mes00020207

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


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




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


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




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.

mes00020207

Documents