Path: TopS3-DissertationsEngineering Science2007

KONTRIBUSI TERHADAP TEORI DAN PENGEMBANGAN PERBAIKAN CACAT PERMUKAAN PADA KOMPONEN YANG TERBUAT DARI BESI COR KELABU

PhD Theses from JBPTITBPP / 2009-03-24 13:42:53
Oleh : MUKI SATYA PERMANA (NIM 33102002), Central Library Institute Technology Bandung
Dibuat : 2007, dengan 7 file

Keyword : Turbulence flow casting, Perbaikan cacat permukaan, Komponen dari besi cor kelabu, Laju pendinginan rendah, Bebas dari besi cor putih, Analisis dimensional, Formulasi matematik TFC, Asas similaritas

Perbaikan cacat permukaan pada komponen-komponen yang terbuat dari besi cor kelabu lazimnya diperbaiki dengan menggunakan proses pengelasan Flame Spray dan SMAW (Shielded Metal Arc Welding). Proses ini mempunyai kelemahan yaitu dapat menghasilkan besi cor putih dan martensit yang sangat keras dan getas yang diikuti dengan retak rambut (fissures). Apabila komponen dalam kondisi tersebut dioperasikan maka akan terjadi kegagalan. Upaya lain dengan mencari alternatif metode perbaikan selain dengan proses pengelasan yaitu Ultrasonic Insert Casting, Diffusion Bonding, dan Impact-Electric Current Discharge Joining tidak memberikan solusi yang memuaskan. Hal ini disebabkan karena kekuatan sambungan relatif rendah, tidak mudah diterapkan di lapangan, relatif mahal, dimensi cacat yang dapat diperbaiki relatif kecil dan tidak mudah diterapkan pada komponen-komponen berdimensi besar dengan geometri dan dimensi cacat yang bervariasi. Fakta di industri melahirkan sejumlah data komponen-komponen yang harus diperbaiki dalam jumlah yang sangat banyak. Sebagai contoh, salah satu industri di Indonesia telah melakukan perbaikan terhadap cylinder head produk impor dengan harga ratusan juta rupiah sebanyak 52 buah selama periode bulan April – Mei di tahun 2004. Kebutuhan proses perbaikan komponen dalam skala yang cukup besar juga dialami oleh industri-industri lain di tanah air termasuk industri-industri pengecoran. Oleh karena itu, penelitian pengembangan metode baru sangat diperlukan dalam mengatasi masalah perbaikan komponen-komponen yang terbuat dari besi cor kelabu.



Penelitian ini mengetengahkan masalah bagaimana membangun metode baru yang dapat mengeliminir kelemahan-kelemahan perbaikan dengan metode-metode yang telah dikembangkan terdahulu. Hal ini berkaitan dengan tujuan penelitian untuk membangun metode perbaikan cacat permukaan pada komponen yang terbuat dari besi cor kelabu dan mendapatkan ikatan metalurgi yang baik di sambungan yang terbebas dari besi cor putih. Langkah membangun metode didasarkan pada suatu hipotesis bahwa jika perbaikan dilakukan dengan menuangkan logam cair ke permukaan cacat pada masukan panas yang cukup untuk mencairkan permukaan cacat maka akan terjadi penyambungan dengan laju pendinginan yang rendah sehingga sambungan akan terbebas dari besi cor putih. Untuk itu maka disusunlah strategi penyelesaian masalah yang dipecahkan melalui pendekatan ekperimental, pendekatan numerik dan analisis dimensional. Pendekatan eksperimental dititikberatkan pada upaya pencapaian ide yang dituangkan dalam bentuk alternatif rancangan proses perbaikan. Selanjutnya rancangan tersebut diuji untuk mendapatkan metode yang memenuhi kriteria tujuan penelitian. Pendekatan numerik dilakukan untuk mensimulasi proses perbaikan dengan tujuan membantu menganalisis fenomena-fenomena fisik yang terjadi di sekitar sambungan dan untuk menghasilkan sejumlah data baru sebagai pelengkap data eksperimen. Pendekatan analisis dimensional dilakukan untuk membangun formulasi umum sebagai generalisasi hasil perbaikan.



Penelitian ini telah berhasil membangun empat buah metode yaitu metode-metode Pouring, Powder Filling, Droplet Spray dan Turbulence Flow Casting (TFC). Satu diantaranya telah memenuhi tujuan penelitian yaitu metode TFC. Proses penyambungan dengan metode TFC terjadi oleh adanya logam cair bertemperatur tinggi yang mengalir melalui cetakan pasir dan mengenai permukaan cacat hingga mencair selama selang waktu tertentu. Dari hasil perbaikan ini, ikatan metalurgi di sambungan dinilai baik karena letak patahan yang diuji melalui pengujian tarik terjadi di daerah logam pengisi (bukan di sambungan) dengan harga kekuatan tarik sekitar 200 MPa. Melalui pengaturan parameter, metode ini mampu memperbaiki cacat tanpa menghasilkan besi cor putih, martensit, retak dan porositas. Namun harga-harga parameter tersebut hanya berlaku untuk dimensi cacat tertentu sehingga daerah keberlakuannya sangat terbatas. Agar keberlakuannya dapat diperluas maka penentuan harga parameter didekati melalui formulasi matematik yang merupakan generalisasi proses TFC. Formulasi matematik yang dibangun dapat diterapkan pada berbagai dimensi cacat asalkan memenuhi asas similaritas. Pada penelitian ini penerapan asas similaritas dibatasi untuk bilangan Reynolds sebesar 11.100, bilangan Prandtl sebesar 0,14 dan geometri saluran berbentuk silindris. Secara praktis, faktor lain yang turut menentukan keberhasilan proses TFC adalah cara pemberian preheat (pemanasan mula) terhadap komponen yang akan diperbaiki. Pada penelitian ini pemberian preheat dilakukan dengan menggunakan pemanas api, logam cair, dan pemanas listrik setempat di daerah cacat. Untuk itu maka teknik pemberian preheat perlu dikembangkan lebih lanjut tertutama pada komponen-komponen berdimensi besar dengan ketebalan diatas 500 mm. Walaupun demikian, prinsip utama yang harus diperhatikan dalam pemberian preheat adalah masukan panas harus dapat menghasilkan laju pendinginan yang rendah.



Formulasi matematik yang diperoleh dapat menjembatani ke arah penelitian lanjut bagi paduan-paduan lain seperti baja tahan karat dan paduan aluminium. Pengembangan metode perbaikan yang dihasilkan dari penelitian ini merupakan terobosan baru yang sangat berkontribusi terhadap teknologi manufaktur di tanah air. Dengan demikian dapat diusulkan untuk membuat standarisasi khususnya dalam perbaikan cacat permukaan produk komersil yang terbuat dari besi cor kelabu.

Deskripsi Alternatif :

necessary in many industries. The well established methods for repairing that component are Flame Spray and Shielded Metal Arc Welding (SMAW). However, the gray cast iron is very difficult to repair by welding due to the formation of brittle white cast iron along with the occurrence of micro-cracks (fissures). Welding process is also consumes long exposure time at high temperature, leading to graphite coarsening and high residual stress near the repaired defect. The combination of white cast iron, fissures and other lacks mentioned above will lead to the failure on the component in the vicinity of the repaired defect. Many efforts have been made to use other methods which are Ultrasonic Insert Casting, Diffusion Bonding, and Impact-Electric Current Discharge Joining. Nevertheless, these methods have not been yielding a satisfying solution due to a relatively low repaired strength. They are also impractical, costly, and inapplicable for the large components having variation of defects dimensions and geometries.



From the economic point of view, repair process will decrease production cost at a significant level. The repair cost much cheaper compared to the new imported component which is very expensive. Based on the industrial data, the components to be repaired are numerous. For example, one of the industries has 52 cylinder heads to be repaired during months of April and May 2004. Therefore, a study concerning the theory and the development of repairing gray cast iron containing surface defects should be performed to overcome the existing repair problem.



The aim of this research is to develop know how in repairing gray cast iron to overcome the weaknesses of the well established welding processes. The target of the repaired know how is to get an excellent metallurgical bonding in the area of the repaired defect that is free of white cast iron. The development of new method is relied on the hypothesis that if the repair is performed by pouring the molten metal into the surface defects with high enough heat input to locally melt the surface, hence the joining will occur at controlled cooling rate in order to get white cast iron free structures.



The approached in the problem solution is performed by experiments, dimensional analysis and numerical analysis based on computer solution. The experimental approach is focused on creating some ideas translated into the design alternatives (conceptualization). The next step is to examine the design alternatives to get a potential method to fulfill the objective criteria on this research. The numerical approach is aimed to simulate the physical phenomena during repair that occur on the area of the repaired defect and to yield a number of new data as complement to the experiment results. Dimensional analysis approach is used to build a mathematical formulation as a generalization of the new method.



Four methods of repairing have been developed i.e. Pouring, Powder Filling, Droplet Spray and Turbulence Flow Casting (TFC). TFC method has been proven to the objective of this research. Joining occurs as a result of convection heat transfer of molten flow into the sand mold which melts the existing base metal inside the mold and subsequent solidification. The experiment results proved that the metallurgical bonding at the joint was excellent since the fracture location occur at the weld pool where the tensile strength was about 200 MPa. TFC method, as a new repair solution, is powerful since the joint area after repair process is free of cracks and brittleness. The utilization of TFC can minimize the cooling rate, preventing the formation of the undesirable white cast iron. Moreover, the homogeneity in properties at the area of repaired was back to the original characteristics or like new. Through the appropriate selection of parameters, TFC method can be able to repair defects without resulting in the presence of white cast iron, martensite, cracks and porosities. However, the parameters can only be applied to a certain defect dimension so that it has limited application. In order to overcome this limitation, determination of parameters is approached by the mathematical formulation representing generalization of TFC process. Therefore, the formulation can be applied to the various defect dimensions as long as it fulfills the similarity principle. In this work, the similarity principle is used for Reynolds and Prandtl numbers of 11,100 and 0.14 respectively and the similarity of geometry is in the form of cylindrical channel. Preheat to the component is a dominant factor repair process by TFC method. For the large component (more than 500 mm thick), the preheating may be done by stove, molten metal, heating coil or some other methods or even a combination of them all. Nevertheless, the main idea for successful repair in TFC is such that the preheating should provide a sufficient heat input to get a low cooling rate in the vicinity of the repaired defect.



Mathematical Formulation resulted from the dimensional analysis approach can be related to the other material such as stainless steel and aluminum alloys. Repair method developed in this work represents a new breakthrough having contribution to the manufacturing technology. Therefore, it can be proposed to make standardization especially in repairing grey cast iron components containing surface defect.

Copyrights : Copyright Â(c) 2001 by ITB Central Library. Verbatim copying and distribution of this entire article is permitted by author in any medium, provided this notice is preserved.

Beri Komentar ?#(0) | Bookmark

PropertiNilai Properti
ID PublisherJBPTITBPP
OrganisasiC
Nama KontakUPT Perpustakaan ITB
AlamatJl. Ganesha 10
KotaBandung
DaerahJawa Barat
NegaraIndonesia
Telepon62-22-2509118, 2500089
Fax62-22-2500089
E-mail Administratordigilib@lib.itb.ac.id
E-mail CKOinfo@lib.itb.ac.id

Print ...

Kontributor...

  • Pembimbing : Prof. Dr. Ir. Rochim Suratman, Prof. Dr. Ir. Harsono Wiryosumarto, dan Dr. Ir. Budi Hartono Setiamarga, Editor: Rizki Apriyanti

File PDF...