Rangkuman Latihan Rangkuman PENDAHULUAN

66 Gambar 5.6. Diagram fasa Fe-C.

D. Rangkuman

Diagram fasa adalah visualisasi secara grafik dari fasa suatu material dalam sistem material pada berbagai temperatur, tekanan dan komposisi. Unsur- unsur yang digunakan dalam pemaduan akan menghasilkan bentuk khas dari diagram fasa paduannya karena adanya perbedaan struktur atom dari tiap unsur paduannya yang berubah dengan berubahnya komposisi dan temperatur.

E. Latihan

Jawablah kerjakan soal latihan berikut: 1. Hitung komposisi dari tiap titik pada diagram dibawah ini 67 68 BAB VI DASAR-DASAR PENGECORAN LOGAM

A. Metoda Pengecoran

Proses pengecoran logam metal casting dimulai dengan membuat cetakan, yang merupakan bentuk terbalik dari bagian yang akan kita buat. Cetakan terbuat dari bahan yang tahan api, misalnya, pasir. Logam yang akan dicetak dipanaskan dalam oven hingga meleleh, kemudian logam cair tersebut dituang ke dalam rongga cetakan. Cairan tersebut akan mengambil bentuk rongga, yang merupakan bentuk yang kita ingin buat. Cetakan beserta logam cair didalamnya didinginkan hingga membeku. Akhirnya, bagian logam yang telah mengeras dikeluarkan dari cetakan. Sejumlah besar komponen logam desain yang kita gunakan setiap hari dibuat dengan cara di cor, hal ini karena: • Pengecoran dapat menghasilkan bagian-bagian yang geometrinya sangat kompleks seperti bagian dengan rongga internal dan bagian berongga. • dapat digunakan untuk membuat hasil cetakkan yang kecil dengan berat beberapa ratus gram hingga hasil cetakkan dengan ukuran yang sangat besar dengan berat ribuan kilogram. • ekonomis, dengan sangat sedikit logam terbuang: logam sisa di setiap pengecoran dapat dipakai kembali dengan mencairkannya kembali. • logam hasil cor bersifat isotropik, yaitu memiliki fisik atau sifat mekanik yang sama. Indikator keberhasilan: Setelah mengikuti pembelajaran ini peserta diklat diharapkan mampu : 1. Mengetahui jenis-jenis beserta keuntungan dan kekurangan dari setiap jenis pengecoran logam. 2. Mengetahui kendala dalam pengecoran. 69 Contohnya: pegangan pintu, kunci, casing luar atau penutup untuk motor, pompa dan sebagainya, roda pada mobil. Pengecoran juga banyak digunakan dalam industri mainan untuk membuat bagian-bagian dari mainan, misalnya pada mainan mobil, pesawat dan sebagainya.

1. Pengecoran dengan Cetakan Pasir

Pengecoran pasir menggunakan pasir alam atau sintetis pasir dari danau yang sebagian besar merupakan pasir tahan api yang disebut silika SiO 2 . Ukuran butiran pasir harus cukup kecil sehingga dapat dikemas dengan padat, namun ukuran bijinya juga harus cukup besar untuk memungkinkan gas yang terbentuk selama logam tuang untuk keluar melalui pori-porinya. Cetakan berukuran lebih besar menggunakan pasir hijau campuran pasir, tanah liat dan air. Pasirnya dapat digunakan kembali, dan kelebihan logam saat penuangan dapat dipotong dan digunakan kembali. Gambar 6.1. Alur kerja fabrikasi pengecoran dengan cetakan pasir 70 Gambar 6.2. Bagian-bagian dalam cetakan pasir Cetakan pasir memiliki bagian-bagian berikut lihat gambar 6.2 dan 6.3: o Cetakan terdiri dari dua bagian, setengah bagian atas disebut cope, dan bagian bawah disebut drag. o Cairan mengalir ke dalam celah melalui dua bagian rongga cetakan. Geometri rongga dibuat dengan menggunakan cetakan kayu, yang disebut pola. Bentuk pola hampir sama dengan bentuk bagian yang akan dibuat. o Saluran berbentuk rongga, bagian atas saluran adalah lubangcangkir tuang pouring cup, leher pipa berbentuk corong adalah sprue - logam cair dituang ke dalam cangkir tuang, dan mengalir melalui sprue. • Runner adalah saluran berongga horisontal yang menghubungkan bagian bawah sprue ke rongga cetakan. Daerah dimana setiap runner bergabung dengan rongga disebut saluran gate. o Beberapa rongga ekstra dibuat berhubungan dengan permukaan cetakan. Logam ditambahkan melalui rongga ini. Lobang ini disebut riser. Mereka bertindak sebagai reservoir untuk menambah cairan logam karena saat logam membeku di dalam rongga akan menyusut dan logam tambahan dari riser mengalir kembali untuk mengisi lubang kosong di bagian yang dingin. o Vent adalah lubang sempit yang menghubungkan rongga ke udara luar yang berguna untuk membuang gas dan udara di rongga. 71 o Banyak bagian dari pengecoran memiliki lubang interior bagian berongga, atau rongga lainnya dalam bentuk mereka yang tidak berhubungan langsung dengan salah satu bagian dari cetakan. Permukaan interior yang dihasilkan oleh sisipan disebut inti. o Inti dibuat dengan memanggang pasir dengan zat pengikat sehingga inti tersebut bisa mempertahankan bentuk mereka ketika dilakukan pengecoran. Cetakan dipasang dengan menempatkan inti ke dalam rongga drag, dan kemudian menempatkan cope di atasnya, dan kemudian cetakan dikunci. Setelah pengecoran selesai dilakukan, pasir dilepas dengan dikocok, dan inti ditarik hingga lepas sehingga biasanya inti akan rusak setelah pengecoran. 72 Gambar 6.3. Skema langkah-langkah proses pengecoran pasir

2. Pengecoran dengan Cetakan Pelindung

Pengecoran dengan cetakan pelindung memberikan hasil permukaan yang lebih baik secara kualitas dan toleransi pengerutan. Proses ini digambarkan sebagai berikut: • Kedua bagian pola terbuat dari logam misalnya aluminium atau baja, pola tersebut dipanaskan antara 175 °C - 370 °C, dan kemudian dilapisi dengan pelumas, misalnya cairan silikon semprot. • Setiap setengah bagian pola ditutupi dengan campuran pasir dan resin termoset binder epoksi dan dipanaskan. setengah Zat pengikat 73 menempel pada lapisan pasir dari pola, membentuk pelindung. Proses ini dilakukan berulang hingga didapatkan lapisan pelindung yang lebih tebal. • Kedua cetakan dipasangkan dan dipanggang mengeraskan lapisan pelindung tersebut. • Polanya dilepas dan dua setengah dari lapisan pelindung bergabung bersama dengan pasir cetakan. Kemudian logam dituangkan ke dalam cetakan. • Ketika logam membeku, pelindung akan dirusak untuk mendapatkan hasil pengecoran. Gambar 6.4. Cara pembuatan cetakan dengan pelindung. 74 Gambar 6.5. Pengecoran dengan lapisan pelindung.

3. Pengecoran dengan pola sekali pakaidengan pelapis busa

Pola yang digunakan dalam proses ini terbuat dari polystyrene bahan kemasan putih ringan yang digunakan untuk paking paket elektronik di dalam kotak. Busa Polystyrene terdiri dari 95 gelembung udara, dan bahan tersebut akan menguap dengan sendirinya saat logam cair dituang di atasnya. Pola itu sendiri dibuat dengan cara dicetak. Butiran polistiren dan pentana diletakkan di dalam sebuah cetakan aluminium yang kemudian dipanaskan. Butiran tersebut akan mengembang mengisi cetakan, dan mengambil bentuk dari rongga. Pola tersebut kemudian diangkat dan digunakan untuk proses pengecoran dengan cara sebagai berikut: • Pola dicelupkan dalam campuran bubur yang terdiri dari air dan tanah liat atau butir refraktori lainnya, yang kemudian dikeringkan untuk mendapatkan lapisan keras di sekitar pola. • Pola yang telah terlindungi ditempatkan dalam wadah pasir dan kemudian logam cair dituang dari lubang di atasnya. • Busa tersebut akan menguap saat logam mengisi lapisan pelindung, setelah didinginkan dan membeku, hasil cor diambil dengan merusak lapisan pelindung tadi. 75 Proses ini banyak digunakan karena sangat murah, dan hasil akhir permukaannya baik dan dapat digunakan untuk bentuk geometri yang kompleks. Dalam proses ini tidak ada runner, riser, gating ataupun garis pemisah sehingga cara ini lebih sederhana. Proses ini digunakan untuk pembuatan poros engkol untuk mesin, blok mesin dari aluminium dan sebagainya. Gambar 6.6. Pengecoran dengan cetakan sekali pakai.

4. Pegecoran dengan cetakan plester

Cetakan dibuat dengan pencampuran plester paris CaSO 4 dengan tepung talek dan silika, bubuk putih yang halus, yang bila dicampur dengan air akan seperti tanah liat dan bisa dibentuk sekitar pola bahan yang sama digunakan untuk membuat gips untuk orang yang mengalami patah tulang. Gips dapat dibuat menjadi cetakan yang permukaannya sangat bagus dan akurat dalam hal dimensi. Namun cetakan ini relatif lembek dan tidak cukup kuat digunakan pada suhu di atas 1200 °C, sehingga metode hanya digunakan untuk membuat benda cor dari logam non-ferrous, misalnya seng, tembaga, aluminium, dan magnesium. Karena plester memiliki konduktivitas termal yang rendah, pengecoran akan mengalami pendinginan perlahan, sehingga akan memiliki bentuk butir lebih seragam tidak terlalu melenting, dan tegangan sisanya kecil. 76

5. Pengecoran dengan cetakan keramik

Mirip dengan pengecoran dengan cetakan plester, kecuali bahan yang digunakan untuk cetakan adalah bahan keramik misalnya silika atau bubuk zirkon ZrSiO 4 . Keramik bersifat refraktori misalnya pot makanan yang digunakan di restoran Cina untuk memasak hidangan daging dan sayur, dan juga memiliki kekuatan lebih tinggi dibandingkan dengan plester. Cara membuat cetakan dengan keramik adalah: • Bubur keramik akan membentuk lapisan pelindung terhadap pola. • Pola ini kemudian dikeringkan dalam oven dengan suhu rendah, dan setelah itu pola dapat diambil. • Kemudian pola tersebut didukung dengan tanah liat untuk menambah kekuatan cetakan. Kemudian pola tersebut dipanggang dalam oven suhu tinggi untuk membakar zat-zat yang mudah menguap. • Logam dicor dengan cara yang sama seperti dalam pengecoran dengan cetakan plester. Proses ini dapat digunakan untuk membuat hasil cor dengan kualitas yang sangat baik untuk logam baja atau bahkan baja tahan karat. Cara ini digunakan untuk membuat onderdil kendaraan bermotor seperti pisau impellor untuk turbin, pompa, atau rotor untuk perahu motor.

6. Pengecoran investasi

Cara ini adalah proses yang sudah ada sejak dahulu dan telah digunakan sejak zaman kuno untuk membuat perhiasan. Cara ini juga digunakan untuk membuat bagian-bagian yang kecil beberapa gram, meskipun dapat digunakan untuk bagian-bagian dengan berat sampai beberapa kilogram. Langkah-langkah pengecoran dengan proses ini ditunjukkan pada gambar 6.7 di bawah ini. Keuntungan dari proses ini adalah bahwa lilin cair yang digunakan untuk membentuk cetakan dapat membuat detail yang sangat halus sehingga proses tidak hanya memberikan toleransi dimensi yang baik, tetapi juga 77 penyelesaian permukaan yang sangat baik, bahkan hampir semua tekstur permukaan dan logo dapat direproduksi dengan tingkat detail yang sangat tinggi.

7. Pengecoran dengan cara vakum

Proses ini juga disebut sebagai pengecoran yang melawan gravitasi. Prinsipnya sama seperti pengecoran investasi, kecuali untuk langkah pengisian cetakan langkah e di atas. Dalam hal ini, material tersedot ke atas ke dalam cetakan dengan menggunakan pompa vakum. Gambar 6.8 di bawah ini menunjukkan ide dasarnya. Perhatikan bagaimana cetakan berada dalam posisi terbalik dari proses pengecoran biasanya, dan turun ke dalam wadah melalui lelehan. 78 Gambar 6.7. Langkah-langkah dalam proses pengecoran investasi. 79 Gambar 6.8. Pengecoran dengan cara vakum. Satu keuntungan dari pengecoran dengan cara vakum adalah dengan melepaskan tekanan pada waktu yang singkat setelah cetakan diisi, kita dapat memasukkan kembali logam yang belum mengalami pembekuan kembali ke dalam wadah. Hal ini memungkinkan kita untuk membuat hasil coran berongga. Karena sebagian besar panas dikeluarkan dari antara permukaan cetakan dan logam, sehingga bagian logam yang paling dekat dengan permukaan cetakan selalu membeku terlebih dahulu; bagian depan yang telah padat akan berjalan ke dalam rongga. Jadi, jika cairan dikeringkan keluar pada waktu yang sangat singkat setelah pengisian, maka kita mendapatkan objek yang berdinding sangat tipis dan berongga lihat Gambar 6.9. Gambar 6.9. Pengaliran – habis dari logam sebelum solidifikasi terjadi akan menghasilkan pengecoran dengan rongga. 80

8. Pengecoran dengan Cetakan Tetap

Di sini, dua bagian dari cetakan terbuat dari logam, biasanya besi cor, baja, atau paduan refraktori. Rongga, termasuk runner dan sistem saluran disatukan dengan bagian cetakan. Untuk bagian berongga, baik inti permanen terbuat dari logam atau yang terikat dengan pasir dapat digunakan, tergantung apakah inti dapat diekstraksi keluar dari hasil cor tanpa merusak hasil cor. Permukaan cetakan dilapisi dengan tanah liat atau bahan refraktori keras lainnya. Pelapisan ini akan meningkatkan waktu pakai cetakan. Sebelum cetakan, permukaan ditutupi dengan semprotan grafit atau silika, yang bertindak sebagai pelumas. Hal ini memiliki dua tujuan, yaitu meningkatkan aliran logam cair, dan memungkinkan hasil cor ditarik dari cetakan dengan lebih mudah. Proses ini dapat diotomatisasi sehingga dapat menghasilkan keluaran yang tinggi. Juga, menghasilkan toleransi dimensi dan penyelesaian akhir dari permukaan yang sangat baik. Cara ini biasanya digunakan untuk memproduksi piston yang digunakan dalam mesin mobil, gigi kosong, kepala silinder, dan bagian lainnya yang terbuat dari logam dengan titik lebur rendah, misalnya tembaga, perunggu, aluminium, magnesium dan sebagainya.

9. Pengecoran dengan cetakan permanen

Pengecoran dengan cetakan permanen sangat umum digunakan proses pengecoran. Cara ini digunakan untuk memproduksi berbagai komponen peralatan rumah misalnya pemanas nasi, kompor, kipas angin, mesin cuci dan pengering, lemari es, motor, mainan dan peralatan tangan. Hasil akhir permukaannya dan toleransi dimensi dari pengecoran ini sangat baik bahkan hampir tidak diperlukan perlakuan akhir. Cetakan permanen mahal, dan memerlukan banyak waktu untuk membuatnya. Ada dua jenis umum dari cetakan permanen yaitu pengecoran permanen dengan ruang panas dan dingin. Dalam proses ruang panas digunakan untuk paduan seng, magnesium ruang bertekanan terhubung ke rongga cetakan diisi secara permanen dalam logam cair. Siklus dasar operasinya adalah sebagai berikut: i cetakan di 81 tutup dan silinder leher angsa diisi dengan logam cair, ii plunger mendorong cairan logam melalui jalan leher angsa, nosel dan kemudian masuk ke rongga cetakan. Kemudian logam dibiarkan di bawah tekanan sampai membeku , iiicetakan dibuka, kemudian intinya, jika ada, ditarik, hasil cor dibiarkan tetap di ejektor cetakan. Kemudian plunger dikembalikan sehingga menarik logam cair kembali melalui nozzle dan leher angsa, iv pin ejector mendorong hasil cor keluar dari ejector cetakan. Saat plunger membuka lubang masuk, logam cair kembali mengisi silinder leher angsa. Proses ruang panas digunakan untuk logam yang a memiliki titik lebur yang rendah dan b tidak berpadu dengan bahan cetakan permanen, yaitu baja. Logam yang umum dicor dengan cara ini adalah timah, seng, dan timah. Dalam proses ruang dingin, logam cair dituangkan ke dalam ruang dingin dalam setiap siklusnya. Siklus operasinya adalah i Cetakan ditutup dan logam cair disendokkan ke silinder ruang dingin, ii plunger mendorong logam cair ke rongga cetakan dan logam tersebut diperlakukan di bawah tekanan tinggi sampai membeku, iiicetakan akan terbuka dan plunger mengikutinya dengan mendorong padatan hasil cor dari silinder, jika ada inti, mereka ditarik keluar, iv pin ejector mendorong hasil cor keluar ejektor cetakan dan kemudian plunger kembali ke posisi semula. Proses ini digunakan untuk logam dengan titik lebur tinggi seperti Aluminium, dan Tembaga beserta paduannya. Gambar 6.10. Pengecoran permanen dengan ruang panas. 82 Gambar 6.11. Pengecoran permanen dengan ruang dingin.

10. Pengecoran dengan cara sentrifugal

Pengecoran dengan cara sentrifugal menggunakan cetakan permanen yang diputar terhadap sumbunya dengan kecepatan antara 300-3000 rpm saat logam cair dituang. Gaya sentrifugal menyebabkan logam terdorong ke arah luar dari dinding cetakan, di mana logam cair akan membeku setelah pendinginan. Hasil cor dari metode ini memiliki butiran mikro yang halus dan tahan terhadap korosi atmosferik, sehingga metode ini banyak digunakan untuk memproduksi pipa. Karena massa jenis logam lebih berat dari massa jenis pengotornya, sebagian besar kotoran dan inklusi akan berada lebih dekat dengan diameter dalam dan dapat disingkirkan dengan dimesin. Permukaan sepanjang diameter dalam juga jauh lebih buruk penyelesaiannya daripada permukaan disepanjang permukaan luar. Gambar 6.12. Skema pengecoran sentrifugal. 83

B. Desain dan Kualitas Pengecoran

Ada beberapa faktor yang mempengaruhi kualitas atau kinerja dari pengecoran. Desain dan kualitas dari pengecoran didasarkan atas analisa dan dasar ilmiah berdasarkan kekuatan dan sifat material.

1. Bagian sudut dan ketebalan

Banyak proses pengecoran menghasilkan cacat permukaan kecil misalnya lecet, bekas luka, scabs atau lubang, atau lubang kecil atau zat pengotor di dalamnya misalnya inklusi, tutup-dingin, penyusutan rongga. Cacat ini adalah menjadi masalah jika bagian tersebut digunakan pada berbagai variasi beban. Dalam kondisi seperti itu, kemungkinan cacat akan bertindak seperti retak, yang merambat di bawah tekanan berulang sehingga mengakibatkan terjadi kegagalan lelah fatigue. Kemungkinan lain adalah bahwa lubang internal tersebut akan bertindak sebagai konsentrator tegangan dan mengurangi kekuatan yang sebenarnya dari yang diharapkan pada desain awalnya. Gambar 6.14 menunjukkan variasi tegangan σ dengan adanya lubang untuk menggambarkan masalah yang dialami. 84 Gambar 6.13. Beberapa jenis cacat dalam pengecoran. 85 Gambar 6.14. Konsentrasi tegangan dekat cacat elips. Untuk menghindari masalah ini: • Hindari membuat sudut yang tajam sama seperti perilaku retak dan menyebabkan konsentrasi tegangan. • Perubahan bagian harus dicampur dengan baik menggunakan fillet • Perubahan yang cepat di daerah penampang harus dihindari, jika tidak dapat dihindari, cetakan harus dirancang untuk memastikan logam yang dapat mengalir ke seluruh wilayah dan mekanisme disediakan untuk pendinginan seragam dan cepat selama pembekuan. Hal ini dapat dicapai dengan menggunakan chill atau tabung cairan didinginkan digabungkan dalam cetakan. Prinsip-prinsip ini diilustrasikan pada gambar di bawah. 86 Gambar 6.15. Penggunaan Chill. Gambar 6.16. Contoh desain yang baik dan buruk

2. Bentuk Draft dan Taper

Dalam pengecoran sulit untuk melakukan pengecoran dengan permukaan tegak lurus ke arah sepanjang bagian mana cetakan akan keluar. Hal ini dapat menyebabkan hasil cor menempel di dalam cetakan dan ejeksi kuat saat mengeluarkan hasil cor akan menyebabkan kerusakan ke bagian hasil cor dan cetakan, jika cetakannya dapat digunakan kembali. Oleh karena itu semua permukaan tersebut dimiringkan dengan sudut kecil antara 0,5 ° dan 2 ° sehingga memudahkan ejeksi. Sudut draft pada permukaan bagian dalam 87 dari bagian tersebut lebih tinggi, karena sebagian juga cor menyusut sedikit terhadap inti selama pembekuan dan pendinginan. Sebuah ilustrasi dari prinsip ini ditunjukkan pada Gambar 6.17. Gambar 6.17. Disain bentuk taper.

3. Penyusutan

Saat hasil cor mendinginkan, menyusut logam. Untuk logam cor pada umumnya, toleransi susut 1 dirancang untuk semua dimensi linier sehingga pada desain skala dinaikkan hingga sekitar 1. Saat solidifikasi terjadi dipermukaan pada batas antara bagian yang telah membeku dengan logam cair, sepanjang permukaan cetakan ke daerah bagian dalam dari coran, desainnya harus dipastikan dengan tepat sehingga saat penyusutan terjadi hasil cor tidak akan berlubang. Gambar 6.18. Contoh desain yang baik dan buruk. 88

4. Garis Pemisah

Garis pemisah adalah batas pertemuan bagian cope, drag dan hasil cor bertemu. Jika permukaan cope dan drag datar atau planar, maka garis pemisahnya adalah garis penampang bagian luar dari bidang itu. Kita dapat dengan mudah melihat garis pemisah untuk banyak hasil pengecoran dan bagian cetakan yang biasa kita gunakan. Secara konvensional garis pemisah haruslah planar jika memungkinkan. Pasti akan ada sebagian kecil dari logam yang bocor di daerah luar cetakan antara cope dan drag pada jenis pengecoran apapun. Hal ini disebut flash. Jika flash berada di sepanjang permukaan luar, dapat dihilangkan dengan dihaluskan atau dipotong. Cacat jenis ini lebih disukai jika terjadi di sepanjang tepi hasil cor. Gambar 6.19. Contoh garis pemisah.

C. Rangkuman

Tabel 6.1 merangkum berbagai jenis coran, keuntungan dan kekurangan dari pemakaian jenis tersebut dan contohnya. Tabel 6.1. Jenis pengecoran beserta keuntungan dan kekurangannya Proses Keuntungan Kerugian Contoh Cetakan pasir Dapat digunakan untuk banyak jenis logam, ukuran, bentuk, rendah biaya Hasilnya tidak bagus, toleransi terlalu lebar blok mesin, kepala silinder Cetakan dengan pelindung Akurasi ukuran yang lebih baik, penyelesaiannya rapih, tingkat produksi ukurannya terbatas Batang penghubung, penutup gigi 89 yang lebih tinggi pada mesin Cetakan dengan Pola habis pakai Untuk beragam logam, ukuran dan bentuk Polanya memiliki kekuatan yang rendah kepala silinder, komponen rem Cetakan Plester Untuk bentuk kompleks, permukaan akhirnya baik logam non-ferrous, tingkat produksi rendah prototipe dari bagian mekanik Cetakan keramik Untuk bentuk kompleks, tingkat akurasi yang tinggi, hasil akhir yang baik ukuran kecil impeller, perkakas cetakan injeksi Cetakan investasi Untuk bentuk kompleks, hasil baik Untuk bentuk kecil, mahal perhiasan Cetakan tetap Hasil baik, porositas rendah, tingkat produksi tinggi Cetakan Mahal, hanya untuk bentuk sederhana roda gigi, rumah gear Cetakan permanen Keakuratan dimensinya sangat baik, tingkat produksi tinggi Cetakan mahal, hanya untuk bagian- bagian yang kecil, logam non-ferrous roda gigi yang presisi,badan kamera, roda mobil Cetakan sentrifugal Bagian silinder besar, kualitas baik Mahal, bentuk terbatas pipa, boiler, asesoris roda

D. Latihan