Karakteristik Pasir Cetak Pada Pengecoran Logam

 Karakteristik Pasir Cetak Pada Pengecoran Logam

1. Definisi Karakteristik Pasir Cetak

Karakteristik pasir cetak adalah sifat khas dari suatu pasir cetak. Karakteristik pasir cetak dibagi menjadi 2 macam, yaitu permeabilitas dan kekuatan. Kualitas hasil coran dipengaruhi oleh jumlah komposisi pasir cetak, komposisi kimia, logam cair, dan karakteristik pasir cetak yang dilakukan suatu pengujian, seperti kekuatan tekan, geser, dan tarik dan juga permeabilitas dari pasir cetak sangat diperlukan untuk mengetahui sifat dari pasir cetak, sehingga dapat mengurangi resiko cacat pada hasil coran.

 

1.1 Permeabilitas

Permeabilitas adalah kemampuan dari pasir cetak untuk mengalirkan dan dialiri oleh fluida (gas) melalui celah - celah antar butir pasir.

Permeabilitas juga dapat diartikan sebagai suatu kemampuan pasir cetak pada panjang dan tinggi tertentu untuk dialiri fluida udara dengan volume tertentu tiap tekanan dan luas penampang dalam waktu tertentu. Permeabilitas dirumuskan:

 

1.2    Kekuatan

Kekuatan adalah kemampuan suatu bahan untuk menahan beban, baik beban statis maupun dinamis, yang menyebabkan gaya tekan, tarik, atau geser hingga mencapai titik tepat sebelum patah. Adapun klasifikasi untuk kekuatan dibagi menjadi:

A.     Kekuatan Menurut Arah Gaya

1.       Kekuatan Tekan

Kekuatan pasir cetak dalam menahan tekanan hingga tekan maksimumnya per satuan luas spesimen. Beban tekan terjadi pada saat penuangan logam cair sehingga arah gaya yang terjadi adalah kearah material. Standar untuk kekuatan tekan basah adalah 5-22 Psi ; 3,4-15,1 N/ ; 0,3-1,5 kgf/ (Heine 1967:95)

2.       Kekuatan Tarik

Kemampuan pasir cetak menerima beban tarik per satuan luas penampang. Biasanya terjadi penyusutan logam cair yang berubah fase. Cacat yang ditimbulkan akibat kurangnya kekuatan tarik adalah inklusi pasir. Standar kekuatan tarik adalah  1-6 Psi ; 0,6 - 4 N/cm2 ; 0,06-0,4 kgf/cm2 (Heine 1967:95)

3.       Kekuatan Geser

Kemampuan pasiar cetak menahan gaya geser per satuan luas spesimen sampai akhirnya patah. Beban geser biasanya terjadi pada saat logam cair mengalir didalam cetakan pasir atau ketika melewati saluran. Standar kekuatan geser adalah 1,5-7 Psi. (Heine 1967:95)

B.      Kekuatan Menurut Kadar Air

1.       Kekuatan Basah

Kekuatan yang terdapat pada pasir cetak setelah pasir tersebut dicampur dengan air dan tidak diberi perlakuan panas sehingga masih ada kandungan air bebas. Kekuatan basah dipengaruhi oleh kadar air dan kadar bentonite. Kekuatan basah berguna saat proses pembuatan cetakan pasir. Standar kekuatan basah adalah  5-22 Psi. (Heine 1967:95)

2.       Kekuatan Kering

Kekuatan yang terdapat pada pasir cetak setelah diberi perlakuan panas yang mengakibatkan air bebas yang terdapat pada pasir cetak tersebut telah habis diuapkan. Pasir tersebut dapat memiliki kekuatan untuk menahan erosi dan tekanan statis. Kekuatan kering berguna saat proses penuangan logam cair ke cetakan. Standar kekuatan kering adalah 20-250 Psi. (Heine 1967:96) ;

1.3    Faktor - faktor yang Mempengaruhi Karakteristik Pasir Cetak

A.     Kadar Air

-         Pengaruh Kadar Air Terhadap Permeabilitas

Kadar air standar untuk pasir cetak adalah 1,5 - 8 % tergantung dari jenis cetakan dan logam cair yang dituang (Heine 1976:88).

Berdasarkan Gambar 1.1 “Pengaruh Kadar Air dan Bentonite Pada Pasir Cetak” pada grafik permeabilitas bentonite dengan kadar bentonite tetap dan kadar air meningkat, permeabilitasnya akan meningkat hingga titik maksimum dikarenakan bentonite telah teraktifasi sempurna. Tetapi setelah melewati titik maksimum, permeabilitasnya akan turun seiring dengan bertambahnya kadar air. Hal ini dikarenakan terbentuknya air bebas. Air bebas akan menyebabkan rongga antar butir tertutup sehingga permeabilitasnya akan turun.

-         Pengaruh Kadar Air Terhadap Kekuatan Kering

Berdasarkan Gambar 1.1 “Pengaruh Air dan Bentonite Pada Pasir Cetak” pada grafik kekuatan kering, ketika kadar air bertambah maka bentonite yang teraktifasi semakin bertambah sehingga dapat masuk ke rongga - rongga antar butir dan ketika dipanaskan air bebas yang terbentuk akan menguap dan membuat ikatan antar butiran semakin kuat sehingga kekuatan keringnya akan meningkat.

-         Pengaruh Kadar Air Terhadap Kekuatan Basah

Berdasarkan Gambar 1.1 “Pengaruh Air dan Bentonite Pada Pasir Cetak” pada kekuatan basah, pada awal pencampuran dengan kadar air bertambah dan kadar bentonite tetap, kekuatan basah akan mengalami peningkatan sampai titik maksimum karena seluruh bentonite teraktifasi sempurna dan ketika terus ditambah kadar air kekuatan basahnya menurun karena semakin banyak air bebas dan membentuk pasta.

 

B.      Kadar Bentonite

Berdasarkan Gambar 1.5 “Grafik Pengaruh Kadar Pengikat Terhadap Kekuatan Pasir Cetak” dapat kita lihat kekuatan pasir cetak akan meningkat jika pasir cetak dicampur bentonite sampai 10 %. Hal ini karena pasir cetak permukaan singgungnya saling bersentuhan dan diikat oleh bentonite. Jika lebih dari 10 % kekuatannya cenderung konstan. Hal ini disebabkan karena bentonite tidak hanya mengikat pasir, namun juga mengikat butiran antar bentonite. Pengaruh semakin banyak bentonite hanya menambah ketebalan karena sudah tidak ada yang diikat oleh bentonite lagi dan berbentuk seperti pasta.

Pengaruh kadar bentonite terhadap permabilitas dimana semakin tinggi kadar bentonite dan kadar air tetap maka permeabilitasnya akan menurun karena semakin banyak kadar pengikat maka ikatan antar butiran semakin kuat dan rongga antar butirnya akan tertutupi oleh pengikat yang tidak teraktivasi oleh air sehingga permeabilitasnya menurun.

C.      Bentuk Butiran Pasir

Butiran pasir terbagi menjadi 4 macam butiran, yaitu butir pasir bulat, butir pasir sebagian bersudut, butir pasir bersudut, dan butir pasir campuran.

-         Butir Pasir Bulat

Pada Gambar 1.9 yang menunjukkan butir pasir bulat, dimana bentuk butirnya memiliki permeabilitas tinggi karena rongga - rongga udara antara butiran besar namun memiliki kekuatan yang rendah karena luas bidang kontak antar butir pasir;

-         Butir Pasir Sebagian Bersudut

Pada Gambar 1.9 yang menunjukkan butiran pasir sebagian bersudut, dimana bentuk butirannya memiliki rongga - rongga udara antar butiran pasir lebih sempit dibandingkan dengan butir pasir bulat, namun memiliki kekuatan yang lebih tinggi daripada butir pasir bulat karena luas bidang kontak yang lebih besar;

-         Butir Pasir Bersudut

Pada Gambar 1.9 yang menunjukkan butiran bersudut, dimana bentuk butirannya memiliki rongga - rongga antar butir pasir lebih sempit dibandingkan dengan butir pasir sebagian bersudut, namun memiliki kekuatan lebih tinggi daripada butir pasir sebagian bersudut karena memiliki luas bidang kontak yang lebih besar.

-         Butir Pasir Compound (Campuran)

Pada Gambar 1.9 yang menunjukkan bentuk butir campuran, dimana bentuk butirannya memiliki permeabilitas paling rendah karena rongga - rongga antar butiran paling sempit, namun memiliki kekuatan paling tinggi dibanding pasir bersudut, sebagian bersudut, dan bulat karena luas bidang kontaknya paling besar.

Dari 4 jenis butir pasir tersebut dapat disimpulkan:

1.      Urutan kekuatan terbesar yaitu:

-         Campuran;

-         Bersudut;

-         Sebagian bersudut;

-         Bulat.

 

2.      Urutan permeabilitas terbesar yaitu:

-         Bulat;

-         Sebagian bersudut;

-         Bersudut;

-         Campuran.

D.     Distribusi Besar Butir Pasir Cetak

Distribusi pasir cetak merupakan penyebaran besar butir atau persentasae dari besar butir pasir cetak yang digunakan. Pasir yang baik adalah yang memiliki ukuran bermacam - macam. Dengan itu, maka permeabilitasnya akan optimal dan kekosongan antara butir besar akan terisi oleh butiran yang lebih kecil sehingga permeabilitasnya optimal dan kekuatan juga optimal. Jenis - jenis distribusi:

1.      Distribusi ukuran sempit, artinya susunan ukuran butiran terdiri dari kurang lebih 2 fraksi saja;

2.      Distribusi ukuran sangat sempit, artinya 90 % dari ukuran butir terdiri dari satu fraksi saja;

3.      Distribusi ukuran butir lebar, artinya susunan butiran terdiri kurang lebih tiga fraksi;

4.      Distribusi ukuran butir sangat lebar, artinya susunan ukuran butir terdiri lebih dari tiga fraksi.

Adapun distribusi besar butir pasir secara homogen, yaitu suatu distribusi butiran pasir dimana memiliki ukuran dan bentuk yang sama ataupun seragam. Dan heterogen yaitu suatu distribusi ukuran pasir dimana memiliki ukuran dan bentuk yang tidak sama dalam suatu pasir cetak.

Pasir cetak biasanya kumpulan dari butir-butir yang berukuran bermacam-macam. Tetapi kadang-kadang terdiri dari butir-butir tersaring yang mempunyai ukuran seragam. Besar butir yang diinginkan adalah sedemikian sehingga dua pertiga dari butir-butir pasir mempunyai ukuran dari tiga mesh yang berurutan,dan sisanya dari ukuran mesh-mesh berikutnya. Jadi lebih baik tidak mempunyai besar butir yang seragam.

E.      Pemadatan

Semakin banyak penekanan saat membuaat cetakan pasir, jarak antar butir akan semakin rapat dan padat. Hal ini dapat menurunkan permeabilitas karena celah antar butir semakin rapat membuat daya ikat dan gaya tarik menarik antar butir semakin tinggi.Sedangkan jika pemadatan kurang maka kekuatan pasir cetak menurun. Hal ini disebabkan daya ikat antar butir pasir lemah sehingga pasir mudah rontok.

 

1.4      Pengaruh Karakteristik Pasir Cetak Terhadap Hasil Coran

1.       Pengaruh Permeabilitas Terhadap Hasil Coran

Permabilitas terlalu tinggi akan berpengaruh saat proses solidifikasi. Udara didalam cetakan akan cepat keluar, serta kemungkinan logam akan mengalami absorbsi pada cetakan pasir. Hal ini akan menyebabkan terjadinya inklusi pasir, cacat rongga udara. Jika permeabilitasnya terlalu rendah saat proses penuangan logam cair akan menyebabkan porositas, maka udara akan terjebak.

2.       Pengaruh Kekuatan Pasir Cetak Terhadap Hasil Coran

a.       Pengaruh Kekuatan Tekan

Kekuatan tekan berpengaruh saat proses penuangan logam cair kedalam cetakan pasir / rongga cetakan. Apabila kekuatan tekan berkurang, maka akan mengakibatkan melendutnya permukaan cetakan pasir yang dapat menyebabkan cacat permukaan berupa pembengkakan.

b.      Pengaruh Kekuatan Tarik

Kekuatan tarik berpengaruh saat proses solidifikasi logam cair. Bila kekuatan tarik rendah, maka saat proses solidifikasi cetakan pasir akan ikut tertarik oleh logam cair. Kemungkinan cacat yang terjadi pada kondisi ini adalah cacat inklusi pasir.

c.       Pengaruh Kekuatan Geser

Kekuatan geser berpengaruh pada saat pengaliran logam cair ke cetakan pasir. Bila kekuatan geser terlalu rendah, maka ssat logam cair mengalir, cetakan pasir akan tergerus dan masuk tercampur dengan logam cair. Cacat yang mungkin timbul pada kondisi ini adalah cacat inklusi pasir.