Teknik Pengecoran
Logam
Teknik Pengecoran
Logam
A. 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 :
1. Adanya aliran
logam cair kedalam rongga cetak
2. Terjadi
perpindahan panas selama pembekuan dan pendinginan dari logam dalam cetakan
3. Pengaruh material
cetakan
4. 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.
B. Terminologi
Pengecoran dengan Cetakan Pasir
Secara umum cetakan
harus memiliki bagian-bagian utama sebagai berikut :
1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. 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.
5. Raiser (penambah),
merupakan cadangan logam cair yang berguna dalam mengisi kembali rongga cetakan
bila terjadi penyusutan akibat solidifikasi.
C. 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.
1. 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.
2. 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).
3. 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 :
a. 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.
b. 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.
c. 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.
4. 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.
5. 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 :
a. Menyiapkan bidang
dasar datar atau pelat datar dan meletakan pola atas (cope) yang sudah ada
dudukan inti dipermukaan pelat datar tadi.
b. Seperti pada
langkah c, untuk cetakan bagian bawah (drag) beserta sistem saluran.
c. Menyiapkan koak
inti (untuk pembuatan inti)
d. Inti yang telah
jadi disatukan (inti yang dibuat berupa inti setengah atau paroan inti)
e. 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.
f. Setelah diisi
pasir cetak dan dipadatkan, pola dan system saluran dilepaskan dari cetakan
g. Giliran drag diisi
pasir cetak setelah menempatkan rangka cetak diatas pola dan pelat datar.
h. Setelah disi pasir
cetak dan dipadatkan, pola dilepaskan dari cetakan
i. Inti ditempatkan
pada dudukan inti yang ada pada drag.
j. Cope dipasangkan
pada drag dan dikunci kemudian dituangkan logam cair.
k. Setelah membeku
dan dingin, cetakan dibongkar dan produk cor dibersihkan dari sisa-sisa pasir
cetakan.
l. 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 daerah temperatur 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 FluiditasAda 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 :
# Komposisi kimia
# Laju pendinginan,
dan
# Proses perlakuan
panas
Ada lima jenis besi
cor :
# Besi cor kelabu
(grey cast iron)
# Besi cor malleable
(malleable cast iron)
# Besi cor putih
(white cast iron)
# Besi cor nodular
(nodular/ductile cast iron)
# Compacted graphite
cast iron (memiliki struktur mikro antara besi cor
# Kelabu dan besi cor
nodular).
Sifat mekanik :
- 45 -75 ksi
(kekuatan tarik)
- 35 – 60 ksi
(kekuatan luluh)
- 1 – 6%
(perpanjangan)
Sifat matriks dan
karakter grafit diperoleh dari kesetimbangan
- Komposisi kimia
- Derajat inokulasi
- Laju pembekuan
- Pengaturan laju
pendinginan
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
* 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.
* Besi cor putih
bersifat keras dan getas dan memiliki tampilan patahn seperti kristal berwarna
putih.
Besi Cor Kelabu
* 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.
* Besi cor kelabu
untuk keperluan otomotif dan konstruksi umum lainnya dibagi menjadi 10
kelas/garde yang didasarkan pada kekuatan tarik minimumnya.
* 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.
* 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.
* 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
> Besi cor ini
dihasilkan dari proses perlakuan panas besi cor putih yang memiliki komposisi
tertentu.
> 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
> 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
> Besi cor nodular
memiliki komposisi unsure yang sama dengan besi cor kelabu. Unsure tersebut
yaitu karbon dan silikon.
> Perbedaan besi
cor nodular dan kelabu terletak pada bentuk grafit (untuk menghasilkan bentuk
grafit yang berbeda, digunakan proses yang berbeda pula)
> Pembulatan
grafit dicapai karena ditambahkan unsure Magnesium (Mg) dan Cerium (Ce).
Baja (Baja Cor)
> 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
- Silikon (Si) : 0.20
– 0,70 %
- Mangan (Mn) : 0,50
– 1,00 %
- Fosfor (P) :
<>
- Sulfur (S) :
<>
> 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.
> 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.
> 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 :
a. 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
b. Tungku induksi
> Khususnya
digunakan pada industri pengecoran kecil
> Mampu mengatur
komposisi kimia pada skala peleburan kecil
>Terdapat dua
jenis tungku yaitu Coreless (frekuensi tinggi) dan core atau channel (frekuensi
rendah, sekitar 60 Hz)
> Biasanya
digunakan pada industri pengecoran logam-logam non-ferro
> 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)
c. Tungku krusibel
> Telah digunakan
secara luas disepanjang sejarah peleburan logam. Proses pemanasan dibantu oleh
pemakaian berbagai jenis bahan bakar.
>Tungku ini bias
dalam keadaan diam, dimiringkan atau juga dapat dipindah-pindahkan
>Dapat
diaplikasikan pada logam-logam ferro dan non-ferro
d. Tungku kupola
>Tungku ini terdiri
dari suatu saluran/bejana baja vertical yang didalamnya terdapat susunan bata
tahan api
>Muatan terdiri
dari susunan atau lapisan logam, kokas dan fluks
>Kupola dapat
beroperasi secara kontinu, menghasilkan logam cair dalam jumlah besar dan laju
peleburan tinggi
Muatan Kupola
- Besi kasar (20 % -
30 %)
- 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.
> Skrap balik
Yang dimaksud skrap
balik adalah coran yang cacat, bekas penambah, saluran turun, saluran masuk
atau skrap balik yang dibeli dari pabrik pengecoran.
>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 :
1. Pemeriksaan rupa
>Pemeriksaan
rupa/fisik
>Pemeriksaan
dimensi (menggunakan jangka sorong, micrometer, jig pemeriksa dan alat ukur
lainnya)
2. Pemeriksaan cacat
dalam (pemeriksaan tidak merusak, NDT)
-->Pemeriksaan
ketukan
-->Pemeriksaan
penetrasi (dye-penetrant)
-->Pemeriksaan
magnafluks (magnetic-particle)
-->Pemeriksaan
supersonic (ultrasonic)
-->Pemeriksaan
radiografi (radiografi)
3. Pemeriksaan
material
a. Pengujian
kekerasan (menggunakan metoda Brinell, Rockwell, Vickers dan Shore)
b. Pengujian tarik
c. Pengujian analisa
kimia (spektrometri,EDS)
d. 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 :
a. Ekor tikus tak
menentukan atau kekerasan yang meluas
b. Lubang-lubang
c. Retakan
d. Permukaan kasar
e. Salah alir
f. Kesalahan ukuran
g. Inklusi dan
struktur tak seragam
h. Deformasi
i. 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 :
-->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.
-->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.
--> 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 :
a. 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 %
- 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
a. 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
b. 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.
