Optimalisasi Pencapaian Target Komposisi Pada Pembuatan Baja SKD 61 Melalui Penggunaan Scrap Besi Cor, (lwan Setyadi)
OPTIMALlSASI
PENCAPAIAN TARGET KOMPOSISI PADA
PEMBUATAN BAJA SKD 61 MELALUI PENGGUNAAN
SCRAP BESI COR
Iwan Setyadi
Pusat Teknologi Industri Proses,
Deput
i
Teknologi Industri Rancang Bangun dan Rekayasa
BPPT
Abstract
Until at the moment, the tool steel especially SKD
61
is import product that made by steel making processes,so
its price is enough expensive. Indonesia has some small industries (IKM) center of casting; ones potential of them is in eeper-Klaten.In the frame of IKM improvement, it had developed process technology to make tool steel (SKD
61)
by foundry processes. The accurate material balance design with using return product of IKM (iron casting scrap) has been success to make tool steel SKD61
that suitable with SKD61
chemical composition standard from JIS. Using iron casting scrap is better than using pure carbon material (carburizer), especially for carbon percentage target achievement.Kata kunci
:
Optimalisasi,
baja SKD 61,
scrapbesi cor
PENDAHULUAN
Salah satu jenis
baja
paduan yang
banyak digunakan dalam industri manufaktur
adalah jenis baja perkakas
(tool steel).Baja
ini dalam implementasinya digunakan untuk
cetakan
(dies)atau pahat
(tools)seperti pada
die casting, plastic injection, pressmaupun
tempa, dan
deep drawing.Baja perkakas mempunya
i
karakteristik
khusus antara lain tahan terhadap abrasi,
tahan terhadap beban kejut, tahan terhadap
temperatur tinggi, tahan terhadap distorsi dan
mempunyai kemampuan
memotong yang
tinggi.
Karena baja perkakas juga masuk ke
dalam
kelompok
baja
spesial,
maka
harganya pun
lebih
mahal
dibandingkan
dengan baja karbon biasa, yaitu
2-9 kali
harga baja karbon.
Hal disebabkan karena
bahan baku pembentuk baja tersebut juga
menggunakan unsur paduan yang cukup
mahal seperti chrom (er), molybdenum (Mo)
dan proses teknologinyan lebih komplek
.
Disamping itu sampai saat ini pasokan baja
perkakas di Indonesia hampir seluruhnya
masih impor
.
Salah satu jenis
tool steelyang banyak
dipakai oleh industri manufaktur adalah jenis
SKD 61 (JIS) atau H13 (AISI) untuk aplikasi
pada
die castingmaupun
pada
proses
ISSN 1410-3680penempaan
(forging).Pada
proses
manufaktur tersebut, jenis baja ini digunakan
untuk
cetakan
(dies).Baja
ini
memiliki
kekuatan
&ketangguhan
serta
sifat
kekerasan yang baik dan juga cocok untuk
proses pengerjaan panas
(hot working).Sebagai upaya mengembangkan produk
subsitusi
impor
dan
sekaligus
memberdayakan industri kecil pengecoran,
maka
telah
dilakukan
penelitian
dan
pengembangan produk baja cor yang setara
dengan baja SKD 61 yang memanfaatkan
bahan baku srap dan unsur paduan lainnya.
Dalam
tulisan
ini
dibahas
upaya
penelitian dan pengembangan yang terkait
optimalisasi
pencapaian
target
komposisi
(khususnya kadar karbon) dalam pembuatan
.
.
.
....
baja cor yang setara dengan baja SKD 61
dengan
menggunakan
scrapbesi
cor
menggantikan
material
karbon
murni
(carburizer), terutama dalam hal pencapa
i
n
kandungan karbon (e).
TINJAUAN PUST AKA DAN METODE Tinjauan Pustaka
Baja Perkakas Tahan Panas
Baja perkakas tahan panas
(hot work tool steel)dikembangkan
untuk
memenuhi
1
M.P.I.Vol.1 NO.3.Desember 2007.1-7
kebutuhan operasi manufaktur yang melibatkan kombinasi panas. tekan dan abrasi. Kandungan utamanya adalah karbon, yang memiliki prosentase karbon tingkat medium (0,35-0,45%). Kandungan lain yang membantu pemenuhan sifat-sifat yang diminta adalah chromium (Cr), tungsten (W), molybdenum (Mo) dan vanadium (V) yang jumlah keseluruhannya sekitar 6-25%.
Baja ini memiliki red hardness yang baik dan akan tetap memiliki kekerasan yang tinggi (- 50 HRC) setelah sekian lama berada pad a temperatur 500 - 550 QC. Lima persen krom yang bergabung dengan silikon memberikan perlindungan terhadap oksidasi pad a kondisi tersebut.
Aplikasi untuk :hot work tool steel diantaranya sebagai bahan baku komponen (part) untuk die casting atau ekstrusi aluminium dan magnesium, plastic injection molding, compression and transfer maId.
Adapun jenis yang paling ban yak digunakan sebagai material cetakan adalah tipe cromium hot work tool steel, khususnya H 13 (AISI) yang setara dengan SKD-61 (JIS).
Komposisi Kimia Standar JIS Untuk SKD 61
Salah satu standarisasi material jenis logam~ang banyak digunakan dalam industri adalah JIS (Japan Industrial Standart), disamping standar lain seperti AISI (American Iron and Steel Institute).
Tabel1. Komposisi Kimia SKD 61 Berdasarkan JIS Komposisi % C 0,32 - 0,42 Si 0,80 - 1,20 Mn Max.0,5 P Max.0,03 S Max.0,03 Cr 4,50 - 5,50 Mo 1,00-1,50 V 0,80 - 1,20
JIS mengeluarkan standarisasi komposisi kimia untuk jenis baja cetakan tahan panas SKD 61 dalam batasan interval komposisi yang cukup berarti, sehingga dalam pembuatannya ada fleksibilitas. Pada Tabel 1 berikut dapat dilihat prosentase komposisi
kimia yang disyaratkan oleh JIS untuk SKD 61.
Bahan dan Metode
Pemilihan Alat Bahan Baku 1.Steel scrap.Carburizr& Paduan
2.Steelscrap.Return FCD Scrap.& Paduan
Perancangan Material Balance SKD 61
-Uji Komposisi
Gambar 1.
Metode Penelitian
Sesuai dengan skema yang terdapat pada Gambar 1, tahapan penelitian yang dilakukan untuk membuat produk baja cor setara SKD 61, adalah sebagai berikut :
a) Pemilihan bahan baku yang akan dilebur.
Bahan baku yang digunakan sebagian besar sama, yaitu scrap baja dan unsur paduan yang berupa Fe-Si, Fe-Mn, Fe-Cr, Fe-V, dan Fe-Mo.
Sedangkan bahan baku yang berbeda adalah bahan baku pembentuk kadar karbon dalam baja, dalam hal ini:
«
Alternatif pertama dengan carburizer (berupa serbuk karbon 90%).«
Alternatif kedua dengan scrap besi cor nodular (FCD scap).b) Uji Komposisi.
Uji komposisi dilakukan terhadap bahan baku yang akan digunakan. Komposisi kimia yang benar akan mempermudah penyusunan material balance.
Optimalisasi Pencapaian Target Komposisi Pada Pembuatan Baja SKD 61 Melalui Penggunaan Scrap Besi Cor, (Iwan Setyadi)
c) Pengelompokan bahan baku.
Pengelompokan bahan baku didasari
pad a hasil uji komposisi kimia.
Pengelompokan ditujukan untuk
mempermudah dan menghindari
keraguan dalam proses charging.
d) Perancangan material balance
Kapasitas tungku induksi yang digunakan
dalam perancangan ini adalah 290 kg.
Sedangkan looses yang dimaksud
meliputi looses cairan dan looses unsur
paduan.
Komposisi target harus ditentukan
terlebih dahulu guna mendapatkan
perhitungan analisa komposisi lade!.
Sedangkan perhitungan awal dimulai dari
unsur paduan dengan target komposisi
yang paling besar. Disamping itu hasil
perhitungan analisa komposisi ladel
harus berada dalam batasan interval
prosentase yang disyaratkan oleh
standar JIS untuk SKD 61.
e) Proses peleburan.
Karakteristik tungku induksi yang akan
digunakan dan ketersediaan energi listrik
yang ada menjadi perhatian dalam
proses peleburan . Penimbangan berat
HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil
a) Produk Hasil Pengecoran
bahan baku yang sesuai dengan
perhitungan material balance sebelum
charging juga merupakan salah satu
faktor yang sangat menentukan.
Dilakukan 2 kali proses peleburan.
Peleburan pertama menggunakan
material karbon murni (carburizer),
sedangkan peleburan kedua dengan
menggunakan scrap besi cor nodular
disamping bahan baku lainnya.
f) Pengujian komposisi
Setelah semua bahan baku lebur dan
sebelum proses penuangan (tapping),
dilakukan uji komposisi cairan. Peranan
uji komposisi di sini sangat penting untuk
membuktikan kesesuaian perancangan
material balance dengan komposisi
cairan yang dibuat.
g)
AnalisisAnalisa yang dilakukan ditekankan pada
pencapaian target komposisi kimia yang
sesuai dengan standar SKD 61 dan
bagaimana hubungannya dengan kedua
jenis bahan baku yang digunakan.
(a) (b)
Gambar 2.
Foto Produk Hasil Pengecoran
(a) Berupa Bakalan Berbahan Baku Carburizer,
(b) Berupa Prototipe Plunger Sleeve Berbahan Baku Scrap Besi Cor
M.P.I. Vol.t NO.3. Desember 2007, 1 - 7
b) Hasil Uji Komposisi Kimia Bahan Baku
Tabel2. Komposisi Kimia
Nama Komposisi Kimia (%)
Material C Si Mn P S Cr Mo V Steel Scrap BK 2 0.036 0.050 0.209 0.013 0.009 0.015 0.003 0.001 Ret. Scrap (FCD) 3.596 1.237 0.291 0.011 0.002 0.030 0.013 0.002 Carburizer 90.000 Fe Mn HC 6.500 1.000 65.000 0.400 0.020 Fe Mn LC 0.457 67.000 Fe Si 0.120 70.000 Fe Mo LC 0.120 65.000 Fe Cr He 7.000 1.500 0.040 0.015 65.000 Fe Cr LC 0.640 70.000 FeV 0.200 75.000 Nickel Copper CaSi 0.100 55.000
c) Material Balance SKD 61 (Menggunakan Carburizer) Tabel3.
Material balance SKD 61 (menggunakan carburizer)
Noma Berat Komposisi Kimia
(%)
Material
%
KgC
Si MnP
S
Cr MoV
Steel Scrap 88.049 255.341 0.032 0.044 0.184 0.011 0.008 0.013 0.003 0.001 ReI.Scrap (FCD) 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 Carburizer 0.328 0.950 0.295 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 FeMn LC 0.492 1.428 0.002 0.000 0.330 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 Fe Si 1.138 3.300 0.001 0.797 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 Fe Mo LC 1.838 5.331 0.002 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 1.195 0.000 Fe Cr LC 6.828 19.800 0.044 0.000 0.000 0.000 0.000 4.779 0.000 0.000 FeV 1.328 3.850 0.003 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.996 Total 100.000 290.000 0.379 0.841 0.514 0.011 0.008 4.793 1.198 0.997 Losses cairan 3.000 8.700 Estimate Losses -10.000 -5.000 -10.000 -0.500 -0.500 -5.000 -5.000 -5.000 unsur Total -0.038 -0.042 -0.051 0.000 0.000 -0.240 -0.060 -0.050 losses Ladle0.
3
41
0.799
0.463
0.0
11
0
.
008
4.
55
3
1.1
3
8
0.9
4
7
Analysis Foundry0.340
0.800
0
.
500
0
.
030
0.030
5.000
1.250
1
.
000
Target max. max. max.
JIS 281.300 0.320 0.800 0.500 0.030 0.030 4.500 1.000 0.800
Optimalisasi Pencapaian Target Komposisi Pada Pembuatan Baja SKD 61 Melalui Penggunaan Scrap Besi Cor, (Iwan
Setyadi)
d) Material Balance SKD 61 (Menggunakan FCD scrap)
Tabel4.
Material Balance SKD 61 (menggunakan FCD scrap)
Nama Berat Komposisi Kimia
(%)
Material
%
Kg C Si MnP
S Cr MoV
Steel Scrap 80.078 232.225 0.029 0,040 0.167 0.010 0.007 0.012 0.002 0.001 Re!. Scrap (FCD) 8.791 25.495 0.316 0.109 0.026 0.001 0.000 0.003 0.001 0.000 Fe Si 1.138 3.300 0.001 0.797 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 Fe Mo LC 1.838 5.330 0.002 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 1.195 0.000 Fe Cr LC 6.828 19.800 0.044 0.000 0.000 0.000 0.000 4.779 0.000 0.000 FeV 1.328 3.850 0.003 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.996 Totol 100.000 290.000 0.395 0.945 0.193 0.011 0.007 4.794 1.198 0.997 Losses cairan 3.000 8.700 Estimate Losses -10.000 -5.000 -10.000 -0.500 -0.500 -5.000 -5.000 -5.000 unsur Total -0.039 -0.047 -0.019 0.000 0.000 -0.240 -0.060 -0.050 losses Ladle0.355
0.898
0.174
0.011
0.007
4.554
1.138
0.947
Analysis Foundry0.340
0.800
0.500
0.030
0.030
5.000
1.250
1.000
Target max. max. max.
JIS 281.300 0.320 0.800 0.500 0.030 0.030 4.500 1.000 0.800
Target 0.420 1.200 mox. mox. mox. 5.500 1.500 1.200
Tabel5.
Hasil Uji Komposisi Kimia Cairan Bakalan SKD 61 Yang Dibuat dan Perbandingannya
Dengan Standar JIS beserta Ladel Analysis
Nama Komposisi Kimia
("la)
Material C Si Mn P S Cr Mo V Bakalan SKD61 0.289 0.77 0.484 0.0165 0.0153 5.25 1.35 0.954 (Carburizer) Ladel Analisis 0.341 0.99 0.463 0.011 0.008 4.553 1.138 0.947 -c., Bakalan SKD61 0.41 0.87 0.17 0.025 0.001 4.69 1.15 0.99 (FCD Scrap) Ladel Analisis 0.355 0.898 0.174 0.011 0.007 4.554 1.138 0.947
SKD 61 (JIS) 0,32 - 0,42 0,80 - 1,20 Max.0,5 Max.0,03 Max.0,03 4,50 - 5,50 1,00-1,50 0,80 -1,20
Pembahasan
Banyak faktor yang mempengarui
kualitas produk cor jenis baja perkakas
setara dengan SKD 61. Mulai dari kualitas
bahan baku yang telah diuji komposisi
kimianya, perancangan material balance
serta prosedur pelaksanaan (SOP)
peleburan dan penuangan.
Dalam riset yang telah dilakukan,
semua prosedur yang meliputi pengujian
komposisi kimia bahan baku (Ta bel 2) dan
M.P.I. Vol.1 NO.3. Desember 2007, 1 - 7
perancangan material balance (Tabel 3 & 4)
telah dilaksanakan sesuai prosedur. Pada
riset ini yang diteliti adalah perbandingan
kualitas produk cor setara SKD 61 yang
dibuat dengan menggunakan carburizer
maupun menggunakan besi cor skrap (FCD
scrap), terutama terkait dengan pencapaian
komposisi kimia khususnya kandungan
karbon (C).
Dari hasil riset terlihat bahwa pengaruh
penggunaan jenis bahan baku ikut berperan
dalam pencapaian target komposisi kimia
produk cor yang dihasilkan, disamping faktor
lain, seperti keakuratan komposisi material
bahan baku itu sendiri.
Dalam pembuatan baja perkakas cor
setara SKD 61 (JIS), diketahui bahwa
pengunaan FCD scrap lebih baik
dibandingkan dengan carburizer sebagai
bahan baku utama pembentuk kandungan
karbon, dengan catatan bahwa komposisi
kimia masing-masing bahan baku telah diuji
dan perancangan material balance telah
dilakukan dengan benar.
6 I:
.•
~ 3"
"
I:.•
~ 2 ·o~~--~~~~~~~~~ \ C·SiMl PS CrMoV • / Komposisi Kimia Gambar 3.Grafik Komposisi Kimia
Produk Baja Perkakas Cor
(Pakai Carburizer, Pakai FCD'Scrap, dan
standar minimum JIS)
Dari Tabel 5 dan Gambar 3 diketahui bahwa
penggunaan FCD scrap dapat mencapai
kandungan karbon sebesar 0,41 % yang
berarti masuk interval kandungan karbon
yang disyaratkan JIS yang berkisar 0,32
-0,42%. Capaian inipun melebihi ladel
analisis (hasil rancangan material balance)
yang hanya 0,355%. Sedangkan bila
menggunakan karburizer capaian karbon
yang diperoleh hanya 0,289
%
.
Capaian inilebih rendah 0,031% dari syarat minimum
kandungan C yang dikeluarkan oleh JIS dan
juga tidak mencapai rancangan material
balance (Iadel amalisis) yang dibuat yaitu
sebesar 0,341% C. Sementara itu capaian
unsur kimia yang lain dapat dipenuhi oleh
kedua jenis bahan baku, FCD scrap
maupun carburizer. Semua dapat dilihat
jelas pad a Tabel 5 dan Gambar 3.
Tidak tercapainya target kandungan
karbon yang dihasilkan dari bahan baku
carburizer diduga adanya looses karbon
pada saat proses peleburan/charging
berlangsung. Penambahan carburizer (90%
C) pada saat temperatur yang tinggi,
menyebabkan ada karbon yang hilang
karena sebagian habis terbakar. Oleh karena
jumlah keseluruhan material tetap
sedangkan ada sebagian karbon yang
terbakar, sehingga menyebabkan ada unsur
lain yang prosentase jumlahnya mengalami
kenaikan.
Kejadian akan berbeda kalau
menggunakan besi cor skrap (FCD scrap).
Karbon yang digunakan bukan karbon murni
tetapi berupa grafit yang terselubung di
dalam besi cor itu sendiri, sehingga efek
looses karena terbakar pada saat charging
dapat dihindari
Secara umum capaian kandungan
karbon akan mempengaruhi nilai kekerasan
(hardness) produk cor. Apabila target
capaian komposisi karbon as-cast baja
setara SKD 61 tidak terpenuhi, maka target
nilai kekerasannyapun tidak akan pernah
optimal didapat, walaupun dalam keadaan
telah dilakukan proses laku pan as
hardening
&
tempering.KESIMPULAN
• Kualitas produk baja perkakas setara
-... SKD 61 ditentukan oleh bahan baku
yang telah diuji komposisi kimianya,
perancangan material balance serta
prosedur pelaksanaan (SOP) peleburan
dan penuangan.
• Penggunaan besi cor skrap (FCD scrap)
dalam pembuatan baja perkakas setara
SKD 61 terbukti optimal dalam
memenuhi target kandungan karbon
sesuai standar JIS dibandingkan
Optima.lisasi Pencapaian Target Komposisi Pada Pembuatan Baja SKD 61 Melalui Penggunaan Scrap Besi Cor, (Iwan Setyadi)
DAFTAR PUST AKA RIWAYAT PENULlS
1. Mangonon,P.L., The Principles of
Materials Selection for Engineering Design, Prentice-Hall International, Inc., London, 1999.
2. Smith,W.F., Principles of Materials
Science and Engineering, Third Edition, McGraw-Hill,1997.
3. Kalpakjian,S., Manufacturing
Engineering and Technology,
Addison-Wesley Publishing Company, Canada,
1998
4. . , Alloy Tool Steel,
Standardization JIS, 1983
Iwan Setyadi, lahir di Bukittinggi pada 28
Oktober 1969. Menamatkan pendidikan S1
di ITS Surabaya dalam bidang Teknik Mesin,
kekhususan Metalurgi tahun 1993 dan S2 di
Universitas Indonesia dalam bidang Teknik
Metalurgi, kekhususan Metalurgi Manufaktur
tahun 2001. Saat ini bekerja sebagai staf
Pusat P2TIP, Deputi Teknologi Industri
Proses Rancang Bangun dan Rekayasa.
Penulis merupakan peneliti utama pada
kegiatan Program Unggulan Pemberdayaan
IKM Pengecoran untuk Pengembangan Baja
Cetakan.
