DASAR-DASAR PENGECORAN LOGAM
Definisi :
Pengecoran (casting)
adalah proses penuangan logam cair dengan gaya
gravitasi atau gaya
Keuntungan
pembentukan dengan pengecoran :
(1) Dapat
mencetak bentuk kompleks, baik bentuk bagian luar maupun bentuk bagian dalam;
(2) Beberapa
proses dapat membuat bagian (part) dalam bentuk jaringan;
(3) Dapat
mencetak produk yang sangat besar, lebih berat dari 100 ton;
(4) Dapat
digunakan untuk berbagai macam logam;
(5) Beberapa
metode pencetakan sangat sesuai untuk keperluan produksi massal.
Kerugian :
Setiap metode pengecoran memiliki kelemahan
sendiri-sendiri, tetapi secara umum dapat disebutkan sebagai berikut :
(1) Keterbatasan
sifat mekanik;
(2) Sering
terjadi porositas;
(3) Dimensi
benda cetak kurang akurat;
(4) Permukaan
benda cetak kurang halus;
(5) Bahaya
pada saat penuangan logam panas;
(6) Masalah
lingkungan.
Beberapa
contoh produk cor :
- perhiasan, - penggorengan,
- patung, - pipa,
- blok mesin, - roda kereta,
- rangka mesin, - pompa,
dan lain-lainnya.
Proses
pengecoran :
(1)
Pembuatan cetakan;
(2) Persiapan
dan peleburan logam;
(3) Penuangan
logam cair ke dalam cetakan :
a) untuk
cetakan terbuka (lihat gambar 2.1.a) logam cair hanya dituang hingga memenuhi
rongga yang terbuka,
b) untuk cetakan tertutup (lihat gambar
2.1.b) logam cair dituang hingga memenuhi sistem saluran masuk;
(1) Setelah
dingin benda cor dilepaskan dari cetakannya;
(2) Untuk
beberapa metode pengecoran diperlukan proses pengerjaan lanjut :
·
memotong logam yang berlebihan,
·
membersihkan permukaan,
·
memeriksa produk cor,
·
memperbaiki sifat mekanik dengan perlakuan
panas (heat treatment),
·
menyesuaikan ukuran dengan proses
pemesinan.
Bahan
cetakan :
- pasir, - keramik, dan
- plaster, - logam.
Hal-hal
penting yang perlu diperhatikan dalam pembuatan suatu cetakan :
- Rongga
cetakan harus dirancang lebih besar daripada produk cor yang akan dibuat, untuk
mengimbangi penyusutan logam;
- Setiap
logam memiliki koefisien susut yang berbeda-beda (dalam merancang suatu cetakan
biasanya digunakan mistar susut).
Jenis
cetakan :
(1) Cetakan tidak permanen (expendable
mold); hanya dapat digunakan satu kali saja.
Contoh : - cetakan pasir (sand
casting),
- cetakan
kulit (shell mold casting),
- cetakan
presisi (precisian casting).
(2) Cetakan permanen (permanent mold);
dapat digunakan berulang-ulang (biasanya dibuat dari logam).
Contoh : - gravity permanent mold
casting,
- pressure
die casting,
- centrifugal
die casting.
Cetakan
pasir :
Bagian-bagian cetakan pasir dapat dilihat dalam gambar
2.1.b, yaitu :
- bagian atas cetakan (cope),
- bagian bawah cetakan (drag),
- kotak cetakan (flask),
- sistem saluran masuk (gating
system), terdiri dari : cawan tuang (pouring cup), saluran turun (down
sprue), dan saluran masuk/pengalir (runner),
- penambah (riser),
- inti (core).
Pemanasan dan Penuangan (Heating
and Pouring) :
Dalam operasi pengecoran, logam harus
dipanaskan sampai temperatur tertentu di atas titik leburnya dan kemudian
dituangkan ke dalam rongga cetakan hingga menjadi beku.
Pemanasan
logam :
Logam dipanaskan di dalam tungku
peleburan hingga mencapai temperatur lebur yang cukup untuk penuangan.
Energi panas yang dibutuhkan
adalah jumlah dari :
(1) panas
untuk mencapai titik lebur (logam masih dalam keadaan padat),
(2) panas
untuk merubah dari padat menjadi cair,
(3) panas
untuk mencapai temperatur penuangan yang diinginkan.
Energi panas dapat ditunjukkan
dengan persamaan berikut ini :
H
= rV {Cs
(Tm – To) +
Hf + Cl (Tp – Tm)}
dimana : H = jumlah panas yang dibutuhkan untuk mencapai
temperatur penuangan; Btu (J)
Cs = weight
specific heat untuk logam padat; Btu/lbm – OF (J/g - OC)
Tm = temperatur
lebur logam; OF (OC)
To = temperatur
awal, biasanya temperatur ruang; OF (OC)
Hf = panas
fusi/lebur; Btu/lbm (J/g)
Cl = weight
specific heat untuk logam cair; Btu/lbm – OF (J/g - OC)
Tp = temperatur
penuangan; OF (OC)
V = volume
logam yang dipanaskan; in3 (cm3)
r = densitas
logam; lbm/in3 (g/cm3)
Contoh soal :
1 ft3
paduan eutektik akan dipanaskan dalam krusibel dari temperatur kamar hingga 200
OF di atas titik leburnya. Paduan tersebut memiliki densitas = 0,15
lbm/in3, temperatur lebur = 1300 OF, specific heat
logam padat = 0,082 Btu/lbm – OF, specific heat logam
cair = 0,071 Btu/lbm– OF, dan panas lebur = 72 Btu/lbm. Berapa
jumlah energi panas yang ditambahkan untuk mencapai pemanasan tersebut, anggap
tidak ada panas yang hilang.
Jawab :
Anggap
temperatur dalam ruang foundary = 80 OF dan densitas logam
dalam keadaan padat dan cair sama, dan sebagai catatan 1 ft3= 1728
in3.
H = (0,15)(1728){0,082 (1300 – 80) + 72 + 0,071
(1500 – 1300)}
= 48.273,4
Btu.
Penuangan
logam cair
Setelah pemanasan, logam siap
untuk dituangkan melalui sistem saluran masuk ke dalam rongga cetakan. Hal ini
merupakan suatu tahapan yang keritis dalam proses penuangan. Agar tahapan ini
berhasil, logam cair harus mengalir ke semua bagian dari rongga cetakan.
Beberapa faktor yang berpengaruh
dalam operasi penuangan adalah :
(1) Temperatur penuangan (pouring
temperatur) adalah temperatur logam cair pada saat dituangkan ke dalam
cetakan. Hal penting yang perlu diperhatikan disini adalah perbedaan temperatur
antara temperatur penuangan dengan temperatur pada saat logam cair mulai
membeku (titik lebur untuk logam murni dan temperatur liquidus untuk logam
paduan/alloy). Perbedaan temperatur
tersebut dikenal dengan istilah superheat.
Istilah superheat juga digunakan
untuk menyatakan jumlah panas yang harus dihilangkan dari logam cair antara
penuangan hingga pembekuan mulai terjadi.
(2) Laju
penuangan (pouring rate) adalah volume logam yang dituangkan ke dalam
cetakan dalam waktu tertentu.
Bila laju
penuangan terlalu rendah maka logam akan menjadi dingin dan membeku sebelum
pengisian seluruh rongga cetak selesai; dan sebaliknya bila laju penuangan
terlalu tinggi maka akan terjadi turbulensi.
(3) Turbulensi dalam aliran cairan
adalah kecepatan aliran cairan yang tidak menentu arah dan besar (magnitude)-nya
Turbukensi
harus dihindarkan karena :
- dapat mempercepat pembentukan oksida logam,
yang dapat mengganggu proses pembekuan sehingga kualitas coran kurang baik;
- dapat menyebabkan terjadinya pengikisan pada
cetakan karena adanya benturan aliran logam cair, sehingga hasil coran kurang
baik.
Analisa dalam Proses Penuangan
; untuk menganalisa logam cair yang mengalir melalui
sistem saluran masuk menuju cetakan digunakan teori Bernoilli.
Teori Bernoulli menyatakan bahwa jumlah energi pada dua titik dalam
cairan adalah sama.
dimana
: h = ketinggian,
cm (in)
P = tekanan
pada cairan, N/cm2 (lb/in2)
r = berat
jenis, g/cm3 (lbm/in3)
v = kecepatan
aliran, cm/sec (in/sec)
g = konstante
percepatan gravitasi = 981 cm/sec2 (386 in/sec2)
F = kehilangan
ketinggian akibat gesekan, cm (in).
Bila kehilangan ketinggian akibat gesekan
diabaikan dan tekanan dianggap tetap, maka persamaan dapat disederhanakan
menjadi :
Bila titik 1 adalah ujung atas saluran turun (sprue)
dan titik 2 adalah dasar cetakan digunakan sebagai titik referensi maka h2
= 0 dan v1 =
0, sehingga persamaan dapat disederhanakan menjadi :
atau
Hubungan lain yang
penting selama penuangan adalah hukum kuntinuitas, yang menyatakan bahwa volume
rate of flow dalam proses penuangan logam cair ke dalam cetakan adalah
konstan :
Q = v1 A1 = v2 A2
dimana
: Q = volumetric flow rate,
cm3/sec
(in3/s)
v = kecepatan aliran,
cm/sec (in/s)
A = luas
penampang cairan cm2 (in2)
Estimasi waktu pengisian rongga cetak :
dimana
: MFT = waktu
pengisian cetakan, sec.
V = volume rongga
cetakan, cm3 (in3)
Contoh soal :
Sebuah cetakan
memiliki saluran turun dengan panjang (h)
8,0 in dan luas penampang pada dasar saluran (A) adalah 0,4 in.2.
Saluran tersebut dihubungkan dengan saluran masuk horisontal menuju rongga
cetak yang volumenya (V) adalah 100
in.3.
Tentukan : a) kecepatan
alir logam cair pada dasar saluran (v),
b)
laju alir volumetrik (Q),
c)
waktu pengisian cetakan (MFT).
Jawab :
a)
Kecepatan alir logam cair pada dasar saluran :
in/sec.
b)
Laju alir volumetrik :
in3/sec.
c)
Waktu yang dibutuhkan untuk pengisian
rongga cetak :
sec.
Fluiditas :
Fluiditas adalah kemampuan suatu logam cair untuk mengalir
masuk ke dalam cetakan, sebelum membeku.
Fluiditas merupakan
kebalikan dari viskositas, bila viskositas naik, maka fluiditas turun, dan
sebaliknya.
Faktor-faktor yang mempengaruhi fluiditas :
- temperatur penuangan,
- komposisi logam
(mempengaruhi panas lebur/heat of fusion dari
logam) ,
-
viskositas
logam cair,
- panas yang diserap oleh lingkungan disekitarnya.
Catatan : yang dimaksud dengan heat of fusion adalah jumlah panas yang
dibutuhkan untuk mengubah logam cair menjadi padat.
Untuk mengukur fluiditas digunakan cetakan spiral seperti
ditunjukkan dalam gambar 2.2, dimana fluiditas ditentukan dengan mengukur
panjang logam padat dalam saluran spiral.
Karakteristik
Pembekuan :
Pembekuan
(solidifikasi) adalah transformasi logam cair kembali ke bentuk padatnya.
Solidifikasi logam murni; logam murni membeku
pada temperatur konstan yaitu sama dengan temperatur pembekuannya/temperatur
leburnya, seperti ditunjukkan dalam gambar 2.3.
Beberapa istilah waktu
dalam proses solidifikasi logam murni :
- Waktu solidifikasi lokal adalah waktu pembekuan
sebenarnya;
- Waktu solidifikasi total adalah waktu antara
penuangan sampai proses pembekuan berakhir. Setelah pembekuan berakhir
temperatur turun hingga temperatur kamar.
Garis awal terjadinya pembekuan disebut garis liquidus,
dan garis akhir pembekuan disebut garis solidus.
Suatu paduan dengan
komposisi tertentu bila didinginkan dalam waktu yang sangat lambat, maka
pembekuan akan mulai terjadi pada saat temperatur mencapai garis liquidus, dan
pembekuan berakhir bila telah mencapai garis solidus. Setelah itu pendinginan
akan berjalan terus hingga mencapai temperatur kamar.
Solidifikasi
logam paduan eutektik; suatu paduan yang
memiliki komposisi tertentu (komposisi eutektik) bila mengalami pendinginan
sangat lambat, maka pembekuan akan berlangsung pada temperatur konstan (sama
seperti logam murni).
Beberapa istilah penting dalam proses
solidifikasi :
- Shrinkage
adalah penyusutan
pada daerah tertentu yang dapat menimbulkan cacat coran berupa rongga-rongga
atau retak.
Tahapan
terjadinya rongga-rongga akibat penyusutan (shrinkage cavity) ditunjukkan dalam gambar 2.5 berikut
ini.
(0) Level awal logam cair
sesaat setelah dituangkan;
(1) Penyusutan yang terjadi selama pendinginan
fase cair (sebelum terjadi solidifikasi);
(2) Penyusutan
yang terjadi pada saat perubahan fase cair ke fase padat;
(3) Penyusutan yang terjadi selama pendinginan fase
padat sampai temperatur kamar.
- Solidifikasi
terarah :
Untuk
mengurangi pengaruh shrinkage dapat dilakukan dengan mengarahkan proses
solidifikasi pada daerah tertentu, dengan cara :
(a) Memasang riser (lihat gambar 2.1.b)
Riser
(penambah) merupakan cadangan logam cair pada cetakan yang berfungsi untuk
mengimbangi penyusutan (shrinkage)
dalam pembekuan coran. Dengan
memasang riser, maka daerah yang mengalami solidifikasi awal berada jauh dari
sumber logam cair, sehingga shrinkage yang mungkin terjadi berada pada
riser itu sendiri.
Menurut hokum
Chvorinov, riser harus diletakkan pada bagian/daerah yang memiliki
rasio volume terhadap luas rendah, karena pada daerah tersebut akan mengalami
solidifikasi paling cepat. Dengan menambahkan riser pada daerah tersebut, maka
solidifikasi dapat diperlambat sehingga cacat coran akibat terjadinya shrinkage
pada benda cor dapat dihindarkan.
(b) Memasang cil (chill)
Cil
adalah benda (terutama logam) yang diletakkan pada bagian cetakan untuk
mencegah shrinkage dengan mempercepat pendinginan dan pembekuan dari
bagian yang mendapatkan panas paling tinggi sehingga bagian tersebut akan
membeku pada waktu yang sama dengan bagian lainnya. Panas tertinggi dapat
terjadi pada bagian tebal atau pada bagian-bagian yang mengalami konsentrasi
aliran panas yang paling tinggi.
Dalam gambar 2.6.a ditunjukkan contoh pemasangan cil pada daerah yang mengalami konsentrasi panas tertinggi, sehingga terjadinya cacat akibat shrinkage dapat dihindarkan, sedang dalam gambar 2.6.b dapat dilihat adanya cacat (rongga) akibat pengecoran dilakukan tanpa pemasangan cil.
CETAKAN KRAMIK
Proses pembuatan pengecoran cetakan keramik
seperti proses pengecoran plester cetakan tapi dapat melemparkan bahan pada
temperatur yang lebih tinggi. Alih-alih menggunakan plester untuk membuat
cetakan untuk metalcasting tersebut, casting keramik menggunakan keramik tahan
api untuk bahan cetakan. Di bagian industri seperti mesin pemotong, mati untuk
Metalworking, cetakan logam, dan impeler dapat diproduksi oleh proses ini.
Proses
tersebut
Langkah pertama dalam pembuatan oleh
pengecoran cetakan keramik adalah untuk menggabungkan bahan untuk cetakan.
Campuran zirkon butir halus (ZrSiO 4), aluminium oksida, leburan silika, agen
ikatan, dan air menciptakan bubur keramik. Bubur ini dituangkan di atas pola
pengecoran dan biarkan ditetapkan. Pola ini kemudian dihapus dan cetakan
dibiarkan mengering. Cetakan tersebut kemudian dipecat.
Penembakan akan membakar bahan yang tidak
diinginkan dan membuat cetakan mengeras dan kaku. Cetakan juga mungkin perlu
dipanggang dalam tungku juga. Penembakan cetakan menghasilkan jaringan retakan
mikroskopis dalam bahan cetakan. Retakan ini memberikan cetakan keramik baik
permeabilitas yang baik dan collapsibility untuk proses pengecoran.
Setelah siap, kedua bagian cetakan dirakit
untuk menuangkan casting. Dua bagian, (mengatasi dan tarik bagian), dapat
didukung dengan bahan fireclay untuk kekuatan cetakan tambahan. Seringkali
dalam industri manufaktur cetakan keramik akan dipanaskan sebelum penuangan
logam cair. Pengecoran logam dituangkan, dan biarkan memperkuat. Dalam
pengecoran cetakan keramik, seperti dalam cetakan dibuang lainnya memproses
cetakan keramik hancur dalam penghapusan metalcasting tersebut.
Properties
dan Pertimbangan Manufaktur oleh Casting Mold Keramik
·
Manufaktur dengan pengecoran
cetakan keramik mirip dengan cetakan plester karena dapat menghasilkan bagian
dengan bagian tipis, permukaan akhir yang sangat baik, dan akurasi dimensi yang
tinggi. Toleransi manufaktur antara inci .002 dan .010 yang mungkin dengan
proses ini.
·
Untuk dapat melemparkan bagian
dengan akurasi dimensi tinggi menghilangkan kebutuhan untuk mesin, dan memo
yang akan diproduksi oleh mesin. Oleh karena presisi proses pengecoran logam
seperti ini efisien untuk membuang logam mulia, atau materi yang akan sulit
untuk mesin.
·
Berbeda dengan bahan cetakan dalam
logam pengecoran plester proses, bahan cetakan refraktori dalam casting keramik
dapat menahan suhu yang sangat tinggi. Karena ini toleransi panas proses
pengecoran keramik dapat digunakan untuk memproduksi besi dan bahan titik lebur
metalcasting tinggi. Baja stainless dan baja perkakas dapat dibuang dengan
proses ini.
·
Pengecoran cetakan keramik relatif
mahal.
·
Waktu persiapan yang lama cetakan
membuat manufaktur tingkat produksi untuk proses yang lambat.
·
Tidak seperti di pengecoran cetakan
plester, cetakan keramik memiliki permeabilitas sangat baik karena
microcrazing, (produksi retak mikroskopis), yang terjadi dalam penembakan
cetakan keramik.
Ceramic-mold
casting
Proses
casting-cetakan keramik (juga disebut menghadapi-dan-tarik investasi casting)
mirip dengan proses plester-cetakan, dengan pengecualian bahwa ia menggunakan
bahan-bahan cetakan tahan api yang cocok untuk aplikasi temperatur tinggi.
bagian umum dibuat adalah impeler, pemotong untuk pengoperasian mesin, mati
untuk Metalworking, dan cetakan untuk membuat komponen plastik dan karet.
Bagian beratnya sebanyak 700 kg telah dilemparkan oleh proses ini.
Lumpur adalah
campuran zirkon halus (ZrSiO4), aluminium oksida, dan leburan silika, yang
dicampur dengan agen bonding dan menuangkan atas pola (Gambar 11,10), yang
telah ditempatkan dalam termos.
Pola dapat dibuat
dari kayu atau logam. Setelah pengaturan, cetakan (Seram face ic) dihapus,
dikeringkan, dibakar untuk menghilangkan zat terbang, dan dipanggang. Cetakan
yang dijepit tegas dan digunakan sebagai semua keramik cetakan. Dalam proses
Shaw, face keramik yang didukung oleh fireclay (yang menolak suhu tinggi) untuk
memberikan kekuatan untuk cetakan. The face kemudian dirakit ke dalam cetakan
lengkap, siap untuk dituangkan.
Perlawanan tinggi
suhu bahan cetakan refraktori memungkinkan cetakan ini akan digunakan untuk
pengecoran paduan tinggi suhu besi dan lainnya, noda kurang baja, dan baja
perkakas. Meskipun proses ini agak mahal, tuang memiliki akurasi dimensi baik
dan menyelesaikan permukaan melalui berbagai ukuran dan bentuk yang rumit.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar