Pasir Cetak - Pengecoran Logam

Pasir Cetak - Pengecoran Logam

1. Definisi Pasir

Pasir adalah partikel granuler dari SiO₂, yang pada prinsipnya 50 – 95 % dari total material pada pasir cetak. Pada macam - macam pasir cetak, besar butir pasir cetak dapat dibedakan menajdi 3, yaitu:

1.       Ukuran butir rata - rata, distribusi besar butir, bentuk butir;

2.       Komposisi kimia;

3.       Kemampuan tahan panas.

(Heine, 1976:86)

 

                   Tabel  Komposisi kimia pasir cetak

Sumber: Heine, 1976:86

 

Komposisi kimia pasir yang cocok sangat diperlukan pada saat melakukan pengecoran logam. Hal ini dikarenakan pada saat butiran pasir bersentuhan dengan logam cair terjadi peristiwa kimia dan fisika akibat tingginya temperatur.

Pasir cetak yang lazim digunakan adalah pasir gunung, pasir pantai, dan pasir silika yang disediakan oleh alam. Bagian - bagian utama pasir ini adalah SiO₂ pasir rata - rata lebih dari 90 %. Disamping SiO₂, komponen senyawa kimia lainnya seperti Al₂O₃, T, O₂, MgO, dan CaO juga kadang dapat ditemukan dalam kandungan pasir. Disamping kandungan oksida pada pasair juga ditemui logam bebas, karbon, dan senyawa alkali lainnya.

 

2. Macam - macam Pasir

Pasir digolongkan menjadi pasir cetak alami dan buatan tergantung ikatan tanah liat material tersebut.

A.     Pasir Alami

Pasir alami adalah yang pertama kali digunakan dengan pengembangan industri pengecoran. Hal ini dikarenakan persiapan, penganaan, dan penggunaan yang sederhana. Pada pasir cetak alami dibedakan menjadi pasir yang dapat langsung digunakan dan tidak dapat langsung digunakan. Contoh pasir yang dapat langsung digunakan adalah pasir gunung. Contoh pasir yang tidak dapat langsung digunakan adalah pasir pantai, sungai, danau, dan silika alami.

B.      Pasir Buatan

Pasir buatan banyak digunakan karena memiliki keuntungan biaya lebih rendah dalam jumlah yang besar, ketersediaan yang banyak dan memungkinkan reklamasi serta pasir dapat digunakan kembali. Beberapa contoh dari pasir cetak buatan adalah pasir silika buatan, chromit, dan zircon.

 

3. Ukuran dan Dimensi Butiran Pasir Cetak

Ukuran dan dimensi butiran pasir cetak macamnya adalah: 

 

 

Gambar Ukuran dan dimensi butiran pasir cetak

Sumber        : Jain PL (1999:49)

 

1.       Bentuk Butir Pasir Bulat (Rounded Grain)

Butiran bulat terbentuk karena butiran - butiran yang sedang bergesekan berulang - ulang akibat adanya angin, gelombang ataupun aliran air sehingga menghasilkan bentuk bulat.

a.       Kelebihan

·        Permeabilitasnya tinggi karena bentuk butiran pasir yang bulat menyebabkan banyak rongga;

·        Jumlah pengikat sedikit karena siklus kontak antar butiran sehingga menghasilkan bentuk bulat.

b.      Kekurangan

·        Kekuatan kurang baik. Hal ini dikarenakan sudut kontak pada butir pasir bulat kecil.

2.       Bentuk Pasir Sebagian Bersudut (Subangular Grain)

Butiran pasir sebagian bersudut terjadi karena butiran bersudut saling bergerak dan bertabrakan sehingga sudutnya pecah dan membentuk subangular grain.

a.       Kelebihan

·        Kekuatan lebih tinggi dari butir pasir bulat, karena sudut yang ada membuat lebih sulit terjadinya slip.

b.      Kekurangan

·        Permeabilitasnya lebih rendah dari pasir bulat, karena rongga antar butir menjadi semakin kecil;

·        Jumlah pengikat lebih banyak dari butir pasir bulat, karena sudut kontak pada pasir sebagian bersudut semakin besar.

3.       Bentuk Butir Pasir Bersudut (Angular Grain)

Butiran bersudut terbentuk oleh dekomposisi bahan tanpa adanya gesekan.

a.       Kelebihan

·        Kekuatan lebih tinggi dari butir pasir sebagian bersudut, karena sudut kontaknya lebih besar dari butir pasir sebagian bersudut.

b.      Kekurangan

·        Permeabilitasnya lebih rendah dari butir pasir sebagian bersudut karena pasirnya memiliki rongga bersudut;

·        Jumlah pengikat lebih banyak dari butir pasir sebagian bersudut karena sudut kontak pada pasir bersudut semakin besar.

4.       Compound

Bentuk bidangnya memiliki luas bidang kontak yang sedikit. Pasir compound merupakan campuran dari pasir bersudut dan sebagian bersudut.

a.       Kelebihan

·        Kekuatan tinggi karena sudut kontaknya paling besar.

b.      Kekurangan

·        Permeabilitasnya buruk karena tidak mempunyai rongga antar butiran;

·        Jumlah pengikat banyak karena sudut kontak paling besar;

·        Rapuh (mudah pecah).

Pada kondisi ideal, jenis butiran pasir bulat lebih baik daripada butir pasir compound, karena butiran pasir bulat yang diperlukan lebih sedikit untuk mendapatkan kekuatan dan permeabilitas tertentu alirnya baik sekali.

 

4. Distribusi Besar Butir Pasir Cetak

Distribusi besar butir pasir cetak adalah persebaran butiran pasir atau persentase butiran pada pasir cetak. Suatu cara ukuran besarnya butiran pasir cetak ditunjukkan GFN (Grain Finnest Number) merupakan ukuran kehalusan rata - rata butiran pasir. Makin tinggi angkanya, maka pasir semakin halus dan daya salur udaranya (permeabilitas) relatif rendah.

Pada umumnya pasir tidak terdiri dari butiran - butiran dengan ukuran sama. Untuk mengetahui distribusi dari butir - butir yang mempunyai besar butir yang berbeda - beda maka dilakukan analisis ayak (sleve analysis). Distribusi ukuran butir pasir dapat dibagi menjadi 4 jenis:

a.       Distribusi ukuran butir sempit, artinya susunan butir hanya terdiri dari kurang lebih 2 fraksi saja;

b.       Distribusi ukuran butir sangat sempit, artinya 90 % dari ukuran besar butir terdiri dari 1 fraksi saja;

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

d.       Distribusi ukuran sangat lebar, artinya susunan - susunan ukuran butir terdiri dari 3 fraksi.

Distribusi butir sampai akan memberikan permeabilitas yang lebih tinggi dan sebaliknya distribusi ukuran butir berpengaruh juga pada kekuatan cetakan. Besar butiran yang diinginkan adalah sedemikian hingga ²/₃ dari butiran pasir yang mempunyai ukuran dari tiga mesh yang berurutan, dan sisanya dari ukuran mesh - mesh yang berikutnya. Jadi lebih baik tidak mempunyai besar butir yang seragam.(Surdia dan Chijiwa 1976:111).

 

   Tabel Distribusi AFS number

Sumber : Heine (1973:103)

 

Keterangan:

AFS Ne      : Nomor Kehalusan Butir Pasir Cetak Standard AFS

Wi              : Berat Pasir Pada Ayakan Ke-i

Mi              : Pelipat Dari Tabel

Distribusi pasir cetak dari AFS Number untuk ukuran 50 + 1 akan melewati 100 % mesh berukuran 40, akan melewati 95 % mesh berukuran 50 dan sisanya akan melewati mesh ukuran 70 dan 100.

Mesh adalah jumlah lubang per satuan linear inch.

 

Tabel Distribusi AFS number II

Sumber: Heine (1976:102)

 

Untuk butiran ukuran pasir yang ukurannya sama atau lebih besar dari ukuran mesh maka pasir tersebut tidak dapat lolos dari mesh tersebut. Sehingga ratio antara ukuran pasir dan ukuran mesh “American Foundry Society” distandarkan berdasarkan tabel diatas maka mesh menggunakan satuan micron per inch.

 

5. Syarat Pasir Cetak

a.       Mempunyai Sifat Mampu Bentuk

Sifat ini diperlukan agar dapat menyelesaikan pola dan supaya mampu dibentuk dan diuji sesuai kekuatan yang cocok, retakan yang dihasilkan harus kuat sehingga tidak mudah rusak karena dipindah - pindah dan dapat menahan logam cair waktu dituangkan ke dalamnya;

b.       Permeabilitas Yang Cocok

Pasir cetak harus mempunyai sifat ini agar bisa menyerap udara yang terjebak dalam coran. Namun jika terlalu baik, maka logam cair akan ikut masuk ke dalam lubang yang menyebabkan cacat;

c.       Distribusi Besar Butir Yang Cocok

Distribusi besar butir ini akan mempengaruhi hasil coran. Apabila distribusi besar butir pasir kurang baik dan terlalu padat maka udara akan sulit keluar sehingga akan menyebabkan cacat coran. Besar butir yang diinginkan ²/₃ dari mesh yang berurutan dan sisanya dari ukuranmesh - mesh yang berikutnya (Surdia dan Chijiwa 1987:111);

d.       Tahan Terhadap Temperatur Logam Yang Dituang

Butir pasir dan pengikat harus memiliki derajat tahan api tertentu terhadap temperatur tinggi karena pada saat logam cair dengan temperatur tinggi mempunyai daya tumbuk yang membuat kecepatan alir tinggi.

 

Tabel  Temperatur penuangan berbagai macam logam

Sumber: Surdia dan Chijiwa (1987:109)

 

e.       Komposisi Yang Cocok

Dalam pembuatan pasir cetak komposisi antara air, pasir, dan pengikat harus cocok. Air sebagai aktifator yang dapat mengaktifkan daya ikat pada pengikat sehingga butir pasir satu sama lainnya akan terikat karena pengikat dapat teraktifasi dengan baik;

f.        Mampu Dipakai Lagi

Dalam pembuatan pasir cetak hendaknya memiliki bahan yang dapat digunakan kembali sehingga dapat mengurangi biaya produksi.

 

6. Pengaruh Distribusi Besar Butir Pasir Cetak Terhadap Karakteristik Pasir Cetak

1.       Pengaruh Distribusi Besar Butir Pasir Cetak Terhadap Kekuatan

Jika bentuk butirannya homogen maka kekuatan tergantung ukuran butirannya. Semakin kecil ukuran butir pada pasir cetak, maka kekuatannya semakin tinggi. Hal ini dikarenakan lebih banyaknya luas bidang kontak sehingga kerapatan antar butir tinggi sehingga kekuatannya lebih besar daripada yang berbutir besar. Sedangkan jika ukuran butiran pasirnya seragam maka kekuatannya bergantung pada bentuk butirnya;

 

2.       Pengaruh Distribusi Besar Butir Pasir Cetak Terhadap Permeabilitas

Jika bentuk butirannya seragam, maka permeabilitasnya tergantung pada ukuran butirnya. Semakin besar ukuran butir pada pasir cetak maka permeabilitasnya semakin tinggi. Hal ini dikarenakan jika ukuran butir pasir besar, maka bidang kontaknya akan kecil, sehingga tercipta rongga - rongga dan kerapatannya rendah. Sedangkan pada pasir dengan butiran ukuran seragam, permeabilitasnya tergantung pada bentuk butirannya.