Download - 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
7/23/2019 Dasar Pengecoran Logam
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-pengecoran-logam 2/33
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.
7/23/2019 Dasar Pengecoran Logam
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-pengecoran-logam 3/33
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.
7/23/2019 Dasar Pengecoran Logam
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-pengecoran-logam 4/33
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.
7/23/2019 Dasar Pengecoran Logam
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-pengecoran-logam 5/33
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.
7/23/2019 Dasar Pengecoran Logam
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-pengecoran-logam 6/33
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.
7/23/2019 Dasar Pengecoran Logam
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-pengecoran-logam 7/33
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.
7/23/2019 Dasar Pengecoran Logam
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-pengecoran-logam 8/33
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.
7/23/2019 Dasar Pengecoran Logam
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-pengecoran-logam 9/33
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.
7/23/2019 Dasar Pengecoran Logam
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-pengecoran-logam 10/33
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.
7/23/2019 Dasar Pengecoran Logam
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-pengecoran-logam 11/33
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.
7/23/2019 Dasar Pengecoran Logam
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-pengecoran-logam 12/33
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.
7/23/2019 Dasar Pengecoran Logam
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-pengecoran-logam 13/33
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.
7/23/2019 Dasar Pengecoran Logam
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-pengecoran-logam 14/33
7/23/2019 Dasar Pengecoran Logam
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-pengecoran-logam 15/33
Solidifikasi logam paduan (alloy ); logam paduan umumnyamembeku pada daerah temperatur tertentu, seperti
ditunjukkan dalam gambar dibawh ini:
7/23/2019 Dasar Pengecoran Logam
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-pengecoran-logam 16/33
7/23/2019 Dasar Pengecoran Logam
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-pengecoran-logam 17/33
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).
7/23/2019 Dasar Pengecoran Logam
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-pengecoran-logam 18/33
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.
7/23/2019 Dasar Pengecoran Logam
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-pengecoran-logam 19/33
7/23/2019 Dasar Pengecoran Logam
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-pengecoran-logam 20/33
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.
7/23/2019 Dasar Pengecoran Logam
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-pengecoran-logam 21/33
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.
7/23/2019 Dasar Pengecoran Logam
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-pengecoran-logam 22/33
(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.
7/23/2019 Dasar Pengecoran Logam
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-pengecoran-logam 23/33
7/23/2019 Dasar Pengecoran Logam
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-pengecoran-logam 24/33
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.
7/23/2019 Dasar Pengecoran Logam
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-pengecoran-logam 25/33
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)
7/23/2019 Dasar Pengecoran Logam
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-pengecoran-logam 26/33
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)
7/23/2019 Dasar Pengecoran Logam
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-pengecoran-logam 27/33
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.
7/23/2019 Dasar Pengecoran Logam
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-pengecoran-logam 28/33
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.
7/23/2019 Dasar Pengecoran Logam
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-pengecoran-logam 29/33
(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.
7/23/2019 Dasar Pengecoran Logam
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-pengecoran-logam 30/33
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
7/23/2019 Dasar Pengecoran Logam
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-pengecoran-logam 31/33
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).
7/23/2019 Dasar Pengecoran Logam
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-pengecoran-logam 32/33
7/23/2019 Dasar Pengecoran Logam
http://slidepdf.com/reader/full/dasar-pengecoran-logam 33/33
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.