PEMILIHAN BAHAN DAN PROSES
1. 2. 3.
4.
Proses Pengecoran (Casting) Proses Pengela lassan (Welding) Pros Pr oses es Me Meta tall Fo Form rmin ingg (D (Def efor orma masi si Pl Plas asti tis) s) : - Proses Rolling (Canai) - Proses Shearing (pengguntingan) - Proses Wire drawing (penarikan kawat) - Proses Deep drawing (penarikan dalam) - Proses Bending (pembengkokan) - Proses Forging (tempa) - Proses Ekstrusi - Proses Stretching (peregangan) Latihan soal-soal / kasus untuk proses-proses di atas
1. 2. 3.
4.
Proses Pengecoran (Casting) Proses Pengela lassan (Welding) Pros Pr oses es Me Meta tall Fo Form rmin ingg (D (Def efor orma masi si Pl Plas asti tis) s) : - Proses Rolling (Canai) - Proses Shearing (pengguntingan) - Proses Wire drawing (penarikan kawat) - Proses Deep drawing (penarikan dalam) - Proses Bending (pembengkokan) - Proses Forging (tempa) - Proses Ekstrusi - Proses Stretching (peregangan) Latihan soal-soal / kasus untuk proses-proses di atas
PROSES PENGERJAAN LOGAM Berdasarkan temperatur pengerjaannya, diklasifikasikan menjadi 2 golongan : Pengerjaan panas (hot work) : pengerjaan logam di atas temperatur rekristalisasi. Contoh : proses forging, hot rolling, hot extrution Pengerjaan dingin (cold work) : pengerjaan logam di bawah temperatur rekristalisasi, umumnya dilakukan pada temperatur kamar. Contoh : hampir seluruh proses pengerjaan logam termasuk ke dalam pengerjaan dingin (cold rolling, deep drawing, wire drawing, stretching, bending, cold extrution)
TEMPERATUR REKRISTALISASI Rekristalisasi : pertumbuhan butir-butir baru yang bebas tegangan menggantikan butir-butir lama yang telah rusak akibat proses pengerjaan. Tahapan ini terjadi pada temperatur yang disebut temperatur rekristalisasi yang dirumuskan : T rek = (0,4 – 0,5) T m T m = temperatur cair logam (Kelvin / K)
Misalnya di suatu industri terdapat proses rolling pada temperatur 300oC, maka : Untuk aluminium proses tersebut termasuk hot work Untuk baja proses tersebut termasuk cold work
untuk Aluminium : T m = 660oC = 933 K T rek = 0,5 x 933 K = 496 K = 223oC Semua proses pengerjaan logam Al pada temperatur > 223oC diklasifikasikan ke dalam hot work (pengerjaan panas) demikian sebaliknya Untuk Baja : T m = 1300oC = 1573 K T rek = 0,5 x 1573 K = 787 K = 514oC Semua proses pengerjaan logam baja pada temperatur > 514oC diklasifikasikan ke dalam hot work (pengerjaan panas) demikian sebaliknya.
PERBEDAAN DAN PERSAMAAN HOT DAN COLD WORK Persamaan : kedua-duanya mendapatkan pembebanan mekanis (tarik / tekan) di daerah deformasi plastis. Perbedaan : Temperatur : pengerjaan di atas temp rek, disebut hot work, pengerjaan di bawah temp. rek. Disebut cold work. Sifat mekanis : logam yang telah mengalami hot work mempunyai sifat lunak (karena ada faktor pemanasan > temp. rek) Logam yang telah mengalami cold work mempunyai sifat kuat & keras karena mengalami efek strain hardening.
Penampilan (appearance) permukaan : cold work akan menghasilkan permukaan yang bersih, hot work menghasilkan permukaan yang banyak oksidanya karena dilakukan pada temp > temp rekristalisasi Besarnya reduksi yang dihasilkan : cold work menghasilkan reduksi yang lebih besar daripada reduksi pada hot work (reduksi pada cold work bisa mencapai 40 – 80 %) Besarnya beban mekanis (gaya yang diperlukan) : hot work memerlukan gaya yang lebih rendah daripada cold work (karena ada faktor pemanasan pada proses hot work)
Di industri metal forming, hampir semua prosesnya diklasifikasikan ke dalam cold work, yang masuk ke dalam hot work antara lain hot rolling, forging dan hot extrution.
KLASIFIKASI PROSES-PROSES PENGERJAAN LOGAM 1.Teknik Pengecoran (Casting) 2.Teknik Pengelasan (welding) 3.Teknik Permesinan (Machining) 4.Teknik Pembentukan (Forming) Keempat proses di atas dapat diikuti dengan beberapa proses berikut ini dengan tujuan untuk memperbaiki sifat-sifat mekanis akibat prosesproses pengerjaan di atas : 1. Perlakuan Panas (Heat Treatment) 2.Perlakuan Panas Permukaan (Surface Treatment)
Keempat proses di atas mengubah bentuk benda kerja masing-masing dengan ciri-ciri proses yang berbeda satu dengan yang lainnya Proses Pengecoran : merupakan proses pembentukan komponen dari fasa cair menjadi padat dengan menggunakan cetakan sesuai dengan bentuk yang diharapkan. Proses Pengelasan : merupakan proses pembentukan komponen dengan cara menyambung 2 buah logam melalui fasa cair yang kemudian akan terjadi proses pembekuan yang sekaligus terjadi proses penyambungan. Karena prinsipnya hampir sama dengan proses pengecoran, maka proses ini sering dikatakan juga sebagai “miniatur dari proses pengecoran” Proses Permesinan : merupakan proses pembentukan komponen dengan cara membuang sebagian logamnya dalam bentuk geram (chips), misalnya dengan menggunakan mesin bubut, frais, gerinda dsb. Proses Pembentukan : merupakan proses pembentukan komponen dalam keadaan padat (secara deformasi plastis). Untuk itu diperlukan gaya pembentukan yang akan mengubah bentuk benda kerja secara permanen
PERSAMAAN DAN PERBEDAAN ANTARA PROSES PENGECORAN & PENGELASAN PERSAMAAN : Kedua proses dilakukan melalui fasa cair yang dilanjutkan dengan pembekuan (sehingga pengelasan disebut sebagai miniatur dari pengecoran). Kedua proses menggunakan cetakan PERBEDAAN : Cetakan yang digunakan dalam proses pengecoran terdiri dari beberapa jenis bahan al : logam, pasir, lilin, CO2, grafit dsb. Sedangkan cetakan dalam proses pengelasan terbuat dari bahan logam.
Proses pemanasan pada pengelasan bersifat kontinyu,sedangkan pada proses pengecoran, pemanasan hanya terjadi sampai memperoleh fasa cair. Proses pengelasan menghasilkan kualitas yang lebih rendah daripada proses pengecoran. Karena pada proses pengelasan dihasilkan cacat yang lebih banyak antara lain gas yang terperangkap lebih banyak, residual stress/tegangan sisa lebih besar. Karena jenis cetakan dalam proses pengelasan adalah dari logam, maka akan terjadi laju pendinginan yang lebih cepat dibandingkan dengan proses pengecoran (khususnya yang menggunakan cetakan pasir)
PROSES PENGECORAN (CASTING) DEFINISI : Merupakan proses pembuatan komponen-komponen pemesinan dari fasa cair menjadi padatan dengan menggunakan cetakan yang bentuknya disesuaikan dengan bentuk yang diharapkan.
CETAKAN
:
Merupakan tempat dimana logam cair akan membeku Memberi bentuk kepada logam cair yang membeku Menghasilkan sifat mekanis tertentu kepada benda tuang (yang dipengaruhi oleh jenis dan bentuk cetakannya. Pemilihan jenis cetakan harus seekonomis mungkin Jenis-jenis cetakan yang dapat digunakan untuk pengecoran logam Cetakan pasir, cetakan kulit, cetakan logam, cetakan grafit, cetakan CO2 proses, cetakan lilin dll. Pasir cetak, merupakan cetakan yang murah dan mudah diperoleh
CETAKAN PASIR Pasir di sini berfungsi sebagai refraktori yang mampu menahan panas yang cukup tinggi. Dibedakan menjadi : NATURAL SAND : yaitu pasir sebagaimana adanya di alam misalnya pasir gunung, pasir sungai dan pasir pantai. Pasir ini sudah mengandung SiO2, clay dan H 2O (sudah lengkap komponen utamanya) SINTHETIC SAND : yaitu pasir buatan yang hanya mengandung SiO2 saja. (komponen utamanya belum lengkap) Beberapa faktor yang harus diperhatikan untuk pasir cetak : Grain shape Grain size Grain distribution Komposisi bahan
GRAIN SHAPE Round Angular Sub angular Agregat
GRAIN SIZE Menggunakan standar AFS number. Makin besar AFS number menunjukkan pasir yang makin halus dan sebaliknya. AFS number yang besar banyak digunakan untuk produk tuang ukuran kecil (small casting) AFS number yang kecil banyak digunakan untuk produk tuang ukuran besar (big casting)
GRAIN DISTRIBUTION Mempunyai penyebaran ukuran maupun bentuk yang merata
KOMPOSISI BAHAN Pasir cetak yang baik harus terdiri dari 2 komponen bahan berikut ini : KOMPONEN UTAMA : SiO2, Clay (bentonite), H2O KOMPONEN ADITIVE : molases, serbuk gergaji, corn flour, sea coal (serbuk batu bara)
Komponen utama membuat cetakan pasir menjadi kuat (green strength), solid/padat, tidak ambruk/tidak rontok yang menyebabkan cetakan mudah dibentuk menjadi gating system Komponen aditive membuat cetakan pasir tetap kuat (hot strength) dan solid meskipun dialiri logam cair dengan suhu tinggi.
PENJELASAN MASING-MASING BAHAN SILIKA (SiO2) : merupakan komponen yang paling banyak terdapat dalam campuran pasir CLAY (BENTONITE) : mempunyai fungsi sebagai pengikat antar butir pasir AIR (H2O) : meningkatkan kekuatan pasir cetak dengan kadar maksimum 4 %, jika lebih maka kekuatan pasir akan turun. MOLASES : sebagai pengganti fungsi air jika air menguap akibat masuknya logam cair ke dalam cetakan. SERBUK GERGAJI : menampung ekspansi pasir, meningkatkan permeabilitas pasir, meningkatkan collapsibility CORN FLOUR : menggantikan fungsi serbuk gergaji SEA COAL : menghaluskan permukaan benda tuang
ISTILAH-ISTILAH PENTING • GREEN STRENGTH : kekuatan pasir cetak sebelum logam cair masuk ke dalam cetakan • HOT STRENGTH : kekuatan pasir cetak selama logam cair masuk ke dalam cetakan • PERMEABILITY : kemampuan pasir cetak mengeluarkan gas/udara. • COLLAPSIBILITY (FRETTLING) : kemampuan ambruk pasir cetak setelah terjadi pembekuan benda tuang.
GATING SYSTEM Merupakan sistim saluran yang terdapat pada proses pengecoran yang menggunakan cetakan pasir. Terdiri dari : I. Saluran turun (sprue) II. Saluran pengalir (runner) V III. Saluran masuk (ingate) I III IV. Cetakan II IV V. Riser (jika diperlukan) Logam cair masuk ke saluran turun lalu ke runner, ingate dan setelah itu akan mengisi seluruh cetakan, kemudian terjadi pembekuan yang dimulai dari dinding-dinding cetakan lalu ke arah bagian tengah cetakan. Hal ini dapat terjadi jika logam cair mempunyai gradien temperatur yaitu temperatur di bagian tengah harus lebih besar daripada temperatur di dinding cetakan.
GRADIEN TEMPERATUR T1 > T2 artinya temperatur di bagian tengah cetakan (T1) lebih besar dari pada temperatur di dindingdinding cetakan (T2). T1 T2
T2
Jika logam cair tidak mempunyai gradien temperatur (T1=T2) mengakibatkan pembekuan dapat terjadi di banyak titik. Hal ini dapat menyebabkan penyumbatan yang mengakibatkan produk tuang tidak terisi penuh.
RISER Merupakan saluran penambah pada gating system yang fungsinya untuk mengisi kekosongan logam cair pada cetakan sehingga tidak terjadi cacat cor “shrinkage porosity”
Sifat logam adalah mempunyai volume yang lebih besar dalam keadaan cair daripada dalam keadaan padat : volume logam (cair) > volume logam (padat)
SYARAT-SYARAT RISER Riser ditempatkan di atas bagian tuangan yang menyimpan panas terbesar (hot spots) Logam cair yang ada di riser harus terakhir membeku (mempunyai waktu pembekuan yang lebih lama daripada waktu pembekuan logam cair di benda tuang) Logam cair di riser harus dapat mengkompensasi adanya penyusutan logam. Bentuk riser yang paling ideal adalah bentuk bola, tetapi karena secara teknis bentuk ini sulit dibuat, maka pendekatannya adalah bentuk silinder dengan diameter = tingginya.
CONTOH SOAL Diketahui komponen permesinan yang dibentuk dengan proses pengecoran berupa balok dengan ukuran 15 m x 12 m x 10 m. Untuk proses tersebut mutlak digunakan riser dengan bentuk silinder yang diameternya = 0,5 tingginya. Tentukan ukuran riser (diameter dan tingginya) jika diketahui waktu pembekuan logam cair di riser = 2 x waktu pembekuan logam cair pada benda tuang.
JAWAB : t = k (V/SA)2 d
= 0,5 H
Benda tuang (balok) : Volume balok : 15x12x10 = 1800 m3 SA = 2x(15x12) + 2x(15x10) + 2x(12x10)= 900m2 Riser (bentuk silinder) : Volume silinder : 1/4∙Π d2 . H =1/4 π (0,5H)2..H SA = π.d.H =
CACAT TUANG PADA PENGECORAN DENGAN CETAKAN PASIR I. GAS POROSITY Blow holes (lubang tiup) : gas yang terperangkap dalam benda tuang, gas tersebut berasal dari air yang menguap dari pasir cetak. Cara pencegahannya adalah dengan memperbaiki permeabilitas pasir cetak
Pin holes : berbentuk lubang-lubang jarum berasal dari gas yang ada dalam logam cair itu sendiri. Cara mengatasinya antara lain memperhatikan waktu pouring, waktu holding time pada saat peleburan.
II. SHRINKAGE POROSITY Terjadi penyusutan pada waktu pembekuan, karena logam dalam keadaan cair mempunyai volume yang lebih besar daripada dalam keadaan padat. Mengatasinya dengan menggunakan riser
PELEBURAN Diklasifikasikan menjadi 2 kelompok : 1.
Metal Making : proses peleburan dalam jumlah besar (big tonage) sehingga mutlak harus ada refining.
2.
Metal Casting : proses peleburan dalam jumlah kecil (small tonage) sehingga tidak perlu ada refining (oleh karena itu materialnya harus selektif)
MELT TREATMENT Deoksidasi : mengurangi gas O 2, Untuk baja digunakan Mn, Si, Al, untuk Cu base digunakan P, Si, Li, untuk Ni base digunakan Mg, Si. Degassing : mengurangi gas-gas selain O 2, umumnya dilakukan untuk non ferrous. Untuk Al base digunakan N 2, Cl2, untuk Mg base digunakan Cl 2, untuk Cu base digunakan N2, untuk Ni base digunakan O2. Grain Refinement : memperhalus butir, untuk Al base digunakan Ti, B, Nb, Zr, untuk Mg base digunakan Zr, C, untuk steel digunakan Al, Ti, B. Modification : meliputi inoculation (untuk cast iron digunakan Si, C) dan spherodizing (untuk cast iron digunakan Mg, Ce) Desulfurisasi : pengurangan kadar S (untuk Steel digunakan Mn, untuk cast iron digunakan CaC 2 dan soda ash)
JENIS – JENIS CETAKAN Cetakan pasir Cetakan “CO2 process” Cetakan kulit (shell moulding) Cetakan lilin (investment casting) Cetakan logam (die casting) Centrifugal casting
CETAKAN CO2 PROCESS Natrium silikat dicampur dengan gas CO2 akan membentuk silica gel yang keras dan membentuk cetakan.
CO2
CETAKAN KULIT (SHELL MOULDING) Cetakan ini dikembangkan untuk Produk-produk yang kecil ( 5 – 20 kg ) Permukaan produk yang halus Tingkat presisi yang tinggi Metal patern dipanaskan 300oC akibatnya pasir dan resin yang ada di sekitar metal patern membentuk lapisan /kulit/shell yang siap dituang dengan logam cair.
CETAKAN LILIN Digunakan untuk : Produk cetakan yang sangat kecil (< 5 kg) Bentuk produk yang rumit (complicated) Permukaan produk yang halus Tingkat presisi yang tinggi Bahan dasarnya adalah CaSO4 yang sangat halus, kelemahannya mempunyai tingkat humidity yang tinggi.
CETAKAN LOGAM (DIE CASTING) Digunakan untuk : Produk-produk berukuran kecil Mass production Tingkat presisi yang tinggi Permukaan produk yang halus Menggunakan cetakan yang terbuat dari logam dengan spesifikasi : Tahan panas Tahan erosi Tahan beban siklus (cyclic stress)
PENGELOMPOKKAN DIE CASTING HOT CHAMBERS : untuk logam-logam yang temperatur meltingnya relatif rendah seperti Sn, Pb, Zn COLD CHAMBERS : untuk logam-logam yang temperatur meltingnya relatif tinggi seperti Al, Mg, Cu, Fe
Stay die
Moving die
Logam cair
HOT CHAMBER Immersion injection dimasukkan ke dalam logam cair yang ada di dalam chamber, yang akan memompa logam cair masuk ke dalam cetakan. Pada saat logam cair dipompa masuk, moving die digerakkan ke sebelah kanan (dibuka), begitu seluruh cetakan terisi logam cair, moving die segera digeser ke sebelah kiri (ditutup) sehingga logam cair akan segera membeku karena langsung bersentuhan dengan moving die. Immersion injection dimungkinkan dicelup ke dalam chamber, karena logam cair yang diproses di sini mempunyai temperatur melting yang rendah.
COLD CHAMBER Karena cold chamber memproses logam cair yang temperatur meltingnya tinggi, maka immersion injectionnya di letakkan di luar chamber (tidak dicelup ke dalam logam cair). Proses berikutnya adalah sama seperti mekanisme yang terjadi pada hot chamber.
CATATAN : Untuk mendinginkan cetakan, digunakan water jacket yang diletakkan pada setiap die. Masalah-masalah yang sering terjadi pada die : hot tears, adanya udara yang terperangkap, dan ada residual stress.
CENTRIFUGAL CASTING Banyak digunakan untuk pembuatan pipa-pipa. Mulamula cetakan dimiringkan agar logam cair dapat mencapai bagian ujung cetakan, kemudian cetakan ditegakkan kembali, lalu diputar sehingga logam cair akan membeku dengan gaya centrifugal
Logam cair
