TEKNIK
PENGECORAN LOGAM
1. Definisi
pengecoran, Review Proses Pengecoran Pengecoran
(CASTING) adalah salah satu teknik pembuatan produk dimana logam dicairkan
dalam tungku peleburan kemudian di tuangkan kedalam rongga cetakan yang serupa
dengan bentuk asli dari produk cor yang akan dibuat
Ada 4 faktor yang
berpengaruh atau merupakan cirri dari proses pengecoran, yaitu :
- Adanya aliran logam cair kedalam rongga cetak
- Terjadi perpindahan panas selama pembekuan dan pendinginan dari logam dalam cetakan
- Pengaruh material cetakan
- Pembekuan logam dari kondisi cair
Klasifikasi pengecoran
berdasarkan umur dari cetakan, ada pengecoran dengan sekali pakai (expendable
Mold) dan ada pengecoran dengan cetakan permanent (permanent Mold). Cetakan
pasir termasuk dalam expendable mold. Karena hanya bisa digunakan satu kali
pengecoran saja, setelah itu cetakan tersebut dirusak saat pengambilan benda
coran. Dalam pembuatan cetakan, jenis-jenis pasir yang digunakan adalah pasir
silika, pasir zircon atau pasir hijau. Sedangkan perekat antar butir-butir
pasir dapat digunakan, bentonit, resin, furan atau air gelas.
1. Terminologi Pengecoran dengan Cetakan Pasir
Secara umum cetakan
harus memiliki bagian-bagian utama sebagai berikut :
Cavity (rongga cetakan), merupakan ruangan tempat logam cair yang dituangkan kedalam cetakan.
Bentuk rongga ini sama dengan benda kerja yang akan dicor. Rongga cetakan
dibuat dengan menggunakan pola.
Core (inti), fungsinya adalah membuat rongga pada benda coran. Inti dibuat
terpisah dengan cetakan dan dirakit pada saat cetakan akan digunakan. Bahan
inti harus tahan menahan temperatur cair logam paling kurang bahannya dari
pasir.
Gating sistem (sistem saluran masuk), merupakan saluran masuk kerongga cetakan dari saluran turun. Gating
sistem suatu cetakan dapat lebih dari satu, tergantung dengan ukuran
rongga cetakan yang akan diisi oleh logam cair.
Sprue (Saluran turun), merupakan saluran masuk dari luar dengan posisi vertikal. Saluran ini
juga dapat lebih dari satu, tergantung kecepatan penuangan yang diinginkan.
Pouring basin, merupakan lekukan pada cetakan yang fungsi utamanya adalah untuk
mengurangi kecepatan logam cair masuk langsung dari ladle ke sprue. Kecepatan
aliran logam yang tinggi dapat terjadi erosi pada sprue dan terbawanya
kotoran-kotoran logam cair yang berasal dari tungku kerongga cetakan.
Raiser (penambah), merupakan cadangan logam cair yang berguna dalam mengisi kembali
rongga cetakan bila terjadi penyusutan akibat solidifikasi.
1. Pengecoran Cetakan Pasir
Pengecoran dengan
cetakan pasir melibatkan aktivitas-aktivitas seperti menempatkan pola dalam
kumpulan pasir untuk membentuk rongga cetak, membuat sistem saluran, mengisi
rongga cetak dengan logam cair, membiarkan logam cair membeku, membongkar
cetakan yang berisi produk cord an membersihkan produk cor. Hingga sekarang,
proses pengecoran dengan cetakan pasir masih menjadi andalan industri
pengecoran terutam industri-industri kecil. Tahapan yang lebih umum tentang
pengecoran cetakan pasir diperlihatkan dalam gambar dibawah ini.
A. Pasir
Kebanyakan pasir yang digunakan dalam
pengecoran adalah pasir silika (SiO2). Pasir merupakan produk dari
hancurnya batu-batuan dalam jangka waktu lama. Alasan pemakaian pasir sebagai
bahan cetakan adalah karena murah dan ketahanannya terhadap temperature
tinggi. Ada dua jenis pasir yang umum digunakan yaitu naturally
bonded (banks sands) dan synthetic (lake sands). Karena komposisinya mudah
diatur, pasir sinetik lebih disukai oleh banyak industri pengecoran.
Pemilihan jenis pasir
untuk cetakan melibatkan bebrapa factor penting seperti bentuk dan ukuran
pasir. Sebagai contoh , pasir halus dan bulat akan menghasilkan permukaan
produk yang mulus/halus. Untuk membuat pasir cetak selain dibutuhkan pasir juga
pengikat (bentonit atau clay/lempung) dan air. Ketiga Bahan tersebut diaduk
dengan komposisi tertentu dan siap dipakai sebagi bahan pembuat cetakan.
B. Jenis Cetakan Pasir
Ada tiga jenis
cetakan pasir yaitu green sand, cold-box dan no-bake mold. Cetakan yang banyak
digunakan dan paling murah adalah jenis green sand mold (cetakan pasir basah).
Kata “basah” dalam cetakan pasir basah berati pasir cetak itu masih cukup
mengandung air atau lembab ketika logam cair dituangkan ke cetakan itu. Istilah
lain dalam cetakan pasir adalah skin dried. Cetakan ini sebelum
dituangkan logam cair terlebih dahulu permukaan dalam cetakan dipanaskan atau
dikeringkan. Karena itu kekuatan cetakan ini meningkat dan mampu untuk
diterapkan pada pengecoran produk-produk yang besar.
Dalam cetakan kotak dingin
(box-cold-mold), pasir dicampur dengan pengikat yang terbuat dari
bahan organik dan in-organik dengan tujuan lebih meningkatkan kekuatan cetakan.
Akurasi dimensi lebih baik dari cetakan pasir basah dan sebagai konsekuensinya
jenis cetakan ini lebih mahal.
Dalam cetakan yang tidak dikeringkan
(no-bake mold), resin sintetik cair dicampurkan dengan pasir dan campuran itu akan
mengeras pada temperatur kamar. Karena ikatan antar pasir terjadi tanpa
adanya pemanasan maka seringkali cetakan ini disebut juga cold-setting
processes. Selain diperlukan cetakan yang tinggi, beberapa sifat lain
cetakan pasir yang perlu diperhatikan adalah permeabilitas cetakan (kemampuan
untuk melakukan udara/gas).
C. Pola
Pola merupakan
gambaran dari bentuk produk yang akan dibuat. Pola dapat dibuat dari kayu,
plastic/polimer atau logam. Pemilihan material pola tergantung pada bentuk dan
ukuran produk cor, akurasi dimensi, jumlah produk cor dan jenis proses
pengecoran yang digunakan.
Jenis-jenis pola :
- Pola tunggal (one pice pattern / solid pattern)
Biasanya digunakan
untuk bentuk produk yang sederhana dan jumlah produk sedikit. Pola ini dibuat
dari kayu dan tentunya tidak mahal.
2.
Pola
terpisah (spilt pattern)
Terdiri dari dua buah
pola yang terpisah sehingga akan diperoleh rongga cetak dari masing-masing
pola. Dengan pola ini, bentukproduk yang dapat dihasilkan rumit dari pola
tunggal.
3.
Match-piate
pattern
Jenis ini popular yang
digunakan di industri. Pola “terpasang jadi satu” dengan suatu bidang datar
dimana dua buah pola atas dan bawah dipasang berlawanan arah pada suatu pelat
datar. Jenis pola ini sering digunakan bersama-sama dengan mesin pembuatan
cetakan dan dapat menghasilkan laju produksi yang tinggi untuk produk-produk
kecil.
D. Inti
Untuk produk cor yang
memiliki lubang/rongga seperti pada blok mesin kendaraan atau katup-katup
biasanya diperlukan inti. Inti ditempatkan dalam rongga cetak sebelum penuangan
untuk membentuk permukaan bagian dalam produk dan akan dibongkar setelah
cetakan membeku dan dingin. Seperti cetakan, inti harus kuat, permeabilitas
baik, tahan panas dan tidak mudah hancur (tidak rapuh).
Agar inti tidak mudah
bergeser pada saat penuangan logam cair, diperlukan dudukan inti (core prints).
Dudukan inti biasanya dibuatkan pada cetakan seperti pada gambar 8. pembuatan
inti serupa dengan pembuatan cetakan pasir yaitu menggunakan no-bake, cold-box
dan shell. Untuk membuat cetakan diperlukan pola sedangkan untuk membuat inti
dibutuhkan kotak inti.
E. Operasi Pengecoran Cetakan Pasir
Operasi pengecoran dengan cetakan pasir
melibatkan tahapan proses perancangan produk cor, pembuatan pola dan inti,
pembuatan cetakan, penuangan logam cair dan pembongkaran produk cor. Tahapan
lebih rinci terlihat pada gambar Dibawah ini :
Setelah proses perancangan produk cor
yang menghasilkan gambar teknik produk (a) dilanjutkan dengan tahapan-tahapan
berikutnya :
b. Menyiapkan bidang dasar datar atau pelat datar dan meletakan pola
atas (cope) yang sudah ada dudukan inti dipermukaan pelat datar tadi.
c. Seperti pada
langkah c, untuk cetakan bagian bawah (drag) beserta sistem saluran.
d. Menyiapkan
koak inti (untuk pembuatan inti)
e. Inti yang telah jadi disatukan (inti yang dibuat berupa inti
setengah atau paroan inti)
f. Pola atas yang ada dipermukaan pelat datar ditutupi oleh rangka
cetak atas (cope) dan ditambahkan system saluran seperti saluran masuk dan
saluran tambahan (riser). Selanjutnya diisi dengan pasir cetak.
g. Setelah diisi pasir cetak dan dipadatkan, pola dan system saluran
dilepaskan dari cetakan
h. Giliran drag diisi pasir cetak setelah menempatkan rangka cetak
diatas pola dan pelat datar.
i. Setelah disi
pasir cetak dan dipadatkan, pola dilepaskan dari cetakan
j. Inti
ditempatkan pada dudukan inti yang ada pada drag.
k. Cope dipasangkan pada drag dan dikunci kemudian dituangkan logam
cair.
l. Setelah membeku dan dingin, cetakan dibongkar dan produk cor
dibersihkan dari sisa-sisa pasir cetakan.
m. Sistem saluran dihilangkan dari produk cor dengan berbagai metoda
dan produk cor siap untuk diperlakukan lebih lanjut.
Dalam teknik
pengecoran logam fluiditas tidak diartikan sebagai kebalikan dari viskositas,
akan tetapi berarti kemampuan logam cair untuk mengisi ruang-ruang dalam rongga
cetak. Fluiditas tidak dapat dikaitkan secara langsung dengan sifat-sifat fisik
secara individu, karena besaran ini diperoleh dari pengujian yang
merupakan karakteristik rata-rata dari bebrapa sifat-sifat fisik dari logam
cair.
Ada dua faktor
yang mempengaruhi fluiditas logam cair, yaitu temperatur dan komposisi
unsur. Temperatur penuangan secara teoritis harus sama atau diatas garis
liquidus. Jika temperatur penuangan lebih rendah, kemungkinan besar terjadi
solidifikasi didalam gating sistem dan rongga cetakan tidak terisi penuh. Cacat
ini disebut juga dengan nama misrun. Cacat lain yang bisa terjadi jika
temperatur penuangan terlalu rendah adalah laps dan seams. Yaitu benda cor yang
dihasilkan seakan-akan membentuk alur-alur aliran kontinu logam yang masuk
kedalam rongga cetak, dimana alur satu dengan alur lai berdampingan daya
ikatannya tidak begitu baik. Jika temperatur penuangan terlalu tinggi
pasir yang terdapat pada dinding gating sistem dan rongga cetakan mudah lepas
sewaktu bersentuhan dengan logam cair dan permukaanya menjadi kasar. Terjadi
reaksi yang cepat antara logam tuang, dengan zat padat, cair dan gas diadalam
rongga cetakan. Dari pengujian ini dapat dicari daerahtemperatur penuangan yang
menghasilkan produk dengan cacat yang seminim mungkin.
Faktor utama yang lain
yang mempengaruhi besaran fluiditas adalah komposisi paduan. Logam cair
yang memiliki fluiditas yang tinggi adalah logam murni dan alloys komposisi
eutectic. Alloys yang dibentuk dari larutan padat, dan memiliki range
pembekuan yang besar memiliki fluiditas yang jelek.
Contoh Pola spiral hasil pengujian Fluiditas
Ada beberapa
metoda dalam mengukur fluiditas. Metoda ini dibedakan berdasarkan bentuk rongga
cetak yang digunakan untuk mengetahui mampu alir logam
cair. Ada rongga cetak yanmg berbentuk spiral dan ada juga rongga
cetak yang berbentuk lorong yang memanjang. Pemilihan metoda ini
sangat tergantung
Beberapa bentuk cetakan untuk pengukuran Fluiditas
dari bentuk benda kerja dan bahan
cetakan yang akan digunakan. Dalam melakukan pengukuran mampu alir dipraktikum
ini digunakan metode dengan rongga cetak yang berbentuk spiral. Meskipun hasil
pengukuran dengan metoda diatas dipengaruhi oleh sifat-sifat cetakan, namun
pengukuran tersebut sangat praktis, karena langsung menggambarkan bagaimana
mampu alir logam cair dalam rongga cetak dengan bahan cetakan sebenarnya. Harga
fluiditasnya dinyatakan dengan panjang (dalam mm) spiral yang terisi logam.
Atas dasar hal ini, fluiditas juga dikenal dengan istilah Fluid life.
4.Logam-logam dalam pengecoran
Besi cor
- Paduan besi yang mengandung C >: 1,7 % dan 1-3 %Si. Unsur lain dapat ditambahkan dengan maksud untuk meningkatkan sifat-sifat seperti kekuatan, kekerasan atau ketahanan korosi. Unsur yang umumnya ditambahkan yaitu Cr, Cu, Mo dan Ni.
- Besi cor memiliki selang temperature cair yang relaitf lebih rendah daripada baja dan relatif lebih “encer” ketika cair.
- Sifat mekanik besi cor tergantung pada jenis struktur mikronya yaitu bentuk dna distribusi elemen-elemen penyusunnya. Salah satu elemen yang memiliki pengaruh yang berarti adalah grafit. Jumlah ,ukuran dan bentuk grafit mempengaruhi kekuatan dan keuletan besi cor. Selain grafit, matriks juga ikut mempengaruhi sifat mekaniknya. Matris besi cor sama dengan yang terdapat pada baja, yaitu feritik, perlitik, feritik+perlitik dan martensitik. Matriks yang terjadi tergantung pada :
ü Komposisi kimia
ü Laju pendinginan, dan
ü Proses perlakuan panas
v Ada lima jenis besi cor :
Ø Besi cor kelabu (grey cast iron)
Ø Besi cor malleable (malleable cast iron)
Ø Besi cor putih (white cast iron)
Ø Besi cor nodular (nodular/ductile cast iron)
Ø Compacted graphite cast iron (memiliki
struktur mikro antara besi cor
Ø Kelabu dan besi cor nodular).
v Sifat mekanik :
= 45 -75 ksi (kekuatan tarik)
= 35 – 60 ksi (kekuatan luluh)
e = 1 – 6% (perpanjangan)
v Sifat matriks dan karakter grafit diperoleh dari kesetimbangan
§ Komposisi kimia
§ Derajat inokulasi
§ Laju pembekuan
§ Pengaturan laju pendinginan
v Untuk mendapatkan sifat yang diinginkan, biasanya pada besi cor diterapkan
perlakuan panas karena dari kondisi hasil pengecoran (as-cast) tidak diperoleh
sifat yang diinginkan. Proses perlakuan panas yang umum diterapkan :
§ Annealing
§ Austenitizing dan Quenching
§ Tempering
Besi Cor Putih
Ø Besi cor putih terbentuk ketika unsur
karbon (C) tidak mengendap sebagai grafit selama proses
pembekuan, akan tetapi tetap berkaitan dengan unsur besi (Fe), krom (Cr) atau
molibden (Mo) membentuk karbida.
Ø Besi cor putih bersifat keras dan getas
dan memiliki tampilan patahn seperti kristal berwarna putih.
Besi Cor Kelabu
Ø Besi cor kelabu merupakan paduan dari
unsur-unsur besi (Fe), karbon © dan silicon (Si) yang mengandung “ karbon
tak berkaitan” dalam bentuk grafit. Nama besi cor kelabu didapat dari
tampilan patahan berwarna kelabu.
Ø Besi cor kelabu untuk keperluan otomotif
dan konstruksi umum lainnya dibagi menjadi 10 kelas/garde yang didasarkan pada
kekuatan tarik minimumnya.
Ø Kekuatan, kekerasan dan struktur mikro
dari besi cor kelabu dipengaruhi oleh beberapa factor seperti komposisi kimia,
desain, cetakan, karakteristik cetakan dan laju pendinginan selama dan setelah
pembekuan.
Ø Unsur Cu, Cr, Mo dan Ni seringkali
ditambahkan untuk mengatur struktur mikro matriks dan pembentukan grafit.
Selain itu bertujuan untuk meningkatkan ketahanan korosi besi cor kelabu pada
beberapa media.
Ø Besi cor kelabu dapat dikeraskan dengan
proses quenching dan temperature sekitar 1600˚F (menjadi getas). Kombinasi
dengan proses temper akan meningkatakan ketangguhan dan menurunkan
kekerasannya.
Besi Cor Malleable
Ø Besi cor ini dihasilkan dari proses
perlakuan panas besi cor putih yang memiliki komposisi tertentu.
Ø Proses terbentuknya beis cor putih
akibat :
§ Rendahnya kandungan karbon dan silikon
§ Adanya unsur-unsur pembentuk karbida
seperti Cr, Mo dan V
§ Laju pendinginan dan pembekuan yang
tinggi
Ø Pada proses pembuatan besi cor
malleable, besi cor putih dipanaskan hingga temperatur diatas
temperatur eutectoid (1700oF) kemudian ditahan hingga beberapa jam
dan didinginkan dalam tungku. Proses tersebut menyebabkan unsure karbon
terlarut dalam austenit, mengendap dan membentuk grafit bulat tak beraturan
(irregular nodules of graphite) yang disebut korbon temper.
Proses ini akan menghasilkan besi cor malleable dengan matriks ferit.
Besi Cor Nodular
Ø Besi cor nodular memiliki komposisi
unsure yang sama dengan besi cor kelabu. Unsure tersebut yaitu karbon dan
silikon.
Ø Perbedaan besi cor nodular dan kelabu
terletak pada bentuk grafit (untuk menghasilkan bentuk grafit yang berbeda,
digunakan proses yang berbeda pula)
Ø Pembulatan grafit dicapai karena
ditambahkan unsure Magnesium (Mg) dan Cerium (Ce).
Baja (Baja Cor)
Ø Salah satu jenis baja adalah baja karbon
yaitu paduan besi-karbon yang mengandung unsure karbon kurang dari 1,7 %
(beberapa literature menyebutkan kandungan karbon maksimum 2.0 %). Sebagai
tambahan selain karbon, baja cor mengandung
Ø - Silikon (Si) : 0.20 – 0,70 %
Ø - Mangan (Mn) : 0,50 – 1,00 %
Ø - Fosfor (P) : <>
Ø - Sulfur (S) : <>
Ø Struktur mikro baja cor yang memiliki
kandungan karbon kurang dari 0,8 % (baja hypoeutektoid) terdiri dari FERIT dan
PERLIT. Kadar karbon yang lebih tinggi menambah jumlah perlit.
Ø Struktur mikro baja cor yang memiliki kandungan karbon lebih dari
0,8 % (baja hipereutektoid) terdiri dari SEMENTIT (Fe3C) dan PERLIT.
Kadar karbon yang lebih tinggi menambah jumlah sementit.
Ø Baja cor dengan kadar C=0,20 % diatas diperoleh dari pendinginan
didalam tungku dari temperatur 950oC setelah pengecoran. Bagian yang
hitam adalah PERLIT dan yang putih adalah FERIT. Sedangkan baja cor dengan
kadar C=0,8 % didinginkan dalam tungku 900oC struktur yang terlihat
jelas yaitu PERLIT.
5. Proses
Peleburan Logam
Peleburan logam
merupakan aspek terpenting dalam operasi-operasi pengecoran karena berpengaruh
langsung pada kualitas produk cor. Pada proses peleburan, mula-mula muatan yang
terdiri dari logam, unsur-unsur paduan dan material
lainnya seperti fluks dan unsur pembentuk
terak dimasukkan kedalam tungku. Fluks adalah senyawa
inorganic yang dapat “membersihkan” logam cair dengan menghilangkan gas-gas
yang ikut terlarut dan juga unsur-unsur pengotor (impurities). Fluks memiliki
beberpa kegunaan yang tergantung pada logam yang dicairkan, seperti pada paduan
alumunium terdapat cover fluxes (yang menghalangi oksidasi dipermukaan
alumunium cair),. Cleaning fluxes, drossing fluxes, refining fluxes, dan wall
cleaning fluxes
Tungku-tungku peleburan yang biasa
digunakan dalam industri pengecoran logam adalah tungku busur listrik, tungku
induksi, tungku krusibel, dan tungku kupola. Karakteristik masing-masing tungku
peleburan adalah :
- Tungku busur listrik
- laju peleburan tinggi ® laju produksi tinggi
- polusi lebih rendah dibandingkan tungku-tungku lain
- memiliki kemampuan menahan logam cair pada temperatur tertentu untuk jangka waktu lama untuk tujuan pemaduan
- Tungku induksi
o Khususnya
digunakan pada industri pengecoran kecil
o Mampu mengatur
komposisi kimia pada skala peleburan kecil
o Terdapat dua jenis tungku yaitu Coreless (frekuensi
tinggi) dan core atau channel (frekuensi
rendah, sekitar 60 Hz)
o Biasanya
digunakan pada industri pengecoran logam-logam non-ferro
o Secara khusus dapat digunakan untuk keperluan superheating
(memanaskan logam cair diatas temperatur cair normal untuk memperbaiki mampu
alir), penahanan temperatur (menjaga logam cair pada temperatur konstan untuk
jangka waktu lama, sehingga sangat cocok untuk aplikasi proses die-casting),
dan duplexing/tungku parallel (menggunakan dua tungku seperti pada operasi
pencairan logam dalam satu tungku dan memindahkannya ke tungku lain)
- Tungku krusibel
o Telah digunakan secara luas disepanjang sejarah peleburan logam.
Proses pemanasan dibantu oleh pemakaian berbagai jenis bahan bakar.
o Tungku ini bias dalam keadaan diam, dimiringkan atau juga dapat
dipindah-pindahkan
o Dapat
diaplikasikan pada logam-logam ferro dan non-ferro
2.
Tungku
kupola
o Tungku ini terdiri dari suatu saluran/bejana baja vertical yang
didalamnya terdapat susunan bata tahan api
o Muatan terdiri
dari susunan atau lapisan logam, kokas dan fluks
o Kupola dapat beroperasi secara kontinu, menghasilkan logam cair dalam
jumlah besar dan laju peleburan tinggi
Muatan Kupola
1. Besi kasar (20 % - 30 %)
2. Skrap baja (30 % - 40 %)
Kadar karbon dan
siliko yang rendah adalah menguntungkan untuk mendapat coran dengan prosentase
Carbon dan Si yang terbatas. Untuk besi cor kekuatan tinggi ditambahkan dalam
jumlah yang banyak.
3. Skrap balik
Yang dimaksud skrap
balik adalah coran yang cacat, bekas penambah, saluran turun, saluran masuk
atau skrap balik yang dibeli dari pabrik pengecoran.
4. Paduan besi
Paduan besi seperti
Fe-Si, Fe-Mn ditambahkan untuk mengatur komposisi. Prosentase karbon berkurang
karena oksidasi logam cair dalam cerobong dan pengarbonan yang disebabkan oleh
reaksi antar logam cair dengan kokas. Prosentase karbon terutama diatur oleh
perbandingan besi kasar dan skrap baja. Tambahan harus dimasukkan dalam
perhitungan untuk mengimbangi kehilangan pada saat peleburan. Penambahan
dimasukkan 10 sampai 20 % untuk Si dan 15 sampai 30 % untuk Mn.
Prosentase steel
bertambah karena pengambilan steel dari kokas. Peningkatan kadar belerang
(steel) yang diperbolehkan biasanya 0,1 %
Metalurgi Proses Pengecoran
Pembekuan ingot dan Coran
Dari Pembekuan ingot dihasilkan 3 daerah
dengan karakteristik yang berbeda. Daerah-daerah tersebut adalah :
1. Chill Zone
Selama proses
penuangan logam cair kedalam cetakan, logam cair yang berkontak langsung
dengan dinding cetakan akan mengalami pendinginan yang cepat dibawah temperatur
likuidusnya. Akibatnya pada dinding cetakan tersebut timbul banyak inti padat
dan selanjutnya tumbuh kearah cairan logam. Bila temperatur penuangannya
rendah, seluruh bagian logam cair akan membeku secara cepat dibawah temperatur
likuidus. Disisi lain bila temperatur penuangan tinggi, cairan logam yang
berada ditengah-tengah ingot akan tetap berada diatas temperatur likuidus untuk
jangka waktu lama.
2. Columnar zone
Sesaat setelah
penuangan, gradien temperatur pada dinding cetakan menurun dan kristal pada
daerah chill tumbuh memanjang dalam arah kristal tertentu. Kristal-kristal
tersebut tumbuh memanjang berlawanan dengan arah perpindahan panas (panas
bergerak dari cairan logam kea rah dinding cetakan yang bertemperatur lebih
rendah) yang disebut dengan dendrit. Setiap kristal dendrit mengandung banyak
lengan-lengan dendrit (primary dendrit). Jika Fraksi volum padatan (dendrite)
meningkat dengan meningkatnya panjang dendrit dan jika struktur yang terbentuk
berfasa tunggal, maka lengan-lenagn dendrti sekunder dan tertier akan timbul
dari lengan dendrit primer. Daerah yang terbentuk antara ujung dendrit dan
ttitik dimana sisa cairan terakhir akan membeku disebut sebagai mushy
zone atau pasty zone.
3. Equiaxed zone
Daerah ini terdiri
dari butir-butir equiaxial yang tumbuh secara acak ditengah-tengah ingot. Pada
daerah ini perbedaan temperatur yang ada tidak menyebabkan terjadinya
pertumbuhan butir memanjang.
Pengaruh Penyusutan
Kebanyakan logam akan
menyusut selama proses pembekuan dan ini mengakibatkan perubahan struktur
ingot. Paduan-paduan dengan selang pembekuan (daerah antara temperatur liquidus
dan solidus ) yang sempit menghasilkan mushy zone yang sempit
pula dan pada bagian permukaan atas ingot terdapat sisa cairan logam yang lama
kelamaan akan berkurang hingga pembekuan berakhir dan pada ingot mengandung
rongga cukup dalam pada bagian tengah atau disebut pipe.
Pada paduan-paduan dengan selang
temperatur pembekuan lebar, mushy zone dapat menempati seluruh bagian ingot
sehingga tidak terbentuk pipe.
Segregasi pada Ingot dan Coran
Pada struktur
pembekuan terdapat dua jenis segregasi yaitu segregasi makro (perubahan
komposisi pada tiap bagian spesimen) dan segregasi mikro (seperti yang terjadi
antara lengan dendrit sekunder). Ada empat faktor yang menyebabkan
timbulnya segregasi makro, yaitu :
- Penyusutan karena pembekuan dan kontraksi panas
- Perbedaan kerapatan antardendritik cairan logam
- Perbedaan kerapatan antara padatan dan cairan
- Temperatur yang menyebabkan perbedaan kerapatan dalam cairan
Segregasi dalam
pembekuan logam tidak diinginkan karena memberikan pengaruh buruk pada sifat
mekanik. Untuk segregasi mikro, pengaruhnya dapat dikurangi dengan proses
perlakuan panas (homogenisasi).
Pemeriksaan Produk Cor
Tujuan :
- Pemeriksaan rupa
a. Pemeriksaan rupa/fisik
b. Pemeriksaan dimensi (menggunakan
jangka sorong, micrometer, jig pemeriksa dan alat ukur lainnya)
2.
Pemeriksaan
cacat dalam (pemeriksaan tidak merusak, NDT)
a. Pemeriksaan ketukan
b. Pemeriksaan penetrasi
(dye-penetrant)
c. Pemeriksaan magnafluks
(magnetic-particle)
d. Pemeriksaan supersonic
(ultrasonic)
e. Pemeriksaan radiografi
(radiografi)
3.
Pemeriksaan
material
- Pengujian kekerasan (menggunakan metoda Brinell, Rockwell, Vickers dan Shore)
- Pengujian tarik
- Pengujian analisa kimia (spektrometri,EDS)
- Pengujian struktur mikrodan struktur makro
4.
Pemeriksaan
dengan merusak
Cacat-cacat Coran
Komisi pengecoran international telah
membuat penggolongan cacat-cacat coran dan dibagi menjadi 9 kelas, yaitu :
- Ekor tikus tak menentukan atau kekerasan yang meluas
- Lubang-lubang
- Retakan
- Permukaan kasar
- Salah alir
- Kesalahan ukuran
- Inklusi dan struktur tak seragam
- Deformasi
- Cacat-cacat tak nampak
Proses Pembuatan Besi Kasar
Pada umumnya
logam-logam yang dihasilkan dari dalam tambang masih dalam bentuk batu-batuan
dan biasanya terdapat dalam keadaan terikat dengan unsur-unsur lain. Untuk
dapat digunakan sebagai bahan dasar pembuatan barang-barang jadi atau setengah
jadi maka terlebih dahulu logam-logam tersebut mendapat beberapa pengerjaan.
Tanur tinggi
Tanur tinggi digunakan
untuk mengolah logam-logam tambang (bijih besi), kokas, batu kapur untuk
dijadikan besi kasar. Besi kasar yang dihasilkan ini nantinya masih perlu
diolah kembali didalam tungku-tungku baja untuk dijadikan baja atau besi
cor.Tanur tinggi mempunyai tinggi ±30 m dan diameter
terbesar ± 9 m. bagian luar terbuat dari
pelat-pelat baja dan bagian dalamnya dilapisi bata tahan api.
Tungku ini dibagi menjadi bagian utama yaitu
:
a. Bagian atas (puncak)
Bahan-bahan seperti
kokas, bijih besi dan bahan tambahan (kapur) dimasukkan melalui bagian ini.
Pada bagian ini juga dilengkapi dengan lubang-lubang untuk melakukan udara.
b. Bagian tengah
Bagian tengah ini
memiliki bangun berbentuk kerucut yang makin kebawah makin besar. Fungsinya
dibuat demikian adalah :
- Bahan-bahan mudah bergeser kebawah
- Gas CO dapat mencapai setiap tempat dekat dinding
Bagian dalam tungku
dilapisi dengan bata tahan api.
c. Bagian bawah
Bagian ini mempunyai
bangun berbentuk kerucut yang makin kebawah semakin mengecil dan gunanya dibuat
demikian adalah :
- Cairan mudah dikumpulkan pada tungku
- Isi tungku makin lama makin mengecil
Bagian dalamnya
terbuat dari bata tahan api kualitas tinggi karena dinding bagian ini harus
tahan terhadap temperatur tinggi (± 3000 oF)dan
tahan terhadap reaksi kimia seperti tahan terhadap asam-asam, terutama bila
bijih besinya mengandung fosfor.
d. Bagian Tungku
Bagian ini berbentuk silinder yang merupakan tabung persegi empat. Pada
bagian dalamnnya dipasang bata tahan api kualitas tinggi dan memiliki
ketebalan ± 1m. Dibuat tebal dan menggunakan
bata tahan api karena :
- Dapat tahan terhadap proses kimia
- Dapat tahan terhadap tekanan logam cair dan terak cair
- Dapat tahan terhadap temperatur tinggi
Diantara
pasangan-pasangan bata tahan api, dipasang pipa-pipa saluran yang dialiri
air pendingin dan pada bagian atas tabung dipasang pipa-pipa yang digunakan
untuk menyalurkan udara panas. Pada bagian dinding tungku dipasangi lubang
laluan logam cair dan terak cair.
Bahan-bahan dalam Proses Tanur Tinggi
1. Biji besi
Besi didapat dengan
mengambil dari biji besi yang umumnya berbentuk oksida dari alam dan besi murni
hanya didapat dalam jumlah yang kecil. Pemisahan unsur besi dari biji besi
dilakukan dalam sebuah tungku yang dinamai dengan SMELTING (proses reduksi).
Adapun biji besi tersebut ditemukan dalam bentuk sebagai berikut :
1.
Berbentuk
batu
§ Hematit (Fe2O3, batu besi merah) mengandung unsur
besi antara 45 %-65 % dan sedikit mengandung fosfor.
§ Magenetit (Fe3O4) mengandung unsur besi antara 40 % -
70 % dan hampir tidak mengandung fosfor, berwarna hijau tua mendekati warna
hitam dan mempunyai sifat magnet yang kuat.
§ Fe2O3H2O, mengandung unsur besi 25 % - 50
% air dan fosfor
b. Berbentuk pasir
Pasir besi (TiO2)
mengandung oksida besi = 70 % yang bercampur dengan oksida titan (Ti2O2)
antara 9 % - 11 %
c. Berbutir halus
Sperosiderit
mengandung unsur besi ±40 % bercampur dengan
tanah liat.
2. Batu Kapur
Biji besi hasli proses
reduksi belum dapat diaktakan bersih secara keseluruhan dan masih terdapat
kotoran-kotoran. Untuk menghilangkan kotoran-kotoran tersebut maka pada saat
diproses dalam tanur tinggi ditambahkan batu kapur (CaO atau dolomite, CaCO3)
sehingga akan membentuk terak
3. Bahan Bakar
Bahan bakar yang
digunakan dalam proses tanur tinggi adalah kokas dan arang kayu
Arang kayu
Keuntungan mengunakan
arang kayu adalah karena bersih, tidak mengandung P dan S.
Sedangkan kerugiannya adalah :
· Nilai kalornya rendah kira-kira 400 Cal/Kg
· Tidak keras, mudah pecah dan berpori-pori
· Jumlahnya terbatas
· Hanya dapat digunakan untuk tanur tinggi yang memiliki tinggi 17-20m
Kokas
Didapat dari
pembakaran tidak sempurna batu bara. Keuntungan menggunakan kokas sebagai bahan
bakar adalah :
· Nilai kalornya tinggi sekitar 8000 Cal/Kg
· Keras, besar-besar dan berpori-pori
· Mempunyai kadar karbon yang tinggi
· Sewaktu pembuatan kokas terdapat hasil tambahan seperti gas, ter, dll.
Kekurangan bahan bakar
kokas yaitu mengandung belerang (S) dan ini sangat buruk pengaruhnya terhadap
pembuatan baja atau besi cor.
Anthrosit
Keuntungan menggunakan
bahan bakar jenis ini adalah :
· Nilai karbonnya tinggi sekitar 8000 Cal/Kg
· Cukup keras dan besar-besar
· Tidak mengandung gas
Kekurangan bahan bakar
anthrosit adalah tidak berpori dan hanya sedikit terdapat di dunia
4. Udara panas
Udara panas digunakan
untuk membantu pembakaran (CO2) dan pembentukan gas CO sebagai gas
untuk reduksi biji besi. Untuk mereduksi bijih besi diperlukan udara panas yang
banyak dan udara panas yang digunakan mempunyai temperatur ±900OC. Untuk mendapat udara
panas dengan temperatur yang tinggi adalah dengan memanaskan udara dingin di
tungku pemanas yang dinamakan tungku COWPER. Udara dingin yang dimasukkan
didatangkan dari kompresor torak.
Keuntungan menggunakan
udara panas dalam proses tanur tinggi adalah untuk menghemat bahan bakar untuk
mempercepat proses reduksi atau pencairan biji besi.
1. Definisi
pengecoran, Review Proses Pengecoran Pengecoran
(CASTING) adalah salah satu teknik pembuatan produk dimana logam dicairkan
dalam tungku peleburan kemudian di tuangkan kedalam rongga cetakan yang serupa
dengan bentuk asli dari produk cor yang akan dibuat
Ada 4 faktor yang
berpengaruh atau merupakan cirri dari proses pengecoran, yaitu :
- Adanya aliran logam cair kedalam rongga cetak
- Terjadi perpindahan panas selama pembekuan dan pendinginan dari logam dalam cetakan
- Pengaruh material cetakan
- Pembekuan logam dari kondisi cair
Klasifikasi pengecoran
berdasarkan umur dari cetakan, ada pengecoran dengan sekali pakai (expendable
Mold) dan ada pengecoran dengan cetakan permanent (permanent Mold). Cetakan
pasir termasuk dalam expendable mold. Karena hanya bisa digunakan satu kali
pengecoran saja, setelah itu cetakan tersebut dirusak saat pengambilan benda
coran. Dalam pembuatan cetakan, jenis-jenis pasir yang digunakan adalah pasir
silika, pasir zircon atau pasir hijau. Sedangkan perekat antar butir-butir
pasir dapat digunakan, bentonit, resin, furan atau air gelas.
1. Terminologi Pengecoran dengan Cetakan Pasir
Secara umum cetakan
harus memiliki bagian-bagian utama sebagai berikut :
Cavity (rongga cetakan), merupakan ruangan tempat logam cair yang dituangkan kedalam cetakan.
Bentuk rongga ini sama dengan benda kerja yang akan dicor. Rongga cetakan
dibuat dengan menggunakan pola.
Core (inti), fungsinya adalah membuat rongga pada benda coran. Inti dibuat
terpisah dengan cetakan dan dirakit pada saat cetakan akan digunakan. Bahan
inti harus tahan menahan temperatur cair logam paling kurang bahannya dari
pasir.
Gating sistem (sistem saluran masuk), merupakan saluran masuk kerongga cetakan dari saluran turun. Gating
sistem suatu cetakan dapat lebih dari satu, tergantung dengan ukuran
rongga cetakan yang akan diisi oleh logam cair.
Sprue (Saluran turun), merupakan saluran masuk dari luar dengan posisi vertikal. Saluran ini
juga dapat lebih dari satu, tergantung kecepatan penuangan yang diinginkan.
Pouring basin, merupakan lekukan pada cetakan yang fungsi utamanya adalah untuk
mengurangi kecepatan logam cair masuk langsung dari ladle ke sprue. Kecepatan
aliran logam yang tinggi dapat terjadi erosi pada sprue dan terbawanya
kotoran-kotoran logam cair yang berasal dari tungku kerongga cetakan.
Raiser (penambah), merupakan cadangan logam cair yang berguna dalam mengisi kembali
rongga cetakan bila terjadi penyusutan akibat solidifikasi.
1. Pengecoran Cetakan Pasir
Pengecoran dengan
cetakan pasir melibatkan aktivitas-aktivitas seperti menempatkan pola dalam
kumpulan pasir untuk membentuk rongga cetak, membuat sistem saluran, mengisi
rongga cetak dengan logam cair, membiarkan logam cair membeku, membongkar
cetakan yang berisi produk cord an membersihkan produk cor. Hingga sekarang,
proses pengecoran dengan cetakan pasir masih menjadi andalan industri
pengecoran terutam industri-industri kecil. Tahapan yang lebih umum tentang
pengecoran cetakan pasir diperlihatkan dalam gambar dibawah ini.
A. Pasir
Kebanyakan pasir yang digunakan dalam
pengecoran adalah pasir silika (SiO2). Pasir merupakan produk dari
hancurnya batu-batuan dalam jangka waktu lama. Alasan pemakaian pasir sebagai
bahan cetakan adalah karena murah dan ketahanannya terhadap temperature
tinggi. Ada dua jenis pasir yang umum digunakan yaitu naturally
bonded (banks sands) dan synthetic (lake sands). Karena komposisinya mudah
diatur, pasir sinetik lebih disukai oleh banyak industri pengecoran.
Pemilihan jenis pasir
untuk cetakan melibatkan bebrapa factor penting seperti bentuk dan ukuran
pasir. Sebagai contoh , pasir halus dan bulat akan menghasilkan permukaan
produk yang mulus/halus. Untuk membuat pasir cetak selain dibutuhkan pasir juga
pengikat (bentonit atau clay/lempung) dan air. Ketiga Bahan tersebut diaduk dengan
komposisi tertentu dan siap dipakai sebagi bahan pembuat cetakan.
B. Jenis Cetakan Pasir
Ada tiga jenis
cetakan pasir yaitu green sand, cold-box dan no-bake mold. Cetakan yang banyak
digunakan dan paling murah adalah jenis green sand mold (cetakan pasir basah).
Kata “basah” dalam cetakan pasir basah berati pasir cetak itu masih cukup
mengandung air atau lembab ketika logam cair dituangkan ke cetakan itu. Istilah
lain dalam cetakan pasir adalah skin dried. Cetakan ini sebelum
dituangkan logam cair terlebih dahulu permukaan dalam cetakan dipanaskan atau
dikeringkan. Karena itu kekuatan cetakan ini meningkat dan mampu untuk
diterapkan pada pengecoran produk-produk yang besar.
Dalam cetakan kotak dingin
(box-cold-mold), pasir dicampur dengan pengikat yang terbuat dari
bahan organik dan in-organik dengan tujuan lebih meningkatkan kekuatan cetakan.
Akurasi dimensi lebih baik dari cetakan pasir basah dan sebagai konsekuensinya
jenis cetakan ini lebih mahal.
Dalam cetakan yang tidak dikeringkan
(no-bake mold), resin sintetik cair dicampurkan dengan pasir dan campuran itu akan
mengeras pada temperatur kamar. Karena ikatan antar pasir terjadi tanpa
adanya pemanasan maka seringkali cetakan ini disebut juga cold-setting
processes. Selain diperlukan cetakan yang tinggi, beberapa sifat lain
cetakan pasir yang perlu diperhatikan adalah permeabilitas cetakan (kemampuan
untuk melakukan udara/gas).
C. Pola
Pola merupakan
gambaran dari bentuk produk yang akan dibuat. Pola dapat dibuat dari kayu,
plastic/polimer atau logam. Pemilihan material pola tergantung pada bentuk dan
ukuran produk cor, akurasi dimensi, jumlah produk cor dan jenis proses
pengecoran yang digunakan.
Jenis-jenis pola :
- Pola tunggal (one pice pattern / solid pattern)
Biasanya digunakan
untuk bentuk produk yang sederhana dan jumlah produk sedikit. Pola ini dibuat
dari kayu dan tentunya tidak mahal.
2.
Pola
terpisah (spilt pattern)
Terdiri dari dua buah
pola yang terpisah sehingga akan diperoleh rongga cetak dari masing-masing
pola. Dengan pola ini, bentukproduk yang dapat dihasilkan rumit dari pola
tunggal.
3.
Match-piate
pattern
Jenis ini popular yang
digunakan di industri. Pola “terpasang jadi satu” dengan suatu bidang datar
dimana dua buah pola atas dan bawah dipasang berlawanan arah pada suatu pelat
datar. Jenis pola ini sering digunakan bersama-sama dengan mesin pembuatan
cetakan dan dapat menghasilkan laju produksi yang tinggi untuk produk-produk
kecil.
D. Inti
Untuk produk cor yang
memiliki lubang/rongga seperti pada blok mesin kendaraan atau katup-katup
biasanya diperlukan inti. Inti ditempatkan dalam rongga cetak sebelum penuangan
untuk membentuk permukaan bagian dalam produk dan akan dibongkar setelah
cetakan membeku dan dingin. Seperti cetakan, inti harus kuat, permeabilitas
baik, tahan panas dan tidak mudah hancur (tidak rapuh).
Agar inti tidak mudah
bergeser pada saat penuangan logam cair, diperlukan dudukan inti (core prints).
Dudukan inti biasanya dibuatkan pada cetakan seperti pada gambar 8. pembuatan
inti serupa dengan pembuatan cetakan pasir yaitu menggunakan no-bake, cold-box
dan shell. Untuk membuat cetakan diperlukan pola sedangkan untuk membuat inti
dibutuhkan kotak inti.
E. Operasi Pengecoran Cetakan Pasir
Operasi pengecoran dengan cetakan pasir
melibatkan tahapan proses perancangan produk cor, pembuatan pola dan inti,
pembuatan cetakan, penuangan logam cair dan pembongkaran produk cor. Tahapan
lebih rinci terlihat pada gambar Dibawah ini :
Setelah proses perancangan produk cor
yang menghasilkan gambar teknik produk (a) dilanjutkan dengan tahapan-tahapan
berikutnya :
b. Menyiapkan bidang dasar datar atau pelat datar dan meletakan pola
atas (cope) yang sudah ada dudukan inti dipermukaan pelat datar tadi.
c. Seperti pada
langkah c, untuk cetakan bagian bawah (drag) beserta sistem saluran.
d. Menyiapkan
koak inti (untuk pembuatan inti)
e. Inti yang telah jadi disatukan (inti yang dibuat berupa inti
setengah atau paroan inti)
f. Pola atas yang ada dipermukaan pelat datar ditutupi oleh rangka
cetak atas (cope) dan ditambahkan system saluran seperti saluran masuk dan
saluran tambahan (riser). Selanjutnya diisi dengan pasir cetak.
g. Setelah diisi pasir cetak dan dipadatkan, pola dan system saluran
dilepaskan dari cetakan
h. Giliran drag diisi pasir cetak setelah menempatkan rangka cetak
diatas pola dan pelat datar.
i. Setelah disi
pasir cetak dan dipadatkan, pola dilepaskan dari cetakan
j. Inti
ditempatkan pada dudukan inti yang ada pada drag.
k. Cope dipasangkan pada drag dan dikunci kemudian dituangkan logam
cair.
l. Setelah membeku dan dingin, cetakan dibongkar dan produk cor
dibersihkan dari sisa-sisa pasir cetakan.
m. Sistem saluran dihilangkan dari produk cor dengan berbagai metoda
dan produk cor siap untuk diperlakukan lebih lanjut.
Dalam teknik
pengecoran logam fluiditas tidak diartikan sebagai kebalikan dari viskositas,
akan tetapi berarti kemampuan logam cair untuk mengisi ruang-ruang dalam rongga
cetak. Fluiditas tidak dapat dikaitkan secara langsung dengan sifat-sifat fisik
secara individu, karena besaran ini diperoleh dari pengujian yang
merupakan karakteristik rata-rata dari bebrapa sifat-sifat fisik dari logam
cair.
Ada dua faktor
yang mempengaruhi fluiditas logam cair, yaitu temperatur dan komposisi
unsur. Temperatur penuangan secara teoritis harus sama atau diatas garis
liquidus. Jika temperatur penuangan lebih rendah, kemungkinan besar terjadi
solidifikasi didalam gating sistem dan rongga cetakan tidak terisi penuh. Cacat
ini disebut juga dengan nama misrun. Cacat lain yang bisa terjadi jika
temperatur penuangan terlalu rendah adalah laps dan seams. Yaitu benda cor yang
dihasilkan seakan-akan membentuk alur-alur aliran kontinu logam yang masuk
kedalam rongga cetak, dimana alur satu dengan alur lai berdampingan daya
ikatannya tidak begitu baik. Jika temperatur penuangan terlalu tinggi
pasir yang terdapat pada dinding gating sistem dan rongga cetakan mudah lepas
sewaktu bersentuhan dengan logam cair dan permukaanya menjadi kasar. Terjadi
reaksi yang cepat antara logam tuang, dengan zat padat, cair dan gas diadalam
rongga cetakan. Dari pengujian ini dapat dicari daerahtemperatur penuangan yang
menghasilkan produk dengan cacat yang seminim mungkin.
Faktor utama yang lain
yang mempengaruhi besaran fluiditas adalah komposisi paduan. Logam cair
yang memiliki fluiditas yang tinggi adalah logam murni dan alloys komposisi
eutectic. Alloys yang dibentuk dari larutan padat, dan memiliki range
pembekuan yang besar memiliki fluiditas yang jelek.
Contoh Pola spiral hasil pengujian Fluiditas
Ada beberapa
metoda dalam mengukur fluiditas. Metoda ini dibedakan berdasarkan bentuk rongga
cetak yang digunakan untuk mengetahui mampu alir logam
cair. Ada rongga cetak yanmg berbentuk spiral dan ada juga rongga
cetak yang berbentuk lorong yang memanjang. Pemilihan metoda ini
sangat tergantung
Beberapa bentuk cetakan untuk pengukuran Fluiditas
dari bentuk benda kerja dan bahan
cetakan yang akan digunakan. Dalam melakukan pengukuran mampu alir dipraktikum
ini digunakan metode dengan rongga cetak yang berbentuk spiral. Meskipun hasil
pengukuran dengan metoda diatas dipengaruhi oleh sifat-sifat cetakan, namun
pengukuran tersebut sangat praktis, karena langsung menggambarkan bagaimana mampu
alir logam cair dalam rongga cetak dengan bahan cetakan sebenarnya. Harga
fluiditasnya dinyatakan dengan panjang (dalam mm) spiral yang terisi logam.
Atas dasar hal ini, fluiditas juga dikenal dengan istilah Fluid life.
4.Logam-logam dalam pengecoran
Besi cor
- Paduan besi yang mengandung C >: 1,7 % dan 1-3 %Si. Unsur lain dapat ditambahkan dengan maksud untuk meningkatkan sifat-sifat seperti kekuatan, kekerasan atau ketahanan korosi. Unsur yang umumnya ditambahkan yaitu Cr, Cu, Mo dan Ni.
- Besi cor memiliki selang temperature cair yang relaitf lebih rendah daripada baja dan relatif lebih “encer” ketika cair.
- Sifat mekanik besi cor tergantung pada jenis struktur mikronya yaitu bentuk dna distribusi elemen-elemen penyusunnya. Salah satu elemen yang memiliki pengaruh yang berarti adalah grafit. Jumlah ,ukuran dan bentuk grafit mempengaruhi kekuatan dan keuletan besi cor. Selain grafit, matriks juga ikut mempengaruhi sifat mekaniknya. Matris besi cor sama dengan yang terdapat pada baja, yaitu feritik, perlitik, feritik+perlitik dan martensitik. Matriks yang terjadi tergantung pada :
ü Komposisi kimia
ü Laju pendinginan, dan
ü Proses perlakuan panas
v Ada lima jenis besi cor :
Ø Besi cor kelabu (grey cast iron)
Ø Besi cor malleable (malleable cast iron)
Ø Besi cor putih (white cast iron)
Ø Besi cor nodular (nodular/ductile cast iron)
Ø Compacted graphite cast iron (memiliki
struktur mikro antara besi cor
Ø Kelabu dan besi cor nodular).
v Sifat mekanik :
= 45 -75 ksi (kekuatan tarik)
= 35 – 60 ksi (kekuatan luluh)
e = 1 – 6% (perpanjangan)
v Sifat matriks dan karakter grafit diperoleh dari kesetimbangan
§ Komposisi kimia
§ Derajat inokulasi
§ Laju pembekuan
§ Pengaturan laju pendinginan
v Untuk mendapatkan sifat yang diinginkan, biasanya pada besi cor diterapkan
perlakuan panas karena dari kondisi hasil pengecoran (as-cast) tidak diperoleh
sifat yang diinginkan. Proses perlakuan panas yang umum diterapkan :
§ Annealing
§ Austenitizing dan Quenching
§ Tempering
Besi Cor Putih
Ø Besi cor putih terbentuk ketika unsur
karbon (C) tidak mengendap sebagai grafit selama proses
pembekuan, akan tetapi tetap berkaitan dengan unsur besi (Fe), krom (Cr) atau
molibden (Mo) membentuk karbida.
Ø Besi cor putih bersifat keras dan getas
dan memiliki tampilan patahn seperti kristal berwarna putih.
Besi Cor Kelabu
Ø Besi cor kelabu merupakan paduan dari
unsur-unsur besi (Fe), karbon © dan silicon (Si) yang mengandung “ karbon
tak berkaitan” dalam bentuk grafit. Nama besi cor kelabu didapat dari
tampilan patahan berwarna kelabu.
Ø Besi cor kelabu untuk keperluan otomotif
dan konstruksi umum lainnya dibagi menjadi 10 kelas/garde yang didasarkan pada
kekuatan tarik minimumnya.
Ø Kekuatan, kekerasan dan struktur mikro
dari besi cor kelabu dipengaruhi oleh beberapa factor seperti komposisi kimia,
desain, cetakan, karakteristik cetakan dan laju pendinginan selama dan setelah
pembekuan.
Ø Unsur Cu, Cr, Mo dan Ni seringkali
ditambahkan untuk mengatur struktur mikro matriks dan pembentukan grafit.
Selain itu bertujuan untuk meningkatkan ketahanan korosi besi cor kelabu pada
beberapa media.
Ø Besi cor kelabu dapat dikeraskan dengan
proses quenching dan temperature sekitar 1600˚F (menjadi getas). Kombinasi
dengan proses temper akan meningkatakan ketangguhan dan menurunkan
kekerasannya.
Besi Cor Malleable
Ø Besi cor ini dihasilkan dari proses
perlakuan panas besi cor putih yang memiliki komposisi tertentu.
Ø Proses terbentuknya beis cor putih
akibat :
§ Rendahnya kandungan karbon dan silikon
§ Adanya unsur-unsur pembentuk karbida
seperti Cr, Mo dan V
§ Laju pendinginan dan pembekuan yang
tinggi
Ø Pada proses pembuatan besi cor
malleable, besi cor putih dipanaskan hingga temperatur diatas
temperatur eutectoid (1700oF) kemudian ditahan hingga beberapa jam
dan didinginkan dalam tungku. Proses tersebut menyebabkan unsure karbon
terlarut dalam austenit, mengendap dan membentuk grafit bulat tak beraturan
(irregular nodules of graphite) yang disebut korbon temper.
Proses ini akan menghasilkan besi cor malleable dengan matriks ferit.
Besi Cor Nodular
Ø Besi cor nodular memiliki komposisi
unsure yang sama dengan besi cor kelabu. Unsure tersebut yaitu karbon dan
silikon.
Ø Perbedaan besi cor nodular dan kelabu
terletak pada bentuk grafit (untuk menghasilkan bentuk grafit yang berbeda,
digunakan proses yang berbeda pula)
Ø Pembulatan grafit dicapai karena
ditambahkan unsure Magnesium (Mg) dan Cerium (Ce).
Baja (Baja Cor)
Ø Salah satu jenis baja adalah baja karbon
yaitu paduan besi-karbon yang mengandung unsure karbon kurang dari 1,7 %
(beberapa literature menyebutkan kandungan karbon maksimum 2.0 %). Sebagai
tambahan selain karbon, baja cor mengandung
Ø - Silikon (Si) : 0.20 – 0,70 %
Ø - Mangan (Mn) : 0,50 – 1,00 %
Ø - Fosfor (P) : <>
Ø - Sulfur (S) : <>
Ø Struktur mikro baja cor yang memiliki
kandungan karbon kurang dari 0,8 % (baja hypoeutektoid) terdiri dari FERIT dan
PERLIT. Kadar karbon yang lebih tinggi menambah jumlah perlit.
Ø Struktur mikro baja cor yang memiliki kandungan karbon lebih dari
0,8 % (baja hipereutektoid) terdiri dari SEMENTIT (Fe3C) dan PERLIT.
Kadar karbon yang lebih tinggi menambah jumlah sementit.
Ø Baja cor dengan kadar C=0,20 % diatas diperoleh dari pendinginan
didalam tungku dari temperatur 950oC setelah pengecoran. Bagian yang
hitam adalah PERLIT dan yang putih adalah FERIT. Sedangkan baja cor dengan
kadar C=0,8 % didinginkan dalam tungku 900oC struktur yang terlihat
jelas yaitu PERLIT.
5. Proses
Peleburan Logam
Peleburan logam
merupakan aspek terpenting dalam operasi-operasi pengecoran karena berpengaruh
langsung pada kualitas produk cor. Pada proses peleburan, mula-mula muatan yang
terdiri dari logam, unsur-unsur paduan dan material
lainnya seperti fluks dan unsur pembentuk
terak dimasukkan kedalam tungku. Fluks adalah senyawa
inorganic yang dapat “membersihkan” logam cair dengan menghilangkan gas-gas
yang ikut terlarut dan juga unsur-unsur pengotor (impurities). Fluks memiliki
beberpa kegunaan yang tergantung pada logam yang dicairkan, seperti pada paduan
alumunium terdapat cover fluxes (yang menghalangi oksidasi dipermukaan
alumunium cair),. Cleaning fluxes, drossing fluxes, refining fluxes, dan wall
cleaning fluxes
Tungku-tungku peleburan yang biasa
digunakan dalam industri pengecoran logam adalah tungku busur listrik, tungku
induksi, tungku krusibel, dan tungku kupola. Karakteristik masing-masing tungku
peleburan adalah :
- Tungku busur listrik
- laju peleburan tinggi ® laju produksi tinggi
- polusi lebih rendah dibandingkan tungku-tungku lain
- memiliki kemampuan menahan logam cair pada temperatur tertentu untuk jangka waktu lama untuk tujuan pemaduan
- Tungku induksi
o Khususnya
digunakan pada industri pengecoran kecil
o Mampu mengatur
komposisi kimia pada skala peleburan kecil
o Terdapat dua jenis tungku yaitu Coreless (frekuensi
tinggi) dan core atau channel (frekuensi
rendah, sekitar 60 Hz)
o Biasanya
digunakan pada industri pengecoran logam-logam non-ferro
o Secara khusus dapat digunakan untuk keperluan superheating (memanaskan
logam cair diatas temperatur cair normal untuk memperbaiki mampu alir),
penahanan temperatur (menjaga logam cair pada temperatur konstan untuk jangka
waktu lama, sehingga sangat cocok untuk aplikasi proses die-casting), dan
duplexing/tungku parallel (menggunakan dua tungku seperti pada operasi
pencairan logam dalam satu tungku dan memindahkannya ke tungku lain)
- Tungku krusibel
o Telah digunakan secara luas disepanjang sejarah peleburan logam.
Proses pemanasan dibantu oleh pemakaian berbagai jenis bahan bakar.
o Tungku ini bias dalam keadaan diam, dimiringkan atau juga dapat
dipindah-pindahkan
o Dapat
diaplikasikan pada logam-logam ferro dan non-ferro
2.
Tungku
kupola
o Tungku ini terdiri dari suatu saluran/bejana baja vertical yang
didalamnya terdapat susunan bata tahan api
o Muatan terdiri
dari susunan atau lapisan logam, kokas dan fluks
o Kupola dapat beroperasi secara kontinu, menghasilkan logam cair
dalam jumlah besar dan laju peleburan tinggi
Muatan Kupola
1. Besi kasar (20 % - 30 %)
2. Skrap baja (30 % - 40 %)
Kadar karbon dan
siliko yang rendah adalah menguntungkan untuk mendapat coran dengan prosentase
Carbon dan Si yang terbatas. Untuk besi cor kekuatan tinggi ditambahkan dalam
jumlah yang banyak.
3. Skrap balik
Yang dimaksud skrap
balik adalah coran yang cacat, bekas penambah, saluran turun, saluran masuk
atau skrap balik yang dibeli dari pabrik pengecoran.
4. Paduan besi
Paduan besi seperti
Fe-Si, Fe-Mn ditambahkan untuk mengatur komposisi. Prosentase karbon berkurang
karena oksidasi logam cair dalam cerobong dan pengarbonan yang disebabkan oleh
reaksi antar logam cair dengan kokas. Prosentase karbon terutama diatur oleh
perbandingan besi kasar dan skrap baja. Tambahan harus dimasukkan dalam
perhitungan untuk mengimbangi kehilangan pada saat peleburan. Penambahan
dimasukkan 10 sampai 20 % untuk Si dan 15 sampai 30 % untuk Mn.
Prosentase steel
bertambah karena pengambilan steel dari kokas. Peningkatan kadar belerang
(steel) yang diperbolehkan biasanya 0,1 %
Metalurgi Proses Pengecoran
Pembekuan ingot dan Coran
Dari Pembekuan ingot dihasilkan 3 daerah
dengan karakteristik yang berbeda. Daerah-daerah tersebut adalah :
1. Chill Zone
Selama proses
penuangan logam cair kedalam cetakan, logam cair yang berkontak langsung
dengan dinding cetakan akan mengalami pendinginan yang cepat dibawah temperatur
likuidusnya. Akibatnya pada dinding cetakan tersebut timbul banyak inti padat
dan selanjutnya tumbuh kearah cairan logam. Bila temperatur penuangannya
rendah, seluruh bagian logam cair akan membeku secara cepat dibawah temperatur
likuidus. Disisi lain bila temperatur penuangan tinggi, cairan logam yang
berada ditengah-tengah ingot akan tetap berada diatas temperatur likuidus untuk
jangka waktu lama.
2. Columnar zone
Sesaat setelah
penuangan, gradien temperatur pada dinding cetakan menurun dan kristal pada
daerah chill tumbuh memanjang dalam arah kristal tertentu. Kristal-kristal
tersebut tumbuh memanjang berlawanan dengan arah perpindahan panas (panas
bergerak dari cairan logam kea rah dinding cetakan yang bertemperatur lebih
rendah) yang disebut dengan dendrit. Setiap kristal dendrit mengandung banyak
lengan-lengan dendrit (primary dendrit). Jika Fraksi volum padatan (dendrite)
meningkat dengan meningkatnya panjang dendrit dan jika struktur yang terbentuk
berfasa tunggal, maka lengan-lenagn dendrti sekunder dan tertier akan timbul
dari lengan dendrit primer. Daerah yang terbentuk antara ujung dendrit dan
ttitik dimana sisa cairan terakhir akan membeku disebut sebagai mushy
zone atau pasty zone.
3. Equiaxed zone
Daerah ini terdiri
dari butir-butir equiaxial yang tumbuh secara acak ditengah-tengah ingot. Pada
daerah ini perbedaan temperatur yang ada tidak menyebabkan terjadinya
pertumbuhan butir memanjang.
Pengaruh Penyusutan
Kebanyakan logam akan
menyusut selama proses pembekuan dan ini mengakibatkan perubahan struktur
ingot. Paduan-paduan dengan selang pembekuan (daerah antara temperatur liquidus
dan solidus ) yang sempit menghasilkan mushy zone yang sempit
pula dan pada bagian permukaan atas ingot terdapat sisa cairan logam yang lama
kelamaan akan berkurang hingga pembekuan berakhir dan pada ingot mengandung
rongga cukup dalam pada bagian tengah atau disebut pipe.
Pada paduan-paduan dengan selang
temperatur pembekuan lebar, mushy zone dapat menempati seluruh bagian ingot
sehingga tidak terbentuk pipe.
Segregasi pada Ingot dan Coran
Pada struktur
pembekuan terdapat dua jenis segregasi yaitu segregasi makro (perubahan
komposisi pada tiap bagian spesimen) dan segregasi mikro (seperti yang terjadi
antara lengan dendrit sekunder). Ada empat faktor yang menyebabkan
timbulnya segregasi makro, yaitu :
- Penyusutan karena pembekuan dan kontraksi panas
- Perbedaan kerapatan antardendritik cairan logam
- Perbedaan kerapatan antara padatan dan cairan
- Temperatur yang menyebabkan perbedaan kerapatan dalam cairan
Segregasi dalam
pembekuan logam tidak diinginkan karena memberikan pengaruh buruk pada sifat
mekanik. Untuk segregasi mikro, pengaruhnya dapat dikurangi dengan proses
perlakuan panas (homogenisasi).
Pemeriksaan Produk Cor
Tujuan :
- Pemeriksaan rupa
a. Pemeriksaan rupa/fisik
b. Pemeriksaan dimensi
(menggunakan jangka sorong, micrometer, jig pemeriksa dan alat ukur lainnya)
2.
Pemeriksaan
cacat dalam (pemeriksaan tidak merusak, NDT)
a. Pemeriksaan ketukan
b. Pemeriksaan penetrasi
(dye-penetrant)
c. Pemeriksaan magnafluks
(magnetic-particle)
d. Pemeriksaan supersonic
(ultrasonic)
e. Pemeriksaan radiografi
(radiografi)
3.
Pemeriksaan
material
- Pengujian kekerasan (menggunakan metoda Brinell, Rockwell, Vickers dan Shore)
- Pengujian tarik
- Pengujian analisa kimia (spektrometri,EDS)
- Pengujian struktur mikrodan struktur makro
4.
Pemeriksaan
dengan merusak
Cacat-cacat Coran
Komisi pengecoran international telah
membuat penggolongan cacat-cacat coran dan dibagi menjadi 9 kelas, yaitu :
- Ekor tikus tak menentukan atau kekerasan yang meluas
- Lubang-lubang
- Retakan
- Permukaan kasar
- Salah alir
- Kesalahan ukuran
- Inklusi dan struktur tak seragam
- Deformasi
- Cacat-cacat tak nampak
Proses Pembuatan Besi Kasar
Pada umumnya
logam-logam yang dihasilkan dari dalam tambang masih dalam bentuk batu-batuan
dan biasanya terdapat dalam keadaan terikat dengan unsur-unsur lain. Untuk
dapat digunakan sebagai bahan dasar pembuatan barang-barang jadi atau setengah
jadi maka terlebih dahulu logam-logam tersebut mendapat beberapa pengerjaan.
Tanur tinggi
Tanur tinggi digunakan
untuk mengolah logam-logam tambang (bijih besi), kokas, batu kapur untuk
dijadikan besi kasar. Besi kasar yang dihasilkan ini nantinya masih perlu
diolah kembali didalam tungku-tungku baja untuk dijadikan baja atau besi
cor.Tanur tinggi mempunyai tinggi ±30 m dan diameter
terbesar ± 9 m. bagian luar terbuat dari
pelat-pelat baja dan bagian dalamnya dilapisi bata tahan api.
Tungku ini dibagi menjadi bagian utama
yaitu :
a. Bagian atas (puncak)
Bahan-bahan seperti
kokas, bijih besi dan bahan tambahan (kapur) dimasukkan melalui bagian ini.
Pada bagian ini juga dilengkapi dengan lubang-lubang untuk melakukan udara.
b. Bagian tengah
Bagian tengah ini
memiliki bangun berbentuk kerucut yang makin kebawah makin besar. Fungsinya
dibuat demikian adalah :
- Bahan-bahan mudah bergeser kebawah
- Gas CO dapat mencapai setiap tempat dekat dinding
Bagian dalam tungku
dilapisi dengan bata tahan api.
c. Bagian bawah
Bagian ini mempunyai
bangun berbentuk kerucut yang makin kebawah semakin mengecil dan gunanya dibuat
demikian adalah :
- Cairan mudah dikumpulkan pada tungku
- Isi tungku makin lama makin mengecil
Bagian dalamnya
terbuat dari bata tahan api kualitas tinggi karena dinding bagian ini harus
tahan terhadap temperatur tinggi (± 3000 oF)dan
tahan terhadap reaksi kimia seperti tahan terhadap asam-asam, terutama bila
bijih besinya mengandung fosfor.
d. Bagian Tungku
Bagian ini berbentuk silinder yang merupakan tabung persegi empat. Pada
bagian dalamnnya dipasang bata tahan api kualitas tinggi dan memiliki
ketebalan ± 1m. Dibuat tebal dan menggunakan
bata tahan api karena :
- Dapat tahan terhadap proses kimia
- Dapat tahan terhadap tekanan logam cair dan terak cair
- Dapat tahan terhadap temperatur tinggi
Diantara
pasangan-pasangan bata tahan api, dipasang pipa-pipa saluran yang dialiri
air pendingin dan pada bagian atas tabung dipasang pipa-pipa yang digunakan
untuk menyalurkan udara panas. Pada bagian dinding tungku dipasangi lubang laluan
logam cair dan terak cair.
Bahan-bahan dalam Proses Tanur Tinggi
1. Biji besi
Besi didapat dengan
mengambil dari biji besi yang umumnya berbentuk oksida dari alam dan besi murni
hanya didapat dalam jumlah yang kecil. Pemisahan unsur besi dari biji besi dilakukan
dalam sebuah tungku yang dinamai dengan SMELTING (proses reduksi). Adapun biji
besi tersebut ditemukan dalam bentuk sebagai berikut :
1.
Berbentuk
batu
§ Hematit (Fe2O3, batu besi merah) mengandung unsur
besi antara 45 %-65 % dan sedikit mengandung fosfor.
§ Magenetit (Fe3O4) mengandung unsur besi antara 40 % -
70 % dan hampir tidak mengandung fosfor, berwarna hijau tua mendekati warna
hitam dan mempunyai sifat magnet yang kuat.
§ Fe2O3H2O, mengandung unsur besi 25 % - 50
% air dan fosfor
b. Berbentuk pasir
Pasir besi (TiO2)
mengandung oksida besi = 70 % yang bercampur dengan oksida titan (Ti2O2)
antara 9 % - 11 %
c. Berbutir halus
Sperosiderit
mengandung unsur besi ±40 % bercampur dengan
tanah liat.
2. Batu Kapur
Biji besi hasli proses
reduksi belum dapat diaktakan bersih secara keseluruhan dan masih terdapat
kotoran-kotoran. Untuk menghilangkan kotoran-kotoran tersebut maka pada saat
diproses dalam tanur tinggi ditambahkan batu kapur (CaO atau dolomite, CaCO3)
sehingga akan membentuk terak
3. Bahan Bakar
Bahan bakar yang
digunakan dalam proses tanur tinggi adalah kokas dan arang kayu
Arang kayu
Keuntungan mengunakan
arang kayu adalah karena bersih, tidak mengandung P dan S.
Sedangkan kerugiannya adalah :
· Nilai kalornya rendah kira-kira 400 Cal/Kg
· Tidak keras, mudah pecah dan berpori-pori
· Jumlahnya terbatas
· Hanya dapat digunakan untuk tanur tinggi yang memiliki tinggi 17-20m
Kokas
Didapat dari
pembakaran tidak sempurna batu bara. Keuntungan menggunakan kokas sebagai bahan
bakar adalah :
· Nilai kalornya tinggi sekitar 8000 Cal/Kg
· Keras, besar-besar dan berpori-pori
· Mempunyai kadar karbon yang tinggi
· Sewaktu pembuatan kokas terdapat hasil tambahan seperti gas, ter, dll.
Kekurangan bahan bakar
kokas yaitu mengandung belerang (S) dan ini sangat buruk pengaruhnya terhadap
pembuatan baja atau besi cor.
Anthrosit
Keuntungan menggunakan
bahan bakar jenis ini adalah :
· Nilai karbonnya tinggi sekitar 8000 Cal/Kg
· Cukup keras dan besar-besar
· Tidak mengandung gas
Kekurangan bahan bakar
anthrosit adalah tidak berpori dan hanya sedikit terdapat di dunia
4. Udara panas
Udara panas digunakan
untuk membantu pembakaran (CO2) dan pembentukan gas CO sebagai gas
untuk reduksi biji besi. Untuk mereduksi bijih besi diperlukan udara panas yang
banyak dan udara panas yang digunakan mempunyai temperatur ±900OC. Untuk mendapat udara
panas dengan temperatur yang tinggi adalah dengan memanaskan udara dingin di
tungku pemanas yang dinamakan tungku COWPER. Udara dingin yang dimasukkan
didatangkan dari kompresor torak.
Keuntungan menggunakan
udara panas dalam proses tanur tinggi adalah untuk menghemat bahan bakar untuk
mempercepat proses reduksi atau pencairan biji besi.
1. Definisi
pengecoran, Review Proses Pengecoran Pengecoran
(CASTING) adalah salah satu teknik pembuatan produk dimana logam dicairkan
dalam tungku peleburan kemudian di tuangkan kedalam rongga cetakan yang serupa
dengan bentuk asli dari produk cor yang akan dibuat
Ada 4 faktor yang
berpengaruh atau merupakan cirri dari proses pengecoran, yaitu :
- Adanya aliran logam cair kedalam rongga cetak
- Terjadi perpindahan panas selama pembekuan dan pendinginan dari logam dalam cetakan
- Pengaruh material cetakan
- Pembekuan logam dari kondisi cair
Klasifikasi pengecoran
berdasarkan umur dari cetakan, ada pengecoran dengan sekali pakai (expendable
Mold) dan ada pengecoran dengan cetakan permanent (permanent Mold). Cetakan
pasir termasuk dalam expendable mold. Karena hanya bisa digunakan satu kali
pengecoran saja, setelah itu cetakan tersebut dirusak saat pengambilan benda
coran. Dalam pembuatan cetakan, jenis-jenis pasir yang digunakan adalah pasir
silika, pasir zircon atau pasir hijau. Sedangkan perekat antar butir-butir
pasir dapat digunakan, bentonit, resin, furan atau air gelas.
1. Terminologi Pengecoran dengan Cetakan Pasir
Secara umum cetakan
harus memiliki bagian-bagian utama sebagai berikut :
Cavity (rongga cetakan), merupakan ruangan tempat logam cair yang dituangkan kedalam cetakan.
Bentuk rongga ini sama dengan benda kerja yang akan dicor. Rongga cetakan
dibuat dengan menggunakan pola.
Core (inti), fungsinya adalah membuat rongga pada benda coran. Inti dibuat
terpisah dengan cetakan dan dirakit pada saat cetakan akan digunakan. Bahan
inti harus tahan menahan temperatur cair logam paling kurang bahannya dari
pasir.
Gating sistem (sistem saluran masuk), merupakan saluran masuk kerongga cetakan dari saluran turun. Gating
sistem suatu cetakan dapat lebih dari satu, tergantung dengan ukuran
rongga cetakan yang akan diisi oleh logam cair.
Sprue (Saluran turun), merupakan saluran masuk dari luar dengan posisi vertikal. Saluran ini
juga dapat lebih dari satu, tergantung kecepatan penuangan yang diinginkan.
Pouring basin, merupakan lekukan pada cetakan yang fungsi utamanya adalah untuk
mengurangi kecepatan logam cair masuk langsung dari ladle ke sprue. Kecepatan
aliran logam yang tinggi dapat terjadi erosi pada sprue dan terbawanya
kotoran-kotoran logam cair yang berasal dari tungku kerongga cetakan.
Raiser (penambah), merupakan cadangan logam cair yang berguna dalam mengisi kembali
rongga cetakan bila terjadi penyusutan akibat solidifikasi.
1. Pengecoran Cetakan Pasir
Pengecoran dengan
cetakan pasir melibatkan aktivitas-aktivitas seperti menempatkan pola dalam
kumpulan pasir untuk membentuk rongga cetak, membuat sistem saluran, mengisi
rongga cetak dengan logam cair, membiarkan logam cair membeku, membongkar
cetakan yang berisi produk cord an membersihkan produk cor. Hingga sekarang,
proses pengecoran dengan cetakan pasir masih menjadi andalan industri
pengecoran terutam industri-industri kecil. Tahapan yang lebih umum tentang
pengecoran cetakan pasir diperlihatkan dalam gambar dibawah ini.
A. Pasir
Kebanyakan pasir yang digunakan dalam
pengecoran adalah pasir silika (SiO2). Pasir merupakan produk dari
hancurnya batu-batuan dalam jangka waktu lama. Alasan pemakaian pasir sebagai
bahan cetakan adalah karena murah dan ketahanannya terhadap temperature
tinggi. Ada dua jenis pasir yang umum digunakan yaitu naturally
bonded (banks sands) dan synthetic (lake sands). Karena komposisinya mudah
diatur, pasir sinetik lebih disukai oleh banyak industri pengecoran.
Pemilihan jenis pasir
untuk cetakan melibatkan bebrapa factor penting seperti bentuk dan ukuran
pasir. Sebagai contoh , pasir halus dan bulat akan menghasilkan permukaan
produk yang mulus/halus. Untuk membuat pasir cetak selain dibutuhkan pasir juga
pengikat (bentonit atau clay/lempung) dan air. Ketiga Bahan tersebut diaduk dengan
komposisi tertentu dan siap dipakai sebagi bahan pembuat cetakan.
B. Jenis Cetakan Pasir
Ada tiga jenis
cetakan pasir yaitu green sand, cold-box dan no-bake mold. Cetakan yang banyak
digunakan dan paling murah adalah jenis green sand mold (cetakan pasir basah).
Kata “basah” dalam cetakan pasir basah berati pasir cetak itu masih cukup
mengandung air atau lembab ketika logam cair dituangkan ke cetakan itu. Istilah
lain dalam cetakan pasir adalah skin dried. Cetakan ini sebelum
dituangkan logam cair terlebih dahulu permukaan dalam cetakan dipanaskan atau
dikeringkan. Karena itu kekuatan cetakan ini meningkat dan mampu untuk
diterapkan pada pengecoran produk-produk yang besar.
Dalam cetakan kotak dingin
(box-cold-mold), pasir dicampur dengan pengikat yang terbuat dari
bahan organik dan in-organik dengan tujuan lebih meningkatkan kekuatan cetakan.
Akurasi dimensi lebih baik dari cetakan pasir basah dan sebagai konsekuensinya
jenis cetakan ini lebih mahal.
Dalam cetakan yang tidak dikeringkan
(no-bake mold), resin sintetik cair dicampurkan dengan pasir dan campuran itu akan
mengeras pada temperatur kamar. Karena ikatan antar pasir terjadi tanpa
adanya pemanasan maka seringkali cetakan ini disebut juga cold-setting
processes. Selain diperlukan cetakan yang tinggi, beberapa sifat lain
cetakan pasir yang perlu diperhatikan adalah permeabilitas cetakan (kemampuan
untuk melakukan udara/gas).
C. Pola
Pola merupakan
gambaran dari bentuk produk yang akan dibuat. Pola dapat dibuat dari kayu,
plastic/polimer atau logam. Pemilihan material pola tergantung pada bentuk dan
ukuran produk cor, akurasi dimensi, jumlah produk cor dan jenis proses
pengecoran yang digunakan.
Jenis-jenis pola :
- Pola tunggal (one pice pattern / solid pattern)
Biasanya digunakan
untuk bentuk produk yang sederhana dan jumlah produk sedikit. Pola ini dibuat
dari kayu dan tentunya tidak mahal.
2.
Pola
terpisah (spilt pattern)
Terdiri dari dua buah
pola yang terpisah sehingga akan diperoleh rongga cetak dari masing-masing
pola. Dengan pola ini, bentukproduk yang dapat dihasilkan rumit dari pola
tunggal.
3.
Match-piate
pattern
Jenis ini popular yang
digunakan di industri. Pola “terpasang jadi satu” dengan suatu bidang datar
dimana dua buah pola atas dan bawah dipasang berlawanan arah pada suatu pelat
datar. Jenis pola ini sering digunakan bersama-sama dengan mesin pembuatan
cetakan dan dapat menghasilkan laju produksi yang tinggi untuk produk-produk
kecil.
D. Inti
Untuk produk cor yang
memiliki lubang/rongga seperti pada blok mesin kendaraan atau katup-katup
biasanya diperlukan inti. Inti ditempatkan dalam rongga cetak sebelum penuangan
untuk membentuk permukaan bagian dalam produk dan akan dibongkar setelah
cetakan membeku dan dingin. Seperti cetakan, inti harus kuat, permeabilitas
baik, tahan panas dan tidak mudah hancur (tidak rapuh).
Agar inti tidak mudah
bergeser pada saat penuangan logam cair, diperlukan dudukan inti (core prints).
Dudukan inti biasanya dibuatkan pada cetakan seperti pada gambar 8. pembuatan
inti serupa dengan pembuatan cetakan pasir yaitu menggunakan no-bake, cold-box
dan shell. Untuk membuat cetakan diperlukan pola sedangkan untuk membuat inti
dibutuhkan kotak inti.
E. Operasi Pengecoran Cetakan Pasir
Operasi pengecoran dengan cetakan pasir
melibatkan tahapan proses perancangan produk cor, pembuatan pola dan inti, pembuatan
cetakan, penuangan logam cair dan pembongkaran produk cor. Tahapan lebih rinci
terlihat pada gambar Dibawah ini :
Setelah proses perancangan produk cor
yang menghasilkan gambar teknik produk (a) dilanjutkan dengan tahapan-tahapan
berikutnya :
b. Menyiapkan bidang dasar datar atau pelat datar dan meletakan pola
atas (cope) yang sudah ada dudukan inti dipermukaan pelat datar tadi.
c. Seperti pada
langkah c, untuk cetakan bagian bawah (drag) beserta sistem saluran.
d. Menyiapkan
koak inti (untuk pembuatan inti)
e. Inti yang telah jadi disatukan (inti yang dibuat berupa inti
setengah atau paroan inti)
f. Pola atas yang ada dipermukaan pelat datar ditutupi oleh rangka
cetak atas (cope) dan ditambahkan system saluran seperti saluran masuk dan
saluran tambahan (riser). Selanjutnya diisi dengan pasir cetak.
g. Setelah diisi pasir cetak dan dipadatkan, pola dan system saluran
dilepaskan dari cetakan
h. Giliran drag diisi pasir cetak setelah menempatkan rangka cetak
diatas pola dan pelat datar.
i. Setelah disi
pasir cetak dan dipadatkan, pola dilepaskan dari cetakan
j. Inti
ditempatkan pada dudukan inti yang ada pada drag.
k. Cope dipasangkan pada drag dan dikunci kemudian dituangkan logam
cair.
l. Setelah membeku dan dingin, cetakan dibongkar dan produk cor
dibersihkan dari sisa-sisa pasir cetakan.
m. Sistem saluran dihilangkan dari produk cor dengan berbagai metoda
dan produk cor siap untuk diperlakukan lebih lanjut.
Dalam teknik
pengecoran logam fluiditas tidak diartikan sebagai kebalikan dari viskositas,
akan tetapi berarti kemampuan logam cair untuk mengisi ruang-ruang dalam rongga
cetak. Fluiditas tidak dapat dikaitkan secara langsung dengan sifat-sifat fisik
secara individu, karena besaran ini diperoleh dari pengujian yang
merupakan karakteristik rata-rata dari bebrapa sifat-sifat fisik dari logam
cair.
Ada dua faktor
yang mempengaruhi fluiditas logam cair, yaitu temperatur dan komposisi
unsur. Temperatur penuangan secara teoritis harus sama atau diatas garis
liquidus. Jika temperatur penuangan lebih rendah, kemungkinan besar terjadi
solidifikasi didalam gating sistem dan rongga cetakan tidak terisi penuh. Cacat
ini disebut juga dengan nama misrun. Cacat lain yang bisa terjadi jika
temperatur penuangan terlalu rendah adalah laps dan seams. Yaitu benda cor yang
dihasilkan seakan-akan membentuk alur-alur aliran kontinu logam yang masuk
kedalam rongga cetak, dimana alur satu dengan alur lai berdampingan daya
ikatannya tidak begitu baik. Jika temperatur penuangan terlalu tinggi
pasir yang terdapat pada dinding gating sistem dan rongga cetakan mudah lepas
sewaktu bersentuhan dengan logam cair dan permukaanya menjadi kasar. Terjadi
reaksi yang cepat antara logam tuang, dengan zat padat, cair dan gas diadalam
rongga cetakan. Dari pengujian ini dapat dicari daerahtemperatur penuangan yang
menghasilkan produk dengan cacat yang seminim mungkin.
Faktor utama yang lain
yang mempengaruhi besaran fluiditas adalah komposisi paduan. Logam cair
yang memiliki fluiditas yang tinggi adalah logam murni dan alloys komposisi
eutectic. Alloys yang dibentuk dari larutan padat, dan memiliki range
pembekuan yang besar memiliki fluiditas yang jelek.
Contoh Pola spiral hasil pengujian Fluiditas
Ada beberapa
metoda dalam mengukur fluiditas. Metoda ini dibedakan berdasarkan bentuk rongga
cetak yang digunakan untuk mengetahui mampu alir logam
cair. Ada rongga cetak yanmg berbentuk spiral dan ada juga rongga
cetak yang berbentuk lorong yang memanjang. Pemilihan metoda ini
sangat tergantung
Beberapa bentuk cetakan untuk pengukuran Fluiditas
dari bentuk benda kerja dan bahan cetakan
yang akan digunakan. Dalam melakukan pengukuran mampu alir dipraktikum ini
digunakan metode dengan rongga cetak yang berbentuk spiral. Meskipun hasil
pengukuran dengan metoda diatas dipengaruhi oleh sifat-sifat cetakan, namun
pengukuran tersebut sangat praktis, karena langsung menggambarkan bagaimana
mampu alir logam cair dalam rongga cetak dengan bahan cetakan sebenarnya. Harga
fluiditasnya dinyatakan dengan panjang (dalam mm) spiral yang terisi logam.
Atas dasar hal ini, fluiditas juga dikenal dengan istilah Fluid life.
4.Logam-logam dalam pengecoran
Besi cor
- Paduan besi yang mengandung C >: 1,7 % dan 1-3 %Si. Unsur lain dapat ditambahkan dengan maksud untuk meningkatkan sifat-sifat seperti kekuatan, kekerasan atau ketahanan korosi. Unsur yang umumnya ditambahkan yaitu Cr, Cu, Mo dan Ni.
- Besi cor memiliki selang temperature cair yang relaitf lebih rendah daripada baja dan relatif lebih “encer” ketika cair.
- Sifat mekanik besi cor tergantung pada jenis struktur mikronya yaitu bentuk dna distribusi elemen-elemen penyusunnya. Salah satu elemen yang memiliki pengaruh yang berarti adalah grafit. Jumlah ,ukuran dan bentuk grafit mempengaruhi kekuatan dan keuletan besi cor. Selain grafit, matriks juga ikut mempengaruhi sifat mekaniknya. Matris besi cor sama dengan yang terdapat pada baja, yaitu feritik, perlitik, feritik+perlitik dan martensitik. Matriks yang terjadi tergantung pada :
ü Komposisi kimia
ü Laju pendinginan, dan
ü Proses perlakuan panas
v Ada lima jenis besi cor :
Ø Besi cor kelabu (grey cast iron)
Ø Besi cor malleable (malleable cast iron)
Ø Besi cor putih (white cast iron)
Ø Besi cor nodular (nodular/ductile cast iron)
Ø Compacted graphite cast iron (memiliki
struktur mikro antara besi cor
Ø Kelabu dan besi cor nodular).
v Sifat mekanik :
= 45 -75 ksi (kekuatan tarik)
= 35 – 60 ksi (kekuatan luluh)
e = 1 – 6% (perpanjangan)
v Sifat matriks dan karakter grafit diperoleh dari kesetimbangan
§ Komposisi kimia
§ Derajat inokulasi
§ Laju pembekuan
§ Pengaturan laju pendinginan
v Untuk mendapatkan sifat yang diinginkan, biasanya pada besi cor diterapkan
perlakuan panas karena dari kondisi hasil pengecoran (as-cast) tidak diperoleh
sifat yang diinginkan. Proses perlakuan panas yang umum diterapkan :
§ Annealing
§ Austenitizing dan Quenching
§ Tempering
Besi Cor Putih
Ø Besi cor putih terbentuk ketika unsur
karbon (C) tidak mengendap sebagai grafit selama proses
pembekuan, akan tetapi tetap berkaitan dengan unsur besi (Fe), krom (Cr) atau
molibden (Mo) membentuk karbida.
Ø Besi cor putih bersifat keras dan getas
dan memiliki tampilan patahn seperti kristal berwarna putih.
Besi Cor Kelabu
Ø Besi cor kelabu merupakan paduan dari
unsur-unsur besi (Fe), karbon © dan silicon (Si) yang mengandung “ karbon
tak berkaitan” dalam bentuk grafit. Nama besi cor kelabu didapat dari
tampilan patahan berwarna kelabu.
Ø Besi cor kelabu untuk keperluan otomotif
dan konstruksi umum lainnya dibagi menjadi 10 kelas/garde yang didasarkan pada
kekuatan tarik minimumnya.
Ø Kekuatan, kekerasan dan struktur mikro
dari besi cor kelabu dipengaruhi oleh beberapa factor seperti komposisi kimia,
desain, cetakan, karakteristik cetakan dan laju pendinginan selama dan setelah
pembekuan.
Ø Unsur Cu, Cr, Mo dan Ni seringkali
ditambahkan untuk mengatur struktur mikro matriks dan pembentukan grafit.
Selain itu bertujuan untuk meningkatkan ketahanan korosi besi cor kelabu pada
beberapa media.
Ø Besi cor kelabu dapat dikeraskan dengan
proses quenching dan temperature sekitar 1600˚F (menjadi getas). Kombinasi
dengan proses temper akan meningkatakan ketangguhan dan menurunkan
kekerasannya.
Besi Cor Malleable
Ø Besi cor ini dihasilkan dari proses
perlakuan panas besi cor putih yang memiliki komposisi tertentu.
Ø Proses terbentuknya beis cor putih
akibat :
§ Rendahnya kandungan karbon dan silikon
§ Adanya unsur-unsur pembentuk karbida
seperti Cr, Mo dan V
§ Laju pendinginan dan pembekuan yang
tinggi
Ø Pada proses pembuatan besi cor
malleable, besi cor putih dipanaskan hingga temperatur diatas
temperatur eutectoid (1700oF) kemudian ditahan hingga beberapa jam
dan didinginkan dalam tungku. Proses tersebut menyebabkan unsure karbon
terlarut dalam austenit, mengendap dan membentuk grafit bulat tak beraturan
(irregular nodules of graphite) yang disebut korbon temper.
Proses ini akan menghasilkan besi cor malleable dengan matriks ferit.
Besi Cor Nodular
Ø Besi cor nodular memiliki komposisi
unsure yang sama dengan besi cor kelabu. Unsure tersebut yaitu karbon dan
silikon.
Ø Perbedaan besi cor nodular dan kelabu
terletak pada bentuk grafit (untuk menghasilkan bentuk grafit yang berbeda,
digunakan proses yang berbeda pula)
Ø Pembulatan grafit dicapai karena
ditambahkan unsure Magnesium (Mg) dan Cerium (Ce).
Baja (Baja Cor)
Ø Salah satu jenis baja adalah baja karbon
yaitu paduan besi-karbon yang mengandung unsure karbon kurang dari 1,7 %
(beberapa literature menyebutkan kandungan karbon maksimum 2.0 %). Sebagai
tambahan selain karbon, baja cor mengandung
Ø - Silikon (Si) : 0.20 – 0,70 %
Ø - Mangan (Mn) : 0,50 – 1,00 %
Ø - Fosfor (P) : <>
Ø - Sulfur (S) : <>
Ø Struktur mikro baja cor yang memiliki
kandungan karbon kurang dari 0,8 % (baja hypoeutektoid) terdiri dari FERIT dan
PERLIT. Kadar karbon yang lebih tinggi menambah jumlah perlit.
Ø Struktur mikro baja cor yang memiliki kandungan karbon lebih dari
0,8 % (baja hipereutektoid) terdiri dari SEMENTIT (Fe3C) dan PERLIT.
Kadar karbon yang lebih tinggi menambah jumlah sementit.
Ø Baja cor dengan kadar C=0,20 % diatas diperoleh dari pendinginan
didalam tungku dari temperatur 950oC setelah pengecoran. Bagian yang
hitam adalah PERLIT dan yang putih adalah FERIT. Sedangkan baja cor dengan
kadar C=0,8 % didinginkan dalam tungku 900oC struktur yang terlihat
jelas yaitu PERLIT.
5. Proses
Peleburan Logam
Peleburan logam
merupakan aspek terpenting dalam operasi-operasi pengecoran karena berpengaruh
langsung pada kualitas produk cor. Pada proses peleburan, mula-mula muatan yang
terdiri dari logam, unsur-unsur paduan dan material
lainnya seperti fluks dan unsur pembentuk
terak dimasukkan kedalam tungku. Fluks adalah senyawa
inorganic yang dapat “membersihkan” logam cair dengan menghilangkan gas-gas
yang ikut terlarut dan juga unsur-unsur pengotor (impurities). Fluks memiliki
beberpa kegunaan yang tergantung pada logam yang dicairkan, seperti pada paduan
alumunium terdapat cover fluxes (yang menghalangi oksidasi dipermukaan
alumunium cair),. Cleaning fluxes, drossing fluxes, refining fluxes, dan wall
cleaning fluxes
Tungku-tungku peleburan yang biasa
digunakan dalam industri pengecoran logam adalah tungku busur listrik, tungku
induksi, tungku krusibel, dan tungku kupola. Karakteristik masing-masing tungku
peleburan adalah :
- Tungku busur listrik
- laju peleburan tinggi ® laju produksi tinggi
- polusi lebih rendah dibandingkan tungku-tungku lain
- memiliki kemampuan menahan logam cair pada temperatur tertentu untuk jangka waktu lama untuk tujuan pemaduan
- Tungku induksi
o Khususnya
digunakan pada industri pengecoran kecil
o Mampu mengatur
komposisi kimia pada skala peleburan kecil
o Terdapat dua jenis tungku yaitu Coreless (frekuensi
tinggi) dan core atau channel (frekuensi
rendah, sekitar 60 Hz)
o Biasanya
digunakan pada industri pengecoran logam-logam non-ferro
o Secara khusus dapat digunakan untuk keperluan superheating
(memanaskan logam cair diatas temperatur cair normal untuk memperbaiki mampu
alir), penahanan temperatur (menjaga logam cair pada temperatur konstan untuk
jangka waktu lama, sehingga sangat cocok untuk aplikasi proses die-casting),
dan duplexing/tungku parallel (menggunakan dua tungku seperti pada operasi
pencairan logam dalam satu tungku dan memindahkannya ke tungku lain)
- Tungku krusibel
o Telah digunakan secara luas disepanjang sejarah peleburan logam.
Proses pemanasan dibantu oleh pemakaian berbagai jenis bahan bakar.
o Tungku ini bias dalam keadaan diam, dimiringkan atau juga dapat
dipindah-pindahkan
o Dapat
diaplikasikan pada logam-logam ferro dan non-ferro
2.
Tungku
kupola
o Tungku ini terdiri dari suatu saluran/bejana baja vertical yang
didalamnya terdapat susunan bata tahan api
o Muatan terdiri
dari susunan atau lapisan logam, kokas dan fluks
o Kupola dapat beroperasi secara kontinu, menghasilkan logam cair
dalam jumlah besar dan laju peleburan tinggi
Muatan Kupola
1. Besi kasar (20 % - 30 %)
2. Skrap baja (30 % - 40 %)
Kadar karbon dan
siliko yang rendah adalah menguntungkan untuk mendapat coran dengan prosentase
Carbon dan Si yang terbatas. Untuk besi cor kekuatan tinggi ditambahkan dalam
jumlah yang banyak.
3. Skrap balik
Yang dimaksud skrap
balik adalah coran yang cacat, bekas penambah, saluran turun, saluran masuk
atau skrap balik yang dibeli dari pabrik pengecoran.
4. Paduan besi
Paduan besi seperti
Fe-Si, Fe-Mn ditambahkan untuk mengatur komposisi. Prosentase karbon berkurang
karena oksidasi logam cair dalam cerobong dan pengarbonan yang disebabkan oleh
reaksi antar logam cair dengan kokas. Prosentase karbon terutama diatur oleh
perbandingan besi kasar dan skrap baja. Tambahan harus dimasukkan dalam
perhitungan untuk mengimbangi kehilangan pada saat peleburan. Penambahan
dimasukkan 10 sampai 20 % untuk Si dan 15 sampai 30 % untuk Mn.
Prosentase steel
bertambah karena pengambilan steel dari kokas. Peningkatan kadar belerang
(steel) yang diperbolehkan biasanya 0,1 %
Metalurgi Proses Pengecoran
Pembekuan ingot dan Coran
Dari Pembekuan ingot dihasilkan 3 daerah
dengan karakteristik yang berbeda. Daerah-daerah tersebut adalah :
1. Chill Zone
Selama proses
penuangan logam cair kedalam cetakan, logam cair yang berkontak langsung
dengan dinding cetakan akan mengalami pendinginan yang cepat dibawah temperatur
likuidusnya. Akibatnya pada dinding cetakan tersebut timbul banyak inti padat
dan selanjutnya tumbuh kearah cairan logam. Bila temperatur penuangannya
rendah, seluruh bagian logam cair akan membeku secara cepat dibawah temperatur
likuidus. Disisi lain bila temperatur penuangan tinggi, cairan logam yang
berada ditengah-tengah ingot akan tetap berada diatas temperatur likuidus untuk
jangka waktu lama.
2. Columnar zone
Sesaat setelah
penuangan, gradien temperatur pada dinding cetakan menurun dan kristal pada
daerah chill tumbuh memanjang dalam arah kristal tertentu. Kristal-kristal
tersebut tumbuh memanjang berlawanan dengan arah perpindahan panas (panas
bergerak dari cairan logam kea rah dinding cetakan yang bertemperatur lebih
rendah) yang disebut dengan dendrit. Setiap kristal dendrit mengandung banyak
lengan-lengan dendrit (primary dendrit). Jika Fraksi volum padatan (dendrite)
meningkat dengan meningkatnya panjang dendrit dan jika struktur yang terbentuk
berfasa tunggal, maka lengan-lenagn dendrti sekunder dan tertier akan timbul
dari lengan dendrit primer. Daerah yang terbentuk antara ujung dendrit dan
ttitik dimana sisa cairan terakhir akan membeku disebut sebagai mushy
zone atau pasty zone.
3. Equiaxed zone
Daerah ini terdiri
dari butir-butir equiaxial yang tumbuh secara acak ditengah-tengah ingot. Pada
daerah ini perbedaan temperatur yang ada tidak menyebabkan terjadinya
pertumbuhan butir memanjang.
Pengaruh Penyusutan
Kebanyakan logam akan
menyusut selama proses pembekuan dan ini mengakibatkan perubahan struktur
ingot. Paduan-paduan dengan selang pembekuan (daerah antara temperatur liquidus
dan solidus ) yang sempit menghasilkan mushy zone yang sempit
pula dan pada bagian permukaan atas ingot terdapat sisa cairan logam yang lama
kelamaan akan berkurang hingga pembekuan berakhir dan pada ingot mengandung
rongga cukup dalam pada bagian tengah atau disebut pipe.
Pada paduan-paduan dengan selang
temperatur pembekuan lebar, mushy zone dapat menempati seluruh bagian ingot
sehingga tidak terbentuk pipe.
Segregasi pada Ingot dan Coran
Pada struktur
pembekuan terdapat dua jenis segregasi yaitu segregasi makro (perubahan
komposisi pada tiap bagian spesimen) dan segregasi mikro (seperti yang terjadi
antara lengan dendrit sekunder). Ada empat faktor yang menyebabkan
timbulnya segregasi makro, yaitu :
- Penyusutan karena pembekuan dan kontraksi panas
- Perbedaan kerapatan antardendritik cairan logam
- Perbedaan kerapatan antara padatan dan cairan
- Temperatur yang menyebabkan perbedaan kerapatan dalam cairan
Segregasi dalam
pembekuan logam tidak diinginkan karena memberikan pengaruh buruk pada sifat
mekanik. Untuk segregasi mikro, pengaruhnya dapat dikurangi dengan proses
perlakuan panas (homogenisasi).
Pemeriksaan Produk Cor
Tujuan :
- Pemeriksaan rupa
a. Pemeriksaan rupa/fisik
b. Pemeriksaan dimensi
(menggunakan jangka sorong, micrometer, jig pemeriksa dan alat ukur lainnya)
2.
Pemeriksaan
cacat dalam (pemeriksaan tidak merusak, NDT)
a. Pemeriksaan ketukan
b. Pemeriksaan penetrasi
(dye-penetrant)
c. Pemeriksaan magnafluks
(magnetic-particle)
d. Pemeriksaan supersonic
(ultrasonic)
e. Pemeriksaan radiografi
(radiografi)
3.
Pemeriksaan
material
- Pengujian kekerasan (menggunakan metoda Brinell, Rockwell, Vickers dan Shore)
- Pengujian tarik
- Pengujian analisa kimia (spektrometri,EDS)
- Pengujian struktur mikrodan struktur makro
4.
Pemeriksaan
dengan merusak
Cacat-cacat Coran
Komisi pengecoran international telah
membuat penggolongan cacat-cacat coran dan dibagi menjadi 9 kelas, yaitu :
- Ekor tikus tak menentukan atau kekerasan yang meluas
- Lubang-lubang
- Retakan
- Permukaan kasar
- Salah alir
- Kesalahan ukuran
- Inklusi dan struktur tak seragam
- Deformasi
- Cacat-cacat tak nampak
Proses Pembuatan Besi Kasar
Pada umumnya
logam-logam yang dihasilkan dari dalam tambang masih dalam bentuk batu-batuan
dan biasanya terdapat dalam keadaan terikat dengan unsur-unsur lain. Untuk
dapat digunakan sebagai bahan dasar pembuatan barang-barang jadi atau setengah
jadi maka terlebih dahulu logam-logam tersebut mendapat beberapa pengerjaan.
Tanur tinggi
Tanur tinggi digunakan
untuk mengolah logam-logam tambang (bijih besi), kokas, batu kapur untuk
dijadikan besi kasar. Besi kasar yang dihasilkan ini nantinya masih perlu
diolah kembali didalam tungku-tungku baja untuk dijadikan baja atau besi
cor.Tanur tinggi mempunyai tinggi ±30 m dan diameter
terbesar ± 9 m. bagian luar terbuat dari
pelat-pelat baja dan bagian dalamnya dilapisi bata tahan api.
Tungku ini dibagi menjadi bagian utama
yaitu :
a. Bagian atas (puncak)
Bahan-bahan seperti
kokas, bijih besi dan bahan tambahan (kapur) dimasukkan melalui bagian ini.
Pada bagian ini juga dilengkapi dengan lubang-lubang untuk melakukan udara.
b. Bagian tengah
Bagian tengah ini
memiliki bangun berbentuk kerucut yang makin kebawah makin besar. Fungsinya
dibuat demikian adalah :
- Bahan-bahan mudah bergeser kebawah
- Gas CO dapat mencapai setiap tempat dekat dinding
Bagian dalam tungku
dilapisi dengan bata tahan api.
c. Bagian bawah
Bagian ini mempunyai
bangun berbentuk kerucut yang makin kebawah semakin mengecil dan gunanya dibuat
demikian adalah :
- Cairan mudah dikumpulkan pada tungku
- Isi tungku makin lama makin mengecil
Bagian dalamnya
terbuat dari bata tahan api kualitas tinggi karena dinding bagian ini harus
tahan terhadap temperatur tinggi (± 3000 oF)dan
tahan terhadap reaksi kimia seperti tahan terhadap asam-asam, terutama bila
bijih besinya mengandung fosfor.
d. Bagian Tungku
Bagian ini berbentuk silinder yang merupakan tabung persegi empat. Pada
bagian dalamnnya dipasang bata tahan api kualitas tinggi dan memiliki
ketebalan ± 1m. Dibuat tebal dan menggunakan
bata tahan api karena :
- Dapat tahan terhadap proses kimia
- Dapat tahan terhadap tekanan logam cair dan terak cair
- Dapat tahan terhadap temperatur tinggi
Diantara
pasangan-pasangan bata tahan api, dipasang pipa-pipa saluran yang dialiri
air pendingin dan pada bagian atas tabung dipasang pipa-pipa yang digunakan
untuk menyalurkan udara panas. Pada bagian dinding tungku dipasangi lubang
laluan logam cair dan terak cair.
Bahan-bahan dalam Proses Tanur Tinggi
1. Biji besi
Besi didapat dengan
mengambil dari biji besi yang umumnya berbentuk oksida dari alam dan besi murni
hanya didapat dalam jumlah yang kecil. Pemisahan unsur besi dari biji besi
dilakukan dalam sebuah tungku yang dinamai dengan SMELTING (proses reduksi).
Adapun biji besi tersebut ditemukan dalam bentuk sebagai berikut :
1.
Berbentuk
batu
§ Hematit (Fe2O3, batu besi merah) mengandung unsur besi
antara 45 %-65 % dan sedikit mengandung fosfor.
§ Magenetit (Fe3O4) mengandung unsur besi antara 40 % -
70 % dan hampir tidak mengandung fosfor, berwarna hijau tua mendekati warna
hitam dan mempunyai sifat magnet yang kuat.
§ Fe2O3H2O, mengandung unsur besi 25 % - 50
% air dan fosfor
b. Berbentuk pasir
Pasir besi (TiO2)
mengandung oksida besi = 70 % yang bercampur dengan oksida titan (Ti2O2)
antara 9 % - 11 %
c. Berbutir halus
Sperosiderit
mengandung unsur besi ±40 % bercampur dengan
tanah liat.
2. Batu Kapur
Biji besi hasli proses
reduksi belum dapat diaktakan bersih secara keseluruhan dan masih terdapat
kotoran-kotoran. Untuk menghilangkan kotoran-kotoran tersebut maka pada saat
diproses dalam tanur tinggi ditambahkan batu kapur (CaO atau dolomite, CaCO3)
sehingga akan membentuk terak
3. Bahan Bakar
Bahan bakar yang
digunakan dalam proses tanur tinggi adalah kokas dan arang kayu
Arang kayu
Keuntungan mengunakan
arang kayu adalah karena bersih, tidak mengandung P dan S.
Sedangkan kerugiannya adalah :
· Nilai kalornya rendah kira-kira 400 Cal/Kg
· Tidak keras, mudah pecah dan berpori-pori
· Jumlahnya terbatas
· Hanya dapat digunakan untuk tanur tinggi yang memiliki tinggi 17-20m
Kokas
Didapat dari
pembakaran tidak sempurna batu bara. Keuntungan menggunakan kokas sebagai bahan
bakar adalah :
· Nilai kalornya tinggi sekitar 8000 Cal/Kg
· Keras, besar-besar dan berpori-pori
· Mempunyai kadar karbon yang tinggi
· Sewaktu pembuatan kokas terdapat hasil tambahan seperti gas, ter, dll.
Kekurangan bahan bakar
kokas yaitu mengandung belerang (S) dan ini sangat buruk pengaruhnya terhadap
pembuatan baja atau besi cor.
Anthrosit
Keuntungan menggunakan
bahan bakar jenis ini adalah :
· Nilai karbonnya tinggi sekitar 8000 Cal/Kg
· Cukup keras dan besar-besar
· Tidak mengandung gas
Kekurangan bahan bakar
anthrosit adalah tidak berpori dan hanya sedikit terdapat di dunia
4. Udara panas
Udara panas digunakan
untuk membantu pembakaran (CO2) dan pembentukan gas CO sebagai gas
untuk reduksi biji besi. Untuk mereduksi bijih besi diperlukan udara panas yang
banyak dan udara panas yang digunakan mempunyai temperatur ±900OC. Untuk mendapat udara
panas dengan temperatur yang tinggi adalah dengan memanaskan udara dingin di
tungku pemanas yang dinamakan tungku COWPER. Udara dingin yang dimasukkan
didatangkan dari kompresor torak.
Keuntungan menggunakan
udara panas dalam proses tanur tinggi adalah untuk menghemat bahan bakar untuk
mempercepat proses reduksi atau pencairan biji besi.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar