LABORATORIUM METALURGI PROSES DEPARTEMEN METALURGI DAN MATERIAL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA LAPORAN AWAL PRAKTIKUM COR NPM/ KELOMPOK : 1206226955 / KELOMPOK 17 TANGGAL DIKUMPULKAN : 20 APRIL 2015 TANGGAL DITERIMA : 20 APRIL 2015 KETERANGAN : I. Tujuan Praktikum 1. Memahami perancangan sistem saluran dan penambah yang sesuai dengan dimensi logam yang akan dicor 2. Memahami cara-cara pembuatan cetakan pasir yang baik yang sesuai dengan rancangan pola yang ada 3. Memahami cara-cara pembuatan inti sesuai dengan bentuk benda cor 4. Memahami tahap-tahap persiapan dapur peleburan 5. Memahami tahap-tahap peleburan logam 6. Memahami cara penuangan logam cair ke dalam cetakan pasir yang telah dibuat 7. Memahami jenis-jenis cacat yang dapat terjadi pada logam hasil penuangan serta cara-cara pencegahannya 8. Memahami sifat-sifat logam hasil coran sesuai dengan komposisi paduan yang digunakan II. Dasar Teori Pengecoran logam Pengecoran (casting) adalah suatu proses penuangan materi cair seperti logam atau plastik yang dimasukkan ke dalam cetakan, kemudian dibiarkan membeku di dalam cetakan tersebut, dan kemudian dikeluarkan atau di pecah- pecah untuk dijadikan komponen mesin. Pengecoran loham memiliki beberapa kelebihan, yaitu : - Membuat produk satuan hingga produk dalam jumlah banyak - Membuat bentuk produk mulai dari yang sederhana hingga rumit dan berongga - Membuat produk dengan tingkat presisi longgar hingga yang sangat ketat - Membuat produk dengan berat beberapa gram hingga ton Namun, pengecoran juga memiliki beberapa kekurangan, yaitu : - Pada beberapa proses, diperlukan proses heat treatment untuk memperbaiki sifat mekanis - Kecacatan lubang halus dapat berpengaruh besar pada sifat mekanis - Kekuatan produk kurang - Diperlukan keterampilan khusus pada proses foundry untuk mendapatkan hasil cor yang baik Proses pengecoran logam dimulai dengan melakukan proses pencairan logam, kemudian proses penuangan logam ke dalam cetak, proses pembekuan/solidifikasi logam dalam cetakan, dan selanjutnya proses pelepasan produk coran dari cetakan. 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. 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. II.1. Peleburan Aluminium Sebagian besar logam yang dicetak dari proses manufaktur di dunia datang dari keluarga aluminium dan alloy-nya. Aluminium memiliki beberapa kelebihan, diantaranya yaitu berat jenis rendah (2,7 gr/Cm 3 ), hanya 1/3 dari baja, sehingga merupakan logam yang ringan. Temperatur lebur nya rendah yaitu 660 O C, konduktifitas termal yang tinggi, tahan terhadap korosi, konduktifitas listrik yang tinggi, serta mudah dicor dengan permukaan akhir yang baik. dengan permukaan akhir yang baik. Namun, aluminum juga memiliki kekurangan, diataranya adalah: Berat jenis rendah, sehingga mudah tercampur dengan pengotor (dross) oksida, misal Al 2 O 3 (berat jenisnya 2.1 gr/mm 3 ) dengan Aluminium Cair (berat jenisnya 2.3 gr/mm 3 ) Mengalami penyusutan (shrinkage) yang cukup tinggi 3.5 – 8.5 % (rata-rata 6 %) Sangat mudah mengikat gas Hidrogen dalam kondisi cair 3H 2 O + 2 [AL] ---- 6 [H] + (AL 2 O 3 ) 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 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 H 2 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. Tahapan setelah proses peleburan adalah proses penuangan. Pada tahap ini, suhu penuangan harus diperhatikan. Hal ini disebabkan suhu tuang yang tidak terkontrol dengan baik 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 100-150 o C di atas temperatur lebur logam. Sedangkan untuk aluminium, temperature penuangan dilakukan ±25 o 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 Flux Digunakan untuk melindungi permukaan logam cair dan meminimalisasi oksidasi serta larutnya gas hidrogen. 2. Cleaning Flux Digunakan 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 Flux Fluks jenis ini digunakan untuk mengambil logam dari dross sehingga dihasilkan dross yang kering. Proses ini akan meningkatkan efisiensi dari logam yang digunakan sehingga tidak terbuan 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 menggunakan tablet (chlorine atau nitrogen) atau gas bubble flotation (gas nitrogen atau argon) II.2. Pembekuan Setelah dilebur dan dimasukan kedalam cetakan tahap selanjutnya ialah pembekuan logam. Apabila material logam/non-logam dalam kondisi cair diturunkan suhunya, maka energi kinetik rata-ratanya akan turun dan menyebabkan membekunya material logam tersebut. 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). Sedangkan bagian paling dalam akan terbentuk equiaxed. Gambar 1. Skema Pembekuan Logam II.3. Cacat pada Hasil Pengecoran Cacat adalah beberapa karakteristik yang menghasilkan diefisiensi dan ketidaksempurnaan terhadap kualitas spesifikasi coran yang telah didisain sebelumnya. Adanya cacat pada pengecoran alumunium ini tidak dapat dihindari secara sempurna. Cacat-cacat yang ada tersebut hanya dapat diminimalisasikan. Cacat – cacat ini dapat di toleransi apabila tidak mengganggu fungsi benda coran. Kerusakan atau kesalahan pada benda cor tersebut dapat menyebabkan ditolaknya benda cor tersebut oleh konsumen (reject). Nilai reject yang baik adalah dengan angka yang berkisar 2,0 – 5,0 %. Dengan nilai > 10 % termasuk tidak efisien, sedangkan dengan nilai > 20 % secara ekonomis tidak layak. Secara umum, cacat-cacat yang mungkin terjadi pada pengecoran aluminium adalah : a. Gas porosity Pororsitas gas adalah terperangkapnya gas dalam logam cair pada waktu proses pengecoran dan pembekuan sehingga pada benda cor terdapat lubang-lubang. Cacat porositas gas dapat disebabkan karena terperangkapnya gas hidrogen dalam cairan Aluminium. Gas hidrogen dapat berasal dari scrap basah, temperatur leleh dan temperatur tuang yang terlalu tinggi, serta dari fluks dan cetakan yang basah. Porositas gas juga bias terjadi karena terperangkapnya udara pada sistem pengecoran (gating system) yang salah.d. Cacat Akibat Dros (Slag/Kotoran). Cacat porositas gas dapat dicegah dengan cara : - Mencegah logam cair kontak langsung dengan atmosfir yang terlalu lama - Memberikan gas inert (Nitrogn/Argon) ke cairan logam - Perencanaan cetakan yang tidak menyebabkan turbulen pada aliran logam cair - Atur Pemakaian jumlah resin pada pasir agar sesuai (tidak kekurangan/ berlebihan) - Sistem ventilasi dari cetakan yang baik b. Shrinkage (penyusutan) Cacat shrinkage (penyusutan) terjadi pada daerah hot spot (terakhir membeku). Logam Aluminium umumnya mengalami penyusutan sekitar 3–6 % tergantung pada paduannya ketika membeku dari keadaan cair menjadi padat. Sebaiknya penyusutan ini terjadi bukan ‘didalam produk”. Biasanya jika terjadi didalam produk penyebabnya akibat casting design (gating sistem) yang kurang sempurna. Karenanya, “casting design” harus dibuat sedemiakian rupa agar penyusutan (shrinkage) ini tidak terjadi pada produk cor melainkan diluar produk cor. Penyebab dari penyusutan ini adalah: - Perbedaan ketebalan benda cor yang terlalu besar - Terdapatnya bagian tebal yang tidak dapat dialiri logam cair secara utuh - Saluran masuk dan penambah yang kurang banyak atau terlalu kecil - Saluran masuk dan penambah yang salah dalam peletakannya Shrinkage dapat dicegah dengan beberapa cara, yaitu : - Usahakan pembekuan serentak, baik bagian yang lebih tebal atau yang lebih tipis - Penggunaan cil yang dimaksudkan agar terjadi pembekuan terarah - Fungsikan Riser (penambah) secara efektif - Logam cair sebersih mungkin karena inklusi dapat menyebabkan pembekuan menjadi tak terarah dan menyebabkan tempat berkumpulnya gas Dalam banyak kasus, cacat yang terjadi dapat dalam bentuk gabungan keduanya (gas and shrinkage porosity). Shrinkage porositas gas gas and shrinkage porosity c. Misrun Misruns merupakan suatu cacat yang terjadi karena logam cair tidak mengisi seluruh rongga cetakan, sehingga