BAB I

PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang Masalah

Di lingkungan Industri-industri di balikpapan pembuatan besi tuang pada umumnya menggunakan tanur tinggi yang sudah dikenal sejak nenek moyang mereka. Namun karena proses pembuatan dan pengolahannya hanya sebatas melebur kembali besi cor bekas maka hasil produksinya tidak memenuhi persyaratan industri. Untuk mencegah terjadinya kesalahan pada proses peleburan, di lakukan proses peramuan bahan baku dengan menambahpig iron, cast iron scrap dan baja bekas dan bahan paduan. Penambahan bahan baku tersebut untuk menambah unsur yang hilang akibat terbakar dan mengurangi unsur yang masuk karena kontak langsung dengan kokas maupun bahan tahan api yang dipasang pada dinding tanur.

Besi tuang biasanya banyak dipergunakan untuk pembuatan rumah pompa, rumah mesin, suku cadang mesin, ornamen dan peralatan rumah tangga. Dia harus mempunyai kualitas sesuai standard industri, dan harus mempunyai harga jual yang mampu bersaing di pasar lokal maupun internasional. Untuk memproduksi besi tuang, sebagian besar Industri Pengecor Logam di Lingkungan Ceper menggunakan tanur tinggi. Tanur ini memiliki konstruksi seperti tabung dengan diameter luar sekitar 1000 mm. Dibagian dalam diberi lapisan batu tahan api untuk mengisolasi panas, sedang dibagian bawah diberi lubang untuk memasukan angin untuk memasukan oksigen kedalam tanur, dan sekaligus untuk mengeluarkan logam cari dari dalam tanur. Di bagian tengah dipasang poros melintang untuk menungkik tanur saat mengeluarkan logam cair dari dalam tanur. Beberapa Industri Kecil hanya menggunakan besi cor bekas (cast iron scrap) sebagai bahan bakunya dan kokas sebagai bahan bakarnya. Besi cor bekas dan kokas dimuat kedalam tanur secara bergantian hingga tanur penuh dengan perbandingan sekitar 100 kg besi cor bekas : 15 kg kokas. Alas kokas yang sudah membara karena disulut sebelum bahan baku dimuat, disembur dengan udara segar untuk memasukan oksigen kedalam tanur. Dalam waktu yang tidak lama setelah angin disemburkan, sebagian besar kokas terbakar dan bahan baku mencair, setelah mencapai jumlah dan suhu tertentu besi cair dikeluarkan dan kemudian dituang kedalam dituang kedalam cetakan.

I.2 Tujuan dan Manfaat

Tujuan yang ingin dicapai penulis dalam membuat makalah tentang besi tuang

diantaranya sebagai berikut :

1) Menambah dan memperluas wawasan penulis tentang besi tuang.

2) Menambah dan memperluas wawasan penulis tentang disiplin ilmu yang telah

didapatkan dalam kegiatan perkuliahan.

3) Untuk mengetahui dan mempelajari cara dan proses pengolahan besi tuang.

4) Untuk mengetauhi dan mengatasi kelemahan besi tuang.

I.3 Manfaat

Banyak sekali manfaat yang bisa didapatkan dari makalah yang dibuat oleh penulis,

selain menambah khazanah ilmu pengetahuan khususnya tentang besi tuang secara mendetail,

penulis juga dapat :

1) Membandingkan pengertian tentang besi, besi tuang, dan baja sehingga

dapat lebih memahami kaidah – kaidah ilmu pengetahuan dan aplikasinya.

2) Menambah referensi tentang pengenalan besi tuang.

BAB II

LANDASAN TEORI

II.1 Besi Tuang ( Cast Iron )

Sebaimana namanya besi ini dibuat dengan cara dituang atau dicor, bahan ini diperoleh dari besi gubal, besi gubal ini dilebur untuk memperoleh tingkat kandungan karbon yang diinginkan kemudian dituang atau dicor atau dicetak untuk mendapatkan bentuk yang diinginkan. Besi cor kelabu merupakan salah satu jenis besi cor yang tergolong penggunaannya paling banyak, untuk:

Bagian kendaraan bermotor: blok mesin, tutup silinder, rumah engkol, selubung silinder, roda daya, tromol rem, dst

Mesin perkakas: gear box, badan mesin, meja, pegangan, dst. Mesin hidrolis: rumah pompa, turbin, motor, katup, dst Peralatan pabrik: ragum, kupling, rumah roda gigi, roda gigi, dst

II.1.1 Komposisi Besi Tuang

Komposisi besi tuang adalah unsur-unsur kimia yang digunakan dalam proses

pengolahan dan pengecoran, terutama pada komponen-komponen mesin yang

menggunakan besi tuang.

Komposisi dari besi tuang terdiri dari 5 yaitu:

1) Karbon

Karbon sebagai unsur paling penting mempunyai pengaruh sangat besar

terhadap sifat mekanik, seperti: kekuatan tarik, regangan patah, kekerasan, dll.

Jumlah karbon di dalam besi tuang sekitar 2-3,7 %, dia menempatkan diri pada

dua kondisi, yaitu membentuk senyawa kimia Fe3C yang dikenal dengan

sementit, dan dalam keadaan bebas yang dikenal dengan grafit.

2) Silikon

Silikon memiliki pengaruh yang cukup besar terhadap perubahan sifat

mekanik. Karbon dan silikon mempunyai fungsi yang mirip, kedua-duanya

mendorong pembentukan grafit sehingga kandungan kedua unsur ditentukan

berdasarkan harga tingkat kejenuhan karbon (sattigungsgrad). Silikon

ditambahkan sekitar 1,4-2,3% untuk menggalakkan pembentukan grafit.

Silikon didalam besi menempatkan diri didalam ferit.

3) Fosfor

Fosfor bahan ini membuat besi mudah mencair dan bertambah getas. bila

kandungan fosfor lebih dari 0.3 persen besi tuang menjadi kehilangan

kekuatannya dan tidak mudah dikerjakan dan bila besi yang diinginkan amat

halus dan tipis maka kandungan fosfornya bervariasi antara 1% - 1,5% .

fosfor di dalam besi tuang hingga 0,3% akan membentuk senyawa Fe3P dan

mampu alir menjadi lebih tinggi karena suhu eutektik turun hingga 956 0C.

fosfor diperlukan untuk pembuatan benda cor tipis, namun pemberian terlalu

banyak bisa mengakibatkan timbulnya lubang-lubang kecil pada permukaan,

maka kandungan fosfor dibatasi antara 0,2-2,0%.

4) Mangan

Bahan ini membuat besi tuang kuat dan getas dan kandungan mangan

tidak boleh dari 0,7%. Mangan dibutuhkan untuk merangsang pembentukan

struktur perlit, juga diperlukan untuk mengikat sulfur membentuk senyawa

MnS. Jumlah kandunngan mangan sekitar 0,5-0,7%.

5) Sulfur

Sulfur bahan ini membuat besi tuang keras dan gatas. adanya bahan ini

membuat besi tuang cepat mengeras , yang berakibat adanya cacat yang

berupa pori2 udara yang terperangkap kandungan belerang umumnya tidak

lebih dari 0.1 persentidak memberikan keuntungan, justru merugikan karena

pada saat cair, besi menjadi kental dan pada saat padat besi menjadi rapuh.

Kandungan sulfur maksimal 0,15%. Sulfur masuk ke dalam besi karena

kontak langsung dengan kokas atau terbawa oleh bahan baku: pig iron (besi

kasar), besi cor bekas atau baja bekas.

BAB III

PEMBAHASAN

III.1 Pengenalan Tentang Besi Tuang

sebagaimana namanya besi ini dibuat dengan cara dituang atau dicor, bahan ini

diperoleh dari besi gubal, besi gubal ini dilebur untuk memperoleh tingkat kandungan karbon

yang diinginkan kemudian dituang atau dicor atau dicetak untuk mendapatkan bentuk yang

diinginkan.

III.1.1 Jenis Besi Tuang

Ada beberapa jenis Besi Tuang (Cast Iron) yaitu :

1. Besi Tuang Putih (White Cast Iron).

Dimana Besi Tuang ini seluruh karbonnya berupa Sementit sehingga mempunyai sifat sangat keras dan getas. Mikrostrukturnya terdiri dari Karbida yang menyebabkan berwarna Putih.

2. Besi Tuang Mampu Tempa (Malleable Cast Iron)

Besi Tuang jenis ini dibuat dari besi tuang Putih dengan melakukan heat treatment kembali yang tujuannya menguraikan seluruh gumpalan graphit (Fe3C) akan terurai menjadi matriks Ferrite, Pearlite dan Martensite. Mempunyai sifat yang mirip dengab Baja.

3. Besi Tuang Kelabu (Grey Cast Iron).

Jenis Besi Tuang ini sering dijumpai (sekitar 70% besi tuang berwarna abu-abu). Mempunyai graphite yang berbentuk FLAKE. Sifat dari Besi Tuang ini kekuatan tariknya tidak begitu tinggi dan keuletannya rendah sekali (Nil Ductility).

4. Besi Tuang Nodular (Nodular Cast Iron)

Nodular Cast Iron adalah perpaduan besi tuang kelabu. Ciri besi tuang ini bentuk graphite flake dimana ujung – ujung flake berbentuk takik-an yang mempunyai pengaruh terhadap ketangguhan, keuletan & kekuatan oleh karena untuk menjadi lebih baik, maka graphite tersebut berbentuk bola (spheroid) dengan menambahkan sedikit inoculating agent, seperti magnesium atau calcium silicide. karena besi tuang mempunyai keuletan yang tinggi maka besi tuang ini di kategorikan ductile cast iron.

III.1.2 Sifat Besi Tuang

Sifat-sifat besi tuang diantaranya :

a. Keras dan mudah melebur dan mencair

b. Getas sehingga tidak dapat menahan lenturan.

c. Temperatur leleh 1250 0C.

d. Tidak berkarat.

e. Tidak dapat diberi muatan magnet.

f. Dapat dikeraskan dengan cara dipanasi kemudian didinginkan secara

mendadak Menyusut waktu pendinginan.

g. Kuat dalam menaha gaya desak tetapi lemah dalam menahan gaya

tarik .kuat desaknya sekitar 600 Mpa, ada yang kuat tariknya sekitar 50

Mpa.

h. Tidak dapat disambung dengan paku keling atau dilas, dua buah besi tuang

hanya dapat disambung dengan baut dan sekrup.

III.1.3 Aplikasi Besi Tuang

Aplikasi pada besi tuang :

a. pipa yang menahan tekanan luar sangat tinggi

b. tutup lubang saluran drainase dan alat saniter yang lain

c. bagian struktur rangka yang menahan gaya desak

d. bagian mesin, blok mesin, dan sebagainya

e. pintu gerbang, tiang lampu dan sebagainya,

f. sendi, roll, jembatan

III.2 Proses Pengolahan

Besi tuang di hasilkan dengan cara mencairkan besi kasar di dalam dapur yang sesuai,

terlebih dulu di tambahkan besi bekas atau baja bekas sebelum proses pencairan berlangsung

atau sebelum proses penuangan selesai. Peleburan besi tuang biasanya di lakukan di dalam

tungku yang sering di sebut kupola, proses peleburannya terjadi secara continue, artinya

begitu muatan logam mencair maka langsung mengalir ke luar tungku, di tampung di alat

perapian depan yang kemudian di angkut menggunakan ladel untuk di tuang ke dalam

cetakan. Proses pengolahan meliputi, peleburan, pembuatan model dan membuat cetakan .

Bila dilihat dari cara penuangan logam cair ke dalam cetakan, maka jenis cetakan dapat golongkan

menjadi 2 (dua) kelompok, yaitu:

A. Cetakan diam atau “stationary mould”

B. Cetakan bergerak atau “non-stationary mould”

A. Cetakan Diam, terdiri dari:

1. Cetakan Pasir: 2. Invesmen Casting (Presisi)

- Green sand moulding

- Dry sand moulding

- Loam (tanah liat) moulding

- Hot box proses, proses dan Shell moulding

B. Cetakan Bergerak, terdiri dari:

1. Investment casting

2. Centrifugal casting

Klasifikasi Cetakan dapat di klasifikasi kan ke dalam 2 (dua) kelompok, yaitu:

1). Ditinjau dari bahan yang pembuat nya, terdiri dari:

(a). Cetakan pasir basah (green sand moulding) dari pasir cetak yang masih basah

b). Cetakan kulit kering (skin dried moulding) lapisan pola akan mengeras bila terkena panas

(c). Cetakan pasir kering (dry sand moulding) menggunakan pasir yang kasar

d). Cetakan lempung (loam moulding) terbuat dari batu bata, diberi lempung, u/ B.K yg besar

e). Cetakan furan (furan moulding) terbuat dari resin, untuk sekali pakai

f). Cetakan pasir dicampur natrium silikat, dialirkan CO2, maka campuran mengeras

g). Cetakan logam proses cetak-tekan (die casting), logam yang titik cair nya rendah

h). Cetakan khusus terbuat dari plastik, kertas, kayu, semen, plester atau karet

III.3 Proses Pengecoran

Pada pengertian pengecoran disini adalah: penuangan logam cair ke dalam cetakan yang sebelumnya,

inti harus dimasukkan terlebih dahulu.

PEMBONGKARAN/PENGELUARAN BENDA CORAN ( BELUM BERSIH)

Setelah, logam cair di dalam cetakan membeku, maka benda cor nya di keluarkan (pasir cetak bisa

rusak, bisa juga tidak di daur ulang). Benda cor yang dikeluarkan, masih sangat kotor, untuk itu

perlu di bersihkan.

Pembersihan

Catatan:

- Untuk memudahkan pengeluaran model, maka model harus berbentuk tirus

- Untuk bentuk-bentuk yang sulit, cetakan dapat dibuat lebih dari 2 (dua) bagian.

PERLAKUAN PANAS CORAN

Ilustrasi:

Bila logam cair membeku, maka akan terjadi penyusutan dan bila solidifikasi (proses

penyusutan) tersebut tidak dikendalikan dengan baik, maka akan terjadi rongga-rongga penyusutan

yang besar. Solidifikasi harus dikendalikan sedemikian rupa, sehingga rongga penyusutan hanya

terjadi di daerah saluran turun/saluran masuk atau pada saluran penambah.

Pada gambar ilustrasi diatas, terlihat adanya gradien suhu dan garis-garis isotermal serta arah

aliran panas di dalam suatu benda coran.

Umumnya, rongga-rongga penyusutan terjadi di daerah dimana terdapat pembekuan yang paling

akhir, artinya di daerah yang suhu nya paling tinggi (panas terperangkap).

Untuk mengatasi hal tersebut, ada beberapa cara yang bisa dilakukan, antara lain:

- menyiapkan logam cair “stand-by” di daerah saluran penambah

- memasang “chill” (batang logam) di daerah panas terperangkap, dengan demikian panas dapat

disalurkan dengan cepat keluar

- menempat kan bahan kimia “eksotermik” dai daerah benda coran, dengan demikian suatu

daerah tertentu akan tetap panas

- menempatkan pompa vacuum dibagian bawah cetakan, sehingga logam cair mengalir lebih

cepat untuk mengisi seluruh rongga-rongga cetakan

- membuat cetakan lebih dari 2 (dua) bagian, sehingga tidak ada daerah dimana panas dapat

terperangkap.

BAB IV PENUTUP

IV.1 Kesimpulan

Besi Tuang adalah Dengan penerapan teknologi peramuan yang benar maka dihasilkan kualitas produk

yang lebih baik, sehingga industri kecil dengan tanur tungkiknya mampu memproduksi besi tuang kelabu (FC) sesuai standar baku industri.

Efek positif lain yang bisa diraih adalah adanya peningkatan produktivitas melalui penurunan biaya bahan baku dan menekan tingkat kegagalan (rejection). Dengan demikian harga jual produk dapat lebih rendah (meningkatkan daya saing)

Adanya peningkatan kualitas dan penurunan biaya proses akan menaikan nilai tambah produk (potensi ekonomis) yang berdampak secara nasional dengan timbulnya kesiapan pengusaha kecil untuk terjun dalam persaingan perdagangan bebas.

IV.2 Saran

Harus ada pembinaan berlanjut atas industri kecil ini baik dari pemerintah maupun pengusaha pengguna produk tuangan.

Tindak lanjut pengembangan proses pendukung lain dalam pengecoran logam (desain tuangan, gugus kendali mutu, manajerial, dll.).

IV.3 Daftar Pustaka

Peleburan besi tuang biasanya di lakukan di dalam tungku yang sering di sebut kupola, proses

peleburannya terjadi secara continue, artinya begitu muatan logam mencair maka langsung

mengalir ke luar tungku, di tampung di alat perapian depan yang kemudian di angkut

menggunakan ladel untuk di tuang ke dalam cetakan

Secara umum Besi Tuang (Cast Iron) adalah Besi yang mempunyai Carbon content 2.5% – 4%. Oleh karena itu Besi Tuang yang kandungan karbonnya 2.5% – 4% akan mempunyai sifat MAMPU LASNYA (WELDABILITY) rendah. Karbon dalam Besi Tuang dapat berupa

sementit (Fe3C) atau biasa disebut dengan Karbon Bebas (grafit). Perlu di ketahui juga kandungan FOSFOR dan SULPHUR dari material ini sangat tinggi dibandingkan Baja.

Ada beberapa jenis Besi Tuang (Cast Iron) yaitu :

5. BESI TUANG PUTIH (WHITE CAST IRON).Dimana Besi Tuang ini seluruh karbonnya berupa Sementit sehingga mempunyai sifat sangat keras dan getas. Mikrostrukturnya terdiri dari Karbida yang menyebabkan berwarna Putih.

6. BESI TUANG MAMPU TEMPA (MALLEABLE CAST IRON).Besi Tuang jenis ini dibuat dari Besi Tuang Putih dengan melakukan heat treatment kembali yang tujuannya menguraikan seluruh gumpalan graphit (Fe3C) akan terurai menjadi matriks Ferrite, Pearlite dan Martensite. Mempunyai sifat yang mirip dengab Baja.

7. BESI TUANG KELABU (GREY CAST IRON).Jenis Besi Tuang ini sering dijumpai (sekitar 70% besi tuang berwarna abu-abu). Mempunyai graphite yang berbentuk FLAKE. Sifat dari Besi Tuang ini kekuatan tariknya tidak begitu tinggi dan keuletannya rendah sekali (Nil Ductility).

8. BESI TUANG NODULAR (NODULAR CAST IRON)NODULAR CAST IRON adalah perpaduan BESI TUANG KELABU. Ciri Besi tuang ini bentuk graphite FLAKE dimana ujung – ujung FLAKE berbentuk TAKIK-AN yang mempunyai pengaruh terhadap KETANGGUHAN, KEULETAN & KEKUATAN oleh karena untuk menjadi LEBIH BAIK, maka graphite tersebut berbentuk BOLA (SPHEROID) dengan menambahkan sedikit INOCULATING AGENT, seperti Magnesium atau calcium silicide. Karena Besi Tuang mempunyai KEULETAN yang TINGGI maka besi tuang ini di kategorikan DUCTILE CAST IRON.

FAKTOR-FAKTOR APA YANG MEMPENGARUHI SIFAT MAMPU LAS (WELDABILITY) PADA MATERIAL INI ???

1. Ketegangan saat pendinginan.Secara teori pengelasan (welding) material las (logam las / weld metal) akan berkontraksi selama pendinginan. Karena kerapuhan dari besi tuang inilah kontraksi cast iron mempunyai kemampuan yang lebih rendah dibandingkan Baja.

2. Bentuk yang tidak beraturan.Umumnya Besi Tuang ini dibuat dalam bentuk yang tidak berarturan atau boleh saya bilang artistik. Dengan adanya bentuk yang rumit besi tuang tersebut sedikit banyak mempunyai ketebalan yang tidak seragam hal ini akan mempengaruhi kontraksi tegangan yang terjadi pada material tersebut dan mudah terjadi retak dan perlu diingat juga yang melatarbelakangi ini adalah sifatnya yang mempunyai daya lentur yang sangat rendah.

3. HAZ yang keras.HAZ pada Besi Tuang yang berdekatan dengan Weld Metal akan mempunyai sifat yang KERAS. Pengerasan ini diakibatkan oleh adanya bagian HAZ yang tidak ikut mencair.

4. Pengikatan Karbon dari Base Metal.Akibat Pengelasan Besi tuang yang tercampur dengan Base Metal akan menyebabkan terjadinya pengikatan KARBON pada WELD METAL sehingga menyebabkan peningkatan kandungan SULFUR dan PHOSPOR dalam WELD METAL tersebut.

5. Penyerapan Minyak pada Besi Tuang.Karena bentuk kareketeristik material ini rata-rata berpori maka kemungkinan terjadinya peresapan minyak dalam graphite yang menyebabkan porositas pada logam las. Biasanya sering dialami oleh temen praktisi welding, repair pada saat maintenance.

Mengapa Cast Iron jika di Las Sering terjadi retak? Sebelum kita bahas hanya keretakan pada Cast Iron, ada baiknya jika kita mengerti terlebih dahulu apa yang disebut Crack pada logam, apa yang menyebabkan crack pada logam, apa pengaruh Chemical Composition terhadap mudah tidaknya suatu logam retak, Apa itu diagram CCT dan CCCT, dll. Sehingga kita tidak salah dalam mengambil kesimpulan dalam memahami terjadinya crack pada pengelasan Cast Iron…..

Keretakan pada proses pengelasan Cast Iron, ada beberapa faktor yang saling dukung mendukung sehingga memudahkan terjadinya Crack.