Dasar teori 1 Paduan Perunggu
2015 1 –7
2
Sifat akustik khususnya damping capacity perunggu silikon relatif lebih besar sebesar 0,015
dan kemampuan memancarkan gelombang getaran serta sifat mekanik yang relatif sama dengan
paduan perunggu timah putih CuSn. Proses kedua bahan untuk pembuatan gamelan tersebut bertumpu
pada proses pengecoran. Proses pengecoran yang tidak benar serta lama waktu laju pendinginan akan
berpengaruh pada cacat-cacat hasil pengecoran, cacat yang sering terjadi adalah porositas yang
sangat berpengaruh pada sifat mekanik dan akustik dari perunggu timah putih dan perunggu silikon
Penelitian ini akan dikaji lebih mendalam efek laju pendinginan terhadap karakteristik porositas
pada paduan perunggu timah putih CuSn dan paduan perunggu silikon CuSi. Seperti yang
sudah dijelaskan porositas sangat berpengaruh pada sifat mekanis dan akustik suara dari
instrument alat musik gamelan. Pada pengujian ini diharapkan mendapatkan karakteristik paduan
perunggu yang memiliki porositas yang sedikit, sifat mekanik dan akustik suara yang baik untuk
material pembuatan alat musik.
Dalam hal
ini maka
ada beberapa
permasalahan yang akan dikaji, yaitu: 1.
Mengetahui besar dan karakteristik porositas yang terjadi akibat variasi laju pendinginan
pada proses
pengecoran menggunakan
cetakan pasir. Beberapa batasan ditetapkan dalam penelitian
ini meliputi: 1.
Pengecoran menggunakan cetakan pasir silika.
2. Temperatur lebur 1050
o
C. 3.
Spesimen benda uji adalah perunggu timah putih dengan komposisi 80Cu-20Sn dan
perunggu silikon 95Cu-5Si.
2. Dasar teori 2.1 Paduan Perunggu
Perunggu merupakan suatu paduan dari logam yang berbasis tembaga dengan timah sebagai aditif
utama. Beberapa paduan perunggu, memiliki fosfor, mangan, alumunium, atau silikon sebagai
bahan paduan utama. Perunggu biasanya kuat, tangguh, dan tahan korosi dengan konduktivitas
listrik dan termal yang tinggi. Perunggu yang paling umum digunakan dalam aplikasi bushing
dan bantalan. 1.
Perunggu timah putih Tin Bronze Perunggu timah Sn, yaitu perunggu tuang
dari Cu ditambah 10, 14, atau 20 Sn tanpa campuran tambahan lain. Bahan itu digunakan
untuk patung, senjata canon, dan alat-alat music seperti lonceng, gamelan, sibal drum dll yang
harus mempunyai syarat tinggi terhadap korosi dan ketangguhan 10Sn. Selain itu pada bantalan
harus mempunyai syarat-syarat tinggi untuk sifat luncur 14Sn dan untuk bantalan-bantalan tekan
dengan syarat tinggi untuk kekerasan 20 Sn [2]
2. Perunggu Silikon Silikone Bronze
Mengandung 4-5 Si dan akan menambah daya tahan resistensi terhadap asam acid ,
memungkinkan untuk
dibuat rol
berbentuk batangan panjang sampai diameter 14 - 2 in.
Bersifat akan menjadi keras apa bila mengalami pengerjaan
dingin work
hardenable dan
merupakan bronze yang mempunyai tahanan tarik dan kekerasan yang paling baik diantara bronze
yang lain. Sifat mekanisnya setara dengan baja lunak baja karbon rendah, mild steel sedangkan
sifat ketahanan korosinya setara dengan logam tembaga. Banyak dipakai untuk tanki, bejana tekan
pressure vessel, marine construction, dan pipa tekan hidrolik. [2]
2.2 Pengecoran Logam
Pengecoran merupakan
suatu proses
manufaktur untuk membuat atau menghasilakan produk, dimana logam dicairkan dalam tungku
peleburan kemudian di tuangkan kedalam rongga cetakan yang memiliki bentuk geometri mendekati
bentuk asli dari produk cor yang akan dibuat. Tujuan dari pengecoran adalah untuk menghasilkan
produk yang berkualitas dan ekonomis, yang bebas cacat dan sesuai dengan kebutuhan seperti
kekuatan, keuletan, kekerasan, dan ketelitian dimensi [3].
2.3 Pengecoran Cetakan Pasir Sand Casting
Pengecoran menggunakan cetakan pasir merupakan teknik pengecoran tertua di dunia.
Teknik pengecoran cetakan pasir ini sampai sekarang masih banyak digunakan karena biaya
produksi yang murah dan dapat memproduksi benda cor dengan kapasitas yang banyak.
Cetakan pasir adalah cetakan yang terbuat dari pasir yang diberi bahan pengikat. Pasir yang
paling banyak digunakan adalah pasir silika, baik pasir silika dari alam maupun pasir silika buatan
dari kwarsit. Bahan pengikat yang paling banyak digunakan adalah bentonit.[4].
Gambar 1. Diagram Fase Perunggu Timah Putih
2015 1 –7
3
a. Kelebihan cetakan pasir
Dapat mencetak logam dengan titik lebur yang tinggi, seperti baja, nikel dan titanium
Dapat mencetak benda cor dari ukuran kecil sampai dengan ukuran besar
Jumlah produk yang dihasilkan dari satu sampai jutaan
b. Kelemahan cetakan pasir
Permukaan benda cor kurang halus
Mudah terjadi cacat pada hasil pengecoran seperti porositas.
2.4 Cacat-Cacat Pengecoran Porositas. Porositas dapat terjadi karena terjebaknya
gelembung-gelembung gas pada logam cair ketika dituangkan ke dalam cetakan . Porositas pada
produk cor dapat menurunkan kualitas benda tuang. Salah satu penyebab terjadinya porositas pada
penuangan logam adalah gas hidrogen [5]. 1.
Porositas Gas Cacat porositas gas disebabkan karena adanya
pembentukan gas ketika logam cair dituangkan. Cacat porositas gas berbentuk bulat akibat tekanan
gas ini pada proses pembekuan. Ukuran cacat porositas gas sebesar ± 2 mm sampai 3 mm, lebih
kecil bila dibandingkan dengan cacat porositas shrinkage.
[6]. 2.
Porositas Shrinkage Penyebab adanya cacat porositas shrinkage
adalah adanya gas hidrogen yang terserap dalam logam cair selama proses penuangan, gas yang
terbawa dalam logam cair selama proses peleburan, dan pencairan yang terlalu lama
2.5 Pengujian Porositas Menurut [7] porositas yang terbentuk dapat
diketahui dengan melakukan pengukuran densitas dengan menggunakan metode Piknometri dan
perhitungan presentase porositas yang terjadi dapat diketahui dengan membandingkan densitas sempel
material dengan densitas berdasarkan teori. Densitas adalah besaran fisis yaitu perbandingan
massa m dengan volume benda V.
Densitas Sampel
O H
m m
m m
g s
s 2
1.
m
= Densitas sample Gramcm
3
2. m
s
= Massa sample kering Gram 3.
m
g
= Massa sample basah Gram 4.
ρ
H2O
= Massa jenis air 1 Gramcm
3
Densitas teoritis
Sn Sn
Cu Cu
th
V V
2
Si Si
Cu Cu
th
V V
3 1.
th
= Densitas teoritis grcm
3
2.
cu
= Densitas tembaga grcm
3
3.
Sn
= Densitas timah putih grcm
3
4.
Si
= Densitas silikon grcm
3
5. V
cu
= Fraksi volume tembaga 6.
V
Sn
= Fraksi volume timah putih 7.
V
Si
= Fraksi volume silikon Perhitungan porositas
th m
por ositas
1
4 2.6
Pembekuan Logam 1.
Chill Zone daerah pembekuan cepat
Chill zone adalah Daerah ini berada paling
luar yang mana lebih dipengaruhi oleh heat removal
kehilangan panas. Struktur ini terbentuk pada kontak pertama antara dinding cetakan
dengan logam cair pada saat dituang ke dalam cetakan.
2. Columnar Zone
Columnar zone merupakan struktur yang
tumbuh setelah gradien suhu pada dinding cetakan turun dan kristal pada chill zone tumbuh
memanjang , kristal-kristal tersebut tumbuh memanjang berlawanan dengan arah perpindahan
panas. 3.
Equiaxed Zone Equiaxed Zone
Struktur ini terdiri dari butiran yang bersumbu sama yang arah acak. Asal dari
butiran ini adalah mencairnya kembali lengan dendrit. Bila suhu di sekitar masih tinggi, setelah
cabang dendrit tersebut terlepas dari induknya dan tumbuh menjadi dendrit yang baru.[8]
1
Gambar 2. Porositas
Gambar 3. Chill zone, columunar zone dan equiaxed zone
2015 1 –7
4