4

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Jenis-Jenis Paduan Perunggu

Tembaga (copper) adalah suatu logam berwarna kemerahan, dengan struktur

kristal FCC (Face Cubic Centered) dengan a = 3,607 Ao mempunyai temperatur

lebur (boiling point) 1083,4°C dengan berat jenis 8900 kg/cm3 (sedikit lebih tinggi

dari baja (ferro) yang memiliki berat jenis sebesar 7870 kg/cm3) dan Ultimate

strengthnya 30–40 MPa. Bersifat lunak, dapat dibengkokkan (bending) dan dapat

dirol (rolling). Elemen-elemen tambahan yang terkandung didalam tembaga sedikit

sekali hanya adanya oksigen (O2) dalam bentuk CuO2, dalam perdagangan tembaga

kandungan CuO2 berkisar antara 0,03 - 0,04%. Hadirnya CuO2 dalam larutan

tembaga justru menambah sifat yang baik yaitu sifatnya ulet (thoughnes), sifat fisis

yang sangat baik yaitu sifat tahan korosi dari udara melalui formasi dari suatu lapisan

oksida karena terjadinya lapisan pelindung yang berwarna hijau, yaitu CuSO4 dan

3Cu(OH)2, daya hantar listrik, heat transier/daya hantar panas, karenanya dalam

keadaan murni tembaga dipakai untuk alat-alat listrik.

Tembaga yang masih murni sukar dikerjakan dengan alat pemotong tapi mudah

sekali diubah bentuk dalam keadaan dingin dengan ditempa, digiling atau

diregangkan. Melalui pengerjaan dingin kekuatan tembaga murni akan meningkat

kekuatannya sampai 450 N/mm2. Tembaga yang telah mengeras akibat pembentuk

dalam keadaan dingin dapat dilunakkan kembali melalui pemanasan dengan suhu

antara 300-700 Co. Tembaga mempunyai sifat tuang yang jelek, karena tembaga

dalam keadaan cair mudah sekali menyerap gas-gas terlarut, dimana pada waktu

membeku gas-gas tersebut akan terlepas dan menyebabkan banyak rongga gas dan

berpori (Indiyanto, 2003).

Tembaga (Cu) merupakan logam non ferro yang banyak digunakan sebagai

paduan. Paduan tembaga ini bertujuan untuk meningkatkan kualitas tembaga dan

untuk keperluan kostruksi mesin-mesin dan transmisi building industri dengan

memakai standar dari The American Institute of Metals (AIM) di USA. Salah satu

contoh logam paduan tembaga adalah perunggu (Setyawan, 2006).

5

Perunggu merupakan suatu paduan dari logam yang berbasis tembaga dengan

timah sebagai aditif utama. Beberapa paduan perunggu, memiliki fosfor, mangan,

alumunium, atau silikon sebagai bahan paduan utama. Perunggu biasanya kuat,

tangguh, dan tahan korosi dengan konduktivitas listrik dan termal yang tinggi.

Perunggu yang paling umum digunakan dalam aplikasi bushing dan bantalan.

Perunggu hanya mengoksidasi dangkal, lapisan oksida yang tipis melindungi

logam dari korosi. Tembaga berbasis paduan memiliki titik lebur yang lebih rendah

dari baja atau besi, dan lebih mudah diproduksi. Perunggu pada umumnya lebih berat

dari baja sekitar 10 persen, meskipun paduan menggunakan aluminium atau silikon

mungkin akan sedikit kurang padat. Perunggu tahan korosi (terutama korosi air laut)

dan kelelahan lebih baik dari pada baja dan juga menghantarkan panas dan listrik

lebih baik daripada kebanyakan baja (Indiyanto, 2003).

2.1.2 Diagram Phase Perunggu

Paduan timah putih yang larut dalam tembaga hampir sama dengan seng yang

larut dalam tembaga. Dalam Gambar 2.1 diperlihatkan sistem biner untuk diagram

equilibrium dari dua paduan yaitu antara timah putih dengan tembaga :

Gambar 2.1. Diagram Equilibrium Sistem Biner Paduan Cu-Sn (Vlack, 1986)

6

Pada gambar dibawah menunjukkan diagram Cu-Sn. Ada delapan fasa yaitu α,

β, γ,δ,η,ε,ξ dan fasa Sn. Fasa α merupakan struktur FCC (Face Cubic Centered) pada

520 ºC larut pada 15,8 % Sn dan kemampuan untuk melarut dari timah putih dengan

prosentase diatas 13,5 selama terjadi proses pembekuan dimana akan terbentuk

phase , pada temperatur dibawah akan terbentuk phase + (eutectoid phase) akan

terjadi. Pada paduan ini phase yang terbentuk merupakan phase yang larut pada

kondisi padat tetapi lebih lunak. Akan tetapi untuk phase mempunyai sifat terlalu

keras dan getas.

Di samping itu prosentase timah putih antara 5-15 memiliki jarak temperatur

yang relatif lama yaitu diatas 400o C. Dengan proses pembekuan yang panjang,

paduan ini cukup menyebabkan kenaikan kekerasan dan meningkatkan kekuatan cor.

Gambar 2.2. Diagram Equilibrium Sistem Biner Paduan Cu-S i

Sumber : http://astamuse.com

7

Menurut Surdia dan Chijiiwa (1982) beberapa jenis perunggu (bronze)

tergantung dari unsur utama paduannya :

1) Perunggu timah (Tin Bronze),

Perunggu timah (Sn), yaitu perunggu tuang dari Cu ditambah 10%, 14%, atau

20% Sn tanpa campuran tambahan lain. Bahan itu digunakan untuk patung, senjata

canon, dan alat-alat music seperti (lonceng, gamelan, sibal drum dll) yang harus

mempunyai syarat tinggi terhadap korosi dan ketangguhan (10% Sn). Selain itu pada

bantalan harus mempunyai syarat-syarat tinggi untuk sifat luncur (14% Sn) dan

untuk bantalan-bantalan tekan dengan syarat tinggi untuk kekerasan (20 % Sn )

2) Perunggu Fosfor

Mempunyai 1,5 % sampai 10 % timah putih dan selain itu fosfor (P) dalam

persentase yang sangat kecil, yaitu setinggi-tingginya 0,3 % campuran ini dahulu

dinamakan perunggu Fosfor. Dipakai untuk, batang-batang, kawat, plat, dan pipa.

3) Perunggu Seng(Zn)

Perunggu seng ialah : perungu tembaga timah dengan tambahan seng 2 % - 7

%. Bahan itu dipakai terutama untuk bantalan-bantalan (campuran tuang).

4) Perunggu Alumunium (Aluminiun Bronze)

Disamping komposisi elemen Cu dan Sn, masih terdapat elemen aluminium

(A1) sampai 9,8%, dimana dalam produksi kadar aluminium antara 5-11%.

Perunggu dua zat (Al dan Ni) tahan korosi terhadap bahan kimia tertentu karena itu

dipakai untuk perlengkapan kimia. Perunggu Alumium memiliki sifat-sifat yang

kurang baik, jadi tidak banyak dipakai kecuali di negeri-negeri yang kurang akan

timah

5) Perunggu Silikon (Silikone Bronze)

Mengandung 4-5% Si dan akan menambah daya tahan ( resistensi ) terhadap

asam ( acid ), memungkinkan untuk dibuat rol berbentuk batangan panjang sampai

diameter 1/4" - 2" in. Bersifat akan menjadi keras apa bila mengalami pengerjaan

dingin (work hardenable) dan merupakan bronze yang mempunyai tahanan tarik dan

kekerasan yang paling baik diantara bronze yang lain. Sifat mekanisnya setara

dengan baja lunak (baja karbon rendah, mild steel) sedangkan sifat ketahanan

korosinya setara dengan logam tembaga. Banyak dipakai untuk tanki, bejana tekan

(pressure vessel), marine construction, dan pipa tekan hidrolik.

8

2.2 Pengecoran Logam

Pengecoran merupakan suatu proses manufaktur untuk membuat atau

menghasilakan produk, dimana logam dicairkan dalam tungku peleburan kemudian

di tuangkan kedalam rongga cetakan yang memiliki bentuk geometri mendekati

bentuk asli dari produk cor yang akan dibuat. Tujuan dari pengecoran adalah untuk

menghasilkan produk yang berkualitas dan ekonomis, yang bebas cacat dan sesuai

dengan kebutuhan seperti kekuatan, keuletan, kekerasan, dan ketelitian dimensi

(Hermawan,2003).

Proses pengecoran merupakan proses pencairan logam yang selanjutnya

dituangkan ke dalam rongga cetakan dan dibiarkan membeku, sehingga akan

terbentuk suatu model yang sesuai dengan bentuk dan pola cetakan. Proses

pengecoran ini adalah proses yang memberikan fleksibilitas dan kemampuan yang

tinggi sehingga merupakan proses dasar yang penting dalam pengembangan industri

(Suhardi dan Chijiiwa,1982).

Pengecoran logam adalah proses penuangan secara langsung logam cair yang

didapat dari biji besi kedalam cetakan. Coran sendiri berarti logam yang dicairkan

dan dituang kedalam cetakan, kemudian didinginkan dan membeku. Pembuat produk

coran, dilakukan melalui proses-proses seperti: pencairan logam, pembuatan cetakan,

persiapan, penuangan logam cair ke dalam cetakan, pembongkaran dan pembersihan

coran (Surdia dan Chijiiwa,1982).

Proses pengecoran logam dalam usaha menghasilkan suatu produk benda

coran yang berkualitas baik dengan komposisi yang dikehendaki maka ada beberapa

faktor yang mempengaruhi yaitu: bahan baku coran, komposisi bahan baku, kualitas

pasir cetak (bila menggunakan cetakan pasir), sistem peleburan, sistem penuangan

dan pengerjaan akhir dari produk coran (Surdia dan Chijiiwa,1982).

2.3 Metode Pengecoran

Proses pengecoran diawali dengan peleburan logam didalam tungku peleburan.

Logam yang sudah mencair lantas dituang kedalam cetakan yang sudah di persiapkan

sesuai dengan produk yang akan dibuat. Penuangan logam cair ke dalam rongga

cetakan, akan terjadi rangkaian kejadian dalam cetakan tersebut. Pada umumnya

proses pembekuan akan terjadi pada dinding cetakan (logam cair pada dinding

9

cetakan) dan menuju pusat coran. Setelah pemadatan selesai akan terjadi proses

pendinginan sampai mencapai suhu kamar (amblent). Rangkaian kejadian selama

proses pembekuan dipengaruhi oleh ukuran, bentuk, keseragaman dan komposisi

kimia dari struktur logam yang terbentuk. Faktor-faktor yang penting adalah jenis

metal, sifat thermal dari metal dan cetakan, geometris volume, luasan permukaan

coran dan bentuk cetakan (Surdia dan Saito, 1985). Kecepatan laju pendinginan akan

merambat dari dinding cetakan menuju tengah coran. kristal-kristal diantara

permukaan cairan logam yang telah mendingin, tumbuh ke bagian tengah coran yang

membentuk kristal kolom panjang dengan arah melebar (Brown, 1999), sehingga

dalam coran akan sulit diperoleh kekerasan coran yang seragam, karena keseragaman

butir kristal coran, akan dipengaruhi oleh keseragaman laju pendinginan selama dan

setelah pembekuan diantaranya besar kecilnya, berat jenis dan permeabilitas cetakan

yang digunakan.

Keunggulan pengecoran antara lain :

Bentuk : Sederhana (simetris) –rumit (rongga) dan Presisi: longgar-ketat

Produk : Sebuah–massa (banyak)

Berat/Ukuran : Ons-Ton

Finishing Proses : minimum, sehingga mengurangi biaya dan waktu proses

Kelemahan pengecoran antara lain :

Kekuatan kurang, karena terbentuk struktur dendrit pada metal cor (ferrous dan

non ferrous).

Diperlukan proses Heat Treatment untuk memperbaiki sifat mekanis (cetakan

pasir atau logam).

Cacat yang kecil (pin hole, shrinkage, dll) dapat berpengaruh besar pada sifat

mekanis.

2.4 Teknik-Teknik Pengecoran Logam

Berikut adalah teknik-teknik dalam pengecoran:

2.4.1 Pengecoran Cetakan Pasir (Sand Casting)

Pengecoran menggunakan cetakan pasir merupakan teknik pengecoran tertua di

dunia. Teknik pengecoran cetakan pasir ini sampai sekarang masih banyak

10

digunakan karena biaya produksi yang murah dan dapat memproduksi benda cor

dengan kapasitas yang banyak.

Cetakan pasir menurut (Astika, et.al, 2010) adalah cetakan yang terbuat dari

pasir yang diberi bahan pengikat. Pasir yang paling banyak digunakan adalah pasir

silika, baik pasir silika dari alam maupun pasir silika buatan dari kwarsit. Bahan

pengikat yang paling banyak digunakan adalah bentonit. Cetakan pasir yang

digunakan pada pengecoran logam bukan besi (logam non ferrous) selain magnesium

menggunakan campuran sebagai berikut:

1. Pasir silika

2. Bentonit : 16%

3. Graphite : 2%

4. Corn flour : 0,5%

5. Kadar air : 4-5%

Campuran cetakan pasir ini memiliki kekuatan tekan basah (green compressive

strength) sebesar 0,55 sampai 0,7 kg/cm2 dan permeability sebesar 25 sampai 35

cm3/min. ( Bunga, 1981).

Pasir yang digunakan untuk cetakan harus memiliki sifat-sifat tertentu untuk

menghasilkan benda tuang yang baik . Menurut (Astika, et.al, 2010) sifat-sifat itu

antara lain :

Gambar 2.3 Pengecoran dengan cetakan pasir (sand casting)

Sumber : http://dtresource.com

11

1. Mempunyai sifat mampu bentuk yang baik. Pasir cetak harus dengan mudah

dapat dibentuk menjadi bentuk-bentuk cetakan yang diharapkan, baik

cetakan berukuran besar maupun cetakan berukuran kecil.

2. Permeabilitas yang cocok. Permeabilitas dapat diartikan sebagai

kemampuan cetakan untuk mengalirkan gas-gas dan uap air yang ada di

dalamnya keluar dari cetakan

3. Distribusi dan besar butiran yang sesuai . Ukuran butiran pasir harus sesuai

dengan permukaan yang dihasilkan. Butiran kasar berbentuk tidak teratur

sehingga memiliki kekuatan yang tidak memadai. Butiran pasir yang terlalu

halus mengakibatkan gas tidak meresap, sehingga membuat coran

mengalami porositas akibat udara yang terperangkap didalam benda cor.

4. Tahan panas terhadap suhu logam cair yang dituang. Dalam hal ini pasir

tidak boleh mengalami proses sinter (sintering), yaitu butiran melekat satu

sama lain karena bagian permukaan butiran meleleh meskipun bagian dalam

masih padat

5. Mampu dipakai lagi. Setelah proses pengecoran selesai, cetakan harus dapat

dibongkar dengan mudah dan pasirnya dapat dipakai berulang-ulang supaya

ekonomis

6. Mempunyai kekuatan yang baik.

7. Harga yang murah dan mudah didapat

Menghindari cacat yang diakibatkan penuangan suhu yang tidak tepat pada

proses penuangan maka dapat dilihat pada table suhu-suhu penuangan logam :

Jenis logam Temperatur penuangan oC

Bronze 1100 – 1250

Kuningan 950 – 1100

Besi cor 1250 – 1450

Baja tahan karat 1700 – 1750

Alumunium 600 – 700

Baja cor 1500 – 1550

Sumber : (Dwiyanto, 2010)

Tabel 2.1 Macam-macam temperature penuangan logam cair kedalam cetakan

12

Pasir cetak yang lazim digunakan didalam industri pengecoran adalah sebagai

berikut:

1. Pasir Silika

Pasir silika didapat dengan cara menghancurkan batu silika, kemudian disaring

untuk mendapatkan ukuran butiran yang diinginkan.

Keunggulan pasir silica :

a. Tahan pada suhu tinggi tanpa terjadi penguraian.

b. Harga yang murah.

c. awet dan butirannya mempunyai bermacam bentuk.

Kelemahan pasir silica

a. Angka memuai yang tinggi.

b. Memiliki kecendrungan untuk melebur menjadi satu dengan logam.

c. Karena kandungan debu yang tinggi sangat berbahaya bagi kesehatan.

2. Pasir Zirkon

Pasir Zirkon berasal dari pantai timur australia yang mempunyai daya tahan api

yang efektif .

3. Pasir Olivin

Pasir Olivin didapat dengan cara menghancurkan batu yang membentuk

2MgO, SiO2 dan 2FeO.SiO2. Pasir olivin mempunyai daya hantar panas yang lebih

besar dibanding pasir silika.

Menurut Wibowo (2011) menjelaskan bahwa cetakan pasir dapat dibagi

menjadi :

a). Cetakan pasir basah

Proses pembuatan cetakan pasir basah adalah dengan mencampur pasir dan

tanah liat dengan presentase yang diperlukan, namun kualitas yang superior biasanya

dicapai ketika tanah liat berkualitas ditambahkan pada pasir kuarsa murni, yaitu 2%

sampai dengan 3% air dan melalui pencampuran didapatkan campuran pasir yang

sudah siap diubah dan dicetak. Kata “basah” dalam cetakan pasir basah berarti pasir

cetak itu masih cukup mengandung air atau lembab ketika logam cair dituangkan ke

cetakan itu

13

Kelemahan cetakan pasir basah :

1. Kekuatan rendah sehingga berat logam yang dicor terbatas:

2. Ada beberapa logam yang tidak dapat dicor apabila cetakannya

mengandung air.

3. Terbatas pada bentuk yang tidak terlalu rumit.

4. Ketelitian (accuracy) ukuran dan permukaan akhir benda cor kurang

memuaskan. Contohnya : Ketelitian untuk benda kecil / tipis ± 0,40 mm²

dan yang besar dari ± -1,60 mm² sampai dengan 2,40 mm².

5. Tidak dapat untuk coran yang tipis (<5 mm).

Campuran / komposisi pasir cetak basah:

1. Butir pasir kering 78 – 99 %.

2. Lempung – bentonite 6 – 15 %.

3. Air 4 – 6 %.

4. Bahan imbuh / tambah 1 %. Misalnya gula tetes

Cetakan basah bahan – bahan yang utama adalah : pasir, bentonite dan air.

Ketiga bahan inilah yang membentuk suatu ikatan yang kuat seperti yang dijelaskan

sebagai berikut.

Lempung (bentonite) diperlukan karena:

1. Menghasilkan daya ikat yang tinggi.

2. Menjadi liat bila basah, sehingga mudah diberi bentuk.

3. Menjadi keras setelah dikeringkan.

Fungsi air yaitu butiran lempung tidak akan dapat mengikat butiran pasir

dengan kuat bila tidak dibasahi oleh air dahulu. Air disini berfungsi untuk

menghasilkan ikatan tertentu dan untuk memberikan lempung keliatan tertentu.

b). Cetakan pasir kering

Cetakan pasir kering, dibuat dengan menggunakan bahan pengikat tanah liat,

kemudian cetakan dikeringkan dalam sebuah oven atau dengan bantuan panas lain

sehingga cetakan benar-benar kering. Pengeringan cetakan dalam oven dapat

memperkuat cetakan dan mengeraskan permukaan rongga cetakan. Cetakan pasir

kering menghasilkan benda - benda coran yang sangat bersih dan sedikit gas yang

dihasilkan. Hal ini merupakan suatu metode yang lebih aman, terutama pada

pengecoran dengan suhu yang lebih tinggi.

14

2.4.2 Teknik Pengecoran Gravitasi

Pengecoran gravitasi adalah proses pengecoran dimana logam cair yang

dituangkan ke dalam saluran cetakan masuk secara gravitasi, karena tekanan

gravitasi cairan logam tersebut mengisi ke seluruh ruang dalam rongga cetakan.

Metode pengecoran ini berbeda dengan pengecoran cetak, dimana tidak

dipergunakan tekanan kecuali tekanan yang berasal dari tinggi cairan logam dalam

cetakan. Bahan utama cetakan dipakai baja khusus atau besi cor paduan. Metode ini

dapat membuat coran yang mempunyai ketelitian dan kulaitas tinggi. Tetapi biaya

pembuatan cetakan cukup tinggi.

Logam cair yang dituangkan didinginkan secara cepat oleh cetakan logam.

Timbul beberapa persoalan teknik yaitu bagaimana cara mengatur proses

pembekuan. Dikatakan bahwa coran yang mempunyai kualitas dan ketelitian yang

tinggi bisa dibuat dengan jalan pengaturan komponen dan temperatur logam cair,

bahan, ketebalan dinding, bahan pelapis dan temperature dari cetakan. Berbagai

macam sifat dari cetakan logam diperlukan yaitu ketahanan aus yang baik, pemuaian

termis rendah, ketahanan lelah pada temperatur tinggi dan sebagainya. Pemberian

bahan pelapis pada permukaan cetakan, agar memudahkan proses pembebasan

cetakan dan mengurangi keausan cetakan serta menurunkan kecepatan pendinginan

logam cair sehingga terhindar dari cacat-cacat. Bahan yang dipergunakan untuk

cetakan ini adalah besi cor yang mempunyai kualitas baik yang mengandung fosfor

dan sedikit belerang. Umur cetakan umumnya beberapa puluh ribu kali pengisian

kalau dipakai untuk membuat coran dari besi cor. Cetakan menggunakan bahan

anorganik yang bersifat tahan api, seperti tanah lempung atau grafit untuk melapisi

permukaan cetakan, tetapi kalau dipakai untuk paduan yang mempunyai titik cair

tinggi seperti besi cor, maka lapisan permukaan dan lapisan penyelesaian yang

melindungi cetakan logam haruslah dibuat secara hati- hati sekali (Surdia dan

Chijiiwa, 1982).

15

2.4.3 Permanent Mold Casting

Jenis pengecoran ini , cetakannnya dapat dipakai berulang kali (terbuat dari

logam dan grafit). Pengecoran ini dikhususkan untuk pengecoran logam non ferrous

dan paduan. Kualitas pengecoran ini tergantung dari kualitas mold, umumnya

dikerjakan dengan masin untuk mendapatkan kualitas yang bagus maka dikerjakan

dengan mesin yang memiliki keakuratan yang tinggi (Suhardi,1987)

2.4.4 Pengecoran Cetak Tekan (Die Casting)

Die casting adalah salah satu metode pengecoran dengan menggunakan

cetakan logam, dan metode ini adalah cara tercepat untuk memproduksi benda

casting dengan akurasi yang sangat tinggi jika dibandingkan dengan pengecoran

Gambar 2.4 Teknik pengecoran gravitasi

Sumber : http://www.learneasy.info

Gambar 2.5 Permanent Mold Casting

Sumber : http://www.aurorametals.com

16

dengan cetakan pasir (Wardoyo,dkk, 2011). Berdasarkan pada bagaimana logam cair

diinjeksikan/ditekan ke dalam cetakan, die casting dibedakan atas :

a). Cold Chamber Process

Logam dicairkan di luar mesin die casting dan dituang ke dalam wadah

(chamber) yang tidak dipanaskan, digunakan sebuah piston untuk mengalirkan

logam cair ke dalam cetakan dengan tekanan yang lebih tinggi antara 14-140 MPa.

Umumnya digunakan untuk paduan logam dengan titik lebur tinggi seperti:

aluminium, magnesium dan tembaga.

b). Hot Chamber Process

Logam dicairkan dalam suatu wadah (chamber) yang tergabung dalam mesin

die casting, sebuah piston digunakan untuk menekan logam cair ke dalam cetakan

dengan tekanan yang tinggi, 7-35 MPa. Tekanan yang diberikan pada logam cair

sampai dengan logam cair membeku di dalam cetakan. Proses ini umumnya

digunakan untuk paduan logam dengan titik lebur rendah seperti: seng, timah, dan

timbal.

Gambar 2.6 Teknik Die Casting

Sumber : http://www.learneasy.info

17

2.4.5 High Pressure Die Casting(HPDC)

Pengecoran logam dengan metode High Pressure Die Casting (HPDC) adalah

metode pengecoran dengan cara menginjeksikan cairan logam kedalam rongga

cetakan dengan kecepatan dan tekanan tertentu menggunakan mesin HPDC. Cetakan

yang digunakan berbahan dasar baja karbon (Mansur. 2008)

High Pressure Die Casting (HPDC) merupakan salah satu jenis dari

pengecoran dengan tekanan dimana logam cair dibekukan pada tekanan yang tinggi

diantara cetakan (dies) dan piston hidrolik pada ruang tertutup. Proses pengecoran ini

pada dasarnya mengkombinasikan antara proses pengecoran dan proses penempaan

(akibat adanya tekanan) (Surdia dan Chijiiwa, 1982)

Parameter utama proses pengecoran dengan tekanan adalah :

a). Temperatur tuang

b). Temperatur cetakan

c). Tekanan

d). Komposisi logam cairan

e). Volume logam cairan

Pengaruh dari masing-masing parameter tersebut akan mempengaruhi terhadap

sifat fisik dan mekanik benda yang dicor seperti ukuran butir, porositas, kekerasan,

dan kekuatan tarik.

Gambar 2.7 Hot Chamber Process

Sumber : http://www.learneasy.info

18

Pemberian tekanan pada logam cair menyebabkan terjadinya perpindahan

panas yang cepat, sehingga akan menghasilkan produk dengan ukuran butir yang

halus dan porositas dapat diminimalisir. Struktur mikro produk hasil pengecoran

HPDC lebih padat dan homogen apabila dibandingkan dengan pengecoran dengan

proses lain .

2.4.6 Kelebihan dan Kelemahan Masing-Masing Teknik Pengecoran

Setiap teknik pengecoran memiliki kelebihan dan kelemahan yang berbeda satu

dengan yang lainnya (Surdia dan Chijiiwa, 1982) seperti :

1. Pengecoran cetakan Pasir

Kelebihan cetakan pasir

a. Dapat mencetak logam dengan titik lebur yang tinggi, seperti baja,

nikel dan titanium

b. Dapat mencetak benda cor dari ukuran kecil sampai dengan ukuran

besar

c. Jumlah produk yang dihasilkan dari satu sampai jutaan

Kelemahan cetakan pasir

a. Permukaan benda cor kurang halus

b. Mudah terjadi cacat pada hasil pengecoran seperti porositas.

Gambar 2.8 High Pressure Die Casting(HPDC)

Sumber : http://www.learneasy.info

19

2. Teknik Pengecoran Gravitasi

Kelebihan pengecoran gravitasi

a. Ketelitian ukuran sangat baik kalau dibandingkan dengan pengecoran

pasir sehingga tambahan ukuran untuk penyelesaian dapat dikurangi.

Oleh karena itu mungkin membuat coran yang lebih ringan.

Selanjutnya permukaan coran sangat halus.

b. Struktur yang rapat dapat dihasilkan dengan cara ini, oleh karena itu

sifat-sifat mekanik dan sifat tahan tekanan sangat baik bila

dibandingkan dengan coran yang dibuat pada cetakan pasir.

c. Mekanisasi dari proses adalah mudah dan produktivitas tinggi apabila

dibandingkan dengan cetakan pasir. Cara ini sangat cocok untuk masa

produksi.

Kekurangan pengecoran gravitasi

a. Cara ini tidak sesuai untuk jumlah produksi yang kecil disebabkan

tingginya biaya cetakan logam

b. Sukar untuk membuat coran yang berbentuk rumit.

c. Pembetulan cetakan logam sukar dan mahal, oleh karena itu perubahan

rencana pengecoran adalah sukar. Rencana pengecoran harus cukup

dipelajari sebelum pembuatan cetakan logam.

d. Dalam banyak hal, coran besi memerlukan pelunakan. Coran paduan

tembaga terbatas pada jenis bahannya dan umumnya mempunyai berat

yang terbatas

3. Permanent Mold Casting

Kelebihan cetakan permanen mold casting

a. Produksi Tinggi

b. Cetakan dapat dipakai berulang kali

c. Dalam operasinya tidak diperlukan tenaga ahli

d. Ketelitian produk lebih baik daripada sand casting

e. Tidak memerlukan proses lanjutan

Kekurangan cetakan permanen mold masting

a. Harga cetakan mahal

b. Perlu perhitungan yang tepat dalam mengerjakan cetakan

20

c. Cetakan untuk satu macam produk

d. Ukuran produk kecil dan sederhana

e. Tidak dapat mengecor baja

4. Pengecoran Cetak Tekan (Die casting)

Kelebihan pengecoran cetak tekan (die casting)

a. Ukuran dan bentuk benda sangat tepat

b. Jarang menggunakan proses finishing

c. Baik untuk produksi massal

Kekurangan pengecoran cetak tekan (die casting)

a. Harga mesin dan cetakan mahal

b. Bentuk benda kerja sederhana

c. Benda kerja harus segera dikeluarkan

d. Berat dan ukuran produk terbatas

e. Umur cetakan menurun

5. Pengecoran HPDC (High Pressure Die Casting)

Keunggulan pengecoran HPDC (High Pressure Die Casting).

a. prosesnya yang tidak rumit

b. efisien dalam penggunaan bahan baku

c. dapat menghasilkan produk dengan ketelitian dimensi yang tinggi

d. memiliki potensi yang tinggi untuk digunakan pada dunia industri

dengan produksi yang tinggi

Kelemahan pengecoran HPDC (High Pressure Die Casting)

a. biaya investasi yang cukup tinggi karena pada pengecoran ini

dibutuhkan cetakan logam yang kuat, mesin penekan hidrolik dengan

kapasitas yang tinggi, dan mekanisme pengisian dan penekanan yang

serempak

b. pada proses pengecoran ini juga sulit untuk menghasilkan produk yang

bentuknya relatif komplek

c. Umur cetakan juga akan berkurang seiring dengan frekuensi

penggunaan.

21

2.5 Cacat-Cacat Pada Hasil Pengecoran

Pada proses pengecoran, ada beberapa jenis cacat pada hasil akhir produk

pengecoran. Kualitas produk hasil-hasil pengecoran, dapat dinilai memiliki kualitas

yang baik jika produknya hampir tidak ada cacat.

Pada proses pengecoran dilakukan dengan beberapa tahap mulai dari

menyiapkan cetakan, proses peleburan, penuangan dan pembongkaran.

Menghasilkan produk coran yang baik maka semuanya harus direncanakan dan

dilakukan dengan sebaik-baiknya. Hasil coran sering terjadi cacat, cacat yang terjadi

pada coran dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu :

1. Desain atau pola dari cetakan

2. Komposisi paduan logam

3. Proses peleburan dan penuangan

4. Temperatur penuangan

5. Sistem saluran masuk dari cairan logam

6. Laju pendinginan

2.5.1 Jenis-Jenis Cacat Pengecoran

Menurut (Lampman, 2009) cacat-cacat pengecoran terdiri dari 6 jenis cacat

seperti :

1. Porositas

Porositas dapat terjadi karena terjebaknya gelembung-gelembung gas pada

logam cair ketika dituangkan ke dalam cetakan . Porositas pada produk cor dapat

menurunkan kualitas benda tuang. Salah satu penyebab terjadinya porositas pada

penuangan logam adalah gas hidrogen (Budinski, 1996).

Porositas oleh gas hidrogen dalam paduan akan memberikan pengaruh yang

buruk pada kekuatan, serta kesempurnaan dari benda tuang tersebut. Penyebab

porositas antara lain kontrol yang kurang sempurna terhadap absorbsi gas oleh

paduan, pegeluaran gas dari dalam logam karena interaksi antara gas dengan logam

selama peleburan dan penuangan, perbedaan suhu yang sangat tinggi antara cetakan

dengan logam cair yang dituang. Proses pembekuan diawali pada bagian logam cair

yang lebih dahulu mengenai dinding cetakan. Disebabkan oleh suhu dinding cetakan

yang sangat rendah dibandingkan dengan suhu logam cair. Pembekuan yang cepat

22

dan proses pendinginan yang tidak merata mengakibatkan sejumlah gas

terperangkap, sehingga terbentuk pori. Porositas oleh gas dalam benda cetak paduan

aluminium silikon akan memberikan pengaruh yang buruk pada kesempurnaan dan

kekuatan dari benda tuang tersebut. Cacat ini dapat dihindari dengan penuangan

logam yang cukup temperature, mengontrol jumlah gas yang dihasilkan oleh material

(pengurangan unsur Si dan P akan sangat membantu) (Firdaus, 2002).

Cacat pengecoran logam yang terjadi karena gas terlarut dalam logam cair dan

terjebak pada proses solidifikasi disebut porositas gas, dan cacat pengecoran dapat

terjadi karena penyusutan disebut porositas penyusutan (shrinkage) (Suprapto 2007).

a). Cacat porositas gas

Wibowo(2011) menyatakan. Cacat porositas gas disebabkan karena adanya

pembentukan gas ketika logam cair dituangkan. Cacat porositas gas berbentuk bulat

akibat tekanan gas ini pada proses pembekuan. Ukuran cacat porositas gas sebesar ±

2 mm sampai 3 mm, lebih kecil bila dibandingkan dengan cacat porositas shrinkage.

Bentuk cacat gas seperti yang terlihat pada gambar berikut:

b). Cacat porositas shrinkage

Cacat porositas shrinkage mempunyai bentuk yang tidak bulat (irregular)

seperti yang ditunjukan pada Gambar 2.8. Ukurannya lebih besar jika dibandingkan

dengan cacat porositas gas. Penyebab adanya cacat porositas shrinkage adalah

adanya gas hidrogen yang terserap dalam logam cair selama proses penuangan, gas

yang terbawa dalam logam cair selama proses peleburan, dan pencairan yang terlalu

lama

Gambar 2.9 Porositas gas

Sumber : Wibowo (2011)

23

2. Hot Tears and Cracks

Hot tears adalah cacat berupa retakan yang terjadi selama pembekuan akibat

tekanan berlebih pada pembekuan logam karena berkembangnya arus panas yang

tinggi .

Crack adalah retak yang terjadi selama tahap pendinginan pada pengecoran

setelah pembekuan selesai karena penyusutan yang tidak seimbang.

3. Inclusion

Inclusion adalah kehadiran material asing dalam strukturmikro benda cor ,

material tersebut dapat berasal dari tungku waktu pembakaran, dari cetakan waktu

penuangan material kecetakan atau dari material itu sendiri.

Gambar 2.10 Porositas shrinkage

Sumber : Wibowo (2011)

Gambar 2.11 Hot tear and Crack

Sumber : http://keytometals.com

24

4. Misruns

Misruns adalah cacat yg terjadi karena logam cair tidak mengisi seluruh rongga

cetakan sehingga benda cor menjadi tidak lengkap atau ada bagian yg kurang dari

benda cor. Penyebabnya adalah fluiditas logam lebur kurang, temperature tuang

rendah ,dan kecepatan penuangan lambat.

5. Cold Shuts

Cold Shuts adalah dua aliran logam lebur bertemu tetapi kurang terjadi fusi

atau penggabungan antara keduanya sehingga menimbulkan pendinginan yang

premature.

Gambar 2.12 Inclusion

Sumber : http://www.themetalcasting.com

Gambar 2.13 Misruns

Sumber : http://www.themetalcasting.com

25

6. Shrinkage

Shrinkage adanya rongga-rongga dengan permukaan kasar serta dendritic baik

merupakan rongga tunggal yang besar sampai rongga-rongga kecil yang mengumpul

pada lokasi tertentu.

Berikut dapat adalah table cacat-catat yang terjadi beserta penyebab dan cara

mengatasi cacat-cacat yang terjadi pada benda cor :

Tabel 2.2 Cacat-cacat pengecoran

Cacat pengecoran Penjelasan Pencegahan

Porositas Terperangkapnya gas (hidrogen) dalam

logam cair pada waktu proses pengecoran

Penyebab :

1. Gas terbawa dalam logam cair selama pencairan

2. Gas terserap dalam logam cair dari cetakan.

3. Reaksi logam induk dengan uap

air dari cetakan. 4. Titik cair terlalu tinggi dan waktu

pencairan terlalu lama

1. Pemanasan Cetakan

2. Penghilangan

dengan fluks,

terutama fluorida

dan klorida dari

logam alkali tanah.

3. Pencairan Ulang

4. Temperatur tuang

yang sesuai

Hot Tears and

cracks

1. Hot tears adalah cacat berupa

retakan yang terjadi selama

pembekuan akibat tekanan

berlebih pada pembekuan logam

karena berkembangnya arus

1. Isi cetakan secepat

mungkin

2. Ubah saluran

penuangan

3. Modifikasi desain

Gambar 2.14 Cold shut

Sumber : http://www.themetalcasting.com

26

panas yang tinggi

2. Crack adalah retak yang terjadi

selama tahap pendinginan pada

pengecoran setelah pembekuan

selesai karena penyusutan yang

tidak seimbang.

cetakan dengan

menghindari transisi

tajam diantara

bagian tipis dan tebal

Inclusion Inclusion adalah kehadiran

material asing dalam

strukturmikro benda cor , material

tersebut dapat berasal dari tungku

waktu pembakaran, dari cetakan

waktu penuangan material

kecetakan atau dari material itu

sendiri.

1. Penyaringan

material.

2. Menghindari aliran

logam dalam sistem

pengecoran yang

dapat mengikis

cetakan .

Misruns Cacat yang terjadi karena logam cair

tidak mengisi seluruh rongga cetakan

sehingga benda cor menjadi tidak

lengkap atau ada bagian yang kurang dari

benda cor

Penyebab :

1. Ketidakseragaman benda cor, sehingga mengganggu aliran dari logam cair.

2. Benda cor terlalu tipis dan temperatur terlalu rendah.

3. Kecepatan penuangan yg terlalu lambat.

4. Lubang angin yang kurang pada

cetakan

1. Temperatur tuang

jangan terlalu tinggi.

2. Kecepatan

penuangan yang

tinggi.

3. Jumlah saluran harus

ditambah dan logam

cair harus diisikan

secara seragam dari

beberapa tempat

pada cetakan.

4. Lubang angin harus

ditambah dan pada

inti harus cukup.

Cold Shuts dua aliran logam lebur bertemu tetapi

kurang terjadi fusi atau penggabungan

antara keduanya sehingga menimbulkan

1. Tuangkan secepat

mungkin

2. Desain sistem

27

pendinginan yang premature. saluran cairan ,untuk

mengisi saluran

cetakan tanpa

gangguan

3. Panaskan cetakan

4. Menghindari

pengecoran yang

panjang dan tipis

Shrinkage Adanya rongga-rongga dengan

permukaan kasar serta dendritic baik

merupakan rongga tunggal yang besar

sampai rongga-rongga kecil yang

mengumpul pada lokasi tertentu

Penyebab :

1. Perbedaan ketebalan benda cor

yang terlalu besar.

2. Terdapatnya bagian tebal yang

tidak dapat dialiri logam cair

secara utuh.

3. Saluran masuk dan penambah

tidak mendukung adanya

solidifikasi progesif.

4. Saluran masuk dan penambah

yang kurang banyak.

5. Saluran masuk dan penambah

yang salah dalam peletakannya

dan terlalu kecil.

1. Digunakan

pembekuan

mengarah sehingga

penambah dapat

bekerja secara

efektif.

2. Penggunaan cil yang

dimaksudkan agar

terjadi pembekuan

mengarah dan

pengaruh penambah

meningkat.

3. Daerah pengisian

yang efektif dari

penambah.

Sumber : ( Casting Design and Performance 2009 )

28

2.6 Pengujian Spesimen

Pada penelitian ini untuk mengetahui karakteristik dari pengecoran paduan

perunggu timah putih (CuSn) dan paduan perunggu silikon (CuSi) baik itu

karakteristik porositas, dan sifat mekanik (sifat kekerasan dari material) karena

pengaruh dari laju pendinginan pada pembekuan benda cor. Dilakuan dengan

melakukan pengujian seperti , pengujian besarnya porositas dengan menggunakan

pengukuran densitas , untuk struktur mikronya dan karakteristik porositas dapat diuji

dengan menggunkan Uji SEM (Scanning Electron Microscopy) dan kekerasan

material dapat diuji menggunakan pengujian kekerasan vickers(HV).

2.6.1 Pengujian Porositas

Pada pengujian porositas dapat dilakukan dengan menggunakan dua cara yaitu:

pengujian menggunkan perhitungan densitas dari spesimen dan dapat dilakukan

mengunakan uji SEM (Scanning Electron Microscopy).

a). Pengujian porositas menggunakan perhitungan densitas

Menurut (Taylor, 2000) porositas yang terbentuk dapat diketahui dengan

melakukan pengukuran densitas dengan menggunakan metode Piknometri dan

perhitungan presentase porositas yang terjadi dapat diketahui dengan

membandingkan densitas sempel material dengan densitas berdasarkan teori.

Densitas adalah besaran fisis yaitu perbandingan massa (m) dengan volume benda

(V). Pengukuran densitas yang materialnya berbentuk padatan atau bulk digunakan

metode Archimedes .Untuk menghitung nilai densitas Sample dan theoritis

digunakan persamaan :

Densitas Sample

Dimana :

a) ρm = Densitas sample (Gram/cm3)

b) ms = Massa sample kering (Gram)

c) mg = Massa sample yang direndam dalam air (Gram)

d) ρH2O = Massa jenis air (1 Gram/cm3)

……………………………………………..(2.1)

29

Densitas teoritis

ρth = ρcu . Vcu + ρSn . VSn (Paduan perunggu timah putih)

ρth = ρcu . Vcu + ρSi . VSi (Paduan perunggu silikon)

a) ρth = Densitas teoritis (Gram/cm3)

b) ρcu = Densitas tembaga (Gram/cm3) (8,92g/m3)

c) ρSn = Densitas timah putih (Gram/cm3) (7,365g/cm3)

d) ρSi = Densitas silikon (Gram/cm3) (2,32g/cm3)

e) Vcu = Fraksi volume tembaga (%)

f) VSn = Fraksi volume timah putih (%)

g) VSi = Fraksi volume silikon (%)

Perhitungan porositas

Porositas dapat didefinisikan sebagai perbandingan antara jumlah volume

ruang kosong (rongga pori) yang dimiliki oleh zat padat terhadap jumlah dari volume

zat padat itu sendiri. Porositas suatu bahan pada umumnya dinyatakan sebagai

porositas terbuka atau apparent porosity,dan dapat dinyatakan dengan persamaan.

a) ρm = Densitas sample (Gram/cm3)

b) ρth = Densitas teoritis (Gram/cm3)

………………(2.2)

………………(2.3)

………………………………………………...(2.4)

Gambar 2.15 Pengukuran densitas

Sumber : Wardoyo, dkk 2011

30

b). Pengamatan karakteristik porositas dan struktur mikro

Pada pengukuran porositas menggunakan perhitungan densitas bertujuan untuk

mencari besarnya porositas yang terjadi akan tetapi karakteristik dari cacat porositas

dan struktur mikro spesimen tidak dapat diketahui. Perlu dilakukan pengujian SEM

untuk mengetahui karakteristik bentuk porositas dan struktur mikro yang terjadi.

Pengujian dilakukan menggunakan uji SEM (Scanning Electron Microscopy).

Uji SEM (Scanning Electron Microscopy)

SEM (Scanning Electron Microscopy) merupakan salah satu jenis mikroscop

electron yang menggunakan berkas electron untuk menggambarkan bentuk

permukaan dari material yang dianalisis. Elektron memiliki resolusi yang lebih tinggi

daripada cahaya. Cahaya hanya mampu mencapai 200nm sedangkan elektron bisa

mencapai resolusi sampai 0,1 – 0,2 nm. Dibawah ini diberikan perbandingan hasil

gambar mikroskop cahaya dengan elektron (Nugroho,2012).

Prinsip kerja dari SEM ini adalah dengan menggambarkan permukaan benda

atau material dengan berkas electron yang dipantulkan dengan energi tinggi.

Permukaan material yang disinari atau terkena berkar electron akan memantulkan

kembali berkas electron atau dinamakan berkas electron sekunder ke segala arah.

Tetapi dari semua berkas electron yang dipantulkan terdapat satu berkas electron

yang dipantulkan dengan intensitas tertinggi. Detector yang terdapat di dalam SEM

akan mendeteksi berkas electron berintensitas tertinggi yang dipantulkan oleh benda

atau material yang dianalisis. Selain itu juga dapat menentukan lokasi berkas electron

yang berintensitas tertinggi .

Gambar 2.16 Perbandingan hasil uji SEM

Sumber : https://materialcerdas.wordpress.com

31

Prinsip kerja dari SEM adalah sebagai berikut:

1. Sebuah pistol elektron memproduksi sinar elektron dan dipercepat dengan anoda.

2. Lensa magnetik memfokuskan elektron menuju ke sampel.

3. Sinar elektron yang terfokus memindai (scan) keseluruhan sampel dengan

diarahkan oleh koil pemindai.

4. Ketika elektron mengenai sampel maka sampel akan mengeluarkan elektron baru

yang akan diterima oleh detektor dan dikirim ke monitor (CRT).

Ada beberapa sinyal yang penting yang dihasilkan oleh SEM.

2.3 Sinyal-sinyal pada alat uji SEM

Sinyal Deteksi

Informasi yang Didapat

Resolusi

Lateral

Kedalaman

dari Informasi

Secondary Electrons

Topografi permukaan, kontras komposisi

5 - 100 nm

5 - 50 nm

Backscattered

electrons

Kontras komposisi,

topografi permukaan , orientasi kristal, domain

magnet

50 - 100 nm

30 - 1000 nm

Specimen

Current

Kontras yang lengkap

ke backscattered dan sinyal secondary electron

50 - 100 nm

30 - 1000 nm

Gambar 2.17 Skema kerja dari SEM

Sumber : https://materialcerdas.wordpress.com

32

(Sumber: Nugroho,2012)

Aplikasi dari teknik SEM – EDS dirangkum sebagai berikut:

1. Topografi: Menganalisa permukaan dan teksture (kekerasan, reflektivitas)

2. Morfologi: Menganalisa bentuk dan ukuran dari benda sampel

3. Komposisi: Menganalisa komposisi dari permukaan benda secara

kuantitatif dan kualitatif.

Sedangkan kelemahan dari teknik SEM antara lain:

1. Memerlukan kondisi vakum

2. Hanya menganalisa permukaan

3. Resolusi lebih rendah dari TEM

4. Sampel harus bahan yang konduktif, jika tidak konduktor maka perlu

dilapis logam seperti emas.

Pada uji SEM (Scanning Electron Microscopy) ini yang diamati adalah struktur

mikro dan porositas yang terjadi akibat variasi dari laju pendinginan pada benda cor.

Laju pendinginan ini dipengaruhi oleh dimensi spesimen serta perbedaan laju

pelepasan panas setiap material. Membahas laju pendinginan, maka ada tiga kajian

yang harus diperhatiakan yaitu : liquid constraction, solidification constraction dan

solid constraction . liquid constraction adalah penyusutan yang terjadi pada logam

cair jika logam cair didinginkan dari temperatur tuang menuju temperatur

pembekuan, solidification constraction adalah transformasi dari logam dalam

keadaan cair menjadi padat, meliputi “

1. Kristalisasi fase cair

2. Terbebasnya gas-gas yang larut pada logam cair

3. Adanya rongga-rongga akibat pengkerutan

4. Terbentuknya porositas

Characteristic x-rays

(primary Fluorescence)

Komposisi elemen, distribusi elemen

0,5 - 2 μm

0,1 - 1 μm

Cathodolumine

-scence

Deteksi fasa nonmetal

dan semikonduksi

33

solid constraction adalah penyusutan yang terjadi selama periode pembekuan

dari temperatur pembekuan ke temperatur ruang. Pada fase solidification

(pembekuan) terbentuk tiga daerah atau zone yaitu Chill zone , Columnar zone dan

Equiaxed zone (Prasetya, 2003)

Chill zone adalah Daerah ini berada paling luar yang mana lebih dipengaruhi

oleh heat removal (kehilangan panas). Struktur ini terbentuk pada kontak pertama

antara dinding cetakan dengan logam cair pada saat dituang ke dalam cetakan.

Dibawah suhu lebur beberapa inti terbentuk dan tumbuh ke dalam cairan. Suhu

cetakan yang mulai naik memungkinkan kristal yang membeku menyebar

meninggalkan dinding karena pengaruh aliran cairan. Apabila suhu penuangan yang

cukup tinggi dimana cairan yang berada tengah-tengah coran tetap diatas temperatur

leburnya sehingga dapat menyebabkan kristal yang dekat dengan daerah tersebut

mencair lagi meninggalkan dinding cetakan. Hanya kristal yang berada pada dinding

cetakan yang tumbuh menjadi chill zone (Prasetya, 2003)

Columnar zone merupakan struktur yang tumbuh setelah gradien suhu pada

dinding cetakan turun dan kristal pada chill zone tumbuh memanjang , kristal-kristal

tersebut tumbuh memanjang berlawanan dengan arah perpindahan panas (panas

bergerak dari cairan logam kearah dinding cetakan yang bertemperatur lebih rendah)

yang disebut dengan dendrit . Setiap kristal dendrit mengandung banyak lengan-

lengan dendrit , jika fraksi volume padat meningkat dengan meningkatnya panjang

Gambar 2.18 Chill zone

Sumber : http://www.substech.com

34

dendrit . Daerah yang terbentuk antara ujung dendrit dan titik dimana sisa cairan

terakhir akan membeku disebut sebagai mushy zone (Prasetya, 2003)

Equiaxed Zone Struktur ini terdiri dari butiran yang bersumbu sama yang arah

acak. Asal dari butiran ini adalah mencairnya kembali lengan dendrit. Bila suhu di

sekitar masih tinggi, setelah cabang dendrit tersebut terlepas dari induknya dan

tumbuh menjadi dendrit yang baru (Prasetya, 2003)

2.6.2 Uji Kekerasan ( Uji Kekerasan Vickers )

Pengujian kekerasan merupakan suatu pengujian yang digunakan untuk

mengetahui harga kekerasan dari suatu material, dimana kekerasan dapat

didefinisikan sebagai ketahanan suatu material terhadap deformasi permanen oleh

penekanan.

Kekerasan dapat diukur dengan cara pengujian menggunakan alat kekerasan

Vickers (Vickers Hardness Tester). Uji kekerasan vickers menggunakan indentor

piramida intan yang pada dasarnya berbentuk bujur sangkar. Besar sudut antar

permukaan-permukaan piramida yang saling berhadapan adalah 1360. Nilai ini

Gambar 2.19 Chill zone,columunar zone dan equiaxed zone

Sumber : http://www.substech.com

35

dipilih karena mendekati sebagian besar nilai perbandingan yang diinginkan antara

diameter lekukan dan diameter bola penumbuk pada uji kekerasan brinell (Dieter,

1987).

Angka kekerasan vickers didefinisikan sebagai beban dibagi luas permukaan

lekukan. Pada prakteknya, luas ini dihitung dari pengukuran mikroskopik panjang

diagonal jejak. VHN dapat ditentukan dari persamaan berikut:

Dimana :

VHN : Nilai kekerasan Vickers (N/mm2)

P : Beban yang digunakan (N)

d : Diagonal rata-rata (mm)

ϴ : Sudut antara permukaan intan yang saling berhadapan (136o)

Keuntungan uji Vickers :

Skala kekerasan yang kontinyu untuk rentang yang luas , dari yang sangat

lunak dengan nilai 5HV maupun material yang sangat keras dengan nilai 1500HV

karena indentor intan yang sangat keras. Pada uji Vickers beban tidak perlu diubah

dan tidak bergantung pada besar beban indentor . selanjutnya uji vickers dapat

dilakukan pada benda-benda denganketebalan yang sangat tipis samapai 0,006 inci

Kelemahan uji Vickers

Gambar 2.20 Alat uji vickers

…………………………………………..……..(2.6)

………………………………………..(2.5)

36

Pada uji Vickers ini membutuhkan waktu yang cukup lama untuk menentukan

nilai kekerasan sehingga jarang digunakan untuk pengujian yang rutin. Memerlukan

persiapan benda uji yang hati-hati dan terdapat pengaruh kesalahan manusia yang

besar pada pengujian ini.