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 kesprue. 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 dan 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.
6. Logam-logam dalam pengecoran
- 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 kimi
- Laju pendinginan, da
- 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 (Pelunakan)
- Austenitizing dan Quenching ( Pelapisan) & (Pendinginan)
- Tempering ( Penyamaan Suhu)
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 Kupol : 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
- Pengujian kekerasan (menggunakan metoda Brinell, Rockwell, Vickers dan
Shore)
- Pengujian tarik
- Pengujian analisa kimia (spektrometri,EDS)
- Pengujian struktur mikrodan struktur makro
- 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.
a. 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 : 1) Bahan-bahan mudah bergeser kebawah, 2) Gas CO dapat mencapai setiap tempat dekat dinding. 3) 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 : 1) Cairan mudah dikumpulkan pada tungku. 2) 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.
b. 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.
