Laboratorium Metalurgi ProsesDepartemen Metalurgi dan Material

Fakultas Teknik Universitas Indonesia

LAPORAN AWAL PRAKTIKUM PENGECORAN LOGAMNPM / KELOMPOK : 1206262765/07

TGL. DIKUMPULKAN : 20 APRIL 2014

TGL. DITERIMA :

KETERANGAN :

I. TUJUAN PRAKTIKUMSetelah melakukan praktikum pada modul ini, diharapkan:1. Memahami perancangan sistem saluran dan penambah

yang sesuai dengan dimensi logam yang akan dicor2. Memahami cara-cara pembuatan cetakan pasir yang baik

yang sesuai dengan rancangan pola yang ada3. Memahami cara-cara pembuatan inti sesuai dengan

bentuk benda cor 4. Memahami tahap-tahap persiapan dapur peleburan5. Memahami tahap-tahap peleburan logam6. Memahami cara penuangan logam cair ke dalam cetakan

pasir yang telah dibuat7. Memahami jenis-jenis cacat yang dapat terjadi pada

logam hasil penuangan serta cara-cara pencegahannya8. Memahami sifat-sifat logam hasil coran sesuai dengan

komposisi paduan yang digunakan

II. DASAR TEORIII.1. Peleburan Aluminium

Aluminium merupakan logam ketiga terbanyak yang terdapat pada permukaan bumi, yaitu sekitar 8%. Berat jenis dari aluminium adalah 2.7 gr/cm3, hanya 1/3 berat jenis baja, sehingga merupakan logam yang ringan. Titik lebur (Tm) dari Aluminium adalah 660oC. Aluminium memiliki koefisien muai 2 kali koefisien muai baja, sedangkan daya hantar panasnya adalah 2.5 kali daya hantar panas bajan-

Aluminium merupakan salah satu logam yang paling banyak dan umum digunakan dalam proses pengecoran karena memiliki karakteristik berat yang ringan, konduktifitas termal yang tinggi, tahan terhadap korosi, konduktifitas listrik yang tinggi, serta mudah dicor dengan permukaan akhir yang baik. Selain memiliki karakteristik yang cukup baik, aluminium juga memiliki kelemahan, antara lain :

a. Ketika bereaksi dengan udara, aluminium cair akan membentuk dross (pengotor) oksida yang berat jenisnya hampir sama dengan aluminium. Oleh karena itu, logam aluminium cair akan dengan mudah tercampur dengan pengotor (dross) oksida, misalnya Al2O3.

b. Sangat mudah mengikat gas hidrogen dalam kondisi cair dengan reaksi:

3H2O + 2 [Al] ---- 6 [H] + (Al2O3)Untuk mengatasinya dapat menggunakan proses degassing atau GBF (Gas Bubble Flotation), contohnya adalah Argon Treatment.

c. Rentan mengalami penyusutan (shrinkage) yang cukup tinggi, yaitu 3.5 – 8.5 % (rata-rata 6 %).

Unsur paduan diberikan pada proses pengecoran aluminium dengan tujuan untuk memperbaiki sifat mampu cor tanpa menghilangkan sifat aslinya. Penambahan paduan yang berbeda akan memberikan sifat yang berbeda-beda pada benda hasil pengecoran.

Penambahan unsur Si dapat meningkatkan sifat castability sehingga menghasilkan permukaan benda cor yang baik. Unsur Si juga dapat memperkecil kemungkinan terjadinya shrinkage. Sedangkan, unsur Mg memberikan efek ketahanan korosi yang baik serta meningkatkan kekuatan dan kekerasan dalam perlakuan panas melalui mekanisme penguatan precipitation hardening. Unsur Mn akan memperkuat aluminium dan unsur Cu menghasilkan produk coran dengan sifat mampu mesin (machinability) yang baik.

Peleburan logam aluminium dapat menggunakan dapur krusibel maupun dapur induksi. Dapur krusibel biasa digunakan dalam pengecoran skala kecil. Dapur ini menggunakan sumber energi berupa minyak, gas, briket atau batu bara. Dapur krusibel membutuhkan biaya yang tidak terlalu tinggi. Sedangkan dapur induksi bekerja dengan menggunakan induksi dari kumparan (coil) sehingga dapat menghasilkan aluminium cair yang bersih, dan homogen namun prosesnya lebih mahal. Dapur induksi biasanya digunakan untuk peleburan logam-logam dengan temperatur lebur yang tinggi. Sedangkan pada praktikum ini dapur yang kita gunakan adalah dapur krusibel karena aluminium memiliki titik lebur yang rendah.

Peleburan logam aluminium dapat menggunakan dapur krusibel maupun dapur induksi. Dapur krusibel biasa digunakan dalam pengecoran skala kecil. Dapur ini menggunakan sumber energi berupa minyak, gas, briket atau batu bara. Dapur krusibel membutuhkan biaya yang tidak terlalu tinggi. Sedangkan dapur induksi bekerja dengan menggunakan induksi dari kumparan (coil) sehingga dapat menghasilkan aluminium cair yang bersih, dan homogen namun prosesnya lebih mahal. Dapur induksi biasanya digunakan untuk peleburan logam-logam dengan temperatur lebur yang tinggi. Sedangkan pada praktikum ini dapur yang kita gunakan adalah dapur krusibel karena aluminium memiliki titik lebur yang rendah.

Bahan baku dalam peleburan aluminium dapat berupa aluminium batangan dan atau scrap. Bahan baku tersebut harus bersih dan kering pada pengumpanan agar tidak merusak dapur dan memperbaiki hasil coran. Scrap Aluminium dapat dicuci dengan air dan dikeringkan. Return scrap juga diharapkan memiliki komposisi yang sama dengan ingot. Hal ini dimaksudkan agar tidak perlu ada lagi penyesuaian komposisi.

Dalam proses peleburan aluminium, terdapat beberapa treatment pada saat peleburan. Treatment itu antara lain melting, alloying, fluxing, degassing, modifikasi dan grain refining. Proses peleburan aluminium pada dapur krusibel memiliki langkah-langkah sebagai berikut:

1. Charging material saat furnace dingin atau panas secara bertahap.

2. Saat mulai pencairan, taburkan cover flux yang bertujuan untuk mencegah gas H2 masuk kedalam aluminium cair.

3. Lakukan treatment pada aluminium cair, modifier atau grain refiner.

4. Taburkan bubuk degasser atau semprot dengan gas inert.5. Tutup dengan cover flux.Setelah proses peleburan, akan segera dilakukan proses

penuangan. Temperatur saat penuangan (pouring) juga harus diperhatikan. Temperatur ruang yang tidak terkontrol dengan baik pada saat aluminium cair kontak dengan atmosfer akan menyebabkan inklusi-inklusi oksida dan porositas yang disebabkan oleh gas terlarut dan cacat lainnya. Proses penuangan logam cair ke cetakan tergantung pada titik beku dan ketebalan produk casting yang akan dibuat. Secara umum temperatur peleburan dibuat 100-150oC di atas temperatur lebur logam. Sedangkan untuk aluminium, temperature penuangan dilakukan ±25o C di atas temperatur lebur.

Pada peleburan aluminium diperlukan adanya pemberian fluks. Jenis-jenis fluks yang akan digunakan tergantung dari tujuan penggunaannya. Macam-macam fluks adalah sebagai berikut :

1. Cover FluxDigunakan untuk melindungi permukaan logam cair dan meminimalisasi oksidasi serta larutnya gas hidrogen.

2. Cleaning FluxDigunakan untuk membersihkan pengotor oksida dan senyawa intermetalik lain dari logam cair. Fluks jenis ini membutuhkan kontak yang baik dengan logam. Contohnya adalah fluks jenis chlorine yang dapat membersihkan gas hidrogen dari logam cair.

3. Exothermic FluxFluks jenis ini digunakan untuk mengambil logam dari dross sehingga dihasilkan dross yang kering. Proses ini akan meningkatkan efisiensi dari logam yang digunakan sehingga tidak terbuang.

Penaburan cover flux pada aluminium cair tidak menjamin aluminium cair bebas dari udara sehingga perlu dilakukan proses degassing. Proses degassing dapat dilakukan dengan beberapa cara, antara lain:

a. Menggunakan tablet (chlorine atau nitrogen)b. Gas bubble flotation (gas nitrogen atau argon)

II.2.Pembekuan (Solidification)Apabila material (logam atau bukan logam) dalam kondisi

cair diturunkan temperaturnya, maka energi kinetik rata-ratanya turun dan molekul lebih banyak yang bersatu sehingga menyebabkan membekunya material tersebut. Setelah dilakukan peleburan pada dapur lebur dan penuangan aluminium cair ke dalam cetakan, maka proses selanjutnya ialah pembekuan (solidifikasi). Ketika mulai membeku, kristal-kristal mulai tumbuh dalam fasa liquid dan polycrystalline (lebih dari satu kristal) padat terbentuk. Waktu saat kristal mulai tumbuh dikenal dengan nama nukleasi dan titik terjadinya disebut titik nukleasi. Proses solidifikasi ini sangat penting untuk mendapatkan produk tanpa cacat (reject), tidak ada penyusutan (shrinkage) dan menghasilkan butir-butir yang halus sehingga dihasilkan produk cor dengan sifat mekanis yang baik.

Pembekuan benda cor dimulai dari bagian logam yang bersentuhan dengan cetakan, yaitu ketika panas dari logam cair diambil oleh cetakan sehingga bagian logam yang bersentuhan dengan cetakan itu mendingin sampai titik beku. Pada proses ini, inti-inti kristal akan tumbuh. Bagian dalam coran mendingin lebih lambat daripada bagian luarnya sehingga kristal-kristal tumbuh dari mengarah ke bagian dalam coran dan butir-butir kristal tersebut berbentuk panjang-panjang seperti kolom (columnar).

Gambar 1. Skema Pembekuan Logam

II.3.Cacat Pada Hasil PengecoranPada proses pengecoran, cacat tidak dapat dihindari seratus

persen karena dalam memproduksi benda cor harus melalui banyak proses sehingga banyak faktor yang dapat menyebabkan cacat. Oleh karena itu, cacat hanya bisa diminimalisasi. Cacat pada pengecoran ini dapat ditoleransi apabila tidak mengganggu

fungsi benda coran. Berbagai jenis cacat yang dapat terjadi pada coran aluminium ialah sebagai berikut:

1. Shrinkage Shrinkage adalah cacat pengecoran yang terjadi akibat penyusutan pada saat pembekuan dengan bentuk tak beraturan. Cacat ini terjadi pada bagian yang lebih tebal atau pada bagian persimpangan. Penyebab cacat shrinkage antara lain:

a. Adanya perbedaan ketebalan pada benda cor b. Adanya bagian tebal yang tidak dapat dialiri logam

jjcair secara utuh c. Saluran riser dan penambahnya yang kurang

banyak.d. Penambah (riser) terlalu kecil.

Gambar 2. Cacat Shrinkage

2. Misrun Misrun adalah cacat yang terjadi karena logam cair tidak mengisi seluruh rongga cetakan sehingga benda cor menjadi tidak lengkap atau ada bagian yang hilang. Penyebab cacat misrun antara lain:

a. Ketidakseragaman bagian dari benda cor sehingga mengganggu aliran dari logam cair

b. Benda cor terlalu tipis dan temperatur rendahc. Kecepatan tuang terlalu lambatd. Lubang angin pada cetakan kurange. Penambah yang tidak sempurnaf. Ukuran gating system yang tidak sempurnag. Penempatan saluran masuk yang tidak tepath. Penyebaran saluran masuk yang tidak merata.

Gambar 3. Cacat Misrun

3. PorositasPorositas adalah cacat yang terjadi karena adanya gas yang terperangkap dalam logam cair atau cetakan pada waktu penuangan. Akibat dari terjadinya cacat ini adalah timbulnya lubang-lubang pada benda cor. Lubang porositas ini dapat terjadi baik pada permukaan cor, maupun pada bagian dalam benda cor. Porositas dapat disebabkan oleh:

a. Gas terbawa dalam logam cair selama pencairanb. Gas terserap dalam logam cair dari cetakanc. Reaksi logam induk dengan uap cair dari cetakand. Temperatur tuang yang terlalu tinggi.

Proses pencegahan yang dapat dilakukan untuk mencegah cacat porositas akibat gas antara lain:

a. Mengontrol atau mencegah logam cair kontak langsung dengan atmosfer yang terlalu lama

b. Memberikan gas inert (nitrogen atau argon) ke dalam cairan logam melalui proses gas bubble flotation

c. Perencanaan cetakan yang tidak menyebabkan turbulen pada aliran logam cair

d. Mengatur pemakaian jumlah resin pada pasir agar sesuai (tidak kurang atau lebih)

e. Mengatur sistem ventilasi dari cetakan yang baik

Laboratorium Metalurgi ProsesDepartemen Metalurgi dan Material

Fakultas Teknik Universitas Indonesia

LAPORAN AWAL PRAKTIKUM PENGECORAN LOGAMNPM / KELOMPOK : 1106016273 / 02

TGL. DIKUMPULKAN : 28 APRIL 2014

TGL. DITERIMA : 28 APRIL 2014

KETERANGAN :

4. Cacat InklusiPenyebab cacat ini adalah logam cair dari paduan aluminium yang mudah teroksidasi. Oksida dalam logam cair atau yang dihasilkan pada waktu penuangan akan terkumpul sebagai dross. Penyebab cacat inklusi antara lain:

a. Pemakaian scrap yang terlalu banyakb. Transfer ladle yang tidak dijaga terhadap

pembentukan oksidac. Pengaruh kelembaban udara.

Gambar 4. Grafik Pengaruh Inklusi terhadap Fluiditas

II.4 Pembuatan CoreInti atau core digunakan saat membuat suatu cetakan

yang berongga. Biasanya menggunakan pasir baru ataupun menggunakan pasir reklamasi (sangat sedikit) yang kemudian dilapisi dengan resin 2-3 % dan dikeringkan. Hal ini dapat dilihat dari gambar 5 di bawah ini:

Gambar 5. Skematis Penggunaan Core dalam Pengecoran

III. ALAT DAN BAHANIII.1. ALAT

1.Dapur induksi 14. Gerinda2.Dapur krusibel 15. Kuas3.Ladel 16. Helm4.Gelas ukur 17. Kacamata5.Rammer 18. Tools cor6.Flask 19. Masker7.Kape 20. Mangkok kecil8.Cangkul 21. Burner9.Linggis 22. Timbangan10. Mixer 23. Baskom11. Sarung tangan12. Kompresor

13. Gergaji besi

III.2. BAHAN1. Pasir silika 8. Logam Al2. Pasir resin 9. Fluks3. Bentonit/clay 10. Degasser4. Air 11. Thermal coating5. Gula tetes 12. Gas Elpiji6. Serbuk arang7. Solar

IV. FLOWCHARTIV.1. Persiapan Cetakan

IV.2. Persiapan Dapur

IV.3. Pembuatan Cetakan

IV.4. Peleburan dengan Dapur Krusibel

IV.5. Penuangan Dapur Krusibel

IV.5. Pembongkaran Cetakan

IV.6. Pemeriksaan Benda Cor

V. DAFTAR PUSTAKA1. Modul Praktikum Pasir Cetak. 2014. Laboratorium

Metalurgi Proses. Departemen Teknik Metalurgi dan Material FTUI.

2. Suharno, Bambang. 2014. Diktat Kuliah Pengecoran Logam 2014. Departemen Metalurgi dan Mateeial FTUI: Depok.

3. ASM Metals Handbook, Volume: 15 Casting. 1998. ASM International.