Modul praktikum peleburan & pengecoran logam (AA)

42,099 views

Published on

Published in: Education, Technology, Business
9 Comments
17 Likes
Statistics
Notes
No Downloads
Views
Total views
42,099
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
2
Actions
Shares
0
Downloads
4,487
Comments
9
Likes
17
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Modul praktikum peleburan & pengecoran logam (AA)

  1. 1. TEKNIK PENGECORAN & PELEBURAN LOGAM MODUL PRAKTIKUM Oleh : ABRIANTO AKUAN, ST., MT. LABORATORIUM TEKNIK PRODUKSI JURUSAN TEKNIK METALURGI FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS JENDERAL ACHMAD YANI BANDUNG 2010
  2. 2. PETUNJUK PRAKTIKUMI. MAKSUD DAN TUJUAN Praktikum Teknik Pengecoran Logam merupakan penerapanteori-teori yang pernah diberikan dalam perkuliahan. Tujuan utamadari praktikum Teknik Pengecoran logam ini adalah:  Dapat membuat pola dan cetakan pasir untuk membuat produk coran logam.  Menentukan dan merencanakan sistim saluran dalam suatu pembuatan produk coran logam.  Mengetahui beberapa proses atau teknik dalam pembuatan cetakan.  Mengetahui besaran-besaran atau parameter proses yang terlibat dan berpengaruh terhadap cetakan yang yang dibuat.  Merencanakan dan membuat barang jadi melalui teknik pengecoran logam.  Mengetahui cara-cara pengujian kualitas pasir cetak untuk proses pengecoran logam.Dengan melakukan praktikum ini, diharapkan peserta (praktikan)memiliki pengalaman praktek dalam proses produksi/manufakturmelalui proses pengecoran logam.II. PERATURAN PRAKTIKUM2.1 Tata Tertib  Tidak dibenarkan memakai sandal, sepatu sandal dan sejenisnya.  Tas dan barang-barang yang digunakan selama praktikum harus disimpan ditempat yang telah disediakan.  Dilarang melakukan praktikum tanpa seijin instruktur yang bersangkutan.@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 1
  3. 3.  Selama berada dilaboratorium dilarang merokok, makan dan minum.  Praktikum harus menjaga keamanan dan ketenangan selama berada dilaboratorium.  Diwajibkan memakai pakaian savety dalam setiap melakukan praktek.2.2 Kehadiran  Praktikan yang tidak mengikuti satu kali praktikum dianggap gagal dan harus mengulang pada kesempatan berikutnya.  Waktu pelaksanaan praktikum diatur dengan jadwal yang telah ditentukan.  Praktikan diharuskan menyerahkan formulir kehadiran kepada instruktur pada setiap melakukan praktek.2.3 Pemakaian Alat  Periksa kelengkapan alat sebelum melakukan praktek.  Setiap pemakaian alat harus seijin instruktur.  Kehilangan atau kerusakan alat adalah tanggung jawab satu kelompok peserta praktikum.  Setiap akhir praktikum, ruangan dan alat-alat yang digunakan harus dibersihkan.  Sebelum meninggalkan laboratorium, praktikan harus lapor pada instruktur untuk memeriksa alat-alat yang telah digunakan.2.4 Tugas dan Laporan  Laporan praktikum diisi pada logbook yang telah disediakan.  Sebelum dan sesudah praktikum akan diadakan responsi dan ujian akhir praktikum. Adapun waktu dan tempat ditentukan kemudian.@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 2
  4. 4.  Setiap praktikum harus mengumpulkan dan mengisi logbook praktikum secara perorangan setelah seluruh praktikum diselesaikan.  Logbook praktikum diisi dengan tulisan tangan.2.5 Penilaian Sistematika penilaian mengikuti aturan sebagai berikut: 1. Nilai Ujian = 15 % 2. Nilai Kehadiran = 25 % 4. Nilai Laporan = 20 % 5. Nilai Presentasi = 40 %III. KESELAMATAN KERJA3.1 Ringkasan Umum Keselamatan kerja merupakan target pertama dalam setiapproses produksi terutama proses pengecoran logam, karena dalamproses ini kita akan berhadapan dengan bahaya-bahaya yang mungkinterjadi diantaranya:  Terkena percikan dari logam cair atau terak.  Terkena jilatan api atau panas dari pembakaran tungku peleburan.  Risiko terjadinya kebakaran.Bahaya potensial ini diharapkan tidak akan menjadi bahaya riil apabilasemua peraturan keselamatan telah diikuti dengan seksama danselalu bekerja menurut prosedur serta tata cara yang aman danbenar. Dengan demikian kita akan terhindar dari bahaya dan tempatkita bekerja menjadi tempat yang aman.@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 3
  5. 5. 3.2 Ketentuan dan Prosedur Keselamatan  Siapkanlah bahwa keadaan lingkungan kerja dan peralatannya siap untuk dipakai, dan periksa kembali peralatan sebelum bekerja.  Pakailah pakaian kerja dengan alat pelindung diri (APD) lainnya yang diperlukan.  Bekerjalah sesuai petunjuk yang ada.  Tanyakanlah pada instruktur/asistan anda, bila kurang jelas dalam bekerja.  Berhati-hatilah dalam penggunaan alat-alat perlengkapan serta posisi dalam bekerja.  Usahakan nyala api dalam kondisi yang baik.  Jauhkan bahan-bahan yang mudah terbakar dari api.  Usahakan muatan yang akan dilebur, dalam keadaan bersih bebas dari air oli dan bahan lainnya yang dapat menyebabkan percikan atau ledakan.  Bersihkan lantai pasir tempat proses pengecoran dari air, kotoran dan sebagainya.  Jaga jarak aman anda dengan tungku peleburan dan peralatan lain pada saat peleburan dan penuangan logam cair.  Gunakan selalu alat pelindung diri (APD): sarung tangan kulit, apron, helm, kacamata, sepatu kerja, masker, tang jepit dan lain sebagainya.  Tidak diperbolehkan memegang peralatan dan produk coran tanpa alat pelindung diri (APD) selama proses peleburan dan pengecoran sedang berjalan.  Seluruh pakaian berbahan katun minimal 90% atau lebih. Dan tidak memiliki kantong disetiap bagianya baik baju maupun celana, jika ada maka kantong itu harus tertutup.  Jaket, kaca mata, pelindung muka, helm, sarung tangan kulit atau aluminized gloves, dan sepatu harus dalam keadaan baik.@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 4
  6. 6.  Menggunakan sepatu tipe moulder atau kick-off saat melakukan proses pengecoran.  Mengunakan masker respirator anti debu saat mengeluarkan logam cair dari tungku.  Menggunakan pelindung telinga jika ada dalam area pengecoran.  Tidak memiliki rambut terlalu panjang, atau merapihkan rambut dengan menyembunyikannya dengan helm pengaman.  Untuk praktikan yang melakukan peleburan, cek temperatur, inokulasi dan deslaging harus menggunakan kaca mata yang memiliki kaca gelap dan terang (google).  Tidak dianjurkan menggunakan jam kinetik dan barang-barang elektronik. Peralatan penaggulangan pertama seperti pemadam api (fireextinguisher) dan kotak P3K (pertolongan pertama pada kecelakaan)diharuskan ada pada beberapa titik dalam satu unit casting shop ataudan diposisikan pada tempat yang aman dan mudah terjangkau.3.3 Prosedur Penanganan Efek Lingkungan Polusi merupakan dampak negatif dari proses pengecoran,polutan yang dihasilkan dari proses ini adalah debu partikel pasir darisisa cetakan yang ringan dan mudah terbawa angin, air dari sisareaksi katalis binder, dan sisa reaksi yang terjadi pada slag yangdiangkat. Selain memperhatikan hal diatas maka praktikan secaraindividual juga harus mampu membaca kode yang ada pada setiapperalatan atau label kodifikasi material berbahaya seperti koderadioaktif, mudah terbakar, korosif, iritan, racun dan kode materialberbahaya lainya.@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 5
  7. 7. MODUL 1 PENGUJIAN PASIR CETAK Pasir cetak untuk cetakan pasir, memerlukan sifat-sifat yangharus memenuhi persyaratan sebagai berikut: a. Mempunyai sifat mampu bentuk sehingga mudah dalam pembuatan cetakan dengan kekuatan yang cocok, cetakan yang dihasilkan harus kuat sehingga tidak rusak karena dipindah- pindahkan dan mampu menahan berat logam cair pada saat penuangan. Oleh karena itu kekuatan pada temperatur kamar dan kekuatan panasnya merupakan sifat yang sangat diperlukan. b. Mempunyai daya salur (permeabilitas) udara yang cocok. Untuk mengurangi cacat tuang seperti rongga penyusutan, gelembung gas atau kekasaran permukaan. Dengan adanya rongga-rongga di antara butir-butir pasir, maka udara atau gas dapat disalurkan keluar dari cetakan. c. Mempunyai distribusi besar butir yang tepat. d. Mempunyai sifat tahan panas terhadap temperatur logam cair yang dituangkan. e. Mampu dipakai lagi atau dapat dipakai berulang-ulang supaya ekonomis. f. Pasir cetak, harus mudah didapat. Tabel. Persyaratan fisik pasir cetak untuk berbagai jenis dan ukuran benda cor. Jenis dan Ukuran Ukuran Kehalusan butir Ukuran % kadar benda coran rata-rata (GFN) Permeabilitas lempungBaja:Besar & menengah 35 - 50 100 - 200 10 – 16Kecil 50 - 70 Diatas 100 12 - 16Besi cor:Besar 40-70 50-150 15-20Menengah 70-100 50-80 12-18Kecil 100-140 20-50 12-18Paduan Tembaga:Besar 90-110 25-50 15-20@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 6
  8. 8. Menengah 100-120 20-40 12-18Kecil Dibawah 140 15-30 12-18Aluminium:Besar 100-120 20-40 15-20Menengah/kecil Dibawah 140 10-25 10-201.1 Pengujian Kadar Air dan Lempung Pasir yang terlalu basah akan mempunyai daya salur udara yangkecil dan pasir yang terlalu kering akan kurang kekuatannya.Pemeriksaan kadar air ini dilakukan dengan menggunakan rumusdibawah ini. Berat Awal-Berat Akhir % kadar air = -------------------------------- x 100 % Berat AwalProsedur pengujian kadar air: 1. Siapkan pasir cetak sebanyak 50 gram. 2. Letakkan dalam alat pemanas. 3. Lanjutkan pengujian dengan memanaskan pasir dalam oven pada temperatur 100-150oC selama15 menit. 4. Dinginkan dan timbang. 5. Kadar air didapatkan dari selisih berat pasir cetak yang dinyatakan dalam persen. 6. Keringkan lagi selama 5 menit. 7. Dinginkan dan timbang lagi. 8. Ulangi lagi (pengeringan selama 5 menit), sampai berat pasir tidak berubah lagi. Daya rekat antar butir pasir, sangat bergantung pada kadarlempung dalam pasir. Untuk suatu persentase kadar lempungtertentu, diperlukan sejumlah kadar air tertentu pula sehingga akandidapatkan kekuatan pasir yang maksimum. Kekuatan tersebut jugadipengaruhi oleh bentuk dan besarnya butir-butir pasir@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 7
  9. 9. Pasir yang terdapat di bumi akan bercampur dengan lmpungatau tanah liat. Dalam pengertian untuk cetakan pasir, maka pasir initerbagi atas: 1. pasir alam 2. pasir sintetisPasir alam adalah pasir yang mengandung kadar lempung sekitar 15-25% dan dalam proses pengecoran pasir ini seringkali langsungdigunakan tanpa penambahan lempung lagi. Pasir sintetis adalah pasirmurni dengan penambahan lempung menurut kebutuhan.Penambahan tersebut biasanya sekitar 20%. Lempung yang baik,dapat dikenal dari daya serap airnya cukup dengan penambahansekitar 8-10%. Sedangkan bentonit sudah cukup baik denganpenambahan 5%. Lempung membutuhkan air untuk mengikat butir pasir.Sehingga kadar air yang dibutuhkan untuk pasir sintetis denganlempung, dengan sendirinya akan lebih rendah dibanding kadar airyang dibutuhkan untuk pasir alam. Lempung atau tanah liat (clay) adalah kumpulan dari padamineral tanah liat yang mempauanyai kristal sangat kecil, umumnyaberbentuk pipih (flake). Ukuran dari butir-butir tanah liat adalahsekitar 0,005 mm sampai 0,02 mm. Lempung sebagai komponen kedua dalam pasir cetak harusmempunyai sifat-sifat yang diperlukan yaitu: a. Menghasilkan daya ikat yang tinggi. b. Menjadi liat bila basah, sehingga mudah diberi bentuk. c. Menjadi keras setelah dikeringkan. Untuk itu, mineral lempung yang umum dipergunakan oranguntuk bahan pengikat dalam pasir cetak ialah montmoriollit(bentonit), lempung tahan api (fireclay), halloysit dan illit. Jenispertamalah yang sering digunakan orang.@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 8
  10. 10. Pemeriksaan kadar lempung ini dilakukan dengan menggunakanrumus dibawah ini. Berat Awal-Berat Akhir % kadar lempung = ------------------------- x 100 % Berat AwalMetoda yang digunakan untuk analisa kadar lempung adalah denganjalan pencucian, yaitu dengan menggunakan alat Continous Claywasher tipe PKA seperti yang ditunjukkan pada Gambar berikut ini:Prosedur pengujian kadar lempung: 1. Timbang pasir kering seberat 50 gram. 2. Masukkan ke dalam beker gelas kapasitas 800 ml. 3. Isi dengan air sebanyak 400 ml. 4. Tambahkan 10 ml dari 5% larutan Natrium pirofosfat (Na4P2O7.10H2O). 5. Didihkan selama 3-5 menit di atas pemanas (hot plate). 6. Dinginkan sampai temperatur kamar. 7. Aduk selama 5 menit. 8. Atur kecepatan air sesuai dengan temperatur air yang digunakan seperti tertera pada tabel di bawah ini:@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 9
  11. 11. Water Temperature (oC) Flow (ml/min) Setting 10 89 51 12 92 53 14 96 56 16 100 60 18 104 64 20 108 68 22 113 72 24 118 76 9. Isi tabung gelas pada Continous Clay Washer dengan air setengahnya. 10.Tambahkan kristal-kristal Natrium Pirofosfat sebanyak 2 sendok makan. 11.Masukkan pasir ke dalam tabung gelas pada alat. 12.Pasang kembali tutup karet pada tabung. 13.Biarkan terus air mengalir pada tabung dengan kecepatan yang diperlukan, hingga air dalam tabung menjadi betul-betul jernih. 14.Setelah air betul-betul jernih, keluarkan pasir dan ditampung pada beker gelas. 15.Diamkan selama 10 menit. 16.Air didekantasi keluar. 17.Saring pasir melalui kertas saring yang telah diketahui beratnya. 18.Keringkan (pasir + kertas saring), hingga beratnya konstan. 19.Berat akhir pasir (gr) = (berat pasir + berat kertas saring) – (berat kertas saring).Prosedur pengujian kadar lempung dengan cara lain: 1. Siapkan pasir sisa uji kadar air. 2. Masukkan pasir kedalam gelas kimia yang berisi larutan NaOH 2% lakukan hal ini hingga pasir benar-benar bersih. 3. keringkan pasir hasil pencucian tersebut pada 100-150oC selama 60 menit. 4. Hitung selisih beratnya, nyatakan kadar lempung dalam persen.@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 10
  12. 12. Pengaruh kadar air dan lempung terhadap kekuatan pasir cetak.1.2 Pemeriksaan Distribusi Ukuran Butir Pasir Suatu cara untuk menyatakan ukuran besarnya butir pasirditunjukkan dengan GFN (Grain Fineness Number) merupakan ukurankehalusan rata-rata butir pasir. Makin tinggi angkanya, maka pasirsemakin halus dan daya salur udaranya (permeabilitas) relatif rendah. Pada umumnya pasir tidak terdiri dari butiran-butiran denganukuran sama. Untuk mengetahui distribusi dari butir-butir pasir yangmempunyai besar butir yang berbeda-beda, maka dilakukan analisaayak (Sieve analysis).@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 11
  13. 13. Distribusi ukuran butir pasir dapat dibagi dalam empat jenis: a. Distribusi ukuran butir sempit, artinya susunan ukuran butir hanya terdiri dari kurang lebih dua fraksi saja. b. Distribusi ukuran butir sangat sempit, 90 persen dari ukuran besar butir terdiri dari satu fraksi. c. Distribusi ukuran butir lebar, artinya susunan ukuran butir terdiri dari lebih kurang tiga fraksi. d. Distribusi ukuran butir sangat lebar, susunan ukuran butir terdiri dari lebih dari tiga fraksi. Distribusi butir sempit akan memberikan permeabilitas yanglebih tinggi, dan sebaliknya. Distribusi ukuran butir berpengaruh jugapada kekuatan cetakan. Distribusi ukuran butir lebar akanmemberikan kekuatan pasir cetak yang lebih tinggi.@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 12
  14. 14. Prosedur pengujian kehalusan pasir cetak: 1. Siapkan pasir cetak kering yang akan diuji sebanyak 50 gram. 2. Susun ayakan pada mesin pengguncang (ro-tap) secara berurutan. 3. Masukkan kedalam alat ayak. 4. Ayak selama 15 menit, dengan memutar penyetel waktu yang terdapat pada alat. 5. Timbang butir-butir pasir yang tertinggal pada tiap-tiap fraksi. 6. Berat butir-butir pasir yang tertinggal pada tiap-tiap fraksi dikalikan dengan suatu faktor perkalian tertentu, menghasilkan suatu produk. 7. AFS Grain Fineness Number adalah jumlah dari hasil perkalian tersebut (jumlah produk) dibagi dengan jumlah berat butir-butir pasir yang tertinggal pada semua fraksi dari 50 gram pasir uji. Alat ayak pasir laboratory sifter type PSA-E.@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 13
  15. 15. Nomor kehalusan butir dihitung dengan rumus: ∑ (Wn . Sn) GFN = -------------- ∑ (Wn)GFN = Nomor kehalusan butirWn = Berat pasir didapat dari tiap ayakan (gr)Sn = Faktor pengali1.3 Pemeriksaan Daya Salur Udara (Permeabilitas) Sifat yang sangat mempengaruhi terhadap hasil benda coranadalah daya salur udara (permeabilitas) dari pasir cetak yangdigunakan sebagai cetakan pasir. Pasir cetak yang telah dipadatkanharus dapat dilalui oleh gas-gas sewaktu dilakukan penuangan kedalam cetakan. Permeabilitas ini tergantung pada beberapa faktor, diantaranyaadalah ukuran besar butir pasir, bentuk butir pasir, kadar air dankadar lempung. Permeabilitas ini dihitung melalui persamaan berikut: Q.L P = ------------- p.A.tP= PermeabilitasQ= Volume udara yang lewat melalui spesimenL= Panjang spesimen (5 cm)A= Luas irisan spesimen (19,625 cm2)P= Tekanan udara (gr/cm2)t= Waktu yang diperlukan untuk melewatkan volume udara Q melalui spesimen (menit)Prosedur Pemeriksaan permeabilitas pasir cetak:1.3.1 Persiapan Pasir - Masukkan pasir yang telah ditimbang ke dalam pengaduk (mixer) yang khusus digunakan untuk pengujian-pengujian.@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 14
  16. 16. - Masukkan bahan pengikat sesuai dengan jumlah yang diperlukan. - Aduk selama 5 menit. - Keluarkan Pasir dari mixer dan telah siap untuk pembuatan batang percobaan. Alat Pengaduk Pasir laboratory Mixer type PLK.1.3.2 Pembuatan Batang Percobaan Batang percobaan ini mempunyai garis tengah 50 mm dantinggi 50 mm. Untuk pembuatannya diperlukan sejumlah pasir yangsetelah mendapat pukulan tiga kali pada alat pemadat (sand rammer),harus mencapai tinggi 50 mm dan kemudian ditimbang. Berdasarkan pengalaman maka dapat ditentukan bahwaberatnya terletak antara 145 dan 170 gram. Adapun jumlah beratyang sebenarnya harus ditentukan dengan percobaan. Setelah ditimbang pasir selanjutnya dimasukkan dalam silindertekan, kemudian ditempatkan pada meja alat pemadat. Pemukul dari alat pemadat beserta stang danpemberatdinaikkan dengan memutarkan keping eksentris sebelah kiridan setelah silinder tekan yang telah diisi tadi diletakkan di bawahnya,dengan perlahan-lahan diturunkan kembali. Pemadatan pasir@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 15
  17. 17. dikerjakan dengan memutar engkol yang kecil pada sebelah kananhingga membuat alat pemadat yang lepas dapat memberi pukulan.Pukulan ini dikerjakan hingga tiga kali berturut-turut. Setelah pukulan yang ketiga maka batang percobaan yang telahdipadatkan harus sedemikian panjangnya hingga tanda garis daribatang pemadat terletak di tengah-tengah atau di antara lubang padastandar alat pemadat. Ini menandakan bahwa batang percobaan pasir telah mencapaitinggi 50 mm dengan toleransi 1 mm. Bila hal tersebut tak tercapai,maka percobaan harus diulangi lagi, bila perlu ditambah ataudikurangi dengan beberapa gram. Pada umumnya pemeriksaan pasir dikerjakan hingga tiga kalinerturut-turut untuk kemudian ditentukan hasil rata-ratanya. Alat pemadat pasir (sand rammer).@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 16
  18. 18. 1.3.3 Pemeriksaan Permeabilitas - Pemeriksaan daya salur udara dilakukan terhadap batang percobaan yang berbentuk silinder, dengan menggunakan alat ”permeability meter”. - Putar tutup pada kedudukan ”A” angkat (tarik) pengapung ke atas hingga didapatkan penghisapan sejumlah udara kedalam ruangan. Putar katup pada kedudukan ”E”. - Batang percobaan setelah ditumbuk tiga kali, ditempatkan pada sumbat karet denagn kedudukan terbalik, yaitu ruang kosong yang lebih besar dari silinder terhadap pentil (orifice), sedemikian hingga sumbat karet dapat tertutup dengan rapat, dalam keadaan demikian katup harus pada kedududkan ”E”. - Putar katup pada kedududkan ”B”, ini berarti bahwa alat sedang bekerja dan pengukuran dapat dibaca. - Setelah selesai pembacaan, katup diputar lagi pada kedududkan ”E”, yang berarti alat telah berhenti dan siap untuk digunakan lagi. Permeability meter type PU-E.@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 17
  19. 19. 1.3 Pemeriksaan Kekuatan Tekan Basah Bila menuang logam ke dalam cetakan terutama cetakan yangbesar, tekanan yang ada pertama pada dasar, kemudian padadinding-dinding samping, bila penuangan telah selesai pada bagianatas (atap) dari cetakan, lihat Gambar berikut ini. Kekuatan pada suatu cetakan. Kekuatan pasir cetak dipengaruhi juga oleh bentuk butir pasir.Bentuk butir pasir seperti Gambar di bawah ini yang terbagi atas: Atas kiri: lancip (angular) Atas kanan: bulat (rounded) Bawah kiri: setengah bulat (sub angular) Bawah kanan: bergumpal (coumpound) Bentuk pasir menurut AFS.@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 18
  20. 20. Bentuk butir yang bulat (rounded) cenderung membentukkekuatan tekan yang rendah dengan permeabilitas yang tinggi.Sedangkan bentuk yang lain, sebaliknya yaitu akan membentukkekuatan tekan tinggi dengan permeabilitas rendah. Untuk menghindari perubahan bentuk cetakan, kekuatancetakan tekan harus mempunyai suatu harga minimum tertentu 700gr/cm2 (0,07 MPa). Pengujian kekuatan tekan dilakukan dengan menggunakan alatUniversal Strength Machine, yang dapat dilihat pada Gambar berikutini: Universal Strength Machine.Prosedur Pengujian Kekuatan Tekan: Batang percobaan berbentuk silinder setelah diperiksa dayasalur udara dengan menggunakan suatu batang pendorongdikeluarkan dari tabung pembuat batang percobaan, kemudianditempatkan antara kedua batang dari alat percobaan tekan hinggarata pada sisi-sisinya. Dengan perlahan-lahan pemutar diputar dan batang percobaanakan tertekan terus hingga retak/pecah. Bersamaan dengan retaknyabatang percobaan ini maka jarum manometer akan turun kembali,akan tetapi tegangan tekannya tetap ditunjuk oleh jarum pengikut. Kemampuan manometer tekan rendah (kanan) hanya sampaipada penunjukkan 2000 gr/cm2 (0,2 Mpa). Pada manometer, angka-angka hasil percobaan dapat dibaca pada skala paling luar, yaitu pada@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 19
  21. 21. manometer tekanan rendah dalam gram per cm2, dan angka-angkahasil pada skala tersebut masih harus dikalikan dengan 100,sedangkan pada skala manometer tekanan tinggi, angka-angkadinyatakan dalam kg/cm2.Kekuatan tekan beberapa jenis pasir cetak pada berbagai temperatur.1.4 Pemeriksaan Kekuatan Geser Basah Sifat ini sangat penting gunanya untuk mencegah pecahnyapasir pada saat model diangkat dari cetakan, lihat Gambar di bawahini. Kekuatan geser dan tarik dalam pasir cetak.@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 20
  22. 22. Seperti ditunjukkan dalam gambar tersebut, pasir cenderunguntuk menempel pada bagian sudut-sudutnya. Bila rangka diangkat,kekuatan geser menjadi besar hingga memungkinkan terjadipecahnya cetakan. kekuatan geser basah yang dianjurkan, minimum200 gr/cm2 (0,02 MPa).Prosedur pengujian kekuatan geser: Pengujian kekuatan geser dikerjakan sama seperti padapengujian kekuatan tekan, dengan perbedaan bahwa keping penekanuntuk pengujian kekuatan geser ini harus diganti dengan keping yangdapat menggeserkan batang percobaan pada penampang membujur(untuk pengujian kekuatan tekan menggunakan keping denganpermukaan rata, sedang untuk pengujian kekuatan gesermenggunakan keping dengan setengah permukaan menonjol). Padapengujian kekuatan geser sampai dengan 1600 gr/cm2 (0,16 Mpa). Pembacaan hasil pengujian pada manometer tekanan rendah(kanan), sedang untuk penguijian kekuatan geser di atas 1600 gr/cm2pembacaan hasil pengujian pada manometer tekanan tinggi (kiri). Seperti pada pengujian kekuatan tekan, pada pengujiankekuatan geser penunjukkan manometer masih harus dikalikandengan 100 (manometer tekanan rendah) untuk mendapatkanbesarnya tegangan tekan dalam gr/cm2. Angka pada skala manometertekanan tinggi dinyatakan dalam kg/cm2. Pembacaan manometerpada skala yang tengah (nomor dua dari luar). Keping untuk pengujian kekuatan tekan.@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 21
  23. 23. Keping untuk pengujian kekuatan geser.Kiri: pengukur tekanan tinggiKanan: pengukur tekanan rendahA: kekuatan tekan (kg/cm2)B: kekuatan geser (kg/cm2)C: kekuatan tarik (kg/cm2)D: kekuatan tekan (gr/cm2) pembacaan x100E: kekuatan geser (gr/cm2) pembacaan x100 Manometer pada Universal Strength Machine.1.5 Pemeriksaan Kemampuan Mengalir (Flowability) Flowability adalah sifat yang memungkinkan pasir menutupiseluruh model dengan baik, terutama pada dinding yang vertikal danpada sudut-sudut, seperti dalam Gambar di bawah ini. Cetakan jelek yang diakibatkan oleh pasir cetak dengan flowability rendah.@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 22
  24. 24. Flowability sangat banyak dipengaruhi oleh kadar air dalam pasir.Biasanya flowability terletak antara 45-55%.Prosedur pengujian flowability: Batang percobaan berbentuk silinder yang memenuhi syarat,artinya setelah mendapat pukulan tiga kali berturut-turut pada sandrammer, tinggi batang percobaan tersebut 50 mm (tanda garis daribatang pemadat terletak di antara lubang pada standar alat pemadat),ditimbang untuk mengetahui beratnya. Timbang pasir (yang belumdipadatkan) seberat batang percobaan tersebut, masukkan kedalamalat penguji flowability, kemudian ditempatkan pada meja alatpemadat. Lakukan pemadatan/pukulan tiga kali berturut-turut sepertipada pembuatan batang percobaan berbentuk silinder. Setelah pukulan yang ketiga, baca penunjukkan pada skalatangkai rammer, dan padukan Diagram Flowability, seperti padaGambar berikut ini: Diagram flowability.@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 23
  25. 25. Alat bantu sand rammer untuk pengujian flowability.1.6 Pemeriksaan Kekerasan Cetakan Suatu sifat yang penting mendekati tegangan tekan dan geseradalah kekerasan cetakan. Penentuan kekerasan ini memberikangambaran mengenai pemadatan pada permukaan dari beberapatempat cetakan. Terutama pada pembuatan cetakan dengan tangan,maka penentuan kekerasan akan menunjukkan tempat dimana perludiadakan pemedatan tambahan. Pada mesin cetak getaran, penentuan kekerasan akan dapatmenunjukkan apakah jumlah pukulan dari meja sudah cukup ataubelum. Pengujian kekerasan cetakan basah dapat dilakukan denganmenggunakan alat yang disebut Green Hardness tester.Prosedur pengujian kekerasan: Sebelum alat digunakan, pen pengunci ditekan kekiri sehinggajarum penunjuk dengan bebas dapat digerak-gerakkan. Pengujiandilakukan dengan menekan bola logam yang terdapat pada bagianbawah alat pada permukaan cetakan, jarum akan bergerak sesuaidengan arah perputaran jarum jam, sampai berhenti. Bila jarumsudah berhenti pen pengunci di tekan kekanan hingga apabila alatdiangkat dari permukaan cetakan, jarum akan tetap padapenunjukkan. Kemudian dilakukan pembacaan. Angka yang ditunjukoleh jarum tersebut adalah kekerasan cetakan yang diperiksa.@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 24
  26. 26. Untuk pemeriksaan kekerasan permukaan cetakan dilaboratorium dengan membuat cetakan dari kayu yang berukuranpanjang 13 cm, lebar 13 cm dan tinggi 5 cm, seperti ditunjukkan padaGambar berikut ini: Cetakan kayu untuk memeriksa kekerasan permukaan cetakan. Green hardness tester.1.7 Pemeriksaan Titik Sinter Titik sinter dari pasir cetak adalah sifat yang sangat pentinguntuk menentukan apakah suatu jenis pasir dapat dipergunakansebagai cetakan pasir. Bila logam mengisi rongga cetakan, makalogam cair akan menyentuh pasir dan memanaskannya. Pasir cetak initidak boleh meleleh atau menjadi lemah di bawah pengaruh panas itu,sebab kualitas permukaan benda cor akan sangat kasar. Makin besarukuran butir-butir pasir, makin kurang mudah terpengaruh terhadap@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 25
  27. 27. pelelehan. Oleh karena itu jelas bahwa makin tinggi temperaturpenuangan, butir-butir pasir harus berukuran lebih besar. Pasir murni pada umumnya mempunyai titik leleh kurang lebih1705oC, sedangkan pasir alam mempunyai titik leleh antara 1327-1370oC. Pemuaian panas beberapa jenis pasir.@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 26
  28. 28. MODUL 2 PEMBUATAN POLA DAN CETAKAN Pengecoran adalah proses penuangan logam cair ke dalamcetakan yang memiliki rongga sesuai dengan bentuk yangdirencanakan, kemudian dibiarkan mendingin dan membeku didalamcetakan sehingga dihasilkan suatu produk coran. Dalam proses ini,beberapa hal yang harus dilakukan untuk membuat produk coranadalah pencairan logam, pembuatan cetakan dan inti, penuanganlogam cair, pembongkaran, pembersihan coran dan pengerjaan akhir. Pemilihan cetakan pasir yang akan digunakan pada prosespengecoran logam dipengaruhi oleh beberapa faktor teknis danpertimbangan ekonomisnya. Ada beberapa jenis cetakan pasir yangbiasa dipergunakan, yaitu antara lain: a. Cetakan pasir basah b. Cetakan pasir kering c. Cetakan pasir CO2 proses d. Cetakan pasir kulit e. Cetakan pasir yang mengeras sendiri lainnya Proses pengecoran dengan cetakan pasir dilakukan denganmenggunakan gaya gravitasi secara natural agar logam cair dapatmengisi rongga cetakan dengan baik, oleh karena itu desain sistimsaluran (gating system) akan sangat menentukan kualitas produk cor.Setiap tahapan yang dilakukan harus menyesuaikan dengan diagramalir proses pengecoran yang merupakan urutan dari tahapan prosespengecoran untuk menghasilkan produk cor yang baik denganproduktivitas yang tinggi. Berikut ini adalah contoh diagram alirproses pengecoran cetakan pasir yang sering dilakukan di industripengecoran pada umumnya.@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 27
  29. 29. Diagram alir proses pengecoran dengan cetakan pasir.2.1 Pola Pola atau pattern adalah suatu model yang memiliki ukuran danbentuk yang sama dengan bentuk produknya kecuali pada bidang-bidang tertentu yang disebabkan oleh faktor-faktor lain seperti bidangpisah (parting line), bentuk rongga (cavity), dan prosespemesinannya. yang menyebabkan kesulitan untuk dibentuk langsungpada pola. Faktor-faktor tersebut selanjutnya akan diantisipasi denganperhitungan penyusutan logam dan toleransi pemesinannya. Untuk ituada beberapa faktor diatas yang harus diperhatikan pada saatperencanaan pola yaitu.2.2.1 Bidang pisah (Parting line) Fungsi dari bidang pisah ini adalah memisahkan atau membuatpartisi dari bagian pola bagian atas (cope) dan dengan pola bagian@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 28
  30. 30. bawah (drag). Untuk itu bagian pola atas dan bawah harus memilikiacuan agar tidak mengalami kesalahan dimensi.2.2.2 Penyusutan Pola Pada setiap pola yang akan harus diketahui dahulu material apayang akan digunakan untuk pembuatan produk. Ukuran pola harusditambahkan dengan ukuran penyusutannya, setiap logam memilikinilai penyusutan berbeda, antara lain besi cor memiliki nilaipenyusutan (shringkage) sebesar 1%, aluminium 1.5 % dan baja 2%.2.2.3 Kemiringan Pola Setiap pola yang akan dibuat harus memiliki kemiringantertentu yaitu dengan tujuan agar pada waktu pencabutan model daricetakannya, pola tersebut tidak mengalami kerusakan danmemudahkan pada saat proses pencabutan pola dari cetakannya. Kemiringan setiap pola tergantung pada tinggi rendahnyaukuran pola tersebut jika ukuran dari suatu pola tinggi makakemiringannya kecil, sedangkan jika ukuran dari suatu pola rendahmaka kemiringannya besar. Pada aplikasinya dilapangan ternyatakemiringan yang dibuat tersebut adalah ±1o dan juga dipengaruhioleh faktor kesulitan suatu dari pola.2.2.4 Bahan dan Jenis Pola Bahan-bahan yang dipakai untuk pola yaitu kayu, resin, ataulogam. Dalam proses pengecoran tertentu atau khusus digunakan polaplaster atau lilin.A. Pola KayuKelebihan bahan pola dari kayu yaitu:  Digunakan untuk pola yang bentuk dan ukurannya rumit.  Mudah didapat.  Mudah dikerjakan (proses pengerjaannya mudah)  Harganya murah.@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 29
  31. 31. Kekurangan bahan pola dari kayu yaitu:  Tidak bisa mengerjakan produksi massal.  Sering terjadi penyusutan.B. Pola LogamKelebihan bahan pola dari logam yaitu:  Bisa digunakan untuk produksi massal  Mudah didapat.Kekurangan dari bahan pola logam yaitu:  Tingkat kesulitan perjakan  Tidak bisa mengerjakan pola yang rumit bentuk maupun ukurannya.C. Resin sintetisKelebihan bahan pola dari resin sintetis yaitu:  Dapat digunakan untuk bentuk dan ukuran yang rumit  Biasanya untuk produksi massalKekurangan bahan pola dari resin sintetis yaitu:  Harganya relatif mahal dan sulit didapat2.2.5 Peralatan Pembuatan Pola Proses manufaktur pola kayu memerlukan alat-alat kerja kayu(carpenter) yang cukup modern, seperti gergaji mesin, alat penghaluspermukaan, bor kayu, dan alat-alat pahat. Proses pembuatanyasendiri cukup rumit karena alat ukur yang digunakan memiliki panjangyang berbeda dengan ukuran normal akibat adanya nilai penyusutanlogam, untuk itu sangat diprlukan ketelitian pada saat pembuatanya. Pola yang terbuat dari logam diproses dengan menggunakanmesin-mesin yang cukup canggih seperti dengan menggunakan mesinCNC (computerize numerical control), Wire cut, dan mesinkonvensional seperti bangku bubut, freis, bor, dan gerinda. Tujuan utama pembuatan cetakan pasir dengan bantuan pola,adalah sebagai berikut:@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 30
  32. 32.  Untuk mendapatkan produk coran dengan kualitas geometri yang baik, seperti bentuk, dimensi dan posisi.  Mempertinggi efisiensi dan produktivitas proses pengecoran massal.Langkah-langkah yang perlu dilakukan dalam perancangan polaadalah sebagai berikut:  Menetapkan parting line sebagai pemisah antara cope dan drag.  Menentukan tambahan dimensi akibat penyusutan logam dan akibat goyangan pada saat pola dilepas dari rongga cetakan.  Menentukan kemiringan pola agar mudah dilepaskan dari rongga cetak.  Menentukan tambahan dimensi untuk kompensasi dari adanya proses pemesinan.2.3 Sistim Saluran Saluran tuang dapat didefinisikan secara sederhana sebagaisuatu bagian untuk mengalirnya logam cair mengisi rongga cetakan.Bagian-bagiannya meliputi cawan tuang (pouring basin), saluran turun(sprue), saluran pengalir (runner), dan saluran masuk (ingate).Sistem saluran yang ideal harus memenuhi kriteria seperti;mengurangi cacat, menghindari penyusutan dan dapat mengurangibiaya produksi, berikut adalah uraian dari karakteristik sistim saluranyaitu:a. Dapat mengurangi terjadinya turbulensi aliran logam cair kedalam rongga cetakan. Turbulensi akan menyebabkan terjebaknya gas- gas/udara atau kotoran (slag) didalam logam cair yang dapat menghasilkan cacat coran.b. Mengurangi masuknya gas-gas kedalam logam cair.c. Mengurangi kecepatan logam cair yang mengalir kedalam cetakan, sehingga tidak terjadi erosi pada cetakan.d. Mempercepat pengisian logam cair kedalam rongga cetak untuk menghindari pembekuan dini.@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 31
  33. 33. e. Mengakomodir pembekuan terarah (directional solidification) pada produk coran.f. Gradien temperatur yang terjadi saat masuknya logam cair kedalam cetakan harus sama baiknya dengan gradien temperatur pada permukaan cetakan sehingga pembekuan dapat diarahkan menuju riser.@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 32
  34. 34. Berikut ini ditunjukkan jenis-jenis dari sistim saluran:Sistim saluran terdiri atas:  Saluran masuk (gate).  Saluran pengalir (runner).  Saluran turun (sprue).Penentuan coran dalam sistem saluran: • Tempatkan dimensi coran yang besar pada bagian bawah. • Minimalkan tinggi dari coran. • Tempatkan daerah terbuka dibagian bawah. • Tempatkan coran sedemikian rupa hingga riser berada pada tempat tertinggi dari coran untuk bagian yang besar.Jika akan dibuat terpisah (cope and drag):@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 33
  35. 35. • Umumnya runner, gate dan sprue ditempatkan pada drag. • Tempatkan bidang pisah (parting plane) relatif serendah mungkin terhadap coran. • Tempatkan bidang pisah pada bagian dimana coran mempunyai luas permukaan terbesar.2.3.1 Sprue Sprue atau saluran tuang adalah suatu saluran vertikal tempat penuanganatau pouring logam cair yang berada pada daerah diatas parting line yang akanmeneruskan logam cair kedalam gate, riser dan produk cor. Secara umumbentuk saluran masuk ada beberapa tipe diantaranya adalah sprue sepertiterompet dan pouring basin (bush) yang berbentuk seperti kotak makanan. Saluran masuk logam cair sprue dan basin. Posisi dan tinggi sprue sangat menentukan kecepatan alir dari logam cairyang akan mengisi rongga cetakan. Oleh karena itu untuk perhitungan tinggisprue efektif (ESH, effective sprue height) kita dapat menghitungnya denganpersamaan. P2 ESH  H  2CH= Tinggi sprue. (Cm)C= Tinggi coran. (Cm)P= Tinggi coran dari cope hingga bagian teratasnya. (Cm)@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 34
  36. 36. Disain sprue/downsprue merupakan bagian yang penting saatlogam cair dituangkan. Disain sprue harus menghindarkan terjadinyaturbulensi logam cair. Aliran logam yang turbulen akan menyebabkanmeningkatkan daerah yang terkena udara sehingga sehingga oksidasimudah terjadi. Oksida yang terbentuk akan naik ke permukaan logamcair sehingga menyebabkan coran menjadi kasar permukaannya atauoksida akan terjebak didalam coran dan menyebabkan cacat. • Ukuran sprue harus dapat membatasi laju aliran logam cair (jika sprue besar, laju aliran akan tinggi akibatnya terbentuk dross, dengan blind-ends pada runner akan menjebak dross yang tidak diinginkan.) • Ukuran sprue yang dibuat menjadikan laju aliran tetap. • Bentuk sprue persegi panjang lebih baik dibandingkan dengan bentuk bulat untuk luas permukaan yang sama (menghindarkan kecenderungan aliran berputar (vortex formation)).Umumnya bentuk sprue mengecil kebawah dengan kemiringan 2-7o.@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 35
  37. 37. Contoh-contoh sprue: • Ukuran standar sprue menurut Swift, Jackson dan Eastwood 0,5÷1,5 in2 (1,27÷3,81 cm2) untuk bentuk persegi panjang ataupun bulat. Sprue bulat dengan ketinggian yang rendah tidak akan menyebabkan vortex problem, mudah dibuat dan ekonomis untuk bentuk coran kecil . • Ketinggian sprue ditentukan oleh tinggi coran dan riser. • Sprue ditempatkan sejauh mungkin dari saluran masuk (ingates). • Sprue ditempatkan dibagian tengah pengalir (runner). • Ukuran sprue 1,27x0,48 cm untuk coran kecil dan 2,54x16 cm untuk coran tipis yang besar. • Sprue dibuat bentuk meruncing (tapered). • Metoda lain untuk membersihkan logam cair sebelum memasuki gate dan runner, adalah dengan menggunakan secondary sprue:@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 36
  38. 38. Pertimbangan untuk menentukan lokasi sprue, yaitu:  Kemudahan untuk proses pouring.  Distribusi logam cair dapat merata kedalam cetakan.  Panjang runner dari sprue.2.3.2 Runners • Menggunakan standar dan ukuran yang umum dipakai. • Bentuk persegi panjang, baik digunakan untuk cetakan pasir. • Membuat perpanjangan runner (blind-ends) untuk menjebak dross yang terbentuk.@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 37
  39. 39. • Ukuran luas runner 3 kali luas ujung keluar sprue/down sprue/choke. • Ukuran runner biasanya dibuat berdasarkan perbandingan sprue : runner : gate. (misalnya, 1:3:2), contoh kasus: Choked runner: W (Width) = (3 ~ 4) T (Thickness) l (length) = 1.5 T or 37 ~ 50 mm Total area of gate: A = (Sectional area of choked runner) X 2 t = Thickness of gate w = Width of gate = (4 ~ 6) t Perangkap dross/pengotor pada runner:2.3.3 Gate Adalah saluran yang mendistribusikan langsung logam cair kedalamrongga produk cor. Ingate harus mudah dipotong untuk proses pelepasan produk@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 38
  40. 40. cor dari bagian sistem salurannya biasa disebut fettling, oleh karena itu dalampembuatan ingate kita harus memperhatikan ukuran coran, ketebalanya, kondisicetakan dan ukuran dan bentuk ingatenya itu sendiri. Contoh bentuk geometri desain ingate. Keterangan: a. circular / lingkaran e. tipe-U b. hexagonal f. persegi c. segitiga g. tipe-W d. semi-circularPertimbangan-pertimbangan dalam perencanaan gate: • Gate dipasang pada bagian yang tebal. • Gunakan ukuran standar dan bentuk yang umum digunakan (biasanya berbentuk persegi panjang). • Tempatkan gate dengan meminimalkan terjadinya pengadukan atau erosi pada pasir cetak oleh aliran logam cair. • Tidak menempatkan gate pada posisi perangkap dross. • Jarak yang pendek antara gate dan coran. • Jumlah gate yang banyak, diperbolehkan untuk temperatur pouring yang rendah.A. Hubungan antara gate dan runner:@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 39
  41. 41. Untuk menghasilkan aliran logam cair agar seragam memasuki semua gate,maka: 1. Momentum harus diturunkan secara bertahap dengan penurunan dimensi runner. 2. Tekanan harus ditingkatkan secara bertahap dengan meningkatkan gesekan melawan aliran didalam gate.B. Hubungan proporsi luas penampang sprue, runner dan gate terhadap distribusi aliran cair logam adalah sebagai berikut: 1. Ketika total luas penampang dari gate lebih kecil dari runner, logam cair akan mengsi runner dengan cepat dan memiliki kecenderungan untuk mengalir ke dalam cetakan melewati setiap gate. 2. Ketika luas penampang total dari gate lebih besar dari runner, logam cair akan sulit memasuki sprue dan runner, dan ini juga tidak mudah untuk memindahkan pengotor didalam sprue dan runner. Aliran dari logam cair yang melewati gate menjadi tidak seragam. 3. Untuk kasus bottom gate, walaupun luas total penampang gate lebih besar daripada runner, aliran menjadi relatif cepat dan seragam akibat tekanan sebagai gesekan melawan aliran. 4. Didalam kasus top gate, ketika total luas penampang gate lebih besar daripada runner, aliran melalui gate menjadi tidak seragam.@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 40
  42. 42. D. Penentuan Lokasi Gate, prinsipnya gate harus ditempatkan pada bagian yang tebal, sehingga cairan logam dapat langsung masuk kedalam cetakan dengan cepat tanpa tahanan, dan proses finishing menjadi lebih mudah.@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 41
  43. 43. E. Posisi gate pada runner, sebaiknya mempertimbangkan hal-hal sebagai berikut: a. Meletakkan gate pada lokasi yang jauh dari sprue dan runner extension. b. Meletakkan gate pada arah yang berlawanan dengan aliran logam cair. c. Ketika gate dipasang pada arah yang sama dengan aliran logam, maka akan memudahkan kotoran ikut masuk. F. Ruang antara gate, runner dan cetakan yang sempit menyebabkan cetakan mudah rusak dan ikut mengalir dengan logam cair. Tetapi bila ruang terlalu besar, gate menjadi lebih panjang, akibatnya porositas mudah terjadi pada gate. G. Ketinggian gate dan runner, yang penting runner harus mendistribusikan logam cair kebagian cetakan, dan pada saat yang sama, dapat memindahkan pengotor di dalam logam cair. Jadi ketinggian runner harus lebih tinggi dari gate. Untuk memberi tekanan logam cair pada gate, umumnya ketinggian runner 4 kali lebih tinggi dari gate. Tetapi untuk segi ekonomis, tinggi runner biasanya 2 kali tinggi gate.@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 42
  44. 44. 2.4 Gating Ratio Didefinisikan sebagai perbandingan antara luas penampang melintangsprue : total luas penampang runner : total luas penampang gate. Umumnyauntuk besi cor dan baja, rasio ini menurun, menurut banyak peneliti, gating ratioyang direkomendasikan adalah sebagai berikut:  Quick pouring =1:2:4  Ordinary pouring = 1 :0,9 : 0,8  Slow pouring = 1 : 0,7 : 0,5Perbedaan rasio untuk top gating dan bottom gating yaitu:  Top gating = 1 :0,9 : 0,8  Bottom gating = 1 :1,1 : 1,22.5 Saluran Penambah (Riser) Riser didisain dekat ke bagian yang tebal dan berfungsi sebagaiumpan logam cair selama pembekuan. Riser mempunyai ukuran dankonstruksi agar dapat membeku paling akhir. Pertimbangan terhadapRiser adalah sebagai berikut: • Tempatkan riser dekat bagian yang tebal. • Penggunaan side riser umumnya ditempatkan diatas ingate, digunakan untuk coran dengan dinding tipis.@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 43
  45. 45. • Riser diukur berdasarkan volume logam cair. • Riser dibuat cukup besar agar dapat mengisi bagian yang menyusut dan terakhir membeku. • Riser mempunyai perbandingan yang besar antara volume:luas dari corannya sendiri sehingga coran akan membeku terlebih dahulu dibandingkan riser.Ketinggian riser tergantung dari jenis riser yang digunakan.Untuk top riser = 1,5 kali diameter riserSide riser = 0,75 – 2 kali diameter riserHubungan antara diameter dan tinggi riser :@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 44
  46. 46. Untuk memudahkan pembuangan riser, biasanya dibuat riser neck.Riser akan efektif jika riser neck dibuat lebih pendek.@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 45
  47. 47. @@ Teknik Metalurgi – UNJANI 46
  48. 48. Sebagai contoh perhitungan gating system, diberikan pada tabel excel dibawahini:Perancangan dimensi sistim saluran produk gear diatas dimulaiberdasarkan contoh perhitungan sebagai berikut:@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 47
  49. 49. No NOTASI & RUMUS INPUT OUTPUT1 Casting product weight, Wo (Kg) 1002 Density, ρ (Kg/cm^3) 0,00783 Yield ratio, y (%)=(Wo/W)x100 63,4184 Pouring weight, W (Kg)=Wox100/y 157,685 Pouring time, tp (sec)=C√W=0.8√W 10,05 Konstanta, C=0,5-0,8 (quick & medium pouring) C=2 (slow pouring)6 Pouring Volume, Qp (cm^3)=W/r 20138,217 Flowing volume, qi (cm^3/sec)=(Qp/tp) / n 2004,658 Sprue height, Ht (cm) 409 Casting height, c (cm) 710 Parting Line height, p (cm) 3,511 Effective pouring height, He (cm): A. He=Ht-(P^2/2c), produk terbagi 2 oleh part line 39,13 B. He=Ht, produk semuanya dibawah part line 40,00 C. He=Ht-P/2, produk semuanya diatas part line 38,2512 Jenis Gating Sistim: (A : B : C) A13 Velocity at gate, Vg (cm/sec)=Z√2g He 98,08 Z=Flow coeffisient=0,35-0,8 g=Konstanta gravitasi=9,8 m/sec^214 Total area of gate section, Sg (cm^2)=W/(r.tp.Vg) 20,4415 Number of gate, n 116 Area of gate section, Ag (cm2)=Sg/n 20,4417 Gatting ratio: Sprue Runner Gate A. 1:2:4 = quick (cepat) 5,11 10,22 20,44 B. 1:0,9:0,8 = ordinary (sedang) 25,55 22,99 20,44 C. 1:0,7:0,5 = slow (lambat) 40,88 28,62 20,44 D. Lainnya= 1 : 1,2 : 1,2 17,03 20,44 20,4418 Jenis Gating Ratio: (A : B : C : D) C19 Area of sprue section, As (cm^2) - diameter bawah: 7,22 diameter atas: 11,408 tinggi: 40,00 Area of runner section, Ar (cm^2) 4,9520 lebar atas: lebar bawah: 5,75 tinggi: 5,35 panjang: 33,96 Jarak ke Ingate pertama: 16,9821 Area of gate section, Ag (cm2) lebar atas: 14,88 Lebar bawah: 15,68 tinggi: 1,34 panjang: 10,2222 Velocity at spue, Vs (cm/sec)=qi/As 49,0423 Velocity at runner, Vr (cm/sec)=qi/Ar 70,0624 Velocity at gate, Vg (cm/sec)=qi/Ag 98,0825 Reynold number, Re = (10^5 . Wp) / (tp . 10 P) Sprue Runner Gate P=perimeter (cm) 6927,21 7620,67 4838,30 Re<2300 : aliran laminary Semi Semi Semi 2300<Re<13800 : aliran non turbulent Turbulen Turbulen Turbulen Re>13800 : aliran turbulent@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 48
  50. 50. 2.6 Cetakan dan Inti Cetakan dan Inti pada pengecoran logam merupakan salah satukomponen penting untuk menghasilkan suatu produk logam melaluiproses pengecoran. Cetakan adalah suatu alat pada prosespengecoran yang terbuat dari suatu material tahan temperatur tinggi(refractory) dan memiliki suatu rongga dengan bentuk geometritertentu untuk di cor dan menghasilkan suatu produk cor yang sesuaidengan bentuk geometri rogga tersebut.@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 49
  51. 51. Pada dasarnya suatu cetakan dapat menggunakan berbagaimacam bahan yang memiliki kemampuan untuk menampung cairanlogam yang panas dengan tidak mengalami suatu perubahan fisik dankimia hingga dapat mempengaruhi hasil pengecoran logam tersebut.Material yang saat ini masih banyak digunakan untuk cetakanpengecoran logam antara lain logam dan pasir. Pasir hingga saat inimasih mendominasi sebagai material cetakan karena pasir memilikibeberapa keuntungan antara lain mudah di dapat dan cukup murah. Inti adalah suatu model skala penuh untuk membentukpermukan bagian dalam dari suatu produk cor yang tidak mampudibentuk oleh rongga dari cetakan. Suatu inti dalam pengecoranlogam sangat diperlukan karena dengan inti suatu proses pengecorandapat lebih efektif, inti dapat meningkatkan yield ratio dari suatuproses pengecoran dan dapat mempermudah proses lanjut dari suatuproduk pengecoran. Untuk membuat suatu cetakan pasir maka akan dibutuhkanbahan lain yang akan di mixing dengan pasir agar sifat-sifat yangdiinginkan seperti mampu bentuk, mampu tekan, mampu retak,refractoriness, permeabilitas dan sifat yang diinginkan lainnya dapatdicapai. Beberapa bahan lain yang ditambahkan kedalam pasir cetakantara lain: A. Bentonit, adalah suatu bahan pengikat atau binder yang dicampurkan kedalam pasir cetak dengan tujuan meningkatkan mampu bentuk dari pasir cetak. B. Coal dust, adalah suatu bahan tambahan pada pasir cetak yang bertujuan agar pasir lebih terbuka ketika logam cair dituangkan hingga permeabilitas pasir tetap baik dan juga berfungsi untuk membentuk film gas CO2 agar antara pasir dan logam cair terpisah dan melindungi butir pasir supaya tidak terjadi overheat dan fusi terhadap permukaan logam. C. Air dan Gula tetes, adalah bahan tambahan untuk membantu meningkatkan mampu tekan dan kekuatan dari pasir cetak.@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 50
  52. 52. D. Bahan tambahan lain untuk pasir cetak seperti: Dextrine, diethyl glicol, soda ash, tepung maizena, tepung tapioka dan bahan tambahan lainya. Bahan tambahan yang ditambahkan tersebut akan di-mixing didalam mixer pasir selama beberapa menit agar seluruh campurannyamerata dan siap untuk di bentuk cetakan. Komposisi campuran pasircetak akan berbeda tergantung dari logam yang akan dicor dan posisipasir dalam cetakan yaitu pasir muka dan pasir pengisi. Beberapabahan tambahan juga berfungsi untuk preparasi pasir cetak setelahdigunakan berulang-ulang, preparasi yang dilakukan antara lain sandtempering dan sand condition. Komposisi untuk pembuatan cetakan pasir. No. Komposisi pasir muka Jumlah (%) 1. Pasir Baru 20 2. Pasir Bekas 80 3. Bentonit 2 4. Coaldust/Karbon 0,1 5. Gula Tetes 0,2 6. Air 1,2 7. Waktu Mixing 15-25 Menit No. Komposisi pasir isi Jumlah 1. Pasir Bekas 100 2. Bentonit 1 3. Air 1,2 4. Waktu Mixing 10-15 MenitKomposisi lain dari cetakan green sand atau cetakan pasir basah yangterdiri atas:  Campuran pasir silika (air: 3-4% dan pasir bekas: balance)  Bentonit (8-10%)  Air (3-4%)  Gula tetes (0,5-1%)Jika ada penggunaan inti, maka dapat dibuat dengan cara CO2-Prosesdengan komposisi bahan cetakan yang dipakai adalah sebagai berikut:  Pasir silika (pasir baru: balance)@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 51
  53. 53.  Air Kaca (Water Glass) (4-6%)  Gula tetes (1/2-1%)Komposisi pasir untuk inti dapat menggunakan pasir cetak furanyaitu:  Pasir silika baru 4-11%  Pasir silica bekas 89-96%  Binder 1-1,5% dari total pasir  Catalist 30-50% dari binderBahan-bahan tersebut masuk mesin continuos mixer furan dimanabinder (furfuryl alcohol) sebagai pengikat dan catalyst (Sulfuric Acid,H2SO4) sebagai pengeras. Setelah tercampur maka pasir dikeluarkandari mesin.2.7 Prosedur Percobaan:1. Rencanakan pola yang akan dipergunakan.2. Pembuatan pola.3. Rencanakan sistim saluran yang akan dibuat.4. Persiapkan bahan atau peralatan bantu.5. Pembuatan Cetakan Pasir.5.1 Memadatkan pasir Pasir cetak yang kekerasannya didapatkan dari pemadatanadalah pasir cetak dengan pengikat lempung (bentonit). Prosespemadatan akan mengurangi volume pasir sebesar 20-30% darisebelum dipadatkan, maka rongga antara butiran pasir akan hilang,dan butiran pasir akan terikat satu sama lain dengan baik. Pemadatandengan alat pemadat haruslah rata dan menyeluruh, selain itupertimbangan lainnya adalah:  Pasir cetak harus mampu menahan tekanan pengecoran, dan ukurannya tidak boleh berubah.@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 52
  54. 54.  Pasir cetak harus tetap dapat dilewati udara hingga gas-gas dapat lebih mudah keluar. Penusukan lubang gas dapat dilakukan sebagai lubang tambahan (ventilasi).Untuk dapat mencapai kepadatan yang baik alat-alat tangan yangdipergunakan adalah:- Penumbuk runcing. Memiliki permukaan tumbuk yang runcing untuk menghasilkan tumbukan yang keras. Disamping itu dapat pula digunakan untuk menumbuk pasir cetak pada daerah sudut dan celah.- Penumbuk datar Memiliki permukaan tumbuk yang lebar. Kekuatan tumbuk lebih kecil dan digunakan untuk penumbukkan akhir hingga hasil tumbukkan rata.- Penumbuk bertekanan udara. Digunakan untuk mengerjakan benda besar.@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 53
  55. 55. 5.2 Pemolesan Pasir Cetak Pemolesan sebagai salah satu teknik pembuatan cetakan, hanyadilakukan pada pengerjaan cetakan dengan pasir berpengikatlempung (bentonit). Pemolesan dilakukan pada pasir disekeliling pola,dimana pasir ditekan sekitar 1 mm kedalam. Dengan demikian poladapat dikeluarkan tanpa merusak tepi-tepi cetakan. Proses pemolesan ini juga dapat memperbaiki tepi-tepi yangrusak, pemolesan dilakukan dengan cara memoleskan pasir padapermukaannya. Daya lekat pasir cetak berpengikat lempung dapatdinaikkan hanya dengan membasahi sedikit pasir yang akandilekatkan. Alat-alat pemoles yang umum digunakan adalah:- Lanset Berupa sebuah daun pada satu sisi dan sendok pada sisi yang lainnya, digunakan untuk memoles permukaan kecil dan untuk membuat saluran-saluran penuangan.- Sendok semen Digunakan untuk memoles permukaan yang lebar dan untuk membuat saluran- saluran besar juga daerah cawan tuang.- Kait pasir Dengan pengaitnya, rontokan pasir dapat diangkat sekaligus memoles bagian-bagian cetakan yang dalam. Dengan pisaunya,@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 54
  56. 56. pemolesan bagian-bagian yang tegak dapat dilakukan, juga untuk memperbesar saluran turun.- Kaki besi Untuk memoles bentuk-bentuk dan posisi yang sulit pada rongga cetakan yang dalam.- Sendok poles Digunakan untuk memoles serta memperbaiki permukaan cetakan.- Kancing pemoles Untuk membuat ataupun memperbaiki radius ataupun sudut-sudut cetakan.- Batang pemoles bulat Terdiri dari sebuah batang dengan kaki-kaki pemoles oval, berfungsi seperti kaki besi.- Batang pemoles datar Untuk memoles permukaan yang terdapat jauh didalam rongga cetakan, dan permukaan yang tidak rata.@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 55
  57. 57. 5.3 Urutan Pembuatan Cetakan5.3.1 Rangka cetak untuk cetakan bawah diletakkan diatas landasan. Pola bagian bawah diletakkan.5.3.2 Bahan pemisah cair (bahan dasar lilin ataupun minyak tanah) atau serbuk (graphit, debu, arang) disemprotkan atau ditaburkan.5.3.3 Pengayakan pasir muka diatas pola setebal 2 cm dan ditekan dengan tangan untuk menghasilkan permukaan tuangan yang halus.5.3.4 Pengisian dengan pasir pengisi dan dipadatkan setiap tebal pasir sekitar15 cm.5.3.5 Perataan pasir dan untuk hal-hal khusus ditusukkan batang besi sebagai lubang pembuangan gas.5.3.6 Cetakan bawah dibalik5.3.7 Pemolesan5.3.8 Rangka cetakan atas dipasangkan@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 56
  58. 58. 5.3.9 Pola bagian atas dipasangkan juga saluran turun dan penambah, bahan pemisah disemprotkan /ditaburkan.5.3.10 Pengayakan pasir muka, ditekan dengan tangan.5.3.11 Pengisian dengan pasir pengisi dipadatkan lapis demi lapis.5.3.12 Perataan pasir, penusukan lubang gas.5.3.13 Saluran turun dan penambah dicabut keatas cetakan atas diangkat lalu dibalik.5.3.14 Pembasahan pasir pada sekitar sisi pola cetakan atas, pola dipukul-pukul hingga longgar terhadap cetakannya. Pola bagian atas diangkat.@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 57
  59. 59. 5.3.15 Saluran turun dan penambah diperbesar/diperbaiki.5.3.16 Saluran terak dan saluran masuk dibuat (bila tidak dicetakan atas, di cetakan bawah).5.3.17 Pembasahan pasir pada sekitar sisi pola cetakan bawah, pemuklan pola hingga longgar. Pola bagian bawah diangkat.5.3.18 Perbaikan permukaan cetakan.5.3.19 Penaburan grafit pada rongga cetakan. Cetakan yang lebih besar dilakukan pelapisan (pelapis dengan pencair air maupun alcohol).5.3.20 Peletakkan inti pada cetakan bawah saluran pembuangan gas dari dudukan inti kearah rangka cetak digores.5.3.21 Perakitan cetakan5.3.22 Pembebanan ataupun pengekleman.@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 58
  60. 60. 6. Pembuatan Cetakan Pasir Furan Pada penggunaan pasir cetak mengeras sendiri (misal: pasircetak berpengikat resin phenol ataupun resin furan), pengerjaanpemadatan dan pemolesan tidak diperlukan lagi. Terutama padapembuatan cetakan penuh dengan pola polisterin, proses pengerjaansemakin sederhana.  Pola diletakkan dalam rangka cetak yang telah diberi landasan pasir cetak atau pada lubang galian.  Saluran tuang dan penambah dipasangkan.  Pasir cetak ditimbunkan hingga hanya menyisakan permukaan atas cawan tuang saja. Penusukkan lubang-lubang pembuangan gas (bila perlu).  Cetakan selesai dan tunggu hingga pasir mengeras.2.8 Pencatatan Data: 1. Catat setiap tahap atau urutan kerja yang dilakukan. 2. Hitung volume pola benda coran lengkap dengan sistim salurannya. 3. Catat berapa penyusutan dari ukuran pola. 4. Catat berapa volume dan berat pasir cetak untuk cetakan- cetakan pasir yang dipakai. 5. Gambarkan sistim saluran cetakan pada sebuah rangka cetak (jangan lupa menentukan cup, drag dan garis pisahnya).@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 59
  61. 61. MODUL 3 TUNGKU PELEBURAN & PERHITUNGAN MUATANI. TUJUAN PRAKTIKUM  Mengetahui cara kerja tungku peleburan untuk logam-logam ferro dan non-ferro.  Dapat menentukan dan merencanakan muatan (material charging).II. TEORI DASAR2.1 Klasifikasi Tungku Dalam suatu industri pengecoran, tungku peleburan merupakan suatukomponen penting karena dapat menentukan tahapan proses produksiselanjutnya. Disamping itu penanganan terhadap logam juga merupakan halyang cukup penting dalam suatu proses produksi. Logam cair dalam keadaanideal, kualitas hasil proses pengecorannya akan sangat tergantung pada teknikpencetakkan dan perlakuan terhadap logam cair tersebut serta tergantung pulapada jenis tungku yang dipergunakan, selain itu tungku tersebut juga akanmempengaruhi kecepatan dan kapasitas peleburan. Penggunaan jenis tungku dengan gangguan pada permukaan logam cairseminimum mungkin, akan sangat disukai, oleh karena itu jenis tungku denganterjadinya kontak langsung hasil pembakaran dan logam cairnya harus dihindari.Disamping itu, jenis tungku yang dilengkapi dengan sistim kontrol temperaturjuga penting, karena dengan semakin tingginya temperatur logam cair, makakelarutan gas dan reaksi oksidasi akan semakin besar yang akan berpengaruhterhadap terbentuknya cacat-cacat coran. Tungku adalah sebuah peralatan yang digunakan untuk mencairkanlogam pada proses pengecoran atau untuk memanaskan bahan dalam prosesperlakuan panas. Karena gas buang dari bahan bakar berkontak langsung dengan bahanbaku, maka jenis bahan bakar yang dipilih menjadi penting. Sebagai contoh,beberapa bahan tidak akan mentolelir sulfur dalam bahan bakar. Bahan bakar@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 60
  62. 62. padat akan menghasilkan bahan partikulat yang akan mengganggu bahanbaku yang ditempatkan didalam tungku. Untuk alasan ini, maka:  Hampir seluruh tungku menggunakan bahan bakar cair, bahan bakar gas atau listrik sebagai masukan energinya.  Tungku induksi dan busur (arc) menggunakan listrik untuk melelehkan baja dan besi tuang.  Tungku pelelehan untuk bahan baku bukan besi menggunakan bahan bakar minyak.  Tungku yang dibakar dengan minyak bakar hampir seluruhnya menggunakan minyak tungku, terutama untuk pemanasan kembali dan perlakuan panas bahan.  Minyak diesel ringan (LDO) digunakan dalam tungku bila tidak dikehendaki adanya sulfur. Idealnya tungku harus memanaskan bah an sebanyak mungkin sampaimencapai suhu yang seragam dengan bahan bakar dan tenaga kerjasesedikit mungkin. Kunci dari operasi tungku yang efisien terletak padapembakaran bahan bakar yang sempurna dengan udara berlebih yangminimum. Tungku beroperasi dengan efisiensi yang relatif rendah (dibawah 70%) dibandingkan dengan peralatan pembakaran lainnya seperti boiler (denganefisiensi lebih dari 90 %). Hal ini disebabkan oleh suhu operasi yang tinggididalam tungku. Sebagai contoh, sebuah tungku yang memanaskan bahansampai suhu 1200 oC akan mengemisikan gas buang pada suhu 1200 C ataulebih yang mengakibatkan kehilangan panas yang cukup signifikan. Tungku secara luas dibagi menjadi dua jenis berdasarkan metodapembangkitan panasnya: tungku pembakaran yang me nggunakan bahanbakar, dan tungku listrik yang menggunakan listrik. Tungku pembakarandapat digolongkan menjadi beberapa bagian seperti ditunjukkan dalam Tabel2.1 jenis bahan bakar yang digunakan, cara pemuatan bahan baku, caraperpindahan panasnya dan cara pemanfaatan kembali limbah panasnya.Tetapi, dalam prakteknya tidak mungkin menggunakan penggolongan inisebab tungku dapat menggunakan berbagai jenis bahan bakar, cara pemuatanbahan ke tungku yang berbeda, dll. Tungku yang paling umum digunakan akandijelaskan dalam bagian berikutnya.@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 61
  63. 63. Tabel 2.1 Klasifikasi tungku Metoda klasifikasi Jenis dan contoh Dibakar dengan minyakJenis bahan bakar yang Dibakar dengan gasdigunakan Dibakar dengan batubara Berselang (intermittent) atau batch Berkala Penempaan Pengerolan ulang / re-rolling batch /pusher PotCara pengisian bahan Kontinyu Pusher Balok berjalan Perapian berjalan Tungku bogie dengan sirkulasi ulang kontinyu Tungku perapian berputar/ rotary hearth furnace Radiasi (tempat perapian terbuka)Cara perpindahan panas Konveksi (pemanasan melalui media)Cara pemanfaatan Rekuperatifkembali limbah panas Regeneratif2.1.1 Tungku Krusibel Tungku krusible merupakan salah satu jenis tungku dengan sistimpemanasan tidak langsung (indirect fuel fired furnace). Fungsi utamanya adalahuntuk melebur logam Aluminium dan sejenisnya. Peleburan muatan dilakukandengan menggunakan krusibel yang dipanaskan bagian luarnya secara konduksimelalui dinding krusibel dengan sumber panas dari pembakaran minyak, gas,kokas, arang atau pemanasan dari filamen listrik. Berdasarkan cara pencairan logamnya, tungku krusibel diklasifikasikandalam 3 jenis (Gambar 2.1), yaitu: 1. Tungku jenis lift-out 2. Tungku jenis stationary 3. Tungku jenis tiltingPada tungku jenis lift-out, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.1, krusibelditempatkan didalam rangka tungku, setelah logam mencair maka krusibel@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 62
  64. 64. dikeluarkan dari dalam tungku. Krusibel yang dipergunakan harus selalumenggunakan jenis refraktori dengan kapasitas maksimum 50 kg aluminium.Kerugian dari jenis tungku ini adalah keterbatasan dalam menghasilkanproduktivitas dalam jumlah yg tinggi, memerlukan jumlah tenaga kerja ygbanyak, dan buruknya kondisi kerja, tetapi keperluan biaya perlengkapannyapaling murah. Tungku jenis stationary adalah jenis tungku dengan krusibel yangditempatkan secara permanen, kapasitas peleburannya berkisar antara 150 –450 kg aluminium dan jenis krusibel refraktori maupun besi cor dapat digunakandalam tungku jenis ini, tetapi krusibel jenis besi cor perlu selalu dilapis ulangdengan bahan refraktori secara periodik. Keuntungan dari jenis tungku ini adalahterletak pada kecocokkannya untuk beralih dari peleburan satu jenis paduan kejenis paduan lainnya dan tungku jenis stationari ini sangat baik untuk pemurnianaluminium serta biaya instalasi yang diperlukan relatif tinggi. Tungku krusibel jenis tilting, digunakan untuk peleburan dalam jumlah ygbesar berkisar sampai 450 kg aluminium, dan penuangan logam cairnya dengancara dimiringkan, logam cair akan mengalir melalui saluran yang ada padadinding tungku atau pada bagian atas bibir tungku. Keuntungan dari jenis tungkuini adalah dapat melebur dengan jumlah muatan yang besar, logam cair dapatdituangkan dengan mudah dan cepat, tetapi memerlukan biaya instalasi yangrelatif cukup tinggi. Gambar. 2.1 Beberapa jenis tungku krusibel; a. lift-out crucibel, b.Stationary pot, dan c.tilting-pot.@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 63
  65. 65. Effesiensi panas/peleburan dari tungku jenis krusibel adalah berkisar antara: 15-30 %, rendahnya effisiensi tersebut karena tingginya panas yang hilang melaluisaluran gas buang. Struktur utama konstruksi tungku jenis krusibel terdiri atas;krusibel, lapisan refraktori, sistim pembangkit panas dan alat pengukurtemperatur.2.1.2 Tungku Kupola Kupola merupakan tungku yang memiliki bentuk silinder vertikal yangmemiliki kapasitas besar. Tungku ini diisi dengan material pengisi antara lainbesi, kokas, flux atau batu kapur, dan elemen paduan yang memungkinkan.Tungku ini memiliki sumber energi panas dari kokas dan gas yang diberikanuntuk meningkatkan temperatur pembakaran. Hasil peleburan dari tungku iniakan ditapping secara periodik untuk mengeluarkan besi cor yang telah mencair. Gambar 2.2 Skematis dari tungku kupola.@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 64
  66. 66. 2.1.3 Tungku Busur Listrik Peleburan logam menggunakan tungku ini dilakukan denganmenggunakan energi yang berasal dari listrik berupa arc atau busur yang dapatmencairkan logam. Tungku jenis busur listrik ini biasanya digunakan untukproses pengecoran baja. Gambar 2.3 Electric furnace indirect system. Gambar 2.4 Electric furnace direct system.2.1.4 Tungku Induksi Tungku induksi adalah tungku yang menggunakan energi listrik sebagaisumber energi panasnya, arus listrik bolak-balik (alternating current) yangmelewati koil tembaga akan menghasilkan medan magnetik pada logam pengisi(charging material) didalamnya. Medan magnet ini juga akan melakukan mixingpada logam cair akibat adanya gaya magnet antara koil dan logam cair yangakan menimbulkan efek pengadukan (stiring effect) untuk menghomogenkankomposisi pada logam cair.@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 65
  67. 67. Logam cair didalam tungku harus dihindarkan dari kontak langsungterhadap koil. Oleh karena itu material tahan temperatur tinggi sebagai liningtungku harus memiliki ketebalan yang cukup untuk menahan beban logam cairdidalamnya. Pada gambar dibawah ini ditunjukan beberapa komponen utamadari suatu tungku induksi. Gambar. 2.5 Tungku induksi listrik. Setelah logam pengisi telah mengalami pencairan maka tungku induksi initelah dilengkapi dengan suatu pengendali untuk melakukan penuangan (titling)kedalam suatu ladle yang lebih kecil yang dibawa hook crane atau ladle yangdibawa oleh dua operator pouring ke cetakan.2.1.5 Tungku Converter. Converter ialah sebuah tabung baja dengan dinding berlapis dan tahanterhadap temperatur tinggi serta ditempatkan pada sebuah dudukan yangdibentuk sedemikian rupa agar posisinya dapat diubah secara vertikal mapunsecara horizontal dengan posisi mulut berada disamping atau diatas bahkan@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 66
  68. 68. dibawah. Posisiposisi ini diperlukan untuk pengisian, penghembusan karbondioksida dan penuangan hasil pemurnian (lihat Gambar 2.6). Gambar 2.6 Tungku Converter Bessemer. Proses pemurnian ini dilakukan dengan terlebih dahulu mencairkan besimentah ke dalam converter yang berada pada posisi horizontal kemudianconverter diubah posisinya pada posisi vertikal dan pada posisi ini udarabertekanan 140 KN/m2 dihembuskan melalui dasar converter ke dalam besimentah cair, dengan demikian maka unsur karbon akan bersenyawa denganoksigen menjadi karbon dioxida (CO2) dan mengikat unsur-unsur lainnya. Dengan tekanan udara sedemikian itu unsur-unsur tersebut akan terbawakeluar dari converter, proses ini dilakukan dalam waktu 20 menit, dari proses inibesi mentah memiliki unsur-unsur paduan tidak lebih dari 0,05 % dan 0,006 %diantaranya adalah unsur karbon dan dianggap sebagai besi murni atau Ferrite(Fe), selanjutnya ditambahkan unsur karbon ke dalam converter ini denganjumlah tertentu sesuai dengan jenis baja yang dikehendaki hingga 2,06%,coverter ini berkapasitas antara 25 ton sampai 60 ton. Pada dasarnya berbagai metoda dalam proses pembuatan baja ini ialahproses pemurnian unsur besi dari berbagai unsur yang merugikan sebagaimana@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 67
  69. 69. telah dikemukakan terdahulu, oleh karena itu dalam proses pembuatan bajadengan menggunakan sistem converter ini ialah salah satu proses pemurnianatau pemisahan besi dengan menggunakan bejana sebagai alat pemanasan(peleburan) besi kasar tersebut. (lihat Gambar 2.7) yang merupakan bagian daribentuk pemurnian besi kasar dengan dapur basa dari sistem converter. Gambar 2.7 Proses oxigen pada dapur basa untuk pemurnian besi kasar (pig Iron)2.1.6 Tungku Thomas dan Bessemer Thomas dan Bessemer melakukan proses pemurnian besi kasar dalampembuatan baja ini pada prinsipnya sama yakni menggunakan Converter,namun Bessemer menggunakan Converter dengan dinding yang dilapisi denganFlourite dan Kwarsa sehingga dinding Converter menjadi sangat keras kuat dantahan terhadap temperatur tinggi, akan tetapi dinding converter ini menjadibersifat asam sehingga tidak dapat mereduksi unsur Posphor, oleh karena itudapur Bessemer hanya cocok digunakan dalam proses pemurnian besi kasardari bijih besi yang rendah Posphor (Low-Posphorus Iron Ores). Sedangkan Thomas menyempurnakannya dengan memberikan lapisanbatu kapur (limestone) atau Dolomite sehingga dinding converter menjadi basadan mampu mereduksi kelebihan unsur Posphor dengan mengeluarkannyabersama terak (lihat gambar 2.8). Linz-Donawitz (LD-Processes), salah satuproses pemurnian besi dengan sistem converter ini pertama dikembangkan di@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 68
  70. 70. austria, proses dengan hembusan udara bertekanan hingga 12 bar di atasconvertor dengan posisi vertical, setelah besi mentah (pig iron) bersama dengansekrap dimasukan yang kemudian dibakar, udara yang dihembuskanmenghasilkan pembakaran dengan unsur karbon, belerang dan posphor yangterkandung didalam besi mentah tersebut, hal ini terjadi pada saat converterdalam posisi miring. Gambar 2.8 LD Top Blown Converter. Proses pembakaran ini terlihat pada nyala api dibagian converter. Bajadengan kadar karbon 0,2 % akan tercapai dengan pembakaran hingga 20 menit,namun jika diinginkan kadar karbon yang lebih tinggi dari 0,2 %, makahembusan udara dapat dihentikan sehingga proses pembakaran akan terhenti.komposisi unsur yang terdapat pada besi ini dapat dianalisis dengan mengambilcontoh dari besi cair sebelum terjadi pembekuan dan jika komposisi yangdikehendaki telah tercapai maka besi dapat dikeluarkan dari converter danmembiarkan slag (terak) tertinggal didalam converter yang akan dikeluarkanmelalui lubang terak. lihat gambar 2.9. Dari proses pemurnian besi dengan menggunakan metoda ini akandihasilkan baja yang memiliki sifat mekanik yang baik untuk diproses menjadibaja paduan (Alloy Steel) maupun sebagai baja karbon (non paduan) karenatingkat kemurniannya serta bebas dari unsur nitrogen (N) atau zat lemas yangmerugikan. Bahan ini juga sangat baik digunakan sebagai baja lembaran (Sheet@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 69
  71. 71. metals) yang banyak digunakan sebagai bahan baku karoseri kendaraan, tangkiserta baja-baja konstruksi. Pabrik Baja Austria “VöEST” (VereigniteOsterreischische Eisen Und Stahlwerke Aktiengesselschaft) menghasilkan bajadunia di tahun 1974. Rotor Processes, Converter dengan posisi mendatar (Horizontal)merupakan converter dimana terdapat dua buah pipa oksigen, masingmasingpipa ini salah satunya diarahkan pada bagian dasar converter didalam besi cairdan akan terbakar bersama peleburan besi kasar (pig Iron) bersama bajarongsokan, proses pembakaran ini akan menghasilkan gas karbonmonoksida(CO) yang juga akan terbakar dan menghasilkan karbon dioksida (CO2) untukmeratakan proses pemurnian. Selama proses pembakaran ini converter berputar dengan kecepatan 0,5sampai 2 put/mt. Kemudian undara ditiupkan melalui salah satu pipa yangberada pada permukaan logam cair, dengan demikian unsur-unsur yangterkandung pada besi akan terdesak keluar bersama dengan gas CO2. Gambar 2.9 Rotor mixed Blown Converter.Kaldo processes, menggunakan cara yang sama dengan yang dilakukan padarotor proses namun pada sistem Kaldo ini converter diposisikan miring 17o,dalam proses ini converter juga diputar dengan kecepatan putaran hingga 30put/ment. Dengan putaran ini sangat baik karena dapat mempercepat arustransformasi panas, namun hanya menggunakan sebuah pipa peniup dimanabesi kasar bersama besi tua dilebur didalam converter ini dan kemudian ditiupdengan oksigen melalui pipa tersebut. converter ini dapat memurnikan besidengan penurunan kadar phosphor hingga 2 % (lihat gambar 2.10).@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 70
  72. 72. Gambar 2.10 Kaldo top blown converter. Gambar 2.11 Blast Furnace.@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 71
  73. 73. 2.2 Perhitungan Muatan Perhitungan muatan (material balance) pada proses peleburanaluminium, umumnya mengandung 30-70 material (bahan baku) utama yangmeliputi ingot Aluminium dan silikon, serta unsur paduan lain yang secaralangsung ditambahkan pada logam cair seperti; Mg, Zn, dan logam lain yangmemiliki titik cair yang rendah lainnya. Pengaruh unsur paduan ketika prosespeleburan dan pencairan paduan aluminium, ditunjukkan pada Tabel berikut ini. Tabel. 2.2 Pengaruh Unsur paduan pada peleburan aluminium. Pengaruh Berasal dari: Unsur Baik Buruk -menurunkan keuletan -master alloys -meningkatkan cacat keropos (FeSi)Fe<1% menaikkan kekuatan tarik -menimbulkan bintik (keras) di -Ladle permukaan -Geram -memperbaiki kekerasan dan -Geram atauCu: 2-4% kekuatan -menurunkan ketahanan korosi skrap -mempermudah pemesinan -master alloys -memperbaiki kekuatan -meningkatkan mampu alir -menurunkan ketangguhan -skrapSi: 5-7% -mengurangi pemuaian -menyebabkan rapuh (jika -master alloys -meningkatkan ketahanan korosi kandungannya terlalu tinggi) -meningkatkan mampu mesin -menurunkan kekuatan -menurunkan ketahanan korosi -skrapZn<1% Meningkatkan mampu alir -menimbulkan cacat rongga -master alloys (jika kandungannya terlalu tinggi) -meningkatkan kekuatan dan -menurunkan mampu alir daya tahan terhadap temperatur -menghasilkan bintik (keras) -skrapMn<0,5% tinggi dipermukaan -master alloys -mengurangi pengaruh besi -mengkasarkan butir -meningkatkan ketahanan korosi -menurunkan ketangguhan -meningkatkan mampu mesin -menimbulkan bintik -skrapMg<0,5% -menghaluskan butir permukaan -master alloys -meningkatkan ketahanan korosi -meningkatkan kecenderungan cacat rongga udara -Meningkatkan kekuatan menurunkan fluiditas atau -skrapNi<0,3% -meningkatkan ketahanan korosi mampu alir -master alloys -menyebabkan segregasi -skrapPb<0,1% Memperbaiki mampu mesin -menyebabkan cacat hot -master alloys shortness (rapuh panas) -menimbulkan hot crack (retak -meningkatkan mampu mesin -skrapSn<0,1% panas) -memperbaiki struktur -master alloys -menimbulkan presipitasi -menurunkan timbulnya korosi Menghasilkan senyawa antar -skrapCr<0,3% tegangan logam yang tidak diinginkan -master alloys -memperbaiki ketangguhan@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 72
  74. 74. Dalam perhitungan muatan ini perlu diperhitungkan juga adanyakehilangan unsur karena proses peleburan (melting loss) yang nilainya sangattergantung pada tipe tungku yang digunakan dalam proses peleburan, teknikpeleburan, kondisi muatan, dan lain-lain. Tabel 1.4 menunjukkan besarnyakehilangan unsur yang didasarkan pada jenis muatan dan jenis tungku. Tabel. 2.3 Pengaruh jenis muatan dan tungku terhadap besarnya kehilangan unsur peleburan (melting loss). Oxidised and contaminated Virgin charge charge Metal Electric and Electric and Reverbratory Reverbratory crucible crucible furnaces furnaces furnaces furnaces Mg 2-3 3-5 3-5 3-10 Be 2-3 3-5 3-5 5-10 Al 1-1.5 1-2 1-2 2-3 Na 2-3 3-5 3-5 5-10 Zn 1-3 2-4 2-3 3-5 Mn 0.5-1 1-2 1-2 2-3 Sn 0.5-1 1-1.5 1-1.5 1.5-2 Fe 0.5-1 0.5-1 0.5-1 0.5-1 Ni 0.5-1 0.5-1 0.5-1 0.5-1 Si 0.5-1 1-1.5 1-1.5 1.5-2 Cu 0.5-1 1-2 1-2 2-3 Pb 0.5-2 1-2 - - Berikut ini disampaikan contoh hasil perhitungan muatan yang telahdiketahui terlebih dahulu komposisi kimianya dalam suatu proses peleburanAluminium dengan suatu target komposisi kimia tertentu.@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 73
  75. 75. @@ Teknik Metalurgi – UNJANI 74
  76. 76. MODUL 4 PELEBURAN & PEMADUAN LOGAMI. TUJUAN PRAKTIKUM  Dapat melakukan proses peleburan dan pemaduan logam.  Mengetahui besaran-besaran atau parameter proses yang terlibat dan berpengaruh terhadap produk coran yang yang dibuat.  Mengetahui cara-cara pengujian proses dan kualitas produk coran.II. TEORI DASAR2.1 Prinsip Pencairan Muatan pada Tungku Krusibel Prinsip kerja pencairan muatan pada tungku jenis krusibel dengan sumberpanas dari bahan bakar minyak (cair) atau arang/kokas (padat) adalah dengancara bahan bakar dimasukkan kedalam ruang reaksi (burner) sehingga akanmenimbulakan panas dialirkan secara radiasi kedinding krusibel. Selanjutnyaenergi panas ini dipindahkan secara konduksi kedalam muatan melalui dindingkrusibel. Reaksi pembakaran antara bahan bakar dengan oksigen (O2) dalamudara menghasilkan gas CO2 dan H2O serta energi panas. Energi panastersebut yang diperlukan untuk mencairkan muatan dalam krusibel hinggamencair. Proses pencampuran antara bahan bakar dan oksigen dalam udara,berlangsung sangat pendek. Pemanasan bahan bakar dan dara dilakukansangat cepat, karena pemanasan cepat inilah senyawa-senyawa hidrokarbontersebut terurai menjadi senyawa-senyawa yang lebih ringan dengan unsurdasar karbon dan hidrogen. Sebagai hasil dekomposisi thermal ini, sebagianbesar pembakaran terjadi antara hidrogen dan karbon elemental. Unsurhidrogen terbakar denan nyala api yang tidak terlihat (luminous flame),sementara unsur karbon terbakar dengan nyala api kuning yang khas (yellowflame).@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 75
  77. 77. 2.2 Peleburan Aluminium dan Paduannya Aluminium murni dan paduan aluminium dapat dicairkan denganberbagai cara. Tungku coreless, channel induction, crusible, open-heartreveratory furnaces yang memakai sumber panas dari gas atau bahan bakarminyak, dan tungku electric resistance serta electric radiation adalah jenis-jenistungku yang biasa digunakan. Salah satu jenis tungku peleburan logam yang banyak digunakan yaitu,Sealed crusible furnace (Gambar. 1). Dengan kerangka yang terbuat dari bajayang dilas, bagian atas ditutup lembaran baja yang dilapisi dengan bata tahanapi, bagian lining terbuat dari bata tahan api setebal 3-4 in. Tungku crusiblebiasanya digunakan untuk peleburan logam non ferrous, seperti aluminium,seng, tembaga dan timah. Pada tungku peleburan ini, crusible biasanya terbuatdari tanah liat atau grafit yang diletakan didalam ruang pembakaran. Gambar. 2.1 Tungku yang digunakan dalam proses pembuatan Aluminium. Crusible yang terbuat dari besi cor atau baja digunakan dengan tujuanuntuk menyediakan panas yang cukup bagi logam sehingga temperatur logamcair konstan. Crusible jenis ini mempunyai konduktivitas panas dan kekuatanmekanik yang baik. Tetapi crusible yang terbuat dari besi cor atau bajamempunyai kelemahan, yaitu unsur Fe dapat larut kedalam logam aluminiumcair. Untuk menanggulangi hal ini tungku harus sering dibersihkan dan dilapisidengan refraktory wash.@@ Teknik Metalurgi – UNJANI 76

×