kuliah pengecoran

Pengecoran logam Dr. Ir. Koswara MSc

‫ﻗﺴﻮر‬ 1

Bab. 1. Pendahuluan •

Pengecoran adalah proses pembuatan produk dari logam cair, langsung menjadi produk jadi. – Dalam bahasa Inggris proses ini disebut Foundry

•

Syarat agar logam mampu dicor dengan baik – Ditunjukkan dengan mampu alir atau fluiditas yang tinggi

•

Logam yang umum dicor adalah: – – – – –

Besi cor Aluminium Tembaga Magnesium Zinc

2


Jenis jenis engecoran: – – – – – –

Sand casting Permanent mold gravity casting Investment casting Tixo forming High Pressure Die Casting Centrifugal casting

3

Bab. 1. Pendahuluan Logam cor yang paling banyak dipakai adalah: • Besi cor ductile • Besi cor kelabu: – – – – – – – – –

•

Construction castings Motor vehicles Farm equipment Engines Refrigeration and heating Construction machinery Valves Soil pipe Pumps and compressors

Besi cor maleable – – – – – –

Motor vehicles Valves and fittings Construction machinery Railroad equipment Engines Mining equipment

– – – – – – – –

•

Pressure pipe Motor vehicles Farm machinery Engines Pumps and compressors Valves and fittings Metalworking machinery Construction machinery

Baja – – – – –

Railroad equipment Construction equipment Mining machinery Valves and fittings General and special industrial machinery – Motor vehicles – Metalworking machinery

4


Aluminium: – – – – – – – – –

•

Auto and light truck Aircraft and aerospace Other transportation Engines Household appliances Office machinery Power tools Refrigeration, heating, air conditioning

Magnesium – – – –

Power tools Sporting goods Anodes Automotive

•

Tembaga: – – – – – – –

•

Valves and fittings Plumbing brass goods Electrical equipment Pumps and compressors Power transmission equipment General machinery Transportation equipment

Zinc – – – – –

Automotive Building hardware Electrical components Machinery Household appliances

5

Bab. 1. Pendahuluan

Turbin Pelton, stainless steel, 35 ton

Blok mesin, 12 silinder, besi cor kelabu

Transmision case, Die casting, aluminium

Clamp, ductile iron

Video Camera case,

Door handle,

Die casting, Magnesium

Die casting, Zinc

6

Bab. 1. Pendahuluan

Control Arm, Nodular cast iron

Control Arm, Nodular cast iron

housing, cmpacted graphite cast iron

7

Bab. 2. Pembekuan pada logam

Perubahan bentuk dari es menjadi air

Pembekuan pada logam murni dan pada logam paduan

Pembekuan dan pencairan pada logam murni

8


Diagram fasa pada logam yang saling melarutkan dan kurva pembekuan 9


Pembekuan dua tahap logam paduan

Penyusunan diagram fasa berdasarkan kurva pembekuan Titik 1 dan 5 adalah logam murni, Titik 4 adalah eutektik Titik 4 adalah titik dengan temperatur pembekuan paling rendah 10

Bab. 2. Pembekuan pada logam eutektik

Diagram fasa dua unsur yang memiliki eutektik

Diagram skematis terbektuknya struktur eutektik

Struktur eutektik Al-Al2Cu dg orientasi berbeda 11 ASM Metals handbook vol 15

Bab. 2. Pembekuan pada logam Bererapa struktur eutektik

Struktur eutektik besi cor kelabu

Struktur eutektik besi cor nodular

Struktur eutektik huruf cina (chinese script) Mg2Sn pada matrix Mg

12 ASM Metals handbook vol 15


Diagram Fe-Fe3C

Diagram Fe-Fe3C dengan pengaruh 2,5% Si CASTING ALUMINIUM ALLOY

13


Diagram fasa Al dengan beberapa unsur paduan

CASTING ALUMINIUM ALLOY

14


Pembentukan struktur kolumnar saat pembekuan pada logam murni

REF. FOUNDRY TECHNOLOGY

15


Tiga jenis bentuk struktur bekuan logam


16

Bab. 2. Pengaruh Kecepatan Pembekuan

Pengertian undercooling

TE = Temperatur equilibrium (pembekuan) pada komposisi tertentu T = Temperatur Logam pada jarak tertentu


17


Perbedaan komposisi antara fasa padat dan fasa cair saat pembekuan

Akibat dari komposisi naik (point 2), maka, TE turun, makin jauh dari perbatasan solid-liquid, komposisi CL turun, dan TE naik REF. FOUNDRY TECHNOLOGY

18


Pengertian zona undercooling dengan 2 cara melihat yg berbeda


19


Pengaruh kecepatan pembekuan pada struktur G = Perbedaan temperatur R = Kecepatan pembekuan

Pengaruh perbedaan temperatur (Gradient) terhadap struktur bekuan (a) Planar interface, (b) Celullar interface, (c ) denditric growth (d) independent nucleation REF. FOUNDRY TECHNOLOGY

20


Struktur eutektik bila satu fasa tidak stabil dan menjadi dendrit (a) dan bila kedua fasa tidak stabil (b)


21



22

Bab. 2. Fluiditas Fluiditas merupakan faktor penting dalam pengecoran

Alat ukur fluiditas


23

Bab. 2. Fluiditas

Pengaruh superheat pada fluiditas logam. Superheat adalah perbedaan temperatur antara titik beku dan temperatur saat penuangan

Pengaruh komposisi terhadap fluiditas:

24

Bab. 2. Fluiditas


25

Bab. 3. Besi cor Besi cor adalah paduan Fe-C dengan C antara 3,5 dari 4,3%. Pendinginan pada besi cor mengikuti reaksi eutektik Persamaan umum reaksi eutektik adalah: L Æ α + β Ada 2 jenis eutektik: Cooperative growth: Kedua fasa dari eutektik tumbuh bersamaan sebagai pasangan difusi . Divorced growth: kedua fasa dari eutektik tumbuh secara terpisah. Tidak ada pertukaran langsung diantara kedua fasa padat


Bab. 3. Besi cor Cooperatitve eutectic ada dua jenis: 1.nonfacet/nonfacet (metal/metal) 2.Facet/nonfacet (nonmetal/metal) Jika perbandingan volume antara fasa α dan β hampir sama, maka pertumbuhan kedua fasa metal/metal lurus. Tapi bila perbandingan volume antara fasa α dan β berbeda jauh, maka fasa yang kecil tumbuh seperti serat. Apabila fasa terkecil adalah nonmetal (facet), maka fasa ini tumbuh secara tidak beraturan (irregullar) . Contohnya adalah paduan Besi cor dan aluminium silikon Besi cor tumbuh umumnya secara cooperative dan tidak beraturan. Sedangkan besi cor nudular tumbuh secara divorce, dimana fasa austenit dan grafit tumbuh masing masing. 27 ASM Metals handbook vol 09

Bab. 3. Besi cor Besi cor adalah paduan Fe-C dengan C antara 3,5 dari 4,3%. Pendinginan pada besi cor mengikuti reaksi eutektik Persamaan umum reaksi eutektik adalah: L Æγ+ Graphite


Bab. 3. Besi cor Pengaruh Si pada posisi eutektik


Bab. 3. Besi cor Perbedaan antara besi cor dengan baja adalah, pada besi cor terjadi grafitisasi sedangkan pada baja tidak terjadi grafitisasi. Unsur yang membentuk grafitisasi adalah unsur dengan ΔP negatif. ΔP positif menunjukkan logam bersifat carbide promoter, dan ΔP negatif bersifat Graphite promoter. Si merupakan Graphite Promoter paling tinggi. Ti, Al dan Si berada di luar garis karena ketiga unsur ini bisa mengikat nitrogen. Apabila kandungan nitrogen di logam cair tinggi, maka pembentukan grafit berubah. Namun, nitrida bersifat sebagai nuklei (awal pembentukan) grafit. Maka, khusus Ti, selain bersifat sebagai carbide promoter, juga sebagai graphite promoter, tergantung kandungan N di logam cair 30

Bab. 3. Besi cor Unsur yang ditambahkan ke dalam besi cair, bersifat carbide promotor atau graphite promotor. Unsur yang bersifat graphite promotor menurunkan kelarutan C di dalam besi dan memaksa C berkelompok sehingga memudahkan terbentuknya graphite.

31

Bab. 3. Besi cor kelabu Besi cor kelabu adalah besi cor dengan grafit berbentuk flake (serpih)

Standar bentuk flake (serpih) besi cor kelabu dengan distribusi uniform 32

Bab. 3. Besi cor kelabu Bentuk besi cor kelabu akibat berbagai macam proses pendinginan

33

Bab. 3. Besi cor kelabu

Struktur dan nilai kekerasan besi cor pada sampel piramida

Klasifikasi kekuatan tarik besi cor kelabu

Klasifikasi besi cor kelabu berdasarkan komposisi C dan Si 34

Bab. 3. Besi cor kelabu

Pengaruh inokulasi pada pembentukan serpih besi cor kelabu, dengan variasi S

Pengaruh inokulan terhadap chill depth

(ASM vol 15 hal 1368) Dengan inokulasi, jumlah cell count konstan dan chill depth menurun

35

Bab. 3. Besi cor nodular Besi cor nodular adalah besi cor dengan grafit berbentuk nodule (bulatan) Bahanbaku besi cor nodular: Pig iron dg komposisi sbb:

Pengaruh nodularity thd kekuatan tarik Nodularity besi cor nodular

36

Bab. 3. Besi cor nodular Besi cor nodular adalah besi cor dengan grafit berbentuk nodule (bulatan)

37

Bab. 3. Besi cor nodular Besi cor nodular adalah besi cor dengan grafit berbentuk nodule (bulatan)

38

Bab. 3. Besi cor nodular

Standar kekuatan tarik besi cor nodular Hal 1421

39

Bab. 3. Besi cor nodular Proses inokulasi belangsung 2 x 1.

Penambahan magnesium

2.

Penambahan silikon (after inoculation)

Pengaruh jumlah Mg terhadap nodulaity

Inokulan dengan silikon Proses inokulasi pd plat tebal 3 mm lebih baik 40

Bab. 3. Besi cor nodular Pengaruh after inoculation (inokulasi tahap II), terhadap waktu Inokulasi tahap kedua dilakukan dalam mold

41

Bab. 3. Besi cor nodular

Pengaruh nodularity dan pearlite thd sifat mekanik (tensile strength dan yield strength

42

Bab. 3. Compacted Graphite Iron

Struktur mikro CG dengan mikroskop optik dan SEM. Struktur mikro SEM diperoleh dengan cara selected etching

Korelasi antara Si dan C untuk memperoleh struktur compacted graphite

43


Pengaruh Mg terhadap terbentuknya CG

Pengaruh Mg terhadap terbentuknya CG

Pengaruh Ni, Cu dan Sn terhadap fasa pearlit pada CG

44


45

Bab. 3. Perbandingan fluiditas

Perbandingan fluiditas Flake Graphite, Compacted Graphite dan Nodular Graphite

46

Bab. 3. Besi cor malleable

Struktur besi cor malleable setelah proses perlakuan panas

Struktur besi cor malleable sebelum proses perlakuan panas, masih berbentuk besi cor putih 47


•

besi cor putih terbentuk bila produk berukuran tipis.

•

Produk ukuran tebal, akan membuat bagian tengah berbentuk besi cor kelabu

•

Proses annealing menentukan keberhasilan pembuatan besi cor malleable

Ada 2 tahap annealing 1.

Pemanasan pada temperatur 9400C selama 3 jam atau lebih, tergantung kandungan Si

2.

Pendinginan cepat ke 7400C – 7600C

3.

Pendinginan perlahan lahan dengan kecepatan 30C – 110C per jam

48


Struktur malleable cast iron dengan (a) pendinginan udara dan (b) dengan tiupan angin

Struktur malleable cast iron dengan pendinginan cepat pada medium oli setelah annealing tahap I dan penahanan pada 8400C selama 30 menit

49


Sifat mekanik, martensitic malleable cast iron

50

Bab. 4. Aluminium Aluminium adalah logam ringan yang banyak dipakai untuk kebutuhan manusia Aluminium cor memiliki klasifikasi berikut: 1xx.x: Controlled unalloyed compositions 2xx.x: Aluminum alloys containing copper as the major alloying element 3xx.x: Aluminum-silicon alloys also containing magnesium and/or copper 4xx.x: Binary aluminum-silicon alloys 5xx.x: Aluminum alloys containing magnesium as the major alloying element 6xx.x: Currently unused 7xx.x: Aluminum alloys containing zinc as the major alloying element, usually also containing additions of either copper, magnesium, chromium, manganese, or combinations of these elements 8xx.x: Aluminum alloys containing tin as the major alloying element 9xx.x: Currently unused

51

Bab. 4. Aluminium 1. Paduan dengan “solid solution type’’ (contoh, paduan Al–Cu dan Al–Mg). 2. Paduan Hypo-eutectic adalah paduan dengan komponen eutectic yang memiliki dua struktur, yaitu Al dan eutektik (contoh, paduan Al–Si dengan 7%Si). 3. Paduan Eutectic adalah paduan dengan struktur eutectic merupakan komponen utama (contoh, paduan Al–Si dengan 12%Si). 4. Paduan hyper eutektik adalah paduan yang memiliki kristal primer (constituent particles) (contoh, contoh, paduan Al–Si dengan > 12%Si).

52

Bab. 4. Aluminium Paduan Al-Si Paduan Al-Si adalah paduan antara dua unsur yang saling tidak melarutkan dan tidak membentuk senyawa Eutektik terbentuk pada komposisi Si 12,6% Di atas 12,6%Si terbentuk struktur Si berbentuk block (blocky structure)

53

Bab. 4. Aluminium Struktur mikro paduan Al-Si dengan pengaruh unsur lain

Paduan Al-Si dengan pengaruh Cu terbentuk struktur Al2Cu berbentuk chinese script

Paduan Al-Si dengan pengaruh Fe

Paduan Al-Si dengan pengaruh Ni terbentuk struktur Al3Ni (biru) dan Al2FeNi (gelap) berbentuk chinese script

54

Bab. 4. Aluminium Pengaruh kecepatan pendinginan terhadap struktur mikro paduan Al 7%Si (A 356) (a)Pendinginan cepat. (b)Pendinginan lambat . (c)Pendinginan dengan teknik semisolid casting (sangat cepat) Pada (b) terbentuk struktur dendrit

55

Bab. 4. Aluminium Modifikasi: Tujuan modifikasi adalah mengubah bentuk Si menjadi lebih kecil. Ada 2 jenis modifikasi, yaitu: a.Untuk Si dengan struktur hypoeutektik (dengan Sr) disebut modifikasi b.Untuk Si dengan struktur hypereutektik (dengan P) disebut refine

Struktur hyper eutektik Al-22%Si sesudah modifikasi dengan P dan sebelum modifikasi. Tampak Blocky silicon mengecil

Struktur hypo eutektik sebelum modifikasi dan sesudah modifikasi

56

Bab. 4. Aluminium Penngaruh modifikasi terhadap kurva pendinginan

57

Bab. 4. Aluminium Kelarutan hidrogen dalam aluminium

Kelarutan hidrogen dalam aluminium Hidrogen adalah gas yang terlarut pada aluminium cair Sumber hidrogen adalah 1.Kelembaban udara. Makin lembab udara, makin tinggi kemungkinan hidrogen larut ke dalam aluminium cair. 2.Api pembakaran saat peleburan

Tingkat porositas hidrogen

58

Bab. 4. Aluminium Alat pembuang hidrogen

rotary

Porous plug

59

Bab. 4. Aluminium Pengaruh gas dan alat terhadap pembuangan hidrogen

60

Bab. 4. Aluminium Paduan aluminium dengan 7%Si, Fe dan Mg

Paduan ini digunaan untuk komponen roda ban (wheel rim, velg) dengan unsur Fe sangat rendah. Dalam klasifikasi amerika, A356 Dalam klasifikasi Jepang AC4CH

β = Al5FeSi; π = Al8FeMg3Si6 Si abu-abu, βAlFeSi Merah

Si abu-abu, 61 αAl(FeMn)Si Merah

Bab. 4. Aluminium Paduan aluminium dengan 10%Si, Fe dan Cu

Paduan Al 10Si dengan Cu dan pengotor Fe digunakan untuk komponen umum Dalam klasifikasi Jepang disebut ADC12

Diagram fasa Al dengan 6% Si 1% Fe dan Cu variasi

Si biru Al2Cu merah coklat; αAl(FeMn)Si abu abu 62

Bab. 4. Aluminium

Struktur (a) modifikasi, (b) tidak dimodifikasi dan (c) struktur Al2CuNi 63

Bab. 5. Baja Baja dapat dikelompokkan pada dua bagian besar: 1. Baja (cast steel) 1.1 Baja karbon rendah 1.2 Baja karbon medium dan tinggi 1.3 Baja paduan 2. Baja tahan karat (cast stainless steel) 2.1 Baja tahan korosi 2.2 Baja tahan panas Baja cor atau cast steel adalah paduan Fe-C dengan C kurang dari 0,8%. Pendinginan pada baja mengikuti reaksi peritektik

64

Bab. 5. Baja Dasar pertitektik mengikuti persamaan reaksi sbb: L+αÆβ

65

Bab. 5. Baja Ada dua jenis pembekuan peritektik 1.

Peritectic reaction

2.

Pritectic transformation

66

Bab. 5. Baja

Perkembanagn pertumbuhan fasa δ yang kemudian berubah menjadi γ

Perkembangan pertumbuhan fasa δ

67

Bab. 5. Baja

Fraksi L, δ dan γ pada berbagai kecepatan pendinginan

Sifat mekanik pada berbagai fraksi pembekuan

68

Bab. 5. Baja Baja karbon Baja karbon adalah baja dengan C maksimum 0,8%

69

Bab. 5. Baja

Klasifikasi baja cor • Low-carbon steel castings • Low-carbon steels: 0.20% C or less • Medium-carbon steels: 0.20 to 0.50% C • High-carbon steels: 0.50% C or more • Medium-carbon steel castings • High-carbon steel castings • Low-alloy steel castings

Pengaruh C pada sifat mekanik baja karbon

70

Bab. 5. Baja

Pengaruh C dan proses perlakuan panas pada sifat mekanik baja karbon

71

Bab. 5. Baja

Ferrite

Pearlite

Pearlite dilihat dengan SEM

Ferrite dan pearlite 72

Bab. 5. Baja

Struktur mikro baja 1040

Struktur mikro baja 1040 setelah proses speroidisasi selama beberapa jam

73

Bab. 5. Baja

Martensit temper

Upper Bainit

Bainit dilihat dengan TEM

74

Bab. 5. Baja

Klasifikasi baca paduan Cr-Ni Cor berdasarkan ACI, Alloy Casting Institute

75

Bab. 5. Baja

76

Bab. 5. Baja

77

Bab. 5. Baja

78

Bab. 5. Baja

Creep rate vs temperatur pada stainless steel cor HP-50WZ

Sifat mekanik stainless steel cor HP-50WZ 79

Bab. 5. Baja

Struktur mikro CF-8M (a) as cast (b) setelah solution annealing

Struktur mikro martensitik CA-6NM dengan berbagai macam etsa 80

Bab. 6. Metal Matrix Composite Komposit adalah: material yang terbuat dari dua komponen atau lebih bertujuan menggabungkan kelebihan sifat dari masing masing komponen. Pada komposit ada unsur matrix dan unsur penguat. Antara matrix dengan penguatnya harus terjadi ikatan Agar kedua unsur tersebut dapat saling berinteraksi untuk memungkinkan penggabungan kekuatan dan menghilangkan kelemahan dari masing masing unsur komposit. Secara umum ada 3 jenis komposit, plastik komposit, logam komposit dan keramik komposit. Logam komposit adalah komposit dengan matrix logam dan penguat dari keramik.

81

Bab. 6. Metal Matrix Composite Komposit dibuat dengan cara: Metoda serbuk Metoda cair Metoda cair ada 2 cara: Insitu (terbentuk saat proses peleburan) Exsitu (partikel kedua ditambahkan dari luar)

Kompossit insitu

Kompossit exsitu 82

Bab. 6. Metal Matrix Composite Penguat Komposit adalah: Penguat komposit terdiri dari: Material berdimensi nol (partikel) Berdimensi satu (kawat dan whisker) Berdimensi dua (plate) Berdasarkan ukurannya: Penguat berdimensi mikron Penguat berdimensi nano

PARTIKEL NANO SiC

KAWAT NANO SiC

PARTIKEL MIKRO SiC KAWAT MICRO SiC

TABUNG NANO KARBON

83

Bab. 6. Metal Matrix Composite KEBASAHAN

Sudut kebasahan beberapa logam dengan keramik Me Si3N4 Θ Al 163 Mg 159 Ti 160

β ‐SiC Θ 167 164 165

B4C Θ 162 158 160

AlN Θ 164 161 162

α ‐BN Θ 165 161 162

β ‐BN Θ 163 160 161

84

Bab. 6. Metal Matrix Composite

Pengaruh media antara terhadap hubungan antara partikel dengan matrix logam Pengamatan dengan SEM dan difraksi sinar x Terbentuknya MgAl2O4 hanya dibolehkan untuk sistem Al-SiC

85

Bab. 6. Metal Matrix Composite Untuk sistem Al-Al2O3, spinel tidak dikehendaki karena dapat mengakibatkan debonding

86

Bab. 6. Metal Matrix Composite Proses pengadukan

87

Bab. 6. Metal Matrix Composite Pengaruh jumlah partikel alumina terhadap kekentalan Al-11,8%Si dan temperatur penuangan: (a)6800C (b)7000C (c)7400C

88

kuliah pengecoran

Recommend Documents