SEJARAH PENGECORAN LOGAM

SEJARAH PENGECORAN LOGAM

        Pemanfaatan  logam dimulai sejak manusia menemukan tembaga dalam keadaan murni di alam. Tembaga itu kemudian dimanfaatkan untuk membuat bentuk-bentuk tertentu dengan cara ditempa. Dengan cara itu dibuat alat-alat seperti tombak, kapak dan mata bajak serta alat berburu lainnya.

        Kemudian, orang mengetahui tembaga mencair pada suhu tinggi dan selanjutnya mengetahui cara menuangkan logam kedalam cetakan.   Sejak itu dimulailah era pengecoran logam sebagai salah satu cara untuk menghasilkan sesuatu. Hal itu terjadi  kira-kira 4000 tahun Sebelum Masehi. Itulah yang menandai era perubahan peradaban manusia, dari era zaman batu (stone age) ke era zaman baja (iron age).  Pada zaman itu juga orang mengenal perunggu, yaitu campuran antara logam tembaga, timah dan timbal.

        Melalui proses pengecoran, orang dapat membuat barang dengan bentuk-bentuk yang lebih kompleks, seperti perabot rumah tangga, perhiasan dan alat-alat pertanian. Pengecoran pertama kali dilakukan di Mesopotamia pada 3000 tahun sebelum masehi. Teknik ini kemudian menyebar ke Eropa, Asia Tengah, Cina dan India.

        Pada abad ke 14, orang memulai proses pencairan logam melalui ekstraksi bijih besi. Pada masa itu, penuangan dilakukan secara langsung ke dalam cetakan dari dapur ekstraksi. Dewasa ini,   besi yang keluar dari dapur tinggi baru berupa besi kasar, yang masih perlu dicairkan lagi untuk proses lebih lanjut.   

Cetakan pada masa dahulu, dibuat dari batu yang dipahat, dipadu dengan pasir, batu gamping dan tanah liat.

Secara skematis, pengecoran dilakukan dengan langkah-langkah berikut:

                Gambar 1 : Langkah-langkah pengecoran logam

          Pada umumnya, pengecoran bekerja berdasarkan prinsip gaya berat. Untuk bentuk-bentuk yang kompleks, gaya berat saja tidak cukup untuk menghasilkan coran yang baik, sehingga perlu teknik pengecoran bentuk lain, berupa penambahan tekanan. Untuk itu dikenal teknik pengecoran yang lain disamping teknik yang biasa, yaitu:

a. Pengecoran tekanan rendah, yaitu pengecoran yang kepada

    logam cair ditambahkan tekanan untuk mendorong logam cair

    memasuki rongga kecil, sehingga memungkinkan

    pembuatan bentuk-bentuk yang kompleks.

b. Pengecoran tekanan tinggi (Pengecoran cetak), yaitu pengecoran

    yang kepada logam cair ditambahkan tekanan untuk mendorong

    logam cair memasuki rongga atau celah kecil, sehingga

    memungkinkan pembuatan coran dengan dinding-dinding tipis.

c. Pengecoran sentrifugal, yaitu coran dimana logam cair

    dituangkan ledalam cetakan yang berputar, sehingga logam

    tertekan oleh gaya sentrifugal dan kemudian membeku.

         Pemeriksaan terhadap hasil coran dilakukan dalam beberapa cara, tergantung pada kebutuhan teknik coran tersebut. Pemeriksaan hasil coran meliputi:

a. Pemeriksaan visual, meliputi pemeriksaan bentuk, pemeriksaan

    permukaan dan pemeriksaan dimensi.

b. Pemeriksaan metallography, yang meliputi pemeriksaan thd

    cacat didalam coran. Pemeriksaan itu antara lain pemeriksaan

    dengan getaran, pemeriksaan ultrasonic, pemeriksaan

    radiography dan komposisi kimia.

Logam Paduan

Bila logam dibuat dalam bentuk campuran dengan logam lain, maka ada tiga bentuk campuran yang dapat terjadi, yaitu:

a. Campuran mekanik (mechanical mixture), yaitu suatu logam

    yang bercampur masing- masing dalam prosen tertentu, tetapi

    tidak terjadi senyawa atomic, sehingga masing-masing logam

    masih memiliki sifat aslinya

b. Larutan Padat (Solid solution), yaitu suatu campuran logam

    dimana terjadi senyawa atomic, atau dengan kata lain, logam

    yang satu larut dalam logam yang lain. Bentuk kelarutan ini

    adalah kelarutan atomic, dan dapat terjadi dalam 3 bentuk, yaitu:

1.    Kelarutan substitusi (Substitutional solution), dimana atom2 logam pemadu menempati posisi atom logam induk dalam kisi (lattice) secara sembarang.

2.    Kelarutan interstisi, yaitu kelarutan dimana atom2 logam pemadu menempati celah diantara kisi2 atom logam induk secara sembarang. Kelarutan Karbon, Hidrogen, Nitrogen dan Boron dalam baja umumnya dalam bnetuk interstisi.

3.    Senyawa intermetalik, yaitu kelarutan dimana atom2 logam pemadu menempati posisi atom2 logam induk secara teratur dalam porsi tertentu.

PRODUKSI BESI

Tiga bahan baku pokok:

Biji besi , Batu kapur dan Kokas

Biji besi terdapat dalam tiga bentuk, masing-masing: Taconite, berupa batuan hitam mirip batu korek api

Hematite, berupa mineral  oksida besi

Limonite, merupakan oksida besi yang mengandung air

Biji besi ini di di-crushed hingga berukuran 1 inc² (palletizing) dan unsure pengotor di eliminir dgn berbagai cara antara lain dgn separasi magnetic, hingga kemurnian besi mencapai 65%. Biji besi yang didapat dialam dgn kemurnian tinggi dpt digunakan langsung tanpa palletizing.

Kokas didapat dari batubara bituminous yang dipanasi hingga temp. 1150 ⁰C.

Fungsi kokas pd pembuatan baja:

-        Sbg pembangkit panas, yaitu melalui beberapa reaksi

-        Menghasilkan CO yang berfungsi utk mereduksi oksida besi (FeO) menjadi besi (Fe).

Batu kapur (limestone/CaCO₃), berguna utk mengikat kotoran yang berasal dari besi cair. Reaksi antara batu kapur dan kotoran akan menghasilkan slag yang ringan dan mengapung dipermukaan besi cair hingga mudah dipisahkan. Slag ini dapat dijadikan bahan baku semen, pupuk, gelas, bahan bangunan dll.

Ketiga bahan baku ini masuk ke blast furnace, dan dicairkan pada suhu 1650 ⁰C dengan udara yang dipanaskan terlebih dahulu (preheated) dan di-blast kedalam dapur. Setelah kurang lebih 5 jam semua mencair, besi berada dibawah dan slag diatas. Besi ini kemudian dituangkan kedalam ‘ladle cars’ dan pada tahap ini besi ini disebut ‘pig iron’, dimana komposisinya 4% C; 1,5% Si; 1% Mn ; 0,04% S dan 0,4% P.

PEMBUATAN BAJA

Baja dibuat dengan ‘refining’  besi kasar (pig iron) yang didapat dari blast furnace, yaitu dengan mereduksi impurities dan mereduksi kandungan Mn, Si, C serta unsure lain yang dianggap perlu serta menambahkan unsure yang baru spt Cr, Ni, Co, Va …. Dll

Ada tiga jenis dapur yang digunakan utk pembuatan baja, yaitu :

Open hearth furnace (Thn 1860)

Electric furnace (Thn 1906, temp 1925 ⁰C)

Basic oxygen furnace (Abad 20)

Kedua jenis terahir merupakanmetode terbaru dan lebih efisien serta mutu baja yang dihasilkan lebih baik.

Baja cair yang keluar dapur dituangkan kedalam cetakan dengan bentuk profil yang sudah ditentukan, hingga didapat ‘ingot’.

Setelah dingin, ingots ini dipanaskan lagi hingga temperature 1200 ⁰C untuk proses roll. Ingots bisa segi empat, persegi panjang dan bulat, beratnya mulai dari ratusan kilogram hingga 40 ton.

BAJA PADUAN DAN BAJA KARBON

Baja Karbon Rendah, disebut juga mild steel, memiliki kandunga karbon < 0,3%

Pemakaian pada produk2 industri umum, mur, baut, baja lembaran, flat, tubes dan komponen mesin.

Baja Karbon Medium, memiliki kandungan karbon

 0,3 – 0,6 %

Pemakaian pada mesin-mesin, alat pertanian, poros, jalur kereta, yang membutuhkan kekuatan dan kekerasan lebih dari BKR

Baja Karbon Tinggi, lebih dari 0,6 %

Dipakai pada bagian mesin yang memerlukan kekuatan dan kekerasan yang lebih besar spt: Alat potong, kabel, pegas, kelep dll.

EFEK UNSUR PEMADU DALAM BAJA

1.    Boron, memperbaiki hardenability dengan tanpa merubah

     sifat mampu mesin (machinability) dan mampu bentuk

     (formability) baja.

2.    Calcium, berguna untuk men-deoxidasi baja shg dpt

     mengurangi porositas, memperbaiki thpughness, dan

     memperbaiki machinability dan formability.

3.    Carbon, memperbaiki sifat mampu keras (hardenability),

     kekuatan, kekerasan dan ketahanan aus, namun

     mengurangi ductility, weldability dan toughness.

4.    Cerium, men-deoxidasi baja, mengontrol bentuk inklusi

     dan memperbaiki toughness pada baja paduan rendah.

5.    Chromium, memperbaiki toughness, hardenability, wear ,

     ketahanan korosi dan ketahanan pada suhu tinggi.

     Meningkatkan kedalaman penetrasi carbon pada proses

     carburisasi.

6.    Cobalt, memperbaiki kekuatan dan kekerasan pada suhu

     tinggi.

7.    Columbium (Niobium), membuat ukuran2 butiran lebih

     halus, memperbaiki kekuatan dan toughness. Menurunkan

     temperature transisi dan dapat menurunkan hardenability.

8.    Tembaga, memperbaiki  ketahanan thd korosi atmosfir.

     Berpengaruh thd kualitas permukaan dan karakteristik

     kerja panas baja.

9.    Timah hitam (lead), memperbaiki machinability.

10.        Magnesium, sama efeknya dengan Cerium

11.        Mangan, memperbaiki hardenablity, strength, ketahanan

        abrasi dan machinability. Men-deoksidasi baja cair,

        mengurangi hot-shortness dan mengurangi weldability.

12.        Molybdenum, memperbaiki hardenability, ketahanan

        aus, toughness, kekuatan suhu tinggi, ketahanan creep

        dan hardness. Mengurangi kegetasan akibat tempered.

13.        Nickel, memperbaiki kekuatan, toughness dan ketahanan

        korosi.

14.        Phosphor, memperbaiki kekuatan, hardenability,

        ketahanan korosi dan machinability. Mengurangi

        ductility dan toughness.

15.        Selenium, memperbaiki machinability.

16.        Silikon, memperbaiki kekuatan, hardness, ketahanan

        korosi, dan konduktifitas listrik. Mengurangi

        machinability dan cold-formability.

17.        Sulfur, memperbaiki machinability bila dikombinasi

        dengan mangan, menurunkan kekuatan impact dan

        ductility, menurunkan kualitas permukaan dan

        weldability.

18.        Tantalum, efeknya sama dengan Columbium.

19.        Telurrium, memperbaiki machinability, formability dan

        toughness.

20.        Titanium, memperbaiki hardenability dan men-

        deoksidasi baja.

21.        Tungsten, memiliki efek sama dengan Cobalt.

22.        Vanadium, memperbaiki kekuatan, toughness, ketahanan

        abrasi, dan kekerasan pada suhu tinggi. Mencegah

        pertumbuhan butiran pada saat heat treatment.

23.        Zirconium, memiliki efek sama seperti Cerium.