BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.4. Pengecoran Logam
Pengecoran merupakan suatu proses manufaktur dengan menggunakan logam cair dan cetakan untuk menghasilkan produk dengan bentuk yang mendekati bentuk geometri akhir produk jadi. Logam cair dituang ke dalam cetakan yang memiliki rongga sesuai dengan bentuk yang diinginkan. Setelah logam cair memenuhi rongga dan kembali ke bentuk padat, selanjutnya cetakan disingkirkan dan hasil cor dapat digunakan atau ke proses pemesinan selanjutnya.
Keunggulan proses pengecoran adalah kemampuannya untuk
memproduksi komponen dengan bentuk kompleks secara masal. Terdapat tiga bagian utama proses pengecoran. Pertama proses pembuatan cetakan pasir, kedua proses pembuatan inti dan ketiga proses peleburan logam. Proses pembuatan cetakan pasir adalah hal terpenting, apabila cetakan sudah siap maka dipasangkan inti dan kemudian dilanjutkan dengan penuangan logam cair. Cairan dibiarkan beberapa lama didalam cetakan sampai membeku, selanjutnya dilakukan pembongkaran dan dilakukan proses finishing.
Pada pengecoran logam, dibutuhkan pola yang merupakan tiruan dari benda yang hendak dibuat dengan pengecoran. Pola dapat terbuat dari logam, kayu, stereofoam, lilin, dan sebagainya. Pola mempunyai ukuran sedikit lebih
besar dari ukuran benda yang akan dibuat dengan maksud untuk mengantisipasi penyusutan selama pendinginan dan pengerjaan finishing setelah pengecoran. Selain itu, pada pola juga dibuat kemiringan pada sisinya supaya memudahkan pengangkatan pola dari pasir cetak. Berikut ini adalah jenis-jenis pengecoran yaitu sebagai berikut:
1. Sand Casting, Yaitu jenis pengecoran dengan menggunakan cetakan pasir. Jenis pengecoran ini paling banyak dipakai karena ongkos produksinya murah dan dapat membuat benda coran yang berkapasitas berton – ton.
2. Centrifugal Casting, Yaitu jenis pengecoran dimana cetakan diputar bersamaan dengan penuangan logam cair kedalam cetakan. Yang bertujuan agar logam cair tersebut terdorong oleh gaya sentrifugal akibat berputarnya cetakan. Contoh benda coran yang biasanya menggunakan jenis pengecoran ini ialah velg dan benda coran lain yang berbentuk bulat atau silinder.
3. Die Casting, Yaitu jenis pengecoran yang cetakannya terbuat dari logam. Sehingga cetakannya dapat dipakai berulang-ulang. Biasanya logam yang dicor ialah logam non ferrous.
4. Investment Casting, Yaitu jenis pengecoran yang polanya terbuat dari lilin (wax), dan cetakannya terbuat dari keramik. Contoh benda coran yang biasa menggunakan jenis pengecoran ini ialah benda coran yang memiliki kepresisian yang tinggi misalnya rotor turbin. Jenis pengecoran logam yang digunakan pada penelitian ini adalah jenis pengecoran logam sand casting.
2.4.1 Teori Pengecoran
Pengecoran logam adalah proses pembuatan benda dengan mencairkan logam dan menuangkan ke dalam rongga cetakan. Proses ini dapat digunakan untuk membuat benda - benda dengan bentuk rumit. Benda berlubang yang sangat besar yang sangat sulit atau sangat mahal jika dibuat dengan metode lain, dapat diproduksi masal secara ekonomis menggunakan teknik pengecoran yang tepat.
Pengecoran logam dapat dilakukan untuk bermacam-macam logam seperti, besi, baja paduan tembaga (perunggu, kuningan, perunggu aluminium dan lain sebagainya), paduan ringan (paduan aluminium, paduan magnesium, dan sebagainya), serta paduan lain, semisal paduan seng, monel (paduan nikel dengan sedikit tembaga), hasteloy (paduan yang mengandung molibdenum, khrom, dan silikon), dan sebagainya.
Mencairkan bahan diperlukan furnace (dapur kupola). Furnace adalah sebuah dapur atau tempat yang dilengkapi dengan heater (pemanas). Bahan padat dicairkan sampai suhu titik cair dan dapat ditambahkan campuran bahan seperti chrome, silikon, titanium, Aluminium dan lain - lain agar bahan menjadi lebih baik. Aplikasi dari proses pengecoran sangat banyak salah satunya dapat ditemukan dalam pembuatan komponen permesinan. Proses pengecoran yang dilakukan melalui beberapa tahap mulai dari pembuatan cetakan, persiapan dan peleburan logam, penuangan logam cair ke dalam cetakan, pembersihan coran dan proses daur ulang pasir cetakan. Hasil pengecoran disebut dengan coran atau benda cor. Proses pengecoran bisa dibedakan atas 2 yaitu proses pengecoran dan proses pencetakan. Proses pengecoran tidak menggunakan tekanan sewaktu mengisi rongga cetakan sedangkan proses pencetakan adalah logam cair ditekan agar mengisi rongga cetakan. Cetakan untuk kedua proses ini berbeda dimana proses pengecoran cetakan biasanya dibuat dari pasir sedangkan proses pencetakan, cetakannya dibuat dari logam.
2.4.2 Proses Pengecoran
Proses pengecoran akan dihasilkan Aluminium dengan sifat-sifat yang diinginkan. Aluminium murni memiliki sifat mampu cor dan sifat mekanis yang tidak baik, maka Aluminium alloy dipergunakan untuk memperbaiki sifat tersebut. Beberapa elemen alloy yang sering ditambahkan diantaranya yaitu tembaga, Magnesium, Mangan, Nikel, Silikon dan sebagainya.
Desain produk coran perlu dipertimbangkan beberapa hal, sehingga akan memperoleh hasil coran yang baik, yaitu bentuk pola cetakan yang mudah dibuat, maka cetakan tidak menyebabkan cacat pada coran. Untuk membuat cetakan, dibutuhkan saluran turun yang mangalirkan cairan logam kedalam rongga
cetakan. Besar dan bentuknya ditentukan oleh ukuran, tebalnya irisan dan macam logam dari coran. Selanjutnya diperlukan penentuan keadaan - keadaan penuangan seperti temperatur penuangan dan laju penuangan. Karena kualitas coran tergantung pada saluran turun, penambah, keadaan penuangan, maka penentuannya memerlukan pertimbangan yang cukup teliti. Berikut ini adalah bagian – bagian dari cetakan pengecoran yaitu :
a. Cawan tuang
Cawan tuang merupakan penerima yang menerima cairan logam langsung dari ladel. Cawan tuang biasanya berbentuk corong atau cawan dengan saluran turun yang berada di bawahnya. Cawan tuang harus mempunyai konstruksi untuk menyaring kotoran yang terbawa dalam logam cair dari ladel. Oleh karena itu, cawan tuang tidak boleh dangkal. Karena itu dalamnya cawan tuang sebaiknya dibuat sedalam mungkin. Sebaliknya kalau terlalu dalam, penuangan menjadi sukar dan logam cair akan meninggalkan sisa didalam cawan tuang, sehingga tidak ekonomis. maka dari itu kedalaman cawan tuang, haruslah memiliki kedalaman sekitar 5 sampai 6 kali diameter.
b. Saluran turun
Salurun turun adalah saluran pertama yang membawa cairan logam dari cawan tuang kedalam pengalir dan saluran masuk. Saluran turun dibuat bentuk lurus dan tegak dengan irisan berbentuk lingkaran. Terkadang bentuk irisannya sama dari atas sampai bawah, atau mengecil dari atas kebawah. Fungsi dari saluran turun adalah dipakai untuk kebutuhkan pengisian yang cepat dan lancar, dan diperlukan untuk penahan kotoran yang masuk kedalamnya.
c. Pengalir
Pengalir adalah saluran yang membawa logam cair dari saluran turun ke bagian - bagian dalam pada cetakan. Pengalir biasanya memiliki irisan berbentuk trapesium atau setengah lingkaran. Sebab, irisan demikian mudah dibuat pada permukaan pisah, dan juga pengalir mempunyai luas permukaan yang terkecil untuk satu luas irisan tertentu, sehingga lebih efektif untuk pendinginan yang
lambat. Pengalir lebih baik sebesar mungkin untuk melambatkan pendinginan logam cair. Logam cair dalam pengalir masih membawa kotoran yang terapung, terutama pada permulaan penuangan sehingga harus dipertimbangkan untuk membuang kotoran tersebut. Perpanjangan pemisah dibuat pada ujung saluran pengalir agar logam cair yang pertama masuk akan mengisi seluruh ruang pada cetakan, serta membuat kolam putaran pada saluran masuk dan membuat saluran turun bantu.
d. Saluran Masuk
Saluran masuk adalah saluran yang mengisikan logam cair dari pengalir kedalam rongga cetakan. Saluran masuk dibuat dengan irisan yang lebih kecil dari pada irisan pengalir, agar dapat mencegah kotoran masuk kedalam rongga cetakan. Bentuk irisan saluran masuk biasanya berupa bujur sangkar, trapesium, segitiga atau setengah lingkaran yang membesar kearah rongga cetakan untuk mencegah terkikisnya cetakan. Kadang - kadang irisannya diperkecil ditengah dan diperbesar lagi kearah rongga. Pada pembongkaran saluran turun, irisan terkecil ini mudah diputuskan sehingga mencegah kerusakan pada coran.
2.4.3 Pengecoran Sentrifugal
Pengecoran sentrifugal merupakan salah satu proses pengecoran yang menghasilkan produk cor berbentuk silinder dengan cara memutar cetakan pada sumbunya. Proses pengecoran dapat dilakukan secara vertical maupun horizontal tanpa menggunakan inti (core). Produk cor yang dihasilkan dengan metode ini mempunyai arah pembekuan yang terarah (directional solidification) dari bagian diameter luar menuju ke diameter dalam. Berkenaan dengan itu maka cara ini cocok untuk coran berbentuk silinder. Pengecoran setrifugal biasanya dipakai adalah pengecoran mendatar, dimana logam cair dituang kedalam cetakan yang berputar pada sumbu mendatar. Pada gambar 2.8 menunjukkan mekanisme kerja dari pengecoran centrifugal vertikal.
Gambar 2.8 Pengecoran Centrifugal Vertikal (Niebel, 2004)
Penggunaan yang luas dari centrifugal casting seperti di utarakan di atas adalah berdasarkan pada produktivitas yang tinggi, penggunaan ruangan yang kecil, kemungkinan pengecoran produksi masa dengan ketelitian dan kualitas yang baik lagi murah. Pada centrifugal casting perlu mengadakan penelitian bentuk coran yang dapat dibuat, bagimana menurunkan biaya, untuk membuat cetakan logam dan cara – cara penuangan (kecepatan putar, kecepatan tuang dan temperaturdalam usaha untuk mencegah cacat-cacat lain. Maka untuk mambuat centrifugal casting dibutuhkan komponen-komponen berupa poros, belt, puli, bantalan, roda gigi, dan sambungan las serta baut sebagai penyambung bagian mesin. Metode pengecoran centrifugal ini dapat digunakan untuk cetakan permanen dan cetakan non permanen, seperti cetakan pasir. Pada gambar 2.9 ditunjukkan mesin pemutar cetakan untuk pengecoran sentrifugal vertikal yang sudah ada di pasaran. Mesin ini didesain di bawah permukaan lantai dengan tujuan untuk memudahkan proses penuangan logam dan alasan keamanan.
2.4.4 Pembuatan Cetakan
Menurut jenis cetakan yang digunakan, proses pengecoran dapat diklasifikan menjadi dua jenis cetakan, yaitu:
1. Cetakan Logam
Cetakan yang biasa digunakan pada pengecoran logam adalah cetakan logam. Cetakan logam umumnya sering digunakan karena porositas yang terjadi lebih sedikit bila dibandingkan dengan cetakan pasir. Pada penuangan, logam cair mengalir melalui pintu cetakan, maka bentuk pintu cetakan harus dibuat sedemikian rupa sehingga tidak mengganggu aliran logam cair. Pada umumnya logam cair dituang dengan pengaruh gaya berat, walaupun dapat juga dipergunakan tekanan pada logam cair selama atau setelah penuangan. Pengecoran cetak adalah suatu cara pengecoran dimana logam cair ditekan ke dalam cetakan logam dengan tekanan tinggi.
2. Cetakan Pasir
Cetakan ini dibuat dengan cara memadatkan pasir. Pasir yang dipakai adalah pasir alam atau pasir buatan yang mengandung tanah lempung. Biasanya dicampurkan pengikat khusus seperti semen, resin furan resin fenol (minyak pengering), dan bentonit karena penggunaan zat-zat tersebut memperkuat cetakan atau mempermudah pembuatan cetakan. Untuk membuat coran, harus dilakukan beberapa proses seperti pencairan, pembuatan cetakan, penuangan, pembongkaran dan pembersihan coran. Untuk mencairkan logam bermacam - macam dapur yang dipakai. Umumnya digunakan dapur kupola (dapur induksi frekwensi rendah) yang dipergunakan untuk besi cor, dapur busur listrik (dapur induksi frekwensi tinggi) digunakan untuk baja tuang dan dapur krus untuk paduan tembaga atau coran paduan ringan. Cetakan pasir jarang digunakan karena memungkinan banyaknya terjadinya porositas yang terjadi.
2.4.5 Pembuatan Coran
Pembuatan coran harus dilakukan proses - proses seperti pencairan logam, pembuatan cetakan, penuangan, pembongkaran cetakan, dan pembersihan coran. Untuk mencairkan logam berbagai macam tanur yang digunakan dalam proses pengecoran. Umumnya kupola (tanur induksi frekuwensi rendah) digunakan untuk besi cor, tanur busur listrik (tanur induksi frekuwensi tinggi) digunakan untuk baja cor, dan tanur krus digunakan untuk paduan tembaga atau coran paduan ringan, karena tanur jenis ini memberikan logam cair yang baik dan sangat ekonomis dalam proses pengerjaannya. Berikut ini adalah gambar 2.10 diagram alir proses pengecoran.
Tidak Ya
Gambar 2.10 Diagram alir proses pengecoran
Bahan baku Tungku Ladel
Penuangan ke dalam cetakan Mesin Pembuat Cetakan Sistem pembuatan pasir Pembekuan coran dalam cetakan Pembersihan Pasir Pembongkaran cetakan Rangka cetakan Pemeriksaan Pekerjaan lanjut
2.4.6 Pengecoran Metal Matrix Composite ( MMC ) Dengan Metode Centrifugal Casting
Centrifugal casting merupakan salah satu proses pengecoran yang menghasilkan produk cor berbentuk silinder dengan cara memutar cetakan pada sumbunya. Produk cor yang dihasilkan dengan metode ini mempunyai arah pembekuan yang terarah (directional solidification) dari bagian diameter luar menuju ke diameter dalam, sehingga menghasilkan produk cor yang terbebas dari cacat pengecoran terutama shrinkage yang paling sering dijumpai pada proses sand casting. Seperti yang terlihat pada gambar 2.11.
Gambar 2.11 Mesin Sentrifugal datar
Salah satu contoh metal matrix composite adalah SiC (Silicon Carbide) dimana aluminium sebagai matriksnya dan Silikon karbida sebagai partikel penguat bahan. Secara garis besar proses iniadalah mencampurkan bahan penguat ke dalam leburan metal dengan proses pengadukan. Teknik ini mempunyai kelebihan dibanding yang lain yaitu harga relatif murah dan dapat membuat bentuk yang complex.
Campurannya harus dileburkan dengan temperatur yang terkontrol dan bahan SiC ditambahkan pada aluminium yang telah melebur. Temperaturnya harus tetap dikontrol dan dijaga agar tetap diatas temperatur kritis sehingga dapat mencegah pembentukan campuran lain, yang dapat mempengaruhi fluidity larutannya(Sakti, K, 2009).
