TUGAS SARJANA PENGECORAN LOGAM

Transkripsi

1 TUGAS SARJANA PENGECORAN LOGAM PERANCANGAN DAN PEMBUATAN POROS TURBIN AIR FRANCIS YANG BERDAYA 950 KW DAN PUTARAN 300 RPM DENGAN PROSES PENGECORAN LOGAM OLEH : WISNU ANJASWARA NIM : DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2009

2 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa sebagai rasa kesadaran penulis terhadap rahmat dan kasih Nya yang senantiasa menemani hingga skripsi ini terselesaikan. Senang sekali akhirnya penulis bisa menyelesaikan tugas sarjana ini walaupun masih banyak harus mengalami penyempurnaan agar hasilnya lebih baik. Pembuatan skripsi ini memang melelahkan tetapi tidaklah sebanding dengan apa yang akan didapatkan di hari depan nanti setelah menyelesaikan perkuliahan ini karena sudah diberikan bekal ilmu baik moral (etika) maupun akademik dari Bapak dan Ibu Dosen tercinta yang pasti besar gunanya untuk profesi dan kehidupan penulis sekarang dan di masa mendatang. Tugas sarjana ini merupakan salah satu syarat bagi setiap mahasiswa Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara yang akan menyelesaikan studi di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU. Adapun judul dari tugas sarjana ini adalah Perancangan dan Pembuatan Poros Turbin Air Francis dengan daya 950 KW dan Putaran 300 RPM dengan Proses Pengecoran Logam. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih yang sebesarbesarnya kepada : 1. Kedua orang tua tercinta, ayahanda Syarif Bunyamin (alm) dan ibunda Wahyuni, yang selalu memberikan kasih sayang dan dukungan kepada penulis terutama dalam dukungan materi dan moril sehingga dapat menyelesaikan perkuliahan dan tugas sarjana ini.

3 2. Ibu Ir.Raskita S. Meliala sebagai dosen pembimbing yang telah meluangkan waktunya untuk membimbing penulis dalam penyelesaian tugas sarjana ini. 3. Bapak Dr.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri dan Bapak Tulus Burhanuddin ST, MT sebagai ketua dan sekretaris Departemen Teknik mesin serta seluruh staff pengajar dan pegawai Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara. 4. Kepada teman-teman terima kasih atas bantuannya semoga kita tetap mempertahankan hubungan kita yang terbentuk dalam satu ikatan Solidarity Forever. Penulis sangat mengharapkan kritik dan saran dari pembaca sehingga tugas sarjana ini bermanfaat bagi penulis dan pembaca. Medan, Desember 2008 Penulis Wisnu Anjaswara Nim :

4 DAFTAR ISI Halaman KATA PENGANTAR... i DAFTAR ISI... iii DAFTAR SIMBOL... vii DAFTAR GAMBAR... viii DAFTAR TABEL... x BAB I. PENDAHULUAN Latar Belakang Maksud dan Tujuan Perancangan Batasan Masalah Metode Penulisan Sistematika Penulisan... 4 BAB II. TINJAUAN PUSTAKA Bahan-Bahan Pengecoran Besi Cor Baja Cor Coran Paduan Tembaga Coran Paduan Ringan Coran Paduan Lainnya Sifat-Sifat Logam Cair Perbedaan antara Logam Cair dan Air... 12

5 Kekentalan Logam Cair Aliran Logam Cair Pembekuan Logam Pola Telapak Inti Macam-Macam Pola Bahan-Bahan Pola Kayu Resin Sintetis Bahan untuk Pola Logam Rencana Pengecoran Istilah-Istilah dan Fungsi dari Sistem Saluran Bentuk dan Bagian-Bagian Sistem Saluran Penambah Pasir Cetak Syarat-Syarat Pasir Cetak Macam-Macam Pasir Cetak Susunan Pasir Cetak Sifat-Sifat pasir Cetak Sifat-Sifat Pasir Cetak Basah Sifat-Sifat Kering Sifat-Sifat Penguatan Oleh udara Sifat-Sifat Panas Peleburan dan Penuangan Baja Cor Peleburan Baja Cor... 35

6 Penuangan Baja Cor Pengujian Dalam Pengecoran Pengukuran Temperatur Pengujian Terak BAB III. PERENCANAAN POROS Poros pada Turbin Air Francis Tipe Horizontal Perhitungan Dimensi Poros Gaya Gaya yang terjadi pada poros Perhitungan Gaya Gaya Pada Poros Bentuk dan Dimensi Poros BAB IV. PERENCANAAN CETAKAN POROS Pembuatan Pola Perencanaan Cetakan Sistem Saluran Saluran Turun Cawan Tuang Saluran Pengalir Saluran Masuk Saluran Penambah Pemberat Waktu Tuang Pembuatan Cetakan Pasir Persiapan Pasir Cetak... 67

7 Pembuatan Cetakan Peleburan Logam Coran Unsur Paduan dalam Material Pengaruh Unsur Paduan terhadap Sifat Material yang Digunakan Komposisi Logam Penambahan Beberapa Unsur Paduan Penuangan Cairan Logam Penyelesaian Hasil Cetakan BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

8 DAFTAR SIMBOL Lambang Keterangan Satuan A Luas mm 2 D p Diameter poros mm g Percepatan gravitasi m/s 2 M t Momen torsi kg.mm n Putaran Turbin rpm P d Daya rencana kw S f1 S f2 Faktor Keamanan Bahan Faktor Keamanan Bentuk Poros W p Berat Poros N V Kecepatan aliran m/s h Tinggi permukaan cairan mm c τ Koefisien kecepatan Tegangan geser kg/mm2 d Diameter mm A st Luas saluran turun mm 2 A sm Luas saluran masuk mm 2 A p Luas saluran pengalir mm 2 A Ukuran pengalir mm E Modulus elastisitas bahan GPa Wr Berat runner N γ Berat jenis logam Coran N / m 3

9 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Poros... 6 Gambar 2.2. Peggolongan bahan coran Gambar 2.3. Kecepatan aliran yang keluar dari bejana Gambar 2.4. Telapak inti bertumpu dua mendatar Gambar 2.5. Telapak inti ber alas tegak Gambar 2.6. Telapak inti tegak bertumpu dua Gambar 2.7. Telapak inti untuk penghalang (sebagian) Gambar 2.8. Pola tunggal Gambar 2.9. Pola belah Gambar Pola setengah Gambar Pola belahan banyak Gambar Pola pelat pasangan Gambar Pola pelat kup dan drag Gambar Istilah istilah sistem pengisian Gambar Ukuran cawan tuang Gambar Perpanjangan pengalir Gambar Sistem saluran masuk Gambar Penambah samping dan penambah atas Gambar Pengaruh kadar air dan kadar lempung Gambar Pengaruh kadar air dan bentonit pada pasir diikat bentonit Gambar Pemuaian panas bermacam macam pasir Gambar Kekuatan tekan panas dari pasir cetak... 34

10 Gambar Deformasi panas dari pasir cetak Gambar Tanur listrik Heroult Gambar Ladel jenis penyumbat Gambar Temperatur Penuangan yang disarankan Gambar 3.1. Poros turbin air Francis tipe horizontal Gambar 3.2. Bentuk dan dimensi poros Gambar 4.1. Tambahan penyelesaian mesin untuk coran baja Gambar 4.2. Bentuk dan dimensi pola Gambar 4.3. Saluran turun Gambar 4.4. Bentuk dan ukuran cawan tuang Gambar 4.5. Penampang pengalir Gambar 4.6. Kurva Pellini Gambar 4.7. Bentuk Pemberat Gambar 4.8. Tanur krus... 69

11 DAFTAR TABEL Tabel 2.1. Ukuran pengalir Tabel 2.2. Temperatur tuang beberapa logam Tabel 3.1. Ukuran diameter poros Tabel 4.1. Tambahan penyusutan yang disarankan Tabel 4.2. Diameter saluran turun dari saluran cabang dan berat tuang Tabel 4.3. Komposisi bahan poros... 72

12 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Teknik pengecoran logam telah dilakukan lebih dari 6000 tahun menggunakan bahan perunggu dan tembaga, kemudian menggunakan bahan besi dan pada saat ini menggunakan bahan campuran dari seng dan bahan metal lainnya. Cara paling paling umum dalam pengecoran metal adalah dengan menggunakan pengecoran cetakan pasir. Dengan menggunakan pola dari benda yang akan dicetak, sebuah cetakan berongga dibuat dengan menggunakan bahan pasir atau campuran tanah liat. Metal cair dituangkan kedalam rongga dan dan mengikuti bentuk pola dari pada rongga tersebut ketika metal tersebut mendingin dan mengeras. Cetakan pasir tersebut dirusak untuk mengeluarkan benda hasil cetakan tersebut. Di dunia modern ini, kehidupan manusia tidak pernah terlepas dari teknologi. Teknologi yang berkembang dan yang sudah maju dimanfaatkan oleh industri-industri untuk mendapatkan keefisienan dan produktivitas yang tinggi yang bisa mengurangi biaya operasi atau ongkos kerja sehingga terpenuhilah prinsip ekonomi. Pembangunan dibidang industri sangat penting terutama dalam industri pengecoran dalam menunjang perekonomian Indonesia. Hal ini disebabkan agar berkurangnya ketergantungan terhadap negara-negara lain, sehingga nantinya Indonesia dapat menghasilkan sendiri barang-barang kebutuhan sendiri ataupun untuk diekspor keluar negeri. Oleh karena itu, industri Indonesia harus

13 berkonsentrasi dalam meningkatkan kualitas benda/produk yang dihasilkan agar nantinya dapat bersaing di pasar global. Adapun kegiatan pengecoran itu sendiri dapat diartikan sebagai satu proses memproduksi benda dari logam atau metal yang dicairkan dan dicetak ke dalam suatu cetakan yang sudah dirancang polanya. Poros adalah salah satu komponen mesin yang meneruskan daya dan putaran. Pada turbin air jenis Francis, daya dan putaran yang diteruskan berasal dari roda jalan (runner) yang berputar akibat pergerakan air yang mengenai runner tersebut. Putaran dari runner diteruskan oleh poros ke generator yang selanjutnya dimanfaatkan oleh generator untuk menghasilkan tenaga listrik. Dalam tulisan ini, poros turbin akan dibuat dengan cara pengecoran mengunakan cetakan pasir. Cara ini dipilih karena teknologi yang digunakan sederhana, jumlah produk yang dibuat sedikit, waktu pengerjaan lebih cepat dan biaya produksi yang lebih murah dibandingkan dengan cara lain, serta sisa bahan yang terbuang lebih sedikit dari cara lain. Pengecoran dilakukan sesuai dengan permintaan konsumen dimana ukuran dan bentuk serta jumlah benda hasil ditentukan oleh konsumen terlebih dahulu. Oleh karena itu yang dilakukan dalam pengecoran ini adalah membuat cetakan serta proses pengecoran tersebut. Selain mengetahui teknik-teknik pengecoran, para pelaku dalam bidang industri ini juga harus mengerti tentang pengolahan lanjut dari benda yang dihasilkan. Hal ini dilakukan untuk mendapat sifat-sifat yang lebih baik dari metal coran tersebut sehingga hasil yang diperoleh jadi lebih baik.

14 1.2 Maksud dan Tujuan Perancangan Maksud dan tujuan dari perancangan ini adalah agar mahasiswa dapat lebih mendalami ilmu tentang teknik pengecoran logam. Perancangan ini adalah Tugas Akhir/Tugas Sarjana dari penulis yang merupakan syarat untuk menyelesaikan perkuliahan dan mendapatkan gelar kesarjanaan. Perancangan ini dimaksudkan untuk membuat poros turbin air jenis turbin Francis tipe horizontal yang berdaya 950 kw dan putaran 300 rpm dengan teknik pengecoran logam yang menggunakan cetakan pasir. Tujuan dari perancangan ini adalah: 1. Mahasiswa dapat merencanakan dimensi dari poros turbin air jenis turbin Francis tipe horizontal yang akan dibuat dengan metode pengecoran. 2. Mahasiswa dapat menghitung dimensi pola cetakan dan jenis cetakan pasir yang akan digunakan. 3. Mahasiswa dapat merencanakan sistem saluran yang akan digunakan dalam pengecoran. 4. Mahasiswa dapat memilih bahan baku serta bahan penambah yang akan digunakan dalam pengecoran logam ini. 1.3 Batasan Masalah Dalam tugas akhir ini akan dibahas perhitungan untuk memperoleh dimensi dari poros turbin, dimensi pola dan cetakan yang meliputi saluran turun,saluran pengalir, saluran masuk, penambah dan cawan tuang. Komposisi dari cetakan yang meliputi komposisi pasir cetak, bahan baku, temperatur tuang, dan bahan tambahan pada bahan paduan logam.

15 1.4 Metode Penulisan Metode penulisan yang digunakan dalam penulisan skripsi ini adalah: 1. Survey Lapangan Disini dilakukan peninjauan pada industri pengecoran logam untuk memperoleh data yang berhubungan dengan proses pengecoran logam. Dalam hal ini industri yang di survey yaitu PT.Baja Pertiwi Industri untuk memperdalam pengetahuan mahasiswa tentang pengecoran logam. 2. Studi Literatur Berupa keputusan dan kajian dari buku buku dan tulisan tulisan yang berhubungan dengan hal yang dibahas. 3. Diskusi Berupa Tanya jawab dengan dosen pembimbing dan diskusi dengan rekanrekan mahasiswa mengenai rancangan yang dilakukan. 1.5 Sistematika penulisan Adapun sistematika penulisan tugas sarjan ini adalah sebagi berikut: 1. BAB I : Pendahuluan, berisikan latar belakang, maksud dan tujuan perencanaan, batasan masalah, metode penulisan dan sistematika penulisan. 2. BAB II : Tinjauan pustaka, berisikan tentang teori-teori yang mendasari perencanan pengecoran logam. 3. BAB III : Perencanaan Poros, berisikan gambaran umum serta penghitungan dimensi poros, material poros serta bahan tambahan.

16 4. BAB IV : Perencanaan Cetakan, berisikan tentang perencaan cetakan mulai dari pembuatan pola cetakan hingga penyelesaian akhir. 5. BAB V : Kesimpulan, berisikan garis besar hasil perencanaan dan pembuatan poros serta saran.

17 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Poros adalah salah satu komponen mesin yang meneruskan daya dan putaran. Pada turbin air jenis Francis daya dan putaran yang diteruskan berasal dari roda jalan (runner) yang berputar akibat pergerakan air yang mengenai runner tersebut. Putaran dari runner diteruskan oleh poros ke generator yang selanjutnya dimanfaatkan oleh generator untuk menghasilkan tenaga listrik. Bahan, ukuran (dimensi) poros harus disesuaikan dengan daya, putaran dan pembebanan yang dialami oleh poros. Dengan pertimbangan tersebut maka poros harus dapat menahan semua beban yang menimpanya. Gambar 2.1. Poros Pengecoran, adalah proses membuat suatu benda solid dengan cara menuangkan metal cair kedalam suatu bentuk cetakan dan membiarkannya sampai membeku.

18 2.1. Bahan-bahan pengecoran Dalam pengecoran logam, adapun bahan yang sering dipakai dalam proses pengecoran adalah: Besi cor Besi cor adalah paduan besi yang mengandung karbon, silisium, mangan, fosfor, dan belerang. Beri cor ini digolongkan menjadi enam macam yaitu: besi cor kelabu, besi cor kelas tinggi, besi kelabu paduan, besi cor bergrafit bulat, besi cor yang dapat ditempa dan besi cor cil. Besi cor kelabu paling banyak digunakan untuk benda-benda cora dikarenakan mempunyai sifat mampu cor yang baik dan harganya murah. Kekuatan tarik dari besi cor kelabu kira-kira kg / mm, namun besi cor ini agak getas dan mempunyai titik cair kira-kira C. Besi cor kelas tinggi mempunyai lebih sedikit karbon dan silikon, lagi pula ukuran grafit bebasnya agak kecil dibandingkan besi cor kelabu, sehingga kekuatan tariknya lebi tinggi yaitu kira-kira kg / mm. Membuat besi cor kelas tinggi agak susah dibanding besi cor kelabu. Besi cor kelabu paduan mengandung unsur-unsur paduan dan grafit, mempunyai struktur yang stabil sehingga sifatnya lebih baik. Dilihat dari unsurunsur paduan yang ditambahkan, ada 2 hal, yang pertama hanya beberapa persen saja yang kedua lebih banyak. Unsur-unsur yang ditambahkan adalah khrom, nikel, molibden, vanadium, titan dan sebagainya, sehingga ketahan panas, ketahanan aus, ketahanan korosi dan mammpu mesin dari besi cor jenis ini baik sekali berkat adanya unsur-unsur tersebut.

19 Besi cor mampu tempa dibuat dari besi cor putih yang dilunakkan didalam sebuah tanur dalam waktu yang lama. Struktur sementit dari besi cor putih berubah menjadi ferit atau perlit dan karbon yang bertemper mengendap. Menurut struktur mikronya ada tiga macam besi cor mampu tempa, yaitu besi cor mampu tempa perapian hitam, besi cor mampu tempa perapian putih dan besi cor mampu tempa perlit. Besi cor jenis ini sangat baik keuletannya dan perpanjangannya dibandingkan besi cor kelabu, tetapi harganya mahal karana proses pelunakannya, lagi pula cocok untuk coran yang tipis dan kecil karena sebelum proses pelunakannya keuletannya berkurang. Besi cor grafit-bulat dibuat dengan jalan mencampurkan magnesium, kalsium atau serium ke dalam cairan logam sehingga grafit bulat akan mengendap. Besi cor jenis ini mempunyai kekuatan, keuletan, ketahan aus dan ketahan panas yang baik sekali dibandingkan besi cor kelabu. Besi cor cil adalah besi cor yang mempunyai permukaan terdiri dari besi cor putih dan bagian dalamnya terdiri dari struktur dengan endapan grafit. Permukaannya mempunyai tahan aus yang baik sekali dan bagian dalamnya mempunyai keuletan yang baik pula, besi cor demikian digunakan sebagai bahan tahan aus Baja cor Baja cor digolongkan ke dalam baja karbon dan baja paduan. Coran baja karbon adalah paduan besi karbon dan digolongkan menjadi tiga macam, yaitu baja karbon rendah (C < 0,20%), baja karbon menengah (0,20-0,50% C) dan baja karbon tinggi (C > 0,5%). Kadar karbon yang rendah menyebabkan kekuatan

20 rendah, perpanjangan yang tinggi dan harga bentur serta mampu las yang baik. Baja cor mempunyai struktur yang buruk dan sifat yang getas apabila tidak diadakan perlakuan panas; dengan pelunakan atau penormalan maka baja cor menjadi ulet dan strukturnya menjadi halus. Titik cairnya kira-kira C, mampu cornya lebih buruk dibandingkan dengan besi cor, tetapi baja cor dapat dipergunakan baik sekali sebagai bahan untuk bagian-bagian mesin, sebab kekuatannya yang tinggi dan harganya yang rendah. Baja paduan adalah baja cor yang ditambah unsur-unsur paduan. Salah satu atau beberapa dari unsur-unsur paduan seperti mangan, khrom, molibden atau nikel dibubuhkan untuk memberikan sifat-sifat khusus dari baja paduan tersebut, umpamanya sifat-sifat ketahanan aus, ketahanan asam dan korosi atau keuletan. Contoh baja cor adalah: baja cor tahan karat dan baja cor tahan panas Coran paduan tembaga Macam-macam coran paduan tembaga adalah: perunggu, kuningan kuningan kekuatan tinggi, perunggu aluminium dan sebagainya. Perunggu adalah paduan antar tembaga dan timah, dan perunggu yang biasa dipakai mengandung kurang dari 15% timah. Titik cairnya kira-kira C, jadi lebih rendah dari titik cair paduan besi, dan mampu-cornya baik sekali sama halnya dengan besi cor. Sifat-sifat ketahanan korosi dan ketahanan aus adalah baik sekali, sehingga bahan ini dapat dipakai untuk bagian-bagian mesin. Harganya 5-10 kali lebih mahal dari besi cor kelabu, sehingga bahan ini hanya dipakai pada bagian khusus dimana diperlukan sifat-sifat yang luar biasa. Perunggu digolongkan ke dalam dua macam, yaitu perunggu fosfor yang sifat tahan ausnya

21 diperbaiki oleh penambahan fosfor, dan perunggu timbale yang cock untuk logam bantalan dengan penambahan timbal. Kuningan adalah paduan antara tembaga dan seng, dan kuningan tinggi adalah paduan yang mengandung tembaga, aluminium, besi, mangan, nikel dan sebagainya, dimana unsur-unsur tersebut dimaksudkan untuk memperbaiki sifat-sifat mekanisnya. Perunggu aluminium adalah paduan tembaga, aluminium dan sebagainya, yang baik sekali dalam sifat-sifat ketahanan aus dan korosi. Disamping itu ada pula coran tembaga murni Coran paduan ringan Coran paduan ringan adalah coran paduan aluminium, coran paduan magnesium dan sebagainya. Aluminium murni mempunyai sifat mampu cor dan sifat mekanis yang jelek. Oleh karena itu dipergunakan paduan aluminium karena sifat-sifat mekanisnya akan diperbaiki dengan menambahkan tembaga, silisium, magnesium, mangan, nikel dan sebagainya. Coran paduan aluminium adalah ringan dan merupakan penghantar panas yang baik sekali, yang dipergunakan apabila sifatsifat tersebut diperlukan. Al-Si, Al-Cu-Si dan Al-Si-Mg adalah deretan dari paduan aluminium yang banyak dipergunakan untuk bagian-bagian mesin, Al-Cu- Ni-Mg dan Al-Si-Cu-Ni-Mg adalah deretan untuk bagian-bagian mesin yang tahan panas, dan Al-Mg adalah untuk bagian-bagian tahan korosi. Paduan magnesium lebih ringan dari pada logam umum lainnya, sebab berat jenisnya kira-kira 1,8. Biasanya aluminium, mangan, berilium dan sebagainya dilambahkan sebagai unsur-unsur paduan.

22 2.1.5 Coran paduan lainnya Paduan seng yang mengandung sedikit aluminium dipergunakan untuk pengecoran cetak. Logam monel adalah paduan nikel yang mengandung tembaga dan demikian juga hasteloy yang mengandung molibden, khrom dan silikon. Paduan timbal adalah paduan antara timbal, tembaga dan timah, dan logam bantalan adalah paduan dari timbal, tembaga dan stibium. Disamping itu dipakai juga paduan timah, tembaga dan stibium. Besi cor kelabu Besi cor mutu tinggi Besi cor kelabu paduan Coran besi cor Besi cor bergrafit bulat Besi cor mampu tempa Besi cor dicil Coran baja Baja cor karbon Baja cor paduan Coran Coran paduan tembaga Coran logam ringan Coran paduan lain Brons Kuningan Kuningan tegangan tinggi Lain-lain Coran paduan aluminium Coran paduan magnesium Coran paduan seng Coran paduan nikel Coran paduan timbal Coran paduan tin Lain-lain Gambar 2.2. Penggolongan bahan coran

23 2.2. Sifat Sifat Logam Cair Seperti halnya dengan cairan lainnya, logam cair juga mempunyai sifatsifat tersendiri. Adapun sifat-sifat dari logam cair adalah: Perbedaan Antara Logam Cair Dan Air adalah: Logam cair adalah cairan logam seperti air. Perbedaan antara logam dengan air 1. Berat jenis logam cair lebih besar dari pada air ( Air = 1.0; Besi cor = ; paduan Alluminium = ; paduan Timah = dalam kg/dm 3 ) 2. Kecairan logam sangat tergantung pada temperatur ( Air cair pada 0 0 C, sedangkan logam pada temperatur yang sangat tinggi). 3. Air mengakibatkan permukaan wadah yang bersentuhan dengannya basah sedangkan logam cair tidak Kekentalan Logam Cair Aliran logam cair sangat tergantung pada kekentalan logam cair dan kekasaran permukan saluran. Kekentalan tergantung pada temperatur. Makin tinggi temperatur makin rendah kekentalan tergantung pada temperatur. Makin tinggi temperatur makin rendah kekentalannya, demikian juga bila temperatur turun maka kekentalannya akan meningkat. Kalau logam didinginkan hingga terbentuk inti inti kristal, maka kekentalannya akan bertambah dengan cepat, tergantung pada jumlah inti intinya Makin banyak jumlah inti inti dari logam itu maka perubahan kekentalannya

24 akan makin cepat. Kekentalan yang makin tinggi meyebabkan cairan logam sukar mengalir dan bahkan kehilangan mampu alir. Kekentalan juga tergantung pada jenis logam, seperti ditunjukkan pada tabel berikut Aliran Logam Cair Bila suatu cairan didalam bejana mengalir keluar melalui suatu lubang dinding bejana tersebut dengan tinggi permukaan cairan diukur dari pusat lubang adalah h, maka kecepatan aliran yang keluar adalah : V = c 2 gh dimana: c = koefisien kecepatan g = percepatan grafitasi Bila lubang diganti dengan pipa maka akan timbul gesekan antara cairan logam dengan dinding dari pipa yang mengakibatkan kecepatan aliran berkurang menurut persamaan berikut: V ' = c ' 2 g h Jika aliran yang keluar dari pipa menumbuk suatu dinding yang tegak lurus dengan sumbu pipa dengan kecepatan v, laju aliran Q, dan berat jenis γ, maka gaya tumbuk yang terjadi adalah : F P = Qγ v g

25 ( a ) ( b ) 2.3. Pembekuan Logam Gambar 2.3. a. Kecepatan aliran yang keluar dari bejana b. Tumbukan cairan dengan dinding Pembekuan logam coran pada rongga cetakan dimulai dari bagian cairan logam yang bersentuhan langsung dengan dinding cetakan yaitu ketika panas dari logam cair diserap oleh cetakan sehingga bagian yang bersentuhan dengan cetakan menjadi dingin hingga titik beku, dimana pada saat ini inti kristal kristal tumbuh dari inti mengarah kebagian dalam. Apabila permukaan beku diperhatikan, setelah logam yang belum beku dituangkan keluar dari cetakan maka akan terlihat permukaan yang halus atau kasar. Permukaan yang halus bila range daerah beku ( perbedaan temperatur mulai dan berakhirnya pembekuan) sempit. Permukaan yang kasar terjadi bila range daerah pembekuan besar. Disamping itu cetakan logam menghasilkan permukaan yang lebih halus dibandingkan dengan cetakan pasir. Pada coran yang mempunyai inti, panas dari akan diserap oleh inti sehingga menyebabkan pembekuan terjadi lebih cepat pada dinding inti dibanding

26 ditengah coran. Cepat lambatnya pembekuan pada kulit inti tergantung pada ukuran inti. Coran tidak hanya terdiri dari logam murni, tetapi coran dapat berupa paduan antara dua logam atau lebih. Diagram pendingin logam paduan ini menunjukkan ketergantungan perubahan fasa terhadap temperatur dan komposisi (perbandingan antara mikrostruktur penyusun). Diagram ini disebut diagram kesetimbangan. Paduan antara dua usur disebut dengan paduan biner, paduan antara tiga unsur disebut ternier. Besi cor atau baja cor merupakan paduan antara besi dan karbon, walaupun sesungguhnya masih ada unsur unsur lain lain, tetapi unsur unsur tersebut tidak memberikan pengaruh besar terhadap sifat sifat utamanya, sehingga paduan ini dianggap paduan biner. 2.4.Pola Pola adalah bentuk dari benda coran yang akan digunakan dalam pembuatan rongga cetakan. Pola yang digunakan dalam pembuatan cetakan terdiri dari pola logam dan pola kayu. Pola yang digunakan untuk menjaga ketelitian ukuran coran, terutama pada produksi massal, dan bisa tahan lama serta produktifitasnya lebih tinggi. Pola kayu dibuat dari kayu, murah, cepat, pembuatan dan pengolahannya lebih mudah dibanding cetakan logam. Oleh karena itu pola kayu lebih cocok digunakan dalam cetakan pasir. Hal pertama yang harus dilakukan dalam pembuatan pola adalah mengubah gambar benda menjadi gambar pengecoran dengan penambahan ukuran

27 akibat pertimbangan tambahan penyusutahn, tambahan penyelesaian dengan mesin. Kemudian gambar pengecoran dibuat menjadi bentuk dan ukuran pola. Penentuan kup, drag dan permukaan pisah adalah hal yang paling penting untuk mendapatkan coran yang baik. Dalam hal ini yang paling penting untuk mendapatkan coran yang baik. Dalam hal ini dibutuhkan pengalaman yang luas dan pada umumnya harus memenuhi ketentuan dibawah ini antara lain: 1. Pola harus mudah dikeluarkan dari cetakan 2. Sistem saluran harus dibuat sempurna untuk mendapatkan aliran logam cair yang optimum. 3. Permukaan pisah lebih baik hanya satu bidang, karena permukaan pisah yang terlalu banyak akan menghabiskan terlalu banyak waktu dalam proses Telapak Inti Inti biasanya mempunyai telapak inti untuk maksud maksud sebagai berikut: 1. Maksud telapak inti. a. Menempatkan inti, membawa dan menentukan letak dari inti. Pada dasarnya dibuat dengan menyisipkan bagian dari inti. b. Menyalurkan udara dan gas gas dari cetakan yang keluar melalui inti. c. Memegang inti, mencegah bergesernya inti dan menahan inti terhadap gaya apung dari logam cair.

28 2. Macam dari telapak inti a. Telapak inti mendatar berinti dua, dalam hal inti dipasang mendatar dan ditumpu pada kedua ujungnya. Gambar 2.4. Telapak inti bertumpu dua mendatar b. Telapak inti dasar tegak, inti ditahan tegak oleh telapak inti pada alasan yang cukup menstabilkan inti. Gambar 2.5. Telapak inti beralas tegak c. Telapak inti tegak bertumpu dua, telapak inti dipasang pada drag dan juga kup untuk mencegah jatuhnya inti. Gambar 2.6. Telapak inti tegak bertumpu dua

29 d. Telapak inti untuk penghalang (sebahagian). Pola ini tidak dapat ditarik kearah tegak lurus pada permukaan pisah karena ada tonjolan yang jauh dari permukaan pisah. Gambar 2.7. Telapak inti untuk penghalang (sebagian) Macam Macam Pola Pola mempunyai berbagai macam bentuk. Pada pemilihan macam pola, harus diperhatikan produktivitas, kwalitas coran dan harga pola. 1. Pola pejal yaitu pola yang biasa dipakai, dimana bentuknya hampir serupa dengan coran. Pola pejal terdiri dari: a. Pola tunggal. Bentuknya serupa dengan corannya, disamping itu kecuali tambahan penyusutan, tambahan penyelesaian mesin dan kemiringan pola kadang kadang dibuat menjadi satu telapak ini. Gambar 2.8. Pola tunggal

30 b. Pola belahan. Pola ini dibelah ditengah untuk memudahkan pembuatan cetakan. Permukaan pisahnya kalau mungkin dibuat satu bidang. Gambar 2.9. Pola belah c. Pola setengah. Pola ini dibuat untuk membuat cetakan dimana kup dan dragnya simetri terhadap permukaan pisah. Gambar Pola setengah d. Pola belahan banyak. Pola dibagi menjadi tiga atau lebih untuk memudahkan penarikan dari cetakan dan penyederhanaan pemasangan inti. Gambar Pola belahan banyak

31 2. Pola pelat pasang. Merupakan pelat dimana pada kedua belahnya ditempelkan pola demikian juga saluran turun pengalir, saluran masuk, dan penambah, biasanya dibuat dari logam dan plastik. Gambar Pola pelat pasangan 3. Pola pelat kup dan drag. Pola diletakkan pada dua pelat demikian juga saluran turun, pengalir, saluran masuk, penambah. Pelat tersebut adalah pelat kup dan drag. Kedua pelat dijalin oleh pena agar bagian atas dan bawah dari coran menjadi cocok Bahan Bahan Pola Gambar Pola pelat kup dan drag Bahan bahan yang dipakai untuk pola antara lain: Kayu Kayu yang umumnya dipakai untuk pembuatan pola adalah kayu saru, jati, aras, pinus, mahoni. Pemilihan kayu tergantung pada macam dan ukuran pola,

32 jumlah produksi, dan lamanya dipakai. Kayu dengan kadar air lebih dari 14% tidak dapat dipakai karena akan terjadi pelentingan yang, disebabkan perubahan kadar air dari kayu. Kadang kadang suhu udara luar harus diperhitungkan dan ini tergantung pada daerah dimana pola itu dipakai Resin Sintetis Dari berbagai macam resin sintetis, hanya resin Epoksid yang banyak dipakai. Bahan ini mempunyai sifat sifat penyusutan yang kecil pada waktu mengeras, tahan aus tingggi, memberikan pengaruh yang lebih baik dengan menambah pengencer, zat penggemuk menurut penggunaannya. Resin polistirena (polistirena berbusa) dipakai sebagai bahan untuk pola yang dibuang setelah dipakai dalam cara pembuatan yang lengkap. Pola dibuat dengan menambahkan zat pembuat busa pada polistirena untuk membuat berbutir, bentuk dan membuat busa. Berat jenisnya yang sangat kecil yaitu 0,02-0,04 dan resin ini mudah dikerjakan, tetapi tidak dapat menahan penggunaan yang berulang ulang sebagai pola. Resin Epoksid dipakai untuk coran yang kecil kecil dari satu masa produksi. Terutama saat memidahkan bahwa rangkapnya dapat diperoleh dari pola kayu atau pola plaster Bahan Untuk Pola Logam banyak faktor. Dalam perencanaan pola untuk pengecoran harus mempertimbangkan Faktor faktor tersebut yaitu:

33 1. Pengkerutan Semua logam yang mendingin maka akan mengecil (mengkerut). Setiap bahan logam derajat pengkerutannya ini tidak sama. 2. Sudut miring (draft) Pada waktu model ditarik dari cetakan maka ada kencenderungan terjadinya rontokan tepi rongga yang sebelumnya kontak dengan model. Kecenderungan ini dapat dihilangkan atau dikurangi dengan mengadakan sudut miring pada sisi model yang paralel dengan arah penarikan. 3. Kelebihan untuk permesinan (allowance for machining) Pada gambar teknik dicantumkan tanda tanda pada semua permukaan yang dikerjakan lanjut (machined) terlebih lebih pada produk yang proses pengerjaan mulanya adalah pengecoran. Dari gambar ini pembuat model akan mengetahui wujud akhir (dari gambar teknik) dari produk model yang akan dibuat, hingga dapat menambahkan berapa besar tambahan / kelebuhan yang harus diberikan untuk proses lanjut. 4. Distorsi Kompensasi / kelebihan untuk distorsi hanya diberikan pada benda benda tuangan yang akan mengalami gangguan gerak dalam melakukan pengkerutan waktu mendingin. 5. Goyang Pada waktu menarik model sangat sering dilakukan dengan mengadakan sedikit goyangan kekanan dan kekiri, meskipun hal ini disengaja. Hal ini

34 cukup untuk memberikan pembesaran pada rongga cetakan yang kecil serta permukaan hasil cetakan tidak dikerjakan lanjut, maka hal ini perlu diperhitungkan yaitu dengan memperkecil sedikit ukuran dari model Rencana Pengecoran Pada pembuatan cetakan harus diperhatikan system saluran yang mengalirkan cairan kedalam rongga cetakan. Besar dan bentuknya ditentukan oleh ukuran tebalnya irisan dan macam logam yang dicairkan. Kualitas coran tergantung pada system saluran, keadaan penuangan Istilah Istilah Dan Fungsi Dari Sistem Saluran Sistem saluran adalah merupakan jalan masuk cairan logam yang dituangkan kedalam rongga cetakan. Cawan tuang merupakan penerimaan logam langsung dari ladel. Saluran turun adalah saluran yang pertama membawa cairan logam dari cawan tuang kedalam pengalir dan saluran masuk. Pengalir adalah saluran yang membawa logam cair dari saluran turun bagian bagian yang cocok pada cetakan. Saluran masuk adalah saluran yang mengisikan logam cair dari pengalir kedalam rongga cetakan.

35 Gambar Istilah istilah sistem pengisian Bentuk Dan Bagian Bagian Sistem Saluran 1. Saluran turun Saluran turun dibuat lurus dan tegak dan irisan berupa lingkaran. Kadang kadang irisannya dari atas sampai kebawah, atau mengecil dari atas kebawah. Yang kedua dipakai apabila diperlukan penahan kotoran sebanyak mungkin. Saluran turun dibuat dengan melubangi cetakan dengan menggunakan suatu batang atau dengan memasang bumbung tahan panas. 2. Cawan tuang Cawan tuang berbentuk corong dengan saluran turun dibawahnya. Konstruksinya harus tidak dapat dilalui oleh kotoran yang terbawa dalam logam cair. Oleh karena itu cawan tuang tidak boleh terlalu dangkal. Cawan tuang dilengkapi dengan inti pemisah, dimana logam cair dituangkan disebelah kiri saluran turun. Dengan demikian inti pemisah akan menahan terak atau kotoran, sedangkan logam bersih akan lewat dibawah kemudian masuk kesaluran turun. Terkadang satu sumbat ditempatkan pada jalan masuk

36 dari saluran turun agar aliran dari logam cair pada saluran masuk cawan tuang selalu terisi. Dengan demikian kotoran dan terak akan terapung pada permukaan dan terhalang masuk kedalam saluran. Gambar Ukuran cawan tuang 3. Pengalir Pengalir biasanya mempunyai irisan seperti trapezium atau setengah lingkaran, sebab irisan demikian mudah dibuat pada permukaan pisah dan juga pengalir mempunyai luas permukaan terkecil untuk satu luasan tertentu, sehinggga lebih efektif untuk pendinginan yang lambat. Logam cair dalam pengalir masih membawa kotoran yang terapung terutama pada permulaaan penuangan, sehinggga harus dipertimbangkan untuk membuang kotoran tersebut. Ada beberapa cara untuk membuang kotoran tersebut yaitu sebagai berikut: a. Perpanjangan pemisahan dibuat pada ujung saluran pengalir

37 b. Membuat kolam putaran pada tengah saluran pengalir ( dibawah saluran pengalir ) c. Membuat saluran turun bantu d. Membuat penyaring Tabel 2.1 Ukuran Pengalir Potongan pengalir Panjang pengalir (C) mm (A x A) mm 20 x 20 < x 30 < x 40 < x 50 < 3000 (Sumber Ir. Tata Surdia M.S.Met.E, Prof. Kenji Chijiwa, Teknik Pengecoran Logam, PT. Pradnya Paramita Jakarta, 1980 hal 67)

38 Gambar Perpanjangan pengalir Saluran masuk dibuat dengan irisan yang lebih kecil dari pada irisan pengalir, agar dapat mencegah kotoran masuk kedalam ronggga cetakan. Bentuk irisan yang membesar kearah rongga cetakan untuk mencegah terkikisnya cetakan. Gambar Sistem saluran masuk Penambah Penambah memberi logam cair untuk mengimbangi penyusutan dalam pembekuan coran, sehingga penambah harus beku lebih lambat dari pada coran. Kalau penambah terlalu besar, persentase terpakai akan dikurangi, dan kalau

39 penambah terlalu kecil, akan terjadi rongga penyusutan. Karena itu penambah harus mempunyai ukuran yang cocok. Penambah digolongkan menjadi dua macam yaitu: penambah samping dan penambah atas. Penambah samping merupakan penambah yang dipasang disamping coran, dan langsung dihubungkan dengan saluran turun dan pengalir, sangat efektif dipakai untuk coran ukuran kecil dan menengah. Penambah atas dipasang diatas coran, biasanya berbentuk silinder dan mempunyai ukuran besar. Gambar Penambah samping dan penambah atas 2.6. Pasir Cetak Adapun ketentuan dalam memilih pasir cetak adalah sebagai berikut: Syarat Syarat Pasir Cetak Pasir cetak yang baik harus memenuhi syarat syarat sebagai berikut: 1. Mempunyai sifat mampu bentuk sehingga mudah dalam pembuatan dengan kekuatan yang cocok, sehingga cetakan yang dihasilkan tidak rusak karena di geser, tahan menahan logam cair yang dituangkan kedalamnya. 2. Permiabilitas yang cocok. Udara yang ada dalam cetakan waktu penuangan harus dikeluarkan melalui rongga rongga diantara butir butir pasir.

40 3. Distribusi besar butiran pasir yang sesuai. 4. Tahan terhadap temperatur logam dituang. 5. Komposisi yang cocok. Dalam pasir cetak diharapkan tidak terkandung bahan bahan lain yang mungkin menghasilkan gas atau larut dalam logam. 6. Mampu dipakai kembali. Temperatur penuangan beberapa macam logam dapat dilihat dalam tabel berikut: Tabel 2.2. Temperatur tuang beberapa logam Macam Coran Temperatur Tuang (C 0 ) Paduan ringan Brons Kuningan Besi cor Baja cor (Sumber Ir. Tata Surdia M.S.Met.E, Prof. Kenji Chijiwa, Teknik Pengecoran Logam, PT. Pradnya Paramita Jakarta, 1980 hal 67) Macam Macam Pasir Cetak Pasir cetak yang lajim dipakai adalah pasir gunung, pasir pantai, pasir sungai dan pasir silica alam. Bila pasir mempunyai kadar lempung yang cocok dan bersifat adesif maka pasir itu dapat langsung digunakan begitu saja. Bila

41 kadar lempungnya kurang dan sifat adesifnya kurang maka perlu ditambahkan bahan pengikat seperti lempung. Pasir gunung umumnya digali dari lapisan tua, mengandung lempung dan kebanyakan dapat dipakai setelah dicampur air. Pasir dengan kadar lempung % mempunyai sifat adesif yang lemah, harus ditambah lempung supaya bisa dipakai. Pasir pantai diambil dari pantai dan pasir kali mengandung kotoran seperti organik yang banyak. Pasir silica alam dan pasir silica buatan dari kwarsit yang dipecah mengandung sedikit kotoran (<5%). Semua jenis pasir yang disebut diatas mempunyai bagian utama SiO 2. Pasir pantai, pasir kali, pasir silica alam dan pasir silica buatan tidak melekat dengan sendirinya, sehingga dibutuhkan bahan pengikat Susunan Pasir Cetak 1. Bentuk butiran pasir cetak digolongkan menjadi butiran pasir bundar, butir pasir sebagian bersudut, butir pasir bersudut, butir pasir kristal. Dari antara jenis butiran pasir diatas yang paling banyak adalah jenis butir pasir bulat, karena memerlukan jumlah pengikat yang lebih sedikit. Bentuk butir pasir kristal adalah yang terburuk. 2. Tanah lempung adalah terdiri dari kaloinit, ilit dan mon morilonit, juga kwarsa jika ditambah air akan menjadi lengket, dan jika diberikan lebih banyak air akan menjadi seperti pasta. Ukuran butiran dari tanah lempung 0,005 0,02 mm. Kadang kadang dibutuhkan bentonit juga yaitu

42 merupakan sejenis dari tanah lempung dengan besar butiran yang sangat halus 0,01 10 µm dan fasa penyusunya adalah monmorilonit (Al 2 O 3, 4SiO 2, H 2 O). 3. Pengikat lain. Inti sering dibuat dari pasir yang dibubuhi minyak nabati pengering 1,5 3% dan dipanggang pada temperatur C, sehingga disebut inti pasir minyak. Inti ini tidak menyerap air dan mudah dibongkar. Sebagai tambahan pada tanah lempung kadang kadang dibubuhkan dekstrin yang dibuat dari kanji sebagai bahan pembantu. Dekstrim bersifat lekat meskipun kadar airnya rendah. Selain dari itu, resin, air kaca, atau semen digunakan sebagai pengikat khusus Sifat Sifat Pasir Cetak Adapun sifat-sifat pasir cetak adalah sebagai berikut : Sifat Sifat Pasir Cetak Basah Pasir cetak yang diikat dengan tanah lempung atau bentonit menunjukkan berbagai sifat sesuai dengan kadar air, oleh karena itu kadar air adalah faktor yang sangat penting untuk pasir cetak, sehingga pengaturan kadar air adalah faktor yang sangat penting untuk pasir cetak, sehingga pengaturan air adalah hal yang sangat penting dalam pengaturan pasir cetak. Hubungan antara kadar air dengan berbagai sifat yang terjadi dengan pengikat tanah lempung ditunjukkan pada gambar dibawah ini.

43 Gambar Pengaruh kadar air dan kadar lempung terhadap pasir cetak yang diikat dengan lempung Titik maksimum dari kekuatan dan permiabilitas adalah keadaan dimana butir butir pasir dikelilingi oleh campuran tanah lempung dan air dengan ketebalan tertentu. Dengan kelebihan kadar air kekuatan dan permiabilitas akan menurun karena ruangan antara butir butir ditempati oleh lempung yang berlebihan air. Air yang tidak cukup akan menurunkan kekuatan karena kurang lekatnya lempung. Hubungan antara kadar air, kekuatan dan permeabilitas dari pasir cetak yang diikat dengan bentonit dapat dilihat pada gambar berikut. Gambar Pengaruh kadar air dan bentonit pada pasir diikat bentonit

44 Kalau kadar air bertambah kekuatan dan permiabilitas naik sampai titik maksimum dan akan menurun kalau kadar air bertambah terus. Untuk pasir dengan pengikat bentonit, kadar air yang menyebabkan kekuatan basah maksimum dan menyebabkan permiabilitas maksimum sangat berdekatan Sifat - Sifat Kering Pasir dengan pengikat lempung dan bentonit yang dikeringkan mempunyai kekuatan dan permiabilitas yang meningkat dibandingkan dengan kekuatan basah, karena air bebas dan air yang diabsorbsi pada permukaan tanah lempung dihilangkan. Faktor yang memberikan pengaruh sangat besar sifat sifat kering adalah kadar air sebelum pengeringan Sifat Sifat Penguatan Oleh Udara Sifat yang berubah selama antara pembuatan cetakan dan penuangan disebut penguatan oleh udara, yang disebabkan oleh pergerakan air dalam cetakan dan penguapan air dari permukaan cetakan, yang meninggikan kekerasan permukaan cetakan. Derajat kenaikan kekerasan tergantung pada sifat campuran pasir, derajat pemadatan dan keadaan sekeliling cetakan (temperatur udara luar, kelembaban).

45 Sifat Sifat Panas Cetakan mengalami temperatur tinggi dan tekanan tinggi dari logam pada waktu penuangan. Sehingga pemuaian panas, kekuatan panas, perubahan bentuk panas perlu diketahui. a. Pemuaian panas Pemuaian panas berubah sesuai dengan jenis pasir cetak, seperti ditunjukan pada gambar berikut. Gambar Pemuaian panas bermacam macam pasir Pasir pantai dan pasir gunung mempunyai pemuaian panas yang lebih kecil dibanding dengan pasir silica, sedangkan pasir olivine dan pasir sirkon yang mempunyai pemuaian pemanasan sangat kecil. Pemuaian panas bertambah sebanding dengan kadar air dari pasir dan menurun kalau kadar yang dapat terbakar bertambah.

46 b. Kekuatan panas Kekuatan panas berubah ubah sesuai dengan pasir cetak yang dipengaruhi oleh adanya kadar tanah lempung, distribusi besar butir dan berat jenis. Berikut grafik dari keuatan tekanan panas dari pasir cetak. Gambar Kekuatan tekan panas dari pasir cetak Pasir dengan besar butiran tidak seragam dapat dipadatkan sehingga mempunyai berat jenis yang tinggi, mempunyai permukaan sentuh yang luas dengan butiran butiran tetangganya dan mempunyai kekuatan panas yang tinggi. c. Perubahan bentuk panas Perubahan bentuk dasar disebut kemapuan absorbsi pemuaian panas pada penuangan logam cair kedalam cetakan. Perubahan bentuk akan bertambah apabila besar butir mengecil dan kadar tanah lempung, tambahan khusus airnya bertambah.

47 Gambar Deformasi panas dari pasir cetak 2.7. Peleburan Dan Penuangan Baja Cor Adapun cara peleburan dan penuangan baja cor adalah sebagai berikut: Peleburan Baja Cor Peleburan baja cor banyak menggunakan tanur listrik dibandingkan dengan perapian terbuka (open hearth furnace), ini dikarenakan biaya yang murah. Peleburan dengan busur api listrik dibagi menjadi dua macam proses asam dan kedua proses basa. Cara pertama dipakai untuk meleburkan baja dengan kualitas biasa. Tanur listrik yang paling banyak dipakai adalah tanur listrik Heroult seperti diperlihatkan pada gambar. 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.

48 Gambar Tanur listrik Heroult Dalam peleburan baja disamping pengaturan komposisi kimia dan temperatur, perlu juga mengatur absorbsi gas, jumlah dan macam inklusi bukan logam. Untuk coran menghilangkan gas ditambahkan biji besi atau tepung kerak besi selama proses reduksi Penuangan Baja Cor Cairan baja yang dikeluarkan dari tanur diterima dalam ladel dan dituangkan kedalam cetakan. Ladel mempunyai irisan berupa lingkaran dimana diameter hampir sama dengan tingginya. Untuk coran besar dipergunakan ladel jenis penyumbat seperti pada gambar, sedangkan untuk coran kecil dipergunakan jenis ladel yang dapat dimiringkan. Gambar Ladel jenis penyumbat

49 Ladel dilapisi oleh bata samot atau bata apiagakmatoit yang mempunyai pori pori kecil, penyusutan kecil dan homogen. Nozel atas dan penyumbat, kecuali dibuat dari samot atau bahan agalmatolit 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 dahulu oleh burner minyak residu sebelum dipakai. Dalam proses penuangan diperlukan pengaturan tenperaturan penuangan, kecepatan penuangan dan cara penuangan. Temperatur penuangan berubah menurut kadar karbon dalam cairan baja seperti ditunjukkan pada grafit berikut. Gambar Temperatur Penuangan yang disarankan 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.

50 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. Daripada itu hal penuangan atas, laju penuangan harus rendah pada permulaan dan kemudian dinaikkan secara perlahan. Dalam penempatan nozel harus diusahakan agar boleh menyentuh cetakan. Perlu juga mencegah cipratan dan memasang nozel tegak lurus agar mencegah miringnya cairan yang jatuh Pengujian Dalam Pengecoran berikut: Adapun pengujian yang dilakukan dalam proses penecoran adalah sebagai Pengukuran Temperatur 1. Pirometer benam Pengukuran temperatur secara langsung dari cairan, dilakukan dengan jalan membenamkan termokopel 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. 2. Pengujian batang Pengujian batang merupakan cara praktis yang dipergunakan untuk mengukur temperatur dari tanur induksi frekwensi tinggi dengan menggunakan kawat baja lunak dengan diameter 4 sampai 6 mm dan

51 sebuah jam pengukur. Ujung kawat baja tersebut dicelupkan kedalam cairan dan waktu yang dibutuhkan untuk mencairkannya diukur, kemudian lama waktu itu dikomversikan kepada temperatur. 3. Pengujian cetakan pasir atau pengujian sendok Baja cair diciduk dimasukkan kedalam cetakan pasir atau dalam sendok contoh yang berukuran tertentu, kemudian waktu yang dibutuhkan untuk membentuk lapisan tipis oksida diukur dengan jam pengukur dan dikomversikan kepada temperatur. 4. Lain lain Pirometer optik dan pirometer radiasi dipergunakan temperatur untuk pengukuran temperatur Pengujian Terak 1. Pengujian dengan perbandingan warna Dengan jalan membandingkan warna terak dengan warna standar terak yang komposisinya telah diketahui, maka dapat diperkirakan kebasaan, kadar oksidasi besi dan kadar oksidasi mangan. 2. Pengujian dengan perbandingan rupa Baja 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 dari kemampuan oksidasinya.

52 3. Pengujian penghilang oksidasi Setelah mengaduk cairan baja dengan terak didalam ladel, baja dituangkan dengan tenang kedalam cetakan logam atau cetakan pasir. Pada saat yang sama percikan bunga apinya diteliti untuk memperkirakan temperatur cairan. Permukaan patahan, permukaan coran yang membeku diperiksa. 4. Pengujian kerapuhan merah Pengujian ini dipakai sebagai pengujian yang praktis untuk menentukan kadar pospor dan kadar oksidasi besi. Hal ini didasarkan pada kenyataan bahwa pospor menyebabkan baja menjadi getas dan oksidasi besi menyebabkan retakan batas butir. Batang uji yang dibor dan ditempa dilanjutkan dengan penempaan sampai dibawah 2 mm dan retakan diamati, yang kemudian dibandingkan dengan batang uji standar.

53 BAB III PERENCANAAN POROS 3.1. Poros pada Turbin Air Francis Tipe Horizontal Pada turbin air Francis tipe horizontal, poros transmisi berfungsi untuk memindahkan atau meneruskan daya yang berasal dari roda jalan yang berputar akibat gerakan air yang mengenai runner tersebut. Putaran dari runner diteruskan oleh poros ke generator yang selanjutnya digunakan generator untuk menghasilkan energi listrik. Bahan dan ukuran atau dimensi poros ditentukan oleh daya, putaran dan pembebanan yang terjadi pada poros. Dengan pertimbangan tersebut, maka poros harus dapat menahan semua beban yang terjadi padanya. Gambar 3.1. Poros turbin air Francis tipe Horizontal

54 Perhitungan Dimensi Poros Poros yang direncanakan digunakan untuk meneruskan putaran 300 rpm pada turbin air Francis tipe horizontal, dan daya yang dihasilkan sebesar 950 kw. Dari data yang ada dapat dihitung diameter dari poros turbin dengan menggunakan persamaan: d p = 5,1 Kt Cb M t τ g (lit 9 hal 8) Dimana : d p = diameter poros (mm) K t = factor koreksi terhadap beban tumbuk (1,5 3,0) = direncanakan 2 C b = factor koreksi terhadap beban lentur (1,2 2,3) = direncanakan 1,5 M t = momen torsi (kg.mm) Untuk penentuan tegangan geser yang terjadi digunakan persamaan: 5,1 M τ = t 3... (lit 9 hal 7) d Dimana: τ M t = tegangan yang terjadi = momen torsi d = diameter poros Sedangkan untuk tegangan geser izin pada poros dapat kita hitung dengan menggunakan persamaan:

55 τ g = σ b Sf 1 Sf 2... (lit 9 hal 8) Dimana : σ b = kekuatan tarik bahan (kg/mm 2 ) Sf 1 = factor keamanan bahan = 6,0... (lit 9 hal 8) Sf 2 = factor keamanan bentuk poros = 1,3 3,0... (lit 9 hal 8) ; direncanakan 2 Pada perencanaan ini dipilih bahan poros dari bahan paduan yaitu Baja Chrom Molybdenum dengan standar JIS G 4105 (SCM 5). Bahan tersebut memiliki kekuatan tarik sebesar 105 kg/mm 2. Berdasarkan data diatas maka momen torsi yang terjadi dapat dihitung dengan persamaan: M t = 9, P d... (lit 9 hal 7) n Dimana : P d = daya rencana = 950 kw n = putaran turbin = 300 rpm M t = Momen torsi Maka: M t = 9, n P d = 9, = 30, kg.mm