Proses Penuangan Logam Cair bag 1

1. Mengenal Proses Pengecoran Logam

Pengecoran adalah membuat komponen dengan cara menuangkan bahan yang dicairkan ke dalam cetakan. Bahan disini dapat berupa metal maupun non-metal. Untuk mencairkan bahan diperlukan furnace (dapur kupola). Furnace adalah sebuah dapur atau tempat yang dilengkapi dengan heater (pemanas). Bahan padat dicairkan sampai suhu titik cair dan dapat ditambahkan campuran bahan seperti chrom, silikon, titanium, aluminium dan lain-lain supaya bahan menjadi lebih baik. Bahan yang sudah cair dapat dituangkan ke dalam cetakan. Ada 4 faktor yang berpengaruh atau merupakan cirri dari proses pengecoran, yaitu :

1. Adanya aliran logam cair kedalam rongga cetak
2. Terjadi perpindahan panas selama pembekuan dan pendinginan dari logam dalam cetakan

3. Pengaruh material cetakan
4. Pembekuan logam dari kondisi cair

Klasifikasi pengecoran berdasarkan umur dari cetakan, ada pengecoran dengan sekali pakai (expendable Mold) dan ada pengecoran dengan cetakan permanent (permanent Mold). Cetakan pasir termasuk dalam expendable mold. Karena hanya bisa digunakan satu kali pengecoran saja, setelah itu cetakan tersebut dirusak saat pengambilan benda coran. Dalam pembuatan cetakan, jenis-jenis pasir yang digunakan adalah pasir silika, pasir zircon atau pasir hijau. Sedangkan perekat antar butir-butir pasir dapat digunakan, bentonit, resin, furan atau air gelas.

2. Proses Penuangan

Pengecoran (Casting) adalah suatu proses penuangan materi cair seperti
logam atau plastik yang dimasukkan ke dalam cetakan, kemudian dibiarkan
membeku di dalam cetakan tersebut, dan kemudian dikeluarkan atau di pecahpecah
untuk dijadikan komponen mesin. Pengecoran digunakan untuk membuat bagian mesin dengan bentuk yang kompleks.

Pengecoran digunakan untuk membentuk logam dalam kondisi panas sesuai dengan bentuk cetakan yang telah dibuat. Pengecoran dapat berupa material logam cair atau plastik yang bisa meleleh (termoplastik), juga material yang terlarut air misalnya beton atau gips, dan materi lain yang dapat menjadi cair atau pasta ketika dalam kondisi basah seperti tanah liat, dan lain-lain yang jika dalam kondisi kering akan berubah menjadi keras dalam cetakan, dan terbakar dalam perapian. Proses pengecoran dibagi menjadi dua:

1. expandable(dapat diperluas)
2. non expandable (tidak dapat diperluas) mold casting.

Temperatur penuangan secara teoritis minimal harus sama atau diatas garis liquidus. Jika temperatur penuangan lebih rendah, kemungkinan besar terjadi solidifikasi didalam gating sistem dan rongga cetakan tidak terisi penuh. Cacat ini disebut juga dengan nama misrun. Cacat lain yang bisa terjadi jika temperatur penuangan terlalu rendah adalah laps dan seams. Yaitu benda cor yang dihasilkan seakan-akan membentuk alur-alur aliran kontinu logam yang masuk kedalam rongga cetak, dimana alur satu dengan alur lai berdampingan daya ikatannya tidak begitu baik. Jika temperatur penuangan terlalu tinggi pasir yang terdapat pada dinding gating sistem dan rongga cetakan mudah lepas sewaktu bersentuhan dengan logam cair dan permukaanya menjadi kasar. Terjadi reaksi yang cepat antara logam tuang, dengan zat padat, cair dan gas diadalam rongga cetakan. Dari pengujian ini dapat dicari daerah temperatur penuangan yang menghasilkan produk dengan cacat yang seminim mungkin.

Pada produk pengecoran pendinginan langsung(Direct Chill Casting, DCC) Alumunium A 356 control penuangan sangatlah berpengaruh pada hasil dan umur banda jadi. Proses Direct Chill Casting (DCC) umumnya digunakan untuk menghasilkan ingot. Faktor-faktor yang diduga berpengaruh terhadap proses DCC adalah ukuran cetakan dan kontrol penuangan. Nilai kekasaran produk DCC dengan waktu buka tutup lebih pendek lebih kecil dibandingkan dengan waktu buka tutup lebih panjang. Kekasaran permukaan produk DCC tidak homogen sepanjang 400 mm. Mungkin juga ini disebabkan sampel kurang panjang sehingga homogenitas nilai kekasaran permukaan DCC belum tercapai.

Perubahan temperatur penuangan pada proses pengecoran logam Aluminium akan mempengaruhi laju pembekuan dan penyebab tejadinya cacat porositi, sehingga akan mempengaruhi sifat mekanis coran paduan Aluminium A 356.0. Semakin meningkatnya temperatur penuangan akan menghasilkan bentuk struktur mikro dan sifat mekanis yang berbeda. Sebab semakin tinggi temperatur penuangan menyebabkan delta temperatur liquid - undercooling semakin tinggi dan tingginya temperatur penuangan menyebabkan terjebaknya gas hidrogen semakin banyak sehingga nilai kekuatan tarik, elongasi, dan nilai kekerasan mengalami penurunan. Dengan studi literatur yang ada maka dilakukan percobaan pada pengecoran Aluminium A 356.0 dengan memakai cetakan permanen mold test bar, dengan standart US, dengan kondisi temperatur mold 400°C. Pengecoran ini dilakukan dengan temperatur penuangan yang bervariasi yaitu : 640°C, 660°C, 680°C, 700°C, 720°C, 740°C, dan 760°C dengan banyaknya test bar tiga buah disetiap temperatur penuangan. Dimana test bar tersebut sudah tercetak dua buah spesimen uji tarik, satu spesimen uji kekerasan, dan foto mikro/makro. Waktu penuangan ± 10 detik dan pembongkaran dilakukan ± 5 menit, kemudian coran dibiarkan diudara terbuka dengan temperatur ruang ± 45°C.

Dari percobaan tersebut maka dilakukan pengujian tarik, kekerasan dan foto makro/mikro. Pengujian kekerasan dilakukan ada dua cara yaitu pertama pengujian kekerasan dilakukan pada tepi coran(0,l mm, 1,8 mm, dan 3,5 mm) dan kedua pengujian kekerasan dilakukan di tengah coran (11 mm dari tepi coran). Pengamatan foto makro dan mikro dilakukan pada masing-masing temperatur penuangan di 0,1 mm, daerah pengaruh initial chilling, 3,5 mm dari tepi coran untuk mengetahui pengaruh laju pembekuan dan daerah tengah coran untuk mengetahui cacat porositi. Berdasarkan percobaan tersebut didapatkan sebuah fenomena dimana semakin tinggi temperatur penuangan semakin besar delta temperatur liquid-undercooling sehingga mempengaruhi bentuk butiran yang semakin membesar akibatnya menurunkan nilai kekerasan, hal ini terlihat pada nilai kekerasan pada temperatur penuangan 640°C di 0,1 mm dari tepi coran sebesar 69,05 HV sedangkan pada temperatur penuangan 760°C sebesar 65,57 HV. Pada masing-masing test bar dari 0,1 mm hingga 11 mm dari tepi coran kekerasan semakin menurun yang disebabkan oleh perbedaan thermal gradiennya. Begitu juga terjadinya perubahan didaerah pengaruh initial chilling dimana semakin tinggi temperatur penuangan daerah pengaruh initial chilling ini semakin kedalam dari tepi coran. Begitu pula terbentuknya cacat porositi dimana semakin tinggi temperatur penuangan jumlah porositi semakin banyak sehingga mempengaruhi nilai kekuatan tarik dan elongasi yang semakin menurun.

3. Penuangan Besi Cor

3.1 Ladel Penuang

Besi yang dialirkan dari tanur pelebur diterima oleh ladel dan kemudian dituangkan ke dalam cetakan. Ladel terdiri dari ladel jenis gayung, ladel dengan pencepitan pembawa, ladel yang dapat dimiringkan dengan roda gigi, ladel tuang dasar dengan sumbat(kapasitas 200-10000Kg) dan sebaginya. Ladel biasanya berbentuk kerucut atau silinder. Jenis cerek teh dan jenis tuang dasar dapat dipakai untuk mencegah terbawanya terak dan inclusi. Ladel ladel tersebut dibuat dari pelat baja dan bagian dalamnya dilapisi bahan tahan api. Ladel yang telah dilapisi dikeringkan dengan burner gas atau burner minyak residu selama setengan sampai satu jam. Untuk memindahkan ladel banyak digunakan monorel dengan kerkan listrik.

3.2 Perhatian Pada Pekerjaan Penuangan

1. Pengeringan ladel

Pengeringan ladel yang tidak smpurna menyebabkan turunnya temperatur logam cair, oksidasi dari cairan dan cacat coran seperti rongga udara, lubang lubang jarum dan sebagainya.

2. Pembuanga Terak

Sebelum penuangan, terak diatas cairan harus dibuang. Terak terjadi karena penambahan inokulan dan erosi dari lapisan. Untuk memudahkan pembuangan terak, dengan cara abu jerami atau tepung gelas ditaburkan diatas permukaan cairan logam, mereka menutupi permukaan cairan dan mencegah penurunan temperatur.

3. Temperatur Penuangan

Temperatur penuangan banyak mempengaruhi kualitas coran. Jika temperatur terlalu rendah menyebabkan waktu pembekuan yang pendek, kecairan yang buruk dan menyebabkan cacat coran seperti rongga penyusutan, rongga udara, salah alir dan sebagainya.

4. Waktu Penuang

Dalam menuang logam pentig dilakukan dengan tenang dan cepat. Selama penuanga cawan tuang perlu terisi penuh dengan logam cair. Waktu penuangan yang cocok perlu ditentukan dengan mempertimbangkan berat, tebal coran, sifat cetakan, dsb.

3.3. Penuanga otomatik

Lingkungan kerja dalam penuangan yang buruk disebabkan panas, debu dan asap. Pembuatan cetakan yang makin cepat pada akhir akhir ini menyebabkan penuanga menjadi sulit dilakukan oleh tenaga manusia. Olek karena itu penuanga otomatik banyak dilakukan pada pengecoran cetak dan pengecoran dengan cetakn logam bagi logam logam yang cairannya rendah, ttapi tidak banyak dipergunakan untuk besi cor yang titik cairnya tinggi. Untuk besi cor dipergunakan 4 cara dalam penuangan otomatik:

1. Jenis sumbat

Pada jenis ini tanur induksi frekuensi rendah digunakan sebagai ladel penuan. Pada dasar ladel terdapat sumbat yang dapat dijalankan secara hidrolik. Seluruh tanur bergerak serempak bersama dengan gerak aliran cetakan diatas rel yang sejajar dengan rel pembuat cetakan. Pada akhir penuangn sinar infra merah dari cairan logam yang meluap ditangkap oleh fotosel dan signalnya dianplifikasikan untuk menutup sumbat.

2. Jenis ladel yang dapat miring

Ladel yag biasanya dijalankan dengan tangan, pada jenis ini dirubah menjadi mesin penuang otomatik. Dalam hal ini termasuk ladel jenis tunggal dan jenis gabungan, yang menggabungkan satu tanur penyimpan dengan beberapa ladel. Penuangan dilakukan secara otomatik dengan memiringkan ladel, mengikuti gerakan cetakan. Untuk mengisi ladel, ladel bergerak mendekati tanur penyimpan yang mempunyai penyumbat. Cairan logam dikeluarkan secara otomatik dan terrputus putus dengan membuka dan menutup sumbat. Jumlahcairan logam yang diberikan diatur secara otomatik dengan mesin penimbang yang dipasang pada ladel. Tanur penyimpan berkapasitas 2-3 ton dan didampingi oleh 2 atau 3 ladel. Mesin penuang otomatik ini dapat dipakai bersama mesin pembuat cetakan yang berkecepatan tinggi.

3. Jenis tekanan

Pada jenis peralatan ini logam cair dalam tanur penyimpan dituangkan melalui lubang penuang dengan peralatan tekanan udara. Pada mesin jenis ini mempunyai tanur induksi frekuensi rendah dimana jenis saluran termasuk saluran pemberi, saluran penuang dan mekanisme penekan.

4. Jenis pompa elektromagnetik

Pompa elektromagnetik adalah pompa yang memberikan gaya dorong pada cairan logam yang timbul dari aksi elektomagnetik antara lapangan magnit yang bergerak dan arus induksi pada cairan. Cairan diangkat melalui saluran gradien angkat dan ditungkan melalui lubang penuangan. Mesin penuang terdiri dari cawan tuang, sebuah pompa elektromagnet dan sluran pengeluaran. Mesin ini dapat memberikan respon cepat pada signal pengatur, dapat diatur dari jauh dan baik untuk pembawa secara otomatik karena pengaturan penuangannya dengan cara dengan cara membawa cairan dan menghentikan penuangan dijalankan secara listrik.

3.4. Skema penuang berdasarkan temperatur

Dalam proses penuangan diperlukan pengaturan temperatur penuang, kecepatan penuang dan cara cara penuangan yang lainnya. Temperatur penuangan berubah menurut kadar karbon dalam cairan baja seperti kecepatan penuanga umumnya diambil sedemikian sehingga terjadi penuangan yang tenang agar mencegah cacat coran seperti retak dan lainnya. Kecepatan penuangan yang rendah menyebabkan antaara lain cairan logam yang buruk, kandungan gas, oksidasi karena udara dan ketelitian permukaan yang buruk. Oleh kerana itu kecepatan penuangan yang cocok harus ditentukan mengingat macam cairan, ukuran coran dan cetakan.