kuliah pengecoran

5/16/2018 kuliah pengecoran - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/kuliah-pengecoran 1/88

1

Pengecoran logam

Dr. Ir. Koswara MSc

قسور



2

Bab. 1. Pendahuluan

• Pengecoran adalah proses pembuatan produk dari logam cair, langsung

menjadi produk jadi.

– Dalam bahasa Inggris proses ini disebut Foundry

• Syarat agar logam mampu dicor dengan baik

– Ditunjukkan dengan mampu alir atau fluiditas yang tinggi

• Logam yang umum dicor adalah:– Besi cor

– Aluminium

– Tembaga

– Magnesium

– Zinc



3

Bab. 1. Pendahuluan

• Jenis jenis engecoran:

– Sand casting– Permanent mold gravity casting

– Investment casting

– Tixo forming

– High Pressure Die Casting

– Centrifugal casting



4

Bab. 1. Pendahuluan

• Besi cor kelabu:

– Construction castings

– Motor vehicles

– Farm equipment

– Engines

– Refrigeration and heating

– Construction machinery

– Valves

– Soil pipe

– Pumps and compressors

• Besi cor maleable

– Motor vehicles– Valves and fittings

– Construction machinery

– Railroad equipment

– Engines

– Mining equipment

• Besi cor ductile– Pressure pipe

– Motor vehicles– Farm machinery– Engines– Pumps and compressors– Valves and fittings

– Metalworking machinery– Construction machinery

• Baja– Railroad equipment

– Construction equipment

– Mining machinery– Valves and fittings

– General and specialindustrial machinery

– Motor vehicles

– Metalworking machinery

Logam cor yang paling banyak dipakai adalah:



5

Bab. 1. Pendahuluan

• Aluminium:

– Auto and light truck

– Aircraft and aerospace

– Other transportation

– Engines

– Household appliances

– Office machinery

– Power tools

– Refrigeration, heating,

– air conditioning

• Magnesium– Power tools

– Sporting goods

– Anodes

– Automotive

• Tembaga:

– Valves and fittings

– Plumbing brass goods

– Electrical equipment

– Pumps and compressors

– Power transmission equipment

– General machinery

– Transportation equipment

• Zinc– Automotive

– Building hardware

– Electrical components

– Machinery

– Household appliances



6

Bab. 1. Pendahuluan

Turbin Pelton,stainless steel, 35 ton

Transmision case,

Die casting, aluminium

Blok mesin, 12 silinder,

besi cor kelabu

Clamp, ductile iron

Video Camera case,Die casting, Magnesium

Door handle,

Die casting, Zinc



7

Bab. 1. Pendahuluan

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

iron



8

Bab. 2. Pembekuan pada logam

Perubahan bentuk dari

es menjadi air

Pembekuan pada logam murni dan pada

logam paduanPembekuan dan

pencairan pada logam

murni



9


Diagram fasa pada logam yang saling melarutkan

dan kurva pembekuan



10


Penyusunan diagram fasa berdasarkan kurva pembekuan

Titik 1 dan 5 adalah logam murni, Titik 4 adalah eutektik

Titik 4 adalah titik dengan temperatur pembekuan paling

rendah

Pembekuan dua tahap

logam paduan



11


eutektik

Diagram fasa dua unsur

yang memiliki eutektik

Diagram skematis

terbektuknya

struktur eutektik

Struktur eutektik Al-Al2Cu

dg orientasi berbeda

ASM Metals handbook vol 15



12


Bererapa struktur eutektik

Struktur eutektik besi

cor kelabu

Struktur eutektik

besi cor nodular

Struktur eutektik huruf

cina (chinese script)

Mg2Sn pada matrix Mg




13


CASTING ALUMINIUM ALLOY

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



14


CASTING ALUMINIUM ALLOY

Diagram fasa Al dengan beberapa

unsur paduan



15


REF. FOUNDRY TECHNOLOGY

Pembentukan struktur kolumnar

saat pembekuan pada logam

murni



16


Tiga jenis bentuk struktur bekuan logam




17

Bab. 2. Pengaruh Kecepatan Pembekuan


Pengertian undercooling

TE = Temperatur equilibrium (pembekuan)pada komposisi tertentu

T = Temperatur Logam pada jarak tertentu



18



Perbedaan komposisi antara

fasa padat dan fasa cair saat

pembekuan

Akibat dari komposisi naik (point 2), maka, TE

turun, makin jauh dari perbatasan solid-liquid,

komposisi CL turun, dan TE naik



19



Pengertian zona undercooling dengan 2 cara melihat yg berbeda



20



Pengaruh kecepatan pembekuan pada

struktur

G = Perbedaan temperatur

R = Kecepatan pembekuan(a) Planar interface, (b) Celullar interface, (c )

denditric growth (d) independent nucleation

Pengaruh perbedaan temperatur (Gradient)terhadap struktur bekuan



21



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

tidak stabil (b)



22





23

Bab. 2. Fluiditas


Fluiditas merupakan faktor penting dalam

pengecoran

Alat ukur fluiditas



24

Bab. 2. Fluiditas

Pengaruh superheat pada fluiditas logam.

Superheat adalah perbedaan temperatur antara titik beku

dan temperatur saat penuangan

Pengaruh komposisi terhadap fluiditas:



25

Bab. 2. Fluiditas




26

Bab. 3. Besi cor


Besi cor adalah paduan Fe-C dengan C antara 3,5 dari 4,3%.

Pendinginan pada besi cor mengikuti reaksi eutektik

Persamaan umum reaksi eutektik adalah: L α + β

Ada 2 jenis eutektik:

Cooperative growth : Kedua fasa dari eutektik

tumbuh bersamaan sebagai pasangan difusi .

Divorced growth: kedua fasa dari eutektik

tumbuh secara terpisah. Tidak ada pertukaran

langsung diantara kedua fasa padat



27

Bab. 3. Besi cor


Cooperatitve eutectic ada dua jenis:

1.nonfacet/nonfacet (metal/metal)

2.Facet/nonfacet (nonmetal/metal)

Jika perbandingan volume antara

fasa α dan β hampir sama, maka

pertumbuhan kedua fasa metal/metal

lurus.

Tapi bila perbandingan volume

antara fasa α dan β berbeda jauh,

maka fasa yang kecil tumbuh seperti

serat.

Apabila fasa terkecil adalah nonmetal

(facet), maka fasa ini tumbuh secara

tidak beraturan (irregullar) .

Contohnya adalah paduan Besi cor

dan aluminium silikonBesi cor tumbuh umumnya secara

cooperative dan tidak beraturan.

Sedangkan besi cor nudular tumbuh

secara divorce, dimana fasa austenit

dan grafit tumbuh masing masing.



28

Bab. 3. Besi cor


Besi cor adalah paduan Fe-C dengan C antara 3,5 dari 4,3%.

Pendinginan pada besi cor mengikuti reaksi eutektik

Persamaan umum reaksi eutektik adalah: Lγ+ Graphite



29

Bab. 3. Besi cor Pengaruh Si pada posisi eutektik




30

Bab. 3. Besi cor

Perbedaan antara besi cor dengan baja adalah,

pada besi cor terjadi grafitisasi sedangkan pada

baja tidak terjadi grafitisasi.Unsur yang membentuk grafitisasi adalah unsur

dengan ΔP negatif.

ΔP positif menunjukkan logam bersifat carbide

promoter, dan ΔP negatif bersifat Graphitepromoter. Si merupakan Graphite Promoter

paling tinggi.

Ti, Al dan Si berada di luar garis karena ketiga

unsur ini bisa mengikat nitrogen. Apabila

kandungan nitrogen di logam cair tinggi, maka

pembentukan grafit berubah.

Namun, nitrida bersifat sebagai nuklei (awalpembentukan) grafit. Maka, khusus Ti, selain

bersifat sebagai carbide promoter, juga sebagai

graphite promoter, tergantung kandungan N di

logam cair



31

Bab. 3. Besi cor

Unsur yang ditambahkan ke dalam besi

cair, bersifat carbide promotor atau

graphite promotor. Unsur yang bersifatgraphite promotor menurunkan

kelarutan C di dalam besi dan

memaksa C berkelompok sehingga

memudahkan terbentuknya graphite.



32

Bab. 3. Besi cor kelabu

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

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



33


Bentuk besi cor kelabu akibat berbagai

macam proses pendinginan



34


Struktur dan nilai kekerasanbesi cor pada sampel

piramida

Klasifikasi kekuatan tarik

besi cor kelabuKlasifikasi besi cor kelabu

berdasarkan komposisi C dan Si



35


Pengaruh inokulasi pada

pembentukan serpih besi cor kelabu, dengan variasi S

(ASM vol 15 hal 1368)

Dengan inokulasi, jumlah cell

count konstan dan chill depth

menurun

Pengaruh inokulan terhadap chill depth



36

Bab. 3. Besi cor nodular

Nodularity besi cor nodular

Pengaruh nodularity thd

kekuatan tarik

Bahanbaku besi cor nodular: Pig iron dg

komposisi sbb:

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



37

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



38

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



39


Standar kekuatan tarik besi cor nodular

Hal 1421



40

Bab. 3. Besi cor nodular Proses inokulasi belangsung 2 x

1. Penambahan magnesium

2. Penambahan silikon (after inoculation)

Pengaruh jumlah Mg terhadap

nodulaity

Inokulan dengan silikon

Proses inokulasi pd plat

tebal 3 mm lebih baik



41


Pengaruh after

inoculation (inokulasi

tahap II), terhadap waktu

Inokulasi tahap kedua

dilakukan dalam mold



42


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



43

Bab. 3. Compacted Graphite Iron

Korelasi antara Si dan C

untuk memperoleh struktur

compacted graphiteStruktur mikro CG dengan

mikroskop optik dan SEM.

Struktur mikro SEM diperoleh

dengan cara selected etching



44


Pengaruh Mg terhadap

terbentuknya CG

Pengaruh Mg terhadap

terbentuknya CG

Pengaruh Ni, Cu dan Sn

terhadap fasa pearlit padaCG



45




46

Bab. 3. Perbandingan fluiditas

Perbandingan fluiditas Flake Graphite, Compacted

Graphite dan Nodular Graphite



47

Bab. 3. Besi cor malleable

Struktur besi cor malleable setelah

proses perlakuan panasStruktur besi cor malleable sebelum

proses perlakuan panas, masih

berbentuk besi cor putih



48


• besi cor putih terbentuk bila produk berukuran tipis.

• Produk ukuran tebal, akan membuat bagian tengah

berbentuk besi cor kelabu

• Proses annealing menentukan keberhasilan pembuatan besi

cor malleable

Ada 2 tahap annealing

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

tergantung kandungan Si

2. Pendinginan cepat ke 7400C – 7600C

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

per jam



49


Struktur malleable cast iron

dengan (a) pendinginan udara

dan (b) dengan tiupan angin

Struktur malleable cast iron dengan pendinginan cepat

pada medium oli setelah annealing tahap I dan

penahanan pada 8400C selama 30 menit



50


Sifat mekanik, martensitic malleable

cast iron



51

Bab. 4. Aluminium

Aluminium adalah logam ringan yang banyak dipakai untuk kebutuhan manusia

Aluminium cor memiliki klasifikasi berikut:

1xx .x : Controlled unalloyed compositions2xx .x : Aluminum alloys containing copper as the major alloying element

3xx .x : Aluminum-silicon alloys also containing magnesium and/or copper

4xx .x : Binary aluminum-silicon alloys

5xx .x : Aluminum alloys containing magnesium as the major alloying element

6xx .x : Currently unused

7xx .x : Aluminum alloys containing zinc as the major alloying element, usually also containing

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

elements

8xx .x : Aluminum alloys containing tin as the major alloying element

9xx .x : Currently unused



52

Bab. 4. Aluminium

1. Paduan dengan “solid solution type’’

(contoh, paduan Al–Cu dan Al–Mg).

2. Paduan Hypo-eutectic adalah paduan

dengan komponen eutectic yang memiliki

dua struktur, yaitu Al dan eutektik(contoh, paduan Al–Si dengan 7%Si).

3. Paduan Eutectic adalah paduan dengan

struktur eutectic merupakan komponen

utama (contoh, paduan Al–Si dengan

12%Si).4. Paduan hyper eutektik adalah paduan

yang memiliki kristal primer (constituent

particles) (contoh, contoh, paduan Al–Si

dengan > 12%Si).



53

Bab. 4. Aluminium

Paduan Al-SiPaduan Al-Si adalah paduan

antara dua unsur yang saling

tidak melarutkan dan tidakmembentuk senyawa

Eutektik terbentuk pada

komposisi Si 12,6%

Di atas 12,6%Si terbentuk

struktur Si berbentuk block

(blocky structure)



54

Bab. 4. Aluminium

Struktur mikro paduan Al-Si dengan pengaruh unsur lain

Paduan Al-Si dengan

pengaruh Fe

Paduan Al-Si dengan

pengaruh Cu terbentuk

struktur Al2Cu berbentuk

chinese script

Paduan Al-Si dengan

pengaruh Ni terbentuk

struktur Al3Ni (biru) dan

Al2FeNi (gelap) berbentuk

chinese script



55

Bab. 4. Aluminium

Pengaruh kecepatan pendinginan terhadap struktur mikro paduan Al 7%Si (A

356)

(a)Pendinginan cepat.

(b)Pendinginan lambat .

(c)Pendinginan dengan teknik semisolid casting (sangat cepat)Pada (b) terbentuk struktur dendrit



56

Bab. 4. Aluminium

Modifikasi:Tujuan modifikasi adalah mengubah bentuk Si menjadi lebih kecil.

Ada 2 jenis modifikasi, yaitu:

a.Untuk Si dengan struktur hypoeutektik (dengan Sr) disebut modifikasi

b.Untuk Si dengan struktur hypereutektik (dengan P) disebut refine

Struktur hypo eutektik sebelum modifikasi

dan sesudah modifikasi

Struktur hyper eutektik Al-22%Si sesudah

modifikasi dengan P dan sebelummodifikasi. Tampak Blocky silicon mengecil



57

Bab. 4. Aluminium

Penngaruh modifikasi terhadap kurva pendinginan



58

Bab. 4. Aluminium

Kelarutan hidrogen dalam aluminium

Tingkat porositas hidrogen

Kelarutan hidrogen dalamaluminiumHidrogen adalah gas yang terlarut

pada aluminium cair

Sumber hidrogen adalah

1.Kelembaban udara. Makin

lembab udara, makin tinggi

kemungkinan hidrogen larut ke

dalam aluminium cair.

2.Api pembakaran saat peleburan



59

Bab. 4. Aluminium

Alat pembuang hidrogen

rotary Porous plug



60

Bab. 4. Aluminium

Pengaruh gas dan alat terhadap pembuangan hidrogen



61

Bab. 4. Aluminium

Paduan aluminium dengan 7%Si, Fe dan Mg

Paduan ini digunaan untuk komponen roda ban (wheel

rim, velg) dengan unsur Fe sangat rendah.

Dalam klasifikasi amerika, A356

Dalam klasifikasi Jepang AC4CH

β = Al5FeSi; π = Al8FeMg3Si6

Si abu-abu,

β AlFeSi MerahSi abu-abu,

α Al(FeMn)Si Merah



62

Bab. 4. Aluminium

Paduan aluminium dengan 10%Si, Fe dan Cu

Paduan Al 10Si dengan Cu dan pengotor Fe digunakan untuk

komponen umum

Dalam klasifikasi Jepang disebut ADC12

Diagram fasa Al dengan 6% Si 1% Fe

dan Cu variasi

Si biru

Al2Cu merah coklat; α Al(FeMn)Si abu abu

B b 4 Al i i



63

Bab. 4. Aluminium

Struktur (a) modifikasi, (b) tidak

dimodifikasi dan (c) struktur

Al2CuNi

B b 5 B j



64

Bab. 5. Baja

Baja dapat dikelompokkan pada dua bagian besar:

1. Baja (cast steel)

1.1 Baja karbon rendah

1.2 Baja karbon medium dan tinggi

1.3 Baja paduan

2. Baja tahan karat (cast stainless steel)

2.1 Baja tahan korosi

2.2 Baja tahan panas

Baja cor atau cast steel adalah paduan Fe-C dengan C kurang dari 0,8%.

Pendinginan pada baja mengikuti reaksi peritektik

B b 5 B j



65

Bab. 5. Baja

Dasar pertitektik mengikuti persamaan reaksi sbb:

L + α β

Bab 5 Baja



66

Bab. 5. Baja

Ada dua jenis pembekuan peritektik

1. Peritectic reaction

2. Pritectic transformation

Bab 5 Baja



67

Bab. 5. Baja

Perkembangan pertumbuhan fasa δ

Perkembanagn pertumbuhan fasa δ yang kemudian

berubah menjadi γ

Bab 5 Baja



68

Bab. 5. Baja

Fraksi L, δ dan γ pada berbagai kecepatan

pendinginan

Sifat mekanik pada berbagai fraksi

pembekuan

Bab 5 Baja



69

Bab. 5. Baja

Baja karbon

Baja karbon adalah baja dengan C

maksimum 0,8%

Bab 5 Baja



70

Bab. 5. Baja

Klasifikasi baja cor • Low-carbon steel castings

• Low-carbon steels: 0.20% C or less

• Medium-carbon steels: 0.20 to 0.50% C

• High-carbon steels: 0.50% C or more

• Medium-carbon steel castings

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

Pengaruh C pada sifat mekanik baja karbon

Bab 5 Baja



71

Bab. 5. Baja

Pengaruh C dan proses perlakuan panas pada sifat

mekanik baja karbon

Bab 5 Baja



72

Bab. 5. Baja

Ferrite Pearlite

Ferrite dan pearlitePearlite dilihat dengan SEM

Bab 5 Baja



73

Bab. 5. Baja

Struktur mikro baja 1040 Struktur mikro baja 1040

setelah proses speroidisasi

selama beberapa jam

Bab. 5. Baja



74

Bab. 5. Baja

Martensit temper Upper Bainit Bainit dilihat dengan TEM

Bab. 5. Baja



75

ab 5 aja

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

Bab. 5. Baja



76

j

Bab. 5. Baja



77

j

Bab. 5. Baja



78

j

Bab. 5. Baja



79

Sifat mekanik stainless steel cor

HP-50WZ

Creep rate vs temperatur pada stainless steel cor

HP-50WZ

Bab. 5. Baja



80

Struktur mikro CF-8M

(a) as cast (b) setelah

solution annealing

Struktur mikro martensitik CA-6NM dengan berbagai

macam etsa

Bab. 6. Metal Matrix Composite



8181

Komposit adalah:

material yang terbuat dari dua komponen atau lebih

bertujuan menggabungkan kelebihan sifat dari masing masing komponen.

Pada komposit ada unsur matrix dan unsur penguat. Antara matrix dengan penguatnya harus terjadi ikatan

Agar kedua unsur tersebut dapat saling berinteraksi untuk memungkinkan penggabungankekuatan dan menghilangkan kelemahan dari masing masing unsur komposit.

Secara umum ada 3 jenis komposit,

plastik komposit,logam komposit dan

keramik komposit.

Logam komposit adalah

komposit dengan matrix logam dan penguat dari keramik.




8282

Komposit dibuat dengan cara:

Metoda serbuk

Metoda cair

Metoda cair ada 2 cara:Insitu (terbentuk saat proses peleburan)

Exsitu (partikel kedua ditambahkan dari luar)

Kompossit insitu Kompossit exsitu




83

Penguat Komposit adalah:

Penguat komposit terdiri dari:

Material berdimensi nol (partikel)

Berdimensi satu (kawat dan whisker)

Berdimensi dua (plate)

Berdasarkan ukurannya:Penguat berdimensi mikron

Penguat berdimensi nano

PARTIKEL NANO SiC TABUNG NANO KARBONKAWAT NANO SiC

PARTIKEL MIKRO SiC KAWAT MICRO SiC




8484

KEBASAHAN

Me Si3N4 β ‐SiC B4C AlN α ‐BN β ‐BN Θ Θ Θ Θ Θ Θ

Al 163 167 162 164 165 163

Mg 159 164 158 161 161 160

Ti 160 165 160 162 162 161

Sudut kebasahan beberapa logam dengan keramik




8585

Pengaruh media antara terhadap hubungan antara partikel dengan matrix logam

Pengamatan dengan SEM dan difraksi sinar xTerbentuknya MgAl2O4 hanya dibolehkan untuk sistem Al-SiC




8686

Untuk sistem Al-Al2O3, spinel tidak dikehendaki

karena dapat mengakibatkan debonding




8787

Proses pengadukan




8888

Pengaruh jumlah partikel

alumina terhadap

kekentalan Al-11,8%Si

dan temperatur

penuangan:(a)6800C

(b)7000C

(c)7400C

kuliah pengecoran

Documents

Transcript of kuliah pengecoran