Perpustakaan Digital ITB

Perbaikan cacat permukaan pada komponen-komponen yang terbuat dari besi cor kelabu lazimnya diperbaiki dengan menggunakan proses pengelasan Flame Spray dan SMAW (Shielded Metal Arc Welding). Proses ini mempunyai kelemahan yaitu dapat menghasilkan besi cor putih dan martensit yang sangat keras dan getas yang diikuti dengan retak rambut (fissures). Apabila komponen dalam kondisi tersebut dioperasikan maka akan terjadi kegagalan. Upaya lain dengan mencari alternatif metode perbaikan selain dengan proses pengelasan yaitu Ultrasonic Insert Casting, Diffusion Bonding, dan Impact-Electric Current Discharge Joining tidak memberikan solusi yang memuaskan. Hal ini disebabkan karena kekuatan sambungan relatif rendah, tidak mudah diterapkan di lapangan, relatif mahal, dimensi cacat yang dapat diperbaiki relatif kecil dan tidak mudah diterapkan pada komponen-komponen berdimensi besar dengan geometri dan dimensi cacat yang bervariasi. Fakta di industri melahirkan sejumlah data komponen-komponen yang harus diperbaiki dalam jumlah yang sangat banyak. Sebagai contoh, salah satu industri di Indonesia telah melakukan perbaikan terhadap cylinder head produk impor dengan harga ratusan juta rupiah sebanyak 52 buah selama periode bulan April – Mei di tahun 2004. Kebutuhan proses perbaikan komponen dalam skala yang cukup besar juga dialami oleh industri-industri lain di tanah air termasuk industri-industri pengecoran. Oleh karena itu, penelitian pengembangan metode baru sangat diperlukan dalam mengatasi masalah perbaikan komponen-komponen yang terbuat dari besi cor kelabu. Penelitian ini mengetengahkan masalah bagaimana membangun metode baru yang dapat mengeliminir kelemahan-kelemahan perbaikan dengan metode-metode yang telah dikembangkan terdahulu. Hal ini berkaitan dengan tujuan penelitian untuk membangun metode perbaikan cacat permukaan pada komponen yang terbuat dari besi cor kelabu dan mendapatkan ikatan metalurgi yang baik di sambungan yang terbebas dari besi cor putih. Langkah membangun metode didasarkan pada suatu hipotesis bahwa jika perbaikan dilakukan dengan menuangkan logam cair ke permukaan cacat pada masukan panas yang cukup untuk mencairkan permukaan cacat maka akan terjadi penyambungan dengan laju pendinginan yang rendah sehingga sambungan akan terbebas dari besi cor putih. Untuk itu maka disusunlah strategi penyelesaian masalah yang dipecahkan melalui pendekatan ekperimental, pendekatan numerik dan analisis dimensional. Pendekatan eksperimental dititikberatkan pada upaya pencapaian ide yang dituangkan dalam bentuk alternatif rancangan proses perbaikan. Selanjutnya rancangan tersebut diuji untuk mendapatkan metode yang memenuhi kriteria tujuan penelitian. Pendekatan numerik dilakukan untuk mensimulasi proses perbaikan dengan tujuan membantu menganalisis fenomena-fenomena fisik yang terjadi di sekitar sambungan dan untuk menghasilkan sejumlah data baru sebagai pelengkap data eksperimen. Pendekatan analisis dimensional dilakukan untuk membangun formulasi umum sebagai generalisasi hasil perbaikan. Penelitian ini telah berhasil membangun empat buah metode yaitu metode-metode Pouring, Powder Filling, Droplet Spray dan Turbulence Flow Casting (TFC). Satu diantaranya telah memenuhi tujuan penelitian yaitu metode TFC. Proses penyambungan dengan metode TFC terjadi oleh adanya logam cair bertemperatur tinggi yang mengalir melalui cetakan pasir dan mengenai permukaan cacat hingga mencair selama selang waktu tertentu. Dari hasil perbaikan ini, ikatan metalurgi di sambungan dinilai baik karena letak patahan yang diuji melalui pengujian tarik terjadi di daerah logam pengisi (bukan di sambungan) dengan harga kekuatan tarik sekitar 200 MPa. Melalui pengaturan parameter, metode ini mampu memperbaiki cacat tanpa menghasilkan besi cor putih, martensit, retak dan porositas. Namun harga-harga parameter tersebut hanya berlaku untuk dimensi cacat tertentu sehingga daerah keberlakuannya sangat terbatas. Agar keberlakuannya dapat diperluas maka penentuan harga parameter didekati melalui formulasi matematik yang merupakan generalisasi proses TFC. Formulasi matematik yang dibangun dapat diterapkan pada berbagai dimensi cacat asalkan memenuhi asas similaritas. Pada penelitian ini penerapan asas similaritas dibatasi untuk bilangan Reynolds sebesar 11.100, bilangan Prandtl sebesar 0,14 dan geometri saluran berbentuk silindris. Secara praktis, faktor lain yang turut menentukan keberhasilan proses TFC adalah cara pemberian preheat (pemanasan mula) terhadap komponen yang akan diperbaiki. Pada penelitian ini pemberian preheat dilakukan dengan menggunakan pemanas api, logam cair, dan pemanas listrik setempat di daerah cacat. Untuk itu maka teknik pemberian preheat perlu dikembangkan lebih lanjut tertutama pada komponen-komponen berdimensi besar dengan ketebalan diatas 500 mm. Walaupun demikian, prinsip utama yang harus diperhatikan dalam pemberian preheat adalah masukan panas harus dapat menghasilkan laju pendinginan yang rendah. Formulasi matematik yang diperoleh dapat menjembatani ke arah penelitian lanjut bagi paduan-paduan lain seperti baja tahan karat dan paduan aluminium. Pengembangan metode perbaikan yang dihasilkan dari penelitian ini merupakan terobosan baru yang sangat berkontribusi terhadap teknologi manufaktur di tanah air. Dengan demikian dapat diusulkan untuk membuat standarisasi khususnya dalam perbaikan cacat permukaan produk komersil yang terbuat dari besi cor kelabu.