2. logam cair & saluran dalam pengecoran · 2012-09-16 · komposisi dan temperatur ) yang...

2. Logam Cair & Saluran dalam Pengecoran

�� PenuanganPenuangan logamlogam caircair keke dalamdalam cetakancetakan adalahadalah satusatu daridari langkahlangkah--

langkahlangkah kritiskritis dalamdalam pengecoranpengecoran karenakarena perilakuperilaku cairancairan dandan

pembekuannyapembekuannya sertaserta pendinginanpendinginan menentukanmenentukan apakahapakah corancoran dapatdapat

terbentukterbentuk dengandengan baikbaik dandan bebasbebas cacatcacat..

� Campbell (1993) menyatakan bahwa skrap coran sebagian besar

disebabkan oleh beberapa detik saat penuangan logam cair.

� Keberhasilan penuangan tergantung pada kualitas logam cair (e.g.

komposisi dan temperatur) yang mempengaruhi aliran logam cair

Proses Manufaktur IIProses Manufaktur II�YudySuryaIrawan�YudySuryaIrawan

komposisi dan temperatur) yang mempengaruhi aliran logam cair

dan sebagian tergantung pada sifat-sifat dan desain cetakan

(seperti sifat cetakan dan teknik saluran yang mengalirkan logam

ke mould cavity/cetakan kosong).

� Ahli pengecoran logam (foundryman) juga mempertimbangkan gaya-

gaya yang bekerja pada cetakan dan kontraksi/penyusutan volume

yang terjadi saat suhu pendinginan hingga pembekuan.

� Akan tetapi, semua diawali dengan sifat aliran logam cair dalam kondisi

pengecoran.1 Champbell, J. Castings, 2nd Ed. Butterworth-Heiemann Oxford 1993

1

2.1 Fluiditas Logam Cair

Fluidity/fluiditas juga dikenal dengan castability yang telah

digunakan untuk menjelaskan perilaku aliran logam cair. Namun, istilah

Fluidity lebih banyak dikenal.

Secara umum, fluiditas adalah kualitaskualitas logamlogam caircair yangyang mampumampu

membuatmembuat logamlogam caircair mengalirmengalir melaluimelalui jalurjalur cetakancetakan dandan mengisimengisi semuasemua

celahcelah--celahcelah cetakancetakan..

Sifat fluiditas ini menyediakan gambaran tajam dan keyakinan akan

reproduksi dari desain detail pengecoran. Fluiditas yang rendah

mengarah pada cacat dan kegagalan pengecoran produk.


mengarah pada cacat dan kegagalan pengecoran produk.

Fluiditas bukanlah sebuah sifat fisik tunggal seperti densitas atau

viskositas tetapi sebuah karakteristik komplek yang berhubungan

dengan perilaku dibawah kondisi khusus dalam sebuah cetakan.

Faktor yang mempengaruhi fluiditas: VISCOSITY yang didefinisikan

sebagai gaya yang diperlukan untuk memindahkan sebuah permukaan

dari unit luasan pada unit kecepatan yang melalui sebuah permukaan

paralel pada unit jarak.

Viskositas adalah sebuah ukuran kapasitas sebuah cairan untuk

mentransmisikan sebuah tegangan geser dinamis.

2

Saat logam cair mengalir dalam sebuah saluran tertutup, viskositasnya

akan menentukan alirannya yang mana drag/hambatan yang

ditimbulkan oleh dinding saluran tertransmisi ke logam cair sehingga

mempengaruhi kecepatan aliran logam dalam cetakan.

Salah satu karakteristik dasar zat cair adalah kemampuan cairan

apapun untuk berpacu dengan waktu dalam mengisi cetakan/wadah

yang dilaluinya. Ini akan terjadi dengan cepat untuk logam cair yang

Apa yang terjadi saat logam cair mengalir ?


yang dilaluinya. Ini akan terjadi dengan cepat untuk logam cair yang

berada dalam temperatur yang konstan karena viskositasnya yang

tinggi.

Dalam kondisi pengecoran, kegagalan mengisi cetakan bukan

dikarenakan oleh tingginya viskositas tetapi karena pembekuan yang

prematur (belum saatnya). Jadi, kondisi termal (thermal condition)

dan mode pembekuan (mode of solidification) menjadi faktor kritis

terhadap berhentinya aliran logam cair.

3

Pengukuran Fluiditas Logam Cair

Fluiditas tidak dapat diukur dari sifat fisik individual, sehingga

pengujian empiris dilakukan untuk mengukur semua karakteritikdari fluiditas logam cair.

Pengujian ini didasarkan pada kondisi analog pada pengecoran

logam dalam pengecoran dan pengukuran fluiditas dilakukan sebagai

jarak yang telah dilalui oleh logam cair dalam sistem saluran tertutup

terstrandarisasi sebelum aliran tersebut berhenti.

Parameter ini disebut dengan flow time atau fluid life.

Proses Manufaktur IIProses Manufaktur II�YudySuryaIrawan�YudySuryaIrawan 4

Salah satu jenis pengukuran fluiditas logam cair adalah dengan

pengujian fluiditas spiral seperti pada gambar slide berikutnya.

Berbagai model dirancang untuk mendapatkan kondisi yang standar

dan salah satu usahanya dengan merancang sistem reservoir

untuk mengatur pressure head dan membuat peralatan penuang

dengan kecepatan konstan untuk menjamin pengaliran logam ke

dalam sistem dengan kecepatan yang sama.

Untuk memperkecil pengaruh sifat termal cetakan, cetakan grafit dan logam digunakan oleh beberapa peneliti untuk meminimalisasi

pengaruh cetakan.



Pengecoran untuk Uji Fluiditas Spiral

Spiral Fluiditas Standard (atas kebaikan American Foundrymen’s Society)



Pengecoran untuk Uji Fluiditas Spiral

Susunan saluran turun dan dasar penuangan untuk

spiral fluiditas standard (atas kebaikan American Foundrymen’s Society)

6

Pengujian fluiditas logam cair dalam kondisi vakum

Pengujian ini merupakan pendekatan paling mendekati uji standar

lengkap dengan menggunakan Vacuum Fluidity Test yang diusulkan

oleh Ragone, Adams dan Taylor.

Dengan menggunakan alat ini, logam cair mengalir melalui tabung

gelas halus di bawah pengaruh hisapan dari kondisi vacuum

sebagian. Pressure head diketahui dengan akuran dan faktor

manusia dalam penuangan dapat dihilangkan.



Temperatur

Faktor paling dominan adalah temperatur awal dari logam cair.

Banyak peneliti menunjukkan bahwa fluiditas dari logam paduan

berhubungan dengan superheat (pemanasan di atas temperatur cair

namun tetap dalam fasa cair).

Ini menunjukkan bahwa superheat menentukan kuantitas panas

untuk diserap sebelum pembekuan terjadi.

Parameter yang Mempengaruhi Fluiditas

untuk diserap sebelum pembekuan terjadi.

Ilustrasi hubungan antara fluiditas dan superheat dapat dilihat pada

gambar berikut.

8 Proses Manufaktur IIProses Manufaktur II�YudySuryaIrawan�YudySuryaIrawan

Pengaruh superheat pada fluiditas logam murni dan paduan(Sb:stibium/antimonium, Sn: Stannum/tin)


Komposisi

Selain temperatur, komposisi kimia logam merupakan faktor besar

yang mempengaruhi fluiditas.

Perbandingan valid dari fluiditas berbagai macam paduan dapat

dibuat pada suhu superheat konstan tetapi dibawah kondisi ini

hubungan tertentu muncul diantara paduan dan fluiditas.

Fluiditas yang tinggi umumnya terdapat pada logam cair murni atau

dengan komposisi eutectic.


dengan komposisi eutectic.

Paduan yang membentuk solusi solid biasanya memiliki rentang

pembekuan yang panjang sehingga cenderung memiliki fluiditas yang

rendah.

Portevin dan Bastein menunjukkan hubungan terbalik antara fluiditas

dan solidification range/rentang pembekuan. Ini juga dikonfirmasi oleh

peneliti lain seperti Floreen dan Ragone untuk sistem paduan

Aluminium.

Contohnya dapat dilihat pada slide berikutnya.


Hubungan antara komposisi logam dan fluiditas Paduan Timbal-Timah (Pb-Sn Alloys)

Fluiditas berbanding

terbalik dengan

solidification range.


range.

Do you know why?

Liquidus

Eutectic composition

Komposisi

Perbedaan perilaku dari berbagai paduan dapat disebabkan oleh

karakteristik mode pembekuannya (characteristic modes of freezing).

Untuk paduan yang mana pembekuan terjadi dengan kemajuan

bidang interfase secara progresif terhadap dinding cetakan, aliran

dapat terus mengalir hingga semua saluran akhirnya terpenuhi. Ini

terjadi di dekat titik masuk.

Sedangkan logam murni membeku dengan mode seperti logam

paduan dan menunjukkan fluiditas yang baik meskipun dituang pada



paduan dan menunjukkan fluiditas yang baik meskipun dituang pada

suhu liquidus (fasa cair), aliran terus mengalir selama evolusi panas

laten dari rekristalisasi.

Untuk paduan, aliran dapat terhenti karena adanya kristal bebas

dalam logam cair pada ujung dari arus aliran logam cair. Hal ini dapat

terjadi karena adanya pendinginan cepat atau fenomena lain yang

menghasilkan kristalisasi independen dalam massa utama logam cair.

Gambar slide berikutnya menunjukkan berbagai macam mode

pembekuan yang mana juga terdapat situasi pembentukan interface

dendrit.12

Mode pembekuan logam cair dalam saluran aliranPlane Interface Mode


Mode pembekuan logam cair dalam saluran aliranJagged Interface Mode

Jagged interface


Mode pembekuan logam cair dalam saluran aliranIndependent Crystallization Mode


Meskipun paduan dan mode pembekuan adalah faktor besar yang

mempengaruhi fluiditas. Fluiditas juga dipengaruhi oleh faktor lain.

Meksipun paduan menunjukkan hubungan antara mode pembekuan

yang mirip, tetapi hubungan antara fluiditas dan superheat tidak identik.

Waktu yang dibutuhkan untuk pendinginan hingga suhu pembekuan

tergantung pada kandungan panas dan sifat-sifat termal daripada suhu

itu sendiri.

Sehingga jarak dari aliran (fluiditas) dipengaruhi oleh volume specific

heat, latent heat of fusion dan thermal conductivity dari paduan.



heat, latent heat of fusion dan thermal conductivity dari paduan.

Contoh, pada sistem Aluminium Silicon, fluiditas maksimum tidak terjadi

pada komposisi eutectic seperti banyak terjadi pada sistem paduan lain.

Namun pada paduan hypereutectic menunjukkan fluiditas lebih tinggi

karena tingginya panas fusi dari Silicon. (meski, sebagian dari

peningkatan ini karena pergeseran komposisi ke komposisi yang tidak

stabil dengan kandungan Silikon yang lebih besar dari ukuran

normalnya.

Selain itu, keberadaan gas dalam logam cair dan inklusi unsur non

logam juga mempengaruhi fluiditas logam.16

Terima kasih kepada Penulis Buku yang

menjadi acuan mata kuliah ini:

Peter Beeley, Foundry Technology 2ndPeter Beeley, Foundry Technology 2nd

Edition, Butterworth Heinemann


Terima kasih atas perhatian Anda

dan

Selamat Mencatat dan Belajar dengan Baik

Terima kasih atas perhatian Anda

dan

Selamat Mencatat dan Belajar dengan Baik


2. logam cair & saluran dalam pengecoran · 2012-09-16 · komposisi dan temperatur ) yang...

Documents