perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id BAB II Pengecoran ...

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

5

BAB II

KAJIAN PUSTAKA

A. Kajian Teori dan Penelitian yang Relevan

1. Kajian teori

a. Pengecoran (casting)

1) Pengertian Pengecoran

Pengecoran adalah suatu proses pembuatan benda kerja dari

logam dengan jalan mencairkan logam tersebut pada temperatur

tertentu, kemudian dituangkan ke dalam cetakan dan dibiarkan

mendingin dan membeku (Wibowo, 2012).

Ada 4 faktor yang berpengaruh atau merupakan ciri dari

proses pengecoran, yaitu:

a) Adanya aliran logam cair ke dalam rongga cetak.

b) Terjadi perpindahan panas selama pembekuan dan pendinginan

dari logam dalam cetakan.

c) Pengaruh material cetakan.

d) Pembekuan logam dari kondisi cair.

Klasifikasi pengecoran berdasarkan umur dari cetakan yaitu:

a) Pengecoran dengan Sekali Pakai (Expendable Mold)

Contohnya pengecoran dengan cetakan pasir, karena hanya bisa

digunakan satu kali pengecoran saja. Setelah itu cetakan tersebut

dirusak saat pengambilan benda coran. Dalam pembuatan cetakan

pasir, jenis-jenis pasir yang digunakan adalah pasir silika, pasir

zircon, atau pasir hijau. Sedangkan perekat antar butir-butir pasir

dapat digunakan bentonit, resin, furan, atau fiberglas.

b) Pengecoran dengan Cetakan Permanen (Permanent Mold)

Contohnya pengecoran dengan cetakan logam bercampur grafit.

2) Tahapan Pengecoran

Secara garis besar urutan proses pengecoran logam memiliki

langkah-langkah sebagai berikut:


commit to user

6

a) Peleburan Logam

Peleburan logam merupakan proses mencairkan logam pada

temperatur tertentu dengan menggunakan energi panas yang

dihasilkan oleh tungku. Dalam pelaksanaannya peleburan logam

ini memerlukan kalor yang sangat tinggi untuk mencairkan logam

tersebut hingga logam mencair pada titik cair logam. Titik cair

dari masing-masing logam berbeda-beda, jadi dalam melakukan

peleburan logam kita harus mempertimbangkan bahan, berat

jenis, titik cair dan koefisien dari bahan yang digunakan untuk

mencairkan logam, yang dapat dilihat pada tabel 2.1. berikut:

Tabel 2.1. Berat Jenis, Titik Cair, dan Koefisien Kekentalan

Bahan Berat Jenis

(g/mm3)

Titik Cair

(00C)

Koefisien kekentalan

(Cm2/det)

Air 0,9982 (20) 0C 0 0,010061

Air raksa 13,56 (20) 0C 38,9 0,00114

Timah

Putih

5,52 (232) 0C 232,0 0,00199

Timah

Hitam

10,55 (440) 0C 327,0 0,00156

Seng 6,27 (420) 0C 420,0 0,00508

Aluminium 2,35 (760) 0C 660,0 0,00508

Tembaga 7,84 (1200) 0C 1.083,0 0,00395

Besi 7,13 (1600) 0C 1.537 0,00560

Besi Tuang 6,9 (1300) 0C 1.170,0 0,00230

(Sumber: Hardi Sudjana. 2008: 179)

b) Pembuatan Pola

Pola adalah suatu model yang memiliki ukuran dan bentuk yang

sama dengan bentuk produknya kecuali pada bidang-bidang

tertentu yang disebabkan oleh faktor-faktor lain seperti bidang


commit to user

7

pisah (parting line), bentuk rongga (cavity), dan proses

pemesinannya yang menyebabkan kesulitan untuk dibentuk

langsung pada pola (Akuan, 2010).

Faktor-faktor tersebut selanjutnya akan diantisipasi dengan

perhitungan penyusutan logam dan toleransi pemesinannya.

Untuk itu ada beberapa faktor yang harus diperhatikan saat

perencanaan pola yaitu bidang pisah, penyusutan pola, dan

kemiringan pola.

Tabel 2.2. Tambahan Penyusutan yang Disarankan

Tambahan Penyusutan Bahan

8/1.000 Besi cor, baja cor tipis

9/1.000 Besi cor, baja cor tipis yang banyak

menyusut

10/1.000 Sama dengan atas dan alumunium

12/1.000 Paduan alumunium, Brons, baja cor

(tebal 5-7 mm)

14/1.000 Kuningan kekuatan tinggi, baja cor

16/1.000 Baja cor (tebal lebih dari 10 mm)

20/1.000 Coran baja yang besar

25/1.000 Coran baja besar dan tebal

(Sumber: Tata Surdia dan Kenji Chijiiwa, 1986: 52)

c) Pembuatan Cetakan Pasir

Cetakan adalah suatu alat pada proses pengecoran yang terbuat

dari suatu material tahan temperatur tinggi (refractory) dan

memiliki suatu rongga dengan bentuk geometri tertentu untuk

dicor dan menghasilkan suatu produk cor yang sesuai dengan

bentuk geometri rongga tersebut.

Mengenai bahan untuk pembuatan cetakan, Akuan berpendapat,

“Pasir hingga saat ini masih mendominasi sebagai material


commit to user

8

cetakan karena pasir memiliki beberapa keuntungan antara lain

mudah didapat dan cukup murah” (2010: 50).

Rangka cetak yang digunakan dalam pembuatan cetakan pasir ada

bermacam-macam yaitu cetakan pasir dengan satu rangka cetak,

cetakan pasir dengan dua rangka cetak, dan cetakan pasir dengan

tiga rangka cetak.

d) Penuangan

Penuangan adalah proses memasukkan cairan logam ke dalam

rongga cetak yang terdapat pada cetakan. Proses penuangan

berlangsung dalam waktu yang pendek. Dalam proses ini logam

cair yang dikeluarkan dari dapur peleburan akan diterima oleh

ladel pembawa dan kemudian dituangkan kedalam cetakan

dengan menggunakan kowi (gayung) penuang. Ladel pembawa

dan kowi penuang tersebut terbuat dari plat baja dan bagian

dalamnya dilapisi dengan batu tahan api (Wibowo, 2012).

e) Pembongkaran dan Pembersihan Coran

Pembongkaran dilakukan setelah logam mengalami pembekuan

dalam waktu tertentu di dalam cetakan. Benda coran diambil dari

cetakan dan pasir-pasir yang menempel dibersihkan, kemudian

untuk saluran turun, saluran masuk, dan penambah yang masih

menempel dilepas dari benda coran dengan cara dipukul

menggunakan palu (hammer).

f) Pemeriksaan Hasil Coran

Pemeriksaan hasil coran dilakukan untuk memelihara kualitas

dari coran, untuk menekan biaya dengan mengetahui terlebih

dahulu produk yang cacat, dan untuk penyempurnaan teknik.

Pemeriksaan coran yang biasa dilakukan adalah pemeriksaan rupa

yang bertujuan untuk meneliti: ketidakteraturan, inklusi retak,

retakan dan sebagainya yang terdapat pada permukaan.

Pemeriksaan cacat dalam yang bertujuan untuk meneliti adanya

cacat seperti rongga udara, rongga penyusutan, inklusi, retakan


commit to user

9

dan sebagainya dalam hasil coran dengan jalan tanpa merusak

atau mematahkan yaitu dengan (sinar radiografi, kekuatan

supersonik, dan magnit). Pemeriksaan bahan yang bertujuan

untuk meneliti ketidakteraturan bahan. Demikian juga dengan

struktur mikro dan sifat-sifat mekaniknya diperiksa sesuai dengan

setiap cara pengujian yang telah ditetapkan (Surdia & Chijiiwa,

1986).

3) Terminologi Pengecoran dengan Cetakan Pasir

Terminologi Pengecoran dengan Cetakan Pasir. Secara umum

cetakan harus memiliki bagian-bagian utama sebagai berikut:

a) Cavity (Rongga Pengecoran)

Merupakan ruangan tempat logam cair yang dituangkan ke dalam

cetakan. Bentuk rongga ini sama dengan benda yang akan di cor.

Rongga cetakan dibuat dengan menggunakan pola.

b) Inti (core)

Fungsinya adalah membuat rongga pada benda coran. Ini dibuat

terpisah dengan cetakan dan dirakit pada saat cetakan akan

digunakan. Bahan inti harus mampu menahan temperatur cair

logam, paling tidak bahannya dari pasir.

c) Sistem Saluran Masuk (Gating System)

Merupakan saluran masuk ke rongga cetakan dari saluran turun.

Gating system suatu cetakan dapat lebih dari satu, tergantung

dengan ukuran rongga cetakan yang akan diisi oleh logam cair.

Gambar 2.1. Geometri Desain Ingate

(Sumber:Abrianto Akuan, 2010: 39)


commit to user

10

d) Lubang Penuangan (Saluran Turun Atau Sprue)

Merupakan saluran masuk dari luar dengan posisi vertikal.

Saluran ini juga dapat lebih dari satu, tergantung kecepatan

penuangan yang diinginkan. Akuan (2010) berpendapat,

“Umumnya bentuk sprue mengecil ke bawah dengan kemiringan

2˚-7˚” (hlm. 35).

Besarnya diameter saluran ditentukan berdasarkan berat coran

yang akan digunakan, untuk mengetahui perbandingan antara

berat coran dengan ukuran diameter saluran dapat dilihat pada

tabel 2.3.

Tabel 2.3.Perbandingan Antara Berat Coran dengan UkuranDiameter Saluran

Berat Coran (Kg) Ukuran Diameter/Sprue (mm)

S/100 15-20

100-200 20-23

200-300 23-26

300-500 26-28

400-600 28-30

600-700 30-31

700-800 31-32

800-900 32-33

900-1000 33-34

(Sumber: Hardi Sudjana, 2008: 208)

e) Pengalir (Runner)

Pengali biasanya mempunyai irisan seperti trapesium atau setengah

lingkaran sebab irisan demikian mudah dibuat pada permukaan

pisah, lagi pula pengalir mempunyai luas permukaan yang terkecil

untuk satu luas irisan tertentu, sehingga lebih efektif untuk

pendinginan yang lambat. Pengalir lebih baik sebesar mungkin untuk


commit to user

11

melambatkan pendinginan logam cair. Tetapi kalau terlalu besar

tidak ekonomis.

f) Cawan Tuang (Pouring Basin)

Berupa suatu lekukan pada pasir cetak, di mana logam cair dari

panci tuang (ladle) dituangkan untuk pertama kali. Dari cawan tuang

ini logam cair akan melalui lubang penuang kemudian saluran

pembagi, gate dan akhirnya ke rongga cetakan.

Guna dari cawan tuang ialah untuk menghindari atau paling tidak

mengurangi agar pasir yang terlepas akibat gaya tekan penuangan

tidak masuk terbawa logam cair ke rongga yang merupakan inklusi

terhadap benda kerja yang dihasilkan. Sebenarnya sistem saluran

sudah sedemikian rupa sehingga pasir-pasir yang lepas tersebut

dapat diendapkan sebelum logam cair masuk mengisi rongga

cetakan.

g) Penambah (Raiser)

Merupakan cadangan logam cair yang berguna dalam mengisi

kembali rongga cetakan bila terjadi penyusutan akibat solidifikasi.

Untuk mengenal dan mengerti fungsi sebuah cetakan pasir, maka

digambarkan sebuah cetakan dan bagian-bagiannya.

Gambar 2.2. Nama-Nama Bagian Cetakan

(Sumber: Suhardi, 1992 : 52)

Pengecoran dengan cetakan pasir melibatkan aktivitas-aktivitas

seperti menempatkan pola dalam kumpulan pasir untuk membentuk

rongga cetak, membuat sistem saluran, mengisi rongga cetak dengan

logam cair, membongkar cetakan yang berisi produk cor. Hingga


commit to user

12

sekarang, proses pengecoran dengan cetakan pasir masih menjadi

andalan industri pengecoran terutama industri-industri kecil. Secara

umum pengecoran cetakan pasir membutuhkan hal-hal sebagai berikut:

a) Pasir

Kebanyakan pasir yang digunakan dalam pengecoran adalah pasir

silika (SiO2). Pasir merupakan produk dari hancurnya batu-batuan

dalam jangka waktu yang lama. Alasan pemakaian pasir sebagai

bahan cetakan adalah karena murah dan ketahanannya terhadap

temperatur tinggi. Ada dua jenis pasir yang umum digunakan yaitu

naturally bonded (banks sands) dan synthetic (lake sands), karena

komposisinya mudah diatur, pasir-pasir sintetik lebih disukai oleh

banyak industri pengecoran. Pemilihan jenis pasir untuk cetakan

melibatkan beberapa faktor seperti bentuk dan ukuran pasir. Sebagai

contoh, pasir halus dan bulat akan menghasilkan produk yang mulus

atau halus. Untuk membuat pasir cetak selain dibutuhkan pasir juga

pengikat (bentonit, clay atau lempung) dan air. Ketiga bahan tersebut

diaduk dengan komposisi tertentu dan siap dipakai sebagai bahan

pembuat cetakan.

b) Jenis Cetakan Pasir

Ada tiga jenis cetakan pasir yaitu green sand mold, col-box mold,

dan no-bake mold. Cetakan yang paling banyak digunakan dan

paling murah adalah jenis green sand mold (cetakan pasir basah).

Kata “basah” dalam cetakan pasir basah berarti pasir cetak itu masih

cukup mengandung air atau lembab ketika logam cair dituangkan ke

cetakan itu. Istilah lain dari green sand mold adalah skin dried mold.

Cetakan ini sebelum dituangkan logam cair, terlebih dahulu

permukaan dalam cetakan dipanaskan atau dikeringkan. Karena itu

kekuatan cetakan ini meningkat dan mampu untuk diterapkan pada

pengecoran produk-produk besar. Dalam cetakan kotak dingin (cold-

box mold), pasir dicampur dengan pengikat yang terbuat dari bahan

organik dan anorganik dengan tujuan lebih meningkatkan kekuatan


commit to user

13

cetakan. Akurasi dimensi lebih baik daripada cetakan pasir basah

dan sebagai konsekuensinya, jenis cetakan ini lebih mahal. Dalam

cetakan yang tidak dikeringkan (no bake mold), resin sintetik cair

dicampurkan dengan pasir dan campuran itu akan mengeras pada

temperatur kamar. Karena ikatan antar pasir terjadi tanpa adanya

pemanasan, maka seringkali cetakan ini disebut juga cold-setting

processes. Selain diperlukan cetakan yang tinggi, beberapa sifat lain

dari no-bake mold yang perlu diperhatikan adalah permeabilitas

cetakan (kemampuan untuk melakukan sirkulasi udara atau gas).

c) Pola

Pola merupakan gambaran dari bentuk produk yang akan dibuat.

Pola dapat dibuat dari kayu, plastic atau polimer atau logam.

Pemilihan material pola tergantung pada bentuk dan ukuran produk

cor, akurasi dimensi, jumlah produk cor, dan jenis proses pengecoran

yang digunakan. Jenis-jenis pola diantaranya:

(1) Pola tunggal (One Piece Pattern Atau Solid Pattern)

Biasanya digunakan untuk bentuk produk yang sederhana dan

jumlah produk sedikit. Pola ini dibuat dari kayu dan tentunya

tidak mahal.

(2) Pola terpisah (Split Pattern)

Terdiri dari dua buah pola yang terpisah sehingga akan

diperoleh rongga cetak dari masing-masing pola. Dengan pola

ini, bentuk produk yang akan dihasilkan lebih rumit dari pola

tunggal.

(3) Match-Plate Pattern

Jenis ini yang populer digunakan di industri. Pola terpasang jadi

satu dengan suatu bidang datar, di mana dua buah pola atas dan

bawah dipasang berlawanan arah pada suatu pelat datar. Jenis

pola ini sering digunakan bersama-sama dengan mesin

pembuatan cetakan dan dapat menghasilkan laju produksi tinggi

untuk produk-produk kecil.


commit to user

14

d) Inti

Untuk produk cor yang memiliki lubang atau rongga seperti pada

blok mesin kendaraan atau katup-katup biasanya diperlukan inti. Inti

ditempatkan dalam rongga cetak sebelum penuangan untuk

membentuk permukaan bagian dalam produk dan akan dibongkar

setelah cetakan membeku dan dingin. Seperti cetakan, inti harus

kuat, permeabilitas baik, tahan panas dan tidak mudah hancur (tidak

rapuh). Agar inti tidak mudah bergeser pada saat penuangan logam

cair, diperlukan dudukan inti (core prints). Dudukan inti biasanya

dibuatkan pada cetakan. Pembuatan inti serupa dengan pembuatan

cetakan pasir yaitu menggunakan no-bake mold, cold box mold, dan

shell mold. Untuk membuat cetakan diperlukan pola, sedangkan

untuk membuat inti dibutuhkan kotak inti.

4) Sistem Saluran

Saluran tuang dapat diartikan sebagai bagian untuk mengalirnya

logam cair ke rongga cetakan. Bagian-bagian pada sistem saluran ini

terdiri dari cawan tuang, saluran turun (sprue), saluran pengalir

(runner), dan saluran masuk (ingate). Jenis-jenis sistem saluran dapat

dilihat pada gambar 2.3.

Gambar 2.3. Jenis-Jenis Sistem Saluran

(Sumber: Abrianto Akuan, 2010: 33)


commit to user

15

a) Saluran Turun

Saluran turun adalah suatu saluran vertical tempat penuangan

logam cair. Secara umum bentuk saluran turun ada beberapa tipe

diantaranya adalah sprue seperti terompet, sprue yang tegak lurus

dengan irisan lingkaran yang memiliki ukuran sama dari atas

kebawah dan sprue dengan irisan yang semakin mengecil dari atas

ke bawah. Standar ukurun sprue tegak lurus seperti yang

ditunjukkan oleh gambar 2.4.

Gambar 2.4. Dimensi Saluran Turun


b) Saluran Pengalir

Pengalir pada umumnya memiliki bentuk trapesium atau setengah

lingkaran. Pengalir sebaiknya sebesar mungkin untuk

melambatkan pendinginan logam cair, akan tetapi jika terlalu

besar maka hasil kurang ekonomis jadi ukuran yang cocok dipilih

sesuai dengan panjangnya seperti gambar 2.5. (Surdia & Chijiiwa,

1986).


commit to user

16

Gambar 2.5. Ukuran Pengalir

(Sumber: Tata Surdia & Kenji Chijiiwa, 1986: 67)

c) Saluran Masuk

Gate adalah saluran yang mendistribusikan langsung logam cair

ke dalam rongga produk cor. Ingate harus mudah dipotong untuk

proses pelepasan produk cor. Penentuan lokasi gate pada

prinsipnya ditempatkan pada bagian yang tebal sehingga cairan

logam dapat langsung masuk kedalam cetakan dengan cepat tanpa

tahanan.

Gambar 2.6. Ukuran Gate

(Sumber: TataSurdia & Kenji Chijiiwa, 1986: 77)

Dimana :

H1 < 0,5 H2

W1 > 2H1

P < 8T


commit to user

17

Ruang antara gate, runner dan cetakan yang sempit menyebabkan

cetakan mudah rusak dan ikut mengalir dengan logam cair. Tetapi

apabila ruang terlalu besar, gate menjadi lebih panjang akibatnya

porositas mudah terjadi, Akuan memberikan batasan bahwa gate

yang baik yaitu berjarak min 25 mm (2010).

Gambar 2.7. Ukuran Panjang Ingate yang Baik


b. Pulley

Pulley digunakan untuk mentransmisikan daya dari

batang/poros kebatang/poros lainnya dengan menggunakan sabuk atau

tali. Rasio kecepatan berbanding terbalik dengan diameter pulley

merupakan hal yang mutlak dalam penggunaan pulley, oleh karena

itu dalam memilih diameter pulley perlu dipertimbangkan dengan

sempurna rasio kecepatannya. Pulley harus sempurna dalam

penggunaannya, tali atau sabuk untuk menghubungkan pulley satu

dengan lainnya sejajar dan presisi pada permukaan pulley.

Pulley biasanya terbuat dari besi tuang, baja tuang, kayu dan

kertas. Material tuang memiliki gesekan dan karakteristik bahan yang

baik. Pulley yang dibuat dari besi tekan (press) lebih ringan

dibandingkan terbuat dari besi tuang, tapi permukaan pulley kurang

memiliki gesekan.

Pulley umumnya terbuat dari besi tuang, karena membutuhkan

biaya yang kecil. Lingkaran bibir pulley ditahan dari tengah pulley

dengan menggunakan lengan atau jeruji. Jeruji dapat berbentuk lurus

atau kurva dan jeruji menyilang digunakan untuk pulley elips (Khurmi


commit to user

18

dan Gupta, 2005).

Gambar 2.8. Pulley Besi Cor

(Sumber: R.S. Khurmi dan J.K. Gupta, 2005: 716)

Pulley besi tuang umumnya berbentuk lingkaran. Pada bibir

pulley terdapat celah untuk meletakkan tali/sabuk (crowning). Celah

tersebut dimaksudkan agar sabuk mempunyai tegangan yang tetap dan

tetap ditengah pulley disaat bergerak/berputar.

c. Besi Cor

Besi cor adalah logam besi yang mengandung kadar karbon

yang secara praktis terikat antara 2%-6,67% (Sixtiyas, 2011).

Besi cor yang berada di daerah outektik yaitu besi cor dengan

kadar karbon 2%-4,3% disebut besi cor hipoeutektik dan besi cor dengan

kadar karbon 4,3%-6,67% disebut besi cor hipereutektik. Bukan hanya

unsur karbon yang ada di besi cor akan tetapi besi cor juga mengandung

unsur silikon, mangan, phospor, belerang dan unsur lain. Dan besi cor ini

mempunyai suhu cair yang relatif rendah (1200˚C). Selain itu besi cor

mempunyai temperatur tuang antara 1250˚C-1450˚C.


commit to user

19

Tabel 2.4. Temperatur Tuang Jenis-Jenis Logam

Jenis Logam Temperatur Tuang (˚C)

Paduan Ringan 650-750

Tembaga 1100-1250

Kuningan 950-1100

Besi Cor 1250-1450

Baja Cor 1500-1550

(Sumber: Tata Surdia dan Kenji Chijiiwa, 1986 : 109)

1) Macam-macam Besi Cor

Macam-macam besi cor dapat dibagi menjadi beberapa bentuk yaitu:

a) Besi Cor Kelabu

Adalah besi cor dengan kadar silikon yang tinggi (± 2% Si)

membentuk grafit dengan mudah sehingga Fe3C tidak

terbentuk. Dalam hal ini karbon di dalam bahan ini berbentuk

lamel-lamel grafit pada waktu membeku. Lamel-lamel itu

berbentuk seperti dedaunan dan patahan dari suatu besi terlihat

grafit yang berbentuk lamel kecil memberikan warna kelabu

pada permukaan patahnya, maka disebut besi cor kelabu. Besi

cor kelabu sangat rendah keuletannya karena adanya serpihan

karbon, akan tetapi dengan adanya serpih-serpih ini besi cor

kelabu merupakan peredam getaran yang baik.

b) Besi Cor Nodular

Grafit yang terdapat dalam logam berbentuk bulatan sehingga

disebut besi cor nodular. Hal tersebut terjadi bila ditambahkan

magnesium pada cairan besi cor. Dibandingkan dengan grafit

yang mempunyai bentuk serpih seperti daun, grafit berbentuk

bulat atau nodular mempunyai derajat konsentrasi tegangan

yang sangat kecil, sehingga kekuatan besi cor menjadi lebih


commit to user

20

baik. Sifat besi cor nodular mempunyai keuletan yang baik,

ketahanan korosi dan ketahanan panas yang baik pula.

c) Besi Cor Putih

Dengan kadar silikon yang rendah dan kecepatan pendinginan

yang tinggi, karbon di dalam besi tuang pada waktu pembekuan

tidak dipisahkan menjadi karbon bebas sehingga jadi grafit dan

bersenyawa dengan besi yang disebut sementit. Permukaan

patahnya bila logam dipatahkan akan terlihat berwarna putih

karena tidak adanya lamel-lamel grafit. Besi cor putih sangat

keras, getas dan tahan aus.

d) Besi Cor Mampu Tempa

Besi cor mampu tempa digolongkan menjadi besi cor mampu

tempa perapian putih dan besi cor mampu tempa perapian hitam.

Besi cor perapian putih mempunyai kandungan silikon yang

rendah dan belerang yang tinggi. Dan besi cor perapian hitam

mempunyai kandungan silikon yang tinggi dan belerang yang

rendah. Besi cor perapian putih dibuat dengan proses

penghilangan karbon pada besi cor putih, sehingga kulitnya

berubah menjadi ferit dan struktur dalamnya terdiri dari matriks

perlit dengan karbon yang bulat. Dan besi cor perapian hitam

dibuat dengan melunakkan besi cor putih tetapi sementit terurai

menjadi ferit dan grafit sehingga patahannya menjadi hitam.

2) Pembekuan Besi Cor

Dimulai dari besi cor cair hipoeutektik atau hipereutektik

didinginkan, akan membeku menjadi kristal berupa austenit primer

atau grafit primer setelah sampai kepada garis cair. Pendinginan

terus berlanjut dan setelah sampai temperatur eutektik, fase berupa

grafit-austenit menginti dan tumbuh di sekitar kristal primer.

Pada saat ini grafit tumbuh ke segala arah dengan menyentuh cairan

dan membentuk cabang-cabang sesuai dengan laju pertumbuhannya,


commit to user

21

dan sebagai akibatnya akan terbentuk kumpulan eutektik yang

hampir menyerupai bentuk bola. Ini dinamakan sel eutektik.

Dalam batas sel eutektik ini berkumpl cairan yang mempunyai titik

rendah yang mengandung unsur-unsur lain yang kemudian beku, jadi

selanjutnya pembekuan berakhir. Sehingga struktur dari besi cor

terdiri dari grafit yang berbentuk serpih-serpih berada pada matrik

besi. Dalam cor besi apakah akan terbentuk grafit atau sementit

tergantung pada laju pendinginan dan juga sangat dipengaruhi oleh

komposisi kimia.

Gambar 2.9. Pembekuan Struktur Besi Cor

(Sumber: Tata surdia dan Shinroku saito, 1999: 114)

3) Struktur Besi Cor

Struktur dasar besi cor terdiri atas grafit, ferit, sementit, dan perlit.

Struktur ini terbentuk sewaktu besi cor mengalami pendinginan dan

pembekuan (Surdia & Chijiiwa, 1986).

a) Grafit

Grafit adalah satu bentuk kristal karbon yang lunak dan rapuh,

mempunyai kekerasan brinell kira-kira 1, kekuatan tariknya


commit to user

22

kira-kira 2 kgf/ dan berat jenisnya kira-kira 2,2. Dalam

struktur besi cor biasa 85 % dari kandungan karbon berbentuk

sebagai grafit. Dalam struktur mikro, ada berbagai bentuk dan

ukuran dari potongan-potongan grafit, yaitu halus dan besar,

serpih atau asteroid, bergumpal atau bulat. Keadaan potongan-

potongan grafit ini memberikan pengaruh yang besar terhadap

sifat-sifat mekanik besi cor. Sebagai contoh besi cor kelabu

yang mengandung 3,6 % karbon dan 2,1 % silisium, mempunyai

serpih-serpih grafit dengan kekuatan tarik 18 kgf/ ,

sedangkan besi cor bergrafit bulat yang mempunyai kandungan

karbon dan silisium yang sama dan berkekuatan tarik 55 sampai

70 kgf/ . Perbedaan ini disebabkan oleh perbedaan bentuk

dari potongan-potongan grafit, dimana serpih-serpih grafit

mengalami pemusatan tegangan pada ujung-ujungnya, kalau

suatu gaya bekerja tegak lurus pada arah serpih, sedangkan

grafit bulat tidak mengalami hal tersebut (Surdia & Chijiiwa,

1986).

b) Ferit

Ferit didefinisikan sebagai larutan pada temperatur normal yang

mempunyai bentuk kristal kubus pemusatan ruang dan besi dan

mengandung sejumlah kecil karbon. Oleh karena itu ferit relatif

lunak, liat dan cukup kuat. Kekerasan ferit adalah 100 sampai

140 kekerasan brinell. Ferit dalam besi cor adalah ferit-silisium

yang liat tetapi tidak diinginkan dalam jumlah yang banyak

karena apabila berlebihan akan merusak sifat-sifatnya (Sixtiyas,

2011).

c) Sementit

Struktur sementit ( C) merupakan unsur dasar yang paling

keras yaitu memiliki 650 kekerasan brinell, tetapi juga sangat

ampuh karena kandungan karbonnya yang tinggi. Sementit tidak

membentuk matriks sendirian tetapi terpisah dalam matrik atau


commit to user

23

membentuk struktur eutektik dengan ferit, atau tersisihkan

sebagai stedit bercampur dengan fosfida besi. Sementit sangat

keras dan merusak mampu mesin, sehingga pengendapan

sementit lebih baik dihindari kecuali untuk mendapatkan sifat

tahan aus.

d) Perlit

Perlit adalah struktur yang berbentuk lapisan dan ferit yang liat

dan sementit yang keras dan getas. Sifat perlit ulet dan baik

sekali ketahanan ausnya, serta cukup keras yaitu memiliki 200

sampai 230 kekerasan brinell, sehingga untuk besi cor kelas

tinggi perlu mempunyai matrik perlit. Kandungan perlit dalam

besi cor tergantung pada kadar grafit pada besi.

e) Steadit

Steadit disisihkan dalam bentuk luar biasa dalam matrik perlit.

Steadit adalah eutektik temer dari besi γ, sementit dan fosfida

besi (F C) yang sangat keras. Titik cairnya 950˚C sehingga

cenderung tersisih di daerah pembekuan akhir kadang-kadang

besi cor dibuat supaya mempunyai kandungan fosfor yang tinggi,

tetapi apabila terlalu banyak akan menyebabkan rapuh.

4) Pengaruh Kandungan Unsur pada Struktur Besi Cor

Besi cor adalah paduan besi yang mengandung karbon, silikon,

mangan, fosfor, belerang, dan unsur yang lain. Yang mana setiap

unsur memiliki pengaruh yang besar terhadap besi cor. Adapun

pengaruh itu adalah:

a) Pengaruh Karbon dan Silikon

Karbon dan silikon mempunyai pengaruh paling besar pada besi

cor. Dengan meningkatnya kadar karbon akan mengalami

penurunan kekuatan tarik, kekuatan lentur juga regangan pada

besi cor. Akan tetapi silikon meningkatkan kekuatan dari ferit

dalam besi cor. Dan dengan silikon dapat dicapai suhu cair

eutektik yang rendah sesuai dengan kadar karbon 2% sampai


commit to user

24

dengan 3.5% yang akhirnya silikon mengakibatkan dekomposisi

karbida menjadi besi dan grafit. Silikon yang banyak cenderung

membuat besi cor kelabu.

b) Pengaruh Mangan

Mangan tidak memberikan pengaruh yang sungguh-sungguh pada

struktur kecuali untuk kandungan silikon yang rendah. Mangan

mencegah penggrafian dan menggalakkan kestabilan sementit dan

larut di dalamnya. Mangan membuat butir-butir halus yang

perlitis dan mencegah pengendapan ferlit, sehingga dikehendaki

penambahan mangan untuk mendapat strukur yang hanya perlit

dan grafit.

c) Pengaruh Fosfor

Dalam besi cor fosfor berbentuk stedit atau kristal eutektik dan

fosfida besi. Fosfor mencegah pengendapan grafit dan kalau

kandungannya lebih dari 100% sementit kasar timbul pada

ledeburite. Struktur ini tidak menjadi halus meski dalam keadaan

pendinginan cepat. Pertambahan kandungan fosfor mengurangi

kelarutan karbon dan memperbanyak sementit pada kandungan

karbon yang tetap, sehingga struktur menjadi keras, sementit

sukar terurai.

d) Pengaruh Belerang

Belerang mengurangi kelarutan karbon dalam besi cair, dan

dalam hal ini menggalakkan penggrafitan. Tetapi kenyataannya

menambah belerang akan mengurangi grafit dan cenderung untuk

membentuk besi cor putih. Kecuali adanya mangan, belerang

cenderung untuk membentuk sulfida besi dan menggalakkan

pembentukan besi cor putih.

e) Pengaruh Unsur Lain

Unsur tambahan lain yang menggalakkan penggrafitan adalah

tembaga, nikel dan alumunium, dan unsur yang mencegah

penggrafitan adalah khrom, molibden.


commit to user

25

5) Sifat Fisis dan Mekanis Besi Cor

a) Sifat Fisis

Sifat fisis suatu bahan adalah keadaan logam apabila mengalami

peristiwa fisika, juga didefinisikan sebagai sifat dan bahan logam

yang berpengaruh di dalam penggunaan sebagai bahan untuk

bagian-bagian mesin dan konstruksi. Dan apabila suatu bahan

akan dilakukan pengujian sifat fisisnya, maka bisa dikatakan di

dalam pngujian bahan itu adalah pengujian tak merusak yaitu

pengujian dengan tidak menimbulkan kerusakan pada komponen

benda kerja yang diuji. Dan secara umum sifat fisis bahan dapat

dikenali dengan panca indra karena bentuk fisiknya. Sifat fisis

dan bahan logam antara lain adalah, susunan kristal, daya hantar

panas, titik cair dan struktur mikro.

b) Sifat Mekanis

Sifat mekanis didefinisikan sebagai ukuran kemampuan bahan

membawa atau menahan gaya atau tegangan. Pada saat menahan

beban, atom-atom atau struktur molekul berada dalam

keseimbangan. Gaya ikatan pada struktur, menahan setiap usaha

untuk mengganggu keseimbangan ini misalnya gaya luar atau

beban.

Tegangan dihasilkan dan gaya seperti tarikan, tekanan, atau

geseran yang menarik, mendorong, memelintir, memotong, atau

mengubah bentuk potongan bahan dengan beberapa cara.

Perubahan bentuk yang terjadi sering sangat kecil dan hanya alat-

alat yang mempunyai ketelitian yang tinggi yang dapat

mendeteksinya.

Sifat-sifat yang digunakan untuk mengetahui sifat mekanis dari

suatu logam adalah:

(1) Ductility (Keliatan) merupakan ukuran deformasi plastis

tertinggi yang dialami beban sampai patah.


commit to user

26

(2) Toughness (Ketangguhan) adalah kapasitas atau kemampuan

bahan untuk menyerap energi sampai patah.

(3) Hardness (Kekerasan) adalah kemampuan suatu bahan

terhadap penetrasi atau penusukan bahan lain yang lebih

keras.

(4) Strength (Kekuatan) adalah kemampuan suatu benda untuk

menahan gaya yang bekerja atau kemampuan bahan menahan

deformasi.

(5) Weldability (Mampu Las) adalah kemampuan logam untuk

dilas.

(6) Elasticity (Elastisitas) adalah kemampuan suatu benda untuk

kembali berbentuk semula tanpa deformasi plastis.

(7) Machinability (Mampu Mesin) adalah kemampuan suatu

benda untuk dikerjakan dengan mesin seperti, bubut, frais,

dan bor.

(8) Brittleness (Kegetasan) adalah sifat benda yang mudah retak

atau pecah yang merupakan kebalikan dan ductility (keliatan).

d. Besi Cor Kelabu

Besi cor kelabu adalah besi cor dengan kadar silikon yang tinggi

(1-3 % Si) membentuk grafit dengan mudah sehingga Fe3C tidak

terbentuk. Dalam hal ini grafit atau karbon bebas tersebar di dalam

bentuk serpihan. patahan besi cor kelabu akan berwarna keabu-abuan

yang disebabkan oleh grafit pada besi cor kelabu. Grafit yang berbentuk

serpih, menyebabkan besi cor kelabu mempunyai sifat mampu mesin

yang baik serta memiliki sifat menyerap getaran yang baik.

1) Struktur Grafit

Grafit adalah salah satu bentuk kristal karbon yang memiliki sifat

lunak dan rapuh, grafit ini mempunyai kekerasan Brinell HB sekitar

1, kekuatan tarik sekitar 2 kgf/mm2 dan memiliki berat jenis sekitar

2,2. Dalam struktur besi cor biasa 85 % dari kandungan karbon

berbentuk sebagai grafit (Surdia & Chijiiwa, 1986).


commit to user

27

2) Bentuk-Bentuk Dari Potongan Grafit Dalam Besi Cor Kelabu

Ada lima macam bentuk yang umum dari potongan-potongan grafit

besi cor kelabu yang ditunjukkan seperti gambar 2.10.

Gambar 2.10. Distribusi Grafit dalam Besi Cor Kelabu

(Sumber: Tata Surdia & Shinroku Saito, 1999: 115)

a) Struktur A: Terbagi rata, orientasi sembarang

Pada struktur A ini grafit yang berbentuk serpihan-serpihan

terbagi rata dan orientasinya sembarang. Struktur ini muncul

dalam besi cor kelas tinggi dengan matriks perlit dan ukuran

grafit yang cocok. Selanjutnya potongan-potongan grafit yang

bengkok memberikan kekuatan tertinggi besi cor, agar diperoleh

grafit yang bengkok ini pengendapan kristal-kristal harus

ditingkatkan (Surdia & Chijiiwa, 1986).

b) Struktur B: Pengelompokan “rosette”, orientasi sembarang

Grarit berbentuk “Rosette” adalah salah satu sel eutektik yang

mempunyai potongan eutektik halus dari grafit ditengah dengan

grafit serpih radial disekitarnya. Kecenderungan untuk

mengendap pada bagian tipis dan daerah bagian tengah eutektik

berubah sesuai dengan komposisi dan keadaan pendinginan.

Kadang-kadang tidak ada daerah eutektik dan hanya mengendap

serpih-serpih grafit radial (Surdia & Chijiiwa, 1986).

c) Struktur C: Ukuran serpih saling menumpuk, orientasi

sembarang

Struktur ini muncul pada sistem hipereutektik. Jumlah grafit

yang begitu banyak menyebabkan ferit sangat mudah

mengendap. Pada struktur C ini Kristal mula dari grafit yang


commit to user

28

panjang dan lebar ditumpuk dan dikelilingi oleh grafit serpih di

daerah eutektik. Struktur ini begitu lemah, disertai oleh

pengendapan ferit (Surdia & Chijiiwa, 1986).

d) Struktur D: Penyisihan antar dendrit, orientasi sembarang

Struktur D ini mempunyai potongan-potongan grafit eutektik

yang halus, yang mengkristal di antara dendrit-dendrit kristal

mula dari austenit. Ini muncul dengan adanya pendinginan lanjut

dalam pembekuan eutektik (Surdia & Chijiiwa, 1986).

e) Struktur E: Penyisihan antar dendrit, orientasi tertentu

Struktur grafit E ini muncul kalau kandungan karbon agak

rendah, struktur ini sangat mengurangi kekuatan karena jarak

antar potongan-potongan grafit yang dekat seperti gambar 2.10.

D. Akan tetapi kadang didapatkan kekuatan yang tinggi pula

disebabkan kandungan karbon yang rendah dan berkurangnya

pengendapan grafit (Surdia & Chijiiwa, 1986).

3) Sifat Mekanis Dari Coran Besi Cor Kelabu

Sifat-sifat mekanis diantaranya kekuatan tarik, perpanjangan,

kekerasan, kekuatan tekan, kekuatan bentur, kekuatan lelah, tahanan

aus, mampu mesin, sifat meredam getaran dan sebagainya. Berikut

ini hanya sifat-sifat penting dari besi cor kelabu yang akan

dijelaskan:

a) Kekuatan Tarik dan Perpanjangan

Kekuatan tarik pada besi cor kelabu berkisar antara 10-30

kgf/mm2. Dan perpanjangan pada besi cor kelabu ini berkisar

antara 0,3 sampai 1,2 % dan kekuatan tarik yang tinggi akan

mempengaruhi perpanjangannya (Surdia & Chijiiwa, 1986).

b) Kekuatan Bentur

Sifat besi cor kelabu adalah getas dan lemah terhadap benturan.

Kandungan karbon silisium dan fosfor yang lebih tinggi

menyebabkan kekuatan bentur yang lebih rendah. Pengendapan

sementit dan stedit dapat mengurangi kekuatan bentur.


commit to user

29

c) Kekerasan

Kekerasan besi cor kelabu berkisar 130-270 kekerasan brinell,

dan sangat erat hubungannya dengan struktur, grafit kasar dalam

matriks ferit menyebabkan kekerasan rendah dan grafit halus

sedikit menyebabkan kekerasan tinggi.

d) Mampu Mesin

Besi cor kelabu mempunyai sifat mampu mesin dan tahan aus.

Grafit pada besi cor kelabu bekerja sebagai pelumas sehingga

mempunyai sifat mampu mesin yang baik. Kekerasan dan

kekuatan tarik yang lebih rendah juga menyebabkan mampu

mesin yang lebih baik.

4) Sifat-Sifat Fisik dan Kimia Dari Coran Besi Cor Kelabu

Struktur besi cor adalah campuran dari berbagai fasa seperti grafit,

ferit, perlit, dan selanjutnya stedit (sulfida mangan) yang masing-

masing fasa mempunyai sifat-sifat sendiri. Sifat besi cor berubah

menurut perbandingan campuran dari fasa-fasa tersebut (Surdia &

Chijiiwa, 1986). Di bawah ini diuraikan sifat-sifat fisik dan kimia

dari besi cor kelabu:

a) Berat Jenis

Berat jenis pada besi cor kelabu yaitu antara 7,1-7,3 pada

temperatur kamar. Berat jenis ini sangat dipengaruhi oleh

kandungan grafit, sedangkan dalam keadaan cair berat jenisnya

berkisar antara 6,75-6,95. Penurunan berat jenis berbanding lurus

dengan tingginya temperatur sehingga semakin tinggi temperatur

besi cor kelabu, maka berat jenisnya juga semakin berkurang.

b) Pemuaian Panas

Koefisien pemuaian panas pada besi cor kelabu ini berkisar 10 x

10-6/0C, pemuaian ini lebih rendah bila dibandingkan dengan baja

dan lebih tinggi bila dibandingkan dengan pemuaian besi cor

putih. Pemuaian ini berubah menurut komposisi, struktur, dan

temperatur.


commit to user

30

c) Konduktivitas Listrik

Grafit merupakan tahanan listrik terbesar. Konduktivitas listrik

ini dipengaruhi oleh kandungan grafit, distribusi dan bentuk-

bentuk dari potongan grafit. Penambahan karbon dan silisium

menggalakkan pembentukan grafit, yang mengurangi

konduktivitas listrik. Selanjutnya grafit kasar mengurangi

konduktivitas listrik meskipun besi cor mempunyai kadar karbon

yang sama.

d) Ketahanan Korosi

Besi cor kelabu buruk dalam ketahanan korosinya terhadap asam

dibandingkan dengan baja, hal ini dikarenakan pengaruh sel

kimia antara besi dan grafit. Akan tetapi ketahanan besi cor

terhadap korosi yang disebabkan oleh air murni dan air laut lebih

baik dari baja. Struktur yang halus dengan potongan-potongan

grafit yang halus sangat baik dalam ketahanan korosi. Ketahanan

korosi sukar dipengaruhi oleh unsur-unsur lain selain karbon dan

silisium, akan tetapi untuk memperbaiki ketahanan korosi sangat

efektif apabila ditambahkan khrom, nikel atau tembaga (Surdia

& Chijiiwa, 1986).

e. Pengujian Bahan

Pengujian bahan adalah kegiatan yang dilakukan dengan tujuan

untuk mengetahui sifat-sifat logam kemampuan terhadap pembebanan

tertentu. Contohnya uji tarik, kekerasan, impact, komposisi kimia,

struktur mikro dan untuk mengetahui kesalahan yang ada pada bahan

(Sixtiyas, 2011).

Pengujian dibedakan menjadi 2 yaitu pengujian tak merusak dan

pengujian dengan merusak.

1) Pengujian Impact

Impact adalah kemampuan suatu bahan dalam mendapatkan beban

dinamis sehingga sifat-sifat ketangguhannya dapat diketahui.

Spesimen impact biasanya berbentuk U atau V.


commit to user

31

Uji impact adalah suatu pengujian yang digunakan untuk

menentukan sifat-sifat suatu material yang mendapatkan beban

dinamis, sehingga dari pengujian ini dapat diketahui sifat

ketangguhan suatu material baik dalam wujud liat atau ulet, dan

dalam wujud getas. Dengan catatan bahwa apabila nilai harga impact

semakin tinggi maka material tersebut memiliki sifat keuletan yang

tinggi, di mana tanda-tanda jika material itu dikatakan ulet jika

patahan yang terjadi pada bidang patah tidak rata dan tampak seperti

berserat-serat. Tetapi apabila nilai harga impact rendah, maka

material tersebut mempunyai sifat yang getas. Tanda-tandanya jika

material itu dikatakan getas adalah jika patahan yang terjadi pada

bidang patah itu rata dan mengkilap seperti kristal.

Dalam melakukan pengujian, sebaiknya temperatur berkisar diantara

20˚ sampai 22˚C, karena bentuk patahan banyak dipengaruhi oleh

temperatur. Jika menyimpang dari batas-batas tersebut, maka pada

hasil pengujian harus dicantumkan temperaturnya. Pengujian

biasanya dilakukan dengan alat Charpy Test. Ada 2 jenis batang uji

standar yang digunakan. Ada yang takiknya berbentuk U dan ada

yang berbentuk V.

Harga impact dapat dicari dengan menggunakan rumus di bawah ini:

Harga Impact = = ( )...........................(1)

Di mana:

W: Berat Pendulum (N)

m: Massa Pendulum (kg)

A: Luas Penampang Patahan Spesimen (mm )

R: Panjang Lengan Pendulum (m)

g: Percepatan Gravitasi (9,8 m/ )


commit to user

32

Gambar 2.11. Skematis Pengujian Impact

2) Pengujian Kekerasan

Kekerasan suatu material dapat didefinisikan sebagai ketahanan

material tersebut terhadap gaya penekanan dari material lain yang

lebih keras. Penekanan tersebut dapat berupa mekanisme

penggoresan (scratching), pantulan ataupun indentasi dari material

keras terhadap suatu permukaan benda uji. Berdasarkan mekanisme

penekanan tersebut, dikenal 3 metode uji kekerasan:

a) Metode Gores (Scratch Test)

Pengujian dengan cara goresan adalah pengujian kekerasan

terhadap bahan (logam), dimana dalam penentuan kekerasannya

dengan mencari kesebandingan dari bahan yang dijadikan standar

pengujian. Metode ini dikenalkan oleh Friedrich Mohs yang

membagi kekerasan material di dunia ini berdasarkan skala, yang

kemudian dikenal sebagai skala Mohs (Sudjana, 2008).

Skala Mohs ini bervariasi dari nilai 1 untuk kekerasan yang paling

rendah, sebagaimana dimiliki oleh material talk, hingga skala 10

sebagai nilai kekerasan tertinggi, sebagaimana dimiliki oleh intan.

Berikut 10 nilai kekerasan tersebut:

(1) Talk (Talc) (6) Ortoklas (Felspar)

(2) Gips (Gipsum) (7) Kwarsa (Quartz)

(3) Kalsite (Calcspar) (8) Topas

(4) Plorite (Flourspar) (9) Korondum(Corundum)

(5) Apatit (Apatite) (10)Intan (Diamond)


commit to user

33

b) Metode Elastik/Pantul (Rebound)

Dengan metode ini, kekerasan suatu material ditentukan oleh alat

Scleroscope yang mengukur tinggi pantulan suatu pemukul

(hammer) dengan berat tertentu yang dijatuhkan dari suatu

ketinggian terhadap permukaan benda uji. Tinggi pantulan

(rebound) yang dihasilkan mewakili kekerasan benda uji.

Semakin tinggi pantulan tersebut, yang ditunjukkan oleh dial pada

alat pengukur, maka kekerasan benda uji dinilai semakin tinggi.

c) Metode Indentasi

Pengujian dengan metode ini dilakukan dengan penekanan benda

uji dengan indentor dengan gaya tekan dan waktu indentasi yang

ditentukan. Kekerasan suatu material ditentukan oleh dalam

ataupun luas area indentasi yang dihasilkan (tergantung jenis

indentor dan jenis pengujian). Berdasarkan prinsip bekerjanya

metode uji kekerasan dengan cara indentasi dapat diklasifikasikan

sebagai berikut:

(1) Metode Brinell

Uji kekersan ini berupa pembentukan lekukan pada

permukaan logam memakai bola baja yang dikeraskan yang

ditekan dengan beban tertentu. Beban diterapkan selama

waktu tertentu, biasanya 30 detik, dan diameter lekukan

diukur dengan mikroskop, setelah beban tersebut

dihilangkan. Permukaan yang akan dibuat lekukan harus

relatif halus, rata dan bersih dari debu atau kerak.

Angka kekerasan brinell (BHN) dinyatakan sebagai beban P

dibagi luas permukaan lekukan. Pada prakteknya, luas ini

dihitung dari pengukuran mikroskopik panjang diameter

jejak. BHN dapat ditentukan dari persamaan berikut:

BHN = π ( ) = ( )( √ ) ..........(2)


commit to user

34

Dengan:

P = Beban yang Digunakan (Kg)

D= Diameter Bola Baja (mm)

d = Diameter Lekukan (mm)

Dari gambar 2.12. , dapat dilihat bahwa d = D sinф. Dengan

memasukkan harga ini ke dalam persamaan (2) akan

dihasilkan bentuk persamaan kekerasan brinell yang lain

yaitu:

BHN = ( ф) ..................................................(3)

Gambar 2.12. Parameter Dasar pada Pengujian Brinell

Untuk mendapatkan BHN yang sama dengan beban atau

diameter bola yang tidak standar, diperlukan keserupaan

lekukan secara geometris. Keserupaan geometris akan

diperoleh, selama besar sudut 2ф tidak berubah. Agar ф dan

BHN tetap konstan, beban dan diameter bola harus

divariasikan sehingga memenuhi perbandingan:

= = ........................................(4)

Tanpa menjaga P/D konstan, yang dalam percobaan akan

sering merepotkan, sehingga BHN akan bervariasi terhadap

beban.


commit to user

35

Jejak penekanan yang relatif besar pada uji kekerasan brinell

akan memberikan keuntungan dalam membagikan secara

pukul rata ketidak seragaman lokal. Selain itu, uji brinell

tidak begitu dipengaruhi oleh goresan dan kekerasan

permukaan dibandingkan uji kekerasan yang lain. Di sisi lain,

jejak penekanan yang besar ukurannya, dapat menghalangi

pemakaian uji ini untuk benda uji yang kecil atau tipis.

(2) Metode Vickers

Uji kekerasan vickers menggunakan penumbuk piramida

intan yang dasarnya berbentuk bujur sangkar. Besarnya sudut

antara permukaan-permukaan piramida yang saling

berhadapan adalah 136˚. Sudut ini dipilih karena nilai

tersebut mendekati sebagian besar nilai perbandingan yang

diinginkan antara diameter kekakuan dan diameter bola

penumbuk pada uji kekerasan brinell. Di mana bekas injakan

dapat dilihat pada gambar 2.13.

Gambar 2.13. Bekas Injakan Kekerasan Vickers

Angka kekerasan vickers didefinisikan sebagai berikut:

VHN = (2.P.Sin (α/2) ) / d= 1,854 x P/d ..........................................................(5)

Di mana:

VHN : Nilai Kekerasan Vickers (N/ )

P : Beban Penekanan (kgf)

α : Sudut Piramida Intan 136°


commit to user

36

D : Diagonal Rata-Rata (mm)

Yang mana d =

Agar diperoleh nilai kekerasan yang cermat, sebaiknya harus

diambil nilai rata-rata dari pengujian sekurang-kurangnya

tiga kali penekanan yang berdekatan. Uji vickers sama halnya

dengan pengujian lain, harus dilakukan pada suhu antara 18˚-

28˚, dan permukaan benda yang akan diuji juga harus

diamplas sampai licin atau mengkilap dan harus dijaga

supaya tidak terjadi perubahan struktur oleh pengerjaan

tersebut. Selain itu, bidang penopang harus rata. Sehingga

terletak rapat pada benda uji dan garis kerja penekanan juga

harus tegak lurus dengan bidang uji.

Setelah penekanan pada alat vickers selesai, maka spesimen

dapat dilihat hasil penekanan dengan mikroskop. Dengan

pembesaran yang dikehendaki, baik 50x, 100x, 200x, 500x

dan akan didapat diagonal atau diameter penekanan dari

penetrator yang berupa bujur sangkar.

(3) Metode Rockwell

Berbeda dengan metode Brinell dan Vickers dimana

kekerasan suatu bahan dinilai dari diameter/diagonal jejak

yang dihasilkan maka metode Rockwell merupakan uji

kekerasan dengan pembacaan langsung (direct-reading).

Metode ini banyak dipakai dalam industri karena

pertimbangan praktis. Variasi dalam beban dan indetor yang

digunakan membuat metode ini memiliki banyak macamnya.

Metode yang paling umum dipakai adalah Rockwell B

(dengan indentor bola baja berdiameter 1/6 inci dan beban

100 kg) dan Rockwell C (dengan indentor intan dengan beban

150 kg). Walaupun demikian metode Rockwell lainnya juga

biasa dipakai. Oleh karenanya skala kekerasan Rockwell

suatu material harus dispesifikasikan dengan jelas.


commit to user

37

Contohnya 82 HRB, yang menyatakan material diukur

dengan skala B: indentor 1/6 inci dan beban 100 kg. Berikut

ini diberikan Tabel 2.5. yang memperlihatkan perbedaan

skala dan range uji dalam skala Rockwell:

Tabel 2.5.Skala Uji Kekerasan Rockwell

Skala Penekan Beban

Utama

Dial

B

C

A

D

E

F

G

H

K

L

M

P

R

S

V

Bola baja 1/16”

Intan

Intan

Intan

Bola baja 1/8”

Bola baja 1/16”

Bola baja 1/16”

Bola baja 1/8”

Bola baja 1/8”

Bola baja ¼”

Bola baja ¼”

Bola baja ¼”

Bola baja ½”

Bola baja ½”

Bola baja ½”

100

150

60

100

100

60

150

60

150

60

100

150

60

100

150

Merah

Hitam

Hitam

Hitam

Merah

Merah

Merah

Merah

Merah

Merah

Merah

Merah

Merah

Merah

Merah

(Sumber: Tata Surdia dan Shinroku Saito, 1999: 32)

3) Pengujian Komposisi Kimia

Pengujian komposisi kimia bertujuan untuk mengetahui berbagai

macam unsur dan prosentasenya yang terdapat dalam bahan uji.

Dengan pengujian ini kita dapat mengetahui atau menentukan

golongan dari bahan uji tersebut. Sehingga dari penggolongan itu

kita dapat menentukan poin-poin yang berhubungan dengan


commit to user

38

pengecoran. Sedangkan dalam pengujian kekerasan kita dapat

membantu dalam hal menetapkan beban penetrasi dan lama

penekanan.

4) Pengujian Struktur Mikro

Pengujian struktur mikro termasuk pengujian tanpa dengan merusak

bahan, dan digolongkan sebagai pengujian sifat fisis bahan.

Pengujian ini dilakukan dengan menggunakan Olimpus

Metallurgical Microscope, dengan tujuan untuk melihat struktur

suatu bahan misalkan mengamati struktur dari besi cor kelabu, akan

terlihat bentuk, ukuran dan penyebaran dari grafit,ferit, sementit, dan

perlit.

Sebelum dilakukan pengamatan, benda uji harus mengalami

pemrosesan terlebih dahulu yaitu penghalusan dengan

pengamplasan, pemolesan dan pengetsaan.

2. Penelitian yang Relevan

Adapun beberapa penelitian yang relevan dan dijadikan referensi

pada penelitian ini antara lain:

a. Pada penelitian yang dilakukan oleh Chandra Prasetya, Yudy Surya

Irawan, dan Tjuk Oerbandono (2004) meneliti tentang pengaruh jumlah

saluran masuk pada pengecoran impeller turbin crossflow terhadap cacat

permukaan dan porositas. Bahan untuk pembuatan impeller turbin

crossflow adalah alumunium. Dari penelitian diperoleh suatu kesimpulan

hasil coran dengan jumlah ingate 1 memiliki kecenderungan nilai porositas

paling tinggi daripada hasil coran dengan jumlah ingate 2 dan 3 karena

pembekuan akan lebih merata jika jumlah ingate lebih dari satu. Cacat

rongga udara (blowholes) pada ingate berjumlah 1, 2, dan 3 berturut-turut

adalah sebesar 66 lubang, 51 lubang, dan 29 lubang.

b. Pada penelitian yang dilakukan oleh Bambang Kusharjanta, Wahyu Purwo

Raharjo, dan Joko Santoso (2012) meneliti tentang pengaruh bentuk

penampang runner terhadap cacat porositas dan nilai kekerasan produk cor

alumunium cetakan pasir. Bentuk penampang runner berpengaruh terhadap


commit to user

39

terjadinya cacat porositas dan nilai kekerasan produk cor alumunium

dimana lingkaran merupakan bentuk penampang runner dengan persentase

porositas terendah dan nilai kekerasan tertinggi, sedangkan segitiga sama

kaki merupakan bentuk penampang runner dengan persentase porositas

tertinggi dan nilai kekerasan terendah. Semakin tinggi nilai persentase

cacat porositas pada produk cor alumunium cetakan pasir, maka semakin

rendah nilai kekerasannya.

c. Pada penelitian yang dilakukan oleh Bambang Kusharjanta, Dody

Ariawan, dan Murjoko (2011) meneliti tentang kajian letak saluran masuk

(ingate) terhadap cacat porositas, kekerasan, dan ukuran butir paduan

alumunium pada pengecoran menggunakan cetakan pasir. Berdasarkan

hasil penelitian, pengujian, dan analisa letak saluran masuk di atas

memiliki rata-rata persentase cacat porositas 10,34% sedangkan variasi

letak saluran masuk di bawah sebesar 8,16%. Rata-rata kekerasan letak

saluran masuk di atas sebesar 94,06 HV sedangkan letak saluran masuk di

bawah sebesar 102,1 HV. Untuk ukuran butir letak saluran masuk di

bawah lebih halus dengan rata-rata keliling butir sebesar 22,77 цm

dibandingkan letak saluran masuk di bawah dengan rata-rata keliling butir

sebesar 25,39 цm.

d. Daryanto (2003), meneliti tentang sifat fisis dan mekanis besi tuang (FC

25) yang sesuai dengan standar industri. Kesimpulan hasil pengujian

komposisi kimia didapatkan perbedaan hasil komposisi kimia dengan alat

uji CE meter dengan spektro meter dikarenakan logam pada waktu masih

panas dan sudah membeku. Hasil pengujian struktur makro dapat diketahui

struktur makro penyusun pada besi cor kelabu adalah grafit, perlit, juga

steadit.

e. Manjunath Swamy H M, J.R. Nataraj, C.S. Prasad (2012) dalam

penelitiannya yang berjudul” Design Optimization of Gating System by

Fluid Flow and Solidification Simulation for Front Axle Housing”. Hasil

penelitian menunjukkan bahwa penggunaan jumlah ingate yang banyak

dan pengalir yang simetris mampu mengurangi jumlah cacat porositas


commit to user

40

hingga 97 % pada pembuatan produk Front Axle Housing dibandingkan

dengan penggunaan ingate sedikit dan pengalir yang tidak simetris.

B. Kerangka Berfikir

Berdasarkan uraian pada kajian pustaka maka dapat ditentukan kerangka

berpikir sebagai berikut:

Pulley adalah salah satu komponen mesin yang hampir setiap mesin

industri menggunakannya. Prinsip kerja pulley adalah untuk meneruskan daya dari

suatu poros untuk diteruskan ke bagian mesin lainnya (Khurmi dan Gupta, 2005).

Bahan untuk pembuatan pulley adalah dari besi cor kelabu dan

alumunium. Akan tetapi kebanyakan jenis pulley terbuat dari hasil pengecoran

besi cor kelabu. Banyak pelaku industri kecil maupun menengah yang mesin

produksinya menggunakan penggerak pulley. Mereka sering mengganti pulley

yang sudah rusak terutama karena pulley cepat mengalami keausan akibat beban

yang terus-menerus.

Pada umumnya proses pengecoran untuk pembuatan pulley

menggunakan cetakan pasir basah dan jumlah saluran masuk ke rongga cetakan

satu buah. Penggunaan jumlah saluran masuk yang ideal dapat memperbaiki

kualitas hasil coran pulley, sehingga diharapkan pulley hasil coran tidak mudah

mengalami kerusakan. Jumlah saluran masuk yang ideal akan sangat berpengaruh

terhadap sifat mekaniknya, terutama ketangguhan dan kekerasan dalam penelitian

ini.

Ada dua variabel pokok yang dipakai dalam penelitian ini yaitu variabel

bebas dan variabel terikat. Variabel bebas dalam penelitian ini adalah variasi

jumlah saluran masuk. Variabel terikatnya adalah ketangguhan dan kekerasan

pulley dari besi cor kelabu. Untuk lebih jelasnya hubungan antar variabel bebas

dan variabel terikat dapat dilihat pada gambar 2.14. di bawah ini:


commit to user

41

Gambar 2.14. Kerangka Berfikir

Keterangan:

X : Variasi jumlah saluran masuk (variabel bebas)

X1 : Jumlah saluran masuk satu

X2 : Jumlah saluran masuk dua

X3 : Jumlah saluran masuk tiga

Y1 : Ketangguhan pulley (variabel terikat 1)

Y2 : Kekerasan pulley (variabel terikat 2)

Y1

Y2

X

X1

X2

X3

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id BAB II Pengecoran ...

Documents

Transcript of perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id BAB II Pengecoran ...