Tenik Pengecoran Logam

Pengertian Tenik Pengecoran Logam

     Proses pengecoran adalah proses penuangan logam ke ceetakan, kemudian logam cair tersebut membeku sesuai dengan rongga cetak. Produk hasil pengecoran dapat digunakan pada produk akhir, namun demikian pada umumnya setiap produk coran menentukan hasil coran menggunakan cetakan pasir. Untuk mendapatkan hasil yang terbaik, tentusaja dibutuhkan proses lebih lanjut (machining) agar produk coran dapat menjadi lebih mulus dan rapih. Core inti adalah pembuat rongga pada cetakan pasir yang dibuat, namun inti biasanya dibuat dari bahan yang titik leburnya di atas temperatur  logam cair yang akan di cor.

Parameter proses yang terkait didalam proses pengecoran melalui model (pembuatan pola) pemilihan pasir cetak, pembuatan inti, komposisi kimia, neraca bahan, desain gating system proses pencairan, proses penuangan, kecepatan penuangan, proses pembekuan sifat mekanik cacat coran. Parameter-parameter yang mempengaruhi hasil dan kualitas dari coran yang dibuat adalah salah satunya komposisi pasir. Proses pengecoran dengan menggunakan pasir cetak sebagai unsur utama pada cetakan merupakan proses unsur utama pada cetakan merupakan proses pengecoran yang paling banyak digunakan.

Klasifikasi Pengecoran Dengan cetakan pasir

Secara umum cetakan dibagi dua jenis yaitu:

     a. Cetakan sekali pakai (Expandable Mold)

     b. Cetakan permanen (Permanent Mold)

Cetakan logam dengan menggunakan cetakan pasir termasuk kedalam cetakan sekali pakai karena cetakan tersebut harus dibongkar terlebih dahulu untuk mengeluarkan produk coran. Untuk mencetak kembali dengan menggunakan cetakan pasir kita harus  membuat ulang cetakannya. Itu adalah salah satu kerugian yang didapat apabila menggunakan cetakan pasir terdapat beberapa keuntungan apabila menggunakan cetakan pasir terdapat beberapa keuntungan apabila menggunakan cetakan pasir yaitu:

1.    Harga pasir cetak yang lebih murah.

2.    Dapat dipakai berulang-ulang

Karena beberapa sebab diatas, maka cetakan pasir sering digunakan di industri kecil.

    

 Terminologi Pengecoran dengan Cetakan Pasir

Pada umumnya cetakan pasir memiliki bagian – bagian sebagai berikut berikut :

1. Cavity (rongga cetakan)

     Merupakan ruang tempat logam cair dituangkan dalam cetakan bertambahnya bentuk ronggga ini tempat-tempat logam cair dituangkan dalam cetakan bentuknya sama dengan bentuk benda yang akan dicetak.

2.    Core (inti) 

     Fungsinya adalah membuat rongga pada benda coran. Inti dibuat terpisah dari cetakan dan dirakit pada saat cetakan akan digunakan. Bahan inti harus tahan menahan temperatur, karena itulah biasanya bahan dari inti terbuat dari pasir.

3.    Gating sistem (sistem saluran masuk)

     Merupakan saluran masuk ke rongga cetakan dari saluran turun. Gating system 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.

5. Raiser (penambah)

Merupakan penambah logam cair atau cadangan logam cair yang berguna dalam mengisi kembali rongga cetakan bila terjadi penyusutan selama solidifikasi.

  Pengecoran Cetakan Pasir

Pengecoran dengan menggunakan 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 terutama industri-industri kecil karena harganya sangat ekonomis

Kebayakan pasir yang digunakan dalam proses pengecoran adalah pasir silika (Si O₂). Pasir merupakan produk dari hancuran-hancuran batu-batuan dalm jangka waktu lama, alasan penggunaan pasir adalah karena pasir murah dan tahan terhadap temperatur yang extrim, namun apabila komposisi antara pasir, zat perekat dan unsur lainnya tidak tercampur dengan baik, maka hasil cetakan kurang begitu memuaskan. Pada umumnya ada 2 jenis pasir yang digunakan, yang pertama adalah Natu rally Blended (Bahic sands), kamudian jenis pasir kedua yang digunakan adalah pasir sinteks karena komposisinya yang mudah diatur diatur maka pasir shithetic lebih banyak digunakan pada industri pengecoran. Pemilihan jenis pasir untuk cetakan melibatkan beberapa faktor yaitu:

a.                   Bentuk Pasir

b.                   Ukuran pasir

c.                   Pengikat

Apabila kita menggunakan pasir halus dan bulat dalam membuat cetakan, maka hasil coran pun akan lebih halus / mulus, kemudian komposisis pasir dan pengikat dicampur dengan takaran tertentu. Setelah ketiga unsur tersebut diketahui dengan tepat, sesuai dengan kebutuhan, maka hasil coran dapat seperti yang diharapkan

   Jenis Cetakan Pasir

Cetakan pasir untuk proses pengecoran dengan menggunakan pasir pada umumnya dalah

a.    Green sand

Cetakan ini yang paling murah dan yang paling banyak digunakan disebut juga pasir cetak basah karena pasir di jenis cetakan green sandnya memiliki kandungan air/ kelebihan ketika dituangkan.

b.    Cold box.

Cetakan ini disebut cetakan kotak dinginn pasir yang dicampur dengan pengikat dari bahan organik, maupun non organik. Dengan tujuan untuk meningkatkan kerapatan cetakan pasir akurasi dimensi pada cold bot lebih tinggi, namun konsekuensinya harganya meningkat

c.    No Bake Mold

Dalam cetakan yang tidak dikeringkan, resin sintetik cair campuran dengan pasir dan campuran itu akan mengenai pada temperatur kamar karena ikatan antar pasir campuran itu akan mengeras pada temperatur kamar. Karena ikatan antar pasir terjadi tanpa dipanaskan, maka seringkali jenis cetakan ini juga disebut cold setting process, selain diperlukan cetakan yang tinggi beberapa sifat lain dari cetakan pasir yang diperlu diperhatikan adalah permeabilitas cetakan (kemampuan untuk melakukan udara atau gas

2.4.2   Pola

Merupakan gambaran dari bentuk produk yang akan dibuat. Pola dapat dibuat dari kayu,plastik atau polimer, maupun logam. Pemilihan material pola bergantgung pada bentukdan ukuran besi cor dan jenis pola yang digunakan pada umumnya jenis-jenis dari pola adalah

a.         Pola tunggal (one piece pattren)

            Biasanya digunakan untuk bentuk produk yang sederhana dan jumlah produk yang sedikit pola ini dibuat dari kayu dan tidak mahal

b.         Split patterrn

Terdiri dari dua buah pola yang terpisah sehingga akan diperoleh rongga cetak  dari masing-masing pola, dengan pola ini bentuknya dapat lebih rumit daripada pola tunggal

c.         Match Plate Pattern

Pola jenis ini yang digunakan yang paling banyak digunakan atau yang paling populer dalam dunia pengecoran. Pola “Terpasang menjadi satu”dengan suatu bidang datar dimana dua buah pola atas dan bawah dipasang berlawanan arah pada suatu bidang datar. Pola jenis ini sering digunakan sering digunakan bersama dengan mesin pembuat cetakan dan dapat menghasilkan laju produksi yang tinggi untuk produk – produk kecil

 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 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.

Besi Cor Kelabu

Besi cor kelabu merupakan paduan dari unsur-unsur besi (Fe), karbon C 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.

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.

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.

 Sprue (Saluran turun)

Merupakan saluran masuk dari luar dengan posisi vertikal. Saluran ini juga dapat lebih dari satu, tergantung kecepatan penuangan yang diinginkan.

Pouring basin, merupakan lekukan pada cetakan yang fungsi utamanya adalah untuk mengurangi kecepatan logam cair masuk langsung dari ladle ke sprue. Kecepatan aliran logam yang tinggi dapat terjadi erosi pada sprue dan terbawanya kotoran-kotoran logam cair yang berasal dari tungku kerongga cetakan.

 Raiser (penambah), 

Merupakan cadangan logam cair yang berguna dalam mengisi kembali rongga cetakan bilaterjadipenyusutanakibatsolidifikasi.

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. Setelah proses perancangan produk cor yang menghasilkan gambar teknik produk 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

 Logam – logam dalam pengecoran

a. 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.

b. 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.

c. Besi Cor Malleable

Besi cor ini dihasilkan dari proses perlakuan panas besi cor putih yang memiliki komposisi tertentu. Proses terbentuknya besi 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.

d. 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).

e. 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)

 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 bisa 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

 Cacat pada coran

     Cacat ( defect ) sangatbsulit dan hampir mustahil dihilangkan separuhnya, namun apabila mata mengenalinya, mana rata dapat meminimalis efek dan penyebab dari cacat tersebut pada umumnya dapat dihasilkan jadi 9 kelas yaitu :

1.    Ekor tikus

2.    Lubang lubang

3.    Retakan

4.    Permukaan kasar

5.    Salah ulir

6.    Kesalahan ukuran

7.    Khanklusion dan struktur tidak seragam

8.    Deformasi dan melintir

9.    Cacat yang tak rata

     Cacat - cacat tersebut pada umumnya disebabkan oleh perencanaan bahan yang terjadi pada umumnya disebabkan oleh perencanaan bahan yang di pahami, pasir pembuatan cetakan penuangan finishing dan sebagainya penyebabnya bisa berbeda cacaat pada besi coran dan cacat yang sama namun besi cor ciri ciri khasnya dan coran yang telah dingin dan coran yang terjadi hingga rongga hingga pada udara hasil coran.

     Usaha usaha pencegahannya dapat beragam agar mudah untuk dimengerti maka akan dijelaskan di bawah ini cara menanggulangi cacat tersebut dapat di lihat beberapanya diantaranya, yaitu :

1        Pada saat proses peleburan pada tungku kupala logam perlu mendapat cairan yang bersih dari kotoran terutama dari air dan minyak yaitu dengan cara menjaga tungku tetap bersih menjaga ketinggian atas dengan menghindari kelembabandasar dan dingin oleh dengan menginginkan zat oxsida menghilang

3               rongga udara bisa terjadi karena temperatur penuangan yang rendah apabila letak saluran menurun tidak baik dan waktu penuangan terlalu lama, maka rongga dapat terjadi oleh karena itu perlu pemasangan saluran turun yang baik.

4               Rongga udara dapat disebabkan oleh premaebilitas disebabkan oleh penguapan uap air yang membentuk karen itu gas perlu diminialisir  setelah banyak cacat yang banyak ditemukan yaitu cacat penetrasiologam mengadakan penetrasi kedalam permukaan logam cair masuk kedalam logam  mengadakan penetrasi kedalam permukaan coran terutama pada pengintian pad a tempratur yang tinggi bentuk penetrasinya biasanya berbentuk sudut yang tajam inti yang sangat tajam dan dan kecil dan logam masuk kedalam ruangan antara butir butir pasir pada permukaan pada logam tetapi yang penting adalah kelembaban pasir dan Fe tumbukan pasir yang padat hingga didapatkan cetakan yang berkualitas sangat baik  beberapa contoh cacat pada pengecoran adalah :

1.             Pin hole (lubang jarum)

2.             Blisters

3.             Body sears

Penyebab porosity adalah gas terbawa pada logam cair pada saat pencairan gas terserap kedalam logam cair dan cetakan dan titik cair terlalu tinggi dan waktu penyaluran terlalu lama beberapa cara untik pencegahannya adalah :

1. Menghilangkan gas

Yaitu dengan meniupkan gas inlet kedalam merupakan gas iner kedalam persi gas argon helium dan nitrogen.

1). Menghilangkan dengan fluks

2). Pencairan kembali

Cacat lainya adalah :

2. Shringkage

Adalah  penyusutan dimensi dari hasil coran karena proses solodifikasi beberapa penyebabnya adalah

a.    Perbedaan benda cor yang terlalu besar

b.    Terdapat  bagian yang terlalu besar yang tidak dapat dialiri oleh logam cair

c.    Saluran masuk dan saluran penambah tidak mendukung adanya solidifikasi progresif

d.   Saluran masuk dan penambah kurang banyak

e.    Saluran masuk dan  penambah salah penempatannya

f.     Penambahannya terlalu kecil

Pencegahan untuk shringkage adalah :

1)      Digunakan pembekuan mengarah pada penambah dapat bekerja secara efektif

2)      Penggunaan chill untuk mengalirkan pembekuan dan penambah meningkat

     Daerah pengisi yang efektif dari penambah pengisi yang efektif dari penambah cacat lainya adalah

1)      Temperatur jangan terlalu tinggi

2)      Kecepatan penuangan jangan terlalu tinggi

3)      Jumlah saluran haarus ditambah dan logam cair harus diisi seragam dari beberapa cetakan

4)       Lubang saluran air harus ditambah

5)       Lubang angin pada inti harus cukup

Cacat lainya pada coran adalah :

a. Dras ( oxidasi / kotoran )

     Penyebabnya adalah logam cair dari aluminium yang mudah teroksidaasi dalam logam cair / yang di alihkan pada waktu penuangan sebagai dras pada penuangan cup pada bagian dalam coran.

b. Gas defect

     Adalah lubang pada hasil coran dalam bentuk bulat pada hasil coran bentuk bulat akibat terperangkapnya udara dalam logam sewaktu penuangan.

penyebabnya adalah :

1)      Aliran turbulen pada getting system

2)      Kondisi peralatan yang basah baik dari air atau dai minyak

3)      Serap basah