bab ii tinjauan pustakadigilib.unimus.ac.id/files//disk1/120/jtptunimus-gdl... · 2016. 1. 5. ·...

35
1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Besi Cor Istilah besi cor, sama halnya dengan istilah baja yang termasuk dalam jenis besi paduan dengan kandungan utamanya berupa besi, karbon, silikon. Besi cor memiliki kandungan karbon dan silikon yang lebih tinggi dari baja, karena tingginya kandungan karbon, sehingga strukturnya berlawanan dengan baja, ditunjukkan dengan fasa kaya karbon. Suhu cair besi cor relatif rendah yaitu (1300 o C). hal ini menguntungkan karena mudah untuk dicairkan, pemakaian bahan bakar yang lebih irit dan dapur peleburan yang lebih sederhana. Logam cair mudah dicor untuk mengisi cetakan yang rumit dengan mudah. Karena itu, besi cor merupakan bahan yang murah dan serba guna ditinjau dari segi desain produk. Daerah komposisi kimia ditetapkan dalam diagram keseimbangan Fe-C pada batas kelarutan karbon pada besi, yaitu mengandung 2% karbon atau lebih, tetapi besi cor yang sesungguhnya terdiri dari panduan yang mengandung unsur Si, Mn, P, S dan unsur-unsur lainnya, walaupun sebenarnya masih mengandung unsur-unsur tersebut namun pengaruhnya tidak terlalu besar. Terkadang untuk tujuan tertentu unsur-unsur paduan lainnya ditambahkan untuk meningkatkan sifat mekanik tergantung dari aplikasi penggunaannya. 2.2 Komposisi Besi Cor Tabel 2.1 Komposisi Kandungan Besi Cor ( Heine 1981) Unsur Besi kelabu (%) Besi nodular ( %) Besi putih (%) Besi mampu tempa (%) karbon 2,5 – 4,0 3,0 – 4,0 1,8 – 3,6 2,2 – 2,9 Silikon 1,0 – 3,0 1,8 – 2,8 0,5 – 1,9 0,9 – 1,9 Mangan 0,2 – 1,0 0,1 – 1,0 0,25 – 0,8 0,15 – 1.2 Posfor 0,002 – 1,0 0,01 – 0,1 0,06 – 0,2 0,02 – 0,2 Sulfur 0,02 – 0,025 0,01 – 0,003 0,06 – 0,2 0,02 – 0,2

Upload: others

Post on 11-Nov-2020

7 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: BAB II TINJAUAN PUSTAKAdigilib.unimus.ac.id/files//disk1/120/jtptunimus-gdl... · 2016. 1. 5. · 2.1 Besi Cor Istilah besi cor, sama halnya dengan istilah baja yang termasuk dalam

1

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Besi Cor

Istilah besi cor, sama halnya dengan istilah baja yang termasuk dalam jenis

besi paduan dengan kandungan utamanya berupa besi, karbon, silikon. Besi cor

memiliki kandungan karbon dan silikon yang lebih tinggi dari baja, karena

tingginya kandungan karbon, sehingga strukturnya berlawanan dengan baja,

ditunjukkan dengan fasa kaya karbon.

Suhu cair besi cor relatif rendah yaitu (1300oC). hal ini menguntungkan

karena mudah untuk dicairkan, pemakaian bahan bakar yang lebih irit dan dapur

peleburan yang lebih sederhana. Logam cair mudah dicor untuk mengisi cetakan

yang rumit dengan mudah. Karena itu, besi cor merupakan bahan yang murah dan

serba guna ditinjau dari segi desain produk.

Daerah komposisi kimia ditetapkan dalam diagram keseimbangan Fe-C

pada batas kelarutan karbon pada besi, yaitu mengandung 2% karbon atau lebih,

tetapi besi cor yang sesungguhnya terdiri dari panduan yang mengandung unsur

Si, Mn, P, S dan unsur-unsur lainnya, walaupun sebenarnya masih mengandung

unsur-unsur tersebut namun pengaruhnya tidak terlalu besar. Terkadang untuk

tujuan tertentu unsur-unsur paduan lainnya ditambahkan untuk meningkatkan sifat

mekanik tergantung dari aplikasi penggunaannya.

2.2 Komposisi Besi Cor

Tabel 2.1 Komposisi Kandungan Besi Cor ( Heine 1981)

Unsur Besi kelabu(%)

Besi nodular( %)

Besi putih(%)

Besi mamputempa (%)

karbon 2,5 – 4,0 3,0 – 4,0 1,8 – 3,6 2,2 – 2,9Silikon 1,0 – 3,0 1,8 – 2,8 0,5 – 1,9 0,9 – 1,9Mangan 0,2 – 1,0 0,1 – 1,0 0,25 – 0,8 0,15 – 1.2Posfor 0,002 – 1,0 0,01 – 0,1 0,06 – 0,2 0,02 – 0,2Sulfur 0,02 – 0,025 0,01 – 0,003 0,06 – 0,2 0,02 – 0,2

Page 2: BAB II TINJAUAN PUSTAKAdigilib.unimus.ac.id/files//disk1/120/jtptunimus-gdl... · 2016. 1. 5. · 2.1 Besi Cor Istilah besi cor, sama halnya dengan istilah baja yang termasuk dalam

2

Tabel 2.1 di atas menunjukkan bahwa unsur karbon dan silikon sangat

mempengaruhi jenis besi cor yang dihasilkan. Hal ini dapat terjadi karena karbon

dan silikon mempengaruhi terbentuknya grafit dalam besi cor bila kadarnya

ditingkatkan sedangkan ketika besi dalam fase cair, karbon bersenyawa dengan

besi membentuk karbida besi. Silikon yang terkandung dalam besi cor akan

menyebabkan sementit menjadi kurang stabil sehingga cenderung membentuk

grafit. Selain kandungan karbon dan silikon, terbentuknya berbagai jenis besi cor

juga dipengaruhi oleh laju pendinginan selama proses pembekuan. Unsur-unsur

paduan logam dan non logam ditambahkan untuk mendapatkan sifat-sifat mekanik

besi cor sesuai yang diinginkan.

Besi cor mempunyai lapisan yang mengandung grafit berbentuk flake

(serpihan) sehingga mempunyai kekuatan tarik yang tidak begitu tinggi dan

keuletannya sangat rendah sehingga tidak dapat dibentuk selain dengan proses

pengecoran dan permesinan. Bila pada besi cair ditambahkan sedikit magnesium

atau serium, maka grafitnya akan berubah menjadi bulat (spheroid) yang

mempunyai keuletan lebih tinggi.

Tabel 2.2 Klasifikasi Patahan, Struktur Mikro Besi Cor (Metal Handbook,1990)

Komersial penunjukanMatrix Fracture

Karbon –fase

kaya

Besi kelabu Perlit Kelabu Grafit Lamellar

Besi nodular Ferit, Perlit, Austenit Perak-

Kelabu

Grafit bulat

Besi putih Perlit, Martensit Putih Fe3C

Besi mampu tempa Ferit, Perlit Perak-

Kelabu

Grafit temper

Tabel 2.2 diatas menunjukkan bahwa warna patahan dari besi cor dapat

menentukan jenis dari besi cor tersebut. Selain dari warna patahan, jenis besi cor

juga dapat dilihat dari matrik penyusunnya.

Page 3: BAB II TINJAUAN PUSTAKAdigilib.unimus.ac.id/files//disk1/120/jtptunimus-gdl... · 2016. 1. 5. · 2.1 Besi Cor Istilah besi cor, sama halnya dengan istilah baja yang termasuk dalam

3

2.3 Klasifikasi Besi Cor

Besi cor dapat diklasifikasikan menurut kadar karbon dan silikon yang

dikandungnya.

2.3.1 Besi Cor Kelabu (Gray Cast Iron)

Besi cor kelabu adalah besi cor yang kandungan karbonnya bervariasi

antara 2,5% - 4% sementara kandungan silikon antara 1% - 3%. Sebagian besar

grafit yang terbentuk pada besi cor jenis ini adalah serpihan (flakes), yang

sekitarnya dilingkupi matrik ferit atau perlit. Secara umum bentuk

mikrostruktur besi cor kelabu tidak selalu sama, hal ini dipengaruhi oleh

komposisi atau pengaruh dari perlakuan panas (Gambar 2.1).

Gambar 2.1 Diagram fasa Besi cor (Calliseter,2006)

Besi cor kelabu terbentuk dari paduan besi dan karbon dengan laju

pendinginan medium (dengan matrik berupa perlit) dan pendinginan lambat

(dengan matrik berupa ferit).

Page 4: BAB II TINJAUAN PUSTAKAdigilib.unimus.ac.id/files//disk1/120/jtptunimus-gdl... · 2016. 1. 5. · 2.1 Besi Cor Istilah besi cor, sama halnya dengan istilah baja yang termasuk dalam

4

Tabel 2.3 Komposisi Kimia Besi Cor Kelabu (ASM volume 1, 2005)

UNS SAE grade C % Mn % Si % P % S %F10004 G1800(b) 3.4 – 3.7 0.5 – 0.8 2.8 – 2.3 0.15 0.15F10005 G2500(b) 3.2 – 3.5 0.6 – 0.9 2.4 – 2.2 0.12 0.15F10006 G3000(c) 3.1 – 3.4 0.6 – 0.9 2.3 – 1.9 0.10 0.15F10007 G3500(c) 3.0 – 3.3 0.6 – 0.9 2.2 – 1.8 0.08 0.15F10008 G4000(c) 3.0 – 3.3 0.7 – 1.0 2.1 – 1.8 0.07 0.15

Tabel 2.3 menunjukkan komposisi kimia besi cor kelabu sesuai dengan

tipe-tipe yang dijual dipasaran, dimana kisaran karbonnya antara 3 – 3,7 %.

Tabel 2.4 Sifat Mekanis Besi Cor Kelabu (ASM volume 1, 2005)

ASTMA 48 class

Uji Tarik Tegangan GeserUji

Kekerasan

MPa Ksi MPa ksi HB20 152 22 179 26 15625 179 26 220 32 17430 214 31 276 40 21035 252 36.5 334 48.5 21240 293 42.5 393 57 23550 362 52.5 503 73 26260 431 62.5 610 88.5 302

Tabel 2.4 menunjukkan hasil pengujian batang besi cor kelabu standar.

Dari tabel tersebut diketahui besi cor kelabu memiliki kekerasan 156 – 302 HB

dan kekuatan tarik 152 – 431 Mpa. Berat jenis besi cor kelabu 7,1 gr/cm3 sampai

7,3 gr/cm3 pada temperatur kamar dan dipengaruhi oleh kandungan grafit.

Sedangkan dalam keadaan cair berat jenisnya berkisar antara 6,78 gr/cm3 sampai

dengan 6,95 gr/cm3. Dalam keadaan padat penurunan berat jenis berbanding lurus

dengan tingginya temperatur.

Ditinjau dari sifat mekanisnya, besi cor kelabu mempunyai kekuatan

tegangan yang rendah dibanding jenis besi cor yang lain. Hal ini karena bentuk

mikrostrukturnya berupa grafit yang meruncing diujungnya sehingga dapat

menyebabkan konsentrasi tegangan pada daerah tersebut (Gambar 2.2). Salah

satu sifat yang paling efektif dari, besi cor kelabu adalah kemampuan meredam

energi getaran dibandingkan baja.

Page 5: BAB II TINJAUAN PUSTAKAdigilib.unimus.ac.id/files//disk1/120/jtptunimus-gdl... · 2016. 1. 5. · 2.1 Besi Cor Istilah besi cor, sama halnya dengan istilah baja yang termasuk dalam

5

Gambar. 2.2 Struktur mikro besi cor dengan perbesaran 200x

(laboratorium polman ceper)

2.3.2 Besi Cor Putih (White Cast Iron)

Besi cor putih mempunyai kandungan silikon di bawah 1%, karbon antara

2,8 – 3,6 %. merupakan paduan besi dan karbon dengan waktu pendinginan yang

cepat dan mempunyai fasa sementit sehingga mempunyai karakteristik yang keras

tetapi sangat rapuh, serta tidak terbentuk grafit seperti besi cor lainnya karena

unsur silikonnya rendah dan tingginya laju pendinginan dan warna patahannya

berwarna putih, sehingga dinamakan besi cor putih.

Pada saat proses pengecoran, besi cor putih biasanya terbentuk pada

lapisan tipis permukaan benda hasil coran. Hal ini disebabkan oleh pembekuan

lebih cepat yang dialami oleh benda coran. Lapisan besi cor putih ini sering

disebut sebagai chilled.

2.3.3 Besi Cor Nodular (Ductile Iron)

Penambahan magnesium dan atau serium (saat fasa cair belum terbentuk

grafit atau sementit) terhadap besi ketika dalam fasa cair dapat menyebabkan

karbon yang terbentuk dalam besi berubah bentuk yang semula serpihan menjadi

bulat. Dan perubahan ini menimbulkan karakter keuletan (ductility) dari besi cor

meningkat.

ferit

Austenit

6µm

Grafit

Page 6: BAB II TINJAUAN PUSTAKAdigilib.unimus.ac.id/files//disk1/120/jtptunimus-gdl... · 2016. 1. 5. · 2.1 Besi Cor Istilah besi cor, sama halnya dengan istilah baja yang termasuk dalam

6

Fasa matrik yang mengelilingi grafit berupa perlit dan ferit bergantung

pada perlakuan panas setelah proses pengecoran, Dalam keadaan normal setelah

pengecoran, matrik didominasi oleh perlit tetapi setelah mengalami perlakuan

panas dengan temperatur 700oC, matrik ferit mendominasi di sekitar grafit. Besi

cor nodular mempunyai karakteristik mendekati baja, sebagai contoh besi cor

nodular ferit mempunyai kekuatan tarik 380-480 MPa dengan keuletan 10 – 20%.

Besi cor jenis ini banyak digunakan sebagai bahan pembuat roda gigi, katup, bodi

pompa dan berbagai komponen mesin lainnya

2.3.4 Besi Cor Mampu Tempa (Malleable Cast Iron)

Pada umumnya besi cor mampu tempa merupakan besi cor putih yang

sudah mengalami perlakuan panas pada temperatur 800oC dan 900oC sehingga

menyebabkan dekomposisi pada sementit membentuk grafit yang menyebar

dikelilingi oleh matrik ferit atau perlit bergantung pada laju pendinginannya. Besi

cor mampu tempa mempunyai sifat yang mirip dengan besi cor nodular yaitu

keras tetapi ulet karena hasil dari kombinasi grafit nodular dan matrik logam yang

rendah karbon. Karena sifatnya yang ulet, maka pada besi cor mampu tempa dapat

dilakukan proses pemesinan. Besi cor mampu tempa banyak digunakan untuk

membuat benda-benda yang memerlukan ketahanan bentur yang besar.

2.4 Karakteristik Besi Cor

Karakteristik besi cor tergantung pada struktur mikronya. Sedangkan

struktur mikro besi cor dipengaruhi oleh komposisi besi, karbon dan

temperaturnya. Untuk menunjukkan jenis fasa yang terjadi dalam keadaan

setimbang antara suhu dan komposisi maka diperlukan diagram fasa besi-karbon

(Fe-C). Diagram fasa besi-karbon dapat menunjukkan daftar rangkaian operasi

yang menunjukkan fasa yang terbentuk pada paduan besi-karbon dengan

komposisi karbon dan temperatur tertentu (Gambar 2.3).

Page 7: BAB II TINJAUAN PUSTAKAdigilib.unimus.ac.id/files//disk1/120/jtptunimus-gdl... · 2016. 1. 5. · 2.1 Besi Cor Istilah besi cor, sama halnya dengan istilah baja yang termasuk dalam

7

Gambar 2.3 Diagram fasa besi-karbon (Fe-C), (calister,2006)

Dari Gambar 2.3 diagram fasa besi-karbon (Fe–C) di atas, koordinat aksis

menunjukkan kandungan karbon hanya mencapai 6,67% (berat), pada konsentrasi

tersebut terbentuk besi karbida atau sementit (Fe3C). Pada prakteknya, semua baja

dan besi cor mempunyai kandungan karbon kurang dari 6,67%. Besi dengan kadar

karbon melebihi 2% digolongkan ke dalam besi cor jika kurang dari 2% maka

termasuk golongan baja.

Pada diagram fasa besi-karbon (Fe–C) terdapat empat fasa yang

mempunyai karakteristik yang berbeda-beda, yaitu :

1. Ferit (besi - )

Ferit merupakan modifikasi struktur dari besi murni pada suhu

ruang. Ferit bersifat lunak dan ulet dalam keadaan murni, kekuatan

tariknya kurang dari 310 MPa. Ferit juga bersifat feromagnetik pada suhu

dibawah 770oC. Berat jenis ferit adalah 7,88 g/cm3. Ferit mempunyai

Page 8: BAB II TINJAUAN PUSTAKAdigilib.unimus.ac.id/files//disk1/120/jtptunimus-gdl... · 2016. 1. 5. · 2.1 Besi Cor Istilah besi cor, sama halnya dengan istilah baja yang termasuk dalam

8

struktur kubik pemusatan ruang (BCC, body center cubic), seperti terlihat

pada Gambar 2.4. Ferit juga memiliki ruang antar atom yang kecil dan

rapat sehingga tidak dapat menampung atom karbon yang kecil sekalipun.

Oleh sebab itu daya larut karbon dalam ferit rendah (< 1 karbon per 1000

atom besi), dan larutan karbon maksimum 0,025% (pada 723oC) dan hanya

0,008% pada temperatur kamar.

(a) (b)

Gambar 2.4 (a) Struktur BCC, (b) Struktur kristal ferit (calister,2006)

2. Austenit (besi - )

Austenit merupakan modifikasi besi dengan struktur pemusatan sisi (FCC,

face center cubic). Bentuk besi ini stabil pada suhu antara 912oC dan 1394oC.

Pada suhu stabil austenit memiliki sifat lunak dan ulet sehingga mudah dibentuk

dan austenit tidak bersifat feromagnetik pada suhu manapun. Austenit dengan

struktur kubik pemusatan sisi mempunyai jarak antar atom yang lebih besar

dibandingkan dengan ferit yang berstruktur BCC. Meskipun demikian, ruang pada

struktur FCC hampir tidak dapat menampung atom karbon dan penyisipan yang

terjadi akan mengakibatkan regangan dalam struktur. Akibatnya tidak semua

ruang dapat diisi atom karbon seperti terlihat pada Gambar 2.5

Gambar 2.5 (a) Struktur FCC (b) Struktur kristal Austenit (calister, 2006)

(a)(b)

Page 9: BAB II TINJAUAN PUSTAKAdigilib.unimus.ac.id/files//disk1/120/jtptunimus-gdl... · 2016. 1. 5. · 2.1 Besi Cor Istilah besi cor, sama halnya dengan istilah baja yang termasuk dalam

9

3. Besi ()

Fasa austenit bukan merupakan fasa yang paling stabil, karena pada

temperatur di atas 1394oC struktur kristal austenit berubah kembali menjadi

struktur kubik pemusatan ruang (BCC) yang kemudian disebut besi-. Secara

umum besi- sama dengan besi- kecuali pada daerah suhunya, karena itu besi-

sering disebut dengan ferit-. Daya larut karbon dalam ferit- kecil, tetapi

masih lebih besar bila dibandingkan dengan ferit-, karena suhu yang lebih

tinggi.

4. Sementit (Karbida Besi)

Sementit merupakan fasa kedua yang dibentuk dari paduan besi-karbon

yang kelarutan karbonnya melebihi batas daya larutnya. Karbida besi mempunyai

komposisi kima Fe3C. Hal ini tidak berarti bahwa karbida besi membentuk

molekul-molekul Fe3C, akan tetapi kristal mengandung atom besi dan karbon

dalam perbandingan tiga lawan satu. Fe3C mempunyai sel satuan ortorombik

dengan 12 atom besi dan 4 atom karbon per sel, jadi kandungan karbon 6,7%

(berat).

Berat jenis sementit adalah 7,6 g/cm3, Bila dibandingkan dengan austenit

dan ferit, sementit mempunyai kekerasan paling tinggi. Karbida besi dalam ferit

akan meningkatkan kekerasan, tetapi karena karbida besi murni tidak ulet, karbida

besi tidak dapat menyesuaikan diri dengan adanya konsentrasi tegangan sehingga

menurunkan keuletan ferit, Gambar 2.6 di bawah ini adalah contoh struktur

mikro dari ferit.

Gambar 2.6 Struktur kristal sementit

Page 10: BAB II TINJAUAN PUSTAKAdigilib.unimus.ac.id/files//disk1/120/jtptunimus-gdl... · 2016. 1. 5. · 2.1 Besi Cor Istilah besi cor, sama halnya dengan istilah baja yang termasuk dalam

10

2.5 Puli

Puli merupakan penerus tenaga dari motor penggerak ke media yang di

kehendaki, biasanya menggunakan perantara sabuk penghubung, puli yang di

produksi di CV. Bonjor Jaya adalah puli yang terbuat dari besi cor tipe FC350

atau biasa disebut besi cor kelabu. Pada proses produksi puli, khususnya pada

proses pengecoran, tingkat kesulitan dan jumlah produk yang cacat cukup tinggi.

Hal ini disebabkan oleh beberapa faktor, salah satunya adalah komposisi dari

coran. Berikut ini merupakan gambar dari puli yang di tunjukan pada Gambar 2.7

dan diagram proses pengecoran logam yang diperlihatkan pada Gambar 2.8.

Gambar 2.7 Puli

Page 11: BAB II TINJAUAN PUSTAKAdigilib.unimus.ac.id/files//disk1/120/jtptunimus-gdl... · 2016. 1. 5. · 2.1 Besi Cor Istilah besi cor, sama halnya dengan istilah baja yang termasuk dalam

11

Pengolahanpasir

Pembuatanpola

Pembuatancetakan

Pasir bekas

Bahanbaku

Barang jadi

penambalan

pembongkaran

Penuangankecetakan

peleburan

pendinginan

reject

coran

machining

cleaning

pemeriksaan

no

no

no

no

yes

yes

yes

yesclea

Gambar 2.8 Diagram alir proses pengecoran logam

Berikut ini tahapan-tahapan pembuatan puli dari awal pembuatan sampai barang

jadi.

2.5.1 Pengolahan Pasir

Pasir yang paling lazim digunakan adalah pasir gunung, pasir pantai, pasir

sungai, tanah lempung dan pasir silika. Di CV. Bonjor Jaya, pasir cetak yang

Page 12: BAB II TINJAUAN PUSTAKAdigilib.unimus.ac.id/files//disk1/120/jtptunimus-gdl... · 2016. 1. 5. · 2.1 Besi Cor Istilah besi cor, sama halnya dengan istilah baja yang termasuk dalam

12

digunakan adalah Green Sand yang terdiri dari campuran tanah lempung, bentonit

dan air yang diperlihatkan pada Gambar 2.9

(a) (b)

Gambar 2.9 (a) Tanah lempung, (b) Bentonit

Pencampuran adalah langkah yang paling penting. Dalam pengolahan

pasir. Tanah lempung, air dan bahan tambahan sebagai pengikat (bentonit)

dibutuhkan untuk pasir cetak. Pengukuran yang tepat dari jumlah bahan-bahan

tersebut pencampurannya sangat penting. Di dalam pengolahan pasir, CV. Bonjor

Jaya masih dilakukan secara manual dengan masing-masing kadar yaitu: tanah liat

30%, tanah pasir 50%, air 15%, bahan pengikat / bentonit 5%.

Bentonit biasa di tambahkan pada saat pembuatan cetakan pasir jika di

rasa pasir tersebut kurang menyatu,selain itu bentonit juga sering di tambahkan

pada pasir cetak untuk pembuatan puli yang berukura kecil, seprti puli yang

berukuran 2 in-6 in. Gambar di bawah ini adalah proses pembersihan pasir dari

kotoran atau sampah(Gambar 2.10)

Gambar2.10 Poses pengayakan pasir secara manual

Page 13: BAB II TINJAUAN PUSTAKAdigilib.unimus.ac.id/files//disk1/120/jtptunimus-gdl... · 2016. 1. 5. · 2.1 Besi Cor Istilah besi cor, sama halnya dengan istilah baja yang termasuk dalam

13

2.5.2 Pembuatan Pola

Pola yang dipergunakan untuk pembuatan cetakan produk coran dapat

digolongkan menjadi pola logam seperti terlihat pada Gambar 2.11 dan pola kayu

(termasuk pola plastik). Pada pembuatan puli ini, pola yang digunakan adalah pola

logam. Pola logam digunakan agar dapat menjaga ketelitian ukuran benda coran,

terutama dalam produksi masal, sehingga pola harus tahan lama dan memiliki

produktivitas tinggi.

Gambar 2.11 Pola puli

2.5.3 Pembuatan Cetakan

Cetakan yang digunakan adalah cetakan yang dibuat dengan

tangan.bahan yang digunakan terdiri dari campuran tanah lempung, tanah pasir

dan air. Biasanya pasir cetakan dicampur dengan bahan pengikat (bentonit)

terlebih dahulu agar lebih mudah merekat atau dimampatkan, bentonit juga bisa di

tambahkan jika produk yang di buat berukuran kecil dengan bentuk yang sulit.

Pembuatan cetakan pasir biasanya dilakukan dengan urutan sebagai berikut :

1. Papan cetakan diletakkan pada lantai yang rata dengan pasir yang tersebar

mendatar.

2. Pola dan rangka cetakan untuk drag diletakkan di atas papan cetakan.

Rangka cetakan harus cukup besar sehingga tebalnya pasir 30-50 mm.

Letak saluran turun ditentukan terlebih dahulu.

Page 14: BAB II TINJAUAN PUSTAKAdigilib.unimus.ac.id/files//disk1/120/jtptunimus-gdl... · 2016. 1. 5. · 2.1 Besi Cor Istilah besi cor, sama halnya dengan istilah baja yang termasuk dalam

14

3. Pasir muka yang telah diayak ditaburkan untuk menutupi permukaan pola

dalam rangka cetak. Lapisan pasir muka dibuat setebal 30 mm.

4. Pasir cetak ditimbun di atasnya dan dipadatkan dengan penumbuk. Dalam

penumbukan ini harus dilakukan secara hati-hati agar pola tidak terdorong

langsung oleh penumbuk. Selanjutnya pasir yang tertumbuk melewati tepi

atas dari rangka cetakan digaruk dan cetakan diangkat bersama dengan

pola dari papan cetakan.

5. Cetakan dibalik dan diletakkan pada papan cetakan, dan setengah pola

lainnya bersama-sama rangka cetakan untuk cup dipasang di atasnya,

kemudian bahan pemisah ditaburkan di permukaan pisah dan di

permukaan pola.

6. Batang saluran turun dan pola penambah dipasang, kemudian pasir muka

dan pasir cetak dimasukkan dalam rangka cetakan dipadatkan. Selanjutnya

cup dipisahkan dari drag dan diletakkan mendatar pada papan cetakan.

Pengalir dan saluran turun dibuat dengan menggunakan spatula, Pola untuk

pengalir dan saluran dipasang sebelumnya yang bersentuhan dengan pola utama,

jadi tidak perlu dibuat dengan spatula. Kemudian pola diambil dari cetakan, di

bawah ini adalah gambar cetakan puli seperti di tunjukan pada Gambar 2.12

Gambar 2.12 Cetakan puli

Page 15: BAB II TINJAUAN PUSTAKAdigilib.unimus.ac.id/files//disk1/120/jtptunimus-gdl... · 2016. 1. 5. · 2.1 Besi Cor Istilah besi cor, sama halnya dengan istilah baja yang termasuk dalam

15

2.5.4 Bahan baku

Bahan baku yang di gunakan adalah jenis besi cor kelabu, sebelum di olah

bahan baku yang berukuran terlalu besar harus di potong menjadi lebih kecil agar

proses peleburan lebih mudah di lakukan.

Bahan baku yang biasanya di gunakan di cv bonjor jaya adalah:

1. Bekas rumah pompa sentrifugal.

2. Produk yang gagal cetak

3. Sisa pengecoaran yaitu dari saluran turun saat penuangan coran,

4. Semua jenis besi tua yang memenuhi syarat besi cor kelabu, dan lain-

lain seperti terlihat pada Gambar 2.13

Gambar 2.13 Bahan baku puli

2.5.5 Peleburan

Proses pengecoran menggunakan kupola dengan kapasitas 1 ton. Kupola

ini dibuat dari silinder baja yang tegak, dilapisi dengan batu tahan api. Bahan baku

logam dan kokas diisikan dari pintu pengisi. Udara ditiupkan kedalam kupola

melalui tuyer, kokas terbakar dan bahan logam mencair. Logam cair dan terak

dikeluarkan melalui lubang-lubang keluar pada dasar kupola. logam dipanaskan

langsung oleh panas pembakaran dan kokas yang mengakibatkan logam mencair.

Konstruksi kupola ini dibagi menjadi beberapa daerah, sesuai dengan keadaan

bahan baku dalam kupola, daerah-daerah tersebut adalah:

Page 16: BAB II TINJAUAN PUSTAKAdigilib.unimus.ac.id/files//disk1/120/jtptunimus-gdl... · 2016. 1. 5. · 2.1 Besi Cor Istilah besi cor, sama halnya dengan istilah baja yang termasuk dalam

16

1. Daerah pemanasan mula, adalah bagian dari pintu pengisian sampai di

tempat dimana logam mencair. Selama turun di daerah ini, logam

mengalami pemanasan pula.

2. Daerah lebur, ialah bagian atas dari kopula, dimana logam mencair.

3. Daerah panas lanjut, adalah bagian dari bagian bawah daerah lebur sampai

rata dengan tuyer. Logam cair dipanaskan lanjut selama turun melalui

daerah ini.

4. Daerah krus, adalah bagian dari tuyer sampai kupola. Logam cair dan

sebagian kecil terak ditampung di daerah ini.

5. Daerah oksidasi, ialah bagian dari tuyer sampai rata tengah-tengah alas

kokas. Dalam daerah ini kokas dioksidasi oleh udara yang ditiupkan melalui

tuyer.

6. Daerah reduksi, ialah bagian atas dari daerah oksidasi, dimana yang timbul

didaerah oksidasi, direduksi oleh kokas. Didalam kopula inilah, bahan baku

yang berupa besi bekas dan besi kasar dipanaskan hingga mencapai

temperatur sekitar 1540o C, sehingga menjadi logam cair, dan siap

dituangkan kedalam cetakan.

Adapun langkah-langkah untuk melakukan pengecoran dengan menggunakan

dapur kupola adalah sebagai berikut :

a. Persiapan

Biasanya mempersiapkan kupola dimulai dengan memperbaiki lapisan

yang telah kena erosi selama pemakaian yang lalu. Mula-mula pintu

dasarnya dibuka dan baru tempat-tempat yang kena erosi diperbaiki

setelah bagian dalam dari kupola mendingin. Terak, kokas dan besi yang

melekat pada dinding di daerah lebur dibuang dengan pahat sampai bata

api asli terlihat. Selanjutnya lapisan diperbaiki dengan bata tahan api atau

bahan penambah, sampai keukuran semula. Juga dilakukan perbaikan

tuyer dan lubang cerat dengan memperhatikan ukuran, bentuk dan

sudutnya. Setelah perbaikan dinding dan lubang-lubang selesai, pimtu

dasar ditutup dan pasir cetak ditebarkan diatasnya setebal 30 mm sampai

50 mm, kemudian pasir dasar ditaburkan diatasnya dan dipadatkan. Dasar

Page 17: BAB II TINJAUAN PUSTAKAdigilib.unimus.ac.id/files//disk1/120/jtptunimus-gdl... · 2016. 1. 5. · 2.1 Besi Cor Istilah besi cor, sama halnya dengan istilah baja yang termasuk dalam

17

dibuat miring kearah lubang cerat dengan kemiringan 5/1000 sampai

10/1000, untuk memberikan hasil yang baik pada pengeluran besi cair.

b. Penyalaan

Setelah kupola dan dikeringkan selama 2 hari, penyalaan harus

disiapkan kira-kira 3 sampai 4 menit sebelum jadwal waktu pengeluaran.

Pada permulaan, dilakukan pembakaran dengan memakai burner disertai

tiupan, alas kokas langsung dapat dinyalakan tanpa memakai kayu bakar.

Kalaupun api pembakaran telah mencapai bagian atas dari alas kokas,

lubang-lubang pengintip ditutup dan ditiupan mulai dilakukan selama tiga

sampai lima menit. Selama tiupan mula, alas kokas harus diatur sampai

mencapai tinggi yang benar, yaitu diukur dari pintu pengisian sebesar 1,5

sampai 1,8 kali diameter dalam. Jumlah bahan muatan dihitung berdasarkan

daftar penyusunan bahan.

Berat satuan muatan logam disarankan sebesar 1/10 sampai 1/15 dari

laju peleburan tiap jam. Jumlah muatan kokas ditentukan berdasarkan

perbandingan besi terhadap kokas, sedangkan jumlah batu kapur sebagai

sumber terak 25% samapi 35% dari berat kokas. Urutan pemuatan pertama

adalah batu gamping, kemudian logam, kokas, dan selanjutnya berulang.

Yang perlu untuk diperhatikan disini adalah ukuran data dimensi dari logam

haruslah seragam, sehingga untuk besi bekas yang besar-besar, biasanya

dipotong-potong terlebih dahulu dengan ukuran yang sesuai.

c. Cara Operasi

Setelah bahan-bahan dimuatkan sampai mencapai bagian bawah pintu

pengisian, logam dipanaskan selama 15 sampai 20 menit tanpa tiupan.

Setelah pemanasan mula mulai dilakukan tiupan udara. Tetesan besi dapat

dilihat melalui lubang pengintip 3 atau 4 menit setelah tiupan dimulai.

Biasanya pembukaan pertama dari lubang cerat dilakukan 20 menit setelah

tiupan pertama dimulai dalam kupola, panas yang terjadi karena reaksi

eksotermis antar O2 dalam udara yang ditiupkan dan kokas akan mencairkan

logam, membentuk terak, memindahkan kotoran kedalam terak dan

Page 18: BAB II TINJAUAN PUSTAKAdigilib.unimus.ac.id/files//disk1/120/jtptunimus-gdl... · 2016. 1. 5. · 2.1 Besi Cor Istilah besi cor, sama halnya dengan istilah baja yang termasuk dalam

18

mereduksi oksida-oksida. O2 dalam udara melalui tuyer menyebabkan

oksidasi:

C + O2 CO2…………………………………….(1)

Kokas terbakar pada daerah ini, yang mempunyai temperatur tinggi dalam

tanur. Dan daerah inilah yang disebut daerah oksidasi.

Sedangkan bagian atas dari daerah ini adalah daerah reduksi

dimana CO yang terjadi di daerah oksidasi sebagian dirubah menjadi CO

oleh reaksi reduksi sebagai berikut:

CO2 + C 2CO…………………………………(2)

Reaksi ini adalah reksi endotermis dan di percepat jika

temperaturnya bertambah.

Reaksi (1) dan (2) terjadi jika kokas bersentuhan dengan udara tiup. Oleh

karena itu tempat dimana terjadinya reaksi itu secara efektif dan distribusi

gas cerobong, di pengaruhi oleh ukuran kokas, volume udara tiup, ukuran

tuyer dan factor-faktor lain. Dalam peleburan kupola adalah penting adalah

untuk mengatur kedudukan daerah oksidasi dan reduksi, sebab hal itu akan

mempengaruhi mutu logam cair.

Logam cair yang pertama mempunyai temperatur yang rendah (400-

500oC) dan mempunyai perubahan trion komposisi yang besar. Karena itu

ia tidak dipakai untuk coran. Untuk mendapatkan logam cair yang

bertemperatur tinggi sejak permulaan, perlu digunakan alas kokas yang

tinggi, tiupan udara yang lebih tinggi atau berlebih atau ditambahkan 1

sampai 2% kalsium karbida pada permukaan kokas yang pertama.

Pada proses pengeluaran logam cair, lubang cerat dibuka setelah waktu

tertentu, yaitu apabila jumlah tertentu dari logam cair telah terkumpul.

Setelah dituang, lubang cerat di tutup kembali, untuk kemudian dibuka

kembali bila jumlah logam cair yang terkumpul sudah mencukupi. Kokas,

batu gamping dan logam harus dimasukkan pada waktu-waktu tertentu

untuk mengisi kopula sampai bagian bawah dari pintu pengisian.

Page 19: BAB II TINJAUAN PUSTAKAdigilib.unimus.ac.id/files//disk1/120/jtptunimus-gdl... · 2016. 1. 5. · 2.1 Besi Cor Istilah besi cor, sama halnya dengan istilah baja yang termasuk dalam

19

Selama proses pencairan perlu dilakukan pengecekan pada laju

pencairan, temperatur besi cair, tekanan udara tiup dan lain-lainnya, untuk

mengusahakan agar keadaan didalam kupola tetap stabil. Menjelang akhir

operasi, tekanan udara turun disebabkan penurunan temperatur. Oleh

karena itu katub udara perlu diturunkan agar volume udara tiup tetap.

Tiupan udara dihentikan sementara masih ada dua atau tiga muatan diatas

alas kokas.

Untuk menghindari melekatnya besi pada lapisan dalam tungku.

Bersamaan dengan penghentian tiupan udara, lubang intip tuyer dibuka

besi dan terak di keluarkan dari lubang cerat dan lubang terak selanjutnya

pintu dasar kupola dibuka dan isinya dijatuhkan diatas pasir yang telah di

taburkan di bawah kupola.

d. Persyaratan Operasi yang Sempurna

Dalam mencairkan besi, sifat-sifat besi selalu berubah mengikuti perubahan

keadaan tungku, walaupun tungku bekerja pada persyaratan tetap. Oleh

karena itu tungku perlu bekerja dengan persyaratan yang cocok, sesuai

dengan perubahan keadaanya.

1. Persyaratan untuk temperatur pengeluaran yang tinggi adalah:

- Tinggi efektif kupola adalah tinggi dari pertengahan sampai bagian bawah

dari pintu pengisian.

- Volume udara yang cocok

- Mempergunakan kokas yang keras mengandung sedikit abu

- Alas kokas yang tinggi

- Peniupan yang cukup sebelum tungku bekerja secara stabil

- Muatan kokas yang cukup

2. Persyaratan untuk besi bersih tanpa oksida adalah:

- Alas kokas yang tinggi

- Muatan kokas cukup

- Ukuran dan berat besi muatan sesuai dengan diameter kupola

- Mencegah kelebihan udara tiup dan tekanan lebih dari udara tiup

3. Persyaratan untuk besi yang homogen dan mempunyai komposisi kimia yang

diminta adalah:

Page 20: BAB II TINJAUAN PUSTAKAdigilib.unimus.ac.id/files//disk1/120/jtptunimus-gdl... · 2016. 1. 5. · 2.1 Besi Cor Istilah besi cor, sama halnya dengan istilah baja yang termasuk dalam

20

- Mempergunakan tuyer yang meniupkan jumlah udara yang sama

- Menggunakan perapian muka

- Mempergunakan besi kasar yang baru yang komposisi kimianya diketahui

- Pengaturan yang lebih baik dari sekrap balik dengan penggolongan sekrap

- Mempergunakan besi yang cocok dengan diameter

- Dan lain-lain.

2.5.6 Penuangan ke Cetakan

Besi cair yang dihasilkan kupola dituang kedalam ladel yang telah dilapisi

bata tahan api. Pada proses ini dilakukan inokulasi, yaitu penambahan silikon ke

dalam cairan besi. Penambahan ferro silikon atau zat-zat pembentuk grafit dalam

jumlah yang kecil 0.05-0.25 % maka akan terbentuk grafit tipe A.

Tujuan dari inokulasi adalah:

1. Membentuk inti-inti pembekuan agar pembekuan terarah dan terkendali.

2. Penyebaran grafit yang merata.

3. Memperbaiki sifat-sifat mekanik.

Metode yang lazim digunakan untuk proses inokulasi adalah dengan cara

memasukkan inokulan ke dalam ladel sebelum besi cair dituang dari kupola ke

dalam ladel. Sebelum besi cair dituang ke dalam cetakan, besi cair dipindahkan

kedalam ladel-ladel tuang. Namun sebelum digunakan ladel ini harus terlebih

dahulu dilapisi dengan bata tahan api yang dikeringkan dengan burner gas atau

burner minyak residu selama setengah sampai satu jam. berikut ini adalah proses

penuangan cairan logam kedalam cetakan seperti di tunjukan pada Gambar 2.1

.

Gambar 2.14 Penuangan cairan besi kedalam cetakan

Page 21: BAB II TINJAUAN PUSTAKAdigilib.unimus.ac.id/files//disk1/120/jtptunimus-gdl... · 2016. 1. 5. · 2.1 Besi Cor Istilah besi cor, sama halnya dengan istilah baja yang termasuk dalam

21

2.5.7 Pendinginan

Proses pendinginan dilakukan setelah cairan besi dituang ke dalam

cetakan. Proses pendinginan sendiri berlangsung selama 2-3 jam, tetapi di CV.

Bonjor Jaya, proses pendinginan dilakukan selama 1 hari, dengan tujuan untuk

mendapatkan hasil coran yang baik. Sehingga pembongkaran dilakukan sehari

setelah cairan besi dituang ke dalam cetakan. Berikut ini Gambar 2.15 adalah

gambar pada saat proses pendinginan puli.

Gambar 2.15 Proses pendinginan puli

2.5.8 Pembongkaran

Proses pembongkaran coran yang telah di dinginkan di lakukan dengan cara

mengangkat coran tersebut dari cetakannya, dengan salah satu caranya yaitu

mengungkit dengan besi.agar mempermudah proses pembongkaran coran seperti

terlihat pada Gambar 2.16.

Gambar 2.16 Proses pembongkaran

Page 22: BAB II TINJAUAN PUSTAKAdigilib.unimus.ac.id/files//disk1/120/jtptunimus-gdl... · 2016. 1. 5. · 2.1 Besi Cor Istilah besi cor, sama halnya dengan istilah baja yang termasuk dalam

22

2.5.9 Coran

Penyingkiran saluran turun dan penambahan coran dilakukan setelah coran

dilepas dari cetakan. Ada dua cara untuk melepaslan saluran turun dan

penambahan ,yaitu dengan cara mekanis dan manual. Dalam praktek di lapangan,

biasanya saluran-saluran tersebut lepas dengan sendirinya waktu dilakukan

penyingkiran pasir atau kalau belum lepas ,biasanya dilepaskan dengan cara

dipalu atau dibenturkan satu sama lain. Bekas saluran turun ini selanjutnya akan

digunakan pada peleburan selanjutnya. berikut ini Gambar 2.17 sesaat setelah

puli di lepaskan dari cetakan.

Gambar 2.17 Puli setelah pembongkaran

2.5.10 Cleaning

Setelah dilakukan pembongkaran, pasir yang melekat di permukaan benda

coran dibersihkan dengan cara disikat dengan sikat kawat.di bawah ini adalah

Gambar 2.18 puli setelah di bersihkan.

Gambar 2.18 Puli saat setelah di bersihka

Page 23: BAB II TINJAUAN PUSTAKAdigilib.unimus.ac.id/files//disk1/120/jtptunimus-gdl... · 2016. 1. 5. · 2.1 Besi Cor Istilah besi cor, sama halnya dengan istilah baja yang termasuk dalam

23

2.5.11 Machining

Setelah melalui proses pembersihan, lalu dilakukan proses machining.yaitu

puli di bersihkan dengan cara digerinda dengan tujuan untuk meratakan

permukaan benda kerja, misalnya meratakan bekas bidang pisah dan sisa

saluran.turun dan penambah. berikut ini Gambar 2.19 pada saat permesinan.

Gambar 2.19 Proses machining

2.5.12 Pemeriksaan

Proses selanjutnya setelah proses machining adalah proses pemeriksaan

kualitas produk. Pemeriksaan produk puli terdiri atas:

1. Pemeriksaan rupa

Dalam hal ini yang diteliti adalah ketidak teraturan, inklusi pasir, retakan

dan sebagainya yang terdapat pada permukaan produk.

2. Pemeriksaan cacat dalam

Dalam pemeriksaan ini diteliti adanya cacat-cacat seperti rongga udara,

rongga penyusutan, retakan dan sebagainya yang ada dalam produk tanpa

mematahkannya.

Sebagai hasil pemeriksaan produk mengenai macam-macam cacat, bentuk,

tempat yang diteliti, keadaan produk dan lain-lainnya harus dicatat secara tepat.

Selanjutnya bagi produk yang lulus pemeriksaan, tingkat kualitasnya harus dicatat

Page 24: BAB II TINJAUAN PUSTAKAdigilib.unimus.ac.id/files//disk1/120/jtptunimus-gdl... · 2016. 1. 5. · 2.1 Besi Cor Istilah besi cor, sama halnya dengan istilah baja yang termasuk dalam

24

secara tepat dengan jalan yang sama untuk umpan balik dalam perencanaan teknik

sedangkan untuk produk puli yang mengalami cacat ringan (tidak parah) misalnya

adanya rongga/lubang kecil pada permukaan produk, maka masih dapat diatasi

dengan cara penambalan. Di bawah ini Gambar 2.20 puli yang telah lulus

pemeriksaan.

Gambar 2.20 puli yang telah lulus pemeriksaan

2.5.13 Penambalan

Prosedur penambalan dimulai dengan menambal cacat dengan dempul

kemudian dilanjutkan dengan menghaluskan dempul dengan cara mengampelas

dan mengecat. Sedangkan untuk jenis cacat yang parah misalnya puli tidak rata

atau penyusutannya terlalu besar maka tidak bisa diperbaiki dan biasanya dilebur

kembali untuk pengecoran selanjutnya. Berikut ini Gambar 2.21 proses

penambalan puli.

Gambar 2.21 Proses penambalan

Page 25: BAB II TINJAUAN PUSTAKAdigilib.unimus.ac.id/files//disk1/120/jtptunimus-gdl... · 2016. 1. 5. · 2.1 Besi Cor Istilah besi cor, sama halnya dengan istilah baja yang termasuk dalam

25

3.5.14 Barang jadi

Pada proses ini adalah termasuk proses akhir dari kseluruhan proses yang

telah di lakukan di atas. Untuk selanjutnya produk tersebut hanya memerlukan

satu proses tambahan yaitu puli tersebut harus di cat. Proses pengecatan disini

bertujuan untuk mengindari agar produk tidak berkarat seperti terlihat pada

Gambar 2.22.

Gambar 2.22 Puli yang sudah jadi

2.5.15 Reject

Reject atau sortir adalah proses pemisahan dari produk cacat yang sudah

tidak bisa di perbaiki karena cacatnya cukup tinggi. Untuk hasil produk seperti ini

akan di kumpulkan, untuk di lebur kembali dengan bahan baku lainnya.berikut ini

Gambar 2.23 puli yang di reject.

Gambar 2.23 Contoh puli yang di reject

Page 26: BAB II TINJAUAN PUSTAKAdigilib.unimus.ac.id/files//disk1/120/jtptunimus-gdl... · 2016. 1. 5. · 2.1 Besi Cor Istilah besi cor, sama halnya dengan istilah baja yang termasuk dalam

26

2.6 Heat treatment

Heat Treatmen adalah perlakuan panas kepada logam untuk memperoleh

sifat-sifat yang diinginkan, dengan jalan memanaskan sampai temperatur tertentu,

untuk kemudian dilakukan pendinginan ataupun penambahan unsur tertentu,

sehingga diperoleh bentuk struktur mikro, kekerasan dan sifat yang diinginkan.

Melalui perlakuan panas yang tepat, tegangan dalam dapat dihilangkan, besar

butir diperbesar atau diperkecil, ketangguhan ditingkatkan atau dapat dihasilkan

suatu permukaan yang keras disekeliling inti yang ulet.

Maksud perlakuan panas tersebut secara garis besar menyangkut:

1. Meningkatkan kekerasan dan keuletan.

2. Menghilangkan tegangan dalam

3. Melunakkan Baja atau besi.

4. Menormalkan keadaan logam biasa dari akibat pengaruh-pengaruh

pengerjaan dan perlakuan panas sebelumnya.

5. Menghaluskan butir-butir kristal atau kombinasi dari maksud-maksud

tersebut diatas

Proses perlakuan panas ada dua kategori, yaitu :

a. Softening (pelunakan) : adalah usaha untuk menurunkan sifat mekanik

agar menjadi lunak dengan cara mendinginkan material yang sudah

dipanaskan didalam tungku (annealing) atau mendinginkan dalam udara

terbuka (normalizing). Contoh : annealing, normalizing, tempering.

b. Hardening (pengerasan) : adalah usaha untuk meningkatkan sifat material

terutama kekerasan dengan cara celup cepat (quenching) material yang

sudah dipanaskan ke dalam suatu media quenching berupa air, air

garam, maupun oli. Contoh : surface hardening dan quenching.

2.6.1 Hardening

Hardening adalah perlakuan panas terhadap baja/besi dengan sasaran

meningkatkan kekerasan alami baja. Perlakuan panas menuntut pemanasan

benda kerja menuju suhu pengerasan didaerah atau di atas daerah kritis dan

pendinginan berikutnya secara cepat dengan kecepatan pendinginan kritis.

Akibat penyejukan dingin dari daerah suhu pengerasan ini dicapailah suatu

keadaan paksa bagi struktur besi yang membentuk kekerasan. Oleh karena

Page 27: BAB II TINJAUAN PUSTAKAdigilib.unimus.ac.id/files//disk1/120/jtptunimus-gdl... · 2016. 1. 5. · 2.1 Besi Cor Istilah besi cor, sama halnya dengan istilah baja yang termasuk dalam

27

itu maka proses pengerasan ini di sebut juga pengerasan kejut atau

pencelupan langsung kekerasan yang tercapai pada kecepatan pendinginan

kritis (martensit) ini di iringi kerapuhan yang besar dan tegangan

pengejutan.

Pada setiap operasi perlakuan panas, laju pemanasan merupakan

faktor yang penting. Panas merambat dari luar ke dalam dengan kecepatan

tertentu bila pemanasan terlalu cepat, bagian luar akan jauh lebih panas dari

bagian dalam oleh karena itu kekerasan di bagian dalam benda akan lebih

rendah dari pada di bagian luar, dan ada nilai batas tertentu. Namun, air

garam atau air akan menurunkan suhu permukaan dengan cepat, yang

diikuti dengan penurunan suhu di dalam benda tersebut sehingga di peroleh

lapisan keras dengan ketebalan tertentu

2.6.2 Quenching

Quenching adalah proses pendinginan setelah mengalami pemanasan.

Media quenching dapat berupa oli, air, udara sesuai dengan material yang

diquenching. Dimana kondisi sangat mempengaruhi tingkat kekerasan.

Pada quenching proses yang paling cepat akan menghasilkan kekerasan

tertinggi. Jika suatu benda kerja diquench ke dalam medium quenching,

lapisan cairan disekeliling benda kerja akan segera terpanasi sehingga

mencapai titik didihnya dan berubah menjadi uap seperti terlihat pada

Gambar 2.24 berikut adalah 3 tahap pendinginan

Gambar 2.24 Diagram Tahap Pendinginan

Page 28: BAB II TINJAUAN PUSTAKAdigilib.unimus.ac.id/files//disk1/120/jtptunimus-gdl... · 2016. 1. 5. · 2.1 Besi Cor Istilah besi cor, sama halnya dengan istilah baja yang termasuk dalam

28

a. Media Pendingin

Untuk proses quenching kita melakukan pendinginan secara cepat

dengan menggunakan media oli. Semakin cepat logam didinginkan maka akan

semakin keras sifat logam itu. Karbon yang dihasilkan dari pendinginan cepat

lebih banyak dari pendinginan lambat. Hal ini disebabkan karena atom karbon

tidak sempat berdifusi keluar dan terjebak dalam struktur kristal dan membentuk

struktur tetagonal yang ruang kosong antar atomnya kecil, sehingga kekerasanya

meningkat.

Untuk mendinginkan bahan di kenal berbagai macam bahan. dimana

untuk memperoleh pendinginan yang merata maka bahan pendinginan tersebut

hampir semuanya di sirkulasi, contohnya yaitu :

1. Air

Air memberi pendinginan yang sangat cepat.

2. Minyak / Oli

Minyak / oli juga memberi pendinginan yang cepat

3. Udara

Udara memberi pendinginan yang perlahan-lahaN. Udara tersebut ada

yang disirkulasi dan ada pula yang tidak disirkulasi.

b. Holding Time ( Waktu Tahan )

Holding time dilakukan untuk mendapatkan kekerasan maksimum dari

suatu bahan pada proses quenching dengan menahan pada temperatur

pengerasan untuk memperoleh pemanasan yang homogen sehingga struktur

austenitnya homogen. Pada proses holding time sangat diperlukan untuk

menghasilkan kelarutan karbon pada baja, semakin lama holding timenya

maka semakin banyak karbon yang berdifusi dengan besi seperti terlihat

pada Gambar 2.25 berikut ini.

Page 29: BAB II TINJAUAN PUSTAKAdigilib.unimus.ac.id/files//disk1/120/jtptunimus-gdl... · 2016. 1. 5. · 2.1 Besi Cor Istilah besi cor, sama halnya dengan istilah baja yang termasuk dalam

29

Gambar 2.25 Grafik proses heat treatment

2.7 Pengujian Spesimen

2.7.1 Uji Komposisi Kimia

Uji komposisi merupakan pengujian yang berfungsi untuk

mengetahui berapa besar atau berapa banyak jumlah suatu kandungan

yang terdapat pada suatu logam, baik logam ferro maupun logam non

ferro. Uji komposisi biasanya dilakukan ditempat pabrik-pabrik atau

perusahaan logam yang jumlah produksinya besar, ataupun juga

terdapat di Instititut pendidikan yang khusus mempelajari tentang

logam.

Proses pengujian komposisi berlangsung dengan pembakaran

bahan menggunakan elektroda dimana terjadi suhu rekristalisasi, dari

suhu rekristalisasi terjadi penguraian unsur yang masing-masing beda

warnanya. Penentuan kadar berdasar sensor perbedaan warna. Proses

pembakaran elektroda ini tidak lebih dari tiga detik. Pengujian

komposisi dapat dilakukan untuk menentukan jenis bahan yang

digunakan dengan melihat persentase unsur yang ada.

Page 30: BAB II TINJAUAN PUSTAKAdigilib.unimus.ac.id/files//disk1/120/jtptunimus-gdl... · 2016. 1. 5. · 2.1 Besi Cor Istilah besi cor, sama halnya dengan istilah baja yang termasuk dalam

30

2.7.2 Uji Kekerasan

Kekerasan Ketahanan bahan terhadap indentasi secara kualitatif

menunjukan kekuatannya (Shackelford, 1976). Skala yang lazim dalam

pengujian kekerasan antara lain skala Brinell, Vickers, Rockwell dan Knop

Tabel 2.5 keterangan spesifikasi masing-masing logam

Tabel 2.5 merupakan sifat dari logam yang sering dipergunakan dalam

pengecoran logam sedangkan alat yang di gunakan dalam pengujian kekeransan

yang kami gunakan adalah jenis Rockwell (Gambar 2.26). dan jenis identer yang

digunakan adalah indikator intan kerucut

a b

Gambar 2.26 (a) Alat uji kekerasan Rockwell, (b) Indikator Intan Kerucut

Jenis logam Kekuatan Tarik(MPa)

Keuletan (%) Kekerasan(BHN)

Besi dan baja

Besi cor kelabu 110-207 0-1 100-150Besi cor putih 310 0-1 450baja 276-2070 12-15 110-500

Bukan besi

Aluminium 83-310 10-35 30-100Tembaga 345-689 5-10 50-100Magnesium 83-345 9-15 30-60Seng 48-90 2-10 80-100Titan 552-1034 - 158-266Nikel 414-1103 15-40 90-250

2

mmkg

Page 31: BAB II TINJAUAN PUSTAKAdigilib.unimus.ac.id/files//disk1/120/jtptunimus-gdl... · 2016. 1. 5. · 2.1 Besi Cor Istilah besi cor, sama halnya dengan istilah baja yang termasuk dalam

31

2.7.3 Uji Struktur Mikro

Untuk mengetahui struktur mikro dari suatu logam pada umumnya

pengujian dilakukan dengan reflek pemendaran (sinar), pada pemolisan atau etsa,

tergantung pada permukaan logam uji polis, dan diperiksa langsung di bawah

mikroskop atau dietsa lebih dulu, baru diperiksa di bawah mikroskop, dibawah ini

Gambar 2.27 alat yang di gunakan untuk pengujian struktur mikro.

Gambar 2.27 Mikroskop Olympus BX 416

Adapun beberapa tahap yang perlu dilakukan sebelum melakukan pengujian

struktur mikro, yaitu:

1. Pemotongan (sectioning)

Pemilihan sampel yang tepat dari suatu benda uji studi

mikroskopik merupakan hal yang sangat penting. Pemilihan sampel

tersebut didasarkan pada tujuan pengamatan yang hendak dilakukan. Pada

umumnya bahan komersil tidak homogen, sehingga satu sampel yang

diambil dari suatu volume besar tidak dapat dianggap representatif.

Pengambilan sampel harus direncanakan sedemikian sehingga

menghasilkan sampel yang sesuai dengan kondisi rata-rata bahan atau

kondisi di tempat-tempat tertentu (kritis), dengan memperhatikan

kemudahan pemotongan pula.

Secara garis besar, pengambilan sampel dilakukan pada daerah

yang akan diamati mikrostruktur maupun makrostrukturnya. Sebagai

contoh, untuk pengamatan mikrostruktur material yang mengalami

kegagalan, maka sampel diambil sedekat mungkin pada daerah kegagalan

Page 32: BAB II TINJAUAN PUSTAKAdigilib.unimus.ac.id/files//disk1/120/jtptunimus-gdl... · 2016. 1. 5. · 2.1 Besi Cor Istilah besi cor, sama halnya dengan istilah baja yang termasuk dalam

32

(pada daerah kritis dengan kondisi terparah), untuk kemudian

dibandingkan dengan sampel yang diambil dari daerah yang jauh dari

daerah gagal. Perlu diperhatikan juga bahwa dalam proses memotong,

harus dicegah kemungkinan deformasi dan panas yang berlebihan. Oleh

karena itu, setiap proses pemotongan harus diberi pendinginan yang

memadai.

2. Pemegangan (mounting)

Spesimen yang berukuran kecil atau memiliki bentuk yang tidak

beraturan akan sulit untuk ditangani khususnya ketika dilakukan

pengamplasan dan pemolesan akhir. Sebagai contoh adalah spesimen yang

berupa kawat, spesimen lembaran metal tipis, potongan yang tipis, dll.

Untuk memudahkan penanganannya, maka spesimen-spesimen tersebut

harus ditempatkan pada suatu media (mounting). Secara umum syarat-

syarat yang harus dimiliki bahan mounting adalah:

Bersifat inert (tidak bereaksi dengan material maupun zat etsa)

Sifat eksoterimis rendah

Viskositas rendah

Penyusutan linier rendah

Sifat adhesi baik

Memiliki kekerasan yang sama dengan sampel

Flowabilitas baik, dapat menembus pori, celah dan bentuk

ketidakteraturan yang terdapat pada sampel

Khusus untuk etsa elektrolitik dan pengujian SEM, bahan

mounting harus kondusif

Media mounting yang dipilih haruslah sesuai dengan material dan

jenis reagen etsa yang akan digunakan. Pada umumnya mounting

menggunakan material plastik sintetik. Materialnya dapat berupa resin

(castable resin) yang dicampur dengan hardener, atau bakelit. Penggunaan

castable resin lebih mudah dan alat yang digunakan lebih sederhana

dibandingkan bakelit, karena tidak diperlukan aplikasi panas dan tekanan.

Namun bahan castable resin ini tidak memiliki sifat mekanis yang baik

(lunak) sehingga kurang cocok untuk material-material yang keras.

Page 33: BAB II TINJAUAN PUSTAKAdigilib.unimus.ac.id/files//disk1/120/jtptunimus-gdl... · 2016. 1. 5. · 2.1 Besi Cor Istilah besi cor, sama halnya dengan istilah baja yang termasuk dalam

33

3. Pengamplasan kasar (grinding)

Grinding dilakukan dengan menggunakan disc pengamplasan yg

ditutup dengan Silicon carbide kertas dan air. Ada sejumlah ukuran

amplas, yaitu 180, 240, 400, 1200, butir Silicon carbide per inci persegi.

Ukuran 180, menunjukkan kekasaran dan partikel ini adalah ukuran untuk

memulai operasi pengamplasan. Selalu menggunakan tekanan langsung di

pusat sampel. Lanjutkan pengamplasan hingga semua noda kasar telah

dihapus, permukaan sampel rata, dan semua goresan yang pada satu posisi.

Hal ini membuat mudah untuk dilihat ketika goresan semuanya telah

dihapus.

Setelah operasi pengamplasan selesai pada ukuran amplas 1200, cuci

sampel dengan air diikuti oleh alkohol dan keringkan sebelum dipindah ke

polish. Atau juga dapat tahap ini ukurannya 240, 800, 1000, 1500. Berikut

adalah beberapa tahap dalam pengampelasan, yaitu:

Persiapan, tahap ini adalah tahap dimana melakukan pemilihan amplas

yang dimulai dengan menggunakan amplas dengan nomor yang paling

rendah (kasar) dan juga ditambah dengan penggunaan air dengan

tujuan supaya tidak terjadi gesekan antara permukaan spesimen dengan

amplas yang dapat mengakibatkan percikan bunga api.

Abrasion damage, adalah tahap menghaluskan permukaan dari

spesimen dengan menggunakan amplas dari nomor rendah (nomor

360) ke nomor yang paling tinggi (nomor 2000) sampai permukaan

dari spesimen yang diuji rata dan tidak ada lagi scratch pada material

bila dilihat di mikroskop.

4. Pemolisan (polishing)

Tahap polishing bertujuan untuk menghasilkan permukaan

spesimen yang rata dan mengkilap, tidak boleh ada goresan yang

merintangi selama pengujian. finish lap merupakan tahap penghalusan

akhir material dengan menggunakan kain yang telah diolesi polisher agar

permukaan mengkilap dan rata atau bias disebut juga dengan polishing.

Polish yang terdiri dari disc pengamplasan ditutup dengan kain lembut

penuh dengan partikel berlian (ukuran 6 dan 1 mikron) dan minyak

Page 34: BAB II TINJAUAN PUSTAKAdigilib.unimus.ac.id/files//disk1/120/jtptunimus-gdl... · 2016. 1. 5. · 2.1 Besi Cor Istilah besi cor, sama halnya dengan istilah baja yang termasuk dalam

34

pelumas yang berminyak. Mulai dengan ukuran 6 mikron dan terus

menggosok sampai goresan hilang

5. Etsa (etching).

Etching digunakan dalam metallography untuk memperlihatkan

mikrostruktur dari spesimen dengan menggunaka mikroskop. Specimen

yang akan dietching harus dipolish secara teliti dan rata serta bebas dari

perubahan yang disebabkan deformasi pada permukaan specimen, alur

material, pullout, dan goresan.

Meskipun dalam mikrography beberapa informasi sudah dapat

diketahui tanpa proses etching, tetapi mikrostruktur suatu material

biasanya baru dapat terlihat setelah dilakukan pengetsaan. Hanya sekitar

10% informasi yang dapat terlihat tanpa proses etching. Hanya reaktan,

pori, celah, dan unsur non-metalik lainya yang dapat diamati hanya

dengan polishing, selebihnya diperlukan etching. Secara umum tujuan

dari etching adalah:

Memberi warna pada permukaan benda uji sehingga tampak jelas

ketika diamati dengan mikoskop (color enhancement)

Menimbulkan korosi sehingga memperjelas batas butir

Meningkatkan kontras antar butir dan batas butir (optical

enhancement of contrast)

Mengidentifikasi fasa pada suatu spesimen (anodizing process)

6. Pemotretan (photo)

Dimaksudkan untuk mendapatkan gambar dari struktur kristal

yang dimaksud. Untuk mendapatkan foto mikrografi yang tajam,

variabel berikut harus terkontrol yaitu penghilangan getaran, pelurusan

pencahayaan, penyesu-aian warna cahaya terhadap korelasi objek,

menjaga kejernihan objek, penyesuaian daerah pengamatan, dan lubang

diagram serta kecepatan fokus.

2.7.4 Porositas

Porositas adalah suatu cacat atau void pada produk cor yang dapat

menurunkan kualitas benda tuang. Salah satu penyebab terjadinya porositas pada

penuangan paduan aluminium adalah gas hidrogen. Gas hidrogen ini dapat

Page 35: BAB II TINJAUAN PUSTAKAdigilib.unimus.ac.id/files//disk1/120/jtptunimus-gdl... · 2016. 1. 5. · 2.1 Besi Cor Istilah besi cor, sama halnya dengan istilah baja yang termasuk dalam

35

terbentuk karena logam cair saat proses pengecoran dimulai, dapat beroksidasi

dengan gas karbon monoksida dan karbon dioksida. Porositas oleh gas hidrogen

dalam benda cetak paduan aluminium silikon akan memberikan pengaruh yang

beruk pada kekuatan serta kesempurnaan dari benda tuang tersebut.

Cacat produk cor dapat dikategorikan atas: major difect dan minor difect.

Major difect yaitu cacat produk cor yang tidak dapat diperbaiki, sedangkan minor

defect adalah cacat yang masih dapat diperbaiki dengan perbaikan ekonomis.

Cacat porositas termasuk dalam major defect, penyebab utama timbulnya cacat

porositas pada proses pengecoran adalah:

1. Temperatur penuangan yang tinggi

2. Gas yang terserap dalam logam cair selama proses penuangan.

3. Cetakan yang kurang kering

4. Reaksi antara logam induk dengan uap air dari cetakan.

5. Kelarutan hidrogen yang tinggi

6. Permeabilitas pasir yang kurang baik.

Perhitungan apparent density adalah pengujian densitas produk coran dengan

menggunakan piknometer. Untuk menghitung densitas hasil pengecoran piston

digunakan Persamaan 4.1 dan 4.2 berikut ini.

Rumus perhitungan porositas

A = berat benda di udara

A l = berat benda di dalam air

B = A+ ρ air

C = 2.1

Berat benda tanpa air = B-C

Vb = volume keseluruhan

2.2

Total potositas = X100% 2.3