perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id commit to user 5 BAB II KAJIAN PUSTAKA A. Kajian Teori dan Penelitian yang Relevan 1. Kajian teori a. Pengecoran (casting) 1) Pengertian Pengecoran Pengecoran adalah suatu proses pembuatan benda kerja dari logam dengan jalan mencairkan logam tersebut pada temperatur tertentu, kemudian dituangkan ke dalam cetakan dan dibiarkan mendingin dan membeku (Wibowo, 2012). Ada 4 faktor yang berpengaruh atau merupakan ciri dari proses pengecoran, yaitu: a) Adanya aliran logam cair ke dalam rongga cetak. b) Terjadi perpindahan panas selama pembekuan dan pendinginan dari logam dalam cetakan. c) Pengaruh material cetakan. d) Pembekuan logam dari kondisi cair. Klasifikasi pengecoran berdasarkan umur dari cetakan yaitu: a) Pengecoran dengan Sekali Pakai (Expendable Mold) Contohnya pengecoran dengan cetakan pasir, karena hanya bisa digunakan satu kali pengecoran saja. Setelah itu cetakan tersebut dirusak saat pengambilan benda coran. Dalam pembuatan cetakan pasir, jenis-jenis pasir yang digunakan adalah pasir silika, pasir zircon, atau pasir hijau. Sedangkan perekat antar butir-butir pasir dapat digunakan bentonit, resin, furan, atau fiberglas. b) Pengecoran dengan Cetakan Permanen (Permanent Mold) Contohnya pengecoran dengan cetakan logam bercampur grafit. 2) Tahapan Pengecoran Secara garis besar urutan proses pengecoran logam memiliki langkah-langkah sebagai berikut:
37
Embed
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id BAB II Pengecoran ...
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
5
BAB II
KAJIAN PUSTAKA
A. Kajian Teori dan Penelitian yang Relevan
1. Kajian teori
a. Pengecoran (casting)
1) Pengertian Pengecoran
Pengecoran adalah suatu proses pembuatan benda kerja dari
logam dengan jalan mencairkan logam tersebut pada temperatur
tertentu, kemudian dituangkan ke dalam cetakan dan dibiarkan
mendingin dan membeku (Wibowo, 2012).
Ada 4 faktor yang berpengaruh atau merupakan ciri dari
proses pengecoran, yaitu:
a) Adanya aliran logam cair ke dalam rongga cetak.
b) Terjadi perpindahan panas selama pembekuan dan pendinginan
dari logam dalam cetakan.
c) Pengaruh material cetakan.
d) Pembekuan logam dari kondisi cair.
Klasifikasi pengecoran berdasarkan umur dari cetakan yaitu:
a) Pengecoran dengan Sekali Pakai (Expendable Mold)
Contohnya pengecoran dengan cetakan pasir, karena hanya bisa
digunakan satu kali pengecoran saja. Setelah itu cetakan tersebut
dirusak saat pengambilan benda coran. Dalam pembuatan cetakan
pasir, jenis-jenis pasir yang digunakan adalah pasir silika, pasir
zircon, atau pasir hijau. Sedangkan perekat antar butir-butir pasir
dapat digunakan bentonit, resin, furan, atau fiberglas.
b) Pengecoran dengan Cetakan Permanen (Permanent Mold)
Contohnya pengecoran dengan cetakan logam bercampur grafit.
2) Tahapan Pengecoran
Secara garis besar urutan proses pengecoran logam memiliki
langkah-langkah sebagai berikut:
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
6
a) Peleburan Logam
Peleburan logam merupakan proses mencairkan logam pada
temperatur tertentu dengan menggunakan energi panas yang
dihasilkan oleh tungku. Dalam pelaksanaannya peleburan logam
ini memerlukan kalor yang sangat tinggi untuk mencairkan logam
tersebut hingga logam mencair pada titik cair logam. Titik cair
dari masing-masing logam berbeda-beda, jadi dalam melakukan
peleburan logam kita harus mempertimbangkan bahan, berat
jenis, titik cair dan koefisien dari bahan yang digunakan untuk
mencairkan logam, yang dapat dilihat pada tabel 2.1. berikut:
Tabel 2.1. Berat Jenis, Titik Cair, dan Koefisien Kekentalan
Bahan Berat Jenis
(g/mm3)
Titik Cair
(00C)
Koefisien kekentalan
(Cm2/det)
Air 0,9982 (20) 0C 0 0,010061
Air raksa 13,56 (20) 0C 38,9 0,00114
Timah
Putih
5,52 (232) 0C 232,0 0,00199
Timah
Hitam
10,55 (440) 0C 327,0 0,00156
Seng 6,27 (420) 0C 420,0 0,00508
Aluminium 2,35 (760) 0C 660,0 0,00508
Tembaga 7,84 (1200) 0C 1.083,0 0,00395
Besi 7,13 (1600) 0C 1.537 0,00560
Besi Tuang 6,9 (1300) 0C 1.170,0 0,00230
(Sumber: Hardi Sudjana. 2008: 179)
b) Pembuatan Pola
Pola adalah suatu model yang memiliki ukuran dan bentuk yang
sama dengan bentuk produknya kecuali pada bidang-bidang
tertentu yang disebabkan oleh faktor-faktor lain seperti bidang
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
7
pisah (parting line), bentuk rongga (cavity), dan proses
pemesinannya yang menyebabkan kesulitan untuk dibentuk
langsung pada pola (Akuan, 2010).
Faktor-faktor tersebut selanjutnya akan diantisipasi dengan
perhitungan penyusutan logam dan toleransi pemesinannya.
Untuk itu ada beberapa faktor yang harus diperhatikan saat
perencanaan pola yaitu bidang pisah, penyusutan pola, dan
kemiringan pola.
Tabel 2.2. Tambahan Penyusutan yang Disarankan
Tambahan Penyusutan Bahan
8/1.000 Besi cor, baja cor tipis
9/1.000 Besi cor, baja cor tipis yang banyak
menyusut
10/1.000 Sama dengan atas dan alumunium
12/1.000 Paduan alumunium, Brons, baja cor
(tebal 5-7 mm)
14/1.000 Kuningan kekuatan tinggi, baja cor
16/1.000 Baja cor (tebal lebih dari 10 mm)
20/1.000 Coran baja yang besar
25/1.000 Coran baja besar dan tebal
(Sumber: Tata Surdia dan Kenji Chijiiwa, 1986: 52)
c) Pembuatan Cetakan Pasir
Cetakan adalah suatu alat pada proses pengecoran yang terbuat
dari suatu material tahan temperatur tinggi (refractory) dan
memiliki suatu rongga dengan bentuk geometri tertentu untuk
dicor dan menghasilkan suatu produk cor yang sesuai dengan
bentuk geometri rongga tersebut.
Mengenai bahan untuk pembuatan cetakan, Akuan berpendapat,
“Pasir hingga saat ini masih mendominasi sebagai material
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
8
cetakan karena pasir memiliki beberapa keuntungan antara lain
mudah didapat dan cukup murah” (2010: 50).
Rangka cetak yang digunakan dalam pembuatan cetakan pasir ada
bermacam-macam yaitu cetakan pasir dengan satu rangka cetak,
cetakan pasir dengan dua rangka cetak, dan cetakan pasir dengan
tiga rangka cetak.
d) Penuangan
Penuangan adalah proses memasukkan cairan logam ke dalam
rongga cetak yang terdapat pada cetakan. Proses penuangan
berlangsung dalam waktu yang pendek. Dalam proses ini logam
cair yang dikeluarkan dari dapur peleburan akan diterima oleh
ladel pembawa dan kemudian dituangkan kedalam cetakan
dengan menggunakan kowi (gayung) penuang. Ladel pembawa
dan kowi penuang tersebut terbuat dari plat baja dan bagian
dalamnya dilapisi dengan batu tahan api (Wibowo, 2012).
e) Pembongkaran dan Pembersihan Coran
Pembongkaran dilakukan setelah logam mengalami pembekuan
dalam waktu tertentu di dalam cetakan. Benda coran diambil dari
cetakan dan pasir-pasir yang menempel dibersihkan, kemudian
untuk saluran turun, saluran masuk, dan penambah yang masih
menempel dilepas dari benda coran dengan cara dipukul
menggunakan palu (hammer).
f) Pemeriksaan Hasil Coran
Pemeriksaan hasil coran dilakukan untuk memelihara kualitas
dari coran, untuk menekan biaya dengan mengetahui terlebih
dahulu produk yang cacat, dan untuk penyempurnaan teknik.
Pemeriksaan coran yang biasa dilakukan adalah pemeriksaan rupa
yang bertujuan untuk meneliti: ketidakteraturan, inklusi retak,
retakan dan sebagainya yang terdapat pada permukaan.
Pemeriksaan cacat dalam yang bertujuan untuk meneliti adanya
cacat seperti rongga udara, rongga penyusutan, inklusi, retakan
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
9
dan sebagainya dalam hasil coran dengan jalan tanpa merusak
atau mematahkan yaitu dengan (sinar radiografi, kekuatan
supersonik, dan magnit). Pemeriksaan bahan yang bertujuan
untuk meneliti ketidakteraturan bahan. Demikian juga dengan
struktur mikro dan sifat-sifat mekaniknya diperiksa sesuai dengan
setiap cara pengujian yang telah ditetapkan (Surdia & Chijiiwa,
1986).
3) Terminologi Pengecoran dengan Cetakan Pasir
Terminologi Pengecoran dengan Cetakan Pasir. Secara umum
cetakan harus memiliki bagian-bagian utama sebagai berikut:
a) Cavity (Rongga Pengecoran)
Merupakan ruangan tempat logam cair yang dituangkan ke dalam
cetakan. Bentuk rongga ini sama dengan benda yang akan di cor.
Rongga cetakan dibuat dengan menggunakan pola.
b) Inti (core)
Fungsinya adalah membuat rongga pada benda coran. Ini dibuat
terpisah dengan cetakan dan dirakit pada saat cetakan akan
digunakan. Bahan inti harus mampu menahan temperatur cair
logam, paling tidak bahannya dari pasir.
c) Sistem Saluran Masuk (Gating System)
Merupakan saluran masuk ke rongga cetakan dari saluran turun.
Gating system suatu cetakan dapat lebih dari satu, tergantung
dengan ukuran rongga cetakan yang akan diisi oleh logam cair.
Gambar 2.1. Geometri Desain Ingate
(Sumber:Abrianto Akuan, 2010: 39)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
10
d) Lubang Penuangan (Saluran Turun Atau Sprue)
Merupakan saluran masuk dari luar dengan posisi vertikal.
Saluran ini juga dapat lebih dari satu, tergantung kecepatan
penuangan yang diinginkan. Akuan (2010) berpendapat,
“Umumnya bentuk sprue mengecil ke bawah dengan kemiringan
2˚-7˚” (hlm. 35).
Besarnya diameter saluran ditentukan berdasarkan berat coran
yang akan digunakan, untuk mengetahui perbandingan antara
berat coran dengan ukuran diameter saluran dapat dilihat pada
tabel 2.3.
Tabel 2.3.Perbandingan Antara Berat Coran dengan UkuranDiameter Saluran
Berat Coran (Kg) Ukuran Diameter/Sprue (mm)
S/100 15-20
100-200 20-23
200-300 23-26
300-500 26-28
400-600 28-30
600-700 30-31
700-800 31-32
800-900 32-33
900-1000 33-34
(Sumber: Hardi Sudjana, 2008: 208)
e) Pengalir (Runner)
Pengali biasanya mempunyai irisan seperti trapesium atau setengah
lingkaran sebab irisan demikian mudah dibuat pada permukaan
pisah, lagi pula pengalir mempunyai luas permukaan yang terkecil
untuk satu luas irisan tertentu, sehingga lebih efektif untuk
pendinginan yang lambat. Pengalir lebih baik sebesar mungkin untuk
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
11
melambatkan pendinginan logam cair. Tetapi kalau terlalu besar
tidak ekonomis.
f) Cawan Tuang (Pouring Basin)
Berupa suatu lekukan pada pasir cetak, di mana logam cair dari
panci tuang (ladle) dituangkan untuk pertama kali. Dari cawan tuang
ini logam cair akan melalui lubang penuang kemudian saluran
pembagi, gate dan akhirnya ke rongga cetakan.
Guna dari cawan tuang ialah untuk menghindari atau paling tidak
mengurangi agar pasir yang terlepas akibat gaya tekan penuangan
tidak masuk terbawa logam cair ke rongga yang merupakan inklusi
terhadap benda kerja yang dihasilkan. Sebenarnya sistem saluran
sudah sedemikian rupa sehingga pasir-pasir yang lepas tersebut
dapat diendapkan sebelum logam cair masuk mengisi rongga
cetakan.
g) Penambah (Raiser)
Merupakan cadangan logam cair yang berguna dalam mengisi
kembali rongga cetakan bila terjadi penyusutan akibat solidifikasi.
Untuk mengenal dan mengerti fungsi sebuah cetakan pasir, maka
digambarkan sebuah cetakan dan bagian-bagiannya.
Gambar 2.2. Nama-Nama Bagian Cetakan
(Sumber: Suhardi, 1992 : 52)
Pengecoran dengan cetakan pasir melibatkan aktivitas-aktivitas
seperti menempatkan pola dalam kumpulan pasir untuk membentuk
rongga cetak, membuat sistem saluran, mengisi rongga cetak dengan
logam cair, membongkar cetakan yang berisi produk cor. Hingga
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
12
sekarang, proses pengecoran dengan cetakan pasir masih menjadi
andalan industri pengecoran terutama industri-industri kecil. Secara
umum pengecoran cetakan pasir membutuhkan hal-hal sebagai berikut:
a) Pasir
Kebanyakan pasir yang digunakan dalam pengecoran adalah pasir
silika (SiO2). Pasir merupakan produk dari hancurnya batu-batuan
dalam jangka waktu yang lama. Alasan pemakaian pasir sebagai
bahan cetakan adalah karena murah dan ketahanannya terhadap
temperatur tinggi. Ada dua jenis pasir yang umum digunakan yaitu
naturally bonded (banks sands) dan synthetic (lake sands), karena
komposisinya mudah diatur, pasir-pasir sintetik lebih disukai oleh
banyak industri pengecoran. Pemilihan jenis pasir untuk cetakan
melibatkan beberapa faktor seperti bentuk dan ukuran pasir. Sebagai
contoh, pasir halus dan bulat akan menghasilkan produk yang mulus
atau halus. Untuk membuat pasir cetak selain dibutuhkan pasir juga
pengikat (bentonit, clay atau lempung) dan air. Ketiga bahan tersebut
diaduk dengan komposisi tertentu dan siap dipakai sebagai bahan
pembuat cetakan.
b) Jenis Cetakan Pasir
Ada tiga jenis cetakan pasir yaitu green sand mold, col-box mold,
dan no-bake mold. Cetakan yang paling banyak digunakan dan
paling murah adalah jenis green sand mold (cetakan pasir basah).
Kata “basah” dalam cetakan pasir basah berarti pasir cetak itu masih
cukup mengandung air atau lembab ketika logam cair dituangkan ke
cetakan itu. Istilah lain dari green sand mold adalah skin dried mold.
Cetakan ini sebelum dituangkan logam cair, terlebih dahulu
permukaan dalam cetakan dipanaskan atau dikeringkan. Karena itu
kekuatan cetakan ini meningkat dan mampu untuk diterapkan pada
pengecoran produk-produk besar. Dalam cetakan kotak dingin (cold-
box mold), pasir dicampur dengan pengikat yang terbuat dari bahan
organik dan anorganik dengan tujuan lebih meningkatkan kekuatan
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
13
cetakan. Akurasi dimensi lebih baik daripada cetakan pasir basah
dan sebagai konsekuensinya, jenis cetakan ini lebih mahal. Dalam
cetakan yang tidak dikeringkan (no bake mold), resin sintetik cair
dicampurkan dengan pasir dan campuran itu akan mengeras pada
temperatur kamar. Karena ikatan antar pasir terjadi tanpa adanya
pemanasan, maka seringkali cetakan ini disebut juga cold-setting
processes. Selain diperlukan cetakan yang tinggi, beberapa sifat lain
dari no-bake mold yang perlu diperhatikan adalah permeabilitas
cetakan (kemampuan untuk melakukan sirkulasi udara atau gas).
c) Pola
Pola merupakan gambaran dari bentuk produk yang akan dibuat.
Pola dapat dibuat dari kayu, plastic atau polimer atau logam.
Pemilihan material pola tergantung pada bentuk dan ukuran produk
cor, akurasi dimensi, jumlah produk cor, dan jenis proses pengecoran
yang digunakan. Jenis-jenis pola diantaranya:
(1) Pola tunggal (One Piece Pattern Atau Solid Pattern)
Biasanya digunakan untuk bentuk produk yang sederhana dan
jumlah produk sedikit. Pola ini dibuat dari kayu dan tentunya
tidak mahal.
(2) Pola terpisah (Split Pattern)
Terdiri dari dua buah pola yang terpisah sehingga akan
diperoleh rongga cetak dari masing-masing pola. Dengan pola
ini, bentuk produk yang akan dihasilkan lebih rumit dari pola
tunggal.
(3) Match-Plate Pattern
Jenis ini yang populer digunakan di industri. Pola terpasang jadi
satu dengan suatu bidang datar, di mana dua buah pola atas dan
bawah dipasang berlawanan arah pada suatu pelat datar. Jenis
pola ini sering digunakan bersama-sama dengan mesin
pembuatan cetakan dan dapat menghasilkan laju produksi tinggi
untuk produk-produk kecil.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
14
d) Inti
Untuk produk cor yang memiliki lubang atau rongga seperti pada
blok mesin kendaraan atau katup-katup biasanya diperlukan inti. Inti
ditempatkan dalam rongga cetak sebelum penuangan untuk
membentuk permukaan bagian dalam produk dan akan dibongkar
setelah cetakan membeku dan dingin. Seperti cetakan, inti harus
kuat, permeabilitas baik, tahan panas dan tidak mudah hancur (tidak
rapuh). Agar inti tidak mudah bergeser pada saat penuangan logam
cair, diperlukan dudukan inti (core prints). Dudukan inti biasanya
dibuatkan pada cetakan. Pembuatan inti serupa dengan pembuatan
cetakan pasir yaitu menggunakan no-bake mold, cold box mold, dan
shell mold. Untuk membuat cetakan diperlukan pola, sedangkan
untuk membuat inti dibutuhkan kotak inti.
4) Sistem Saluran
Saluran tuang dapat diartikan sebagai bagian untuk mengalirnya
logam cair ke rongga cetakan. Bagian-bagian pada sistem saluran ini
terdiri dari cawan tuang, saluran turun (sprue), saluran pengalir
(runner), dan saluran masuk (ingate). Jenis-jenis sistem saluran dapat
dilihat pada gambar 2.3.
Gambar 2.3. Jenis-Jenis Sistem Saluran
(Sumber: Abrianto Akuan, 2010: 33)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
15
a) Saluran Turun
Saluran turun adalah suatu saluran vertical tempat penuangan
logam cair. Secara umum bentuk saluran turun ada beberapa tipe
diantaranya adalah sprue seperti terompet, sprue yang tegak lurus
dengan irisan lingkaran yang memiliki ukuran sama dari atas
kebawah dan sprue dengan irisan yang semakin mengecil dari atas
ke bawah. Standar ukurun sprue tegak lurus seperti yang
ditunjukkan oleh gambar 2.4.
Gambar 2.4. Dimensi Saluran Turun
(Sumber: Abrianto Akuan, 2010: 35)
b) Saluran Pengalir
Pengalir pada umumnya memiliki bentuk trapesium atau setengah
lingkaran. Pengalir sebaiknya sebesar mungkin untuk
melambatkan pendinginan logam cair, akan tetapi jika terlalu
besar maka hasil kurang ekonomis jadi ukuran yang cocok dipilih
sesuai dengan panjangnya seperti gambar 2.5. (Surdia & Chijiiwa,
1986).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
16
Gambar 2.5. Ukuran Pengalir
(Sumber: Tata Surdia & Kenji Chijiiwa, 1986: 67)
c) Saluran Masuk
Gate adalah saluran yang mendistribusikan langsung logam cair
ke dalam rongga produk cor. Ingate harus mudah dipotong untuk
proses pelepasan produk cor. Penentuan lokasi gate pada
prinsipnya ditempatkan pada bagian yang tebal sehingga cairan
logam dapat langsung masuk kedalam cetakan dengan cepat tanpa
tahanan.
Gambar 2.6. Ukuran Gate
(Sumber: TataSurdia & Kenji Chijiiwa, 1986: 77)
Dimana :
H1 < 0,5 H2
W1 > 2H1
P < 8T
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
17
Ruang antara gate, runner dan cetakan yang sempit menyebabkan
cetakan mudah rusak dan ikut mengalir dengan logam cair. Tetapi
apabila ruang terlalu besar, gate menjadi lebih panjang akibatnya
porositas mudah terjadi, Akuan memberikan batasan bahwa gate
yang baik yaitu berjarak min 25 mm (2010).
Gambar 2.7. Ukuran Panjang Ingate yang Baik
(Sumber: Abrianto Akuan, 2010: 42)
b. Pulley
Pulley digunakan untuk mentransmisikan daya dari
batang/poros kebatang/poros lainnya dengan menggunakan sabuk atau
tali. Rasio kecepatan berbanding terbalik dengan diameter pulley
merupakan hal yang mutlak dalam penggunaan pulley, oleh karena
itu dalam memilih diameter pulley perlu dipertimbangkan dengan
sempurna rasio kecepatannya. Pulley harus sempurna dalam
penggunaannya, tali atau sabuk untuk menghubungkan pulley satu
dengan lainnya sejajar dan presisi pada permukaan pulley.
Pulley biasanya terbuat dari besi tuang, baja tuang, kayu dan
kertas. Material tuang memiliki gesekan dan karakteristik bahan yang
baik. Pulley yang dibuat dari besi tekan (press) lebih ringan
dibandingkan terbuat dari besi tuang, tapi permukaan pulley kurang
memiliki gesekan.
Pulley umumnya terbuat dari besi tuang, karena membutuhkan
biaya yang kecil. Lingkaran bibir pulley ditahan dari tengah pulley
dengan menggunakan lengan atau jeruji. Jeruji dapat berbentuk lurus
atau kurva dan jeruji menyilang digunakan untuk pulley elips (Khurmi
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
18
dan Gupta, 2005).
Gambar 2.8. Pulley Besi Cor
(Sumber: R.S. Khurmi dan J.K. Gupta, 2005: 716)
Pulley besi tuang umumnya berbentuk lingkaran. Pada bibir
pulley terdapat celah untuk meletakkan tali/sabuk (crowning). Celah
tersebut dimaksudkan agar sabuk mempunyai tegangan yang tetap dan
tetap ditengah pulley disaat bergerak/berputar.
c. Besi Cor
Besi cor adalah logam besi yang mengandung kadar karbon
yang secara praktis terikat antara 2%-6,67% (Sixtiyas, 2011).
Besi cor yang berada di daerah outektik yaitu besi cor dengan
kadar karbon 2%-4,3% disebut besi cor hipoeutektik dan besi cor dengan
kadar karbon 4,3%-6,67% disebut besi cor hipereutektik. Bukan hanya
unsur karbon yang ada di besi cor akan tetapi besi cor juga mengandung
unsur silikon, mangan, phospor, belerang dan unsur lain. Dan besi cor ini
mempunyai suhu cair yang relatif rendah (1200˚C). Selain itu besi cor
mempunyai temperatur tuang antara 1250˚C-1450˚C.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
19
Tabel 2.4. Temperatur Tuang Jenis-Jenis Logam
Jenis Logam Temperatur Tuang (˚C)
Paduan Ringan 650-750
Tembaga 1100-1250
Kuningan 950-1100
Besi Cor 1250-1450
Baja Cor 1500-1550
(Sumber: Tata Surdia dan Kenji Chijiiwa, 1986 : 109)
1) Macam-macam Besi Cor
Macam-macam besi cor dapat dibagi menjadi beberapa bentuk yaitu:
a) Besi Cor Kelabu
Adalah besi cor dengan kadar silikon yang tinggi (± 2% Si)
membentuk grafit dengan mudah sehingga Fe3C tidak
terbentuk. Dalam hal ini karbon di dalam bahan ini berbentuk
lamel-lamel grafit pada waktu membeku. Lamel-lamel itu
berbentuk seperti dedaunan dan patahan dari suatu besi terlihat
grafit yang berbentuk lamel kecil memberikan warna kelabu
pada permukaan patahnya, maka disebut besi cor kelabu. Besi
cor kelabu sangat rendah keuletannya karena adanya serpihan
karbon, akan tetapi dengan adanya serpih-serpih ini besi cor
kelabu merupakan peredam getaran yang baik.
b) Besi Cor Nodular
Grafit yang terdapat dalam logam berbentuk bulatan sehingga
disebut besi cor nodular. Hal tersebut terjadi bila ditambahkan
magnesium pada cairan besi cor. Dibandingkan dengan grafit
yang mempunyai bentuk serpih seperti daun, grafit berbentuk
bulat atau nodular mempunyai derajat konsentrasi tegangan
yang sangat kecil, sehingga kekuatan besi cor menjadi lebih
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
20
baik. Sifat besi cor nodular mempunyai keuletan yang baik,
ketahanan korosi dan ketahanan panas yang baik pula.
c) Besi Cor Putih
Dengan kadar silikon yang rendah dan kecepatan pendinginan
yang tinggi, karbon di dalam besi tuang pada waktu pembekuan
tidak dipisahkan menjadi karbon bebas sehingga jadi grafit dan
bersenyawa dengan besi yang disebut sementit. Permukaan
patahnya bila logam dipatahkan akan terlihat berwarna putih
karena tidak adanya lamel-lamel grafit. Besi cor putih sangat
keras, getas dan tahan aus.
d) Besi Cor Mampu Tempa
Besi cor mampu tempa digolongkan menjadi besi cor mampu
tempa perapian putih dan besi cor mampu tempa perapian hitam.
Besi cor perapian putih mempunyai kandungan silikon yang
rendah dan belerang yang tinggi. Dan besi cor perapian hitam
mempunyai kandungan silikon yang tinggi dan belerang yang
rendah. Besi cor perapian putih dibuat dengan proses
penghilangan karbon pada besi cor putih, sehingga kulitnya
berubah menjadi ferit dan struktur dalamnya terdiri dari matriks
perlit dengan karbon yang bulat. Dan besi cor perapian hitam
dibuat dengan melunakkan besi cor putih tetapi sementit terurai
menjadi ferit dan grafit sehingga patahannya menjadi hitam.
2) Pembekuan Besi Cor
Dimulai dari besi cor cair hipoeutektik atau hipereutektik
didinginkan, akan membeku menjadi kristal berupa austenit primer
atau grafit primer setelah sampai kepada garis cair. Pendinginan
terus berlanjut dan setelah sampai temperatur eutektik, fase berupa
grafit-austenit menginti dan tumbuh di sekitar kristal primer.
Pada saat ini grafit tumbuh ke segala arah dengan menyentuh cairan
dan membentuk cabang-cabang sesuai dengan laju pertumbuhannya,
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
21
dan sebagai akibatnya akan terbentuk kumpulan eutektik yang
hampir menyerupai bentuk bola. Ini dinamakan sel eutektik.
Dalam batas sel eutektik ini berkumpl cairan yang mempunyai titik
rendah yang mengandung unsur-unsur lain yang kemudian beku, jadi
selanjutnya pembekuan berakhir. Sehingga struktur dari besi cor
terdiri dari grafit yang berbentuk serpih-serpih berada pada matrik
besi. Dalam cor besi apakah akan terbentuk grafit atau sementit
tergantung pada laju pendinginan dan juga sangat dipengaruhi oleh
komposisi kimia.
Gambar 2.9. Pembekuan Struktur Besi Cor
(Sumber: Tata surdia dan Shinroku saito, 1999: 114)
3) Struktur Besi Cor
Struktur dasar besi cor terdiri atas grafit, ferit, sementit, dan perlit.
Struktur ini terbentuk sewaktu besi cor mengalami pendinginan dan
pembekuan (Surdia & Chijiiwa, 1986).
a) Grafit
Grafit adalah satu bentuk kristal karbon yang lunak dan rapuh,
mempunyai kekerasan brinell kira-kira 1, kekuatan tariknya
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
22
kira-kira 2 kgf/ dan berat jenisnya kira-kira 2,2. Dalam
struktur besi cor biasa 85 % dari kandungan karbon berbentuk
sebagai grafit. Dalam struktur mikro, ada berbagai bentuk dan
ukuran dari potongan-potongan grafit, yaitu halus dan besar,
serpih atau asteroid, bergumpal atau bulat. Keadaan potongan-
potongan grafit ini memberikan pengaruh yang besar terhadap
sifat-sifat mekanik besi cor. Sebagai contoh besi cor kelabu
yang mengandung 3,6 % karbon dan 2,1 % silisium, mempunyai
serpih-serpih grafit dengan kekuatan tarik 18 kgf/ ,
sedangkan besi cor bergrafit bulat yang mempunyai kandungan
karbon dan silisium yang sama dan berkekuatan tarik 55 sampai
70 kgf/ . Perbedaan ini disebabkan oleh perbedaan bentuk
dari potongan-potongan grafit, dimana serpih-serpih grafit
mengalami pemusatan tegangan pada ujung-ujungnya, kalau
suatu gaya bekerja tegak lurus pada arah serpih, sedangkan
grafit bulat tidak mengalami hal tersebut (Surdia & Chijiiwa,
1986).
b) Ferit
Ferit didefinisikan sebagai larutan pada temperatur normal yang
mempunyai bentuk kristal kubus pemusatan ruang dan besi dan
mengandung sejumlah kecil karbon. Oleh karena itu ferit relatif
lunak, liat dan cukup kuat. Kekerasan ferit adalah 100 sampai
140 kekerasan brinell. Ferit dalam besi cor adalah ferit-silisium
yang liat tetapi tidak diinginkan dalam jumlah yang banyak
karena apabila berlebihan akan merusak sifat-sifatnya (Sixtiyas,
2011).
c) Sementit
Struktur sementit ( C) merupakan unsur dasar yang paling
keras yaitu memiliki 650 kekerasan brinell, tetapi juga sangat
ampuh karena kandungan karbonnya yang tinggi. Sementit tidak
membentuk matriks sendirian tetapi terpisah dalam matrik atau
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
23
membentuk struktur eutektik dengan ferit, atau tersisihkan
sebagai stedit bercampur dengan fosfida besi. Sementit sangat
keras dan merusak mampu mesin, sehingga pengendapan
sementit lebih baik dihindari kecuali untuk mendapatkan sifat
tahan aus.
d) Perlit
Perlit adalah struktur yang berbentuk lapisan dan ferit yang liat
dan sementit yang keras dan getas. Sifat perlit ulet dan baik
sekali ketahanan ausnya, serta cukup keras yaitu memiliki 200
sampai 230 kekerasan brinell, sehingga untuk besi cor kelas
tinggi perlu mempunyai matrik perlit. Kandungan perlit dalam
besi cor tergantung pada kadar grafit pada besi.
e) Steadit
Steadit disisihkan dalam bentuk luar biasa dalam matrik perlit.
Steadit adalah eutektik temer dari besi γ, sementit dan fosfida
besi (F C) yang sangat keras. Titik cairnya 950˚C sehingga
cenderung tersisih di daerah pembekuan akhir kadang-kadang
besi cor dibuat supaya mempunyai kandungan fosfor yang tinggi,
tetapi apabila terlalu banyak akan menyebabkan rapuh.
4) Pengaruh Kandungan Unsur pada Struktur Besi Cor
Besi cor adalah paduan besi yang mengandung karbon, silikon,
mangan, fosfor, belerang, dan unsur yang lain. Yang mana setiap
unsur memiliki pengaruh yang besar terhadap besi cor. Adapun
pengaruh itu adalah:
a) Pengaruh Karbon dan Silikon
Karbon dan silikon mempunyai pengaruh paling besar pada besi
cor. Dengan meningkatnya kadar karbon akan mengalami
penurunan kekuatan tarik, kekuatan lentur juga regangan pada
besi cor. Akan tetapi silikon meningkatkan kekuatan dari ferit
dalam besi cor. Dan dengan silikon dapat dicapai suhu cair
eutektik yang rendah sesuai dengan kadar karbon 2% sampai
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
24
dengan 3.5% yang akhirnya silikon mengakibatkan dekomposisi
karbida menjadi besi dan grafit. Silikon yang banyak cenderung
membuat besi cor kelabu.
b) Pengaruh Mangan
Mangan tidak memberikan pengaruh yang sungguh-sungguh pada
struktur kecuali untuk kandungan silikon yang rendah. Mangan
mencegah penggrafian dan menggalakkan kestabilan sementit dan
larut di dalamnya. Mangan membuat butir-butir halus yang
perlitis dan mencegah pengendapan ferlit, sehingga dikehendaki
penambahan mangan untuk mendapat strukur yang hanya perlit
dan grafit.
c) Pengaruh Fosfor
Dalam besi cor fosfor berbentuk stedit atau kristal eutektik dan
fosfida besi. Fosfor mencegah pengendapan grafit dan kalau
kandungannya lebih dari 100% sementit kasar timbul pada
ledeburite. Struktur ini tidak menjadi halus meski dalam keadaan