Shrinkage PorosityYusuf Tri Wicaksono/1106009066

Departemen Metalurgi dan Material FTUI

Casting Defect

Kerusakan yang tidak diinginkan yang terjadi selama proses casting logam.

Kerusakan ini menyebabkan ditolaknya produk casting tersebut atau diperbaiki lagi sehingga dapat masuk kriteria penerimaan kualitas

Cacat ini tidak dapat dihindari, tapi harus diminimalisir dan tidak boleh ada di produk

Casting Defect

Pengertian Shrinkage Porosity

Kekosongan atau rongga yang terjadi saat pendinginan Alumunium Casting,

Biasanya berisi udara atau gas Hidrogen Secara umum disebabkan adanya penyusutan

pada Alumunium Casting sebesar 5-10 % , tergantung paduannya

Pada paduan ferrous, pembekuan dapat menjadi rumit jika atom-atom karbon terlarut mengendap sebagai grafit dengan densitas lebih rendah dibandingkan base iron.

Ciri Khusus Shrinkage Porosity

Umumnya cacat porositas ini memiliki mikrostruktur dendritik

Shrinkage porosity juga dapat membentuk suatu network antar porositas.

Cacat shrinkage porosity juga bisa terbentuk di luar atau di permukaan hasil pengecoran atau lokasinya bisa juga terjadi pada titik yang paling panas di dalam daerah pengecoran yaitu local hot spot.

Porositas penyusutan ini biasanya terjadi pada bagian logam yang mengalami pembekuan paling akhir.

Gambaran Shrinkage Porosity

SHRINKAGE POROSITY

Jenis Shrinkage Porosity

1. Open or external shrinkage

2. Internal or blind shrinkage

3. Corner or fillet shrinkage

4. Centerline or Axial shrinkage

5. Macroshrinkage and microshrinkage

6. Dispersed shrinkage

Open or external shrinkage

Terdapat pada bagian luar (permukaan) produk. Biasa terjadi pada produk dengan dimensi yang tebal dan

berbentuk corong. Penyebab: volume logam pada saat solidifikasi. Ukuran dies

yang tidak sesuai dapat mendorong terjadinya shrinkage ini.

Internal or blind shrinkage

Terjadi pada bagian dalam logam, pada bagian atas dari casting atau pada pertemuan dari dinding-dinding casting.

Terjadi pada produk-produk yang tebal Penyebab: konsentrasi logam selama solidifikasi dan gating

system yang kurang baik.

Corner or fillet shrinkage

• Terjadi pada bagian sudut dimensi profil logam (sudut tajam), permukaannya yang kasar dan menyerupai dendrit, dan pada gating system atau permukaan yang terisolasi akibat solidifikasi yang lambat.

Penyebab: adanya hot spot atau heat affected zone pada proses pembekuan dan akibat gating system yang kurang tepat pada pertemuan antar cetakan

Centerline or Axial shrinkage

Terjadi cavity atau porous dengan bentuk memanjang (plate) pada profil casting karena suplai logam cair dari feeder kurang. Bentuknya mengikuti aliran logam cair.

• Penyebab:tidak sesuainya gating atau casting parameter

Macroshrinkage

Solidifikasi dimulai di sepanjang dinding dan pada laju yang lebih lambat pada permukaan atas. Kontraksi volumetrik menyebabkan tenggelammya permukaan liquid secara bersama-sama dan membentuk saluran kerucut yang halus atau ‘ekor’ yang panjang di bagian dalam ingot yang dikenal sebagai shrinkage pipe.

Pada short freezing range alloy, rongga penyusutan akan berbentuk shrinkage pipe dan pada long freezing range alloy, shrinkage pipe akan berkarakter sponge.

Microshrinkage

Terjadi pori-pori kecil pada profile casting terkadang bentuk dendritik ataupun tumpukan-tumpukan lubang kecil.

• Biasanya terlokalisasi pada daerah yang membeku terakhir selama solidifikasi.

Terjadi pada logam yang memiliki range teperatur solidifikasi yang besar.

Penyebab: pendinginan yang tidak merata pada tiap bagian dan pada long freezing range alloys dan/atau jika gradien temperatur rendah. Dan dapat pula disebabkan oleh gating system atau parameter casting yang kurang tepat

Dispersed shrinkage

Terjadi narrow cavities yang tegak lurus dengan permukaan casting dan biasanya memiliki kedalamannya yang mencapai 2 cm.

• Lubang atau celah yang menyerupai air mata dan permukaan internal dari lubang tersebut adalah dendritik.

Penyebab: parameter casting yang tidak sesuai

Layer Porosity

Terjadi karena feeding interdendritik yang kurang dengan gradien temperatur yang rendah. Nukleasi yang terbentuk menunjukkan kualitas logam yang cair yang tidak baik.

Penyebab Shrinkage Porosity

Perbedaan ketebalan produk casting

Terdapat bagian yang tidak dialiri logam cair secara sempurna

Desain atu gating system yang kurang sempurna

Saluran masuk dan saluran penambahan terlalu banyak atau terlau kecil

Kualitas logam cair yang kurang baik

Perbedaan Ketebalan Produk

Gambar disamping menunjukkan bahwa A2 memiliki ketebalan yang lebih besar daripada A1.

Proses solidifikasi pada A2 akan lebih lambat daripada A1.

Pada A2 sangat dimungkinkan terjadi shringkage porosity.

Perbedaan ketebalan pada benda cor yang relatif terlalu besar akan menyebabkan laju pembekuan logam cair tidak serempak.

Terdapat bagian yang tidak dialiri logam cair secara sempurna

Bentuk dimensi yang rumit dan terdapat banyak lekukan-lekukan yang membentuk sudut lancip dapat menyebabkan logam cair tidak dapat mengalir dengan sempurna.

Pada bagian tersebut shrinkage porosity dapat terjadi

Desain atau gating system yang kurang sempurna

Cacat ini timbul dari akibat kegagalan untuk mengkompensasikan penyusutan liquid dan solidifikasi. Kejadian ini biasanya gejala ketidaktepatan saluran (gating system) atau teknik pengumpatan (risering).

Gating system atau saluran masuk dan riser tidak mendukung untuk terjadinya solidifikasi atau pembekuan yang progesif.

Desain dari cetakan yang kurang baik sehingga terjadinya hot spot di dalam produk pengecoran (casting).

Jumlah saluran masuk dan riser yang kurang banyak sehingga terjadi porositas penyusutan di dalam produk.

Saluran masuk dan saluran penambahan terlalu banyak

atau terlau kecil

• Saluran masuk dan penambah tidak mendukung adanya solidifikasi progesif

• Saluran masuk dan penambah yang kurang banyak• Saluran masuk dan penambah yang salah dalam

peletakannya• Ukuran penambah yang terlalu kecil• Peletakan saluran masuk dan saluran penambahan

tidak sesuai

Kualitas logam cair yang kurang baik

Kualitas logam cair banyak terdapat pengotor (inklusi) pengotor pada proses casting akan mengakibatkan proses solidifikasi tidak terjadi serta pola pembekuan yang kurang sesuai.

Inklusi umumnya memiliki sifat yang berbeda dari logam matriks sehingga dapat mengubah pola pembekuan.

Contoh pengotor pada Aluminium dapat berupa oksida, borida, karbida,dan intermetalik (akibat Fe dan Mn terlarut terlalu tinggi).

Mekanisme

Pendinginan awal logam cair yang berlangsung cepat karena transfer panas ke lingkungan yang cepat

Lalu pendinginan kebagian tengah (hot spot) yang merupakan pendinginan lambat, struktur denritik mulai muncul.

Pembekuan terakhir akan mengurangi volume dan akan ada ruang kosong yang tertinggal di dalam logam yang telah membeku.

Struktur dendritik yang tadi muncul akan mempengaruhi pula morfologi material menjadi kasar.

Morfologi yang kasar ini biasanya akan menimbulkan crack yang secara kasat mata mengindikasikan terdapat shrinkage porosity.

mekanisme

Pencegahan

Minimalisir inklusi yang ada pada logam Al cair. Usahakan kecepatan pembekuan yang seragam

dengan memanfaatkan thermit atau chill (sejenis logam yang memiliki konduktifitas tinggi untuk meningkatkan kecepatan pembekuan pada daerah tertentu pada cetakan).

Ukuran ketebalan dimensi produk cor harus seragam.

Penempatan gating system dan risers harus tepat dan diusahakan penyusutan berada pada daerah risers

Penambah (Riser)

• Riser dibuat sebagai cadangan logam cair untuk mengimbangi penyusutan (shrinkage) dalam pembekuan dari coran. Logam cair dalam penambah harus membeku lebih lambat dari coran agar proses pendinginan terakhir pada riser tersebut. Maka porositas yang terjadi terletak pada riser tersebut.

• Jenis-jenis penambah (riser) ada 2 yaitu:

Gambaran Riser

Riser/Penambah

Minimalkan jumlah inklusi

Logam cair yang akan dicor harus sebisa mungkin bebas dari inklusi yang berasal dari scrap, udara dan cetakan logam.

Meminimalkan inklusi akan menghasilkan kecepatan pembekuan yang seragam dan menghindarkan dari pengaruh gas atmosfer

Dengan cara degassing, meminimalkan jumlah scrab dan fluks.

Chills

Memasang cil (chill) material (logam) yang diletakkan pada bagian cetakan yang mendapat panas paling tinggi untuk mempercepat pendinginan sehingga bagian tersebut membeku pada waktu yang bersamaan dengan bagian lainnya.

Penambahan cil bertujuan untuk pengarahan pembekuan pada proses solidifikasi. Cil ditempatkan pada daerah dimana proses pembekuannya lambat.

Contoh bahan yang digunakan untuk cil : temabag, besi, grafit, dan perunggu.

Penempatan Chill

Membuat Casting Design

Pencegahan dapat dilakukan dengan membuat casting design menggunakan Casting Simulation Software (Z-Cast) untuk memprediksi kemungkinan letak cacat atau shrinkage porosity kemudian melakukan modifikasi desain cara mendesain gating system yang baik.

Mengontrol metal pressure (tekanan pada logam)

Prinsipnya dengan menambahkan tekanan beberapa atm selama proses solidifikasi berlangsung .

Sudah banyak dikembangkan adalah metode HPDC (High Pressure Die Casting).

Hot Chamber Die Casting Cold Chamber Die Casting

Referensi

Handout Casting.Prof Dr. Ir. Bambang Suharno. 2014 http://www.diecasting.org/publications/toc/518_toc.htm diakses 31-03-2014 http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/16559/3/Chapter diakses

31-03-2014 http://www.scribd.com/search?query=porositas+penyusutan diakses

31-03-2014 http://www.foundrymag.com/archives/feature/86464/simulation_predicts_shri

nkage_porosity_in_large_ferrous_castings diakses 31-03-2014

http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/16559/3/Chapter diakses 31-03-2014

http://www.scribd.com/search?query=porositas+penyusutan diakses 31-03-2014

http://journal.unnes.ac.id/index.php/profesional/article/download/288/276 http://iopscience.iop.org/1757-899X/27/1/012066/pdf/1757-899X_27_1_012

066.pdf