Definisi pengecoran, Review Proses Pengecoran Pengecoran (CASTING) adalah salah satu teknik pembuatan produk dimana logam dicairkan dalam tungku peleburan kemudian di tuangkan kedalam rongga cetakan yang serupa dengan bentuk asli dari produk cor

yang akan dibuat

Ada 4 faktor yang berpengaruh atau merupakan cirri dari

proses pengecoran, yaitu :

1. Adanya aliran logam cair kedalam rongga cetak

2. Terjadi perpindahan panas selama pembekuan dan pendinginan

dari logam dalam cetakan

3. Pengaruh material cetakan

4. Pembekuan logam dari kondisi cair

Klasifikasi pengecoran berdasarkan umur dari cetakan, ada

pengecoran dengan sekali pakai (expendable Mold) dan ada

pengecoran dengan cetakan permanent (permanent Mold). Cetakan

pasir termasuk dalam expendable mold. Karena hanya bisa digunakan

satu kali pengecoran saja, setelah itu cetakan tersebut dirusak

saat pengambilan benda coran. Dalam pembuatan cetakan, 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 air gelas.

1. Terminologi Pengecoran dengan Cetakan Pasir

Secara umum cetakan harus memiliki bagian-bagian utama

sebagai berikut :

Cavity (rongga cetakan), merupakan ruangan tempat logam cair yang

dituangkan kedalam cetakan. Bentuk rongga ini sama dengan benda

kerja yang akan dicor. Rongga cetakan dibuat dengan menggunakan

pola.

Core (inti), fungsinya adalah membuat rongga pada benda coran. Inti

dibuat terpisah dengan cetakan dan dirakit pada saat cetakan akan

digunakan. Bahan inti harus tahan menahan temperatur cair logam

paling kurang bahannya dari pasir.

Gating sistem (sistem saluran masuk), merupakan saluran masuk kerongga

cetakan dari saluran turun. Gating sistem suatu cetakan dapat

lebih dari satu, tergantung dengan ukuran rongga cetakan yang

akan diisi oleh logam cair.

Sprue (Saluran turun), merupakan saluran masuk dari luar dengan

posisi vertikal. Saluran ini juga dapat lebih dari satu,

tergantung kecepatan penuangan yang diinginkan.

Pouring basin, merupakan lekukan pada cetakan yang fungsi utamanya

adalah untuk mengurangi kecepatan logam cair masuk langsung dari

ladle ke sprue. Kecepatan aliran logam yang tinggi dapat terjadi

erosi pada sprue dan terbawanya kotoran-kotoran logam cair yang

berasal dari tungku kerongga cetakan.

Raiser (penambah), merupakan cadangan logam cair yang berguna dalam

mengisi kembali rongga cetakan bila terjadi penyusutan akibat

solidifikasi.

1. Pengecoran Cetakan Pasir

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, membiarkan logam cair membeku,

membongkar cetakan yang berisi produk cord an membersihkan produk

cor. Hingga sekarang, proses pengecoran dengan cetakan pasir

masih menjadi andalan industri pengecoran terutam industri-

industri kecil. Tahapan yang lebih umum tentang pengecoran

cetakan pasir diperlihatkan dalam gambar dibawah ini.

A. Pasir

Kebanyakan pasir yang digunakan dalam pengecoran adalah pasir

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

dalam jangka waktu lama. Alasan pemakaian pasir sebagai bahan

cetakan adalah karena murah dan ketahanannya terhadap temperature

tinggi. Ada dua jenis pasir yang umum digunakan yaitu naturally

bonded (banks sands) dan synthetic (lake sands). Karena

komposisinya mudah diatur, pasir sinetik lebih disukai oleh

banyak industri pengecoran.

Pemilihan jenis pasir untuk cetakan melibatkan bebrapa

factor penting seperti bentuk dan ukuran pasir. Sebagai contoh ,

pasir halus dan bulat akan menghasilkan permukaan produk yang

mulus/halus. Untuk membuat pasir cetak selain dibutuhkan pasir

juga pengikat (bentonit atau clay/lempung) dan air. Ketiga Bahan

tersebut diaduk dengan komposisi tertentu dan siap dipakai sebagi

bahan pembuat cetakan.

B. Jenis Cetakan Pasir

Ada tiga jenis cetakan pasir yaitu green sand, cold-box

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

adalah jenis green sand mold (cetakan pasir basah). Kata “basah”

dalam cetakan pasir basah berati pasir cetak itu masih cukup

mengandung air atau lembab ketika logam cair dituangkan ke

cetakan itu. Istilah lain dalam cetakan pasir adalah skin dried.

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 yang besar.

Dalam cetakan kotak dingin (box-cold-mold), pasir dicampur dengan pengikat

yang terbuat dari bahan organik dan in-organik dengan tujuan

lebih meningkatkan kekuatan cetakan. Akurasi dimensi lebih baik

dari 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 cetakan pasir yang perlu diperhatikan adalah permeabilitas

cetakan (kemampuan untuk melakukan udara/gas).

C. Pola

Pola merupakan gambaran dari bentuk produk yang akan

dibuat. Pola dapat dibuat dari kayu, plastic/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 :

1. Pola tunggal (one pice pattern / 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 (spilt pattern)

Terdiri dari dua buah pola yang terpisah sehingga akan

diperoleh rongga cetak dari masing-masing pola. Dengan pola

ini, bentukproduk yang dapat dihasilkan rumit dari pola

tunggal.

3. Match-piate pattern

Jenis ini popular yang digunakan di industri. Pola

“terpasang jadi satu” dengan suatu bidang datar dimana 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 yang tinggi untuk produk-produk kecil.

D. Inti

Untuk produk cor yang memiliki lubang/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 seperti pada gambar 8. pembuatan

inti serupa dengan pembuatan cetakan pasir yaitu menggunakan no-

bake, cold-box dan shell. Untuk membuat cetakan diperlukan pola

sedangkan untuk membuat inti dibutuhkan kotak inti.

E. Operasi Pengecoran Cetakan Pasir

Operasi pengecoran dengan cetakan pasir melibatkan tahapan proses

perancangan produk cor, pembuatan pola dan inti, pembuatan

cetakan, penuangan logam cair dan pembongkaran produk cor.

Tahapan lebih rinci terlihat pada gambar Dibawah ini :

Setelah proses perancangan produk cor yang menghasilkan gambar

teknik produk (a) dilanjutkan dengan tahapan-tahapan berikutnya :

b. Menyiapkan bidang dasar datar atau pelat datar dan

meletakan pola atas (cope) yang sudah ada dudukan inti

dipermukaan pelat datar tadi.

c. Seperti pada langkah c, untuk cetakan bagian bawah (drag)

beserta sistem saluran.

d. Menyiapkan koak inti (untuk pembuatan inti)

e. Inti yang telah jadi disatukan (inti yang dibuat berupa

inti setengah atau paroan inti)

f. Pola atas yang ada dipermukaan pelat datar ditutupi oleh

rangka cetak atas (cope) dan ditambahkan system saluran

seperti saluran masuk dan saluran tambahan (riser).

Selanjutnya diisi dengan pasir cetak.

g. Setelah diisi pasir cetak dan dipadatkan, pola dan system

saluran dilepaskan dari cetakan

h. Giliran drag diisi pasir cetak setelah menempatkan rangka

cetak diatas pola dan pelat datar.

i. Setelah disi pasir cetak dan dipadatkan, pola dilepaskan

dari cetakan

j. Inti ditempatkan pada dudukan inti yang ada pada drag.

k. Cope dipasangkan pada drag dan dikunci kemudian dituangkan

logam cair.

l. Setelah membeku dan dingin, cetakan dibongkar dan produk

cor dibersihkan dari sisa-sisa pasir cetakan.

m. Sistem saluran dihilangkan dari produk cor dengan berbagai

metoda dan produk cor siap untuk diperlakukan lebih lanjut.

Dalam teknik pengecoran logam fluiditas tidak diartikan

sebagai kebalikan dari viskositas, akan tetapi berarti kemampuan

logam cair untuk mengisi ruang-ruang dalam rongga cetak.

Fluiditas tidak dapat dikaitkan secara langsung dengan sifat-

sifat fisik secara individu, karena besaran ini diperoleh dari

pengujian yang merupakan karakteristik rata-rata dari bebrapa

sifat-sifat fisik dari logam cair.

Ada dua faktor yang mempengaruhi fluiditas logam cair,

yaitu temperatur dan komposisi unsur. Temperatur penuangan secara

teoritis harus sama atau diatas garis liquidus. Jika temperatur

penuangan lebih rendah, kemungkinan besar terjadi solidifikasi

didalam gating sistem dan rongga cetakan tidak terisi penuh.

Cacat ini disebut juga dengan nama misrun. Cacat lain yang bisa

terjadi jika temperatur penuangan terlalu rendah adalah laps dan

seams. Yaitu benda cor yang dihasilkan seakan-akan membentuk

alur-alur aliran kontinu logam yang masuk kedalam rongga cetak,

dimana alur satu dengan alur lai berdampingan daya ikatannya

tidak begitu baik. Jika temperatur penuangan terlalu tinggi pasir

yang terdapat pada dinding gating sistem dan rongga cetakan mudah

lepas sewaktu bersentuhan dengan logam cair dan permukaanya

menjadi kasar. Terjadi reaksi yang cepat antara logam tuang,

dengan zat padat, cair dan gas diadalam rongga cetakan. Dari

pengujian ini dapat dicari daerah temperatur penuangan yang

menghasilkan produk dengan cacat yang seminim mungkin.

Faktor utama yang lain yang mempengaruhi besaran

fluiditas adalah komposisi paduan. Logam cair yang memiliki

fluiditas yang tinggi adalah logam murni dan alloys komposisi

eutectic. Alloys yang dibentuk dari larutan padat, dan memiliki

range pembekuan yang besar memiliki fluiditas yang jelek.

Contoh Pola spiral hasil pengujian Fluiditas

Ada beberapa metoda dalam mengukur fluiditas. Metoda ini dibedakan berdasarkan bentuk rongga cetak yang digunakan untuk mengetahui mampu alir logam cair. Ada rongga cetak yanmg berbentuk spiral dan ada juga rongga cetak yang berbentuk lorong yang memanjang. Pemilihan metoda ini sangat tergantung

Beberapa bentuk cetakan untuk pengukuran Fluiditas

dari bentuk benda kerja dan bahan cetakan yang akan digunakan.

Dalam melakukan pengukuran mampu alir dipraktikum ini digunakan

metode dengan rongga cetak yang berbentuk spiral. Meskipun hasil

pengukuran dengan metoda diatas dipengaruhi oleh sifat-sifat

cetakan, namun pengukuran tersebut sangat praktis, karena

langsung menggambarkan bagaimana mampu alir logam cair dalam

rongga cetak dengan bahan cetakan sebenarnya. Harga fluiditasnya

dinyatakan dengan panjang (dalam mm) spiral yang terisi logam.

Atas dasar hal ini, fluiditas juga dikenal dengan istilah Fluid

life.

4.Logam-logam dalam pengecoran

Besi cor

o Paduan besi yang mengandung C >: 1,7 % dan 1-3 %Si. Unsur

lain dapat ditambahkan dengan maksud untuk meningkatkan

sifat-sifat seperti kekuatan, kekerasan atau ketahanan

korosi. Unsur yang umumnya ditambahkan yaitu Cr, Cu, Mo dan

Ni.

o Besi cor memiliki selang temperature cair yang relaitf lebih

rendah daripada baja dan relatif lebih “encer” ketika cair.

o Sifat mekanik besi cor tergantung pada jenis struktur

mikronya yaitu bentuk dna distribusi elemen-elemen

penyusunnya. Salah satu elemen yang memiliki pengaruh yang

berarti adalah grafit. Jumlah ,ukuran dan bentuk grafit

mempengaruhi kekuatan dan keuletan besi cor. Selain grafit,

matriks juga ikut mempengaruhi sifat mekaniknya. Matris besi

cor sama dengan yang terdapat pada baja, yaitu feritik,

perlitik, feritik+perlitik dan martensitik. Matriks yang

terjadi tergantung pada :

Komposisi kimia

Laju pendinginan, dan

Proses perlakuan panas

Ada lima jenis besi cor :

Besi cor kelabu (grey cast iron)

Besi cor malleable (malleable cast iron)

Besi cor putih (white cast iron)

Besi cor nodular (nodular/ductile cast iron)

Compacted graphite cast iron (memiliki struktur mikro

antara besi cor

Kelabu dan besi cor nodular).

Sifat mekanik :

= 45 -75 ksi (kekuatan tarik)

= 35 – 60 ksi (kekuatan luluh)

e = 1 – 6% (perpanjangan)

Sifat matriks dan karakter grafit diperoleh dari kesetimbangan

Komposisi kimia

Derajat inokulasi

Laju pembekuan

Pengaturan laju pendinginan

Untuk mendapatkan sifat yang diinginkan, biasanya pada besi cor

diterapkan perlakuan panas karena dari kondisi hasil pengecoran

(as-cast) tidak diperoleh sifat yang diinginkan. Proses perlakuan

panas yang umum diterapkan :

Annealing

Austenitizing dan Quenching

Tempering

Besi Cor Putih

Besi cor putih terbentuk ketika unsur karbon (C) tidak

mengendap sebagai grafit selama proses pembekuan, akan

tetapi tetap berkaitan dengan unsur besi (Fe), krom

(Cr) atau molibden (Mo) membentuk karbida.

Besi cor putih bersifat keras dan getas dan memiliki

tampilan patahn seperti kristal berwarna putih.

Besi Cor Kelabu

Besi cor kelabu merupakan paduan dari unsur-unsur besi

(Fe), karbon © dan silicon (Si) yang mengandung “

karbon tak berkaitan” dalam bentuk grafit. Nama besi cor

kelabu didapat dari tampilan patahan berwarna kelabu.

Besi cor kelabu untuk keperluan otomotif dan

konstruksi umum lainnya dibagi menjadi 10 kelas/garde

yang didasarkan pada kekuatan tarik minimumnya.

Kekuatan, kekerasan dan struktur mikro dari besi cor

kelabu dipengaruhi oleh beberapa factor seperti

komposisi kimia, desain, cetakan, karakteristik

cetakan dan laju pendinginan selama dan setelah

pembekuan.

Unsur Cu, Cr, Mo dan Ni seringkali ditambahkan untuk

mengatur struktur mikro matriks dan pembentukan

grafit. Selain itu bertujuan untuk meningkatkan

ketahanan korosi besi cor kelabu pada beberapa media.

Besi cor kelabu dapat dikeraskan dengan proses

quenching dan temperature sekitar 1600˚F (menjadi

getas). Kombinasi dengan proses temper akan

meningkatakan ketangguhan dan menurunkan

kekerasannya.

Besi Cor Malleable

Besi cor ini dihasilkan dari proses perlakuan panas besi cor

putih yang memiliki komposisi tertentu.

Proses terbentuknya beis cor putih akibat :

Rendahnya kandungan karbon dan silikon

Adanya unsur-unsur pembentuk karbida seperti Cr,

Mo dan V

Laju pendinginan dan pembekuan yang tinggi

Pada proses pembuatan besi cor malleable, besi cor putih

dipanaskan hingga temperatur diatas temperatur eutectoid (1700oF) kemudian

ditahan hingga beberapa jam dan didinginkan dalam tungku. Proses

tersebut menyebabkan unsure karbon terlarut dalam austenit,

mengendap dan membentuk grafit bulat tak beraturan

(irregular nodules of graphite) yang disebut korbon temper.

Proses ini akan menghasilkan besi cor malleable dengan

matriks ferit.

Besi Cor Nodular

Besi cor nodular memiliki komposisi unsure yang sama dengan

besi cor kelabu. Unsure tersebut yaitu karbon dan silikon.

Perbedaan besi cor nodular dan kelabu terletak pada bentuk

grafit (untuk menghasilkan bentuk grafit yang berbeda,

digunakan proses yang berbeda pula)

Pembulatan grafit dicapai karena ditambahkan unsure

Magnesium (Mg) dan Cerium (Ce).

Baja (Baja Cor)

Salah satu jenis baja adalah baja karbon yaitu paduan besi-

karbon yang mengandung unsure karbon kurang dari 1,7 %

(beberapa literature menyebutkan kandungan karbon maksimum

2.0 %). Sebagai tambahan selain karbon, baja cor mengandung

- Silikon (Si) : 0.20 – 0,70 %

- Mangan (Mn) : 0,50 – 1,00 %

- Fosfor (P) : <>

- Sulfur (S) : <>

Struktur mikro baja cor yang memiliki kandungan karbon

kurang dari 0,8 % (baja hypoeutektoid) terdiri dari FERIT

dan PERLIT. Kadar karbon yang lebih tinggi menambah jumlah

perlit.

Ø Struktur mikro baja cor yang memiliki kandungan karbon lebih

dari 0,8 % (baja hipereutektoid) terdiri dari SEMENTIT

(Fe3C) dan PERLIT. Kadar karbon yang lebih tinggi menambah

jumlah sementit.

Ø Baja cor dengan kadar C=0,20 % diatas diperoleh dari

pendinginan didalam tungku dari temperatur 950oC setelah

pengecoran. Bagian yang hitam adalah PERLIT dan yang putih

adalah FERIT. Sedangkan baja cor dengan kadar C=0,8 %

didinginkan dalam tungku 900oC struktur yang terlihat jelas

yaitu PERLIT.

5. Proses Peleburan Logam

Peleburan logam merupakan aspek terpenting dalam operasi-

operasi pengecoran karena berpengaruh langsung pada kualitas

produk cor. Pada proses peleburan, mula-mula muatan yang terdiri

dari logam, unsur-unsur paduan dan material lainnya seperti fluks

dan unsur pembentuk terak dimasukkan kedalam tungku. Fluks adalah

senyawa inorganic yang dapat “membersihkan” logam cair dengan

menghilangkan gas-gas yang ikut terlarut dan juga unsur-unsur

pengotor (impurities). Fluks memiliki beberpa kegunaan yang

tergantung pada logam yang dicairkan, seperti pada paduan

alumunium terdapat cover fluxes (yang menghalangi oksidasi

dipermukaan alumunium cair),. Cleaning fluxes, drossing fluxes,

refining fluxes, dan wall cleaning fluxes

Tungku-tungku peleburan yang biasa digunakan dalam industri

pengecoran logam adalah tungku busur listrik, tungku induksi,

tungku krusibel, dan tungku kupola. Karakteristik masing-masing

tungku peleburan adalah :

1. Tungku busur listrik

o laju peleburan tinggi laju produksi tinggi

o polusi lebih rendah dibandingkan tungku-tungku lain

o memiliki kemampuan menahan logam cair pada temperatur

tertentu untuk jangka waktu lama untuk tujuan pemaduan

1. Tungku induksi

o Khususnya digunakan pada industri pengecoran kecil

o Mampu mengatur komposisi kimia pada skala peleburan kecil

o Terdapat dua jenis tungku yaitu Coreless (frekuensi tinggi)

dan core atau channel (frekuensi rendah, sekitar 60 Hz)

o Biasanya digunakan pada industri pengecoran logam-logam non-

ferro

o Secara khusus dapat digunakan untuk keperluan superheating

(memanaskan logam cair diatas temperatur cair normal untuk

memperbaiki mampu alir), penahanan temperatur (menjaga logam

cair pada temperatur konstan untuk jangka waktu lama,

sehingga sangat cocok untuk aplikasi proses die-casting),

dan duplexing/tungku parallel (menggunakan dua tungku

seperti pada operasi pencairan logam dalam satu tungku dan

memindahkannya ke tungku lain)

1. Tungku krusibel

o Telah digunakan secara luas disepanjang sejarah peleburan

logam. Proses pemanasan dibantu oleh pemakaian berbagai

jenis bahan bakar.

o Tungku ini bias dalam keadaan diam, dimiringkan atau juga

dapat dipindah-pindahkan

o Dapat diaplikasikan pada logam-logam ferro dan non-ferro

2. Tungku kupola

o Tungku ini terdiri dari suatu saluran/bejana baja vertical

yang didalamnya terdapat susunan bata tahan api

o Muatan terdiri dari susunan atau lapisan logam, kokas dan

fluks

o Kupola dapat beroperasi secara kontinu, menghasilkan logam

cair dalam jumlah besar dan laju peleburan tinggi

Muatan Kupola

1. Besi kasar (20 % - 30 %)

2. Skrap baja (30 % - 40 %)

Kadar karbon dan siliko yang rendah adalah menguntungkan

untuk mendapat coran dengan prosentase Carbon dan Si yang

terbatas. Untuk besi cor kekuatan tinggi ditambahkan

dalam jumlah yang banyak.

3. Skrap balik

Yang dimaksud skrap balik adalah coran yang cacat, bekas

penambah, saluran turun, saluran masuk atau skrap balik

yang dibeli dari pabrik pengecoran.

4. Paduan besi

Paduan besi seperti Fe-Si, Fe-Mn ditambahkan untuk

mengatur komposisi. Prosentase karbon berkurang karena

oksidasi logam cair dalam cerobong dan pengarbonan yang

disebabkan oleh reaksi antar logam cair dengan kokas.

Prosentase karbon terutama diatur oleh perbandingan besi

kasar dan skrap baja. Tambahan harus dimasukkan dalam

perhitungan untuk mengimbangi kehilangan pada saat

peleburan. Penambahan dimasukkan 10 sampai 20 % untuk Si

dan 15 sampai 30 % untuk Mn.

Prosentase steel bertambah karena pengambilan steel dari

kokas. Peningkatan kadar belerang (steel) yang

diperbolehkan biasanya 0,1 %

Metalurgi Proses Pengecoran

Pembekuan ingot dan Coran

Dari Pembekuan ingot dihasilkan 3 daerah dengan karakteristik

yang berbeda. Daerah-daerah tersebut adalah :

1. Chill Zone

Selama proses penuangan logam cair kedalam cetakan, logam

cair yang berkontak langsung dengan dinding cetakan akan

mengalami pendinginan yang cepat dibawah temperatur likuidusnya.

Akibatnya pada dinding cetakan tersebut timbul banyak inti padat

dan selanjutnya tumbuh kearah cairan logam. Bila temperatur

penuangannya rendah, seluruh bagian logam cair akan membeku

secara cepat dibawah temperatur likuidus. Disisi lain bila

temperatur penuangan tinggi, cairan logam yang berada ditengah-

tengah ingot akan tetap berada diatas temperatur likuidus untuk

jangka waktu lama.

2. Columnar zone

Sesaat setelah penuangan, gradien temperatur pada dinding

cetakan menurun dan kristal pada daerah chill tumbuh memanjang

dalam arah kristal tertentu. Kristal-kristal tersebut tumbuh

memanjang berlawanan dengan arah perpindahan panas (panas

bergerak dari cairan logam kea rah dinding cetakan yang

bertemperatur lebih rendah) yang disebut dengan dendrit. Setiap

kristal dendrit mengandung banyak lengan-lengan dendrit (primary

dendrit). Jika Fraksi volum padatan (dendrite) meningkat dengan

meningkatnya panjang dendrit dan jika struktur yang terbentuk

berfasa tunggal, maka lengan-lenagn dendrti sekunder dan tertier

akan timbul dari lengan dendrit primer. Daerah yang terbentuk

antara ujung dendrit dan ttitik dimana sisa cairan terakhir akan

membeku disebut sebagai mushy zone atau pasty zone.

3. Equiaxed zone

Daerah ini terdiri dari butir-butir equiaxial yang tumbuh

secara acak ditengah-tengah ingot. Pada daerah ini perbedaan

temperatur yang ada tidak menyebabkan terjadinya pertumbuhan

butir memanjang.

Pengaruh Penyusutan

Kebanyakan logam akan menyusut selama proses pembekuan

dan ini mengakibatkan perubahan struktur ingot. Paduan-paduan

dengan selang pembekuan (daerah antara temperatur liquidus dan

solidus ) yang sempit menghasilkan mushy zone yang sempit pula dan

pada bagian permukaan atas ingot terdapat sisa cairan logam yang

lama kelamaan akan berkurang hingga pembekuan berakhir dan pada

ingot mengandung rongga cukup dalam pada bagian tengah atau

disebut pipe.

Pada paduan-paduan dengan selang temperatur pembekuan lebar,

mushy zone dapat menempati seluruh bagian ingot sehingga tidak

terbentuk pipe.

Segregasi pada Ingot dan Coran

Pada struktur pembekuan terdapat dua jenis segregasi

yaitu segregasi makro (perubahan komposisi pada tiap bagian

spesimen) dan segregasi mikro (seperti yang terjadi antara lengan

dendrit sekunder). Ada empat faktor yang menyebabkan timbulnya

segregasi makro, yaitu :

1. Penyusutan karena pembekuan dan kontraksi panas

2. Perbedaan kerapatan antardendritik cairan logam

3. Perbedaan kerapatan antara padatan dan cairan

4. Temperatur yang menyebabkan perbedaan kerapatan dalam cairan

Segregasi dalam pembekuan logam tidak diinginkan karena

memberikan pengaruh buruk pada sifat mekanik. Untuk segregasi

mikro, pengaruhnya dapat dikurangi dengan proses perlakuan panas

(homogenisasi).

Pemeriksaan Produk Cor

Tujuan :

1. Pemeriksaan rupa

a. Pemeriksaan rupa/fisik

b. Pemeriksaan dimensi (menggunakan jangka sorong,

micrometer, jig pemeriksa dan alat ukur lainnya)

2. Pemeriksaan cacat dalam (pemeriksaan tidak merusak, NDT)

a. Pemeriksaan ketukan

b. Pemeriksaan penetrasi (dye-penetrant)

c. Pemeriksaan magnafluks (magnetic-particle)

d. Pemeriksaan supersonic (ultrasonic)

e. Pemeriksaan radiografi (radiografi)

3. Pemeriksaan material

a. Pengujian kekerasan (menggunakan metoda Brinell,

Rockwell, Vickers dan Shore)

b. Pengujian tarik

c. Pengujian analisa kimia (spektrometri,EDS)

d. Pengujian struktur mikrodan struktur makro

4. Pemeriksaan dengan merusak

Cacat-cacat Coran

Komisi pengecoran international telah membuat penggolongan cacat-

cacat coran dan dibagi menjadi 9 kelas, yaitu :

1. Ekor tikus tak menentukan atau kekerasan yang meluas

2. Lubang-lubang

3. Retakan

4. Permukaan kasar

5. Salah alir

6. Kesalahan ukuran

7. Inklusi dan struktur tak seragam

8. Deformasi

9. Cacat-cacat tak nampak

Proses Pembuatan Besi Kasar

Pada umumnya logam-logam yang dihasilkan dari dalam

tambang masih dalam bentuk batu-batuan dan biasanya terdapat

dalam keadaan terikat dengan unsur-unsur lain. Untuk dapat

digunakan sebagai bahan dasar pembuatan barang-barang jadi atau

setengah jadi maka terlebih dahulu logam-logam tersebut mendapat

beberapa pengerjaan.

Tanur tinggi

Tanur tinggi digunakan untuk mengolah logam-logam tambang

(bijih besi), kokas, batu kapur untuk dijadikan besi kasar. Besi

kasar yang dihasilkan ini nantinya masih perlu diolah kembali

didalam tungku-tungku baja untuk dijadikan baja atau besi

cor.Tanur tinggi mempunyai tinggi 30 m dan diameter terbesar

9 m. bagian luar terbuat dari pelat-pelat baja dan bagian

dalamnya dilapisi bata tahan api.

Tungku ini dibagi menjadi bagian utama yaitu :

a. Bagian atas (puncak)

Bahan-bahan seperti kokas, bijih besi dan bahan tambahan

(kapur) dimasukkan melalui bagian ini. Pada bagian ini juga

dilengkapi dengan lubang-lubang untuk melakukan udara.

b. Bagian tengah

Bagian tengah ini memiliki bangun berbentuk kerucut yang

makin kebawah makin besar. Fungsinya dibuat demikian

adalah :

- Bahan-bahan mudah bergeser kebawah

- Gas CO dapat mencapai setiap tempat dekat dinding

Bagian dalam tungku dilapisi dengan bata tahan api.

c. Bagian bawah

Bagian ini mempunyai bangun berbentuk kerucut yang makin

kebawah semakin mengecil dan gunanya dibuat demikian

adalah :

- Cairan mudah dikumpulkan pada tungku

- Isi tungku makin lama makin mengecil

Bagian dalamnya terbuat dari bata tahan api kualitas tinggi

karena dinding bagian ini harus tahan terhadap temperatur

tinggi ( 3000 oF) dan tahan terhadap reaksi kimia seperti

tahan terhadap asam-asam, terutama bila bijih besinya

mengandung fosfor.

d. Bagian Tungku

Bagian ini berbentuk silinder yang merupakan tabung persegi

empat. Pada bagian dalamnnya dipasang bata tahan api

kualitas tinggi dan memiliki ketebalan 1m. Dibuat tebal

dan menggunakan bata tahan api karena :

- Dapat tahan terhadap proses kimia

- Dapat tahan terhadap tekanan logam cair dan terak cair

- Dapat tahan terhadap temperatur tinggi

Diantara pasangan-pasangan bata tahan api, dipasang pipa-

pipa saluran yang dialiri air pendingin dan pada bagian atas

tabung dipasang pipa-pipa yang digunakan untuk menyalurkan

udara panas. Pada bagian dinding tungku dipasangi lubang

laluan logam cair dan terak cair.

Bahan-bahan dalam Proses Tanur Tinggi

1. Biji besi

Besi didapat dengan mengambil dari biji besi yang umumnya

berbentuk oksida dari alam dan besi murni hanya didapat dalam

jumlah yang kecil. Pemisahan unsur besi dari biji besi

dilakukan dalam sebuah tungku yang dinamai dengan SMELTING

(proses reduksi). Adapun biji besi tersebut ditemukan dalam

bentuk sebagai berikut :

a. Berbentuk batu

Hematit (Fe2O3, batu besi merah) mengandung unsur besi

antara 45 %-65 % dan sedikit mengandung fosfor.

Magenetit (Fe3O4) mengandung unsur besi antara 40 % - 70 %

dan hampir tidak mengandung fosfor, berwarna hijau tua

mendekati warna hitam dan mempunyai sifat magnet yang kuat.

Fe2O3H2O, mengandung unsur besi 25 % - 50 % air dan fosfor

b. Berbentuk pasir

Pasir besi (TiO2) mengandung oksida besi = 70 % yang

bercampur dengan oksida titan (Ti2O2) antara 9 % - 11 %

c. Berbutir halus

Sperosiderit mengandung unsur besi 40 % bercampur dengan

tanah liat.

2. Batu Kapur

Biji besi hasli proses reduksi belum dapat diaktakan bersih

secara keseluruhan dan masih terdapat kotoran-kotoran. Untuk

menghilangkan kotoran-kotoran tersebut maka pada saat diproses

dalam tanur tinggi ditambahkan batu kapur (CaO atau dolomite,

CaCO3) sehingga akan membentuk terak

3. Bahan Bakar

Bahan bakar yang digunakan dalam proses tanur tinggi adalah

kokas dan arang kayu

Arang kayu

Keuntungan mengunakan arang kayu adalah karena bersih, tidak

mengandung P dan S. Sedangkan kerugiannya adalah :

Nilai kalornya rendah kira-kira 400 Cal/Kg

Tidak keras, mudah pecah dan berpori-pori

Jumlahnya terbatas

Hanya dapat digunakan untuk tanur tinggi yang memiliki

tinggi 17-20m

Kokas

Didapat dari pembakaran tidak sempurna batu bara. Keuntungan

menggunakan kokas sebagai bahan bakar adalah :

Nilai kalornya tinggi sekitar 8000 Cal/Kg

Keras, besar-besar dan berpori-pori

Mempunyai kadar karbon yang tinggi

Sewaktu pembuatan kokas terdapat hasil tambahan seperti

gas, ter, dll.

Kekurangan bahan bakar kokas yaitu mengandung belerang (S) dan

ini sangat buruk pengaruhnya terhadap pembuatan baja atau besi

cor.

Anthrosit

Keuntungan menggunakan bahan bakar jenis ini adalah :

Nilai karbonnya tinggi sekitar 8000 Cal/Kg

Cukup keras dan besar-besar

Tidak mengandung gas

Kekurangan bahan bakar anthrosit adalah tidak berpori dan

hanya sedikit terdapat di dunia

4. Udara panas

Udara panas digunakan untuk membantu pembakaran (CO2) dan

pembentukan gas CO sebagai gas untuk reduksi biji besi. Untuk

mereduksi bijih besi diperlukan udara panas yang banyak dan

udara panas yang digunakan mempunyai temperatur 900OC. Untuk

mendapat udara panas dengan temperatur yang tinggi adalah

dengan memanaskan udara dingin di tungku pemanas yang

dinamakan tungku COWPER. Udara dingin yang dimasukkan

didatangkan dari kompresor torak.

Keuntungan menggunakan udara panas dalam proses tanur tinggi

adalah untuk menghemat bahan bakar untuk mempercepat proses

reduksi atau pencairan biji besi.