BAB 2 LANDASAN TEORI
2.5 Pengaruh Unsur Paduan pada Besi Cor Kelabu
Karbon adalah salah satu unsur yang paling penting pada besi cor. Keberadaan karbon berpengaruh pada sifat mekanis dan berperan dalam pembentukan grafit besi cor kelabu. Pada umunya besi cor kelabu kandungan karbon antara 2,4% – 4%, hal ini berpengaruh pada kekuatan tarik dan nilai kekerasannya. Karbon berperan dalam pembentukan sementit (Fe3C) yang memiliki kekerasan cukup baik. Karbon pada keadaan bebas dan tersebar di dalam bagian besi cor disebut dengan grafit sebagai salah satu fase pembentuk struktur mikro. Pengaruh karbon untuk membentuk grafit dan titik liquidus dan solidus akan menjadi turun (Nugroho, A, 2016). Karbon merupakan salah satu pembentuk austenite kuat sehingga dapat meningkatkan kekerasan. Difusi karbon terjadi ketika dipanaskan pada suhu tertentu untuk membentuk struktur baru.
18 2.5.2 Mangan
Mangan adalah unsur kimia dengan simbol Mn. Fungsi dari mangan adalah unsur yang berperan sebagai penggalak pearlite ( ASM, Specialty Cast Iron). Pada umumnya mangan berada pada komposisi sekitar 0,2 – 1,0%. Mangan berwarna abu-abu dan bersifat getas. Memiliki empat bentuk alotropi, yaitu alpha mangan, gamma mangan, beta mangan, dan delta mangan. Keberadaannya di alam bebas terkadang dapat ditemukan dalam mineral, seperti alabandit (MnS), pyrolusite (MnO2), haussmanite (MnO3), jacobsite (MnFe2O4), dan lain sebagainya. Ferromangan mengandung lebih dari 76% Mn dan 7% C untuk karbon tinggi, sebesar 1,5% untuk karbon menengah, dan kurang dari 1% untuk karbon rendah (Cardarelli, 2008).
Mangan murni tidak bereaksi dengan oksigen, nitrogen, dan hidrogen pada suhu kamar, namun akan bereaksi terhadap tiga unsur ini pada suhu tinggi. Mangan digunakan sebagai bahan reduksi terhadap oksigen, desulfurisasi terhadap sulfur, dan deforforisasi terhadap fosfor.
19
Kehadiran mangan-sulfida adalah hasil dari penambahan mangan yang disengaja untuk mencegah pembentukan besi sulfida rapuh yang akan terbentuk pada batas butir (ASM Handbook Vol. 15). Mangan dikhususkan sebagai pengikat belerang sehingga sebagian dari mangan akan bersenyawa dengan cementite membentuk karbida besi mangan, pada proses pemanasan akan sangat cepat terurai ke dalam austenite. Semakin banyak karbida yang terbentuk maka banyak pearlite terbentuk yang mengakibatkan kekerasan meningkat. Sifat dari mangan adalah penggalak pearlite yang dapat meningkatkan kekerasan (ASM Specialty Cast Iron, 2013).
Mangan dan nikel adalah unsur penstabil austenite. Unsur mangan mampu menurunkan temperatur eutectoid sehingga kisaran fase austenite menjadi lebih besar. Kisaran austenite yang besar ini mengakibatkan material cenderung membentuk austenite ketika dipanaskan.
2.5.3 Krom
Khrom memiliki pengaruh yang sama dengan mangan, yaitu dapat meningkatkan ketangguhan dan kekerasan. Hal ini terjadi karena sifatnya sebagai penggalak pearlit. Logam ini bersifat keras dan getas. Memiliki titik lebur 1857 0C dan titik uap 2672 0C. Pada tahun 1920-an electroplating mulai berkembang, dimana proses ini mengikat atom Cr dengan atom dari unsur yang ada dipermukaan sehingga ikatan atom menjadi kuat (Sayfi'udin, I 2016). Paduan Fe-Cr biasa digunakan untuk memproduksi stainless dan baja kromium.
20
Kromium menjadi unsur yang penting dalam industri logam. Hasil yang diperoleh dari paduan besi dengan kromium adalah stainless steel. Kromium dapat meningkatkan ketahanan korosi paduan dan digunakan untuk meningkatkan ketahanan aus (Cardarelli, 2008).
2.5.4 Nikel
Nikel berfungsi untuk meningkatkan kekuatan ferrite, sehingga kekuatan dari besi cor akan meningkat. Nikel dapat menurunkan temperatur y-a sehinggy-a cenderung untuk mengury-angi distorsi dy-an rety-ak sely-amy-a proses pendinginan ketika dipanaskan (Binudi , R. 2018). Logam nikel termasuk logam transisi dan berbentuk padat saat temperatur kamar. Nikel memiliki densitas 8902 Kg/m3, konduktivitas termal 90,7 W/m.K, dan titik lebur 1455 0
C. Struktur dari nikel adalah FCC yang memberikan pengaruh keuletan yang baik pada logam (Cardarelli, 2008).
21
Nikel memiliki ketahanan korosi yang baik dan digunakan sebagai elemen tambahan ketika pembuatan logam. Sebagai penstabil dan pembentuk austenite yang kuat, nikel sering ditambahkan sebagai paduan untuk mendapatkan material dengan tingkat kekerasan yang baik (ASM Specialty Cast Iron, 2013).
2.5.5 Silikon
Silikon berperan sama halnya seperti karbon, yaitu berperan untuk mempercepat pembentukan grafit. Silikon digunakan sebagai dioksidiser dalam pembuatan baja. Penambahan unsur Si mampu meningkatkan kekuatan ferrite dan digunakan bersamaan dengan paduan lainnya dapat membentuk meningkatkan ketangguhan dan penetrasi kekerasan (Binudi, R. 2018). Unsur silikon dengan kadar tinggi sebagai paduan mendorong terjadinya pembentukan grafit. Kelebihan dari silikon adalah untuk membentuk ikatan yang keras sehingga meningkatkan kekerasan.
22 2.6.1 Pengertian Pengecoran
Pengecoran adalah proses melebur suatu bahan ke dalam tungku pemanas kemudian dimasukan ke dalam cetakan dan dibiarkan membeku di dalam cetakan tersebut kemudian dikeluarkan untuk di dapat hasil coran atau komponen sesuai kebutuhan (Rosyidin, 2019). Proses pertama yang dilakukan adalah melebur bahan coran di dalam tungku. Terdapat beberapa tungku yang dapat digunakan, antara lain induction melting, electric arc melting, gas burner, dan beberapa jenis yang lain. Proses pembuatan besi cor kelabu Fc-25 yang digunakan pada pengujian ini dperoleh dari proses pengecoran menggunakan tungku induksi di Koperasi Batur Jaya Ceper. Coran merupakan suatu hasil dari proses peleburan bahan yang dituang dalam cetakan dan didinginkan hingga membentuk bentuk seperti pola. Cetakan yang digunakan pada pembuatan coran spesimen pengujian ini menggunan cetakan pasir.
Pada proses pengecoran terdapat dua jenis, yaitu penuangan dan pencetakan. Penuangan adalah kegiatan menuangkan logam cair ke dalam cetakan dengan adanya penekanan, sedangkan pencetakan adalah proses menuang coran ke dalam cetakan tanpa penekanan. Sebelum pencetakan dan penuangan dilakukan, perlu disiapkan cetakan sebagai wadah untuk menampung hasil coran yang akan dibentuk sesuai dengan pola. Pola adalah bentuk yang digunakan sebagai acuan logam cair membeku di dalam cetakan. 2.6.2 Pengecoran Menggunakan Cetakan Pasir
Pengecoran merupakan proses penuangan logam cair yang dimasukan ke dalam cetakan, kemudian didiamkan hingga membeku di dalam cetakan, setelah itu hasil coran dibongkar untuk dijadikan suatu komponen. Pengecoran digunakan untuk membentuk logam dalam kondisi panas sesuai dengan bentuk dari cetakan yang telah disiapkan. Langkah awal proses pengecoran adalah pembuatan cetakan. Salah satu cetakan yang sering
23
digunakan adalah cetakan dari pasir (sand casting). Cetakan pasir dibentuk menggunakan pola yang telah disiapkan kemudian dimasukan ke dalam kup untuk dibuat saluran pada pola tersebut. Perlu diperhatikan kondisi pasir yang digunakan supaya tidak banyak air yang terdapat di dalamnya. Pasir harus dalam keadaan padat supaya menghindari terjadinya cacat rongga saat coran dimasukan ke dalam cetakan dan menghindari cetakan yang roboh akibat tindak kuat menahan laju aliran yang masuk melalui saluran rongga.
Setelah cetakan terbentuk, peleburan bahan coran dilakukan di dalam kupola dengan tanur induksi. Peleburan besi dilakukan pada suhu tinggi yang melebihi temperatur lebur dari bahan coran. Suhu yang tinggi akan mengakibatkan seluruh bahan coran terlebur secara sempurna. Lama waktu yang digunakan untuk melebur bahan kurang lebih selama satu jam. Apabila bahan coran telah melebur, selanjutnya adalah menuang hasil coran ke dalam cetakan dengan menggunakan kowi. Sebelum dituang menggunakan kowi, hasil coran keluar dari tungku induksi dan dimasukan ke dalam ladle. Ladle digunakan untuk menampung hasil coran sehingga bagian dalam ladle harus sudah dilapisi pasir tahan panas. Bahan coran yang telah dilebur, selanjutnya dilakukan penambahan unsur mangan sebesar 1,3%. Metode yang digunakan adalah metode open ladle. Penambahan ini dilakukan ketika hasil coran pada suhu tinggi dimasukan ke dalam ladle dan ditambahkan dengan mangan yang telah ditimbang dahulu disesuaikan dengan seberapa banyaknya oleh operator pengecoran Koperasi Batur Jaya, selanjutnya setelah hasil coran dengan penambahan mangan selesai dilakukan pencampuran maka selanjutnya dituang menggunakan kowi. Kowi digunakan untuk mempermudah proses penuangan hasil coran ke dalam cetakan. Proses penuangan dilakukan ketika hasil coran masuk melewati saluran sehingga penuh mengisi bagian dalam cetakan. Perlu diperhatikan kecepatan dan ketepatan dalam penuangan supaya di dapat hasil bentuk coran maksimal dan terhindar dari resiko cacat rongga.