7. pertumbuhan kristal -...

Proses pertumbuhan kristal yang mana didahului nukleasi (pengintian) menentukan struktur akhir dari solid.

Mode pertumbuhan baik untuk butiran individual maupun secara massa, tergantung pada kondisi termal dalam daerah pembekuan dan kandungan dari paduan.

Dalam pembekuan sebuah logam murni yang menunjukkan kasus paling umum, jika suhu dapat diturunkan secara uniform, maka pengintian acak dapat terjadi di seluruh logam cair.

7. Pertumbuhan Kristal (Growth of Crystal)

dapat terjadi di seluruh logam cair.

Dalam kondisi aliran panas yang sebenarnya, gradien temperatur dapat menghasilkan pengintian awal pada permukaan cetakan yang relatif dingin dan pertumbuhannya akan tegak lurus terhadap dinding cetakan tersebut. Seperti ditunjukkan dalam Gambar 7.1.

Pertumbuhan kristal ini sama dengan arah kristalografis yang mengarah pada arah tertentu/terorientasi (a preferred crystallographic direction). Kristal yang teorientasi tumbuh lebih cepat daripada kristal di sekitarnya dalam sebuah gradien temperatur.

Proses Manufaktur IIProses Manufaktur II�YudySuryaIrawan�YudySuryaIrawan

Perkembangan struktur butir kolumnar secara skematis

Fig. 7.1


Pada sebuah tahapan pertumbuhan yang tergantung pada jumlah efektif nuclei dan laju pertumbuhan awal, pertumbuhan melintang terbatasi oleh kristal di sebelahnya.

Bidang di depannya kemudian membuat deposisi atom-atom lebih progresif untuk bergabung dengan lattice/struktur kristal satu atau lebih yang telah ada sebelumnya.

Pertumbuhan ini merupakan pertumbuhan pada close packed atomic planes yang membuat sebuah struktur teras pada pertumbuhan bidang antar muka/interface. Yang mana secara atomic planes yang membuat sebuah struktur teras pada pertumbuhan bidang antar muka/interface. Yang mana secara makroskopis tampak halus dan dalam kebanyakan logam non-cystallographic.

Biasanya menghasilkan struktur columnar yang banyak diamati di dalam ingots dan hasil pengecoran/coran dengan butiran individual yang memanjang dalam arah umum aliran panas.


Penjelasan skematis tentang distribusi suhu dalam pembekuan di permukaan datar

Ilustrasi kondisi termal yang menghasilkan sebuah struktur dapat dilihat pada Gambar di samping.

Disini, diasumsikan terdapat gradien positif dari suhu solid-liquid dengan perbedaan dengan perbedaan gradian pada pertemuan di TG (glass temperature).

Hanya dalam kondisi pendinginan lambat atau pendinginan bertahap, interface antara solid-liquid membentuk bidang datar (plane)


Kondisi termal untuk gradien suhu yang berbalik dalam liquid yang dekat dengan interface

Meskipun secara makro, gradien suhu bergradien positif, untuk pendinginan lokal di daerah interface, gradien temperatur dapat negatif sehingga suhu dapat meningkat kembali.

Karena suhu minimum liquid tidak berada di interface, pertumbuhan interface, pertumbuhan kristal dapat berubah menjadi mode lain yang mana pembekuan/deposisi dapat terjadi dalam area lebih besar dari undercolling.

Oleh sebab itu, aliran panas mikro dapat menjadi faktor besar membentuk struktur coran. ** TE : temperatur kesetimbangan liquid


Diagram kesetimbangan untuk dua logam yang membentuk campuran padat secara kontinyu


Distribusi kesetimbangan dari campuran antara solid dan liquid


Konsentrasi dari campuran dalam liquid yang tumbuh ke interface


Pertumbuhan dendrit


Struktur selular (cellular) yang dibentuk oleh undercooling


Pengaruh gradien suhu dalam cairan terhadap kristalisasi


Pembekuan pada komposisi eutektoid

Pada pembekuan eutektoid tidak timbul dendrit tetapi terjadi

pembentukan dengan dua fase yang saling berkaitan dan

membentuk stuktur lamelar dari dua fase, atau seperti elemen

batang atau globe dari satu fasa di dalam matrix fasa yang lain.


Struktur butiran eutectic/eutectoid pada besi tuang kelabu


Skema gambar struktur grafit dalam sebuah butiran eutektoid


Tabel Kontraksi Volume dari logam-

logam saat pembekuan

Proses pembekuan kebanyakan paduan diikuti dengan kontraksi volume. Besarnya kontraksi volume ini dapat dilihat pada Tabel berikut.

8. Pemasukan Logam Cair (Feeding of Casting)

Kontraksi dapat diminimalisasi dengan mempertahankan supply logam cair ke dalam cetakan. Dalam hal ini, sebuah feeder head berfungsi untuk menyediakan reservoir logam cair di bawah tekanan head yang cukup untuk mempertahankan aliran ke dalam cetakan. Tanpa feeding, coran akhirk akan mengalami cacat penyusutan (shrinkage) dalam bentuk kekosongan internal, di garis sumbu atau di permukaan.


Gradien temperatur mempengaruhi mekanisme pembekuan

dan memperpanjang pasty zone (zona seperti pasta).

Pada gambar 8.1 menunjukkan bahwa semakin curam

gradien suhu maka zona kristalisasi semakin menyempit dan

ini akan meminimalisasi jarak yang dibutuhkan untuk

intercrystalline feeding.

Selama pembekuan pada paduan akan ditandai dengan

adanya pembentukan kulit.adanya pembentukan kulit.

Paduan juga menunjukkan pasty zone yang besar selama

pembekuan.

Sedangkan untuk besi tuang yang mengandung banyak grafit,

menunjukkan adanya tahapan yang lama selama pembekuan.

Hal tersebut dapat dilihat pada Gambar 8.2.


Pengaruh gradien temperatur dan kandungan paduan terhadap kedalaman pasty zone

8.1


Gunmetal:

Hubungan antara jarak dan waktu yang menunjukkan pembekuan pada cetakan pasir

8.2

88%Cu, 10%Sn,2%Zn


Karakteristik pembekuan paduan

8.1


Perbandingan kecepatan pembekuan pada logam senapan dalam cetakan pasir dan chill

8.3


Pengaruh sudut eksternal dan re-entrant pada kecepatan pembekuan logam

8.4


Waktu pembekuan menurut Aturan Chworinov

dengan t : waktu pembekuan

k : konstanta empirik

8.5

V : volume yang membeku

A : luasan yang membeku


Diagram Penggunaan Logam dalam Pengecoran

Yield sebagai jumlah black casting yang sudah jadi dan menunjukkan persentase total berat logam yang

8.6

berat logam yang digunakan untuk unit peleburan


Arah gradien temperatur awal terhadap ingate position

8.7


Peruahan gradien suhu sebelum pembekuan pada urutan waktu t1 – t5

8.8


Kurva pendinginan hipotetis untuk titik A dan B pada Gambar 8.8 untuk kondisi setelah waktu kritis t4

8.9 8.8


Cetakan sebagian yang berlawanan untuk memberikan efek saat penuangan dan pemasukan ke dalam cetakan

Proses Manufaktur IIProses Manufaktur II�YudySuryaIrawan�YudySuryaIrawanProses Manufaktur IIProses Manufaktur II�YudySuryaIrawan�YudySuryaIrawan

Terima kasih kepada Penulis Buku yang

menjadi acuan mata kuliah ini:

Peter Beeley, Foundry Technology 2nd

Edition, Butterworth Heinemann


Terima kasih atas perhatian Anda

dan

Terima kasih atas perhatian Anda

dandan

Selamat Mencatat dan Belajar dengan Baik

dan

Selamat Mencatat dan Belajar dengan Baik


7. pertumbuhan kristal -...

Documents