Casting Metallurgy Sesi 1

Paduan dan Diagram Fase Logam Murni Paduan: Solid solution: Subsitusional Solid Solution (Zn/Cn dan Cu/Ni) Ukuran atom-atom sama Type lattice sama Interstitial Solid Solution Atom-atom yang lebih kecil berada diantara atom-atom yang besar Type lattice biasanya tidak berubah Intermediate Phase: kelarutan satu unsur dalan unsur yang lain terbatas Metallice compounds (Fe3C) Intermetalic compounds (Mg2Pb)

Pemanasan dan Penuangan Untuk melebur dan menaikkan temperatur logam cair sampai kondisi yang tepat Total energi panas yang dibutuhkan: Faktor-faktor yang mempengaruhi Penuangan: Temperatur Penuangan (VS. Temperatur lebur) Laju Penuangan/Pouring rate Terlalu pelan, logam membeku terlebih dulu Terlalu cepat, turbulence Turbulence Mempercepat terbentuknya oksida cetakan tergerus terbentuk cacat rongga

ANALISA PENUANGAN Teori Bernoulli pada aliran cairan melalui dua titik: h1 + P1/ρ + v1 2 /2g= h2 + P2/ρ + v2 2/2g + F Dimana: h = head, P= tekanan, ρ = Densitas, v= kecepatan, g = gravitasi, F =Losses gesekan. asumsi tidak ada losses gesekan dan tekanan sama pada kedua titik, maka: h1 + v1 2 /2g= h2 + v2 2/2g Asumsi titik 2 sebagai acuan sehingga h2 =0 dan v1 =0, maka: h1 = v2 2/2g v2 = √2gh1 Hukum Kontinuitas Q = v1 A1 = v2 A2 Waktu Pengisian Cetakan (Mold Fill Time /MFT) MFT= V/Q

Fluiditas/Fluidity Fluiditas : Merupakan ukuran kemampuan logam untuk mengalir masuk dan mengisi cetakan sebelum membeku (kebalikan viscositas) Faktor-faktor yang mempengaruhi: Temperatur Penuangan Komposisi logam Viscositas Perpindahan panas ke sekitar Panas peleburan dan pembekuan Semakin Tinggi Re, semakin besar kemungkinan aliran turbulence

SOLIDIFIKASI (LOGAM MURNI) Merupakan perubahan bentuk logam cair menjadi kondisi padat Solidifikasi logam berbeda-beda bergantung apakah logam murni ataukah paduan Untuk logam murni: diawali dengan proses super (under) cooling solidifikasi terjadi pada temperatur konstan dan super cooled temperatur Pembekuan aktual terjadi selama local solidification time

TAHAPAN PROSES PEMBEKUAN LOGAM MURNI Pertama, Lapisan tipis logam padat terbentuk pada dinding rongga cetakan beberapa saat setelah penuangan Selanjutnya Ketebalan lapisan logam meningkat untuk membentuk selubung pada logam cair Laju pembekuan tergantung pada perpindahan panas dari logam coran menuju cetakan yang dipengaruhi oleh sifat termal dari logam pada bagian yang dekat dinding cetakan arah butiran acak dan ukurannya kecil. selanjutnya terbentuk butiran-butiran columnar besar (dendrite) dengan arah menuju pusat coran

Solidifikasi Logam Paduan Kebanyakan Logam Paduan membeku pada range temperatur tidak pada temperatur konstan Paduan eutectic : pembekuan terjadi pada temperatur konstan

WAKTU PEMBEKUAN Persamaan empiris Chvorinov: waktu solidifikasi sebagai fungsi ukuran dan bentuk: TST = Cm (V/A)2 Dimana: V = Volume A = Luasan permukaan N = 2 Cm = besaran yang diperoleh dari eksperimen yg tergantung pada bahan cetakan, sifat termal logam coran, beda temperatur tuang dengan temperatur lebur Coran dengan perbandingan volume – luas permukaan (V/A) yang lebih besar membeku lebih lambat dibandingkan dengan coran dengan V/A yang lebih kecil Digunakan pada desain riser: Waktu solidifikasi riser paling tidak harus sama dengan waktu pembekuan coran.

ARAH PEMBEKUAN Untuk mengurangi kerusakan selama proses pengecoran, daerah yang lebih jauh dari suplay logam cair harus membeku terlebih dahulu dan arah pembekuan harus menuju ke riser berdasarkan aturan Chvorinov , bagian dengan V/A lebih rendah harus membeku pertama penggunaan Chill : Internal dan eksternal Chill akan menyebabkan pendinginan lebih cepat

Slag Control Reaksi logam cair dengan Oksigen membentuk slag Slag tidak boleh masuk ke rongga cetak Kontrol: - menggunakan fluks untuk mencegah oksidasi - Pengecoran vakum atau dengan lingkungan gas lembam seperti argon - menggunakan ladle khusus

Macam Macam Proses Pengecoran Dua Kategori utama: Expendable mold proses- cetakan setelah proses harus dihancurkan untuk mengambil produk coran. Bahan cetakan: pasir, plaster dan bahan lain + binder. Geometri produk bisa lebih rumit. Permanent mold proses – Cetakan bisa dipakai berulang-ulang: bahan cetakan dari logam, keramik tahan panas, bentuk produk terbatas. Lebih ekonomis untuk produksi tinggi

Expendable Mold Casting 1. Sand Casting/ cetakan pasir Dipakai untuk berbagai proses pengecoran Produk mulai yang kecil sampai sangat besar jumlah produk 1 sampai jutaan Mold dari bahan pasir Mold Pasir dengan campuran air dan clay (tanah liat) campran: 90% pasir, 3% air dan 7% clay Harus kuat dan memiliki permeabilitas yang baik Permeabilitas: kemampuan cetakan pasir untuk mengeluargan gas/ uap yang terbentuk selama proses pengecoran.

Sarat-sarat Pasir Cetak Tahan temperatur tinggi Cohesive Ukuran dan bentuk pasir Ukuran butiran kecil  permukaan produk coran halus Ukuran butiran besar  permukaan kasar tetapi permeabilitas baik Bentuk tidak beraturan  membentuk struktur yang saling mengunci sehingga lebih kuat, tetapi permeabilitas berkurang. Jenis Cetakan Pasir: Green sand- campuran pasir, clay dan air “green” maksudnya cetakan masih mengandung kelembaban pada saat penuangan Dry sand - pengikat organik ditambahkan dan cetakan dipanaskan untuk meningkatkan kekuatan Skin dried mold – cetakan green sand dimana permukaan rongga cetakan/cavity dikeringkan sampai kedalaman 10- 25 mm menggunakan blander atau lampu pemanas

Tahapan- Tahapan dalam Pengecoran dengan Cetakan Pasir Cavity pada cetakan pasir dibentuk dengan menekan pasir pada pola, dan memisahkan cetakan menjadi dua bagian Cetakan harus memiliki sitem saluran dan riser untuk menghasilkan lubang/ rongga pada produk, inti harus dipasang pada cetakan cetakan baru harus dibuat untuk masing-masing produk coran: Penuangan logam cair ke dalam etakan pasir 2. Menunggu logam membeku 3. Menghancurkan cetaka n untuk mengambil produk coran 4. Membersihkan dan inspeksi produk coran 5. Heat treament terkadang diperlukan untuk meningkatkan sifat-sifat mekanik produk

Jenis Pasir Cetakan Silika, SiO2 Zircon,ZrSiO4 Olivine,2(MgFe)OSiO2

Jenis Binder/Pengikat pasir Pengikat Alami: tanah liat/clay Bentonit Tetes Tebu

Inti/Core Green sand core Dry sand core Jenis inti: “A” solid pattern with green sand core “B” drysand core supported on both ends “C” vertical drysand core “D” balanced drysand core “E” hanging drysand core “F” drop core

Pola aluminium/tembaga, preheat 250o Pasir Silica Resin Phenolic Resin

Disebut juga lost wax casting Cetakan dipreheating 550oC Bahan Pola: lilin, thermoplastic, polystyrene Bahan cetakan Silica, zirconia. alumina

Umumnya untuk Material non Ferro Cocok untuk Job Order Product Bahan Pola tembaga/aluminium/plastik

PERMANENT MOLD CASTING/PENGECORAN DENGAN CETAKAN PERMANEN Menggunakan cetakan logam yang dibentuk menjadi dua bagian untuk kemudahan, serta buka dan tutup yang presisi. Cetakan untuk pengecoran logam paduan dengan titik lebur rendah: Baja atau besi tuang, sedangkan untuk pengecoran baja: Bahan refractory yang tahan temperatur penuangan yang tinggi. Jenis: Slush casting Low pressure casting Vacum permanent mold casting Die casting Centrifugal Casting