dasar pengecoran logam

7/23/2019 Dasar Pengecoran Logam

http://slidepdf.com/reader/full/dasar-pengecoran-logam 1/33

Dasar pengecoran logam

Kelompok 2

Wanda SaputraYoes Firman



Sejarah pengecoran

Mencairkan logam

coran dibuat dari logam yang di cairkan, di tuangkedalam cetakan, kemudian dibiarkan mendingin danmembeku. sejarah pengecoran dimulai ketika orangmengetahui bagaimana mencairkan logam danbagaimana membuat cetakan. Hal itu terjadi kira – kira

tahun 4.000 sebelum masehi, sedangkan tahun yanglebih tepat tidak diketahui orang.

Awal penggunaan logam oleh orang ialah ketika orang

membuat perhiasan dari emas dan perak tempaan, dankemudian membuat senjata atau mata bajak denganmenempa, hal itu dimungkinkan karena logam terdapatdi alam dalam keadaan murni, sehingga dengan mudahorang menempanya.



Pengecoran perunggu di lakukan pertama di

Mesopotamia kira – kira 3.000 tahun sebelum

masehi, teknik ini diteruskan ke asia tengah,

India dan cina. Penerusan ke cina kira – kira

2.000 tahun sebelum masehi, dan dalam

zaman cina kuno semasa yin, yaitu kira – kirata un . – . ta un se e um mase .

Pada masa itu tangki – tangki besar yang halus

buatannya dibuat dengan jalan pegecoran.



Teknik pengecoran perunggu di india dan cina diteruskan ke

jepang dan asia tenggara, sehingga di jepang banyak arca – arca

Budha dibuat antara tahun 600 dan 800.penggunaan besi dimulai dengan penempaan, sama halnya

dengan tembaga. orang – orang Asria dan Mesir Mempergunakan

perkakas besi dalam tahun 2.800 – 2.700 sebelum masehi.

Kemudian, di cina dalam tahun 800 – 700 sebelum masehi,

ditemukan cara membuat coran dari besi kasar yang mempunyait t ca r ren a an mengan ung os or t ngg engan

mempergunakan tanur beralas datar.



Sementara itu teknik pengecoran Mesopotamia diteruskan

juga ke eropa, dan dalam tahun 1.500 – 1.000 tahun sebelummasehi, barang – barang seperti mata bajak, pedang, mata

tombak, perhiasan, tangki, dan perhiasan makam dibuat di

spanyol, swis, jerman, ustria, norwegia, Denmark, swedia,

inggris dan prancis. Teknik produksi ini kemudian diteruskan

ke Negara – Negara disekitar laut tengah. Di yunani, 600 tahun –,

Hercules, berbagai senjata, dan perkakas dibuat dengan jalan

pengecoran.



Di india di zaman itu, pengecoran besi kasar dilakukan dan

diekspor ke mesir dan eropa. Walaupun demikian baru abad

ke 14 saja pegecoran besi kasar dilakukan secara besar –besaran, yaitu ketika jerman dan itali meningkatkan tanur

yang bealas datar yang primitip itu menjadi tanur tiup yang

berbentuk silinder, dimana pencairan dilakukan dengan jalan

meletakkan bijih besi dan arang batu berselan seling.

Produk – roduk an dihasilkan ada waktu itu ialah:

meriam, tungku, pipa dan lain – lain.



Cara pengecoran pada zaman itu ialah menuangkan secara

langsung logam cair yang didapat dari bijih besi, kedalamcetakan, jadi tidak dengan jalan mencairkan kembali besi

kasar seperti kita sekarang.

Walaupun sejak masa kuno baja dipakai dalam bentuk

tempaan, namun hanyalah sejak H. Bessemer atau W.

Siemens sajalah telah diusahakan untuk membuat baja dari,

abad 19.

Coran paduan aluminium dibuat pada akhir abad 19 setelah

cara pemurnian dengan elektrolisa ditemukan.



Cetakan

Telah dikatakan bahwa ketika pengecoran tembaga pertama

kali ditemukan di mesopotamia, logam cair dituang ke dalam

pasir, kemudian seperti halnya cara baru, di cara akal untuk

menuang logam cair ke dalam rongga kedalam batu. Bahan

batu tersebut adalah pasir, batu gamping atau serpetin yang

mau diolah, kadang dipergunakan tanah liat untuk

men uatkan.

Dan selanjutnya dicari cara agar mebuat coran berongga

dengan mempergunakan inti dibuat dari tanah lempung,

bubuk arang batu.



Selain mengukir batu atau membuat cetakan dari tanah, di

kembangkan juga cara – cara membuat cetakan dengan pola

lilin dan kayu . pola lilin ditutup oleh campuran tanah pasirdan tanah liat yang kemudian dipanaskan agar lilin mencair

dan terbuang, maka terbentuklah rongga cetakan. Cara

tersebut merupakan dasar dari pengecoran pasir dan lilin

seperti cara yang kita sekarang, dan dikatakan bahwa cara itu

dikembangkan lama sekali, kira – kira 2.000 tahun sebelum

masehi atau lebih.

Walaupun demikian teknik yang dipakai sekarang untuk

membuat cetakan pasir dengan pola kayu telah

disempurnakan di eropa setelah abad ke 18, demikian jugahalnya dengan teknik pencairan besi.



Definisi Pengecoran

Proses pengecoran logam (casting) adalah salah satu teknikpembuatan produk dimana logam dicairkan dalam tungku

peleburan kemudian dituangkan ke dalam rongga cetakan yang

serupa dengan bentuk asli dari produk cor yang akan dibuat.

Sebagai suatu proses manufaktur yang menggunakan logam cair

dan cetakan, pengecoran digunakan untuk menghasilkan bentuk

as i pro u ja i. Da am proses pengecoran, a a empat a tor

yang berpengaruh atau merupakan ciri dari proses pengecoran,

yaitu :

1. Adanya aliran logam cair ke dalam rongga cetak.

2. Terjadi perpindahan panas selama pembekuan

dan pendinginan dari logam dalam cetakan.

3. Pengaruh material cetakan.

4. Pembekuan logam dari kondisi cair.



Keuntungan penggunaan coran

1. Dapat mencetak bentuk kompleks, baik bentuk bagianluar maupun bentuk bagian dalam;

2. Beberapa proses dapat membuat bagian ( part ) dalam

bentuk jaringan;

3. Dapat mencetak produk yang sangat besar, lebih berat

4. Dapat digunakan untuk berbagai macam logam;

5. Beberapa metode pencetakan sangat sesuai untuk

keperluan produksi massal.



Pembekuan (solidification)

Pembekuan (solidifikasi) adalah transformasi logam cair kembali

ke bentuk padatnya. Bagi mayoritas bahan-bahan logam,

pembekuan adalah langkah awal dalam manufaktur dan

pembekuan juga merupakan sebuah proses dasar dalam

beberapa teknik penyambungan..

Kita dapat mengamati pembekuan logam murni dengan

memasukkan sebuah termokopel ke dalam larutan cair atau

leburan yang diisikan ke dalam sebuah krus (crucible) dan merekam

perubahan suhu dari waktu ke waktu.

Jika tidak ada panas yang diberikan, larutan cair lambat laun akan

mendingin dengan melepaskan kalor sensible atau energy internal

hingga pada suhu T m bodi Kristal terkecil, inti (nuclei), terbentuk

pada beberapa titik dalam larutan cair.



Dalam kondisi cair, dengan jarak acak, atom-atom yang

terganggu akan menempati banyak ruang, akibatnya volumespesifik (volume per satuan massa) menjadi besar. Selama

pendinginan larutan cair, rangsangan termal mejadi melemah,

dan volume spesifik berangsur turun sampai titik cair tercapai.

Atom-atom menempati lokasi kisi-kisi yang jaraknya lebih

dekat dan volume spesifik turun secara substansial;penyusutan selama pembekuan (solidification shrinkage)

umumnya 2,5-6,5%. Ini berarti jika suatu coran akan dihasilkan

bebas dari cacat-cacat rongga, maka harus ada tambahan

larutan cair yang mengganti penyusutan selama pembekuan.

Biasanya logam menyusut sekitar 1% setiap ada penurunan

suhu sebesar 10000C.



Solidifikasi logam paduan (alloy ); logam paduan umumnyamembeku pada daerah temperatur tertentu, seperti

ditunjukkan dalam gambar dibawh ini:



b. Larutan Padat

Secara teknis logam yang paling penting bukanlah logammurni, melainkan terdiri atas sejumlah unsur logam dan

non logam lainnya yang ditambahkan dengan sengaja

(unsur-unsur) paduan. Dalam kondisi yang baik, unsur

paduan dapat terdistribusi secara seragam dalam logam

dasar, membentuk sebuah larutan padat.

c. Sistem Euteknik

Suatu paduan yang memiliki komposisi tertentu (komposisi

eutektik) bila mengalami pendinginan sangat lambat, maka

pembekuan akan berlangsung pada temperatur konstan(sama seperti logam murni).



Beberapa istilah penting dalam proses solidifikasi :

- Shrinkage adalah penyusutan pada daerah tertentu yang

dapat menimbulkan cacat coran berupa rongga-rongga atauretak.

Tahapan terjadinya rongga-rongga akibat penyusutan

(shrinkage cavity ) ditunjukkan dalam gambar berikut ini.

(0) Level awal logam cair sesaat setelah dituangkan;

1 Pen usutan an ter adi selama endin inan fase cair

(sebelum terjadi solidifikasi);

(2) Penyusutan yang terjadi pada saat perubahan fase cair ke

fase padat;

(3) Penyusutan yang terjadi selama pendinginan fase padatsampai temperatur kamar.



Solidifikasi terarah :

Untuk mengurangi pengaruh shrinkage dapat dilakukan

dengan mengarahkan proses solidifikasi pada daerahtertentu, dengan cara :

(a) Memasang riser (lihat gambar)

Riser (penambah) merupakan cadangan logam cair pada

cetakan yang berfungsi untuk mengimbangi penyusutan

(shrinkage) dalam pembekuan coran. Dengan memasang

riser, maka daerah yang mengalami solidifikasi awal berada

jauh dari sumber logam cair, sehingga shrinkage yangmungkin terjadi berada pada riser itu sendiri.



Menurut hukum Chvorinov, riser harus diletakkan pada

bagian/daerah yang memiliki rasio volume terhadap luas

rendah, karena pada daerah tersebut akan mengalami

solidifikasi paling cepat. Dengan menambahkan riser pada

daerah tersebut, maka solidifikasi dapat diperlambat sehingga

cacat coran akibat terjadinya shrinkage pada benda cor dapat

dihindarkan.



(b) Memasang cil (chill )

Cil adalah benda (terutama logam) yang diletakkan pada bagian

cetakan untuk mencegah shrinkage dengan mempercepatpendinginan dan pembekuan dari bagian yang mendapatkan

panas paling tinggi sehingga bagian tersebut akan membeku pada

waktu yang sama dengan bagian lainnya. Panas tertinggi dapat

terjadi pada bagian tebal atau pada bagian-bagian yang

mengalami konsentrasi aliran panas yang paling tinggi.Da am gam ar a itunju an conto pemasangan ci pa a

daerah yang mengalami konsentrasi panas tertinggi, sehingga

terjadinya cacat akibat shrinkage dapat dihindarkan, sedang

dalam gambar (b) dapat dilihat adanya cacat (rongga) akibat

pengecoran dilakukan tanpa pemasangan cil.



HEAT TRANSFER (Pemindahan panas)

Apabila material dipanaskan dengan laju pemanasan

tetap,terjadi perubahan kimia, seperti oksidasi dan

degradasi, dan/ atau perubahan fisika.

Dalam operasi pengecoran, logam harus dipanaskan sampai

temperatur tertentu di atas titik leburnya dan kemudian

dituangkan ke dalam rongga cetakan hingga menjadi beku.

Pemanasan logam :

Logam dipanaskan di dalam tungku peleburan hingga

mencapai temperatur lebur yang cukup untuk penuangan.

Energi panas yang dibutuhkan adalah jumlah dari :

panas untuk mencapai titik lebur (logam masih dalam

keadaan padat), panas untuk merubah dari padat menjadi

cair, panas untuk mencapai temperatur penuangan yang

diinginkan.



Energi panas dapat ditunjukkan dengan persamaan berikut ini :

H = ρV {C s (T m – T o ) + H f + C l (T p – T m )}

dimana : H = jumlah panas yang dibutuhkan untuk mencapai

temperatur penuangan; Btu (J)

C s = weight specific heat untuk logam

padat; Btu/lbm – OF (J/g - OC)

T m = temperatur lebur logam; OF (OC)



T o = temperatur awal, biasanya

temperatur ruang; OF (OC)

H f = panas fusi/lebur; Btu/lbm (J/g)

C l = weight specific heat untuk

logam cair; Btu/lbm – OF (J/g - OC)

T p = temperatur penuangan; OF (OC)

V = volume logam yang dipanaskan; in3 (cm3)

ρ = densitas logam; lbm/in3 (g/cm3)



Pouring (Penuangan logam cair )

Setelah pemanasan, logam siap untuk dituangkan melaluisistem saluran masuk ke dalam rongga cetakan. Hal ini

merupakan suatu tahapan yang keritis dalam proses

penuangan. Agar tahapan ini berhasil, logam cair harus

mengalir ke semua bagian dari rongga cetakan.

Pada taha enuan an suhu erlu diatur an terakhir

kalinya. Unsur-unsur paduan yang sangat mudah menguap

karena tekanannya uapnya yang tinggi akan hilang selama

peleburan, sehingga perlu dikenali. Unsur-unsur untuk

deoksidasi juga dapat ditambahkan. Pada umumnya,tujuannya adalah untuk mempertahankan aliran logam bebas

dari turbulensi yang menyebabkan oksida dan terak.



Beberapa faktor yang berpengaruh dalam operasi

penuangan adalah :

(1) Temperatur penuangan ( pouring temperatur ) adalahtemperatur logam cair pada saat dituangkan ke dalamcetakan. Hal penting yang perlu diperhatikan disiniadalah perbedaan temperatur antara temperaturpenuangan dengan temperatur pada saat logam cairmulai membeku (titik lebur untuk logam murni dantemperatur liquidus untuk logam paduan/alloy ).Perbedaan temperatur tersebut dikenal dengan istilahsuperheat . Istilah superheat juga digunakan untukmenyatakan jumlah panas yang harus dihilangkan darilogam cair antara penuangan hingga pembekuan mulaiterjadi.



(2) Laju penuangan ( pouring rate) adalah volume logam yang

dituangkan ke dalam cetakan dalam waktu tertentu.

Bila laju penuangan terlalu rendah maka logam akan menjadidingin dan membeku sebelum pengisian seluruh rongga cetak

selesai; dan sebaliknya bila laju penuangan terlalu tinggi maka

akan terjadi turbulensi.

(3) Turbulensi dalam aliran cairan adalah kecepatan aliran

cairan yang tidak menentu arah dan besar (magnitude)-nya.

Turbukensi harus dihindarkan karena :

1. Dapat mempercepat pembentukan oksida logam, yang

dapat mengganggu proses pembekuan sehingga kualitas

coran kurang baik;2. Dapat menyebabkan terjadinya pengikisan pada cetakan

karena adanya benturan aliran logam cair, sehingga hasil

coran kurang baik.



Fluid flow ( zat alir)

Analisa dalam Proses Penuangan ; untuk menganalisa logam

cair yang mengalir melalui sistem saluran masuk menuju

cetakan digunakan teori Bernoilli.

Teori Bernoulli menyatakan bahwa jumlah energi pada dua

titik dalam cairan adalah sama.

2

2

22

21

2

11

1 F 2g

v

ρ

P

hF 2g

v

ρ

P

h



Dimana :

h = ketinggian, cm (in)

P = tekanan pada cairan, N/cm2 (lb/in2)

ρ = berat jenis, g/cm3 (lbm/in3)

v = kecepatan aliran, cm/sec (in/sec)

g = konstante percepatan gravitasi = 981 cm/sec2 (386 in/sec2)

F = kehilangan ketinggian akibat gesekan, cm (in).



Faktor-faktor yang mempengaruhi fluiditas :

- temperatur penuangan,

- komposisi logam (mempengaruhi panas lebur/heat of

fusion dari logam),

- viskositas logam cair,

- panas yang diserap oleh lingkungan disekitarnya.

Catatan : yang dimaksud dengan heat of fusion adalah jumlah

panas yang dibutuhkan untuk mengubah logam cair menjadi

padat.

dasar pengecoran logam

Documents