2.13.1 Macam-macam Pasir Cetak
Pasir cetak yang lazim adalah pasir gunung, pasir pantai, pasir sungai dan pasir silica yang disediakan alam, beberapa dari pasir dipakai begitu saja dan Yang lain dipakai setelah dipecah menjadi butir-butir dengan ukuran yang cocok. Kalau pasir memiliki kadar lempung yang cocok dan bersifat adhesi, mereka dipakai begitu saja sedangkan kalau sifat adhesinya kurang, maka perlu ditambahkan lempung kepadanya. Kadang-kadang berbagai pengikat dibutuhkan juga disamping lempung. (Lit. 8, hal. 110)
Pasir gunung, pada umunya digali dari lapisan tuan. Mereka mengandung lempung dan kebanyakan dapat dipakai setelah dicampur air. Pasir dengan kadar lempung 10-20% dapat dipakai begitu saja. Pasir dengan kadar lempung kurang dari itu mempunyai adhesi yang lemah dan baru dapat dipakai setelah ditambahkan prosentase lempung secukupnya.
Pasir pantai, diambil dari pantai dan pasir kali diambil dari kali. Pasir silika, dalam beberapa hal didapat dari gunung dalam keadaan alamiah atau bisa
juga dengan cara memecah kwarsit. Semuanya mempunyai bagian utama SiO2,
dan terkandung kotoran-kotoran seperti mika atau felspar. Pasir pantai dan pasir kali terutama berisi kotoran seperti ikatan organik yang banyak. Kotoran ini diinginkan sekecil mungkin. Pasir silika alam dan pasir silika buatan dari kwarsit yang dipecah berisi kotoran. Terutama yang terakhir ini mempunyai sedikit kotoran dan jumlah SiO2 lebih dari 95%.
Pasir pantai, pasir kali, pasir silica alam dan pasir silica buatan tidak melekat dengan sendirinya, oleh karena itu dibutuhkan pengikat untuk mengikat butir – butirnya satu sama lain dan baru dipakai setelah pencampuran.
2.13.2 Syarat bagi pasir cetak
Pasir cetak memerlukan sifat-sifat yang memenuhi persyaratan sebagai berikut:
1. Mempunyai sifat mampu bentuk sehinggan mudah dalam pembuatan cetakan dengan kekuatan yang cocok. Cetakan yang dihasilkan harus kuat sehingga tidak rusak karena di pindah-pindah dan dapat menahan logam cair waktu di tuang kedalamnya. Karena itu kekuatannya pada waktu temperatur kamar dan kekuatanya sangat diperlukan.
2. Permeabilitas yang cocok. Dikuatirkan bahwa hasil coran mempunyai cacat seperti rongga penyusutan, gelembung gas atau kekasaran permukaan, kecuali jika udara atau gas yang terjadi dalam cetakan waktu penuangan disalurkan melalui rongga-rongga di antara butir-butir pasir keluar dari cetakan dengan kecepatan yang cocok.
3. Distribusi besar yang cocok. Permukaan coran diperhalus, kalau coran dibuat dalam cetakan yang berbutir halus. Tetapi kalau butir pasir terlalu halus, gas dicegah keluar dan membuat cacat, yaitu gelembung udara. 4. Tahan panas terhadap temperatur logam yang dituang. Butir pasir dan
pengikat harus mempunyai derajat tahan api tertentu terhadap temperatur tinggi, lalu logam cair dengan temperatur tinggi dituang kedalam cetakan. 5. Komposisi yang cocok. Butir pasir bersentuhan dengan logam yang
dituang mengalami peristiwa kimia dan fisika karena logam cair mempunyai temperatur yang tinggi. Bahan-bahan yang tercampur mungkin menghasilkan gas atau larut dalam logam adalah tidak dikehendaki.
6. Mampu dipakai lagi. Pasir harus dapat dipakai berulang-ulang supaya ekonomis.
2.13.3 Susunan Pasir Cetak
1. Bentuk butir pasir dari pasir cetak digolongkan menjadi beberapa jenis yang ditunjukkan dalam gambar 2.18, yaitu butir pasir bundar, butir pasir sebagian bersudut, butir pasir kristal, dan sebagainya. Jenis butir pasir bulat sebagai pasir cetak, karena memerlukan jumlah pengikat yang lebih sedikit untuk mendapat kekuatan dan permeabilitas tertentu, serta mampu alirnya baik sekali.
Gambar 2.18 Bentuk butir-butir dari pasir cetak
2. Tanah Lempung
Terdiri dari kaolit, ilit dan monmorilonit juga kwarsa, feldspar, mika dan kotoran lainnya. Kalau ditambahkan air, dia menjadi lekat dan jika lebih banyak air akan menjadi pasta. Kalau lempung kehilangan kadar air, sifat lekatnya akan berkurang. Ukuran dari tanah lempung adalah sekitar 0,005 mm sampai 0,02 mm.
3. Pengikat Lain
Dibuat dari pasir yang dibubuhi minyak pengering nabati 1,5-3,0% seperti minyak biji rami, minyak kedele atau minyak kol dan dipanggang pada temperatur 200-2500 C.
4. Tambahan Lain
Bubuk arang, tepung ter, jelaga kokas, atau tepung grafit dibubuhkan kira- kira 1% kepada pasir cetak agar permukaan coran menjadi halus, pembongkaran mudah, dan dalam beberapa hal mencegah permukaan kasar.
2.13.4 Sifat-sifat Pasir Cetak 1. Sifat-sifat pasir cetak basah
Pasir cetak dengan tanah lempung atau bentonit sebagai pengikat menunjukkan berbagai sifat sesuai dengan kadar air. Karena itu air adalah factor yang sangat penting untuk pasir cetak, sehingga pengaturan kadar air adalah hal yang sangat penting dalam pengaturan pasir cetak. Kadar air yang membuat kekuatan maksimum dan yang permiabiliti maksimum pada umunya tidak sama. Kalau kadar air bertambah, kekuatan dan permeability naik sampai titik maksimum.
2. Sifat penguatan oleh udara
Sifat-sifat cetakan yang berubah selama antara pembuatan cetakan dan penuangan disebut sifat penguatan oleh udara. Umumnya hal ini karena pergerakan air dalam cetakan dan penguapan air dari permukaan cetakan. Penguapan air membuat permukaan cetakan dari pasir yang dicampur bentonit menjadi getas, karena itu penguapan air harus diatur.
3. Sifat-sifat kering
Pasir dengan pengikat lempung yang dikeringkan mempunyai permeabilitas kekuatan yang meningkat dibandingkan dengan dalam keadaan basah, karena air bebas dan air yang diabsorbsi pada permukaan butir tanah lempung dihilangkan. Faktor yang memberikan pengaruh sangat besar pada sifat – sifat kering, adalah kadar air sebelum pengeringan.
4. Sifat-sifat panas
Cetakan mengalami temperatur tinggi dan tekanan tinggi dari logam cair pada waktu penuangan. Sehingga kekuatan panas, dan sebagainya harus diketahui sebelumnya.
5. Sifat-sifat Sisa
Sifat-sifat sisa yang dibutuhkan ketika coran diambil dari cetakan setelah penuangan disebut sifat sisa. Untuk pembongkaran, perlu sifat mampu ambruk yang baik.
Sifat mampu ambruk yang baik dari pasir cetak ialah berarti bahwa cetakan dengan mudah dapat rontok dan pasir cetak dengan mudah disingkirkan dari permukaan coran.
2.13.5 Pembuatan Cetakan dengan cara CO2
Natrium Silikat kira-kira 3-7% dibubuhkan pada pasir silika dan dicampur baik, kemudian cetakan dibuat dari campuran ini dengan tangan atau dengan mesin. Gas CO2 ditiupkan ke dalam cetakan pada tekanan 1,0-1,5 kgf/cm2, maka
cetakan ini akan mengeras dalam waktu singkat. Cara pembuatan cetakan ini disebut cara CO2. Cara ini sangat banyak digunakan untuk pembuatan inti, dan
bentuk-bentuk yang lebih spesifik. Gambar 2.19 menunjukkan garis besar pembuatan cetakan dengan cara CO2.
a. Pasir dipadatkan ke dalam kotak inti dan lubang angin dibuat dengan mempergunakan jarum-jarum.
c. Gas CO2 dialirkan melalui lubang-lubang itu.
d. Mengeluarkan inti dari kotak inti.
Gambar 2.19 Proses pembuatan inti dengan CO2
2.14 Peleburan
Sampai pada saat ini, tanur perapian terbuka (open hearth furnace) masih banyak dipergunakan untuk peleburan baja, tetapi sekarang tanur listrik lebih banyak dipakai disebabkan karena biaya peleburan yang murah. Peleburan dengan busur api listrik dibagi menjadi dua macam proses yaitu pertama proses asam dan kedua proses basa. Cara yang pertama dipakai untuk peleburan skrap baja yang berkualitas tinggi sedangkan yang kedua untuk meleburkan baja dengan kualitas biasa. (Lit. 8, hal. 164)
Tanur listrik heroult adalah tanur yang paling banyak dipakai. Tanur ini mempergunakan arus bolak-balik tiga fasa. Energy panas diberikan oleh loncatan busur listrik antara elektroda karbon dan cairan baja. Terak menutupi cairan dan mencegah absorpsi gas dari udara luar selama pemurnian berjalan.
Dalam peleburan baja, di samping pengaturan komposisi kimia dan temperatur, perlu juga mengatur absorpsi gas, jumlah dan macam inklusi bukan
logam. Di samping proses tersebut sekarang banyak dipergunakan proses pembuatan baja dengan oksigen. Keuntungan proses ini adalah:
a. Biaya peleburan yang rendah
b. Mudahnya menaikkan temperatur cairan c. Peningkatan kualitas dengan penghilangan gas d. Mudah memproduksi baja karbon rendah
Dibanding dengan proses peleburan biasa, yaitu proses yang menggunakan biji besi, maka proses pembuatan baja oksigen mampu memproduksi cairan baja yang mempunyai lebih sedikit lubang-lubang jarum, penyusutan lebih kecil dan robekan panas yang lebih sedikit.
2.15 Penuangan
Cairan baja yang dikeluarkan dari tanur diterima dalam ladel dan dituangkan ke dalam cetakan. Ladel mempunyai irisan berupa lingkaran dimana diameternya hamper sama dengan tingginya. Untuk coran yang besar, dipergunakan ladel jenis penyumbat sedangkan untuk coran yang kecil dipergunakan ladel yang dapat dimiringkan. Ladel dilapisi oleh bata samot atau bata tahan api agalmatolit yang mempunyai pori-pori kecil, penyusutan kecil dan homogeny. Nozel dan penyumbat, kecuali dibuat dari samot atau bahan agalmatolit kadang-kadang dibuat juga dari bata karbon. Panjang nozel dibuat cukup panjang agar membentuk tumpahan yang halus tanpa cipratan. Ladel harus sama sekali kering yang dikeringkan lebih dahulu oleh burner minyak residu sebelum dipakai. (Lit. 8, hal. 167)
Cara penuangan secara kasar digolongkan menjadi dua yaitu penuangan atas dan penuangan bawah. Penuangan bawah memberikan kecepatan naik kecil dari cairan baja dengan aliran yang tenang. Penuangan atas menyebabkan kecepatan tuang yang tinggi dan menghasilkan permukaan kasar karena cipratan. Oleh karena itu dalam hal penuangan atas, laju penuangan harus rendah pada permulaan dan kemudian dinaikkan secara berlahan-lahan. Dalam penempatan nozel, harus diusahakan agar tidak boleh menyentuh cetakan. Perlu mencegah cipratan dan memasang nozel tegak lurus agar mencegah cairan miring yang jatuh.