pengecoran kuliah metalurgi

1

Pengecoran logam

Dr. Ir. Koswara MSc

2

Bab. 1. Pendahuluan

• Pengecoran adalah proses pembuatan produk dari logam cair, langsungmenjadi produk jadi.

– Dalam bahasa Inggris proses ini disebut Foundry• Syarat agar logam mampu dicor dengan baik

– Ditunjukkan dengan mampu alir atau fluiditas yang tinggi• Logam yang umum dicor adalah:

– Besi cor– Aluminium– Tembaga– Magnesium– Zinc

3

Bab. 1. Pendahuluan

• Jenis jenis engecoran:– Sand casting– Permanent mold gravity casting– Investment casting– Tixo forming– High Pressure Die Casting– Centrifugal casting

4

Bab. 1. Pendahuluan

• Besi cor kelabu:– Construction castings– Motor vehicles– Farm equipment– Engines– Refrigeration and heating– Construction machinery– Valves– Soil pipe– Pumps and compressors

• Besi cor maleable– Motor vehicles– Valves and fittings– Construction machinery– Railroad equipment– Engines– Mining equipment

• Besi cor ductile– Pressure pipe– Motor vehicles– Farm machinery– Engines– Pumps and compressors– Valves and fittings– Metalworking machinery– Construction machinery

• Baja– Railroad equipment– Construction equipment– Mining machinery– Valves and fittings– General and special

industrial machinery– Motor vehicles– Metalworking machinery

Logam cor yang paling banyak dipakai adalah:

5

Bab. 1. Pendahuluan

• Aluminium:– Auto and light truck– Aircraft and aerospace– Other transportation– Engines– Household appliances– Office machinery– Power tools– Refrigeration, heating, – air conditioning

• Magnesium– Power tools– Sporting goods– Anodes– Automotive

• Tembaga:– Valves and fittings– Plumbing brass goods– Electrical equipment– Pumps and compressors– Power transmission equipment– General machinery– Transportation equipment

• Zinc– Automotive– Building hardware– Electrical components– Machinery– Household appliances

6

Bab. 1. Pendahuluan

Turbin Pelton, stainless steel, 35 ton

Transmision case, Die casting, aluminium

Blok mesin, 12 silinder, besi cor kelabu

Clamp, ductile iron

Video Camera case, Die casting, Magnesium

Door handle, Die casting, Zinc

7

Bab. 1. Pendahuluan

Control Arm, Nodular cast iron Control Arm, Nodular cast iron housing, cmpacted graphite cast iron

8

Bab. 2. Pembekuan pada logam

Perubahan bentuk daries menjadi air

Pembekuan pada logam murni dan padalogam paduan

Pembekuan danpencairan pada logam

murni

9


Diagram fasa pada logam yang saling melarutkandan kurva pembekuan

10


Penyusunan diagram fasa berdasarkan kurva pembekuanTitik 1 dan 5 adalah logam murni, Titik 4 adalah eutektikTitik 4 adalah titik dengan temperatur pembekuan paling rendah

Pembekuan dua tahaplogam paduan

11


eutektik

Diagram fasa dua unsuryang memiliki eutektik

Diagram skematisterbektuknya

struktur eutektikStruktur eutektik Al-Al2Cu

dg orientasi berbeda

ASM Metals handbook vol 15

12


Bererapa struktur eutektik

Struktur eutektik besicor kelabu

Struktur eutektikbesi cor nodular

Struktur eutektik hurufcina (chinese script) Mg2Sn pada matrix Mg


13


CASTING ALUMINIUM ALLOY

Diagram Fe-Fe3C Diagram Fe-Fe3C dengan pengaruh 2,5% Si

14


CASTING ALUMINIUM ALLOY

Diagram fasa Al dengan beberapaunsur paduan

15


REF. FOUNDRY TECHNOLOGY

Pembentukan struktur kolumnarsaat pembekuan pada logammurni

16


Tiga jenis bentuk struktur bekuan logam


17

Bab. 2. Pengaruh Kecepatan Pembekuan


Pengertian undercooling

TE = Temperatur equilibrium (pembekuan) pada komposisi tertentu

T = Temperatur Logam pada jarak tertentu

18



Perbedaan komposisi antarafasa padat dan fasa cair saatpembekuan

Akibat dari komposisi naik (point 2), maka, TEturun, makin jauh dari perbatasan solid-liquid, komposisi CL turun, dan TE naik

19



Pengertian zona undercooling dengan 2 cara melihat yg berbeda

20



Pengaruh kecepatan pembekuan padastrukturG = Perbedaan temperaturR = Kecepatan pembekuan

(a) Planar interface, (b) Celullar interface, (c ) denditric growth (d) independent nucleation

Pengaruh perbedaan temperatur (Gradient) terhadap struktur bekuan

21



Struktur eutektik bila satu fasa tidak stabil dan menjadi dendrit (a) dan bila kedua fasatidak stabil (b)

22



23

Bab. 2. Fluiditas


Fluiditas merupakan faktor penting dalampengecoran

Alat ukur fluiditas

24

Bab. 2. Fluiditas

Pengaruh superheat pada fluiditas logam.Superheat adalah perbedaan temperatur antara titik bekudan temperatur saat penuangan

Pengaruh komposisi terhadap fluiditas:

25

Bab. 2. Fluiditas


26

Bab. 3. Besi cor


Besi cor adalah paduan Fe-C dengan C antara 3,5 dari 4,3%.Pendinginan pada besi cor mengikuti reaksi eutektik

Persamaan umum reaksi eutektik adalah: L α + β

Ada 2 jenis eutektik:Cooperative growth: Kedua fasa dari eutektiktumbuh bersamaan sebagai pasangan difusi .Divorced growth: kedua fasa dari eutektiktumbuh secara terpisah. Tidak ada pertukaranlangsung diantara kedua fasa padat

27

Bab. 3. Besi cor


Cooperatitve eutectic ada dua jenis:1.nonfacet/nonfacet (metal/metal)2.Facet/nonfacet (nonmetal/metal)

Jika perbandingan volume antarafasa α dan β hampir sama, makapertumbuhan kedua fasa metal/metal lurus. Tapi bila perbandingan volume antara fasa α dan β berbeda jauh, maka fasa yang kecil tumbuh sepertiserat. Apabila fasa terkecil adalah nonmetal (facet), maka fasa ini tumbuh secaratidak beraturan (irregullar) . Contohnya adalah paduan Besi cordan aluminium silikonBesi cor tumbuh umumnya secaracooperative dan tidak beraturan. Sedangkan besi cor nudular tumbuhsecara divorce, dimana fasa austenitdan grafit tumbuh masing masing.

28

Bab. 3. Besi cor


Besi cor adalah paduan Fe-C dengan C antara 3,5 dari 4,3%.Pendinginan pada besi cor mengikuti reaksi eutektikPersamaan umum reaksi eutektik adalah: L γ+ Graphite

29

Bab. 3. Besi cor

Pengaruh Si pada posisi eutektik


30

Bab. 3. Besi cor

Perbedaan antara besi cor dengan baja adalah, pada besi cor terjadi grafitisasi sedangkan padabaja tidak terjadi grafitisasi.Unsur yang membentuk grafitisasi adalah unsurdengan ΔP negatif.

ΔP positif menunjukkan logam bersifat carbide promoter, dan ΔP negatif bersifat Graphite promoter. Si merupakan Graphite Promoter paling tinggi.

Ti, Al dan Si berada di luar garis karena ketigaunsur ini bisa mengikat nitrogen. Apabilakandungan nitrogen di logam cair tinggi, makapembentukan grafit berubah.

Namun, nitrida bersifat sebagai nuklei (awalpembentukan) grafit. Maka, khusus Ti, selainbersifat sebagai carbide promoter, juga sebagaigraphite promoter, tergantung kandungan N dilogam cair

31

Bab. 3. Besi cor

Unsur yang ditambahkan ke dalam besicair, bersifat carbide promotor ataugraphite promotor. Unsur yang bersifatgraphite promotor menurunkankelarutan C di dalam besi danmemaksa C berkelompok sehinggamemudahkan terbentuknya graphite.

32

Bab. 3. Besi cor kelabu

Standar bentuk flake (serpih) besi cor kelabu dengan distribusi uniform

Besi cor kelabu adalah besi cor dengan grafit berbentuk flake (serpih)

33


Bentuk besi cor kelabu akibat berbagaimacam proses pendinginan

34


Struktur dan nilai kekerasanbesi cor pada sampelpiramida

Klasifikasi kekuatan tarikbesi cor kelabu

Klasifikasi besi cor kelabuberdasarkan komposisi C dan Si

35


Pengaruh inokulasi padapembentukan serpih besi corkelabu, dengan variasi S

(ASM vol 15 hal 1368)

Dengan inokulasi, jumlah cell count konstan dan chill depth menurun

Pengaruh inokulan terhadap chill depth

36

Bab. 3. Besi cor nodular

Nodularity besi cor nodular

Pengaruh nodularity thdkekuatan tarik

Bahanbaku besi cor nodular: Pig iron dg komposisi sbb:

Besi cor nodular adalah besi cor dengan grafit berbentuk nodule (bulatan)

37

Bab. 3. Besi cor nodularBesi cor nodular adalah besi cor dengan grafit berbentuk nodule (bulatan)

38

Bab. 3. Besi cor nodularBesi cor nodular adalah besi cor dengan grafit berbentuk nodule (bulatan)

39


Standar kekuatan tarik besi cor nodular

Hal 1421

40


Proses inokulasi belangsung 2 x1. Penambahan magnesium2. Penambahan silikon (after inoculation)

Pengaruh jumlah Mg terhadapnodulaity

Inokulan dengan silikon

Proses inokulasi pd plat tebal 3 mm lebih baik

41


Pengaruh after inoculation (inokulasitahap II), terhadap waktu

Inokulasi tahap keduadilakukan dalam mold

42


Pengaruh nodularity dan pearlite thd sifat mekanik (tensile strength dan yield strength

43

Bab. 3. Compacted Graphite Iron

Korelasi antara Si dan C untuk memperoleh strukturcompacted graphiteStruktur mikro CG dengan

mikroskop optik dan SEM. Struktur mikro SEM diperolehdengan cara selected etching

44


Pengaruh Mg terhadapterbentuknya CG

Pengaruh Mg terhadapterbentuknya CG

Pengaruh Ni, Cu dan Snterhadap fasa pearlit padaCG

45


46

Bab. 3. Perbandingan fluiditas

Perbandingan fluiditas Flake Graphite, Compacted Graphite dan Nodular Graphite

47

Bab. 3. Besi cor malleable

Struktur besi cor malleable setelahproses perlakuan panas

Struktur besi cor malleable sebelumproses perlakuan panas, masihberbentuk besi cor putih

48


• besi cor putih terbentuk bila produk berukuran tipis.

• Produk ukuran tebal, akan membuat bagian tengahberbentuk besi cor kelabu

• Proses annealing menentukan keberhasilan pembuatan besicor malleable

Ada 2 tahap annealing

1. Pemanasan pada temperatur 9400C selama 3 jam atau lebih, tergantung kandungan Si

2. Pendinginan cepat ke 7400C – 7600C

3. Pendinginan perlahan lahan dengan kecepatan 30C – 110C per jam

49


Struktur malleable cast iron dengan (a) pendinginan udaradan (b) dengan tiupan angin

Struktur malleable cast iron dengan pendinginan cepatpada medium oli setelah annealing tahap I danpenahanan pada 8400C selama 30 menit

50


Sifat mekanik, martensitic malleable cast iron

51

Bab. 4. Aluminium

Aluminium adalah logam ringan yang banyak dipakai untuk kebutuhan manusiaAluminium cor memiliki klasifikasi berikut:

1xx.x: Controlled unalloyed compositions2xx.x: Aluminum alloys containing copper as the major alloying element3xx.x: Aluminum-silicon alloys also containing magnesium and/or copper4xx.x: Binary aluminum-silicon alloys5xx.x: Aluminum alloys containing magnesium as the major alloying element6xx.x: Currently unused7xx.x: Aluminum alloys containing zinc as the major alloying element, usually also containing

additions of either copper, magnesium, chromium, manganese, or combinations of these elements

8xx.x: Aluminum alloys containing tin as the major alloying element9xx.x: Currently unused

52

Bab. 4. Aluminium1. Paduan dengan “solid solution type’’

(contoh, paduan Al–Cu dan Al–Mg).2. Paduan Hypo-eutectic adalah paduan

dengan komponen eutectic yang memilikidua struktur, yaitu Al dan eutektik(contoh, paduan Al–Si dengan 7%Si).

3. Paduan Eutectic adalah paduan denganstruktur eutectic merupakan komponenutama (contoh, paduan Al–Si dengan12%Si).

4. Paduan hyper eutektik adalah paduanyang memiliki kristal primer (constituent particles) (contoh, contoh, paduan Al–Sidengan > 12%Si).

53

Bab. 4. Aluminium

Paduan Al-SiPaduan Al-Si adalah paduanantara dua unsur yang salingtidak melarutkan dan tidakmembentuk senyawaEutektik terbentuk padakomposisi Si 12,6%Di atas 12,6%Si terbentukstruktur Si berbentuk block (blocky structure)

54

Bab. 4. Aluminium

Struktur mikro paduan Al-Si dengan pengaruh unsur lain

Paduan Al-Si denganpengaruh Fe

Paduan Al-Si denganpengaruh Cu terbentukstruktur Al2Cu berbentukchinese script

Paduan Al-Si denganpengaruh Ni terbentukstruktur Al3Ni (biru) danAl2FeNi (gelap) berbentukchinese script

55

Bab. 4. Aluminium

Pengaruh kecepatan pendinginan terhadap struktur mikro paduan Al 7%Si (A 356)(a)Pendinginan cepat. (b)Pendinginan lambat . (c)Pendinginan dengan teknik semisolid casting (sangat cepat)Pada (b) terbentuk struktur dendrit

56

Bab. 4. AluminiumModifikasi:Tujuan modifikasi adalah mengubah bentuk Si menjadi lebih kecil. Ada 2 jenis modifikasi, yaitu:a.Untuk Si dengan struktur hypoeutektik (dengan Sr) disebut modifikasib.Untuk Si dengan struktur hypereutektik (dengan P) disebut refine

Struktur hypo eutektik sebelum modifikasidan sesudah modifikasi

Struktur hyper eutektik Al-22%Si sesudahmodifikasi dengan P dan sebelummodifikasi. Tampak Blocky silicon mengecil

57

Bab. 4. Aluminium

Penngaruh modifikasi terhadap kurva pendinginan

58

Bab. 4. Aluminium

Kelarutan hidrogen dalam aluminium

Tingkat porositas hidrogen

Kelarutan hidrogen dalamaluminiumHidrogen adalah gas yang terlarutpada aluminium cairSumber hidrogen adalah1.Kelembaban udara. Makinlembab udara, makin tinggikemungkinan hidrogen larut kedalam aluminium cair.2.Api pembakaran saat peleburan

59

Bab. 4. Aluminium

Alat pembuang hidrogen

rotary Porous plug

60

Bab. 4. Aluminium

Pengaruh gas dan alat terhadap pembuangan hidrogen

61

Bab. 4. Aluminium

Paduan aluminium dengan 7%Si, Fe dan Mg

Paduan ini digunaan untuk komponen roda ban (wheel rim, velg) dengan unsur Fe sangat rendah. Dalam klasifikasi amerika, A356Dalam klasifikasi Jepang AC4CH

β = Al5FeSi; π = Al8FeMg3Si6Si abu-abu, βAlFeSi Merah

Si abu-abu, αAl(FeMn)Si Merah

62

Bab. 4. Aluminium

Paduan aluminium dengan 10%Si, Fe dan Cu

Paduan Al 10Si dengan Cu dan pengotor Fe digunakan untukkomponen umumDalam klasifikasi Jepang disebut ADC12

Diagram fasa Al dengan 6% Si 1% Fe dan Cu variasi

Si biruAl2Cu merah coklat; αAl(FeMn)Si abu abu

63

Bab. 4. Aluminium

Struktur (a) modifikasi, (b) tidakdimodifikasi dan (c) strukturAl2CuNi

64

Bab. 5. Baja

Baja dapat dikelompokkan pada dua bagian besar:1. Baja (cast steel)

1.1 Baja karbon rendah1.2 Baja karbon medium dan tinggi1.3 Baja paduan

2. Baja tahan karat (cast stainless steel) 2.1 Baja tahan korosi2.2 Baja tahan panas

Baja cor atau cast steel adalah paduan Fe-C dengan C kurang dari 0,8%.Pendinginan pada baja mengikuti reaksi peritektik

65

Bab. 5. BajaDasar pertitektik mengikuti persamaan reaksi sbb:

L + α β

66

Bab. 5. Baja

Ada dua jenis pembekuan peritektik1. Peritectic reaction2. Pritectic transformation

67

Bab. 5. Baja

Perkembangan pertumbuhan fasa δ

Perkembanagn pertumbuhan fasa δ yang kemudianberubah menjadi γ

68

Bab. 5. Baja

Fraksi L, δ dan γ pada berbagai kecepatanpendinginan

Sifat mekanik pada berbagai fraksipembekuan

69

Bab. 5. Baja

Baja karbonBaja karbon adalah baja dengan C maksimum 0,8%

70

Bab. 5. Baja

Klasifikasi baja cor• Low-carbon steel castings

• Low-carbon steels: 0.20% C or less• Medium-carbon steels: 0.20 to 0.50% C• High-carbon steels: 0.50% C or more

• Medium-carbon steel castings• High-carbon steel castings• Low-alloy steel castings

Pengaruh C pada sifat mekanik baja karbon

71

Bab. 5. Baja

Pengaruh C dan proses perlakuan panas pada sifatmekanik baja karbon

72

Bab. 5. Baja

Ferrite Pearlite

Ferrite dan pearlitePearlite dilihat dengan SEM

73

Bab. 5. Baja

Struktur mikro baja 1040

Struktur mikro baja 1040 setelah proses speroidisasiselama beberapa jam

74

Bab. 5. Baja

Martensit temper Upper Bainit Bainit dilihat dengan TEM

75

Bab. 5. Baja

Klasifikasi baca paduan Cr-Ni Cor berdasarkan ACI, Alloy Casting Institute

76

Bab. 5. Baja

77

Bab. 5. Baja

78

Bab. 5. Baja

79

Bab. 5. Baja

Sifat mekanik stainless steel corHP-50WZ

Creep rate vs temperatur pada stainless steel corHP-50WZ

80

Bab. 5. Baja

Struktur mikro CF-8M

(a) as cast (b) setelahsolution annealing

Struktur mikro martensitik CA-6NM dengan berbagaimacam etsa

pengecoran kuliah metalurgi

Documents