil Normalising Cor 1 (Bahan Baja Lain)
35
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Pengujian Kekerasan
Pengecoran Bagian Hardness 1 2 3 Ratashyrata
Setara
Cor 1 Body HRC 25 27 28 267 265 HB Cor2 Body HRC 27 29 20 253 256 HB
Tabel59 Uji Keras Roda KA As-Cast
Nilai kekerasan bahan roda KA hasil cor 1 adalah 26 7 HRC setara dengan 265
HB dan hasil cor 2 adalah 253 HRC setara dengan 256 HB Kekerasan hampir
sama untuk semua bagian casting karena belum dilakukan perlakuan panas
lanjut atau perlakuan panas permukaan pad a bagian telapak Kekerasan casting
mendekati kekerasan roda KA Asli yaitu 231 HB
Ultrasonik
Pengujian ultrasonik dilakukan untuk mendeteksi cacat pada bagian tengah
coran Bagian yang diperiksa adalah bagian bawah penambah
Gam bar 534 Uji Ultrasonik Roda Cor 1
Hasil pengujian belum diperoleh karena back wall signal tidak terdeteksi
Kemungkinan karena butir hasil cor masih kasar sehingga sinyal ultrasonik jadi
terpencar dan tidak kembali ke probe detector Coran akan diberikan perlakuan
panas normalising terlebih dahulu untuk memperhalus butirnya
36
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Die Penetrant
Die penetrant dilakukan untuk mendeteksi susut cor pada bagian bawah
penambah Coran dipotong melintang tepat dibawah penambah
Gambar 54 Pemeriksaan Cacat Roda Cor 1 Dengan Die Penetrant
Hasil pemeriksaan menunjukkan terdapat sedikit retak pada bagian pinggir
caran o Retakan yang muncul bisa diakibatkan akibat proses pemotongan
menggunakan gerinda dan dilakukan pemukulan Bagian tengah tidak terdapat
cacat susut yang terjadi Dapat disimpulkan bahwa susut coran tidak terjadi pada
benda
37
Laparan Akhir Rada Kerela Api
6 Kesimpulan dan Saran
Dari hasil clading yang dilakukan pada sample roda didapat suatu kesimpulan bahwa semakin panas temperatur sample roda maka terjadi proses difusi yang sangat baik hal ini seperti fenomena yang terjadi pada suatu pengelasan dimana pada logam induk dan logam cair terdapat daerah yang terpengaruh panas sehingga terjadi suatu proses difusi
Dari hasil pengecoran yang dilakukan terhadap pembuatan roda kereta api ukuran 100 kg didapat bahwa proses pengecoran yang memakai bah an baku scrap roda kereta api dapat dilakukan oleh industri dalam negeri dengan memanfaatkan scrap roda kereta api yang ada ditambah sedikit pemaduan (alloying)
Dari kegiatan yang sudah kami lakukan selama 10 bulan ini serta dari data serta infra struktur yang dimiliki oleh industri di dalam negeri maka kami menyarankan agar kegiatan rehabilitasi terhadap roda kereta api dapat dilanjutkan di tahun 2011 yaitu dengan melakukan pengecoran terhadap scrap roda kereta api menjadi Roda Kereta Api baru dengan memanfaatkan kemampuan industri pengecoran di dalam negeri dimana untuk untuk pengecoran ini kemampuan peralatan industri yang ada sudah memadai
38
Laporan Akhir Roda Kereta Api
f7(c (
1 ) ~te
MJr C unlty middot
j~ 10 f- -
r ~~
Imiddotmiddot Gambar 517 Proses Pengisian Logam Cair
Gambar 517 menunjukkan proses pengisian logam cair Logam cair dimasukkan
langsung dari salah satu penambah
- ~ amp il-~ -~ A middotlImiddot
rs ~ ~
III
Gambar 518 Feeding Zone Berakhir pada Penambah
Gambar 518 menunjukkan modulus thermal dengan desain 3 riser telah terjadi
dengan sempurna Dengan desain ini telah terjadi 3 feeding zone yang ketiganya
berakhir pada masing-masing riser
26
---
Iaporan Akhir Roda Kerela Api
JI -+ J J ~ r- shy shy
ltI
bullbull -t bullampI
Ii
I -
Gambar 519 Fraction Solid pada Menit Ke-7
Analisa proses pembekuan dilakukan dengan mengamati fraction solid pada
setiap menit selama proses pembekuan Gambar 519 menunjukkan fraction
solid pada menit ke-7 Pada menit ke-7 feeding zone telah terbagi menjadi 2
daerah Pada tahap ini riser telah berfungsi optimal
Gambar 520 Fraction Solid pada MeDit ke-ll
Gambar 520 menunjukkan fraction solid pada menit ke-11 Pada saat tersebut
fraction solid telah menuju ke daerah riser seluruhnya Directional solidification
telah lebih dominan dari progressive solidification Directional solidification
adalah pembekuan dimulai dari daerah terjauh menuju riser Progressive
27
Larcm Akhir Roda Kerela Api
solidification adalah pembekuan dimulai dari ketebalan dinding casting ke bag ian
tengah (memotong pembekuan directional)
Gambar 521 Final Solidification - Shrinkage only at Riser
Gambar521 menunjukkan hasil akhir dari proses pembekuan Shrinkage
porosity terjadi pada daerah riser yaitu berada di luar produk Disain telah
mencukupi untuk kriteria sound casting
Proses Produksi Coran Roda KA
Pembuatan Pola
Gambar 522 Pola Roda KA
28
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Pembuatan Cetakan dan Inti
Gambar 523 Penempatan Pola Dalam Rangka Cetak dan Pemberian Pasir
Gambar 523 menunjukkan penempatan pola pada rangka cetak Rangka cetak
yang digunakan berbentuk bulat untuk menghemat area pasir cetak Pasir cetak
digunakan adalah jenis greensand Greensand merupakan campuran pasir
kuarsa dan bentonit ditambah sedikit air menghasilkan campuran pasir cetak
yang dapat membentuk rongga cetak
Gambar 524 Penempatan Penambah
29
Laporan Akh ir Roda Kerela Api
Gambar 525 Pemadatan Pasir Cetak
Gambar 526 Pengangkatan Pola dari Cetakan
Gambar 527 Pemberian Coating Pad a Cetakan dan Assembling Cetakan
30
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Gambar 528 Cetakan Siap Cor
Peleburan
Peleburan bahan atau cairan untuk pengecoran roda KA menggunakan dua
metode Metode 1 menggunakan bahan baku dari baja lain yang tersedia
selanjutnya disebut cor 1 Metode 2 menggunakan bahan baku 100 skrap
roda KA bekas selanjutnya disebut cor 2 Keduanya seharusnya dapat
menghasilkan sifat yang sama oleh karenanya akan dibandingkan hasilnya
kemudian
Bahan Baku Peleburan Menggunakan Baja Lain
Peleburan cairan baja untuk roda KA menggunakan bahan dengan komposisi
setara seperti komposisi Roda KA asli Komposisi kimia dirancang mendekati
komposisi kimia roda KA aslinya agar sifat mekanik dapat didekati Komposisi
Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 0 11987
Peramuan 06 - 07 02 - 03 - - 06 - 08 Max 02 Max 02
TabeJ 54 Komposisi Roda KA
31
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Untuk dapat mencapai komposisi tersebut digunakan bahan dasar sebagai
berikut
Jenis Bahan Komposisi Jumlah
C Si S P Mn Ni Cr () (Kg)
Bahan daur ulang GS20Mn5
025 018 - - 111 025 037 80
Baja Scrap jenis Low Mn 02 02 - - 03 - - 180 Tabel 55 Bahan Dasar
Penggunaan paduan untuk mencapai komposisi yang ditargetkan sebagai
berikut
Jenis Bahan C Si S P Mn Ni Cr Jumlah
() (Kg) 1Carburizer 9984 - - - - - -
FeSi 75 015 75 - - - - - 02 FeMnHC 675 071 - - 7553 - - 18
Tabel56 Komposisi Target
Temperatur pengeluaran dari tanur ke ladel sebesar 1651 0 C Temperatur cor
sebesar 1506 0 C
Gambar 529 Proses Peleburan dan Penuangan Ke Cetakan Roda KA
32
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Gambar 530 Proses Penuangan dan Kondisi Cetakan Setelah Selesai Dicor Penuh
Bahan Baku Peleburan Menggunakan 100 Roda KA Bekas
Peleburan menggunakan bahan baku roda KA bekas 100 dilakukan tanpa
menambahkan paduano Bahan baku digunakan 100 skrap roda KA bekas
Roda KA dipotong terlebih dahulu dengan las acetilene agar dapat masuk
kedalam tanur
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA
Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 011987
Target Komp
06 - 07 02 - 03 - - 06 - 08 Max 02
Max 02
Terjadi 0671 0145 0008 00095 0463 00 15 0107 Tabel57 Komposisi Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan
33
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Komposisi yang terjadi mengalami kekurangan pad a Silisium dan Mangan Hal
ini dikarenakan adanya looses atau bahan baku yang memang memiliki
komposisi yang sudah kurang sebelumnya
Perlakuan Panas
Untuk mendapatkan hasil struktur mikro sesuai dengan roda KA aslinya maka
perlu dilakukan perlakuan panas Proses perlakuan panas yang diberikan adalah
normalising
4
UDARA
Gambar 531 Diagram Perlakuan Panas Normalising Coran Roda KA
Dengan diberikan proses normalising maka struktur mikro coran roda KA
menjadi lebih halus Sifat mekaniknya akan menjadi lebih baik
Proses Pengujian
Pengujian dilakukan terhadap benda cor roda KA Tujuannya adalah untuk
mengetahui kualitas hasil cor apakah coran tersebut bebas cacat dan apakah
coran sudah sesuai dengan tuntutan sifat mekanis roda KA Pembandingnya
adalah sifat mekanik roda KA Asli Dengan demikian dapat dianalisis apakah
roda hasil cor layak digunakan atau tidak
Pemeriksaan Komposisi
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 011987
Cor 1 (bahan baja lain)
0693 0258 0013 0016 0461 0027 0091
Cor 2 (bahan skrap roda KA)
0671 0145 0008 00095 0463 0015 0107
Tabel 58 Komposisi Roda KA Asli dan Hasil Cor
34
Laporan Akhir Roda Kerea Api
Pemeriksaan Metalografi - Struktur Mikro
Gambar 532 Struktur Mikro As-Cast Cor 1 (Bahan Baja Lain)
Gambar 533 Struktur Mikro Hasil Normalising Cor 1 (Bahan Baja Lain)
35
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Pengujian Kekerasan
Pengecoran Bagian Hardness 1 2 3 Ratashyrata
Setara
Cor 1 Body HRC 25 27 28 267 265 HB Cor2 Body HRC 27 29 20 253 256 HB
Tabel59 Uji Keras Roda KA As-Cast
Nilai kekerasan bahan roda KA hasil cor 1 adalah 26 7 HRC setara dengan 265
HB dan hasil cor 2 adalah 253 HRC setara dengan 256 HB Kekerasan hampir
sama untuk semua bagian casting karena belum dilakukan perlakuan panas
lanjut atau perlakuan panas permukaan pad a bagian telapak Kekerasan casting
mendekati kekerasan roda KA Asli yaitu 231 HB
Ultrasonik
Pengujian ultrasonik dilakukan untuk mendeteksi cacat pada bagian tengah
coran Bagian yang diperiksa adalah bagian bawah penambah
Gam bar 534 Uji Ultrasonik Roda Cor 1
Hasil pengujian belum diperoleh karena back wall signal tidak terdeteksi
Kemungkinan karena butir hasil cor masih kasar sehingga sinyal ultrasonik jadi
terpencar dan tidak kembali ke probe detector Coran akan diberikan perlakuan
panas normalising terlebih dahulu untuk memperhalus butirnya
36
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Die Penetrant
Die penetrant dilakukan untuk mendeteksi susut cor pada bagian bawah
penambah Coran dipotong melintang tepat dibawah penambah
Gambar 54 Pemeriksaan Cacat Roda Cor 1 Dengan Die Penetrant
Hasil pemeriksaan menunjukkan terdapat sedikit retak pada bagian pinggir
caran o Retakan yang muncul bisa diakibatkan akibat proses pemotongan
menggunakan gerinda dan dilakukan pemukulan Bagian tengah tidak terdapat
cacat susut yang terjadi Dapat disimpulkan bahwa susut coran tidak terjadi pada
benda
37
Laparan Akhir Rada Kerela Api
6 Kesimpulan dan Saran
Dari hasil clading yang dilakukan pada sample roda didapat suatu kesimpulan bahwa semakin panas temperatur sample roda maka terjadi proses difusi yang sangat baik hal ini seperti fenomena yang terjadi pada suatu pengelasan dimana pada logam induk dan logam cair terdapat daerah yang terpengaruh panas sehingga terjadi suatu proses difusi
Dari hasil pengecoran yang dilakukan terhadap pembuatan roda kereta api ukuran 100 kg didapat bahwa proses pengecoran yang memakai bah an baku scrap roda kereta api dapat dilakukan oleh industri dalam negeri dengan memanfaatkan scrap roda kereta api yang ada ditambah sedikit pemaduan (alloying)
Dari kegiatan yang sudah kami lakukan selama 10 bulan ini serta dari data serta infra struktur yang dimiliki oleh industri di dalam negeri maka kami menyarankan agar kegiatan rehabilitasi terhadap roda kereta api dapat dilanjutkan di tahun 2011 yaitu dengan melakukan pengecoran terhadap scrap roda kereta api menjadi Roda Kereta Api baru dengan memanfaatkan kemampuan industri pengecoran di dalam negeri dimana untuk untuk pengecoran ini kemampuan peralatan industri yang ada sudah memadai
38
---
Iaporan Akhir Roda Kerela Api
JI -+ J J ~ r- shy shy
ltI
bullbull -t bullampI
Ii
I -
Gambar 519 Fraction Solid pada Menit Ke-7
Analisa proses pembekuan dilakukan dengan mengamati fraction solid pada
setiap menit selama proses pembekuan Gambar 519 menunjukkan fraction
solid pada menit ke-7 Pada menit ke-7 feeding zone telah terbagi menjadi 2
daerah Pada tahap ini riser telah berfungsi optimal
Gambar 520 Fraction Solid pada MeDit ke-ll
Gambar 520 menunjukkan fraction solid pada menit ke-11 Pada saat tersebut
fraction solid telah menuju ke daerah riser seluruhnya Directional solidification
telah lebih dominan dari progressive solidification Directional solidification
adalah pembekuan dimulai dari daerah terjauh menuju riser Progressive
27
Larcm Akhir Roda Kerela Api
solidification adalah pembekuan dimulai dari ketebalan dinding casting ke bag ian
tengah (memotong pembekuan directional)
Gambar 521 Final Solidification - Shrinkage only at Riser
Gambar521 menunjukkan hasil akhir dari proses pembekuan Shrinkage
porosity terjadi pada daerah riser yaitu berada di luar produk Disain telah
mencukupi untuk kriteria sound casting
Proses Produksi Coran Roda KA
Pembuatan Pola
Gambar 522 Pola Roda KA
28
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Pembuatan Cetakan dan Inti
Gambar 523 Penempatan Pola Dalam Rangka Cetak dan Pemberian Pasir
Gambar 523 menunjukkan penempatan pola pada rangka cetak Rangka cetak
yang digunakan berbentuk bulat untuk menghemat area pasir cetak Pasir cetak
digunakan adalah jenis greensand Greensand merupakan campuran pasir
kuarsa dan bentonit ditambah sedikit air menghasilkan campuran pasir cetak
yang dapat membentuk rongga cetak
Gambar 524 Penempatan Penambah
29
Laporan Akh ir Roda Kerela Api
Gambar 525 Pemadatan Pasir Cetak
Gambar 526 Pengangkatan Pola dari Cetakan
Gambar 527 Pemberian Coating Pad a Cetakan dan Assembling Cetakan
30
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Gambar 528 Cetakan Siap Cor
Peleburan
Peleburan bahan atau cairan untuk pengecoran roda KA menggunakan dua
metode Metode 1 menggunakan bahan baku dari baja lain yang tersedia
selanjutnya disebut cor 1 Metode 2 menggunakan bahan baku 100 skrap
roda KA bekas selanjutnya disebut cor 2 Keduanya seharusnya dapat
menghasilkan sifat yang sama oleh karenanya akan dibandingkan hasilnya
kemudian
Bahan Baku Peleburan Menggunakan Baja Lain
Peleburan cairan baja untuk roda KA menggunakan bahan dengan komposisi
setara seperti komposisi Roda KA asli Komposisi kimia dirancang mendekati
komposisi kimia roda KA aslinya agar sifat mekanik dapat didekati Komposisi
Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 0 11987
Peramuan 06 - 07 02 - 03 - - 06 - 08 Max 02 Max 02
TabeJ 54 Komposisi Roda KA
31
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Untuk dapat mencapai komposisi tersebut digunakan bahan dasar sebagai
berikut
Jenis Bahan Komposisi Jumlah
C Si S P Mn Ni Cr () (Kg)
Bahan daur ulang GS20Mn5
025 018 - - 111 025 037 80
Baja Scrap jenis Low Mn 02 02 - - 03 - - 180 Tabel 55 Bahan Dasar
Penggunaan paduan untuk mencapai komposisi yang ditargetkan sebagai
berikut
Jenis Bahan C Si S P Mn Ni Cr Jumlah
() (Kg) 1Carburizer 9984 - - - - - -
FeSi 75 015 75 - - - - - 02 FeMnHC 675 071 - - 7553 - - 18
Tabel56 Komposisi Target
Temperatur pengeluaran dari tanur ke ladel sebesar 1651 0 C Temperatur cor
sebesar 1506 0 C
Gambar 529 Proses Peleburan dan Penuangan Ke Cetakan Roda KA
32
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Gambar 530 Proses Penuangan dan Kondisi Cetakan Setelah Selesai Dicor Penuh
Bahan Baku Peleburan Menggunakan 100 Roda KA Bekas
Peleburan menggunakan bahan baku roda KA bekas 100 dilakukan tanpa
menambahkan paduano Bahan baku digunakan 100 skrap roda KA bekas
Roda KA dipotong terlebih dahulu dengan las acetilene agar dapat masuk
kedalam tanur
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA
Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 011987
Target Komp
06 - 07 02 - 03 - - 06 - 08 Max 02
Max 02
Terjadi 0671 0145 0008 00095 0463 00 15 0107 Tabel57 Komposisi Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan
33
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Komposisi yang terjadi mengalami kekurangan pad a Silisium dan Mangan Hal
ini dikarenakan adanya looses atau bahan baku yang memang memiliki
komposisi yang sudah kurang sebelumnya
Perlakuan Panas
Untuk mendapatkan hasil struktur mikro sesuai dengan roda KA aslinya maka
perlu dilakukan perlakuan panas Proses perlakuan panas yang diberikan adalah
normalising
4
UDARA
Gambar 531 Diagram Perlakuan Panas Normalising Coran Roda KA
Dengan diberikan proses normalising maka struktur mikro coran roda KA
menjadi lebih halus Sifat mekaniknya akan menjadi lebih baik
Proses Pengujian
Pengujian dilakukan terhadap benda cor roda KA Tujuannya adalah untuk
mengetahui kualitas hasil cor apakah coran tersebut bebas cacat dan apakah
coran sudah sesuai dengan tuntutan sifat mekanis roda KA Pembandingnya
adalah sifat mekanik roda KA Asli Dengan demikian dapat dianalisis apakah
roda hasil cor layak digunakan atau tidak
Pemeriksaan Komposisi
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 011987
Cor 1 (bahan baja lain)
0693 0258 0013 0016 0461 0027 0091
Cor 2 (bahan skrap roda KA)
0671 0145 0008 00095 0463 0015 0107
Tabel 58 Komposisi Roda KA Asli dan Hasil Cor
34
Laporan Akhir Roda Kerea Api
Pemeriksaan Metalografi - Struktur Mikro
Gambar 532 Struktur Mikro As-Cast Cor 1 (Bahan Baja Lain)
Gambar 533 Struktur Mikro Hasil Normalising Cor 1 (Bahan Baja Lain)
35
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Pengujian Kekerasan
Pengecoran Bagian Hardness 1 2 3 Ratashyrata
Setara
Cor 1 Body HRC 25 27 28 267 265 HB Cor2 Body HRC 27 29 20 253 256 HB
Tabel59 Uji Keras Roda KA As-Cast
Nilai kekerasan bahan roda KA hasil cor 1 adalah 26 7 HRC setara dengan 265
HB dan hasil cor 2 adalah 253 HRC setara dengan 256 HB Kekerasan hampir
sama untuk semua bagian casting karena belum dilakukan perlakuan panas
lanjut atau perlakuan panas permukaan pad a bagian telapak Kekerasan casting
mendekati kekerasan roda KA Asli yaitu 231 HB
Ultrasonik
Pengujian ultrasonik dilakukan untuk mendeteksi cacat pada bagian tengah
coran Bagian yang diperiksa adalah bagian bawah penambah
Gam bar 534 Uji Ultrasonik Roda Cor 1
Hasil pengujian belum diperoleh karena back wall signal tidak terdeteksi
Kemungkinan karena butir hasil cor masih kasar sehingga sinyal ultrasonik jadi
terpencar dan tidak kembali ke probe detector Coran akan diberikan perlakuan
panas normalising terlebih dahulu untuk memperhalus butirnya
36
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Die Penetrant
Die penetrant dilakukan untuk mendeteksi susut cor pada bagian bawah
penambah Coran dipotong melintang tepat dibawah penambah
Gambar 54 Pemeriksaan Cacat Roda Cor 1 Dengan Die Penetrant
Hasil pemeriksaan menunjukkan terdapat sedikit retak pada bagian pinggir
caran o Retakan yang muncul bisa diakibatkan akibat proses pemotongan
menggunakan gerinda dan dilakukan pemukulan Bagian tengah tidak terdapat
cacat susut yang terjadi Dapat disimpulkan bahwa susut coran tidak terjadi pada
benda
37
Laparan Akhir Rada Kerela Api
6 Kesimpulan dan Saran
Dari hasil clading yang dilakukan pada sample roda didapat suatu kesimpulan bahwa semakin panas temperatur sample roda maka terjadi proses difusi yang sangat baik hal ini seperti fenomena yang terjadi pada suatu pengelasan dimana pada logam induk dan logam cair terdapat daerah yang terpengaruh panas sehingga terjadi suatu proses difusi
Dari hasil pengecoran yang dilakukan terhadap pembuatan roda kereta api ukuran 100 kg didapat bahwa proses pengecoran yang memakai bah an baku scrap roda kereta api dapat dilakukan oleh industri dalam negeri dengan memanfaatkan scrap roda kereta api yang ada ditambah sedikit pemaduan (alloying)
Dari kegiatan yang sudah kami lakukan selama 10 bulan ini serta dari data serta infra struktur yang dimiliki oleh industri di dalam negeri maka kami menyarankan agar kegiatan rehabilitasi terhadap roda kereta api dapat dilanjutkan di tahun 2011 yaitu dengan melakukan pengecoran terhadap scrap roda kereta api menjadi Roda Kereta Api baru dengan memanfaatkan kemampuan industri pengecoran di dalam negeri dimana untuk untuk pengecoran ini kemampuan peralatan industri yang ada sudah memadai
38
Larcm Akhir Roda Kerela Api
solidification adalah pembekuan dimulai dari ketebalan dinding casting ke bag ian
tengah (memotong pembekuan directional)
Gambar 521 Final Solidification - Shrinkage only at Riser
Gambar521 menunjukkan hasil akhir dari proses pembekuan Shrinkage
porosity terjadi pada daerah riser yaitu berada di luar produk Disain telah
mencukupi untuk kriteria sound casting
Proses Produksi Coran Roda KA
Pembuatan Pola
Gambar 522 Pola Roda KA
28
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Pembuatan Cetakan dan Inti
Gambar 523 Penempatan Pola Dalam Rangka Cetak dan Pemberian Pasir
Gambar 523 menunjukkan penempatan pola pada rangka cetak Rangka cetak
yang digunakan berbentuk bulat untuk menghemat area pasir cetak Pasir cetak
digunakan adalah jenis greensand Greensand merupakan campuran pasir
kuarsa dan bentonit ditambah sedikit air menghasilkan campuran pasir cetak
yang dapat membentuk rongga cetak
Gambar 524 Penempatan Penambah
29
Laporan Akh ir Roda Kerela Api
Gambar 525 Pemadatan Pasir Cetak
Gambar 526 Pengangkatan Pola dari Cetakan
Gambar 527 Pemberian Coating Pad a Cetakan dan Assembling Cetakan
30
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Gambar 528 Cetakan Siap Cor
Peleburan
Peleburan bahan atau cairan untuk pengecoran roda KA menggunakan dua
metode Metode 1 menggunakan bahan baku dari baja lain yang tersedia
selanjutnya disebut cor 1 Metode 2 menggunakan bahan baku 100 skrap
roda KA bekas selanjutnya disebut cor 2 Keduanya seharusnya dapat
menghasilkan sifat yang sama oleh karenanya akan dibandingkan hasilnya
kemudian
Bahan Baku Peleburan Menggunakan Baja Lain
Peleburan cairan baja untuk roda KA menggunakan bahan dengan komposisi
setara seperti komposisi Roda KA asli Komposisi kimia dirancang mendekati
komposisi kimia roda KA aslinya agar sifat mekanik dapat didekati Komposisi
Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 0 11987
Peramuan 06 - 07 02 - 03 - - 06 - 08 Max 02 Max 02
TabeJ 54 Komposisi Roda KA
31
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Untuk dapat mencapai komposisi tersebut digunakan bahan dasar sebagai
berikut
Jenis Bahan Komposisi Jumlah
C Si S P Mn Ni Cr () (Kg)
Bahan daur ulang GS20Mn5
025 018 - - 111 025 037 80
Baja Scrap jenis Low Mn 02 02 - - 03 - - 180 Tabel 55 Bahan Dasar
Penggunaan paduan untuk mencapai komposisi yang ditargetkan sebagai
berikut
Jenis Bahan C Si S P Mn Ni Cr Jumlah
() (Kg) 1Carburizer 9984 - - - - - -
FeSi 75 015 75 - - - - - 02 FeMnHC 675 071 - - 7553 - - 18
Tabel56 Komposisi Target
Temperatur pengeluaran dari tanur ke ladel sebesar 1651 0 C Temperatur cor
sebesar 1506 0 C
Gambar 529 Proses Peleburan dan Penuangan Ke Cetakan Roda KA
32
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Gambar 530 Proses Penuangan dan Kondisi Cetakan Setelah Selesai Dicor Penuh
Bahan Baku Peleburan Menggunakan 100 Roda KA Bekas
Peleburan menggunakan bahan baku roda KA bekas 100 dilakukan tanpa
menambahkan paduano Bahan baku digunakan 100 skrap roda KA bekas
Roda KA dipotong terlebih dahulu dengan las acetilene agar dapat masuk
kedalam tanur
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA
Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 011987
Target Komp
06 - 07 02 - 03 - - 06 - 08 Max 02
Max 02
Terjadi 0671 0145 0008 00095 0463 00 15 0107 Tabel57 Komposisi Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan
33
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Komposisi yang terjadi mengalami kekurangan pad a Silisium dan Mangan Hal
ini dikarenakan adanya looses atau bahan baku yang memang memiliki
komposisi yang sudah kurang sebelumnya
Perlakuan Panas
Untuk mendapatkan hasil struktur mikro sesuai dengan roda KA aslinya maka
perlu dilakukan perlakuan panas Proses perlakuan panas yang diberikan adalah
normalising
4
UDARA
Gambar 531 Diagram Perlakuan Panas Normalising Coran Roda KA
Dengan diberikan proses normalising maka struktur mikro coran roda KA
menjadi lebih halus Sifat mekaniknya akan menjadi lebih baik
Proses Pengujian
Pengujian dilakukan terhadap benda cor roda KA Tujuannya adalah untuk
mengetahui kualitas hasil cor apakah coran tersebut bebas cacat dan apakah
coran sudah sesuai dengan tuntutan sifat mekanis roda KA Pembandingnya
adalah sifat mekanik roda KA Asli Dengan demikian dapat dianalisis apakah
roda hasil cor layak digunakan atau tidak
Pemeriksaan Komposisi
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 011987
Cor 1 (bahan baja lain)
0693 0258 0013 0016 0461 0027 0091
Cor 2 (bahan skrap roda KA)
0671 0145 0008 00095 0463 0015 0107
Tabel 58 Komposisi Roda KA Asli dan Hasil Cor
34
Laporan Akhir Roda Kerea Api
Pemeriksaan Metalografi - Struktur Mikro
Gambar 532 Struktur Mikro As-Cast Cor 1 (Bahan Baja Lain)
Gambar 533 Struktur Mikro Hasil Normalising Cor 1 (Bahan Baja Lain)
35
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Pengujian Kekerasan
Pengecoran Bagian Hardness 1 2 3 Ratashyrata
Setara
Cor 1 Body HRC 25 27 28 267 265 HB Cor2 Body HRC 27 29 20 253 256 HB
Tabel59 Uji Keras Roda KA As-Cast
Nilai kekerasan bahan roda KA hasil cor 1 adalah 26 7 HRC setara dengan 265
HB dan hasil cor 2 adalah 253 HRC setara dengan 256 HB Kekerasan hampir
sama untuk semua bagian casting karena belum dilakukan perlakuan panas
lanjut atau perlakuan panas permukaan pad a bagian telapak Kekerasan casting
mendekati kekerasan roda KA Asli yaitu 231 HB
Ultrasonik
Pengujian ultrasonik dilakukan untuk mendeteksi cacat pada bagian tengah
coran Bagian yang diperiksa adalah bagian bawah penambah
Gam bar 534 Uji Ultrasonik Roda Cor 1
Hasil pengujian belum diperoleh karena back wall signal tidak terdeteksi
Kemungkinan karena butir hasil cor masih kasar sehingga sinyal ultrasonik jadi
terpencar dan tidak kembali ke probe detector Coran akan diberikan perlakuan
panas normalising terlebih dahulu untuk memperhalus butirnya
36
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Die Penetrant
Die penetrant dilakukan untuk mendeteksi susut cor pada bagian bawah
penambah Coran dipotong melintang tepat dibawah penambah
Gambar 54 Pemeriksaan Cacat Roda Cor 1 Dengan Die Penetrant
Hasil pemeriksaan menunjukkan terdapat sedikit retak pada bagian pinggir
caran o Retakan yang muncul bisa diakibatkan akibat proses pemotongan
menggunakan gerinda dan dilakukan pemukulan Bagian tengah tidak terdapat
cacat susut yang terjadi Dapat disimpulkan bahwa susut coran tidak terjadi pada
benda
37
Laparan Akhir Rada Kerela Api
6 Kesimpulan dan Saran
Dari hasil clading yang dilakukan pada sample roda didapat suatu kesimpulan bahwa semakin panas temperatur sample roda maka terjadi proses difusi yang sangat baik hal ini seperti fenomena yang terjadi pada suatu pengelasan dimana pada logam induk dan logam cair terdapat daerah yang terpengaruh panas sehingga terjadi suatu proses difusi
Dari hasil pengecoran yang dilakukan terhadap pembuatan roda kereta api ukuran 100 kg didapat bahwa proses pengecoran yang memakai bah an baku scrap roda kereta api dapat dilakukan oleh industri dalam negeri dengan memanfaatkan scrap roda kereta api yang ada ditambah sedikit pemaduan (alloying)
Dari kegiatan yang sudah kami lakukan selama 10 bulan ini serta dari data serta infra struktur yang dimiliki oleh industri di dalam negeri maka kami menyarankan agar kegiatan rehabilitasi terhadap roda kereta api dapat dilanjutkan di tahun 2011 yaitu dengan melakukan pengecoran terhadap scrap roda kereta api menjadi Roda Kereta Api baru dengan memanfaatkan kemampuan industri pengecoran di dalam negeri dimana untuk untuk pengecoran ini kemampuan peralatan industri yang ada sudah memadai
38
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Pembuatan Cetakan dan Inti
Gambar 523 Penempatan Pola Dalam Rangka Cetak dan Pemberian Pasir
Gambar 523 menunjukkan penempatan pola pada rangka cetak Rangka cetak
yang digunakan berbentuk bulat untuk menghemat area pasir cetak Pasir cetak
digunakan adalah jenis greensand Greensand merupakan campuran pasir
kuarsa dan bentonit ditambah sedikit air menghasilkan campuran pasir cetak
yang dapat membentuk rongga cetak
Gambar 524 Penempatan Penambah
29
Laporan Akh ir Roda Kerela Api
Gambar 525 Pemadatan Pasir Cetak
Gambar 526 Pengangkatan Pola dari Cetakan
Gambar 527 Pemberian Coating Pad a Cetakan dan Assembling Cetakan
30
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Gambar 528 Cetakan Siap Cor
Peleburan
Peleburan bahan atau cairan untuk pengecoran roda KA menggunakan dua
metode Metode 1 menggunakan bahan baku dari baja lain yang tersedia
selanjutnya disebut cor 1 Metode 2 menggunakan bahan baku 100 skrap
roda KA bekas selanjutnya disebut cor 2 Keduanya seharusnya dapat
menghasilkan sifat yang sama oleh karenanya akan dibandingkan hasilnya
kemudian
Bahan Baku Peleburan Menggunakan Baja Lain
Peleburan cairan baja untuk roda KA menggunakan bahan dengan komposisi
setara seperti komposisi Roda KA asli Komposisi kimia dirancang mendekati
komposisi kimia roda KA aslinya agar sifat mekanik dapat didekati Komposisi
Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 0 11987
Peramuan 06 - 07 02 - 03 - - 06 - 08 Max 02 Max 02
TabeJ 54 Komposisi Roda KA
31
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Untuk dapat mencapai komposisi tersebut digunakan bahan dasar sebagai
berikut
Jenis Bahan Komposisi Jumlah
C Si S P Mn Ni Cr () (Kg)
Bahan daur ulang GS20Mn5
025 018 - - 111 025 037 80
Baja Scrap jenis Low Mn 02 02 - - 03 - - 180 Tabel 55 Bahan Dasar
Penggunaan paduan untuk mencapai komposisi yang ditargetkan sebagai
berikut
Jenis Bahan C Si S P Mn Ni Cr Jumlah
() (Kg) 1Carburizer 9984 - - - - - -
FeSi 75 015 75 - - - - - 02 FeMnHC 675 071 - - 7553 - - 18
Tabel56 Komposisi Target
Temperatur pengeluaran dari tanur ke ladel sebesar 1651 0 C Temperatur cor
sebesar 1506 0 C
Gambar 529 Proses Peleburan dan Penuangan Ke Cetakan Roda KA
32
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Gambar 530 Proses Penuangan dan Kondisi Cetakan Setelah Selesai Dicor Penuh
Bahan Baku Peleburan Menggunakan 100 Roda KA Bekas
Peleburan menggunakan bahan baku roda KA bekas 100 dilakukan tanpa
menambahkan paduano Bahan baku digunakan 100 skrap roda KA bekas
Roda KA dipotong terlebih dahulu dengan las acetilene agar dapat masuk
kedalam tanur
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA
Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 011987
Target Komp
06 - 07 02 - 03 - - 06 - 08 Max 02
Max 02
Terjadi 0671 0145 0008 00095 0463 00 15 0107 Tabel57 Komposisi Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan
33
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Komposisi yang terjadi mengalami kekurangan pad a Silisium dan Mangan Hal
ini dikarenakan adanya looses atau bahan baku yang memang memiliki
komposisi yang sudah kurang sebelumnya
Perlakuan Panas
Untuk mendapatkan hasil struktur mikro sesuai dengan roda KA aslinya maka
perlu dilakukan perlakuan panas Proses perlakuan panas yang diberikan adalah
normalising
4
UDARA
Gambar 531 Diagram Perlakuan Panas Normalising Coran Roda KA
Dengan diberikan proses normalising maka struktur mikro coran roda KA
menjadi lebih halus Sifat mekaniknya akan menjadi lebih baik
Proses Pengujian
Pengujian dilakukan terhadap benda cor roda KA Tujuannya adalah untuk
mengetahui kualitas hasil cor apakah coran tersebut bebas cacat dan apakah
coran sudah sesuai dengan tuntutan sifat mekanis roda KA Pembandingnya
adalah sifat mekanik roda KA Asli Dengan demikian dapat dianalisis apakah
roda hasil cor layak digunakan atau tidak
Pemeriksaan Komposisi
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 011987
Cor 1 (bahan baja lain)
0693 0258 0013 0016 0461 0027 0091
Cor 2 (bahan skrap roda KA)
0671 0145 0008 00095 0463 0015 0107
Tabel 58 Komposisi Roda KA Asli dan Hasil Cor
34
Laporan Akhir Roda Kerea Api
Pemeriksaan Metalografi - Struktur Mikro
Gambar 532 Struktur Mikro As-Cast Cor 1 (Bahan Baja Lain)
Gambar 533 Struktur Mikro Hasil Normalising Cor 1 (Bahan Baja Lain)
35
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Pengujian Kekerasan
Pengecoran Bagian Hardness 1 2 3 Ratashyrata
Setara
Cor 1 Body HRC 25 27 28 267 265 HB Cor2 Body HRC 27 29 20 253 256 HB
Tabel59 Uji Keras Roda KA As-Cast
Nilai kekerasan bahan roda KA hasil cor 1 adalah 26 7 HRC setara dengan 265
HB dan hasil cor 2 adalah 253 HRC setara dengan 256 HB Kekerasan hampir
sama untuk semua bagian casting karena belum dilakukan perlakuan panas
lanjut atau perlakuan panas permukaan pad a bagian telapak Kekerasan casting
mendekati kekerasan roda KA Asli yaitu 231 HB
Ultrasonik
Pengujian ultrasonik dilakukan untuk mendeteksi cacat pada bagian tengah
coran Bagian yang diperiksa adalah bagian bawah penambah
Gam bar 534 Uji Ultrasonik Roda Cor 1
Hasil pengujian belum diperoleh karena back wall signal tidak terdeteksi
Kemungkinan karena butir hasil cor masih kasar sehingga sinyal ultrasonik jadi
terpencar dan tidak kembali ke probe detector Coran akan diberikan perlakuan
panas normalising terlebih dahulu untuk memperhalus butirnya
36
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Die Penetrant
Die penetrant dilakukan untuk mendeteksi susut cor pada bagian bawah
penambah Coran dipotong melintang tepat dibawah penambah
Gambar 54 Pemeriksaan Cacat Roda Cor 1 Dengan Die Penetrant
Hasil pemeriksaan menunjukkan terdapat sedikit retak pada bagian pinggir
caran o Retakan yang muncul bisa diakibatkan akibat proses pemotongan
menggunakan gerinda dan dilakukan pemukulan Bagian tengah tidak terdapat
cacat susut yang terjadi Dapat disimpulkan bahwa susut coran tidak terjadi pada
benda
37
Laparan Akhir Rada Kerela Api
6 Kesimpulan dan Saran
Dari hasil clading yang dilakukan pada sample roda didapat suatu kesimpulan bahwa semakin panas temperatur sample roda maka terjadi proses difusi yang sangat baik hal ini seperti fenomena yang terjadi pada suatu pengelasan dimana pada logam induk dan logam cair terdapat daerah yang terpengaruh panas sehingga terjadi suatu proses difusi
Dari hasil pengecoran yang dilakukan terhadap pembuatan roda kereta api ukuran 100 kg didapat bahwa proses pengecoran yang memakai bah an baku scrap roda kereta api dapat dilakukan oleh industri dalam negeri dengan memanfaatkan scrap roda kereta api yang ada ditambah sedikit pemaduan (alloying)
Dari kegiatan yang sudah kami lakukan selama 10 bulan ini serta dari data serta infra struktur yang dimiliki oleh industri di dalam negeri maka kami menyarankan agar kegiatan rehabilitasi terhadap roda kereta api dapat dilanjutkan di tahun 2011 yaitu dengan melakukan pengecoran terhadap scrap roda kereta api menjadi Roda Kereta Api baru dengan memanfaatkan kemampuan industri pengecoran di dalam negeri dimana untuk untuk pengecoran ini kemampuan peralatan industri yang ada sudah memadai
38
Laporan Akh ir Roda Kerela Api
Gambar 525 Pemadatan Pasir Cetak
Gambar 526 Pengangkatan Pola dari Cetakan
Gambar 527 Pemberian Coating Pad a Cetakan dan Assembling Cetakan
30
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Gambar 528 Cetakan Siap Cor
Peleburan
Peleburan bahan atau cairan untuk pengecoran roda KA menggunakan dua
metode Metode 1 menggunakan bahan baku dari baja lain yang tersedia
selanjutnya disebut cor 1 Metode 2 menggunakan bahan baku 100 skrap
roda KA bekas selanjutnya disebut cor 2 Keduanya seharusnya dapat
menghasilkan sifat yang sama oleh karenanya akan dibandingkan hasilnya
kemudian
Bahan Baku Peleburan Menggunakan Baja Lain
Peleburan cairan baja untuk roda KA menggunakan bahan dengan komposisi
setara seperti komposisi Roda KA asli Komposisi kimia dirancang mendekati
komposisi kimia roda KA aslinya agar sifat mekanik dapat didekati Komposisi
Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 0 11987
Peramuan 06 - 07 02 - 03 - - 06 - 08 Max 02 Max 02
TabeJ 54 Komposisi Roda KA
31
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Untuk dapat mencapai komposisi tersebut digunakan bahan dasar sebagai
berikut
Jenis Bahan Komposisi Jumlah
C Si S P Mn Ni Cr () (Kg)
Bahan daur ulang GS20Mn5
025 018 - - 111 025 037 80
Baja Scrap jenis Low Mn 02 02 - - 03 - - 180 Tabel 55 Bahan Dasar
Penggunaan paduan untuk mencapai komposisi yang ditargetkan sebagai
berikut
Jenis Bahan C Si S P Mn Ni Cr Jumlah
() (Kg) 1Carburizer 9984 - - - - - -
FeSi 75 015 75 - - - - - 02 FeMnHC 675 071 - - 7553 - - 18
Tabel56 Komposisi Target
Temperatur pengeluaran dari tanur ke ladel sebesar 1651 0 C Temperatur cor
sebesar 1506 0 C
Gambar 529 Proses Peleburan dan Penuangan Ke Cetakan Roda KA
32
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Gambar 530 Proses Penuangan dan Kondisi Cetakan Setelah Selesai Dicor Penuh
Bahan Baku Peleburan Menggunakan 100 Roda KA Bekas
Peleburan menggunakan bahan baku roda KA bekas 100 dilakukan tanpa
menambahkan paduano Bahan baku digunakan 100 skrap roda KA bekas
Roda KA dipotong terlebih dahulu dengan las acetilene agar dapat masuk
kedalam tanur
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA
Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 011987
Target Komp
06 - 07 02 - 03 - - 06 - 08 Max 02
Max 02
Terjadi 0671 0145 0008 00095 0463 00 15 0107 Tabel57 Komposisi Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan
33
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Komposisi yang terjadi mengalami kekurangan pad a Silisium dan Mangan Hal
ini dikarenakan adanya looses atau bahan baku yang memang memiliki
komposisi yang sudah kurang sebelumnya
Perlakuan Panas
Untuk mendapatkan hasil struktur mikro sesuai dengan roda KA aslinya maka
perlu dilakukan perlakuan panas Proses perlakuan panas yang diberikan adalah
normalising
4
UDARA
Gambar 531 Diagram Perlakuan Panas Normalising Coran Roda KA
Dengan diberikan proses normalising maka struktur mikro coran roda KA
menjadi lebih halus Sifat mekaniknya akan menjadi lebih baik
Proses Pengujian
Pengujian dilakukan terhadap benda cor roda KA Tujuannya adalah untuk
mengetahui kualitas hasil cor apakah coran tersebut bebas cacat dan apakah
coran sudah sesuai dengan tuntutan sifat mekanis roda KA Pembandingnya
adalah sifat mekanik roda KA Asli Dengan demikian dapat dianalisis apakah
roda hasil cor layak digunakan atau tidak
Pemeriksaan Komposisi
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 011987
Cor 1 (bahan baja lain)
0693 0258 0013 0016 0461 0027 0091
Cor 2 (bahan skrap roda KA)
0671 0145 0008 00095 0463 0015 0107
Tabel 58 Komposisi Roda KA Asli dan Hasil Cor
34
Laporan Akhir Roda Kerea Api
Pemeriksaan Metalografi - Struktur Mikro
Gambar 532 Struktur Mikro As-Cast Cor 1 (Bahan Baja Lain)
Gambar 533 Struktur Mikro Hasil Normalising Cor 1 (Bahan Baja Lain)
35
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Pengujian Kekerasan
Pengecoran Bagian Hardness 1 2 3 Ratashyrata
Setara
Cor 1 Body HRC 25 27 28 267 265 HB Cor2 Body HRC 27 29 20 253 256 HB
Tabel59 Uji Keras Roda KA As-Cast
Nilai kekerasan bahan roda KA hasil cor 1 adalah 26 7 HRC setara dengan 265
HB dan hasil cor 2 adalah 253 HRC setara dengan 256 HB Kekerasan hampir
sama untuk semua bagian casting karena belum dilakukan perlakuan panas
lanjut atau perlakuan panas permukaan pad a bagian telapak Kekerasan casting
mendekati kekerasan roda KA Asli yaitu 231 HB
Ultrasonik
Pengujian ultrasonik dilakukan untuk mendeteksi cacat pada bagian tengah
coran Bagian yang diperiksa adalah bagian bawah penambah
Gam bar 534 Uji Ultrasonik Roda Cor 1
Hasil pengujian belum diperoleh karena back wall signal tidak terdeteksi
Kemungkinan karena butir hasil cor masih kasar sehingga sinyal ultrasonik jadi
terpencar dan tidak kembali ke probe detector Coran akan diberikan perlakuan
panas normalising terlebih dahulu untuk memperhalus butirnya
36
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Die Penetrant
Die penetrant dilakukan untuk mendeteksi susut cor pada bagian bawah
penambah Coran dipotong melintang tepat dibawah penambah
Gambar 54 Pemeriksaan Cacat Roda Cor 1 Dengan Die Penetrant
Hasil pemeriksaan menunjukkan terdapat sedikit retak pada bagian pinggir
caran o Retakan yang muncul bisa diakibatkan akibat proses pemotongan
menggunakan gerinda dan dilakukan pemukulan Bagian tengah tidak terdapat
cacat susut yang terjadi Dapat disimpulkan bahwa susut coran tidak terjadi pada
benda
37
Laparan Akhir Rada Kerela Api
6 Kesimpulan dan Saran
Dari hasil clading yang dilakukan pada sample roda didapat suatu kesimpulan bahwa semakin panas temperatur sample roda maka terjadi proses difusi yang sangat baik hal ini seperti fenomena yang terjadi pada suatu pengelasan dimana pada logam induk dan logam cair terdapat daerah yang terpengaruh panas sehingga terjadi suatu proses difusi
Dari hasil pengecoran yang dilakukan terhadap pembuatan roda kereta api ukuran 100 kg didapat bahwa proses pengecoran yang memakai bah an baku scrap roda kereta api dapat dilakukan oleh industri dalam negeri dengan memanfaatkan scrap roda kereta api yang ada ditambah sedikit pemaduan (alloying)
Dari kegiatan yang sudah kami lakukan selama 10 bulan ini serta dari data serta infra struktur yang dimiliki oleh industri di dalam negeri maka kami menyarankan agar kegiatan rehabilitasi terhadap roda kereta api dapat dilanjutkan di tahun 2011 yaitu dengan melakukan pengecoran terhadap scrap roda kereta api menjadi Roda Kereta Api baru dengan memanfaatkan kemampuan industri pengecoran di dalam negeri dimana untuk untuk pengecoran ini kemampuan peralatan industri yang ada sudah memadai
38
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Gambar 528 Cetakan Siap Cor
Peleburan
Peleburan bahan atau cairan untuk pengecoran roda KA menggunakan dua
metode Metode 1 menggunakan bahan baku dari baja lain yang tersedia
selanjutnya disebut cor 1 Metode 2 menggunakan bahan baku 100 skrap
roda KA bekas selanjutnya disebut cor 2 Keduanya seharusnya dapat
menghasilkan sifat yang sama oleh karenanya akan dibandingkan hasilnya
kemudian
Bahan Baku Peleburan Menggunakan Baja Lain
Peleburan cairan baja untuk roda KA menggunakan bahan dengan komposisi
setara seperti komposisi Roda KA asli Komposisi kimia dirancang mendekati
komposisi kimia roda KA aslinya agar sifat mekanik dapat didekati Komposisi
Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 0 11987
Peramuan 06 - 07 02 - 03 - - 06 - 08 Max 02 Max 02
TabeJ 54 Komposisi Roda KA
31
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Untuk dapat mencapai komposisi tersebut digunakan bahan dasar sebagai
berikut
Jenis Bahan Komposisi Jumlah
C Si S P Mn Ni Cr () (Kg)
Bahan daur ulang GS20Mn5
025 018 - - 111 025 037 80
Baja Scrap jenis Low Mn 02 02 - - 03 - - 180 Tabel 55 Bahan Dasar
Penggunaan paduan untuk mencapai komposisi yang ditargetkan sebagai
berikut
Jenis Bahan C Si S P Mn Ni Cr Jumlah
() (Kg) 1Carburizer 9984 - - - - - -
FeSi 75 015 75 - - - - - 02 FeMnHC 675 071 - - 7553 - - 18
Tabel56 Komposisi Target
Temperatur pengeluaran dari tanur ke ladel sebesar 1651 0 C Temperatur cor
sebesar 1506 0 C
Gambar 529 Proses Peleburan dan Penuangan Ke Cetakan Roda KA
32
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Gambar 530 Proses Penuangan dan Kondisi Cetakan Setelah Selesai Dicor Penuh
Bahan Baku Peleburan Menggunakan 100 Roda KA Bekas
Peleburan menggunakan bahan baku roda KA bekas 100 dilakukan tanpa
menambahkan paduano Bahan baku digunakan 100 skrap roda KA bekas
Roda KA dipotong terlebih dahulu dengan las acetilene agar dapat masuk
kedalam tanur
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA
Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 011987
Target Komp
06 - 07 02 - 03 - - 06 - 08 Max 02
Max 02
Terjadi 0671 0145 0008 00095 0463 00 15 0107 Tabel57 Komposisi Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan
33
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Komposisi yang terjadi mengalami kekurangan pad a Silisium dan Mangan Hal
ini dikarenakan adanya looses atau bahan baku yang memang memiliki
komposisi yang sudah kurang sebelumnya
Perlakuan Panas
Untuk mendapatkan hasil struktur mikro sesuai dengan roda KA aslinya maka
perlu dilakukan perlakuan panas Proses perlakuan panas yang diberikan adalah
normalising
4
UDARA
Gambar 531 Diagram Perlakuan Panas Normalising Coran Roda KA
Dengan diberikan proses normalising maka struktur mikro coran roda KA
menjadi lebih halus Sifat mekaniknya akan menjadi lebih baik
Proses Pengujian
Pengujian dilakukan terhadap benda cor roda KA Tujuannya adalah untuk
mengetahui kualitas hasil cor apakah coran tersebut bebas cacat dan apakah
coran sudah sesuai dengan tuntutan sifat mekanis roda KA Pembandingnya
adalah sifat mekanik roda KA Asli Dengan demikian dapat dianalisis apakah
roda hasil cor layak digunakan atau tidak
Pemeriksaan Komposisi
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 011987
Cor 1 (bahan baja lain)
0693 0258 0013 0016 0461 0027 0091
Cor 2 (bahan skrap roda KA)
0671 0145 0008 00095 0463 0015 0107
Tabel 58 Komposisi Roda KA Asli dan Hasil Cor
34
Laporan Akhir Roda Kerea Api
Pemeriksaan Metalografi - Struktur Mikro
Gambar 532 Struktur Mikro As-Cast Cor 1 (Bahan Baja Lain)
Gambar 533 Struktur Mikro Hasil Normalising Cor 1 (Bahan Baja Lain)
35
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Pengujian Kekerasan
Pengecoran Bagian Hardness 1 2 3 Ratashyrata
Setara
Cor 1 Body HRC 25 27 28 267 265 HB Cor2 Body HRC 27 29 20 253 256 HB
Tabel59 Uji Keras Roda KA As-Cast
Nilai kekerasan bahan roda KA hasil cor 1 adalah 26 7 HRC setara dengan 265
HB dan hasil cor 2 adalah 253 HRC setara dengan 256 HB Kekerasan hampir
sama untuk semua bagian casting karena belum dilakukan perlakuan panas
lanjut atau perlakuan panas permukaan pad a bagian telapak Kekerasan casting
mendekati kekerasan roda KA Asli yaitu 231 HB
Ultrasonik
Pengujian ultrasonik dilakukan untuk mendeteksi cacat pada bagian tengah
coran Bagian yang diperiksa adalah bagian bawah penambah
Gam bar 534 Uji Ultrasonik Roda Cor 1
Hasil pengujian belum diperoleh karena back wall signal tidak terdeteksi
Kemungkinan karena butir hasil cor masih kasar sehingga sinyal ultrasonik jadi
terpencar dan tidak kembali ke probe detector Coran akan diberikan perlakuan
panas normalising terlebih dahulu untuk memperhalus butirnya
36
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Die Penetrant
Die penetrant dilakukan untuk mendeteksi susut cor pada bagian bawah
penambah Coran dipotong melintang tepat dibawah penambah
Gambar 54 Pemeriksaan Cacat Roda Cor 1 Dengan Die Penetrant
Hasil pemeriksaan menunjukkan terdapat sedikit retak pada bagian pinggir
caran o Retakan yang muncul bisa diakibatkan akibat proses pemotongan
menggunakan gerinda dan dilakukan pemukulan Bagian tengah tidak terdapat
cacat susut yang terjadi Dapat disimpulkan bahwa susut coran tidak terjadi pada
benda
37
Laparan Akhir Rada Kerela Api
6 Kesimpulan dan Saran
Dari hasil clading yang dilakukan pada sample roda didapat suatu kesimpulan bahwa semakin panas temperatur sample roda maka terjadi proses difusi yang sangat baik hal ini seperti fenomena yang terjadi pada suatu pengelasan dimana pada logam induk dan logam cair terdapat daerah yang terpengaruh panas sehingga terjadi suatu proses difusi
Dari hasil pengecoran yang dilakukan terhadap pembuatan roda kereta api ukuran 100 kg didapat bahwa proses pengecoran yang memakai bah an baku scrap roda kereta api dapat dilakukan oleh industri dalam negeri dengan memanfaatkan scrap roda kereta api yang ada ditambah sedikit pemaduan (alloying)
Dari kegiatan yang sudah kami lakukan selama 10 bulan ini serta dari data serta infra struktur yang dimiliki oleh industri di dalam negeri maka kami menyarankan agar kegiatan rehabilitasi terhadap roda kereta api dapat dilanjutkan di tahun 2011 yaitu dengan melakukan pengecoran terhadap scrap roda kereta api menjadi Roda Kereta Api baru dengan memanfaatkan kemampuan industri pengecoran di dalam negeri dimana untuk untuk pengecoran ini kemampuan peralatan industri yang ada sudah memadai
38
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Untuk dapat mencapai komposisi tersebut digunakan bahan dasar sebagai
berikut
Jenis Bahan Komposisi Jumlah
C Si S P Mn Ni Cr () (Kg)
Bahan daur ulang GS20Mn5
025 018 - - 111 025 037 80
Baja Scrap jenis Low Mn 02 02 - - 03 - - 180 Tabel 55 Bahan Dasar
Penggunaan paduan untuk mencapai komposisi yang ditargetkan sebagai
berikut
Jenis Bahan C Si S P Mn Ni Cr Jumlah
() (Kg) 1Carburizer 9984 - - - - - -
FeSi 75 015 75 - - - - - 02 FeMnHC 675 071 - - 7553 - - 18
Tabel56 Komposisi Target
Temperatur pengeluaran dari tanur ke ladel sebesar 1651 0 C Temperatur cor
sebesar 1506 0 C
Gambar 529 Proses Peleburan dan Penuangan Ke Cetakan Roda KA
32
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Gambar 530 Proses Penuangan dan Kondisi Cetakan Setelah Selesai Dicor Penuh
Bahan Baku Peleburan Menggunakan 100 Roda KA Bekas
Peleburan menggunakan bahan baku roda KA bekas 100 dilakukan tanpa
menambahkan paduano Bahan baku digunakan 100 skrap roda KA bekas
Roda KA dipotong terlebih dahulu dengan las acetilene agar dapat masuk
kedalam tanur
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA
Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 011987
Target Komp
06 - 07 02 - 03 - - 06 - 08 Max 02
Max 02
Terjadi 0671 0145 0008 00095 0463 00 15 0107 Tabel57 Komposisi Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan
33
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Komposisi yang terjadi mengalami kekurangan pad a Silisium dan Mangan Hal
ini dikarenakan adanya looses atau bahan baku yang memang memiliki
komposisi yang sudah kurang sebelumnya
Perlakuan Panas
Untuk mendapatkan hasil struktur mikro sesuai dengan roda KA aslinya maka
perlu dilakukan perlakuan panas Proses perlakuan panas yang diberikan adalah
normalising
4
UDARA
Gambar 531 Diagram Perlakuan Panas Normalising Coran Roda KA
Dengan diberikan proses normalising maka struktur mikro coran roda KA
menjadi lebih halus Sifat mekaniknya akan menjadi lebih baik
Proses Pengujian
Pengujian dilakukan terhadap benda cor roda KA Tujuannya adalah untuk
mengetahui kualitas hasil cor apakah coran tersebut bebas cacat dan apakah
coran sudah sesuai dengan tuntutan sifat mekanis roda KA Pembandingnya
adalah sifat mekanik roda KA Asli Dengan demikian dapat dianalisis apakah
roda hasil cor layak digunakan atau tidak
Pemeriksaan Komposisi
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 011987
Cor 1 (bahan baja lain)
0693 0258 0013 0016 0461 0027 0091
Cor 2 (bahan skrap roda KA)
0671 0145 0008 00095 0463 0015 0107
Tabel 58 Komposisi Roda KA Asli dan Hasil Cor
34
Laporan Akhir Roda Kerea Api
Pemeriksaan Metalografi - Struktur Mikro
Gambar 532 Struktur Mikro As-Cast Cor 1 (Bahan Baja Lain)
Gambar 533 Struktur Mikro Hasil Normalising Cor 1 (Bahan Baja Lain)
35
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Pengujian Kekerasan
Pengecoran Bagian Hardness 1 2 3 Ratashyrata
Setara
Cor 1 Body HRC 25 27 28 267 265 HB Cor2 Body HRC 27 29 20 253 256 HB
Tabel59 Uji Keras Roda KA As-Cast
Nilai kekerasan bahan roda KA hasil cor 1 adalah 26 7 HRC setara dengan 265
HB dan hasil cor 2 adalah 253 HRC setara dengan 256 HB Kekerasan hampir
sama untuk semua bagian casting karena belum dilakukan perlakuan panas
lanjut atau perlakuan panas permukaan pad a bagian telapak Kekerasan casting
mendekati kekerasan roda KA Asli yaitu 231 HB
Ultrasonik
Pengujian ultrasonik dilakukan untuk mendeteksi cacat pada bagian tengah
coran Bagian yang diperiksa adalah bagian bawah penambah
Gam bar 534 Uji Ultrasonik Roda Cor 1
Hasil pengujian belum diperoleh karena back wall signal tidak terdeteksi
Kemungkinan karena butir hasil cor masih kasar sehingga sinyal ultrasonik jadi
terpencar dan tidak kembali ke probe detector Coran akan diberikan perlakuan
panas normalising terlebih dahulu untuk memperhalus butirnya
36
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Die Penetrant
Die penetrant dilakukan untuk mendeteksi susut cor pada bagian bawah
penambah Coran dipotong melintang tepat dibawah penambah
Gambar 54 Pemeriksaan Cacat Roda Cor 1 Dengan Die Penetrant
Hasil pemeriksaan menunjukkan terdapat sedikit retak pada bagian pinggir
caran o Retakan yang muncul bisa diakibatkan akibat proses pemotongan
menggunakan gerinda dan dilakukan pemukulan Bagian tengah tidak terdapat
cacat susut yang terjadi Dapat disimpulkan bahwa susut coran tidak terjadi pada
benda
37
Laparan Akhir Rada Kerela Api
6 Kesimpulan dan Saran
Dari hasil clading yang dilakukan pada sample roda didapat suatu kesimpulan bahwa semakin panas temperatur sample roda maka terjadi proses difusi yang sangat baik hal ini seperti fenomena yang terjadi pada suatu pengelasan dimana pada logam induk dan logam cair terdapat daerah yang terpengaruh panas sehingga terjadi suatu proses difusi
Dari hasil pengecoran yang dilakukan terhadap pembuatan roda kereta api ukuran 100 kg didapat bahwa proses pengecoran yang memakai bah an baku scrap roda kereta api dapat dilakukan oleh industri dalam negeri dengan memanfaatkan scrap roda kereta api yang ada ditambah sedikit pemaduan (alloying)
Dari kegiatan yang sudah kami lakukan selama 10 bulan ini serta dari data serta infra struktur yang dimiliki oleh industri di dalam negeri maka kami menyarankan agar kegiatan rehabilitasi terhadap roda kereta api dapat dilanjutkan di tahun 2011 yaitu dengan melakukan pengecoran terhadap scrap roda kereta api menjadi Roda Kereta Api baru dengan memanfaatkan kemampuan industri pengecoran di dalam negeri dimana untuk untuk pengecoran ini kemampuan peralatan industri yang ada sudah memadai
38
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Gambar 530 Proses Penuangan dan Kondisi Cetakan Setelah Selesai Dicor Penuh
Bahan Baku Peleburan Menggunakan 100 Roda KA Bekas
Peleburan menggunakan bahan baku roda KA bekas 100 dilakukan tanpa
menambahkan paduano Bahan baku digunakan 100 skrap roda KA bekas
Roda KA dipotong terlebih dahulu dengan las acetilene agar dapat masuk
kedalam tanur
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA
Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 011987
Target Komp
06 - 07 02 - 03 - - 06 - 08 Max 02
Max 02
Terjadi 0671 0145 0008 00095 0463 00 15 0107 Tabel57 Komposisi Roda KA Asli dan Target Peramuan Peleburan
33
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Komposisi yang terjadi mengalami kekurangan pad a Silisium dan Mangan Hal
ini dikarenakan adanya looses atau bahan baku yang memang memiliki
komposisi yang sudah kurang sebelumnya
Perlakuan Panas
Untuk mendapatkan hasil struktur mikro sesuai dengan roda KA aslinya maka
perlu dilakukan perlakuan panas Proses perlakuan panas yang diberikan adalah
normalising
4
UDARA
Gambar 531 Diagram Perlakuan Panas Normalising Coran Roda KA
Dengan diberikan proses normalising maka struktur mikro coran roda KA
menjadi lebih halus Sifat mekaniknya akan menjadi lebih baik
Proses Pengujian
Pengujian dilakukan terhadap benda cor roda KA Tujuannya adalah untuk
mengetahui kualitas hasil cor apakah coran tersebut bebas cacat dan apakah
coran sudah sesuai dengan tuntutan sifat mekanis roda KA Pembandingnya
adalah sifat mekanik roda KA Asli Dengan demikian dapat dianalisis apakah
roda hasil cor layak digunakan atau tidak
Pemeriksaan Komposisi
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 011987
Cor 1 (bahan baja lain)
0693 0258 0013 0016 0461 0027 0091
Cor 2 (bahan skrap roda KA)
0671 0145 0008 00095 0463 0015 0107
Tabel 58 Komposisi Roda KA Asli dan Hasil Cor
34
Laporan Akhir Roda Kerea Api
Pemeriksaan Metalografi - Struktur Mikro
Gambar 532 Struktur Mikro As-Cast Cor 1 (Bahan Baja Lain)
Gambar 533 Struktur Mikro Hasil Normalising Cor 1 (Bahan Baja Lain)
35
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Pengujian Kekerasan
Pengecoran Bagian Hardness 1 2 3 Ratashyrata
Setara
Cor 1 Body HRC 25 27 28 267 265 HB Cor2 Body HRC 27 29 20 253 256 HB
Tabel59 Uji Keras Roda KA As-Cast
Nilai kekerasan bahan roda KA hasil cor 1 adalah 26 7 HRC setara dengan 265
HB dan hasil cor 2 adalah 253 HRC setara dengan 256 HB Kekerasan hampir
sama untuk semua bagian casting karena belum dilakukan perlakuan panas
lanjut atau perlakuan panas permukaan pad a bagian telapak Kekerasan casting
mendekati kekerasan roda KA Asli yaitu 231 HB
Ultrasonik
Pengujian ultrasonik dilakukan untuk mendeteksi cacat pada bagian tengah
coran Bagian yang diperiksa adalah bagian bawah penambah
Gam bar 534 Uji Ultrasonik Roda Cor 1
Hasil pengujian belum diperoleh karena back wall signal tidak terdeteksi
Kemungkinan karena butir hasil cor masih kasar sehingga sinyal ultrasonik jadi
terpencar dan tidak kembali ke probe detector Coran akan diberikan perlakuan
panas normalising terlebih dahulu untuk memperhalus butirnya
36
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Die Penetrant
Die penetrant dilakukan untuk mendeteksi susut cor pada bagian bawah
penambah Coran dipotong melintang tepat dibawah penambah
Gambar 54 Pemeriksaan Cacat Roda Cor 1 Dengan Die Penetrant
Hasil pemeriksaan menunjukkan terdapat sedikit retak pada bagian pinggir
caran o Retakan yang muncul bisa diakibatkan akibat proses pemotongan
menggunakan gerinda dan dilakukan pemukulan Bagian tengah tidak terdapat
cacat susut yang terjadi Dapat disimpulkan bahwa susut coran tidak terjadi pada
benda
37
Laparan Akhir Rada Kerela Api
6 Kesimpulan dan Saran
Dari hasil clading yang dilakukan pada sample roda didapat suatu kesimpulan bahwa semakin panas temperatur sample roda maka terjadi proses difusi yang sangat baik hal ini seperti fenomena yang terjadi pada suatu pengelasan dimana pada logam induk dan logam cair terdapat daerah yang terpengaruh panas sehingga terjadi suatu proses difusi
Dari hasil pengecoran yang dilakukan terhadap pembuatan roda kereta api ukuran 100 kg didapat bahwa proses pengecoran yang memakai bah an baku scrap roda kereta api dapat dilakukan oleh industri dalam negeri dengan memanfaatkan scrap roda kereta api yang ada ditambah sedikit pemaduan (alloying)
Dari kegiatan yang sudah kami lakukan selama 10 bulan ini serta dari data serta infra struktur yang dimiliki oleh industri di dalam negeri maka kami menyarankan agar kegiatan rehabilitasi terhadap roda kereta api dapat dilanjutkan di tahun 2011 yaitu dengan melakukan pengecoran terhadap scrap roda kereta api menjadi Roda Kereta Api baru dengan memanfaatkan kemampuan industri pengecoran di dalam negeri dimana untuk untuk pengecoran ini kemampuan peralatan industri yang ada sudah memadai
38
Laporan Akhir Roda Kerela Api
Komposisi yang terjadi mengalami kekurangan pad a Silisium dan Mangan Hal
ini dikarenakan adanya looses atau bahan baku yang memang memiliki
komposisi yang sudah kurang sebelumnya
Perlakuan Panas
Untuk mendapatkan hasil struktur mikro sesuai dengan roda KA aslinya maka
perlu dilakukan perlakuan panas Proses perlakuan panas yang diberikan adalah
normalising
4
UDARA
Gambar 531 Diagram Perlakuan Panas Normalising Coran Roda KA
Dengan diberikan proses normalising maka struktur mikro coran roda KA
menjadi lebih halus Sifat mekaniknya akan menjadi lebih baik
Proses Pengujian
Pengujian dilakukan terhadap benda cor roda KA Tujuannya adalah untuk
mengetahui kualitas hasil cor apakah coran tersebut bebas cacat dan apakah
coran sudah sesuai dengan tuntutan sifat mekanis roda KA Pembandingnya
adalah sifat mekanik roda KA Asli Dengan demikian dapat dianalisis apakah
roda hasil cor layak digunakan atau tidak
Pemeriksaan Komposisi
Komposisi C Si S P Mn Ni Cr Roda KA Asli 063618 021522 000812 001138 071074 00753 011987
Cor 1 (bahan baja lain)
0693 0258 0013 0016 0461 0027 0091
Cor 2 (bahan skrap roda KA)
0671 0145 0008 00095 0463 0015 0107
Tabel 58 Komposisi Roda KA Asli dan Hasil Cor
34
Laporan Akhir Roda Kerea Api
Pemeriksaan Metalografi - Struktur Mikro
Gambar 532 Struktur Mikro As-Cast Cor 1 (Bahan Baja Lain)
Gambar 533 Struktur Mikro Hasil Normalising Cor 1 (Bahan Baja Lain)
35
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Pengujian Kekerasan
Pengecoran Bagian Hardness 1 2 3 Ratashyrata
Setara
Cor 1 Body HRC 25 27 28 267 265 HB Cor2 Body HRC 27 29 20 253 256 HB
Tabel59 Uji Keras Roda KA As-Cast
Nilai kekerasan bahan roda KA hasil cor 1 adalah 26 7 HRC setara dengan 265
HB dan hasil cor 2 adalah 253 HRC setara dengan 256 HB Kekerasan hampir
sama untuk semua bagian casting karena belum dilakukan perlakuan panas
lanjut atau perlakuan panas permukaan pad a bagian telapak Kekerasan casting
mendekati kekerasan roda KA Asli yaitu 231 HB
Ultrasonik
Pengujian ultrasonik dilakukan untuk mendeteksi cacat pada bagian tengah
coran Bagian yang diperiksa adalah bagian bawah penambah
Gam bar 534 Uji Ultrasonik Roda Cor 1
Hasil pengujian belum diperoleh karena back wall signal tidak terdeteksi
Kemungkinan karena butir hasil cor masih kasar sehingga sinyal ultrasonik jadi
terpencar dan tidak kembali ke probe detector Coran akan diberikan perlakuan
panas normalising terlebih dahulu untuk memperhalus butirnya
36
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Die Penetrant
Die penetrant dilakukan untuk mendeteksi susut cor pada bagian bawah
penambah Coran dipotong melintang tepat dibawah penambah
Gambar 54 Pemeriksaan Cacat Roda Cor 1 Dengan Die Penetrant
Hasil pemeriksaan menunjukkan terdapat sedikit retak pada bagian pinggir
caran o Retakan yang muncul bisa diakibatkan akibat proses pemotongan
menggunakan gerinda dan dilakukan pemukulan Bagian tengah tidak terdapat
cacat susut yang terjadi Dapat disimpulkan bahwa susut coran tidak terjadi pada
benda
37
Laparan Akhir Rada Kerela Api
6 Kesimpulan dan Saran
Dari hasil clading yang dilakukan pada sample roda didapat suatu kesimpulan bahwa semakin panas temperatur sample roda maka terjadi proses difusi yang sangat baik hal ini seperti fenomena yang terjadi pada suatu pengelasan dimana pada logam induk dan logam cair terdapat daerah yang terpengaruh panas sehingga terjadi suatu proses difusi
Dari hasil pengecoran yang dilakukan terhadap pembuatan roda kereta api ukuran 100 kg didapat bahwa proses pengecoran yang memakai bah an baku scrap roda kereta api dapat dilakukan oleh industri dalam negeri dengan memanfaatkan scrap roda kereta api yang ada ditambah sedikit pemaduan (alloying)
Dari kegiatan yang sudah kami lakukan selama 10 bulan ini serta dari data serta infra struktur yang dimiliki oleh industri di dalam negeri maka kami menyarankan agar kegiatan rehabilitasi terhadap roda kereta api dapat dilanjutkan di tahun 2011 yaitu dengan melakukan pengecoran terhadap scrap roda kereta api menjadi Roda Kereta Api baru dengan memanfaatkan kemampuan industri pengecoran di dalam negeri dimana untuk untuk pengecoran ini kemampuan peralatan industri yang ada sudah memadai
38
Laporan Akhir Roda Kerea Api
Pemeriksaan Metalografi - Struktur Mikro
Gambar 532 Struktur Mikro As-Cast Cor 1 (Bahan Baja Lain)
Gambar 533 Struktur Mikro Hasil Normalising Cor 1 (Bahan Baja Lain)
35
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Pengujian Kekerasan
Pengecoran Bagian Hardness 1 2 3 Ratashyrata
Setara
Cor 1 Body HRC 25 27 28 267 265 HB Cor2 Body HRC 27 29 20 253 256 HB
Tabel59 Uji Keras Roda KA As-Cast
Nilai kekerasan bahan roda KA hasil cor 1 adalah 26 7 HRC setara dengan 265
HB dan hasil cor 2 adalah 253 HRC setara dengan 256 HB Kekerasan hampir
sama untuk semua bagian casting karena belum dilakukan perlakuan panas
lanjut atau perlakuan panas permukaan pad a bagian telapak Kekerasan casting
mendekati kekerasan roda KA Asli yaitu 231 HB
Ultrasonik
Pengujian ultrasonik dilakukan untuk mendeteksi cacat pada bagian tengah
coran Bagian yang diperiksa adalah bagian bawah penambah
Gam bar 534 Uji Ultrasonik Roda Cor 1
Hasil pengujian belum diperoleh karena back wall signal tidak terdeteksi
Kemungkinan karena butir hasil cor masih kasar sehingga sinyal ultrasonik jadi
terpencar dan tidak kembali ke probe detector Coran akan diberikan perlakuan
panas normalising terlebih dahulu untuk memperhalus butirnya
36
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Die Penetrant
Die penetrant dilakukan untuk mendeteksi susut cor pada bagian bawah
penambah Coran dipotong melintang tepat dibawah penambah
Gambar 54 Pemeriksaan Cacat Roda Cor 1 Dengan Die Penetrant
Hasil pemeriksaan menunjukkan terdapat sedikit retak pada bagian pinggir
caran o Retakan yang muncul bisa diakibatkan akibat proses pemotongan
menggunakan gerinda dan dilakukan pemukulan Bagian tengah tidak terdapat
cacat susut yang terjadi Dapat disimpulkan bahwa susut coran tidak terjadi pada
benda
37
Laparan Akhir Rada Kerela Api
6 Kesimpulan dan Saran
Dari hasil clading yang dilakukan pada sample roda didapat suatu kesimpulan bahwa semakin panas temperatur sample roda maka terjadi proses difusi yang sangat baik hal ini seperti fenomena yang terjadi pada suatu pengelasan dimana pada logam induk dan logam cair terdapat daerah yang terpengaruh panas sehingga terjadi suatu proses difusi
Dari hasil pengecoran yang dilakukan terhadap pembuatan roda kereta api ukuran 100 kg didapat bahwa proses pengecoran yang memakai bah an baku scrap roda kereta api dapat dilakukan oleh industri dalam negeri dengan memanfaatkan scrap roda kereta api yang ada ditambah sedikit pemaduan (alloying)
Dari kegiatan yang sudah kami lakukan selama 10 bulan ini serta dari data serta infra struktur yang dimiliki oleh industri di dalam negeri maka kami menyarankan agar kegiatan rehabilitasi terhadap roda kereta api dapat dilanjutkan di tahun 2011 yaitu dengan melakukan pengecoran terhadap scrap roda kereta api menjadi Roda Kereta Api baru dengan memanfaatkan kemampuan industri pengecoran di dalam negeri dimana untuk untuk pengecoran ini kemampuan peralatan industri yang ada sudah memadai
38
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Pengujian Kekerasan
Pengecoran Bagian Hardness 1 2 3 Ratashyrata
Setara
Cor 1 Body HRC 25 27 28 267 265 HB Cor2 Body HRC 27 29 20 253 256 HB
Tabel59 Uji Keras Roda KA As-Cast
Nilai kekerasan bahan roda KA hasil cor 1 adalah 26 7 HRC setara dengan 265
HB dan hasil cor 2 adalah 253 HRC setara dengan 256 HB Kekerasan hampir
sama untuk semua bagian casting karena belum dilakukan perlakuan panas
lanjut atau perlakuan panas permukaan pad a bagian telapak Kekerasan casting
mendekati kekerasan roda KA Asli yaitu 231 HB
Ultrasonik
Pengujian ultrasonik dilakukan untuk mendeteksi cacat pada bagian tengah
coran Bagian yang diperiksa adalah bagian bawah penambah
Gam bar 534 Uji Ultrasonik Roda Cor 1
Hasil pengujian belum diperoleh karena back wall signal tidak terdeteksi
Kemungkinan karena butir hasil cor masih kasar sehingga sinyal ultrasonik jadi
terpencar dan tidak kembali ke probe detector Coran akan diberikan perlakuan
panas normalising terlebih dahulu untuk memperhalus butirnya
36
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Die Penetrant
Die penetrant dilakukan untuk mendeteksi susut cor pada bagian bawah
penambah Coran dipotong melintang tepat dibawah penambah
Gambar 54 Pemeriksaan Cacat Roda Cor 1 Dengan Die Penetrant
Hasil pemeriksaan menunjukkan terdapat sedikit retak pada bagian pinggir
caran o Retakan yang muncul bisa diakibatkan akibat proses pemotongan
menggunakan gerinda dan dilakukan pemukulan Bagian tengah tidak terdapat
cacat susut yang terjadi Dapat disimpulkan bahwa susut coran tidak terjadi pada
benda
37
Laparan Akhir Rada Kerela Api
6 Kesimpulan dan Saran
Dari hasil clading yang dilakukan pada sample roda didapat suatu kesimpulan bahwa semakin panas temperatur sample roda maka terjadi proses difusi yang sangat baik hal ini seperti fenomena yang terjadi pada suatu pengelasan dimana pada logam induk dan logam cair terdapat daerah yang terpengaruh panas sehingga terjadi suatu proses difusi
Dari hasil pengecoran yang dilakukan terhadap pembuatan roda kereta api ukuran 100 kg didapat bahwa proses pengecoran yang memakai bah an baku scrap roda kereta api dapat dilakukan oleh industri dalam negeri dengan memanfaatkan scrap roda kereta api yang ada ditambah sedikit pemaduan (alloying)
Dari kegiatan yang sudah kami lakukan selama 10 bulan ini serta dari data serta infra struktur yang dimiliki oleh industri di dalam negeri maka kami menyarankan agar kegiatan rehabilitasi terhadap roda kereta api dapat dilanjutkan di tahun 2011 yaitu dengan melakukan pengecoran terhadap scrap roda kereta api menjadi Roda Kereta Api baru dengan memanfaatkan kemampuan industri pengecoran di dalam negeri dimana untuk untuk pengecoran ini kemampuan peralatan industri yang ada sudah memadai
38
Laparan Akhir Rada Kerela Api
Die Penetrant
Die penetrant dilakukan untuk mendeteksi susut cor pada bagian bawah
penambah Coran dipotong melintang tepat dibawah penambah
Gambar 54 Pemeriksaan Cacat Roda Cor 1 Dengan Die Penetrant
Hasil pemeriksaan menunjukkan terdapat sedikit retak pada bagian pinggir
caran o Retakan yang muncul bisa diakibatkan akibat proses pemotongan
menggunakan gerinda dan dilakukan pemukulan Bagian tengah tidak terdapat
cacat susut yang terjadi Dapat disimpulkan bahwa susut coran tidak terjadi pada
benda
37
Laparan Akhir Rada Kerela Api
6 Kesimpulan dan Saran
Dari hasil clading yang dilakukan pada sample roda didapat suatu kesimpulan bahwa semakin panas temperatur sample roda maka terjadi proses difusi yang sangat baik hal ini seperti fenomena yang terjadi pada suatu pengelasan dimana pada logam induk dan logam cair terdapat daerah yang terpengaruh panas sehingga terjadi suatu proses difusi
Dari hasil pengecoran yang dilakukan terhadap pembuatan roda kereta api ukuran 100 kg didapat bahwa proses pengecoran yang memakai bah an baku scrap roda kereta api dapat dilakukan oleh industri dalam negeri dengan memanfaatkan scrap roda kereta api yang ada ditambah sedikit pemaduan (alloying)
Dari kegiatan yang sudah kami lakukan selama 10 bulan ini serta dari data serta infra struktur yang dimiliki oleh industri di dalam negeri maka kami menyarankan agar kegiatan rehabilitasi terhadap roda kereta api dapat dilanjutkan di tahun 2011 yaitu dengan melakukan pengecoran terhadap scrap roda kereta api menjadi Roda Kereta Api baru dengan memanfaatkan kemampuan industri pengecoran di dalam negeri dimana untuk untuk pengecoran ini kemampuan peralatan industri yang ada sudah memadai
38
Laparan Akhir Rada Kerela Api
6 Kesimpulan dan Saran
Dari hasil clading yang dilakukan pada sample roda didapat suatu kesimpulan bahwa semakin panas temperatur sample roda maka terjadi proses difusi yang sangat baik hal ini seperti fenomena yang terjadi pada suatu pengelasan dimana pada logam induk dan logam cair terdapat daerah yang terpengaruh panas sehingga terjadi suatu proses difusi
Dari hasil pengecoran yang dilakukan terhadap pembuatan roda kereta api ukuran 100 kg didapat bahwa proses pengecoran yang memakai bah an baku scrap roda kereta api dapat dilakukan oleh industri dalam negeri dengan memanfaatkan scrap roda kereta api yang ada ditambah sedikit pemaduan (alloying)
Dari kegiatan yang sudah kami lakukan selama 10 bulan ini serta dari data serta infra struktur yang dimiliki oleh industri di dalam negeri maka kami menyarankan agar kegiatan rehabilitasi terhadap roda kereta api dapat dilanjutkan di tahun 2011 yaitu dengan melakukan pengecoran terhadap scrap roda kereta api menjadi Roda Kereta Api baru dengan memanfaatkan kemampuan industri pengecoran di dalam negeri dimana untuk untuk pengecoran ini kemampuan peralatan industri yang ada sudah memadai
38