PANDANGAN UMUM LOGAM CORAN DAN PADUANNYA
Pada industri permesinan dipergunakan benda-benda coran dari baja tuang, besi tuang, logam paduan maupun logam berwarna. Coran baja pada umumnya dari baja dengan komposisi karbon antara 0,15% hingga 0,45% dengan unsur-unsur pengiring seperti : MANGAN (Mn) = 0,5% SILIKON (Si) = 0,25% FOSFOR = maksimum 0,05% SULFUR = maksimum 0,05%
klasifikasi logam paduan berdasarkan besarnya prosentase unsur paduannya sebagai berikut :
Sumber: Diktat Ilmu Pengetahuan Bahan Industri, oleh Ir.Hastono Reksotenojo Msc.Eng.Met , Bab 5 : Hal
Unsur-unsur paduan yang sering menjadi kombinasi dari beberapa unsur untuk satu bahan coran, sering kali berupa kombinasi berikut ini : Paduan Cr
Mn – Cr ; Mn – Cr – V Paduan Mo
Cr – Mo – Cr – Mo – V ; Cr – Mo – W – V Paduan Ni
Cr – Bi ; Ni – V ; Cr – Bi – Mo ; Cr – Ni – W – V Paduan Al
Al – Ni ; Al – Ni – Co ; Dan masih ada lagi paduan-paduan lain seperti dengan unsur-unsur : Ti, Si, Bi, Te, Mg, Ce, dll
Besi Tuang Besi tuang ini memiliki sifat cor yang baik sekali dan biaya produknya lebih murah dibanding produk-produk dari baja. Dengan proses yang khusus besi tuang ini dapat dibentuk menjadi beberapa macam besi tuang seperti :
1. Besi tuang kelabu 2. Besi tuang putih 3. Besi Temper 4. Besi tuang bergrafit bulat 5. Besi martensit 6. Besi austenit
Logam berwarna untuk coran dibagi atas tiga keluarga besar yaitu :
Sumber: Diktat Ilmu Pengetahuan Bahan Industri, oleh Ir.Hastono Reksotenojo Msc.Eng.Met , Bab 5 : Hal 108
PADUAN BESI UNTUK BENDA CORAN Dalam memilih bahan coran, sering disesuaikan dengan konstruksi, terlebih apabila bentuknya cukup sulit dan menghendaki sifat mekanis yang khusus. Untuk itu banyak dipergunakan bahan coran dari panduan besi. Benda-benda coran itu dapat memiliki bahan berupa : baja coran, besi cor kelabu, besi tuang modular atau besi mampu tempa.
Besi Tuang Kelabu Kuat tarik merupakan ukuran kualitas bahan logam yang diutamakan. Karena itu Besi Tuang Kelabu (BTK) dalam Standar Industri Indonesia (SII), maupun dalam standar Industryi negara lain klasifikasinya didasarkan kuat tariknya. Besi tuang kelabu diklasifikasikan dalam 7 kelas yaitu : BTK 10 BTK 15 BTK 20 BTK 25
BTK 30 BTK 35 BTK 40
Dimana bilangan menyatakan kuat tariknya minimum Kg/mm2. 1. Coran dari bahan BTK, apabila dinding coran tipis, dipergunakan komposisi dengan batas tertinggi untuk unsur C dan Si. 2. Coran dari bahan BTK, apabila dinding coran tebal, diperlukan komposisi kimia dengan batas terendah untuk unsur C dan Si. 3. Komposisi kimia pada ketentuan di atas sesuai dengan SII ditetapkan sebagai berikut : BTK 10 -------------------------------Maksimum C (3,2 – 3,8) % Maksimum Si (2,2 – 2,6) % BTK 40 -------------------------------Minimum C (2,5 – 3,0) % Minimum Si (1,2 – 2,2) % Dengan bahan ini dapat dicor berbagai peralatan dari segala jenis produk-produk industri. Bahkan dengan suatu proses metalurgi, bahan ini dapat dirubah menjadi bahan lain yang sejenis, tetapi dengan sifat-sifat mekanis yang berbeda seperti terlihat pada diagram di atas perbedaan sifat itu dapat terlihat pada halaman lain dengan menampilkan beberapa contoh struktur mikro logam.
Besi Tuang Putih ( White Cast Iron) Benda cor dengan logam ini (BTP) memiliki permukaan yang keras, kekerasan berada pada bagian paling luar benda coran tetapi lebih kedalam tetap akan memiliki kekerasan lebih kecil. Tujuan dari pada pembuatan besi tuang putih ini adalah agar dapat memproduksi alat-alat dengan tuntutan sifat mekanis tertentu seperti peralatan: mesin giling, poros engkol dll.
Teori tentang kristalisasi logam menyatakan, bahwa BTP adalah besi karbon dengan beberapa unsur mengiring lainnya yang mengkristal secara metastabil sesuai dengan diagram Fe, Fe3C dalam struktur cementit. Komposisi besi tuang ini seperti komposisi besi tuang kelabu, tetapi memiliki prosentase Si lebih kecil, yaitu antara (0,5 – 1,2) prosen saja. Mikro strukturnya berbentuk: perlit dan cementit. Kerena cementit inilah sehingga berpengaruh pada kekerasan yang dapat mencapai 400 HB hingga 500 HB, keras rapuh dan hanya dapat digerinda. Kegunaan utama dari Besi Tuang Putih ini ialah, bahwa melalui proses perlakuan panas (Heat Treatment) dapat dihasilkan Besi Mampu Tempa yang sering disebut sebagai Besi Temper
Besi Temper Besi ini ulet dan kenyal serta mudah dibubut. Seperti telah disinggung sebelumnya, bahwa terbentuknya besi ini adalah apabila terhadap perlakuan panas, terjadi peristiwa runtuhnya cementit dan proses metastabil berubah ke proses stabil dengan munculnya grafit. Berdasarkan macamnya proses perlakuan panas ini, maka dibedakan terjadinya 3 macam bentuk Besi Temper, yaitu:
1. Besi Temper Berpatahan Putih (BTPP) 2. Besi Temper Berpatahan Hitam (BTPH) 3. Besi Temper Perlitik (BTPR) Proses perlakuan panas terhadap Besi Tuang Putih yang menghasilkan Besi Temper dilaksanakan dalam bilik pemanas dengan berbagai bentuk dan ukuran. Demikian pula dalam hal sifat lingkungan bilik pemanas itu berbeda beda serta dengan kecermatan proses perlakuan yang beraneka ragam pula. Tetapi semua usaha itu semata mata hanya demi berlangsungnya perubahan struktur disesuaikan dengan tuntutan kualitas mekanis yang diharapkan produsen.
Struktur Mikro Besi Temper
Besi Temper Berpatahan Hitam (BTPH) Besi Temper Berpatahan Putih (BTPP)
Besi Temper Perlitik (BTPR) Sumber: Diktat Ilmu Pengetahuan Bahan Industri, oleh Ir.Hastono Reksotenojo Msc.Eng.Met , Bab 5 : Hal 115
Besi Tuang Bergrafit Bulat/Besi Tuang Nodular/Ductile Besi Tuang ini disebut paling muda, karena penemuannya baru terjadi pada tahun 1946. Bentuk granuladegrafit yang menguntungkan ini dapat memberikan kelebihan sifat-sifat mekanis seperti kuat tarik yang dapat mencapai 20% lebih tinggi dan elongation yang memberikan sifat kekenyalan sampai 30J/cm2. Dibandingkan dengan BTK memang besi tuang ini mempunyai prosentase karbon (C) dan silikon (Si) lebih tinggi, tetapi justru karena ini maka akan mempunyai sifat cor yang baik serta mempertinggi kuat tariknya. Proses pembentukan Besi Tuang Ductile ini dipengaruhi oleh komposisi kimia, kecepatan kristalisasi dan oleh pengerjaan lanjut, akibat ini semua, maka dapat terbentuk 3 macam dengan struktur sebagai berikut:
1. Besi Tuang Nodular Feritik 2. Besi Tuang Nodular Feritik-Perlitik 3. Besi Tuang Nodular Perlitik Sumber: Diktat Ilmu Pengetahuan Bahan Industri, oleh Ir.Hastono Reksotenojo Msc.Eng.Met , Bab 5 : Hal 116
Besi tuang Nodular grafit bentuk bulat
Struktur Mikro Besi Tuang Nodular Feritik-Perlitik-Nital
Sumber: Diktat Ilmu Pengetahuan Bahan Industri, oleh Ir.Hastono Reksotenojo Msc.Eng.Met , Bab 5 : Hal 118-119
Penggunaan bahan Ductile dalam permesinan memegang peranan yang cukup penting, hal-hal yang berhubungan dengan sifat mekanisnya terpenuhi dengan baik. Disamping kekerasan dan tahan gesekan, maka sifat yang penting adalah ia memiliki sifat plastisitas bagaikan baja. Berbagai suku cadang dapat dihasilkan dan diproduksi dengan bahan ductile seperti : piston, roda gigi, poros, engkol, pompa dan banyak lagi lainnya. Sifat-Sifat Mekanis yang dimiliki Besi Tuang Nodular : - Sifat plastisitas yang tinggi - Kekerasan yang tangguh terhadap beban - Nilai regangan yang baik
STRUKTUR MIKRO PEMBENTUKAN GRAFIT-FERITPERLIT-CEMENTIT Dibawah ini ditunjukkan beberapa contoh struktur mikro dari beberapa macam logam besi, baja paduan dan lain.
Karena pengaruh pendingin timbul grafit. Bentuk grafit : Lamilar – Nital – 100x
Bentuk grafit : Lamilar tersusun Nital -100 x
Grafit karena pengaruh pendinginan lanjut membeku. Nital – 100 x
Sumber: Diktat Ilmu Pengetahuan Bahan Industri, oleh Ir.Hastono Reksotenojo Msc.Eng.Met , Bab 5 : Hal 119-120
Dalam penelitian ternyata, bahwa penambahan prosentase karbon(C) dalam larutan akan mengakibatkan tumbuhnya besi perlit dan penurunan besi ferit. Kemudian makin kecil/sedikit karbonnya, akan jelas timbulnya perlit yang membentuk sebagai parit-parit yang memanjang, dibawah ini terdapat pengaruh karbon pada struktur.
Gambar a : Struktur mikro baja karbon Prosentase : 0,1 % C Gambar b : Prosentase : 0,3 % C Gambar c : Prosentase : 0,6 % C Gambar d : Prosentase : 0,8 % C
Sumber: Diktat Ilmu Pengetahuan Bahan Industri, oleh Ir.Hastono Reksotenojo Msc.Eng.Met , Bab 5 : Hal 121
Strukur Mikro Bainit Atas
Struktur Mikro Bainit Bawah
Sumber: Diktat Ilmu Pengetahuan Bahan Industri, oleh Ir.Hastono Reksotenojo Msc.Eng.Met , Bab 5 : Hal 122
LOGAM NON FERRO Secara garis besar logam nonferro atau yang disebut sebagai logam berwarna di bagi atas keluarga besar yaitu: 1. PADUAN TEMBAGA - Brons - Kuningan - Kuningan tegangan tinggi - Perunggu - Dan paduan lain : Zn, Al, Sb, Sn
2. LOGAM RINGAN - Paduan Aluminium - Paduan Magnesium - Paduan pada (1) dan mengandung unsure-unsur : Si, Zn, Cu 3. PADUAN LAINNYA - Paduan Sn-Pb - Paduan Sn-Pb-Sb - Paduan dengan logam alkali Na, Ca.
Pada pembahasan tentang logam non ferro, peranan sebagai unsure pemadu sangat memerlukan perhatian dan di bawah ini klasifikasi paduan logam di tampilkan sebbagai berikut: 1. Paduan rendah. Unsure pemadu tidak lebih dari 5% 2. Paduan sedang. Memiliki unsure pemadu antara 5%-10% 3. Paduan tinggi. Unsure pemadunya dapat mencapai cukup tinggi antara 10%-40% Dalam fungsinya sebagai unsure pemadu, maka logam nonferro sering dipergunakan dalam bentuk kombinasi dengan logam nonferro lainnya, seperti contoh-contoh berikut ini:
1. Paduan Cr (Mn-Cr, Mn-Cr-V) 2. Paduan Mo (Cr-Mo, Cr-Mo-V, Cr-Mo-W) 3. Paduan Ni (Cr-Ni, V-Ni, Cr-Ni-Mo, Cr-Ni-V-W) 4. Paduan Al (Al-Ni, Al-Ni-Co) 5. Dan masih terdapat paduan-paduan lain seperti dengan unsur-unsur: Si, Bi, Te, Mg, Ce, dll.
BATANG DAN KAWAT ALUMINIUM DAN PADUAN ALUMINIUM UNTUK PAKU KELING DEFINISI Kawat adalah dibuat dari batang yang diameter atau jarak permukaanya yang sejajar sampai dengan 10.000 mm. Istilah batang dan kawat keeling untuk keperluan paku keling dari bahan-bahan aluminium selanjutnya dalam standar ini disebut bahan-bahan pengelingan. Batang (rods) adalah batang yang pejal penampangnya yang lebih kecil dibandingkan dengan panjangnya serta untuk penampang yang bundar. KLASIFIKASI Berdasarkan komposisi kimia, bahan-bahan pengeling diklasifikasikan menjadi 10 kelas. Notasiyang di pakai adalah system 4 angka sesuai dengan SII 0887-83 “Sistem penamaan paduan dan temper Aluminium” SYARAT Sifat Tampak Bahan-bahan pengeling harus mempunyai profil akhir yang baik dan bebas cacat yang mengganggu penggunaanya. Komposisi Kimia Komposisi kimia bahan-bahan pengelingan Sifat Mekanik Sifat mekanik bahan-bahan pengelingan (kuat tarik dan regangan) harus sesuai dengan ketentuan dan bahan-bahan pengeling yang telah mengalami penyelesaian pengerjaan panas sesuai dengan ketentuan Diameter bahan-bahan pengelingan harus sesuai dengan Toleransi dan Dimensi
Definisi Peleburan logam
adalah proses
mencairkan logam pada temperatur tertentu dengan
menggunakan energi panas yang di hasilkan oleh tungku.
Tungku
adalah
sebuah
peralatan
yang
digunakan untuk melelehkan logam untuk pembuatan bagian mesin (casting) atau untuk memanaskan bahan
serta
mengubah
rolling/penggulungan,
bentuknya
penempaan)
sifat-sifatnya (perlakuan panas)
atau
(misalnya merubah
TUNGKU YANG PALING BANYAK DIGUNAKAN DALAM PENGECORAN LOGAM ANTARA LAIN 1. Dapur Kupola Dapur yang digunakan untuk melebur besi tuang. Dapur
ini berbentuk silindrik tegak, terbuat dari baja dan bagian dalamnya dilapisi dengan batu tahan api. Sebagai bahan bakar digunakan kokas (coke), dan batu kapur digunakan sebagai fluks, sedang bahan bakunya adalah besi bekas dan besi kasar.
Penggolongan Daerah Dalam Kupola
Dapur Kupola
menjadi beberapa daerah seperti disebut di
bawah ini, sesuai keadaan bahan baku dalam kupola.
A.Daerah pemanasan mula
: bagian dari pintu
pengisian sampai di tempat dimana logam mulai cair. Selama turun di daerah ini, logam mengalami pemanasan mula.
B.Daerah lebur : bagian atas dari alas kokas dimana logam mencair.
C. Daerah panas lanjut :
bagian bawah daerah lebur sampai
rata tuyer. Logam cair dipanaskan lanjut selama turun melalui daerah ini.
D. Daerah krus
: bagian dari tuyer sampai dasar kupola. Logam
cair dan sebagian kecil terak ditampung di daerah ini. bagian dalam kupola dibagi menjadi daerah oksidasi dan daerah reduksi, tergantung pada reaksi antara kokas dan gas.
Daerah
oksidasi
:
dimulai dari tuyer sampai rata
tengah-tengah alas kokas. Dalam daerah ini kokas dioksidasi oleh udara yang ditiupkan melalul tuyer.
Daerah
reduksi
: Bagian atas dari daerah oksidasi,
dimana gas CO2 yang timbul di daerah oksidasi, direduksi oleh
kokas.
CIRI UMUM DAPUR KUPOLA Terdiri dari suatu aluran/bejana baja vertikal yang
didalamnya terdapat susunan bata tahan api Muatan terdiri dari susunan atau lapisan logam, kokas
dan fluks. Dapat beroperasi secara kontinu, menghasilkan logam
cair dalam jumlah besar dan peleburan tinggi.
2. TUNGKU KRUSIBEL merupakan salah satu jenis tertua dan paling sederhana dari unit mencair digunakan dalam pengecoran. Tungku menggunakan wadah tahan api yang
berisi
muatan
logam.
Tungku
dipanaskan
melalui konduksi panas melalui dinding wadah
tersebut. Bahan bakar pemanas biasanya coke, gas alam, minyak atau listrik.
3 JENIS DAPUR KRUSIBEL YANG BIASA DIGUNAKAN : a. Krusibel Angkat : Krusibel
ditempatkan
didalam
dapur
dan
dipanaskan hingga logam mencair. b. Dapur Pot Tetap : Dapur tidak dapat dipindah, logam cair diambil
dari kontainer dengan ladel. c. Dapur Tukik : Dapat ditukik untuk menuangkan logam cair.
3. TUNGKU BUSUR LISTRIK Ciri-ciri dari proses peleburan logam dengan menggunakan metode tungku busur listrik. - Laju peleburan tinggi - Laju produksi tinggi - Polusi lebih rendah dibandingkan tungku-tungku
lain - Memiliki kemampuan menahan logam cair pada
temperatur tertentu untuk jangka waktu lama untuk tujuan pemaduan
3. TUNGKU INDUKSI Digunakan pada industri pengecoran kecil Mampu mengatur komposisi kimia pada skala
peleburan kecil Digunakan pada industri pengecoran logam-logam
non-ferro Secara khusus dapat digunakan untuk keperluan
superheating ( memanaskan logam
cair diatas
temperatur cair normal untuk memperbaiki mampu alir), penahanan temperatur.
Syarat – syarat yang di minta dari peleburan logam : Sebelum melakukan proses kerja yang pertama harus di
perhatikan yaitu K3 (kesehatan dan keselamatan kerja) Membaca buku panduan, apa yang harus di perhatikan
dan apa yang tidak boleh dilakukan. Memeriksa bagian bagian lokasi kerja, alat dan bahan
yang di gunakan sebelum kerja. Tanur yang digunakan dalam proses peleburan logam,
harus sesuai standar pada proses pengecoran logam.
Logam yang di gunakan dalam proses peleburan harus
bersih dari zat zat pengotor. Tungku yang di gunakan harus memenuhi syarat, Tahan
terhadap suhu tinggi, Perubahan suhu yang mendadak, lelehan terak logam, kaca, gas panas, dll, beban pada
kondisi perbaikan, Tahan terhadap beban dan gaya abrasi. Fungsi Peleburan logam dalam pengecoran adalah proses mecairkan logam untuk di buat benda coran dengan menggunakan tungku dimana tungku yang di gunakan menghasilkan energi panas.
MATERIAL PEMBENTUK TUNGKU 1. Batu Tahan Api digunakan untuk dapur peleburan jenis crucible
adalah batu tahan api yang memiliki sifat-sifat : - Tidak melebur pada suhu yang relatif tinggi
- Sanggup menahan lanjutan panas yang tiba-tiba ketika terjadi pembebanan suhu
- Tidak hancur di bawah pengaruh tekanan yang tinggi ketika digunakan pada suhu yang tinggi
- Mempunyai koefisien thermal yang rendah sehingga dapat memperkecil panas yang terbuang
- Memiliki tekanan listrik tinggi jika digunakan untuk dapur listrik
bahan-bahan dari batu tahan api
a. Bahan Tahan Api Jenis Asam Biasanya terdiri dari pasir silika dan tanah liat tahan api (fire clay).
Silika adalah bentuk murni melebur pada suhu 1710°C. bahan tahan
api ini terdiri dari hidrat alumunia silika (Al2O3, 2SiO2, 2H2O).
b. Bahan Tahan Api Jenis Basa terdiri dari magnesia, clionie magnesia, dan dolomite magnesia.
Bahan ini mempunyai titki lebur tinggi dan baik untuk mencegah
korosi, bahan-bahan ini terdiri dari 20-30% MgO dan 70-80% Cliromite dolomite yang terdiri dari kalsium karbonat dan magnesia (CaCO3,
MgCO3), Dolomite stabil yang terdiri dari CaCO3, SiO3, dan MgO adalah batu tahan api yang lebih baik dari pada dolomite biasa
sehingga lebih tidak mudah retak.
c. Bahan Tahan Api Jenis Netral Terdiri
dari
karbon,
grafit,
cliromite,
dan
silimanite. Bahan tahan api ini tidak membentuk phasa cair pada pemanasan penyimpanan kekutan pada suhu tinggi.
Jenis cliromite terbuat dari biji cliromite yang komposisinya terdiri dari 32% FeO dan 68% CrO3 dan mempunyai titik cair sekitar 21890C, dan silimite terdiri dari 63% Al2O3 dan 37%
SiO2 dan memiliki titik cair sekitar 19000C.
Semen Tahan Api Semen merupakan salah satu bahan perekat yang jika dicampur dengan air mampu mengikat bahan-bahan padat seperti pasir dan batu menjadi suatu kesatuan. Sifat pengikatan semen ditentukan oleh susunan kimia yang dikandungnya. Adapun bahan utama yang dikandung semen adalah kapur (CaO), silikat (SiO2), alumunia (Al2O3), ferro oksida (Fe2O3), magnesit (MgO), serta oksida lain dalam jumlah kecil.
Dampak yang ditimbulkan pada pengecoran, bila peleburan logam tidak ditangani dengan baik 1.Sifat fisis, mekanik, dan sifat lain tidak sesuai dengan standar yang kita inginkan sehingga hasil coran tidak sempurna, pada logam yang telah cair masih ada yang berbentuk padat dan tidak melebur. 2.Bentuk dari hasil coran bisa rusak dan mengalami cacat. 3.Kerugian yang sangat besar, karena proses peleburan logam adalah proses yang pengerjaanya mengunakan alat-alat yang berbahaya. 4.Waktu yang terbuang, uang yang telah dikeluarkan, logam yang telah di lebur, pola yang sudah di buat dan lain lain.
Proses Sand Casting
Permanent Mold Gravity Process
Hot Chamber Die Casting Process
Dies Casting Process
