PROSES PENGECORAN (bagian 1)

Baca Juga :
Proses Pengecoran bagian 2
Proses Pengecoran bagian 3
Proses Pengecoran bagian 4

1.1   Sejarah pengecoran

Pengecoran adalah proses pembentukan logam dengan jalan mencairkan, menuangkan logam cair ke dalam cetakan dengan dibiarkan membeku. Awal penggunaan logam ketika orang membuat perhiasan dari emas, perak tempaan, kemudian membuat senjata, mata bajak dengan menempa tembaga. Coran dibuat dari logam yang dicairkan, dituang ke dalam cetakan, kemudian dibiarkan mendingin dan membeku.

Tahun 3000 SM :

Pengecoran perunggu pertama dilakukan di Mesopotamia, diteruskan ke Asia Tengah, India, dan Cina.

Tahun 1500-1400 SM :

Barang-barang seperti bajak, pedang, mata tombak, perhiasan, tangki dan perhiasan makam dibuat di Spanyol, Swis, Jerman, Austria, Norwegia, Denmark, Swedia, Inggris, dan Perancis.

Tahun 800-700 SM :

Di Cina ditemukan cara membuat coran dari besi kasar yang mempunyai titik cair rendah dan mengandung fosfor tinggi dengan menggunakan tanur beralas datar.

Tahun 1400 (abad 14) :

Di Jerman dan Italia mengembangkan tanur beralas datar yang primitip menjadi tanur tiup berbentuk silinder, dimana pencairan dilakukan dengan jalan meletakkan bijih besi dan arang batu berselang seling. Produk yang dihaslikan : meriam, peluru meriam, tungku, pipa, dll.

Tahun 1800 (abad 18) :

Di Inggris kokas ditemukan, kemudian dibuat tanur mirip kupola.

Tahun 1900 (abad 19) :

H. Bessemer atau W. Siemens berusaha membuat baja dari besi kasar, dan pada pertengahan abad ini coran baja diproduksi. Sedang aluminimum dibuat pada akhir abad 19.

1.2        Proses Pengecoran

Untuk membuat coran, harus dilakukan proses-proses : mencairkan logam, membuat cetakan, menuang, membongkar, dan membersihkan logam (lihat gambar 1.1). Sebelum peleburan perencanaan muatan agar komposisi kimia besi cor dapat didekati, sehingga bila terjadi penyimpangan koreksi dapat dilakukan dengan cepat. Untuk contoh merencanakan besi tuang kelabu FC 20 dari komposisi kimia dihitung harga CE (carbon ekuivalen) atau Sc (karbon jenuh) yang kemudian harga ini dimasukkan ke dalam rumus empiris untuk menentukan kekuatan tarik dan kekerasan. Apabila mungkin tersedia CE meter sehingga kelas besi cor bias dideteksi dan unsure C, Si bias terbaca. Rumus empirisnya :

Kekuatan tarik       ₃₀  =  102  -  82,5  Sc

Kekerasan                  =  100  +  4,3     ₃₀

Peleburan (Melting)

Untuk mencairkan logam bermacam-macam tanur dipakai. Umumnya kupola, tanur induksi frekuensi rendah digunakan untuk besi cor, tanur busur listrik atau tanur induksi frekuensi tinggi dipergunakan untuk baja coran, tanur krus untuk paduan tembaga atau coran paduan ringan, tanur-tanur tersebut dapat memberikan logam cair yang baik dan sangat ekonomis. Besi cor kualitas tinggi dibuat pada tungku induksi listrik, yang memungkinkan koreksi komposisi unsur-unsur dengan tepat dan cepat, selain itu juga mudah menaikkan temperature besi cor lebih tinggi dari temperature keseimbangan reduksi C dan Si. Pemanasan lanjut cairan akan memperbaiki kondisi pembentukan inti-inti besi cair pada proses pembekuan, sebagai akibat efek pemurnian yang terjadi. Temperatur dan waktu merupakan variable proses peleburan, karena pengurangan unsur-unsur akibat reaksi oksidasi. Efek pengadukan pada tungku induksi listrik dapat mempercepat homogenisasi komposisi.

Cetakan (Mould)

Cetakan biasanya dibuat dengan jalan memadatkan pasir. Pasir yang dipakai kadang-kadang pasir alam atau pasir buatan yang mengandung lempung. Kadang-kadang dicampurkan pengikat khusus, misalnya air kaca, semen resin furan, resin fenol atau minyak pengering, karena penggunaan zat-zat tersebut memperkuat cetakan atau mempermudah operasi pembuatan cetakan.

Penuangan (Pouring)

Temperatur penuangan diusahakan serendah mungkin sedangkan waktu pengisisan secepat mungkin, adalah dua fakto yang menjadi masalah dalam penuangan. Waktu penuangan dapat dihitung dari besar nodul benda cor. Pada umumnya logam cair dituang (pouring) dengan pengaruh gaya berat, walaupun kadang-kadang menggunakan tekanan pada logam cair selama atau setelah penuangan.

Pengecoran cetak adalah suatu pengecoran dimana logam cair ditekan ke dalam cetakan logam dengan tekanan tinggi, biasanya digunakan pada coran tipis.

Pengecoran tekanan rendah adalah suatu pengecoran dimana diberikan tekanan yang sedikit lebih tinggi dari tekanan atmosfir pada permukaan logam dalam tanur, tekanan ini mengakibatkan mengalirnya logam cair ke atas melalui pipa ke dalam cetakan.

Pengecoran sentrifugal adalah suatu pengecoran dimana cetakan diputar dan logam cair dituangkan ke dalamnya, sehingga logam cair tertekan oleh gaya sentrifugal dan kemudian membeku, biasanya digunakan untuk coran pipa.

Setelah penuangan (pouring), coran dikeluarkan dari cetakan (shake out) dan dibersihkan, bagian-bagian yang tidak perlu dibuang. Kemudian coran dilakukan penyelesaikan akhir dan dibersihkan (shot blasting) agar memberikan rupa yang baik.

Pemeriksaan secara visual dilakukan untuk melihat cacat yang terjadi dari luar coran, kemudian dilakukan pemeriksaan dimensi. Untuk melakukan pemeriksaan bagian dalam dilakukan dengan misalnya pengujian getaran supersonic, radiografi, dan x-ray

Gambar 1.1  Diagram Proses Pengecoran Logam

Beberapa kelebihan proses pengecoran dibandingkan dengan proses pembentukan logam yang lain :

Tabel 1.1  Kelebihan Proses Pengecoran

No	Kelebihan	Keterangan
1	Desain : -       Ukuran -       Kompleksitas -       Pengurangan berat -       Produksi prototype -       Serbaguna	berat sampai 200 ton dan diameter terkecil 0,5 mm benda rumit yang sulit dengan proses pembentukan yang lain. jika dibandingkan dengan proses pembentukan yang lain cocok untuk pengembangan model baru. dapat dibuat sesuai kebutuhan baik bentuk maupun kekuatan
2	Proses  : -       Biaya rendah -       Dimensi akurat -       Mampu tukar	lebih murah disbanding proses pembentukan yang lain. toleransi ± 0,1mm (proses,bentuk & size), kekasaran 5-50m mampu diproses sesuai dengan kebutuhan.
3	Metalurgi : -       Struktur serabut -       Ukuran butir -       Berat jenis	tergantung proses pembekuan struktur butir coran tidak banyak berubah dari bentuk awal berat jenis tetap

1.3        Penggunaan Coran

Tabel 1.2  Sifat-sifat dan Bahan Coran

Sifat-sifat Yang Diminta	Bahan Coran
Kekuatan	Baja cor, Besi cor mutu tinggi, Besi cor bergrafit bulat, Besi cor mampu tempa
Tahan banting / Keuletan	Baja cor, Besi cor bergrafit bulat, Besi cor mampu tempa
Mudah dibuat	Besi cor kelabu, coran brons, coran paduan Aluminium (Al-Si-Cu, Al-Si-Mg)
Ringan	Coran paduan aluminium, coran paduan magnesium
Baik sekali dalam konduktivitas termal dan listrik	Coran tembaga murni
Tahan Aus	Coran Ni-Cr, Baja cor mangan tinggi, Besi cor bergrafit bulat, Besi cor mutu tinggi, Coran paduan tembaga
Tahan korosi :	Air segar dan air asin	Coran paduan tembaga
	Asam Nitrat	Coran baja tahan karat, Besi cor khrom tinggi, Besi cor silikon tinggi.
	Asam Khlorida	Hasteloy, Coran paduan tembaga
	Asam Sulfat	Besi cor silikon tinggi, Coran paduan tembaga (kecuali kuningan), Baja cor tahan asam, Besi cor Ni-resis
	Oksida dan temperatur tinggi	Besi cor khrom tinggi, Baja cor Cr-Ni tinggi, Baja tahan karat.
	Alkali	Baja cor karbon rendah, Coran paduan tembaga, Baja cor tahan karat, Besi cor kelabu
Tahan panas :	1000 – 1200oC	Baja cor tahan panas
	700 - 800oC	Baja cor tahan karat, Baja cor aluminium, Besi cor khrom tinggi, Besi cor Ni-Cr.
	500 - 600oC	Baja cor paduan rendah, Besi cor paduan rendah
	400oC	Baja cor karbon, Baja cor mangan tinggi
	350oC	Besi cor mutu tinggi, Besi cor bergrafit bulat, Besi cor mampu tempa
	250 - 300oC	Besi cor kelabu, Coran paduan tembaga
	200 - 250oC	Coran paduan tembaga
	100 - 200oC	Coran paduan aluminium
Tahan temperature rendah :	Di atas 25oC	Besi cor kelabu
	46oC	Baja cor karbon rendah
	73oC	Baja cor 2,5% Ni
	100oC	Baja cor 3,5 % Ni
	196oC	Baja cor 18 Cr-8 Ni, Coran brons

Tabel 1.3  Penggunaan Bahan Coran

Bahan	Contoh penggunaan
Besi cor kelabu (termasuk besi cor mutu tinggi)	Bagian-bagian mobil (silinder block, tutup silinder, rumah engkol, selubung silinder, roda daya, tromol rem, dll) Mesin perkakas (bed, meja, pegangan) Mesin hidrolis (pompa, turbin, rumah-rumah, pengalir) Mesin serut, mesin cetak Mesin listrik (rangka motor, rumah-rumah motor) Pipa air besi cor, bagian-bagian mesin (roda gigi, kopling, roda ban)
Besi cor mampu tempa	Bagian-bagian mobil (pelat rangka, roda ban, poros engkol, selubung silinder, lengan ayun, poros, rumah-rumah kopling). Bagian-bagian mesin (sambungan pipa, katup)
Besi cor bergrafit bulat	Bagian-bagian mobil (poros engkol, dll), alat-alat pembuat baja (rol, kotak ingot), pipa air besi cor, bagian-bagian mesin (yang memerlukan keuletan lebih dari besi cor kelabu)
Baja cor karbon dan paduan	Bagian-bagian mesin (yang memerlukan tahan lama). Bagian-bagian kendaraan kereta api (rangka, kopling), Mesin-mesin pemindah tanah (rante, rumah rem), Mesin-mesin hidrolis (pengalir turbin air, rumah-rumah pompa). Alat-alat pembuat baja (rol, dudukan rol), bagian-bagian kapal (rangka buritan, rumah-rumah turbin, lengan engkol), mesin-mesin pertambangan (mesin kasut, penggali keruk).
Coran paduan tembaga	Bagian-bagian mesin (bantalan, rumah katup, bus), mesin-mesin hidrolis (pompa, penyambung). Bagian-bagian kapal (baling-baling, pompa, dll).
Coran paduan ringan	Bagian-bagian mobil (rumah transmisi, blok silinder, tutup silinder, saluran isap). Pompa, rangka kamera, rangka meteran, tutup.

1.4        Perlakuan Panas (Heat Treatment)

Dalam pemakaian coran ada dua hal, pertama coran diapakai langsung, kedua dipakai setelah mendapat perlakuan panas (heat treatment). Perlakuan panas adalah proses untuk memperbaiki sifat-sifat dari logam dengan jalan memanaskan coran sampai temperature yang cocok dibiarkan beberapa waktu pada temperature itu, kemudian didinginkan ke temperature yang lebih rendah dengan kecepatan yang sesuai. Perlakuan panas yang dilakukan pada coran adalah :

Pelunakan (annealing)

Besi cor sering dipakai langsung setelah di cor, tetapi pada pemakaiannya perlu menghindari deformasi yang kecil atau kalau terlalu keras, maka perlu pelunakan. Deformasi disebabkan oleh adanya tegangan sisa dalam besi cor, sehingga perlakuan panas dapat menghilangkan tegangan sisa tersebut. Ketentuan dalam proses pelunakan sebagai berikut :

Temperatur pelunakan                 : 450 – 550 ^oC

Laju pemanasan                         :   90 ^oC

Waktu pelunakan                        :  (1-2) x t/25 jam

                                                :  t  =  tebal dalam mm

Laju pendinginan                        :   40 ^oC / jam

                                    

Gambar  1.2  :  Siklus Pelunakan

Pengerasan  dan Penemperan (hardening & tempering)

Pengerasan dan penemperan besi cor terutama dilakukan pada besi cor kelas tinggi yang mempunyai kekuatan tinggi. Perlakuan panas ini dapat memperbaiki ketahanan aus sehingga biasa dilakukan untuk bagian-bagian yang permukaannya bergesekan. Proses ini menggunakan temperature pengerasan kira-kira 800 ^oC dan mempergunakan minyak pencelup untuk mencegah keretakan. Apabila ada kemungkinan retak, maka lebih baik besi cor dipanaskan mula sampai temperature antara 400 -500 ^oC sebelum dikeraskan. Penemperan dilakukan dengan jalan memanaskan kembali besi cor pada temperature antara 400 – 500 ^oC langsung dikeraskan.

                                        

Gambar 1.3  :  Siklus Pengerasan dan Penemperan