Pelaksanaan pengecoran logam Bahan baku pengecoran logam

Tabel 2.2 Hubungan ukuran diameter saluran turun dengan berat tuang Berat tuang 10 kg Diameter downsprue mm Berat tuang 10 kg Diameter downsprue mm = 10 13 200-250 39 10-20 19 250-300 39 20-30 22 300-350 39 30-40 24 350-400 39 40-50 25 400-450 40 50-75 27 450-500 42 75-100 30 500-600 43 100-125 31 600-700 45 125-150 33 700-800 47 150-175 34 800-900 48 175-200 36 900-1000 49 Sumber : Lit. 39 Hal : 78 f. Proses peleburan dan penuangan logam cair. Peleburan masing – masing logam dibedakan oleh titik lebur titik cairnya sehingga membuat perbedaan pada lamanya waktu peleburan hingga jenis tungku peleburan yang diperlukan diantara jenis – jenis logam tersebut. Titik lebur tersebut juga membuat perbedaan pada suhu penuangan g. Perlakuan khusus, misalnya pemberian bagian penambah pada rongga cetak produk

2.4.3 Pelaksanaan pengecoran logam

Pelaksanaan pengecoran logam meliputi : membuat cetakan, peleburan logam, penuangan, pembekuan logam cair, pembongkaran cetakan, pembersihan produk dan pemeriksaan. Dalam banyak kasus, pengecoran diikuti dengan proses finishing untuk membuang bagian permukaan produk yang cacat. Pelaksanaan sebuah proses pengecoran secara umum dapat dilihat dalam diagram alir berikut : Universitas Sumatera Utara Gambar 2.10 Diagram alir proses pengecoran logam

2.4.4 Bahan baku pengecoran logam

Bahan baku logam untuk pengecoran dibagi menjadi 5 : a. Besi tuang cast iron Besi tuang adalah paduan besi yang mengandung karbon, silisium, mangan, fosfor dan belerang. Gambar 2.11 Berikut menunjukkan sebuah diagram fasa besi karbon menurut persentase berat karbon : Mulai Peleburan logam Pembekuan logam cair Penuangan Pembongkaran cetakan Pembersihan produk Pemeriksaan produk Finishing Pembuatan cetakan Selesai Universitas Sumatera Utara Gambar 2.11 Diagram fasa besi menurut jumlah persen karbonnya [23] Besi memiliki struktur – struktur penyusun yang disebut alotrofi. Jenis – jenis alotrofi tersebut diantaranya adalah sebagai berikut : i. Ferrite besi α Merupakan struktur fasa yang memberikan sifat liat dan magnetis pada besi. Ferit terbentuk pada suhu dibawah 912 o C melalui pendinginan austenit yang lambat. Ferit memiliki nilai kekerasan 70 – 100 BHN Brinell Hardness Number. Memiliki struktur body - centered cubic ii. Austenit besi γ Terbentuk dibawah suhu 1394 o C. Memberikan sifat liat, namun dapat memisahkan karbon. Berstruktur face - centered cubic iii. Besi delta δ Fasa ini terbentuk ketika suhu pembekuan logam cair mencapai angka 1538 o C. Memiliki struktur body - centered cubic Universitas Sumatera Utara iv. Besi karbida sementit Struktur fasa ini merupakan senyawa karbon 6,67 dan besi 93,3 dengan struktur kimia Fe 3 C. Sementit bersifat keras dengan nilai kekerasan 65 – 68 RHN Rockwell Hardness Number, namun juga menambah kerapuhan pada besi. Besi karbida banyak digunakan sebagai bahan paduan pahat HSS high speed steel karena ketahanan ausnya Gambar 2.12 Kiri ke kanan : body centered cubic [9] dan face centered cubic [10] . Panah menunjukkan titik kisi lattice point Besi tuang memiliki 6 jenis : besi tuang kelabu, besi tuang tempa, besi tuang bergrafit bulat, besi tuang dicil, besi tuang mutu tinggi dan besi tuang kelabu paduan. Besi tuang kelabu memiliki warna keabuan dan memiliki struktur mikro berupa ferrite ataupun perlit dan serpihan karbon getas. Besi tuang ini memiliki kekuatan tensil 10-30 kgfmm 2 , namun bersifat agak getas. Titik leburnya mencapai 1200 o C dan memiliki kemampuan cor yang baik sehingga banyak dipakai sebagai bahan baku pengecoran. Besi tuang tempa terbuat dari besi tuang putih yang dilunakkan didalam tanur dalam waktu lama. Warna putih tersebut diberikan oleh struktur sementit. Melalui proses penempaan, sifat rapuh yang diberikan sementit berubah menjadi liat. Besi tuang kelabu paduan memiliki unsur – unsur paduan seperti krom, nikel, molibdenum, vanadium, titanium dan sebagainya dan grafit. Secara umum, strukturnya stabil sehingga memiliki sifat – sifat yang lebih baik dibanding besi tuang paduan biasa. Universitas Sumatera Utara Besi tuang bergrafit bulat dibuat dengan memadukan magnesium, kalsium atau serium kedalam cairan logam sehingga grafit bulat akan mengendap. Besi tuang ini memiliki kekuatan, keuletan, ketahanan aus dan ketahanan panas yang lebih baik dibanding besi tuang kelabu. Besi tuang cil merupakan besi tuang putih yang bagian dalamnya terdiri dari struktur dengan endapan grafit. Keuletan dan ketahanan aus permukaannya sangat baik. Besi tuang mutu tinggi mengandung lebih sedikit karbon dan silikon serta ukuran grafit bebasnya lebih kecil dibanding besi tuang kelabu sehingga memiliki kekuatan tensil 30-50 kgfmm 2 . Besi tuang digunakan untuk membuat komponen – komponen berikut : i. Komponen mobil : blok silinder, tutup silinder, poros engkol ii. Mesin perkakas : meja, pegangan, kursi iii. Komponen mesin : katup, sambungan pipa, kopling, roda gigi iv. Mesin hidrolik : runner turbin, pompa, rumah pengalir v. Mesin listrik : rumah motor, rangka motor vi. Mesin cetak, pipa dan sebagainya b. Baja tuang cast steel Baja tuang terdiri atas baja karbon dan baja paduan. Baja karbon terdiri atas baja karbon rendah C 0,2 , baja karbon menengah C = 0,2 – 0,5 dan baja karbon tinggi C 0,5 . Kadar karbon yang rendah menyebabkan kekuatan strength rendah, perpanjangan elongation yang tinggi, harga bentur yang tinggi dan kemampuan las yang baik. Baja tuang memiliki sifat getas jika tidak mendapat perlakuan panas heat treatment sehingga memerlukan pelunakan untuk membuatnya menjadi ulet. Baja tuang memiliki titik lebur berkisar pada 1500 o C dan sifat mampu cor yang lebih buruk dibanding besi tuang. Walaupun begitu, baja tuang lebih cocok dipakai pada berbagai bagian mesin karena ketahanannya. Universitas Sumatera Utara Untuk memperbaiki sifatnya, baja tuang dapat dicampur dengan paduan – paduan seperti khrom, molybdenum, vanadium dan lain lain. Salah satu perbaikan sifat yang sering diinginkan adalah ketahanan karat. Baja tuang digunakan untuk membuat komponen – komponen berikut : i. Bagian – bagian mesin yang harus tahan lama ii. Bagian kereta api : rangka, kopling iii. Mesin pemindah bahan : backhoe, forklift, crane iv. Mesin hidrolik : runner turbin, poros generator, pompa v. Bagian kapal : kerangka, rudder, lambung vi. Mesin pertambangan : mata bor c. Paduan tembaga Paduan tembaga digolongkan atas : perunggu, kuningan, perunggu aluminium dan sebagainya. Perunggu adalah paduan tembaga dan timah. Titik leburnya mencapai 1000 o C dan kemampuan cornya hampir sama baiknya dengan besi tuang. Sifat tahan karat dan tahan ausnya baik sehingga cocok dipakai pada bagian – bagian mesin. Perunggu dibagi menjadi 2 macam : perunggu fosfor yang ketahanan ausnya diperbaiki penambahan fosfor, dan perunggu timbal yang cocok sebagai bahan bantalan. Kuningan merupakan perpaduan tembaga cuprum Cu dan seng zinc Zn. Logam ini dapat dilebur dengan tungku krus crucible dan tungku induksi frekuensi rendah. Menurut Ir. Tata Surdia dan Dr. Kenji Chijiiwa, titik lebur kuningan menurut 3 jenis persen paduan umum tercantum pada Tabel 2.3 berikut : Tabel 2.3 Titik lebur dari 3 jenis persen paduan kuningan Persen paduan Cu Zn Titik lebur o C 85 15 1150 – 1200 70 30 1080 – 1130 60 40 1030 – 1080 Sumber : Lit. 39 Hal : 169 Universitas Sumatera Utara Sementara diagram fasa berikut menunjukkan titik titik lebur logam kuningan menurut persen Zn : Gambar 2.13 Diagram fasa kuningan menurut persen Zn [19] . Garis merah menunjukkan titik pembekuan Cu 60 Zn 40 Kuningan memiliki alotrofi seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.13 diatas : i. Kuningan alpha α Memiliki kandungan seng sebesar 35 . Bersifat mampu tempa dan dapat dikerjakan dingin cold working ii. Kuningan alpha + beta α+β Kandungan seng berkisar 35 - 45 . Sering disebut kuningan duplex. Bersifat lebih keras dibanding kuningan alpha, karenanya biasa dikerjakan panas hot working α β α + β γ e h Zn γ + e ε + η δ + L L+ γ L+ β δ Universitas Sumatera Utara iii. Kuningan beta β Kandungan seng 45 - 50 . Bersifat lebih keras dibanding kedua jenis sebelumnya sehingga hanya bisa dikerjakan panas. Cocok untuk pengecoran logam iv. Kuningan putih Kandungan seng 50 . Bersifat terlalu rapuh untuk dapat digunakan Semakin besar kandungan tembaganya, maka warna kuningan tersebut semakin kemerahan. Kuningan dengan kekuatan tinggi mampu dihasilkan melalui perpaduan tembaga, aluminium, besi mangan, nikel dan sebagainya. Namun, perpaduan ini memerlukan peleburan dengan tungku krus atau tungku nyala api berbahan bakar minyak kasar atau arang. Kuningan memiliki sifat mampu tempa yang lebih baik dibanding perunggu. Sifat liatnya membuat kemampuan mengalirnya sangat baik saat dalam wujud cair yang akhirnya membuat sifat mampu cornya bagus. Kuningan tidak memiliki sifat feromagnetis sifat material yang mengakibatkan material tersebut mudah berinteraksi dengan sifat magnetis disekitarnya sehingga ketika didaur ulang, zat pengotor besi dapat disingkirkan dengan menempatkan magnet yang kuat disekitar kuningan yang hendak didaur ulang. Sifat tahan korosi dan kekuatan kuningan dapat ditingkatkan dengan penambahan aluminium. Dalam meningkatkan ketahanan korosi, aluminium tersebut menciptakan lapisan aluminium oksida Al 2 O 3 yang keras di permukaan kuningan. Lapisan ini tipis, transparan dan mampu memperbaiki diri sendiri self healing. Ketahanan korosi dari air laut dapat diperoleh melalui penambahan timah. Aluminium perunggu merupakan logam paduan yang memiliki sifat – sifat ketahanan aus dan korosi yang baik. Paduan tembaga dipakai untuk membuat komponen – komponen berikut : Universitas Sumatera Utara i. Bagian mesin : bantalan, rumah katup, busi ii. Mesin hidrolik : pompa, runner turbin iii. Bagian kapal : propeller d. Paduan ringan Logam paduan ringan terdiri atas paduan aluminium, magnesium, silikon dan sebagainya dengan karakteristik umum berupa berat yang tergolong ringan. Perpaduan aluminium silikon dinamakan silumin dimaksudkan untuk meningkatkan kekerasan aluminium. Gambar 2.14 berikut menunjukkan diagram fasa silumin : Gambar 2.14 Diagram fasa silumin [16] Pada diagram diatas terdapat titik eutektik panah merah, yakni suhu pembekuan paduan dalam hal ini aluminium dan silikon yang paling rendah dibanding dengan suhu pembekuan pada persen berat komposisi lainnya untuk jenis paduan yang sama. Universitas Sumatera Utara Paduan aluminium silikon memiliki aplikasi yang luas dalam industri. Salah satu produk aluminium silikon ialah kemasan kaleng untuk makanan sehingga kebutuhan akan paduan ini cukup tinggi. Aluminium merupakan logam yang memiliki sifat mekanis dan mampu cor yang buruk, sehingga perlu diperbaiki dengan penambahan paduan seperti silikon, magnesium, tembaga dan lain – lain. Secara umum, aluminium paduan memiliki sifat penghantar panas yang baik serta beratnya yang ringan. Paduan ringan digunakan untuk membuat komponen – komponen berikut : i. Bagian pesawat terbang : propeller, sayap, body, ekor ii. Perkakas rumah tangga : piring, gelas, sendok iii. Bagian kapal : propeller e. Paduan lain Contoh – contoh paduan ini ialah monel yang merupakan paduan nikel dan tembaga, serta hasteloy yang mengandung molibdenum, khrom dan silikon. Selain keduanya, terdapat juga paduan timah, tembaga dan stibium.

2.4.5 Cetakan mold