mes00020207

Upload: zuhdi-anwarudin

Post on 07-Apr-2018

218 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

  • 8/3/2019 MES00020207

    1/5

    Pengecoran Squeeze (Soejono Tjitro et.al)

    Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Kristen Petra

    http://puslit.petra.ac.id/journals/mechanical/

    109

    Pengecoran Squeeze

    Soejono TjitroDosen Fakultas Teknologi Industri Jurusan Teknik Mesin Universitas Kristen Petra

    FirdausDosen Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Sriwijaya

    Abstrak

    Pengecoran squeeze, yang juga dikenal dengan isti lah penempaan logam cair , merupakan

    suatu istilah yang dipakai unt uk m enggambar kan suatu proses dimana logam cair didinginkan di

    dalam cetakan tertutup sambil diberi tekanan luar yang biasanya berasal dari tenaga hidrolik.

    Tekanan yang diberikan serta kontak langsung ant ara logam cair dengan dinding cetaka n aka n

    menyebabkan terjadi perpindahan pana s secara cepat yang memungkinkan u ntuk menghasilkan

    produk cor dengan porositas rendah serta m emiliki ukura n butir yang halus dengan sifat

    mekanik yang mendekati produk tempa um umnya.

    Karya tulis ini mencoba mengkaji perkembangan terkini dari pengecoran squeeze ser takeunggulan dan keterbatasan proses ini dibandingkan proses-proses lainnya.

    Kata kun ci: pengecoran squeeze langsun g, pengecoran squeeze tak langsung

    Abstract

    Squeeze casting, also known as liquid metal forging, is a term commonly used to describe a

    process by which molten metal solidifies under pressure within closed dies position between the

    plates of a hydra ulic press. Th e applied pressure and in stan t contact of the m olten m etal with the

    die surface produce a rapid heat tran sfer cond ition tha t yields a pore-free fine grain casting with

    m echan ical properties. Wh ich is sim ilar to those of wrought products.

    This papers reviews aspect of recent progress in the development of current squeeze casting

    techniqu es, and add ress both the adva nta ges and lim itations of the various processes.

    Keywords: direct squeeze casting, indirect squeeze casting

    1. Pendahuluan

    Pengecoran squeeze pertama kal i diperkenal-

    kan di negara Russia oleh Chernov pada tahun

    1878. Pengecoran squeeze ser ing digambarkan

    sebagai suatu proses dimana logam cair

    dibekukan di bawah tekanan eksternal yang

    relatif t inggi. Proses ini pada dasarnya meng-

    kombinasikan keuntungan-keuntungan pada

    prosesforging da n casting.

    Pengecoran squeeze sering disebut juga

    penempaan logam cair (liquid metal forging).

    Proses pemadatan logam cair dilaksanakan di

    dalam cetakan yang di tekan dengan tenaga

    hidrolis. Penekanan logam cair oleh permukaan

    cetakan akan menghasi lkan perpindahan panas

    yang cepat dan menghasi lkan penurunan

    porositas seperti sering terjadi pada produk cor

    besi tempa (wrought iron ).

    Catatan : Diskusi untuk makalah ini diterima sebelum tanggal 1Februari 2001. Diskusi yang layak muat akan diterbitkan padaJurnal Teknik Mesin Volume 3 Nomor 1 April 2001.

    Hasi l proses penempaan logam cair adalah

    produk yang mendekat i ukuran s tandarnya

    (near-net shape ) dengan kualitas yang baik.

    Sedangkan s t ruktur-mikro hasi l pengecoran

    squeeze t ampak leb ih pada t d ibandingkan

    dengan hasil pengecoran dengan cara gravity

    (Yue, 1996). Ha l ini terjadi kar ena konta k logam

    cair dengan permukaan die memungkinkan

    terjadinya perpindahan panas yang cukup cepat

    sehingga menghasi lkan s t ruktur-mikro yang

    homogen dengan sifat m ekan ik yang baik.

    2. Klasifikasi Pengecoran Squeeze

    Berdasarkan mekanisme pengisian logam

    cair ke dalam die , pengecoran squeeze dikate-

    gorikan menjadi 2 jenis, yaitu: direct squeeze

    casting da n indirect squeeze casting.

    2.1 D i r e ct S q u e e z e C a s t i n g ( D S C )

    DSC merupakan is t i lah yang diber ikan

    untuk proses pengecoran dimana logam cair

  • 8/3/2019 MES00020207

    2/5

    JURNAL TEKNIK MESIN Vol. 2, No. 2, Oktober 2000: 109 113

    Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Kristen Petra

    http://puslit.petra.ac.id/journals/mechanical/110

    didinginkan melalui pemberian tekanan secara

    langsung yang diharapkan mampu mencegah

    munculnya porosi tas gas dan penyusutan.

    Proses ini dikenal juga dengan sebutan l iquid-

    m etal forging , squeeze forming , extrusion casting

    dan pressure crystall isation .

    Gambar 1. Mekanisme direct squeeze casting[Yue, 1996]

    Keuntungan utama proses DSC adalah

    sebagai berikut :

    Mampu menghasi lkan produk cor tanpaporosi tas gas dan penyusutan.

    Tidak memerlukan gating system , sehinggat idak ter jadi pembuan gan mat er ial .

    Tidak begi tu mempert imbangkan castabilitykarena pemberian tekanan dapat menge-

    l iminir kebutuhan akan high fluidity, baik

    untuk coran secara umum maupun paduan

    kasar .

    Mikro-struktur coran dapat dimanipulasidengan mudah melalui suatu proses kontr ol

    yang baik, seper t i temperatur penuangan

    dan besarnya t ekanan. Untuk mendapatkansifat coran yang optimum dapat juga

    di tambahkan bahan in t i t e r t en tu , t e tap i ha l

    ini biasa nya tidak begitu pen ting .

    Dikarena kan t idak adanya cacat pa da prosessqueeze yang baik, biaya per lakuan setelah

    coran selesai dan biaya untuk pengetesan

    non destructive dapat d ihemat a tau t idak

    diper lukan.

    Sifat mekanik hasil coran dengan komposisiyang sama, bisa sebaik atau bahkan lebih

    baik dibandingkan produk coran dengan

    teknik yang lain melalui rekayasa peril lakuisotropik. Untuk i tu casting factor bahan

    tersebut harus d ianggap sa tu kesa tuan .

    Pengecoran S queeze m er upakan s a l ah s a t uteknik yang paling efektif dan efisien untuk

    menghasilkan komponen komposit/paduan

    ferrous maupu n non ferrous dengan bentu k

    mendekat i kesempurnaan. Toleransi ukuran

    yang dapa t dicapa i proses ini 0,05 mm.

    2.2 I nd i r ec t Sq u eez e Cas t i n g (ISC)

    Istilah indirect dipakai untuk menggambar-kan injeksi logam ke dalam rongga cetakan

    dengan bantuan pis ton berdiameter keci l

    dimana mekanisme penekan ini diper tahankan

    sampai logam cair membeku. Keuntungan

    utama ISC ada lah kemampuannya untuk

    menghasi lkan produk cor dengan bentuk yang

    lebih kompleks dengan memberikan beberapa

    sis tem pengeluaran int i (core pull). Proses ini

    sebetulnya merupakan proses cangkokanantara low pressure dan high pressure die

    casting .

    Proses ISC ini t idak sebaik proses DSC.

    Secara khusus ada dua kelemahan ISC

    dibanding dengan DSC:

    Penggunaan bahan baku t idak ef is ienkarena adanya kebutuhan pembuatan

    runnerdan gating system . Efisiensi pemakai-

    an bah an ha nya 28 % (Wakil, 1989). Sebagai

    contoh untuk menghasi lkan pis ton dengan

    berat 0,62 kg diperlukan bahan cor seberat

    2,2 kg. Wrought aerospace alloys yang memiliki

    kekuatan yang t inggi , pada dasarnya sul i t

    diker jakan dengan ISC, kalau pun bisa h asi l

    coran t idak bebas dar i cacat .

    Gambar 2. Mekanisme Indirect Squeeze Casting(Hu, 1998)

    Faktor kunci dalam ISC adalah memberikan

    proses pengisian ke rongga cetak secara mulus

    tanpa mengakibatkan al i ran turbulen. Ini ber-

    arti bahwa cairan logam mengalir secara

    laminer selama pengisian ke rongga cetak.

    Makin rendah kecepatan pengisian, menyebab-

    kan makin t ingginya kemungkinan untuk

    mendapatkan al i ran laminer (Hu, 1998) . Akan

    tetapi kecepata n pengisian yang ter lalu rendah

    dapat menyebabkan kehi langan panas (heat

    loss) yang besar dan berakibat pada ter jadinya

    premature solidification ser ta cold shuts (Hu,1998) . Oleh karena i tu per lu menentukan

    kecepatan pengisian yang optimal, sehingga

  • 8/3/2019 MES00020207

    3/5

    Pengecoran Squeeze (Soejono Tjitro et.al)

    Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Kristen Petra

    http://puslit.petra.ac.id/journals/mechanical/

    111

    al i ran pengisian menjadi laminer dan t idak

    ter jadi al i ran turbulensi . Cara yang pal ing

    efisien untuk mendapatkan kecepatan peng-

    is ian opt imal ialah dengan menggunakan

    simulasi numerik yang dapat mengeliminasi

    kerja trial and error ser ta menghemat

    pemakaian bahan dan tenaga ker ja . Sa lah sa tuperangkat lunak yang dapat dipakai untuk

    keper luan t e r sebut ada lah perangkat lunak

    CAE Casting MAGMASOFT.

    3. Parameter Proses Pengecoran Squeeze

    Untuk memperoleh produk cor yang me-

    menuhi syarat-syarat ideal bagi suatu s o u n d

    cast, ada beberapa variabel yang perlu diper-

    hat ikan, yai tu :

    1. Volume Caira n Logam (Melt Volum e)Diperlukan kontrol yang akurat ketika

    logam cair dituangkan ke dalam rongga

    cetak (die cavity).

    2. Temperatu r Tuang (Casting Tem perature)

    Temperatur ini tergantung pada jenis padu-

    an dan bentuk coran/komponen. Biasanya

    temperatur tuan g diambil 655oC di atas

    temperatur l iquidus .

    3. Tempera tur Perkakas (Tooling T emperature)

    Temperatur normal adalah 190315oC.

    Untuk produk cor yang mempunyai penam-

    pang relat i f tebal , rentang temperatur inidapat di turunkan. Biasanya temperatur

    punch diatur 1530oC di bawah tempera tur

    die t e rendah untuk memungkinkan adanya

    kelonggaran atau ventilasi yang memadai di

    antara keduanya. Kelonggaran yang ber-

    lebihan antara punch dan die mengakibat-

    kan erosi pada permukaa n keduanya.

    4. Waktu Tunggu (Tim e Delay )

    Waktu Tunggu adalah lamanya waktu yang

    diukur dar i saa t per tama penuangan logam

    cair ke dalam rongga cetak hingga saat

    permukaan punch menyentuh dan mulai

    menekan permukaan logam cair . Bentuk

    penampang yang komplek memerlukan

    waktu yang cukup bagi logam cair mengisi

    keseluru han rongga cetakan; untu k i tu per lu

    adan ya tenggang waktu yan g cukup sebelum

    punch menyentuh dan menekan logam cair .

    Hal ini untuk menghindari ter jadinya

    porosi tas akibat penyusutan (shrink

    porosity).

    5. Batas Tekanan (Pressure Level)

    Rentang tekanan normal adalah 50140

    MPa, tergantung pada bentuk geometr i

    komponen serta sifat mekanis yangdibutuhkan. Te tapi d imungkinkan tekanan

    minimum adalah 40 Mpa [Hu, 1998] .

    Tekanan yang ser ing diguna kan 70 MPa.

    6. Duras i Penekanan (Pressure Duration )

    Durasi penekanan dihi tung dar i saat punch

    di t i t ik t e rendah sampai saa t punch diangkat

    (penekanan di lepaskan) . Produk cor dengan

    berat 9 kg, durasi penekanan nya bervar iasiantara 30120 detik. Akan tetapi biasanya

    duras i in i juga t e rgantung pada bentuk

    geometri coran yang diinginkan. Untuk ma-

    ter ial komposi t pemberian tekanan setelah

    pembekuan (solidification ) t idak memper-

    baiki s i fat , te tapi hanya menambah waktu

    siklus saja.

    7. Pelumasan (Lubrication )

    Pengecoran squeeze membutuhkan pelumas

    pada permukaan dies un t uk m em udahkan

    proses pengeluaran produk cor dari cetakan-

    nya. Akan tetapi s is tem pelumasan inidiusahakan jangan sampai menutupi lubang

    ventilasi yang ada pada dies .

    Untuk paduan a luminium, magnes ium, dan

    tembaga, permukaan dies biasanya disem-

    prot dengan pelumas colloidal graphite.

    Sedangkan ferrous casting, permukaan dies

    biasanya dilapisi dengan sejenis bahan

    keramik untuk mencegah efek pengelasan

    ant ara produk cor dengan permukaa n dies .

    8. Kecepatan Pengisian (Filling Rate) (Hu,

    1998).

    Makin rendah kecepatan pengisian akan

    menyebabkan mak in t ingginya kemungkinan

    untuk mendapatkan al i ran laminer . Akan

    tetapi kecepatan pengisian yang ter lalu

    rendah dapat menyebabkan kehi langan

    p a n a s (heat loss) yang besar dan berakibat

    pada ter jadinya premature solidification

    ser ta cold shuts . Oleh karena i tu per lu

    ditentukan kecepatan pengisian yang opti-

    mal, sehingga aliran pengisian menjadi

    laminer dan t idak t er jadi tur bulensi .

    4. Kontrol Kualitas Pengecoran Squeeze

    Yang dimaksud dengan kontrol kual i tas

    meliput i ant is ipasi terhadap kemungkinan

    cacat yang dapat terjadi dan pengujian produk

    cor squeeze.

    4.1 K on t r o l Ku a l it a s t e r h a d a p K e m u n g -

    k i n a n C a c a t C or

    Kontrol kual i tas yang akurat terhadap

    variabel proses yang telah dijelaskan di atas

    dapat mengurangi a tau mencegah sa lah sa tu

    atau beberapa cacat cor yang mungkin ter jadi .Adapun jenis cacat cor yang sering terjadi

  • 8/3/2019 MES00020207

    4/5

    JURNAL TEKNIK MESIN Vol. 2, No. 2, Oktober 2000: 109 113

    Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Kristen Petra

    http://puslit.petra.ac.id/journals/mechanical/112

    adalah: oxide inclusions, porosity, extrusion

    segregation, centerline segregation, blistering,

    cold laps, hot tearing, sticking, case debonding

    ser ta extrusion d ebond ing.Oxide inclusions adalah cacat yang disebab-

    kan kegagalan dalam menangani kebersihan

    logam cair, khususnya pada waktu logam cairdipindahkan ke dalam rongga cetakan. Untuk

    i tu per lu menggunakan sar ingan pada saat

    penuangan. Selain i tu per lu di jaga agar t idak

    ter jadi al i ran turbulen pada waktu pengisian

    rongga cetakan.

    Porosity adalah cacat yang disebabkan

    kurangnya tekanan squeeze yang diberikan

    pada wa ktu operasi . Tekana n ideal sekitar 50

    70 MPa merupakan best practice untuk mem-

    produksi sound casting. Cacat ini dapat dieli-

    minir dengan menaikkan tekanan squeeze

    dimana variabel proses yang lain telah men-

    capai t i t ik optimu m.

    Extrusion segregation adalah cacat cor yang

    diakibatkan segregasi mikro. Cacat ini sebetul-

    nya sangat jarang ter jadi pada pengecoran

    squeeze dibandingkan dengan jenis pengecoran

    lainnya. Cacat ini dapat dihindari dengan me-

    lakukan desain dies secara t epa t , menaikkan

    temperatur dies, menggunakan multiple gating

    system a tau dengan mengurangi delay time

    sebelum penutu pan dies .

    Centerlin e segregation adalah cacat cor yang

    ter jadi pada pengecoran paduan aluminium

    tempa (high-alloy wrought aluminum alloy)dengan temperatur lebih rendah. Pembekuan

    terjadi dimulai pada dinding dies ; dengan

    temperatur logam cair yang rendah , fasa liquid

    menjadi lebih terkonsentrasi dan ter jebak di

    bagian pusa t daerah eks t rus i a tau daerah yang

    lebih padat dari coran . Cacat ini dapat dihindari

    dengan menaikkan tempera tur dies , memini-

    malkan a tau mengurangi waktu penutupan dies

    atau menggant i paduan dengan al ternat i f

    bahan la in yang se ta ra .

    Blistering merupakan cacat cor yang terjadi

    akibat adanya udara atau gas yang berasal dar i

    logam cair yang terjebak di bagian bawahpermukaan dikarenakan al i ran turbulen pada

    saat pengisian rongga cetakan. Cacat ini terjadi

    da lam bentuk adanya pe lepuhan (blister) pada

    permukaan coran pada waktu pelepasan tekan-

    an atau proses per lakuan panas lanjut . Cacat

    ini dapat dihindari dengan menghi langkan gas

    yang terdapat pada logam cair atau dengan

    melakukan pre-heating t e rhadap pera la tan

    t u a n g (handling transfer equipment), memper-

    lambat kecepatan penutupan dies , memper-

    besar celah antara dies da n punch ser ta

    m enur unkan t em pe r a t u r t uang ( pourin g tem pe-

    rature).

    Cold laps disebabkan oleh tumpang tindih-

    nya cairan logam dengan lapisan padat

    (solidified layers) sebelumnya sehingga meng-

    akiba tkan t idak sempurnanya ika tan antar

    lapisan tersebut .

    Hot tearing ter jadi pada paduan yang

    memil iki rentang temperatur pembekuan yangpanjang. Pencegahan terjadinya hot tearing

    adalah dengan menurunkan tempera tur tuang

    dan menaikkan tekanan ser ta meningkatkan

    sudut kemir ingan (draft angle) pada

    penuangan.

    Sticking merupakan cacat berupa adanya

    lapisan tipis pada kulit permukaan produk cor

    yang menempel pada permukaan ce takan (die

    surface). Hal ini disebabkan karena cepatnya

    proses penuangan tanpa di imbangi dengan

    sis tem pendinginan dan pelumasan yang baik.

    Untuk menghindari sticking dapat d i l akukandengan mengurangi temperatur cetakan atau

    tempera tur penuangan.

    Case debonding adalah cacat yang ditemu-

    kan hanya pada paduan besi t inggi (high iron

    alloy). Cacat ini dapat diatasi dengan menaik-

    kan tempera tur perkakas (tooling tem perature),

    menurunkan tempera tur penuangan ser ta

    menurunkan waktu penutupan cetakan .

    Extrusion debonding biasanya ter jadi pada

    coran yang mempunyai bentuk geometri yang

    rumit dan dalam. Dimana sebagian cairan

    logam pada die cavity tergenang menunggu

    sebagian cairan logam lainnya mengisi rongga

    yang dalam dan rumit tersebut pada saat

    cetakan dalam keadaan terbuka. Hal ini

    menyebabkan t imbulnya oksida di seki tar

    daerah padatan yang berakibat terhalangnya

    ikatan antar molekul logam. Cacat ini dapat

    dicegah dengan menaikkan temperatur per-

    kakas (tooling temperature) a tau t empera tur

    penuangan; mempers ingkat waktu penutupan

    die dapat mengurangi pembentukan oksida

    pada semi-liquid metal yang berada di dalam

    cetakan (die ).

    4.2 P e n g u j i a n K u a l it a s P r o d u k C o r S queez e

    Jenis- jenis penguj ian yang dapat di lakukan

    pada produk cor squeeze meliputi: X-Ray NDT,

    hardness test, tensile test, SEM (scanning

    electron m icroscope ), dan TEM (transmission

    electron m icroscope ).

    X-Ray NDT digunakan untuk memeriksa

    soundness daripada produk cor . Selain i tu dapat

    juga dipakai untuk mengetahui komposisi

    unsur paduan sepert i yang di lakukan pada

    electron d ispersive X-Ray (EDX).

    Hardness Testdigunakan untuk memeriksa

    kekerasan permukaa n produk cor . Metode yang

  • 8/3/2019 MES00020207

    5/5

    Pengecoran Squeeze (Soejono Tjitro et.al)

    Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Kristen Petra

    http://puslit.petra.ac.id/journals/mechanical/

    113

    dapat dipakai yaitu: Brinell, Rockwell, Vickers,

    Knoop dan Scleroscope test. Tensile Test

    digunakan untuk memer iksa kekuatan t a r ik ,

    perpanjangan (elongation ), regangan produk

    cor.

    SEM dan TEM adalah jenis penguj ian u ntu k

    melihat foto mikrostruktur produk cor secaradetai l . Ketel i t ian ukuran mikrostruktur yang

    dapa t dicapai oleh SEM hingga 3 m sedangkan

    unt uk TEM h ingga 0,5 m [Lu, 1987].

    5. Kesimpulan

    Sudah lebih dar i 10 tah un yang lalu, proses

    pengecoran squeeze t e lah t e rbukt i sebagai sua tu

    cara yang ideal untu k m emproduksi komponen

    enjiniring dengan bentuk yang mendekati

    kesempurnaan ser ta kual i tas yang t inggikhususnya bagi komponen otomotif, baik untuk

    material cor konvensional maupun paduan

    tempa.

    Proses pengecoran squeeze membuka pe-

    luang untuk memproduksi coran yang mampu

    menahan stress yang tinggi. Selain itu dimung-

    kinkan untuk memproduksi coran yang dapat

    diperkuat dengan fiber.

    Daftar Pustaka

    1. Wakil, Sherif D.E., Processes and Design for

    Manufacturing, p. 41-42, New York, Prentice

    Ha ll Interna tional Inc., 1989.

    2. Hu , B.H., e t a l , Squeeze Ca stin g of Al-Si-Cu-

    Fe-Mn-Mg Alloy, Journ al of Processing a nd

    Fabrication of Advan ced M aterials VI, Vol. 1,

    1998.

    3. Kalpakjian, Ser ope, Manufacturing Enginee-

    ring and Technology , 3rd edition, New York:

    Addison Wesley, 1995.

    4. Lu, Shu-Zu, The Mechanism of SiliconModification in Al-Si Alloy, J ournal of

    Metallurgical T ran saction, Vol. 18 A No. 10,p. 1721 1733, 1987.

    5. Yue, T.M. and G.A. Chadwick, Squeeze

    Casting of Light Alloys and Their

    Composites, Journal of Material Processing

    Technology, Vol. 58 N o. 2 3 . 1996.

    6. _______, Metal Handbook, 9t h ed., Vol. 15,ASM, p. 323 326, 1993.