BAB II LANDASAN TEORI
2. Pasir Cetak
Cetakan pasir yang digunakan pada industri pengecoran logam dapat dibagi dalam dua bagian, yaitu cetakan pasir dengan bahan pengikat lempung dan cetakan pasir dengan bahan pengikat khusus seperti, air kaca, semen, dammar dan sebagainya. Pemilihan jenis pasir cetak biasanya disesuaikan
commit to user
dengan pemilihan cetakan yang akan dipakai yang memenuhi syarat-syarat kriteria dari pasir cetak itu sendiri.
Peleburan logam pada umumnya mempunyai titik lebur di atas 1200 0
C, maka tidak mudah untuk mendapatkan cetakan yang sanggup menahan panas di atas temperatur tersebut. Untuk itu pasir cetak yang baik harus memenuhi persyaratan cetakan.
a. Syarat-Syarat Pasir Cetak
Pasir cetak harus memenuhi persyaratan sebagai berikut (Surdia, T. Dan Chijiwa, K. : 2000) :
1) Mempunyai sifat mampu bentuk
Yaitu mudah dalam pembuatan cetakan dengan kekuatan yang diinginkan. Cetakan yang dihasilkan harus kuat sehingga tidak mudah rusak karena proses penuangan logam cair.
2) Permeabilitas yang cocok.
Permeabilitas yang kurang baik akan menyebabkan cacat coran seperti rongga penyusutan, gelembung gas, atau kekasaran permukaan.
3) Distribusi besar butir pasir yang cocok.
Permukaan coran menjadi halus apabila coran dibuat dalam cetakan yang butir pasir halus, tetapi apabila butiran pasir terlalu halus maka gas akan sulit untuk keluar, sehingga dapat mengakibatkan cacat seperti gelembung gas.
4) Tahan panas terhadap temperatur logam cair yang dituang.
Pasir dan pengikat harus memiliki derajat tahan api tertentu terhadap temperatur tinggi saat logam cair dengan temperatur tinggi ini dituang kedalam cetakan.
5) Mempunyai 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 yang mungkin menghasilkan gas atau larut dalam logam adalah tidak dikehendaki.
commit to user 6) Mampu dipakai lagi.
Pasir harus dapat dipakai berulang-ulang dan dapat didaur ulang supaya lebih ekonomis.
7) Pasir harus murah dan mudah didapat.
b. Macam-macam Pasir Cetak
Beberapa dari pasir cetak dapat dipakai begitu saja dan yang lain dapat dipakai setelah dipecah-pecah atau diolah menjadi butir-butir yang cocok digunakan sebagai pasir cetak. Dalam industri pengecoran logam kebanyakan menggunakan pasir silika. Industri pengecoran logam sering mencampur pasir yang memiliki kemampuan alir gas dan titik leleh yang tinggi. Ada beberapa jenis pasir cetak yang dapat digunakan, antara lain :
1) Green-sand
Pasir green sand biasa digunakan pada pengecoran besi dengan berat tuang sampai dengan 200 kg. Pasir ini terdiri dari campuran :
a) Pasir silika (ex daur ulang + pasir baru) b) Bentonit 7,5% s/d 9% (aktif) c) Air 3,5% s/d 4,5%
d) Coal-dust
Karakteristik dari pasir green sand ini adalah :
a) Pengerasan dicapai melalui pemadatan baik manual ataupun masinal.
b) Mudah dibongkar.
c) Kemampuan daur ulang sangat baik. d) Cetakan dicor sesegera mungkin.
2) CO2-process
Pasir CO2-process ini biasa digunakan untuk membuat inti dan dalam batasan yang sempit juga cetakan. Pasir CO2-process terdiri dari:
a) Pasir silika (baru) b) Air kaca 2% s/d 5%
commit to user
c) Aditive berupa brake-down agent atau yang sejenisnya untuk
meningkatkan kemampuan hancur. Karakteristik pasir CO2-process antara lain :
a) Pengerasan diperoleh melalui pemadatan secara manual maupun masinal kemudian direaksikan dengan gas CO2.
b) Memiliki kekerasan tinggi.
c) Permukaan harus dicoating untuk menghasilkan permukaan coran yang baik.
d) Dapat disimpan ditempat kering selama beberapa hari sebelun dicor.
e) Kemampuan hancur buruk. f) Kemampuan daur ulang buruk.
3) Cement-process
Pasir Cement-process biasa digunakan pada pengecoran besi maupun baja dengan berat tuang dalam ukuran yang besar. Cement-process terdiri dari:
a) Pasir silika
b) Semen 7% s/d 10% c) Air 4% s/d 8% d) Gula tetes 3,5%
Karakteristik pasir Cement-process antara lain : a) Pemadatan dilakukan secara manual.
b) Kekuatan tekan dapat mencapai 150 N/cm2 setelah 24 jam di udara terbuka.
c) Permukaan harus dicoating untuk menghasilkan permukaan coran yang baik.
d) Kemampuan hancur sangat buruk. e) Dapat disimpan lama sebelum dicor. f) Kemampuan daur ulang cukup baik.
commit to user
4) No-bake process
Pasir No-bake process ini baik digunakan pada pengecoran besi maupun baja dengan ukuran kecil sampai besar, baik untuk inti maupun cetakan. Pasir No-bake process terdiri dari:
a) Pasir silika
b) Resin (furan, phenolik) sesuai spek
c) Hardener atau katalis (tergantung kecepatan pengerasan yang
diinginkan).
Karakteristik pasir No-bake process antara lain :
a) Pemadatan ringan dilakukan secara manual selama maksimum 15 menit atau dapat diperpanjang dengan mengurangi jumlah
hardener.
b) Kekerasan maksimum dicapai setelah 6 jam. c) Kualitas permukaan coran baik.
d) Dianjurkan coating.
e) Dapat disimpan lama sebelum dicor.
f) Kemampuan hancur setelah pengecoran sangat baik. g) Kemampuan daur ulang baik.
5) Cold-box process
Pasir Cold-box process biasa digunakan sebagai pasir inti untuk ukuran kecil atau sangat tipis. Komposisinya terdiri dari:
a) Pasir silika
b) Campuran Resin Phenol dan Polyisocianat (umumnya disebut komponen 1 dan komponen 2) dengan perbandingan 1 : 1 sebanyak 0.8% s/d 1.3%.
c) Gas amoniak sebagai katalisator 0.05% s/d 0.2%. Karakteristik dari pasir Cold-box process antara lain : a) Pemadatan dilakukan secara masinal (dengan core-shotter). b) Mampu alir sangat baik sehingga mampu mengisi bagian kotak
commit to user
c) Kekerasan maksimum langsung dicapai setelah hembusan gas amoniak.
d) Dapat disimpan lama sebelum dicor.
e) Kemampuan hancur setelah pengecoran sangat baik. f) Kemampuan daur ulang baik.
6) Hot-box process
Pasir Hot-box process ini biasa digunakan untuk membuat inti berukuran kecil ataupun tipis. Komposisinya terdiri dari:
a) Pasir silika
b) Resin furan maupun phenol 1.5% s/d 2% c) Hardener 0.2% s/d 0.5%
Karakteristik pasir Hot-box process antara lain : a) Kotak inti harus terbuat dari logam.
b) Pemadatan ringan dilakukan secara manual maupun masinal. c) Pengerasan dilakukan dengan cara pemanasan.
d) Bila disimpan beberapa lama ketahanan patah dapat meningkat sampai dengan 800 N/cm2.
e) Kemampuan hancur setelah pengecoran sangat baik. f) Kemampuan daur ulang baik.
7) Resin CoatedSand (RCS)
Pasir Resin Coated Sand (RCS) ini dapat digunakan sebagai inti maupun cetakan pada metode Shell-moulding. Pasir ini terdiri dari:
a) Pasir silika ataupun zirkon. b) Resin Phenol.
c) Resin resol ataupun novolak.
d) Alkohol ataupun air sebagai pelarut.
e) Seluruh bahan dicampur dan dikeringkan dengan cara pemanasan sehingga diperoleh butiran pasir yang terselubungi dengan resin (resin coated sand).
Karakteristik dari pasir Resin CoatedSand (RCS) antara lain : a) Pemadatan tidak diperlukan.
commit to user
b) Pengerasan dicapai dengan pemasanan dengan temperatur 200 o
C.
c) Kekuatan maksimum lansung dicapai setelah pengerasan. d) Dapat disimpan lama sebelum pengecoran.
e) Kualitas permukaan coran sangat baik.
f) Kemampuan hancur setelah pengecoran sangat baik. g) Kemampuan daur ulang buruk.
8) Oil Bentonit Binder (OBB)-sand
Pasir Oil Bentonit Binder (OBB)-sand merupakan pasir cetak green
sand bebas air yang digunakan sebagai pasir muka (facing-sand)
untuk mendapatkan kualitas permukaan yang baik. Komposisi pasir ini terdiri dari:
a) Pasir silika b) Bentonit c) Minyak/gemuk
d) Aditive (besi oksida Fe2O3)
Karakteristik pasir ini antara lain :
a) Pengerasan dicapai melalui pemadatan secara manual. b) Mudah dibongkar.
c) Kemampuan daur ulang buruk. d) Cetakan dicor sesegera mungkin. e) Kualitas permukaan coran baik.
Berikut jenis pasir yang sering digunakan dalam pembuatan cetakan, antara lain :
1) Pasir Alam
Pasir alam adalah pasir yang berasal dari gunung, sungai atau pantai. Kadar air dari pasir masih tinggi, sehingga cocok untuk teknik green sand mould (cetakan berbahan pengikat bentonit). Unsur dalam pasir alam terdiri dari : 74 % s/d 85 % SiO2, 8 % s/d 22
commit to user
% lempung, dan kadar MgO, CaO, Fe2O3 dan sebagainya harus lebih rendah.
2) Pasir Kwarsa atau Pasir Silika
Pasir silika adalah pasir alam yang merupakan komponen utama (± 90 %) sebagai pembentuk pasir cetak, kandungan terbanyaknya adalah Silika-Dioksida (SiO2) sehingga biasa disebut Pasir Silika. Kandungan lain adalah pengotor antara lain : Na2O, K2O, Al2O3, CaO, dan Fe2O3. Kandungan ini sedapat mungkin dikurangi karena bersifat merugikan.
Keuntungan menggunakan pasir silika dalam industri pengecoran logam adalah karena : (BBLM/ Japan International
Cooperation Agency, 2002)
a) Banyak terdapat di alam dan mudah ditambang. b) Memiliki kekerasan dan abrasi yang cukup. c) Ongkos produksinya murah.
d) Tersedia dalam berbagai ukuran dan distribusi (penyebaran pasir).
e) Memiliki sifat refraktori yang tinggi.
(Yureman, Z. dan Bandanajaya : 2002), menerangkan bahwa karakteristik pasir silika sebagai berikut:
a) Berat jenis 2,7 gr/cm3.
b) Temperatur cair 1720 0C (Sinter Point 1500 0C). c) PH asam.
d) Warna putih hingga abu-abu kekuningan.
e) Mengalami pemuaian pada suhu 573 0C, yakni ± 1,5 % - 2 %. 3) Pasir Khusus
Pasir khusus adalah pasir cetak buatan yang digunakan dengan tujuan untuk menghindari pengaruh tertentu dari logam cair yang akan dituang. Macam pasir khusus ini adalah : Zirkon, Kromit, Olivin, Magnesit, Mullite dan Chamotte (BBLM/JICA, 2002). Pasir
commit to user
ini jauh lebih mahal dibandingkan dengan kedua macam pasir di atas, tetapi mempunyai unjuk kerja yang tinggi.
Dalam penelitian ini peneliti menggunakan jenis pasir green sand dengan bahan pengikat bentonit yang berbeda jenis dengan komposisi perbandingan, sebagai berikut:
a) Green sand (A)
pasir silika : Bentonit (Ultra Bent -A) : Air
1000 gram : 9% / 90 gram : 4,5% / 45 ml
b) Green sand (B)
pasir silika : Bentonit (Ultra Bent -B) : Air
1000 gram : 9% / 90 gr : 4,5% / 45 ml
c) Green sand (BK)
Pasir silika : Bentonit (BK) : Air
1000 gram : 9% / 90 gram : 4,5% / 45 ml
Perbandingan komposisi di atas penulis dapat dari perbandingan standar atas dari komposisi cetakan pasir green sand yaitu pasir silika + bentonit (7,5 s/d 9 %) + air (3,5 s/d 4,5 %). Banyaknya pasir yang digunakan dalam membuat spesimen adalah 1000 gram.
c. Susunan Pasir Cetak
Pasir cetak biasanya kumpulan dari butir-butir pasir yang berukuran bermacam-macam, tetapi untuk mendapatkan hasil yang baik, harus menggunakan butir-butir pasir yang tersaring yang mempunyai ukuran seragam. Komponen dari pasir cetak yaitu pasir + bahan pengikat + bahan tambahan (aditive). Ukuran butir pasir yang baik 0,02 s/d 0,2 mm, kriterianya meliputi kasar (50 % butiran > 0,2 mm), medium (45 % butiran 0,1 s/d 0,2 mm), halus (40 % butiran 0,06 s/d 0,1 mm).
Bahan pengikat yang digunakan dalam membuat cetakan dari pasir antara lain :
1) Bentonit (berbentuk tepung berwarna putih kelabu yang menjadi licin bila dicampur air).
commit to user
3) Air kaca (Na2O.SiO2.H2O berbentuk cairan kental berwarna bening sampai keputih-putihan).
4) Resin (hot-box resin, cold-box resin, no-bake resin, berbentuk cairan encer berwarna coklat bening sampai gelap dan berbau tajam, umumnya terdiri dari tiga komponen yang harus dicampurkan yaitu resinnya sendiri, pengeras (hardener) dan pereaksi (katalisator)).
Bahan tambah (aditive) dibubuhkan ke dalam pasir cetak untuk memperoleh karakteristik sebagai berikut :
1) Meningkatkan kehalusan permukaan menggunakan coal-dust dan debu arang.
2) Meredam tegangan akibat pemuaian pasir silika dengan serbuk gergaji dan tepung-tepungan.
3) Meningkatkan ketahanan panas dengan zirkon dan chromite.
4) Meningkatkan permeabilitas dengan tepung-tepungan dan serbuk gergaji.
5) Meningkatkan kemudahan hancur dengan tepung-tepungan, gula tetes dan serbuk gergaji.
Bentuk dan butir pasir cetak dapat digolongkan beberapa jenis yakni:
1) Membundar atau membulat (Round), Jenis pasir yang paling banyak menggunakan bahan-bahan pengikat yang menginginkan kekuatan dan kemampuan alir gas (permeabilitas) yang baik. Dengan bentuk pasir yang membundar, maka bentuk ini memberikan total luas permukaan yang lebih kecil, sehingga lebih sedikit memerlukan tempat serta mampu alir gas yang baik.
2) Menyudut (Anguler), jenis pasir yang banyak dipakai dalam pengecoran besi cor dan non-ferro. Pemakaian bahan pengikat untuk bentuk pasir seperti ini lebih tinggi dibandingkan dengan bentuk membundar atau menyudut tanggung.
commit to user
3) Menyudut tanggung (Sub-Anguler), jenis pasir yang banyak digunakan dalam pengecoran besi cor, baja cor dan logam non-ferro. 4) Bentuk gabungan/kristal (Compound), pasir cetak biasanya
kumpulan dari pasir yang bermacam-macam, untuk pasir yang digunakan sebagai cetakan lebih baik tidak mempunyai butir pasir yang seragam.
Gambar 2. Bentuk-bentuk Butir Pasir (Surdia : 2000)
d. Pengujian Pasir Cetak
Pasir cetak perlu diuji secara berkala untuk mengetahui sifat-sifatnya. Sifat pasir cetak berubah akibat dari tercampurnya kotoran-kotoran dan pengaruh suhu yang tinggi. Pengujian yang lazim dilakukan pada pasir cetak adalah pengujian permeabilitas (kemampuan alir gas), pengujian kekuatan yaitu (kekuatan tekan, kekuatan tarik, kekuatan geser), pengujian terhadap ketahanan suhu tinggi dan ukuran bentuk atau besar butiran. Penelitian yang dilakukan penulis adalah melakukan pengujian tingkat permeabilitas dan pengujian kekuatan tekan pada cetakan pasir green sand.