METODOLOGI Langkah-langkah Penelitian 7. Centrifugal Casting Proses centrifugal casting yang dilakukan adalah pengecoran sentrifugal horisontal dengan spesifikasi sebagai berikut : Tabung Cetakan Diameter dalam : ± 116 mm Diameter luar : ± 162 mm Panjang : ± 1025 mm Kecepatan putar ± 1500 rpm. 8. Visualisasi cacat setelah produk melewati proses machining. Produk cylinder liner yang telah mengalami proses produksi sampai pada proses machining, kemudian secara visual dapat dilihat ada tidaknya cacat khususnya pada diameter dalam produk.
METODOLOGI Langkah-langkah Penelitian 2) Pengujian metallography dengan mikroskop optik Tujuan : Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui bentuk, tipe dan ukuran grafit serta tipe dari matriks. Standar Pengujian : Metals Handbook Vol. 9- American Society for Metals (ASM) Prinsip pengujian : Untuk menampilkan struktur mikro dari suatu material diperlukan teknik metallografi yang benar. Karakteristik grafit pada material cast iron yang rapuh memerlukan proses preparasi yang benar sehingga didapat tampilan bentuk grafit yang sebenarnya. Sampel uji diambil dari bagian produk yang akan diperiksa struktur mikronya. Proses preparasi dimulai dari pemotongan sampel, proses grinding dan proses polishing sehinga didapat bidang uji yang rata, tidak ada goresan dan tidak berkarat.
METODOLOGI Langkah-langkah Penelitian Prosedur pengamatan struktur mikro : Spesimen digosok dengan kertas gosok grid 220, 400, 800 dan 1200. Proses polishing dilakukan dengan menggunakan serbuk poles chromium oxide sampai spesimen mengkilap, rata dan halus seperti cermin. Setelah itu dapat diamati tipe, ukuran serta prosentase grafit dengan menggunakan perbesaran 100x pada mikroskop optik. Dilakukan pengambilan foto struktur mikro tersebut. Kemudian spesimen diambil kembali dan dilakukan proses etsa dengan cairan nital 2 % selama 2 3 detik. Pengamatan struktur mikro dilakukan dengan perbesaran 400x, lalu diamati prosentase ferrit, karbida dan matriks. Dilakukan pengambilan foto struktur mikro (etsa) tersebut. Hasil pengujian dibandingkan dengan standar.
METODOLOGI Langkah-langkah Penelitian 3) Karakterisasi dengan SEM-EDX Tujuan : Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui bentuk dan jenis cacat serta mengetahui kandungan unsur Standar Pengujian : Metals Handbook Vol. 9- American Society for Metals (ASM)
Identifikasi Cacat Cacat porositas yang diteliti terjadi pada permukaan diameter bagian dalam tengah cylinder liner FC 250, seperti terlihat pada gambar Porositas ini dapat terlihat dengan pengamatan visual pada saat proses machining. Jumlah porositas terbanyak terjadi pada pouring pertama dan semakin berkurang pada pouringpouring selanjutnya.
Identifikasi Cacat Porositas tampak seperti bintik-bintik hitam yang mengelompok
Identifikasi Cacat Permukaan Porositas Porositas Grafit Non-etsa, 100x
Identifikasi Cacat Perlit Ferrit Porositas Grafit Etsa, 1000x
Identifikasi Cacat
Identifikasi Cacat 640 001 560 480 CKa FeKa 001 Counts 400 320 240 160 80 OKa FeLl FeLa FeKesc FeKb 0,3 mm 0 0.00 3.00 6.00 9.00 12.00 15.00 18.00 21.00 ZAF Method Standardless Quantitative Analysis Fitting Coefficient : 0.4941 Element (kev) Mass% Error% Atom% K C K 0.277 49.01 0.21 74.62 27.3617 O K 0.525 10.65 0.59 12.17 9.1654 Fe K 6.398 40.34 0.67 13.21 63.4730 Total 100.00 100.00 kev
Identifikasi Cacat 5000 002 Counts 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 CKa OKa CrLl CrLa FeLl FeLa SiKa FeKesc CrKa CrKb FeKa FeKb 002 0,3 mm 0 0.00 3.00 6.00 9.00 12.00 15.00 18.00 21.00 kev ZAF Method Standardless Quantitative Analysis Fitting Coefficient : 0.3990 Element (kev) Mass% Error% Atom% K C K 0.277 14.14 0.35 39.59 3.6036 O K 0.525 5.18 0.33 10.89 5.9045 Si K 1.739 1.58 0.32 1.89 1.0777 Cr K 5.411 0.52 0.46 0.34 0.7160 Fe K 6.398 78.58 0.70 47.30 88.6982 Total 100.00 100.00
Identifikasi Cacat 3000 001 2700 2400 2100 FeLl FeLa FeKa 001 Counts 1800 1500 1200 900 600 CKa OKa CrLl CrLa SiKa FeKesc CrKa CrKb FeKb 300 0,2 mm 0 0.00 3.00 6.00 9.00 12.00 15.00 18.00 21.00 ZAF Method Standardless Quantitative Analysis Fitting Coefficient : 0.3839 Element (kev) Mass% Error% Atom% K C K 0.277 6.41 0.35 20.88 1.4782 O K 0.525 7.23 0.28 17.69 8.9522 Si K 1.739 1.27 0.33 1.77 0.7807 Cr K 5.411 0.56 0.45 0.42 0.7131 Fe K 6.398 84.53 0.69 59.23 88.0758 Total 100.00 100.00 kev
Analisa Proses Faktor-faktor yang dapat dianalisa pada proses antara lain: Cetakan Logam cair Kecepatan putar pengecoran sentrifugal horisontal Coating cetakan
Analisa Proses Cetakan Terbuat dari besi tuang kelabu FC 250 Preheat ± 150 o C (ASM Metal Handbook Vol. 15) Real condition: preheat 150 o C-200 o C
Analisa Proses Logam cair Temperatur penuangan Tapping -> max 1550 o C Pouring -> 1410-1450 o C (ASM Metal Handbook Vol. 15) Pada aplikasinya: Tapping -> 1550-1580 o C Pouring -> 1350-1450 o C
Analisa Proses Kecepatan putar pengecoran sentrifugal horisontal G factor = 80 160 N = 42,3 G factor D 1254 rpm < N < 1774 rpm pada aplikasinya, kecepatan putaran yang digunakan adalah 1500 rpm 1 2
Analisa Proses Coating cetakan Sebelum dituang logam cair, cetakan pengecoran sentrifugal harus dilapisi dengan coating. Ini bertujuan untuk menghindari menyatunya produk cor dengan cetakan. Coating yang digunakan berupa pasta dengan pelarut tertentu. Dengan adanya preheat cetakan, maka diharapkan pelarut yang terkandung dalam coating telah menguap sempurna sehingga tidak timbul gelembung gas saat logam cair dituang. Jika tidak maka pelarut yang masih tersisa akan bereaksi dengan logam cair, menghasilkan gelembung gas yang dapat menjadi cacat porositas.
Dari analisa proses tersebut di atas ada beberapa hal yang diduga dapat menjadi penyebab utama terjadinya cacat porositas pada produk tabung panjang, antara lain: 1. Jumlah gas yang terlarut dalam besi tuang saat cair melebihi batas kelarutan pada saat padat dan gas tersebut terperangkap di permukaan casting pada diameter dalam saat proses solidifikasi. Kelebihan kandungan gas tersebut dapat berasal dari charging material, proses melting, dan kelembaban udara 2. Reaksi antara besi tuang cair dengan uap air. Uap air ini berasal dari pelarut coating yang belum sepenuhnya menguap saat cetakan dipanaskan Fe + H 2 O FeO + H 2
OKSIDA Banyak kasus porositas pada besi tuang bukan disebabkan oleh tekanan udara berlebih yang mengakibatkan blowholes atau kelebihan gas terlarut yang menyebabkan terbentuknya pinholes, melainkan disebabkan oleh terbentuknya oksida. Mengatasi porositas adalah permasalahan dalam mengontrol pembentukan dan eliminasi oksida dalam casting. Besi tuang memiliki kadar karbon yang cukup besar sehingga lebih cenderung terbentuk karbon monoksida dibandingkan dengan oksida yang lain, pada permukaan logam cair pada temperatur tapping dan pouring standar. Terbentuknya porositas berasosiasi dengan slag atau dross yang mungkin disebabkan oleh reaksi antara oksida besi dengan karbon membentuk karbon monoksida. FeO + C CO + Fe
Dross terbentuk saat pendinginan di bawah temperatur 1350 o C dan oksida silikon akan menggantikan karbon monoksida yang telah banyak terbentuk. Pembentukan dross hasil reoksidasi ini yang menjadi penyebab utama porositas besi cor. Jadi mengeliminasi reaksi dengan udara atau sumber oksigen lain selama pouring adalah hal penting yang harus dilakukan untuk menghindari masalah porositas ini, yaitu dengan memastikan pelarut pada coating telah menguap seluruhnya pada saat logam cair dituang.
Pada bahasan identifikasi cacat sebelumnya telah dijelaskan bahwa cacat porositas terbanyak terjadi pada pouring pertama dan berkurang pada pouring-pouring selanjutnya. Ini berkaitan dengan temperatur cetakan atau pre heat cetakan sebelum pouring. Sebelum pouring pertama, cetakan dipanaskan hingga temperatur 150-200 o C. Kemungkinan temperatur tersebut belum cukup untuk menguapkan pelarut pada coating sehingga memungkinkan logam cair bereaksi dengan pelarut coating yang masih tersisa, membentuk oksida, dan menghasilkan gelembung gas karbon monoksida. Perbedaan temperatur yang jauh antara cetakan dengan logam cair juga menyebabkan penurunan temperatur yang drastis sehingga proses solidifikasi berjalan lebih cepat dan gelembung gas yang terbentuk tidak memiliki kesempatan yang cukup untuk keluar, terperangkap membentuk rongga udara.
KESIMPULAN 1. Cacat rongga udara (porositas) yang menjadi masalah dalam produksi tabung panjang FC 250 pada proses pengecoran sentrifugal tanpa core diduga kuat terjadi karena dua faktor berikut: a) Oksida besi yang bereaksi dengan karbon. Coating yang melapisi cetakan belum kering seluruhnya, dalam artian pelarut belum menguap sempurna meskipun sebelum pouring telah dilakukan preheat cetakan. Kondisi lembab pada cetakan ini menjadi sumber oksigen sehingga pada saat pouring logam cair bereaksi dengan pelarut yang mengandung oksigen, membentuk oksida, dan menghasilkan karbon monoksida dalam bentuk gelembung gas dengan reaksi : FeO + C CO + Fe
KESIMPULAN b) Perbedaan (gradien) temperatur yang terlalu jauh antara cetakan dan logam cair, sehingga penurunan temperatur yang terjadi lebih cepat dan proses solidifikasi berjalan lebih cepat. Ini menyebabkan gelembung-gelembung gas yang terbentuk tidak mendapatkan kesempatan yang cukup untuk lepas ke udara sehingga terperangkap dalam casting membentuk rongga-rongga udara.
KESIMPULAN 2) Usaha pencegahan yang dapat dilakukan adalah mengontrol temperatur cetakan dengan cara: a) Menaikkan temperatur preheat cetakan agar pelarut dalam coating menguap seluruhnya dan cetakan dalam kondisi benar-benar kering saat logam cair dituang sehingga tidak menimbulkan gelembung gas karbon monoksida
KESIMPULAN b) Mengurangi gradien temperatur antara logam cair dengan cetakan agar penurunan temperatur tidak terlalu drastis dan proses solidifikasi berjalan lebih lambat sehingga gelembung gas mempunyai kesempatan untuk bergerak ke permukaan dan lepas ke udara, tidak terperangkap dalam casting dalam bentuk rongga-rongga udara. c) Menambahkan deoxidizer pada ladle untuk mencegah terjadinya oksidasi oleh logam cair sebelum pouring, Namun hasil dari pengikatan oksigen oleh deoksidizer ini kemungkinan besar akan menjadi slag. Oleh karena itu harus disertai penambahan penahan slag pada ladle agar slag yang terbentuk tidak ikut dituang.
SARAN Berdasarkan penelitian dan kesimpulan, ada beberapa saran yang dapat diperhatikan, antara lain: 1. Dilakukan penelitian mengenai pengaruh temperatur cetakan terhadap coating cetakan dan terhadap cacat porositas produk tabung panjang FC 250 dengan pengecoran sentrifugal tanpa core sehingga dapat diperoleh range temperatur cetakan yang dipenuhi agar menghasilkan produk tanpa cacat 2. Dilakukan penelitian mengenai komposisi coating yang tepat agar tidak menjadi sumber oksigen yang dapat menyebabkan reaksi oksidasi. 3. Dilakukan penelitian mengenai deoksidizer yang paling tepat untuk digunakan.
Terimakasih..