5

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Kajian Pustaka

Penelitian terhadap pengecoran ulang (remelting) telah dilakukan oleh

peneliti lain diantaranya purnomo (2004) Meneliti material yang telah diteliti

adalah Aluminium paduan 320 (72,37% Al, 11,39% Si, 6,82% Mg, 2,77% Cu)

(Purnomo, 2004 ), dengan melebur paduan aluminium 320 dan menuangnya

kedalam cetakan logam. Pengecoran diulang sampai tiga kali, dan hasil coran

kemudian dibuat spesimen uji tarik dan uji impak. Hasil pengujian yang dilakukan

menerangkan bahwa pengecoran ulang akan menurunkan kekuatan tarik, dan

kekuatan impak dari bahan.

Djatmiko (2008) mengatakan bahwa bahan paduan Al-Si-Mg merupakan

salah satu paduan aluminium yang cocok dipakai untuk material piston motor.

Paduan ini mempunyai kelebihan seperti ringan,tahan korosi dan warnanya

menarik, tetapi sifat mekaniknya belum memenuhi standart JIS H 5201 oleh

karena itu sifat mekaniknya perlu ditingkatkan. Sifat mekanik paduan Al-Si-Mg

dapat ditingkatkan dengan salah satunya perlakuan panas T6 dengan waktu tahan

40 jam dengan suhu bervariasi antara 30oC, 150oC, 180oC, 210oC, dan 240oC.

kemudian dilakukan uji kekerasan, kekuatan impak, identifikasi fasa dan

pengamatan struktur mikro. Hasil pengujian menunjukkan bahwa sifat mekanik

paduan Al-Si-Mg naik akibat adanya perlakuan panas T6. Sifat mekanik optimum

diperoleh pada suhu 210oC. mempunyai nilai kekerasan 93,30 HVN, kekuatan

impak 5,13 j/cm2 dan telah memenuhi standart JIS H 5201.

M. Arif (2005) telah melebur torak bekas dengan paduan SiO2 0,07%, Al

98,09 %, dan Fe 1,27 % yang dicor kembali, kemudian dilanjutkan dengan proses

aging pada suhu 150oC dan 220oC dengan holding time bervariasi. Pengujian

tarik, kekerasan dan struktur mikro dilakukan setelah dilaksanakan proses aging.

(Arif 2005). Hasil penelitian menunjukkan kekuatan tarik pada suhu aging 150oC

dan 220oC dengan holding time berturut-turut 45 menit, 120 menit, 240 menit,

420 menit dan 540 menit adalah 67,19 kg/mm2, 68,01 kg/mm2, 68,63 kg/mm2,

98,59 kg/mm2, 60,81 kg/mm2 dan 87,01 kg/mm2, 93 kg/mm2, 70,91 kg/mm2,

5

6

68,58 kg/mm2, 66,58 kg/mm2. Kekuatan tarik tertinggi sebesar 98,59 kg/mm2 naik

sebesar 26,38 % dari raw materials (78,01 kg/mm2) (M. Arif, 2005).

Harsono (2006) Aluminium dalam penelitian ini termasuk dalam paduan

Al-Si, karena 92,60% adalah aluminium, 6,73% Si dan sisanya adalah paduan

unsur lain. Setelah dilakukan foto mikro ternyata paduan aluminium yang telah di

remelting mempunyai porositas yang lebih besar dibandingkan dengan raw

material, Proses remelting mempengaruhi sifat mekanis pada paduan aluminium,

yaitu terdapat penurunan kekerasan kekuatan fatik.

2.2. Landasan Teori

2.2.1. Aluminium

Aluminium merupakan logam non ferro yang memiliki sifat ringan

dan tahan karat. Aluminium dipakai sebagai paduan berbagai logam murni,

sebab tidak kehilangan sifat ringan dan sifat–sifat mekanisnya dan mampu

cornya diperbaiki dengan menambah unsur–unsur lain. Unsur-unsur paduan

itu adalah tembaga, silikon, magnesium, mangan, nikel, dan sebagainya

yang dapat merubah sifat paduan aluminium (Surdia, 1991). Seperti terlihat

pada Tabel 2.1.

Tabel 2.1. Komposisi paduan Aluminium menurut Standar

JIS H5302

JIS ISO Cu Si Mg Zn Fe Mn Ni Sn Pb Ti Al

ADC1 <1.0 11.0 to 13.0 <0.3 <0.5 <1.3 <0.3 <0.5 <0.1< Rest

ADC1C Al-Sil2CuFe <1.2 11.0 to 13.5 <0.3 <0.5 <1.3 <0.5 <0.3 <0.1< <0.2 <0.2 Rest

ADC2 Al-Sil2Fe <0.10 11.0 to 13.5 <0.10 <0.1 <1.3 <0.5 <0.1 <0.05 <0.1 <0.2 Rest

ADC3 <0.6 90 to 10 0.4 to 0.6 <0.5 <1.3 <0.3 <0.5 <0.1 Rest

ADC5 <0.2 <0.3 4.0 to 8.5 <0.1 <1.8 <0.3 <0.1 <0.1 Rest

ADC6 <0.1 <1.0 2.5 to 4.0 <0.4 <0.8 0.4-0.6 <0.1 <0.1 Rest

ADC7 Al-Si5Fe <0.10 4.5 to 6.0 <0.1 <0.1 <1.3 <0.5 <0.1 <0.1 <0.1 <0.2 Rest

ADC8 Al-Si6Cu4Fe 3.0 to 5.0 5.0 to 7.0 <0.3 <2.0 <1.3 0.2-0.6 <0.3 <0.1 <0.2 <0.2 Rest

ADC10 2.0 to 4.0 7.5 to 9.5 <0.3 <1.0 <1.3 <0.5 <0.5 <0.2 Rest

ADC10Z 2.0 to 4.0 7.5 to 9.5 <0.3 <3.0 <1.3 <0.5 <0.5 <0.2 Rest

ADC11 Al-Si8Cu3Fe 2,5 to 4.0 7.5 to 9.5 <0.3 <1.2 <1.3 <0.6 <0.5 <0.2 <0.3 <0.2 Rest

ADC12 1.5 to 3.5 9.6 to 12.0 <0.3 <1.0 <1.3 <0.5 <0.5 <0.2 Rest

ADC12Z 1.5 to 3.5 9.6 to 12.0 <0.3 <3.0 <1.3 <0.5 <0.5 <0.2 Rest

7

Selain itu pada paduan aluminium ADC 12 juga terdapat sifat

mekanik yang terkandung pada aluminium paduan tersebut seperti terlihat

pada Tabel 2.2.

Tabel 2.2. Sifat mekanik paduan Aluminium menurut

JIS H5302

Brinell hardness

JIS

Tensile strength

Rm MPa min.

Yield strength

Rp0,2 MPa min.

HB HRB

Average σ ASTM Average σ ASTM Average σ ASTM Average σ

ADC1 250 46 290 172 22 130 71.2 3.5 72 36.2 5.5

ADC3 279 48 320 179 35 170 71.4 1.8 76 36.7 2.2

ADC5 (213) 65 310 145 26 190 64.4 2.4 74 (30.1) 3.7

ADC6 266 61 280 172 23 64.7 2.3 67 27.3 3.9

ADC10 241 34 320 157 18 160 73.6 2.4 83 39.4 3.0

ADC12 228 41 310 154 14 150 74.1 1.5 86 40.0 1.8

ADC14 193 28 320 188 31 250 76.8 1.7 108 43.1 2.1

Pada paduan aluminium ADC 12 juga dapat digunakan untuk

pembuatan bahan dasar seperti yang terlihat pada Tabel 2.3. Material

ADC 12 pada standar ASM Handbook sama dengan material dengan kode

384.

Tabel 2.3. Aplikasi atau kegunaan material menurut

(ASM Handbook vol 15, 1998)

Paduan Perwakilan Aplikasi

308.0 coran cetakan tujuan umum permanen, kisi-kisi hias dan reflektor

319.0 Engine crankcases; bensin dan tangki minyak, panci minyak; frame mesin tik; bagian-

bagian mesin

332.0 Otomotif dan piston, puli,

333.0 Gas meter dan bagian regulator; blok gigi; coran otomotif umum; piston

354.0 Premium-kekuatan coran untuk industri kedirgantaraan

355.0 Pasir: piston kompresor udara; cetak bedplates pers; jaket air; crankcases. Tetap: impeller,

fitting pesawat udara; timinggears; kasus mesin jet kompresor

356.0 Pasir: roda gila tuang; kasus transmisi otomotif, panci minyak; badan pompa. Tetap: mesin

bagian alat; roda pesawat udara; badan pesawat tuang; pagar jembatan

8

A356.0 Struktural bagian yang membutuhkan kekuatan tinggi; bagian mesin, truk bagian chassis

357.0 Tahan korosi dan aplikasi tekanan-ketat

359.0 kekuatan coran untuk industri kedirgantaraan

360.0 bagian motor tempel, peralatan tas, pelat penutup, coran laut dan pesawat

A360.0 Cover piring, peralatan tas, bagian-bagian sistem irigasi; bagian motor tempel; engsel

380.0 rumah untuk mesin pemotong rumput dan pemancar radio; udara coran rem; kasus gigi

A380.0 Aplikasi membutuhkan kekuatan pada suhu tinggi

384.0 Pistons dan aplikasi layanan lainnya; transmisi otomatis

390.0 Piston dengan mesin pembakaran dalam, blok, manifold, dan kepala silinder

413.0 Arsitektur, hias, laut, dan makanan dan aplikasi peralatan susu

A413.0 piston motor tempel, peralatan gigi, frame mesin tik; jalan perumahan lampu

443.0 Cookware; pipa fitting, fitting laut; cetakan ban; badan karburator

514.0 Alat kelengkapan untuk kimia dan penggunaan limbah; susu dan makanan peralatan

penanganan; cetakan ban

Pengaruh unsur-unsur pemadu pada paduan aluminium adalah

sebagai berikut:

a. Silikon (Si)

Unsur Si dalam paduan aluminium mempunyai pengaruh positif :

• Meningkatkan sifat mampu alir (Hight Fluidity).

• Mempermudah proses pengecoran

• Meningkatkan daya tahan terhadap korosi

• Memperbaiki sifat-sifat atau karakteristik coran

• Menurunkan penyusutan dalam hasil cor

• Tahan terhadap hot tear (perpatahan pada metal casting pada saat

solidifikasi karena adanya kontraksi yang merintangi)

Pengaruh negatif yang ditimbulkan unsur Si berupa:

• Penurunan keuletan bahan terhadap beban kejut jika kandungan silikon

terlalu tinggi.

b. Tembaga (Cu)

Pengaruh baik yang dapat timbul oleh unsur Cu dalam paduan

aluminium:

• Meningkatkan kekerasan bahan dengan membentuk presipitat

• Memperbaiki kekuatan tarik

9

• Mempermudah proses pengerjaan dengan mesin.

Pengaruh buruk yang dapat ditimbulkan oleh unsur Cu :

• Menurunkan daya tahan terhadap korosi

• Mengurangi keuletan bahan dan

• Menurunkan kemampuan dibentuk dan dirol

c. Unsur Magnesium (Mg)

Magnesium memberikan pengaruh baik yaitu:

• Mempermudah proses penuangan

• Meningkatkan kemampuan pengerjaan mesin

• Meningkatkan daya tahan terhadap korosi

• Meningkatkan kekuatan mekanis

• Menghaluskan butiran kristal secara efektif

• Meningkatkan ketahanan beban kejut atau impak.

Pengaruh buruk yang ditimbulkan oleh unsur Mg:

• Meningkatkan kemungkinan timbulnya cacat pada hasil pengecoran

d. Unsur besi (Fe)

Pengaruh baik yang dapat ditimbulkan oleh unsur Fe ada1ah :

• mencegah terjadinya penempelan logam cair pada cetakan.

Pengaruh buruk yang dapat ditimbulkan unsur paduan ini adalah :

• Penurunan sifat mekanis

• Penurunan kekuatan tarik

• Timbulnya bintik keras pada hasil coran

• Peningkatan cacat porositas.

Macam-macam Unsur paduan aluminium dapat diklasifikasikan

sebagai berikut :

a. Paduan aluminium – tembaga, aluminium – tembaga - silikon.  

Paduan aluminium - tembaga adalah paduan aluminium yang

mengandung tembaga 4,5 %, memiliki sifat–sifat mekanik dan

mampu mesin yang baik sedangkan mampu cornya agak jelek.

Paduan aluminium tembaga – silikon dibuat dengan menambah 4 – 5

% silikon pada paduan aluminium tembaga untuk memperbaiki sifat

10

mampu cornya. Paduan ini dipakai untuk bagian–bagian motor

mobil, dan rangka utama dari katup (Surdia, 1991).

b. Paduan aluminium – silikon, aluminium – silikon – magnesium.

Paduan dari aluminium dan silikon sekitar 2 % disebut

silumin yang memiliki mampu cor yang baik, sehingga terutama

dipakai untuk bagian – bagian mesin biasa. Tetapi paduan yang biasa

dicor mempunyai sifat mekanik yang jelek karena butir – butir

silikon yang besar, sehingga dicor dengan tambahan natrium dan

agitasi dari logam cair untuk membuat kristal halus dan memperbaiki

sifat – sifat mekanik, tetapi cara ini tidak efektif untuk coran besar.

Paduan aluminium silikon diperbaiki sifat mekaniknya dengan

menambahkan magnesium, tembaga atau mangan dan selanjutnya

diperbaiki dengan perlakuan panas (Surdia, 1991).

c. Paduan aluminium – magnesium.

Paduan aluminium yang mengandung magnesium 4 % atau

10 % mempunyai ketahanan korosi dan sifat mekanik yang baik.

Paduan ini mempunyai kekuatan tarik diatas 30 kgf/mm2 dan

perpanjangan diatas 12 % dipakai untuk alat – alat industri kimia ,

kapal laut, dan pesawat terbang (Surdia, 1991).

d. Paduan aluminium tahan panas.

Paduan ini terdiri dari Al – Cu – Ni – Mg yang kekuatannya

tidak berubah sampai 300oC, sehingga paduan ini dipakai untuk

torak dan tutup silinder.

P

Gambar 2.1. Diagram fasa paduan Al-Si (ASM Internasional, 2004)

11

2.2.2. Sifat Aluminium

Perlu diketahui aluminium merupakan logam yang paling banyak

terkandung di kerak bumi. Aluminium terdapat di kerak bumi sebanyak

kira-kira 8,07% hingga 8,23% dari seluruh massa padat dari kerak bumi,

dengan produksi tahunan dunia sekitar 30 juta ton pertahun dalam bentuk

bauksit dan bebatuan lain. Saat ini aluminium berkembang luas dalam

banyak aplikasi industri seperti industri otomotif, rumah tangga, maupun

elektrik, karena beberapa sifat dari aluminium itu sendiri, yaitu:

1. Ringan (light in weight)

Aluminium memiliki sifat ringan, bahkan lebih ringan dari

magnesium dengan densitas sekitar 1/3 dari densitas besi. Kekuatan

dari paduan aluminium dapat mendekati dari kekuatan baja karbon

dengan kekuatan tarik 700 Mpa (100 Ksi). Kombinasi ringan dengan

kekuatan yang cukup baik membuat aluminium sering diaplikasikan

pada kendaraan bermotor, pesawat terbang, alat-alat konstruksi

seperti tangga, scaffolding, maupun pada roket.

2. Mudah dalam pembentukannya (easy fabrication)

Aluminium merupakan salah satu logam yang mudah untuk

dibentuk dan mudah dalam fabrikasi seperti ekstrusi, forging,

bending, rolling, casting, drawing, dan machining. Struktur kristal

yang dimiliki aluminium adalah struktur kristal FCC (Face Centered

Cubic), sehingga aluminium tetap ulet meskipun pada temperatur

yang sangat rendah. Bahan aluminium mudah dibentuk menjadi

bentuk yang komplek dan tipis sekalipun, sepeti bingkai jendela,

lembaran aluminium foil, rel, gording, dan lain sebagainya.

3. Tahan terhadap korosi (corrosion resistance)

Aluminium tahan terhadap korosi karena fenomena pasivasi.

Pasivasi adalah pembentukan lapisan pelindung akibat reaksi logam

terhadap komponen udara sehingga lapisan tersebut melindungi

lapisan dalam logam dari korosi. Hal tersebut dapat terjadi karena

permukaan aluminium mampu membentuk lapisan alumina

(Al2O3) bila bereaksi dengan oksigen.

12

4. Konduktifitas panas tinggi (high thermal conductivity)

Konduktifitas panas aluminium tiga kali lebih besar dari besi,

maupun dalam pendinginan dan pemanasan. Sehingga aplikasi

banyak digunakan pada radiator mobil, koil pada evaporator, alat

penukar kalor, alat-alat masak, maupun komponen mesin.

5. Konduktifitas listrik tinggi (high electrical conductivity)

Konduktifitas listrik dari aluminium dua kali lebih besar dari

pada tembaga dengan perbandingan berat yang sama. Sehingga

sangat cocok digunakan dalam kabel transmisi listrik.

6. Tangguh pada temperatur rendah (high toughness at cryogenic

temperature)

Aluminium tidak menjadi getas pada temperatur rendah

hingga -100oC, bahkan menjadi lebih keras dan ketangguhan

meningkat. Sehingga aluminium dapat digunakan pada material

bejana yang beroperasi pada temperatur rendah (cryogenic vessel)

7. Tidak beracun (non toxic)

Aluminium tidak memiliki sifat racun pada tubuh manusia,

sehingga sering digunakan dalam industri makanan seperti kaleng

makanan dan minuman, serta pipa-pipa penyalur pada industri

makanan dan minuman.

8. Mudah didaur ulang (recyclability)

Aluminium mudah untuk didaur ulang, bahkan 30% produksi

aluminium di Amerika berasal dari aluminium yang didaur ulang.

Pembentukan kembali aluminium dari material bekas hanya

membutuhkan 5% energy dari pemisahan aluminium dari bauksit.

Dengan berbagai keunggulan dari aluminium tersebut, saat ini

penggunaan aluminium sangat berkembang pesat terutama pada industri

pesawat terbang dan otomotif. Masih banyak pengembangan yang

dilakukan sehingga dapat menciptakan paduan aluminium baru yang

memiliki sifat dan karakteristik yang berbeda.

13

2.2.3. Teori Dasar Peleburan dan Pencetakan Aluminium

Pengecoran adalah suatu proses manufaktur yang menggunakan

logam cair dan cetakan untuk menghasilkan bagian dengan bentuk yang

mendekati bentuk geometri akhir produk jadi. Logam cair akan dituangkan

atau ditekan ke dalam cetakan yang memiliki rongga sesuai dengan bentuk

yang diinginkan. Setelah logam cair memenuhi rongga dan kembali ke

bentuk padat, selanjutnya cetakan dipisahkan dan hasil cor dapat digunakan

untuk proses sekunder.

Proses pengecoran sendiri dibedakan menjadi dua macam, yaitu

traditional casting dan non-traditional/contemporary casting.

a. Teknik Tradisional

1. Pengecoran dengan cetakan pasir (Sand-Mold Casting).

2. Penggecoran dengan menggunakan Pasir Basah (Dry-Sand

Casting).

3. Shell-Mold Casting.

4. Full-Mold Casting.

5. Pengecoran dengan menggunakan cetakan semen (Cement-Mold

Casting ).

6. Pengecoran dengan sistim vacum (Vacuum-Mold Casting).

b. Sedangkan teknik non-traditional terbagi atas :

1. Pengecoran dengan Tekanan tinggi (High-Pressure Die Casting).

2. Pengecoran dengan cara diputar (Centrifugal Casting).

3. pengecoran dengan sistim suntik (Injection-Mold Casting).

4. Pengecoran dengan cetakan keramik (Investment Casting).

5. Pengecoran dengan sistim tiup, biasa digunakan untuk cetakan

plastik (Blow-mold casting) .

Perbedaan secara mendasar diantara keduanya adalah bahwa

contemporary casting tidak bergantung pada pasir dalam pembuatan

cetakannya. Perbedaan lainnya adalah bahwa contemporary casting

biasanya digunakan untuk menghasilkan produk dengan geometri yang

relatif kecil dibandingkan bila menggunakan traditional casting. Hasil

coran non-traditional casting juga tidak memerlukan proses tambahan

14

untuk penyelesaian permukaan. Tradisional casting khususnya sand mold

casting bahan yang digunakan adalah pasir cetak. Keuntungan dari pasir

adalah harganya murah, mudah didapat dan cara pembuatannya mudah.

Namun kerugian dari cetakan pasir adalah hanya dapat digunakan satu kali

pencetakan sehingga tidak dapat digunakan untuk produksi masal.

2.2.4. Pasir Cetak

Pasir Cetak adalah pasir yang dibuat untuk membuat cetakan. Pasir

cetak harus memiliki sifat- sifat antara lain :

a. Mempunyai sifat mampu bentuk sehingga mudah untuk dibentuk.

b. Distribusi besar yang cocok, dan seragam.

c. Tahan terhadap temperatur logam yang dituang.

d. Permeabilitas yang cocok, sehingga tidak terjadi cacat seperti rongga

penyusutan, kekasaran permukaan, dan gelembung gas.

Selain yang diatas pasir cetak harus memiliki kadar lempung sekitar

10-20% untuk dapat dipakai. Pasir cetak ada beberapa jenis yaitu pasir

gunung, pasir pantai, pasir sungai, dan pasir silika. Beberapa dari pasir

tersebut dipakai begitu saja tanpa melalui proses lain, namun ada juga yang

harus digiling dan dipecah menjadi butir-butir dengan komposisi yang

cocok. Pasir yang memiliki komposisi yang cocok dan bersifat adhesi

mereka dipakai begitu saja sedang kalau sifat adhesinya kurang maka harus

ditambahkan lempung (Surdia, 1991).

2.2.5. Cetakan Pasir

Cetakan Pasir adalah cetakan yang terbuat dari bahan dasar pasir

dan tanah lempung sebagai penguatnya. Cetakan pasir biasanya dibuat

dengan tangan, namun ada juga yang dibuat dengan mesin cetakan.

Cetakan pasir terdiri dari dua macam yaitu cetakan atas (cup) dan cetakan

bawah (drug) (Surdia, 1991). Cara pembuatan Cetakan pasir adalah sebagai

berikut:

a. Papan cetakan diletakkan pada lantai yang rata dengan pasir yang

tersebar mendatar.

15

b. Pola dan rangka cetak diletakkan diatas papan cetakan. Rangka cetak

harus lebar agar tebal pasir kira-kira 30 mm sampai 50 mm.

c. Pasir muka yang telah diayak ditaburkan untuk menutupi permukaan

pola dalam rangka cetakan. Pasir cetak ditaburkan diatasnya dan

dipadatkan.

d. Cetakan untuk drug dibalik dan setengah dari pola bersama rangka

cup diletakkan di atasnya, dan bahan pemisah ditaburkan di atasnya.

e. Batang saluran turun dipasang didalam cetakan, kemudian pasir

muka dan pasir cetak ditaburkan kedalam rangka cetak dan

dipadatkan. Cetakan harus diberi penanda agar tidak salah dalam

peletakanya. Selanjutnya cup dibuka dan dipisahkan dari drug.

f. Pola kemudian diambil, inti yang cocok dipasang pada rongga

cetakan, kemudian cup ditutup, dan pembutan cetakan telah selesai

2.2.6. Pola

Pola adalah model untuk membuat coran. Pola pada umumnya

berbentuk seperti coran yang akan dibuat. Pola harus mudah dikeluarkan

dari cetakan agar tidak merusak cetakan saat dikeluarkan. Macm-macam

pola antara lain:

a. Pola pejal.

b. Pola pelat pasangan.

c. Pola pelat cup dan drug.

d. Pola cetakan sapuan.

e. Pola penggeret dengan penuntun.

f. Pola penggeret berputar dengan rangka cetak.

g. Pola kerangka.

Pola biasanya dibuat dari bahan yang mudah dibentuk. Bahan pembuat pola

antara lain:

a. Kayu yang dibuat untuk pola adalah kayu saru, kayu aras, kayu jati

dan lain-lain. Kayu yang mempunyai kadar air dari 14% tidak biasa

digunakan untuk pola.

16

b. Resin Sintetis epoksi merupakan resin yang banyak dipakai karena

mempunyai sifat penyusutan yang kecil pada waktu mengeras, tahan

aus. Selain resin epoksi juga dipakai resin resin polisetirina namun

pola dari bahan ini hanya untuk sekali pakai saja.

c. Bahan untuk pola logam yang banyak dipakai adalah besi cor, selain

itu adalah tembaga untuk cetakan kulit, aluminium dan baja (Surdia,

1991).

2.2.7. Membuat Coran

Untuk membuat coran, harus dilakukan proses-proses seperti:

pencairan logam, membuat cetakan, menuang, membongkar dan

membersihkan coran seperti ditunjukkan pada Gambar 2.2. untuk

mencairkan logam bermacam-macam tanur dipakai. Umumnya kupola atau

tanur induksi frekuensi rendah dipergunakan untuk besi cor, tanur busur

listrik atau tanur induksi frekuensi tinggi dipergunakan untuk baja cor dan

tanur krus untuk paduan tembaga atau paduan coran ringan, karena tanur-

tanur ini dapat memberikan logam cair yang baik dan sangat ekonomis

untuk logam-logam tersebut.

Bahan baku Tungku Ladel

Sistim pengolahan pasir

Mesin pembuat cetakan Penuangan

Pembongkaran

Pembersihan

Pemeriksaan

pasir Rangka cetak

Gambar 2.2. Aliran proses pada pembuatan coran (Surdia 1991).

17

Cetakan biasanya dibuat dengan jalan memadatkan pasir. Pasir yang

dipakai kadang-kadang pasir alam atau pasir buatan yang mengandung

tanah lempung. Cetakan pasir mudah dibuat dan tidak mahal asal dipakai

pasir yang cocok. Kadang-kadang dicampurkan pengikat khusus, misalnya

air kaca, semen, resin furan, resin fenol atau minyak pengering, karena

penggunaan zat-zat tersebut memperkuat cetakan atau mempermudah

operasi pembuatan cetakan.

Selain dari cetakan pasir, kadang-kadang dipergunakan cetakan

logam. Pada penuangan, logam cair mengalir melalui pintu cetakan, maka

bentuk pintu harus dibuat sedemikian sehingga tidak mengganggu aliran

logam cair. Pada umumnya logam cair dituangkan dengan pengaruh gaya

berat, walaupun kadang-kadang dipergunakan tekanan pada logam cair

selama atau setelah penuangan.

Setelah penuangan, coran dikeluarkan dari cetakan dan dibersihkan,

bagian-bagian yang tidak perlu dibuang dari coran. Kemudian coran

diselesaikan dan dibersihkan dengan disemprot cairan pembersih agar

memberikan rupa yang baik. Kemudian dilakukan pemeriksaan dengan

penglihatan tehadap rupa dan kerusakan, dan akhirnya dilakukan

pemeriksaan dimensi. Disamping itu berbagai macam pemeriksaan

metalurgi dilakukan untuk mencari kerusakan dalam, umpamanya dengan

pengujian getaran supersonik, atau pemeriksaan radiografi. Selanjutnya

kadang-kadang kekuatan, struktur mikro dan komposisi kimia diujikan

pada batang uji yang dibuat dari logam cair yang sama.

Mudah tidaknya pembuatan coran tergantung pada bentuk dan

ukuran benda coran. Coran yang tebalnya seragam, tipis dan lebar, atau

tuangan yang memerlukan inti tipis dan panjang adalah sangat sukar

dibuat. Disamping itu coran-coran yang memerlukan ketelitian atau sudut-

sudut tajam susah kemungkinannya untuk dibuat.

18

2.2.8. Sifat Logam Cair

Kekentalan atau kecairan logam sangat tergantung pada temperatur,

dimana pada temperatur tinggi logam akan mencair seluruhnya sedangkan

pada temperatur rendah keadaanya sangat kental dan beku dan di dalamnya

terdapat inti-inti kristal.

Berat jenisnya besar menjadikan logam cair memiliki kelembaman

dan ketika mengalir, misalnya saat proses penuangan ke dalam cetakan

alirannya mempunyai gaya tumbuk besar. Logam cair lebih suka

membentuk tetesan bulat karena mempunyai tegangan permukaan yang

lebih besar dibandingkan dengan air, dan ketika berhubungan dengan

permukaan cetakan terjadi gaya tahanan yang melawan penetrasi logam

cair dari dalam dinding sehingga logam cair tidak melekat pada cetakan,

perencana dan pembuat coran perlu mengerti mengenai pengecoran.

2.2.9. Pembekuan Coran

Pembekuan coran dimulai dari bagian logam yang bersentuhan

dengan cetakan, yaitu ketika panas dari logam cair diambil oleh cetakan

sehingga bagian logam yang bersentuhan dengan cetakan itu mendingin

sampai kemudian inti-inti kristal tumbuh. Bagian dari coran mendingin

lebih lambat dari pada bagian luar, sehingga kristal-kristal tumbuh dari inti

mengarah kebagian dari coran dan butir-butir kristal tersebut berbentuk

kolam dan disebut struktur kolom (Kalpakijan, 1989). Waktu pembekuan

aluminium dalam cetakan dapat diketahui pada Tabel 2.4 dimana material dan

proses cetakan sangat berpengaruh terhadap cepat lambatnya pendinginan.

Tabel 2.4. Waktu pembekuan pengecoran aluminium dari beberpa proses

pengecoran. (John, 1994).

Proses pengecoran Bahan Cetakan Waktu Pembekuan (second)

Cetakan permanen  Steel  47 Core  Pasir Silika  175    Pasir silikon  80 

Disamatic  silika  85 

19

2.2.10. Pengecoran Ulang

Pengecoran ulang adalah pengecoran yang menggunakan material

daur ulang yang sudah tidak terpakai untuk di tuang kembali. Pengecoran

ulang biasanya dilakukan didalam industri-industri kecil dengan

menggunakan dapur sederhana dengan menggunakan tungku api dengan

pembakaran menggunakan minyak tanah. Api disemburkan kedalam

tungku menggunakan blender yang dipasang dibagian bawah tungku.

Logam yang dimasukkan pada dapur terdiri dari sekrap dan

aluminium ingot. Aluminium paduan tuang ingot didapatkan dari peleburan

primer dan sekunder serta pemurnian. Kebanyakan kontrol analisa

didapatkan dari analisis pengisian yang diketahui, yaitu ketelitian

pemisahan tuang ulang dan ingot aluminium baru. Praktek peleburan yang

baik mengharuskan dapur dan logam yang dimasukan dalam keadaan

bersih. Untuk menghemat waktu peleburan dan mengurangi kehilangan

karena oksidasi lebih baik memotong logam menjadi potongan kecil yang

kemidian dipanaskan mula. Kalau bahan sudah mulai mencair, fluks harus

ditaburkan untuk mengurangi oksidasi dan absorbsi gas. Cacat hasil

pengecoran terdiri dari :

a. Salah bentuk cetakan yaitu Cacat yang disebabkan oleh salah dalam

membuat medel cetakan.

b. Cacat inklusi pasir yaitu cacat yang disebabkan pasir dari cetakan

masuk kedalam cairan logam.

c. Cacat gas.

Apabila diberi kesempatan paduan aluminium akan menyerap gas

hidrogen. Peningkatan temperatur sebuah efek yang sangat besar pada

kelarutan maksimum dari hidrogen pada aluminium, sebagaimana

ditunjukkan pada Gambar 2.3. Pada titik lebur tiba–tiba terjadi kenaikan

kelarutan hidrogen pada aluminium sampai dicapainya temperatur

penuangan.

20

Gambar 2.3. Pengaruh temperatur pada kelarutan hidrogen

dalam aluminium (Surdia, 1991)

d. Cacat penyusutan yaitu cacat yang disebabkan kontraksi volume di

dalam larutan dan pada saat pembekuan.

2.2.11. Proses Pengecoran

Bertitik tolak pada cara kerja proses ini, maka proses pembuatan

jenis pengecoran ini dapat dibagi menjadi 2 yaitu proses penuangan, dan

proses pencetakan.

a. Proses penuangan

Proses penuangan adalah proses pembuatan benda kerja dari

logam tanpa adanya penekanan sewaktu logam cair mengisi cetakan.

Cetakan biasanya terbuat dari pasir, plaster, keramik, atau bahan

tahan api lainnya yaitu dengan proses penuangan gravitasi dan proses

penuangan Die Casting (Sistem tekan).

b. Proses Pencetakan

Proses pencetakan adalah proses pembuatan benda kerja dari

logam cair dengan jalan menuang lelehan aluminium ke dalam

cetakan sehingga logam cair tersebut mengisi rongga cetakan. Proses

21

dibagi dalam beberapa macam yaitu proses Molding Casting

(Cetakan permanen) dan Sand Casting (Cetakan pasir).

2.2.12. Uji Komposisi Kimia

Uji komposisi merupakan pengujian yang berfungsi untuk

mengetahui seberapa besar atau seberapa banyak jumlah suatu kandungan

yang terdapat pada suatu logam, baik logam ferro maupun logam non

ferro. Uji komposisi biasanya dilakukan ditempat pabrik-pabrik atau

perusahaan logam yang jumlah produksinya besar, ataupun juga terdapat

di Instititut pendidikan yang khusus mempelajari tentang logam.

Proses pengujian komposisi berlangsung dengan pembakaran

bahan menggunakan elektroda dimana terjadi suhu rekristalisasi, dari suhu

rekristalisasi terjadi penguraian unsur yang masing-masing beda

warnanya. Sedangkan untuk Penentuan kadar berdasar sensor perbedaan

warna. Proses pembakaran elektroda ini tidak lebih dari tiga detik.

Pengujian komposisi dapat dilakukan untuk menentukan jenis bahan yang

digunakan dengan melihat persentase unsur yang ada.

2.2.13. Uji Kekerasan

Kekerasan Ketahanan bahan terhadap indentasi secara kualitatif

menunjukan kekuatannya (Shackelford, 1976). Skala yang lazim dalam

pengujian kekerasan antara lain skala Brinell, Vickers, Rockwell dan

Knop. Skala kekerasan brinell (BHN) cenderung menunjukkan korelasi

yang cukup linier terhadap bahan tertentu, termasuk paduan aluminium

terlihat pada Tabel 2.5 merupakan sifat dari logam yang sering

dipergunakan dalam pengecoran, dimana dalam Tabel tersebut terdapat

sifat paduan aluminium seperti kekerasan (Amstead, 1995).

22

Tabel 2.5 Sifat-sifat dari logam (Amstead, 1995)

Jenis logam Kekuatan Tarik

(MPa) Keuletan (%) Kekerasan (BHN)

Besi dan baja

Besi cor kelabu 110-207 0-1 100-150 Besi cor putih 310 0-1 450 baja 276-2070 12-15 110-500

Bukan besi Aluminium 83-310 10-35 30-100 Tembaga 345-689 5-10 50-100 Magnesium 83-345 9-15 30-60 Seng 48-90 2-10 80-100 Titan 552-1034 - 158-266 Nikel 414-1103 15-40 90-250

2mmkg

Skema pengujian kekerasan Brinell ditunjukkan Gambar 2.4.

Kekerasan Brinell dihitung berdasarkan persamaan :

( )2

2dDDD

PBHN−−

=π

…………………………… (2.1)

Dimana :

P : besar beban

d

D P

D : Diameter Indentor

d : Diameter lubang

Gambar 2.4. Skema pengujian brinell

Dari Gambar 2.4. terlihat bahwa benda kerja ditekan menggunakan bola

identor yang berdiameter (D), dan kemudian dilakukan pembebanan setelah

selesai pembebanan kemudian bekas dari tekanan identor diukur diameter

lubangnya (d). Setelah itu dilakukan perhitungan dengan menggunakan

Persamaan 2.1.

23

2.2.14. Uji Strukturmikro

Untuk mengetahui strukturmikro dari suatu logam pada umumnya

pengujian dilakukan dengan reflek pemendaran (sinar), pada pemolesan

atau etsa, tergantung pada permukaan logam uji polis, dan diperiksa

langsung di bawah mikroskop atau dietsa lebih dulu, baru diperiksa di

bawah mikroskop. Seperti terlihat pada Gambar 2.5.

Gambar 2.5 Strukturmikro paduan Al-si (a) Strukturmikro paduan

hypoeutectic (1.65-12.6 % Si). 150X. (b) Strukturmikro paduan eutectic

(12.6% Si). 400X. (c) Strukturmikro paduan hypereutectic (>12.6% Si).

150X (ASM International, 2004)

Adapun beberapa tahap yang perlu dilakukan sebelum melakukan

pengujian strukturmikro, yaitu:

1. Pemotongan (sectioning)

Pemilihan sampel yang tepat dari suatu benda uji studi

mikroskopik merupakan hal yang sangat penting. Pemilihan sampel

tersebut didasarkan pada tujuan pengamatan yang hendak dilakukan.

Pada umumnya bahan komersil tidak homogen, sehingga satu sampel

yang diambil dari suatu volume besar tidak dapat dianggap

representatif. Pengambilan sampel harus direncanakan sedemikian

sehingga menghasilkan sampel yang sesuai dengan kondisi rata-rata

bahan atau kondisi di tempat-tempat tertentu (kritis), dengan

memperhatikan kemudahan pemotongan pula.

24

Secara garis besar, pengambilan sampel dilakukan pada

daerah yang akan diamati mikrostruktur maupun makrostrukturnya.

Sebagai contoh, untuk pengamatan mikrostruktur material yang

mengalami kegagalan, maka sampel diambil sedekat mungkin pada

daerah kegagalan (pada daerah kritis dengan kondisi terparah), untuk

kemudian dibandingkan dengan sampel yang diambil dari daerah

yang jauh dari daerah gagal. Perlu diperhatikan juga bahwa dalam

proses memotong, harus dicegah kemungkinan deformasi dan panas

yang berlebihan. Oleh karena itu, setiap proses pemotongan harus

diberi pendinginan yang memadai.

2. Pemegangan (mounting)

Spesimen yang berukuran kecil atau memiliki bentuk yang

tidak beraturan akan sulit untuk ditangani khususnya ketika

dilakukan pengamplasan dan pemolesan akhir. Sebagai contoh

adalah spesimen yang berupa kawat, spesimen lembaran metal tipis,

potongan yang tipis, dll. Untuk memudahkan penanganannya, maka

spesimen-spesimen tersebut harus ditempatkan pada suatu media

(media mounting). Secara umum syarat-syarat yang harus dimiliki

bahan mounting adalah:

• Bersifat inert (tidak bereaksi dengan material maupun zat etsa)

• Sifat eksoterimis rendah

• Viskositas rendah

• Penyusutan linier rendah

• Sifat adhesi baik

• Memiliki kekerasan yang sama dengan sampel

• Flowabilitas baik, dapat menembus pori, celah dan bentuk

ketidakteraturan yang terdapat pada sampel

• Khusus untuk etsa elektrolitik dan pengujian SEM, bahan

mounting harus kondusif

25

Media mounting yang dipilih haruslah sesuai dengan material

dan jenis reagen etsa yang akan digunakan. Pada umumnya mounting

menggunakan material plastik sintetik. Materialnya dapat berupa

resin (castable resin) yang dicampur dengan hardener, atau bakelit.

Penggunaan castable resin lebih mudah dan alat yang digunakan

lebih sederhana dibandingkan bakelit, karena tidak diperlukan

aplikasi panas dan tekanan. Namun bahan castable resin ini tidak

memiliki sifat mekanis yang baik (lunak) sehingga kurang cocok

untuk material-material yang keras.

3. Pengamplasan kasar (grinding)

Grinding dilakukan dengan menggunakan disc pengamplasan

yg ditutup dengan Silicon carbide kertas dan air. Ada sejumlah

ukuran amplas, yaitu 180, 240, 400, 1200, butir Silicon carbide per

inci persegi. Ukuran 180, menunjukkan kekasaran dan partikel ini

adalah ukuran untuk memulai operasi pengamplasan. Selalu

menggunakan tekanan langsung di pusat sampel. Lanjutkan

pengamplasan hingga semua noda kasar telah dihapus, permukaan

sampel rata, dan semua goresan yang pada satu posisi. Hal ini

membuat mudah untuk dilihat ketika goresan semuanya telah

dihapus.

Setelah operasi pengamplasan selesai pada ukuran amplas

1200, cuci sampel dengan air diikuti oleh alkohol dan keringkan

sebelum dipindah ke polish. Atau juga dapat tahap ini ukurannya

240, 800, 1000, 1500. Berikut adalah beberapa tahap dalam

pengampelasan, yaitu:

• Persiapan, tahap ini adalah tahap dimana melakukan pemilihan

amplas yang dimulai dengan menggunakan amplas dengan

nomor yang paling rendah (kasar) dan juga ditambah dengan

penggunaan air dengan tujuan supaya tidak terjadi gesekan antara

permukaan spesimen dengan amplas yang dapat mengakibatkan

percikan bunga api.

26

• Abrasion damage, adalah tahap menghaluskan permukaan dari

spesimen dengan menggunakan amplas dari nomor rendah

(nomor 360) ke nomor yang paling tinggi (nomor 2000) sampai

permukaan dari spesimen yang diuji rata dan tidak ada lagi

scratch pada material bila dilihat di mikroskop.

4. Pemolesan (polishing)

Tahap polishing bertujuan untuk menghasilkan permukaan

spesimen yang rata dan mengkilap, tidak boleh ada goresan yang

merintangi selama pengujian. finish lap merupakan tahap

penghalusan akhir material dengan menggunakan kain yang telah

diolesi polisher agar permukaan mengkilap dan rata atau bias disebut

juga dengan polishing.

Polish yang terdiri dari disc pengamplasan ditutup dengan

kain lembut penuh dengan partikel berlian (ukuran 6 dan 1 mikron)

dan minyak pelumas yang berminyak. Mulai dengan ukuran 6

mikron dan terus menggosok sampai goresan hilang

5. Etsa (etching).

Etching digunakan dalam metallography untuk

memperlihatkan mikrostruktur dari specimen dengan menggunaka

mikroskop. Specimen yang akan dietching harus dipolish secara teliti

dan rata serta bebas dari perubahan yang disebabkan deformasi pada

permukaan spesimen, alur material, pullout, dan goresan.

Meskipun dalam mikrography beberapa informasi sudah

dapat diketahui tanpa proses etching, tetapi mikrostruktur suatu

material biasanya baru dapat terlihat setelah dilakukan pengetsaan.

Hanya sekitar 10% informasi yang dapat terlihat tanpa proses

etching. Hanya reaktan, pori, celah, dan unsur non-metalik lainya

yang dapat diamati hanya dengan polishing, selebihnya diperlukan

etching.Secara umum tujuan dari etching adalah:

• Memberi warna pada permukaan benda uji sehingga tampak

jelas ketika diamati dengan mikoskop (color enhancement)

• Menimbulkan korosi sehingga memperjelas batas butir

27

• Meningkatkan kontras antar butir dan batas butir (optical

enhancement of contrast)

• Mengidentifikasi fasa pada suatu spesimen (anodizing

process)

6. Pemotretan (photo)

Dimaksudkan untuk mendapatkan Gambar dari struktur

kristal yang dimaksud. Untuk mendapatkan foto mikrografi yang

tajam, variabel berikut harus terkontrol yaitu penghilangan getaran,

pelurusan pencahayaan, penyesu-aian warna cahaya terhadap

korelasi objek, menjaga kejernihan objek, penyesuaian daerah

pengamatan, dan lubang diagram serta kecepatan fokus.

2.2.14. Uji Porositas

Porositas adalah suatu cacat atau void pada produk cor yang dapat

menurunkan kualitas benda tuang. Salah satu penyebab terjadinya

porositas pada penuangan paduan aluminium adalah gas hidrogen. Gas

hidrogen ini dapat terbentuk karena logam cair saat proses pengecoran

dimulai, dapat beroksidasi dengan gas karbon monoksida dan karbon

dioksida. Porositas oleh gas hidrogen dalam benda cetak paduan

aluminium silikon akan memberikan pengaruh yang buruk pada kekuatan

serta kesempurnaan dari benda tuang tersebut.

Cacat produk cor dapat dikategorikan atas: major difect dan minor

difect. Major difect yaitu cacat produk cor yang tidak dapat diperbaiki,

sedangkan minor defect adalah cacat yang masih dapat diperbaiki dengan

perbaikan ekonomis. Cacat porositas termasuk dalam major defect,

penyebab utama timbulnya cacat porositas pada proses pengecoran adalah:

1. Temperatur penuangan yang tinggi

2. Gas yang terserap dalam logam cair selama proses penuangan.

3. Cetakan yang kurang kering

4. Reaksi antara logam induk dengan uap air dari cetakan.

5. Kelarutan hidrogen yang tinggi

6. Permeabilitas pasir yang kurang bagus.

28

............................(2.2)

Dimana:

= berat piknometer (gr)

= berat piknometer yang diisi aquadesh (gr)

= berat massa sampel dalam piknometer (gr)

= berat massa sampel dalam piknometer yang tela dimasukkan

aquadesh (gr)

.....................................................(2.3)

Dimana

= apparent density (g/cm3)

= true density (g/cm3)