PELEBURAN DAN PENUANGAN BERMACAM MACAM LOGAMDisusun untuk melengkapi tugas dari mata kuliah Pengecoran Logam dosen pengampu Bapak Aris Budiyono

oleh :Satrio Hudi Asrori5212412006Muhammad Ali Habib5212412019Hariman Rilo P5212412021

UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG2014A. Peleburan dan Penuangan Besi Cor Mampu TempaBesi cor mampu tempa dapat dicairkan baik dengan peleburan tunggal, dupleks ataupun dengan peleburan tripleks. Sedangakan tanur-tanur yang biasa untuk peleburan adalah kupola, tanur nyala atau kombinasi dari tanur-tanur tersebut. Peleburan dengan kupola atau peleburan dupleks dengan mempergunakan kupola dan tanur listrik induksi adalah cara yang paling biasa pada peleburan besi cor mampu tempa seperti pada peleburan besi cor, kupola dapat bekerja kontinu dan cepat disamping harga peralatannya yang murah. Tetapi, peleburan dengan kupola memerlukan pengaturan yang ketat pada bahan muatan dan kokas, karena terak yang dihasilkan tidak mampu mengurangi kadar belerang dalam cairan besi. Oleh karena itu bahan utama sebagai muatan adalah sekrap baja 30 sampai 40% dan sekrap balik dari bahan besi cor mampu tempa.Komposisi kimia dari cairan hasil peleburan kupola adalah sebagai berikut :C : 2,3-3,3%Si : 0,9-0,5%Mn< 0,5%P < 0,2%S< 0,25%Peleburan dupleks juga banyak dipergunakan pada peleburan besi cor mampu tempa, dimana cairan dari kupola dialirkan kedalam tanur induksi yang di dalamnya sudah tersedia sedikit besi cair. Pengaturan komposisi dan pengurangan belerang dilakukan dalam tanur dengan jalan menambah sekrap baja besi paduan dan fluks. Kokastir berkadar belerang rendah atau sekrap elektroda bias dipakai sebagai bahan pengarbonan. Sebelum pengeluaran cairan besi, perlu diadakan pemeriksaan bakal, dimana dua batang uji berukuran 25-150 mm dibuat lebih dulu dengan jalan dicor pada cetakan pasir. Empat menit setelah pengecoran satu batang didinginkan di udara dan yang lain dalam air.Batang uji tersebut dipergunakan untuk pemeriksaan struktur atau kadarkar bondan silicon. Temperature pengeluarannya yaitu anatara 1.3700dan 1.4500 C. Seperti halnya pada besi cor, cairan dituangkan kedalam cetakan pasir basah atau pasir sintetik yang mempergunakan pengikat bentonite dengan kadar air 3,5sampai 5%.

B. PeleburandanPenuangan Baja Cor 1. PeleburanSampai saat ini tanur perapian terbuka (open hearth furnace) masih banyak dipergunakan untuk peleburan baja, tetapi sekarang tanur listrik lebih banyak dipakai disebabkan karena biaya peleburan yang murah. Peleburan dengan busur api listrik dibagi dua macam proses yaitu pertama proses asam dan kedua proses basa. Cara yang pertama dipakai untuk meleburkan baja dengan kualitas biasa.Tanur listrik heroult yang diperlihatkan dalam gambar dibawah ini, adalah tanur yang paling banyak dipakai. Tanur ini mempergunakan arus bolak-balik tiga fasa. Energi panas diberikan oleh loncatan busur listrik antara elektroda karbon dan cairan baja. Terak menutupi cairan dan mencegah absorpsi gas dari udara luar selama pemurnian berjalan.

Dalam peleburan baja, disamping pengaturan komposisi kimia dan temperatur, perlu juga mengatur absorpsi gas, jumlah dan macam inklusi bukan logam. Untuk menghilangkan gas, ditambahkan bijih besi atau tepung kerak besi selama proses reduksi. Disamping proses tersebut sekarang banyak dipergunakan proses pembuatan baja dengan oksigen.Keuntungan proses ini adalah :a. Biaya peleburan yang rendah.b. Mudahnya menaikkan temperatur cairan.c. Peningkatan kualitas dengan penghilangan gas.d. Mudah memproduksi baja karbon rendah.Dibandingkan dengan proses peleburan biasa, yaitu proses yang mempergunakan bijih besi, maka proses pembuatan baja oksigen, mampu memproduksi cairan baja yang mempunyai lebih sedikit lubang-lubang jarum, penyusutan lebih kecil dan robekan panas yang lebih sedikit, lagi pula laju pengambilan unsur-unsur paduan lebih baik dan laju penghilangan karbon yang kira-kira sepuluh kali lebih besar dari pada dalam proses biasa.Dalam proses bijih besi terdapat dua periode pengoksidasian dan satu perioda reduksi. Pada perioda pengoksidasian pertama, fosfor, mangan silikon dan karbon dioksida pada temperatur yang agak rendah. Kecuali gas CO, oksida-oksida timbul ke permukaan ditolong oleh proses penggelembungan dan kemudian larut dalam terak. Setelah pembuangan terak terjadi proses oksidasi yang kedua. Di sini temperatur cairan naik, permurnian dan penghilangan gas dilakukan dengan jalan proses penggelembungan.Pada akhir dari oksidasi kedua, penggelembungan menjadi reda kemudian retak dibuang lagi. Perioda berikutnya adalah perioda reduksi, dimana oksigen dipaksa dihilangkan oleh Fe-Mn dan Fe-Si. Biasanya jumlah Fe-Mn yang ditambahkan kira-kira 0,21% dan penyelesaian dari penghilangan oksidasi dilakukan dengan penambahan Fe-Si sebanyak 0,5%. Setelah pengaturan komposisi dan pemeriksaan penghilangan oksida, baru cairan baja dikeluarkan.Dalam proses peleburan baja oksigen, pengaruh pemurnian dari penggelembungan adalah besar, dan proses ini menghasilkan coran baja yang mempunyai kualitas stabil dengan biaya operasi yang murah. Tetapi dalam proses ini perlu pengontrolan yang ketat dalam lamanya penyuntikan oksigen, jumlah dan tekanan oksigen dan pengontrolan derajat oksidasi. Proses peleburan baja oksigen ditunjukkan dalam daftar dibawah ini.Syarat-syarat proses dari peleburan baja oksigen yang standart adalah sebagai berikut :a. Diameter pipa penyuntikan dibuat dari tembaga 20-40 mmb. Panjang pipa penyuntikan 5-8 mc. Sudut pemasukan dari pipa penyuntikan 200-300 Cd. Dalamnya pipa penyuntikan kira-kira 100 mm di bawah terake. Tekanan penyuntikan 5-10 kgf/cm2f. Kecepatan penyuntikan 200-600 m/detikg. Volume laju penyuntikan 0,5-1,0 m3/menith. Waktu penyuntikan 2-3 meniti. Volume penyuntikan 2-3 m3j. Laju penghilangan karbon 0,06-0,08% C/menit.Dalam gambar dibawah ini akan menunjukkan ukuran standar dari tanur listrik Heroult basa. Dasar dari tanur ditutup oleh batu tahan api kemudian bata samot atau bata magnesia. Bata tersebut dilapisi tumbukan campuran butir magnesia 70-75% dan tepung magnesia 25-30% ditambah dengan tir yang tidak mengandung air. Lapisan tumbukan tersebut terdiri dari dua lapisan. Lapisan pertama setebal kira-kira 30 mm dan pembukaannya dihaluskan kemudian ditumbuk oleh lapisan yang kedua. Dinding dan atap dibuat oleh bata api silika.

2. PenuanganCairan baja yang dikeluarkan dari tanur diterima dalam ladel dan dituangkan ke dalam cetakan. Ladel mempunyai irisan berupa lingkaran di mana diameternya hampir sama dengan tingginya. Untuk coran yang besar, dipergunakan jenis ladel penyumbat seperti pada gambar dibawah ini, sedangkan untuk coran yang kecil dipergunakan jenis ladel yang dapat dimiringkan. Ladel dilapisi oleh bata samot atau bata tahan api agalmatolit yang mempunyai pori-pori kecil, penyusutan kecil dan homogen. Nozel dan penyumbat, kecuali dibuat dari samot atau bahan agalmolit kadang-kadang dibuat juga dari bata karbon. Panjang nozel dibuat cukup panjang agar membentuk tumpahan yang halus tanpa cipratan. Ladel harus sama sekali kering yang dikeringkan lebih dulu oleh burner minyak residu sebelum dipakai.

Dalam proses penuangan diperlukan pengaturan temperature penuangan, kecepatan penuangan dan cara-cara penuangan yang diuraikan di bawah ini.Temperature penuangan berubah menurut kadar karbon dalam cairan baja seperti ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Kecepatan penuangan umumnya diambil sedemikian sehingga terjadi penuangan yang tenang agar mencegah cacat coran seperti retak-retak dan sebagainya. Kecepatan penuangan yang rendah menyebabkan : kecairan yang buruk, kandungan gas, oksidasi karena udara, dan ketelitian permukaan yang buruk. Oleh karena itu kecepatan penuangan yang cocok harus ditentukan mengingat macam cairan, ukuran coran dan cetakan.

Cara penuangan secara kasar digolongkan menjadi dua yaitu penuangan atas dan penuangan bawah. Penuangan bawah memberikan kecepatan naik yang kecil dari cairan baja dengan aliran yang tenang. Penuangan atas menyebabkan kecepatan tuang yang tinggi dan menghasilkan permukaan kasar karena cipratan. Oleh karena itu dalam hal penuangan atas, laju penuangan harus rendah pada permulaan dan kemudian di naikkan secara perlahan-lahan. Dalam penempatan nozel, harus diusahakan agar tidak boleh menyentuh cetakan. Perlu juga mencegah cipratan dan memasang nozel tegak lurus agar mencegah miringnya cairan yang jatuh.a. Pengujian dalam pengecoranb. Pengukuran temperaturec. Pirometer BenamPengukuran temperature secara langsung dari cairan, dilakukan dengan jalan membenamkan termokopel platina-platina radium yang dilindungi oleh kwarsa atau pipa aluminium yang telah dikristalkan kembali. Sekarang dikembangkan pirometer benam yang dapat habis yang dilindungi oleh pipa kertas.a. Pengujian BatangPengujian batang merupakan cara praktis yang dipergunakan untuk mengukur temperature dari tanur induksi frekuensi tinggi dengan mempergunakan kawat baja lunak dengan diameter 4 sampai 6 mm dan sebuah jam pengukur. Ujung kawat baja tersebut dicelupkan ke dalam cairan dan waktu yang dibutuhkan untuk mencairkannya diukur, kemudian lama waktu itu dikonversikan kepada temperature.Apabila dipakai tanur busur listrik atau tanur perapian terbuka, dipergunakan batang baja berukuran diameter 12,5 mm x 3 m. Batang digerakkan maju mundur lima kali pada jarak 40 cm satu kali per detik, kemudian jumlah erosi pada ujungnya sepanjang 20 cm dikonversikan kepada temperature dengan mempergunakan daftar konversi.b. Pengujian Cetakan Pasir atau Pengujian SendokBaja cair diciduk dimasukkan ke dalam cetakan pasir atau dalam sendok contoh yang berukuran tertentu, kemudian waktu yang dibutuhkan untuk membentuk lapisan tipis aksida diukur dengan jam pengukur dan dikonversikan kepada temperature.c. Lain-lainPirometer optic dan pirometer radiasi dipergunakan untuk pengukuran temperature.

d. Pengujian terake. Pengujian dengan perbandingan warnaDengan jalan membandingkan warna terak dengan warna standar terak yang komposisinya telah diketahui, maka dapat diperkirakan kebasaan, kadar oksida besi dan kadar oksida mangan.f. Pengujian dengan perbandingan rupaBaja cair diciduk dengan sendok dan dituangkan dalam cetakan baja berdiameter 115 mm dan dalamnya 20 mm. setelah membeku warna, pola struktur, gelembung pada permukaan dan permukaan patahan diteliti untuk memperkirakan kebasaan dan kemampuan oksidasinya.g. Pengujian penghilangan oksidSetelah pengaduan cairan baja dengan terak di dalam ladel, baja dituangkan dengan tenang ke dalam cetakan logam atau cetakan pasir. Pada saat yang sama percikan bunga apinya diteliti untuk memperkirakan temperature cairan. Permukaan patahan, permukaan coran yang membeku diperiksa. Kalau kecepatan penyusutan pada permukaan coran adalah besar, dan permukaan atas tidak naik ke bentuk asal, maka penghilangan oksid dapat dikatakan cukup. Kalau permukaan atas naik, maka penghilangan oksid dapat dikatakan tidak cukup.h. Pengujian kerapuhan merahPengujian ini dipakai sebagai pengujian yang praktis untuk menentukan kadar fosfor dan kadar oksida besi. Hal ini didasarkan pada kenyataan bahwa fosfor menyebabkan baja menjadi getas dan oksida besi menyebabkan retakan batas butir. Batang uji yang dibor dan ditempa dilanjutkan dengan penempatan sampai di bawah 2 mm dan retakan diamati, yang kemudian dibandingkan dengan batang uji standar.C. Peleburan dan Penuangan Paduan Tembaga Cor1. Peleburan paduan kuningan corDalam peleburan paduan kuningan cor digunakan tanur krus atau dengan cara tanur induksi frekuansi rendah. Cara peleburan seperti diuraikan dibawah ini. Campuran yang telah ditentukan yang terdiri dari paduan tembaga dan sekrap balik dimasukkan ke dalam tanur dan dicairkan dengan permukaan tang ditutup arang agar mengurangi oksidasi dan kehilangan seng. Setelah mencair semuanya, dilakuakan penambahan unsur paduan seperti Seng, tin atau timbal, dan cairan diaduk dengan memepergunakan batang karbon.Tempertaur cairan yang terlalu tinggi menyebabkan keilangan seng karena penguapan, dan temperatur yang terlalu rendah menyebabkan penghilangan gas yang tidak cukup. Titik cair standar dari paduan kuningan cor adalah sebagai berikut:

BahanTitik Cair

85%Cu11501200 OC

70%Cu10801130 OC

60%Cu10301080 OC

2. Peleburan kuningan cor paduan kekuatan tinggiUntuk peleburan paduan coran keningan kekuatan tinggi digunakan tanur kurs atau tanur nyala api dengan bahan bakar minyak kasar atau arang batu. Campuran yang dihitung dan diukur dari paduan dasar, seperti Cu, Mn, Cu-Fe, Cu-Ni, dan paduan dasr tembaga dimasukkan kedalam tanur untuk dicairkan. Setelah mencair permukaan cairan ditutupi oleh arang dan dipanaskan sampai temperatur 50-100OC di atas temperatur penuangan, kemudian Al, Zn, Sn, ditambahakan ke dalam cairan. Cairan diatur dengan penambahan sekrap balik dan kemudian dikeluarkan pada temperatur 1050-1100OC. Temperatur penuangan yang cocok adalah sebagai berikut:Tebal BahanTemperatur tuang

< 12mm10301050 OC

1215 mm10001030 OC

>15 mm9801000 OC

3. Pelebura paduan brons corTanur kurs dipergunakan banyak sekali untuk mencairkan paduan brons cor, sedangkan tanur nyala api dipergunakan untuk kapasitas produksi yang besar. Faktor yang paling penting dalam peleburan ini adalah mengurangi absorpsi gas H1karena H3 menyebabkan cacat tuangan seperti rongga udara, lubang gas dan lubang jarum. Untuk maksud tersebut digunakan cara-cara pencegahan dibawah ini perlu dilakukan . Kurs karbon yang akan digunakan harus disimpan pada tempat yang kering dalam tungku pengering, dan sebelum digunakan harus dikeringkan selama 3 jam pada suhu 100OC. Tanur dipanaskan secara kontinyu hingga menjadi merah. Kemudian tembaga dalam jumlah sedikit dimasukkan ke dalamtanur, jika sudah mencair maka dimasukkan sisanya.Tembaga listrik harus dipanaskan untuk menghilangkan gas yang terkandung sebab tembaaga cenderung mengandung gas H2 dari udara luar, lebih baik menjaga lingkungan oksidasi sehingga cairan sedikit oksidasi. Setelah mencair, ditambahkan kedalam cairan oksidasi tembaga kira-kira 0,2%, oksidasi mangan kira-kira 0,1% dengan maksud untuk mengurangi kadar H2 . Limasampai sepuluh menit setelahnya ditambhakan paduan lain seperti Timah , seng, timbal dan cairan dipanaskan secara kontinyu. Sebelum pengeluaran, fosfortembaga (fosfor 15%) ditambahkan kedalam cairan logam dan diaduk dengan maksud untuk menghialngakn oksidasi.jumlah dari fosfor-tembaga ditentukan oleh pengoksidasi yang digunakan untuk mereduksi kadar H2.Temperatur peleburan ditentukan mengingat bentuk dan ukuran dari coran. Standardnya adalah sebagai berikut:Bahan (%)Ttitik cairTemperatur tuang

88Cu-8Sn-4Zn12501300 OC11501200 OC

88Cu-10Sn-2Zn12501300 OC11501200 OC

85Cu-5Sn-5Pb-5zn11501200 OC10501100 OC

Jika brons cor membeku, dendrit akan tumbuh secara cepat dari permukaan ke arah dalam dan kotoran yang mempunyai titik cair rendah serta gas dipusatkan antara dendrit-denrit. Segresi mikro ini mengakibatkan cacat coran umpamanya kebocoran air dibawah teanan. Untuk meniadakan gas yang berbahaya itu dilakukan penghilangaan gas secara hampaudara atau penyuntikan gas iner kedalam cairan, disamping cara peleburan oksidasi-reduksi yang dipaksa.4. Peleburan brons fosfor corUntuk peleburan brons fosfor cor digunakan tanur minyak, tanur busur listrik, dan tanur krus khusus. Logam dasar tembaga dan sekrap balik diisikan dan dicairkan dengan pemanasan mula yang cukup. Kalau banyak gas H2 terabsorpsi didalam logam mkaa perlu diisikan oksida mangan sebanyak 0,10,5% bersama muatan logam . setelah cair, penghlangan oksida mula dilakuakn oleh tembaga tembaga-fosfor dan kemudian ditambahkan tin. Cairan kemudian dihilangkan oksidasinya oleh tembaga-fosfor dan dikeluarkan setelah dibiarkan bebrapa menit. Titik cair yang cocok adalah 15001200 OC untuk coran bros-fosfor yang mengandung 912 % Sn, dan 10501100 OC untuk coran yang mengandung 1215 % 5. Peleburan brons alumunium corSebagai logam dasr dari brons-alumunium dipakai bahan Cu-Al(50%Al), Cu-Fe(10%Fe), Fe-Ni(25%Ni), Mn-Cu(1030 %Mn), dan Cu-Ni(50%Ni). Logam dasra dimasukkan kemudian, tembaga. Kemudian dicairkan, setelah mencair cairan dimasukkan kedalam cetakan ingot. Cairan dari ingot dan sekrap balik dicairkan kembali. Setelah mencair penyerapan hidrogen sedikit karena cairan ditutup dengan lapisan alumunium yang telah teroksidasi. Nanum jika hsedikit saja hidrogen masuk maka akan sukar dihilangkan. Oleh karena itu oemanasan harus dihindarkan dan harus menggunakan fluks yang telah dikeringkan terlebih dahulu seperti garam dan boraks.Temperatur yang cocok untuk penuangan adalah 1220OC untuk coran yang tipis, 1150 OC untuk coran yang berukuran sedang, dan 1100 OC untuk coran yang tebal. Brons alumunium cair kira kira mengandung 10%Al dan cendrug membuat terak. Selanjutnya karena dia mempunyai daerah cair yang sempit, maka menyebabkan penyusustan. Oleh karena itu, terak perlu dihilangkan dengan cara penuangan bawah.