Solidifikasi dan toleransi penyusutan pada pengecoran logam

Setelah penuangan dalam cetakan, logam cair akan bertransformasi menjadi padatan. Dinding cetakan biasanya lebih rendah temperaturnya daripada logam cair, sehingga logam cair akan memadat dengan cepat pada bagian kulit membentuk butiran yang halus. Butiran tumbuh pada umumnya berlawanan dengan arah transfer panas keluar menuju cetakan. Proses solidifikasi bergerak membentuk orientasi butiran columnar. Ketika diberikan driving force dari cetakan menuju arah datangnya transfer panas maka butiran akan menjadi equaxed dan kasar. Proses ini dinamakan nukleasi (pengintian) homogen, dimana kristal tumbuh dari dalam logam cair itu sendiri. Gambar 2.13 menunjukkan perbedaan struktur hasil coran beberapa jenis logam dan paduan (Kalpakjian. 2009).

Gambar 2.13 Ilustrasi struktur hasil coran dalam cetakan balok pada (a) logam murni, (b) larutan padat paduan (c) hasil penambahan agen nukleasi (Kalpakjian. 2009)

Solidifikasi logam murni atau paduan selalu membutuhkan waktu. Waktu total yang dibutuhkan logam untuk memadat setelah penuangan bergantung pada ukuran dan bentuk hasil coran yang diinginkan. Hubungan empiris waktu terhadap ukuran dan bentuk dirumuskan dalam aturan chvorinov, persamaannya adalah:

 

TTS = Cm (V/A)n                                    (2.1)                                                                              (2.1)

 

Dimana TTS adalah waktu total solidifikasi (menit), V adalah volume benda coran (cm3), A adalah luas permukaan benda coran (cm2), n adalah eksponen yang biasa bernilai 2, dan Cm adalah konstanta cetakan (menit/cm2). Nilai konstanta cetakan tergantung pada sifat fisik cetakan (kapasitas kalor, konduktivitas termal), logam coran (kalor lebur, kapasitas kalor, konduktivitas termal), dan temperatur penuangan. Jadi, nilai Cm merupakan hasil eksperimen. Dari aturan Chvurinov diketahui bahwa semakin besar perbandingan volume dan luas permukaan bentuk coran maka akan membutuhkan waktu solidifikasi yang lebih lama. Aturan Chvurinov ini sangat penting untuk desain riser pada cetakan. Riser dengan perbandingan volume dan luas permukaan yang besar dapat menghambat terbentuknya porositas akibat penyusutan selama solidifikasi (Groover. 2010).

Penyusutan dan Toleransinya

Penyusutan yang terjadi selama solidifikasi berlangsung melalui 3 tahap, yaitu: logam cair berkontraksi selama pendinginan, penyusutan akibat perubahan fasa dari cairan menjadi padat atau solidification shrinkage, dan penyusutan saat pendinginan padatan hingga temperatur kamar. Mula-mula ketinggian logam cair menurun karena adanya kontraksi selama pendinginan. Kemudian material dari berbagai sisi saling tarik menarik dalam membentuk padatan. Daerah terakhir yang memadat biasanya sudah kehabisan logam cair sehingga akan membetuk rongga. Nilai matematis penyusutan adalah kebalikan dari koefisien mulai logam (Groover. 2010).

Toreransi penyusutan diperlukan untuk menghindari rongga penyebab retak pada logam selama pembekuan. Titik potong antarbagian dalam hasil coran dapat menimbulkan tegangan terpusat. Tegangan ini memicu retak dan dapat dihindari dengan memuluskan sudut dan geometrinya. Pola atau pattern juga harus didesain dengan mempertimbangkan penyusutan logam saat solidifikasi. Toleransi penyusutan atau lebih dikenal sebagai patternmaker’s shrinkage allowanes biasanya berkisar pada rendah 10-20 mm/m. Tabel 2.5 menunjukkan toleransi penyusutan normal beberapa logam yang umum menggunakan sand casting (Kalpakjian. 2009).

 Tabel 2.5 Toleransi Penyusutan Logam yang dicor dalam Cetakan Pasir (Kalpakjian. 2009)

No Logam Toleransi Penyusutan (%)
1 Besi tuang kelabu 0,83-1,3
2 Besi tuang putih 2,1
3 Besi tuang mampu tempa 0,78-1,0
4 Paduan aluminium 1,3
5 Paduan magnesium 1,3
6 Kuningan 1,3-1,6
7 Perunggu fosfor 1,0-1,6
8 Aluminium fosfor 2,1
9 Baja Mangan 2,6

Tulisan keren lainnya:

Pengertian, Diagram Fasa, Klasifikasi, dan Sifat Mekanik Baja

Pengaruh Unsur Paduan pada Baja

Kromium dan Karakteristiknya (Sifat Fisik dan Kimia)

Paduan Fe-Cr-C

Perkakas Potong (Cutting Tools)

Baja Perkakas dan Klasifikasinya

Baja Kecepatan Tinggi (HSS), Klasifikasi, Struktur Mikro, dan Sifat Mekaniknya

Pengecoran dan jenis-jenisnya

Sand Casting

Solidifikasi dan toleransi penyusutan pada pengecoran logam

Cacat pada Pengecoran dan Metode Inspeksinya

Furnace untuk Pengecoran Logam

Daftar Pustaka

____. 1990. ASM Handbook Volume 1. Properties and Selection: Irons Steels and High Performance Alloys. USA: ASM International

____. 1990. ASM Handbook Volume 3. Alloys Phase Diagrams. USA: ASM International

____. 1990. ASM Handbook Volume 9. Metallography and Microstructure. USA: ASM International

Abbaschian, Reza dkk. 2009. Physical Metallurgy Principles 4th Edition. Stamford: Cengage Learning

Avner, S. H. (1974). Introduction to Physical Metallurgy. New York: McGraw-Hill International Book Company.

  1. Fultz, J. Howe. 2013. Transmission Electron Microscopy and Diffractometry of Materials. Berlin: Springer

Barkalow, R. H dkk. 1972. Solidification of M2 High Speed Steel. Metallurgical Transactions Vol. 3

Beeley, Peter. 2001. Foundry Technology. Oxford: Butterworth-Heinemann

Callister, William D dan David G Rethwisch. 2010. Materials Science and Engineering an Introduction 8th Edition. USA: John Wiley & Sons

Creese, Robert C. 1999. Introduction to manufacturing process and materials. New York:  Marcel Deker

Davim, JP. 2014. Machining of Titanium Alloys, Materials Forming, Machining, And Tribology. Berlin: Springer

Davis, Joseph R. 1995. ASM Speciality Handbook: Tool Materials. USA: ASM International

Durand, Madeleine. 2004. Microstructure of Steels and Cast Irons. Berlin: Springer

Groover, Mikell P. 2010. Fundamental of Modern Manufacturing: Materials, Processes, and Systems 4th Edition. USA: John Wiley & Sons

Higgins, Raymond A. 1993. Engineering Metallurgy: Applied Physical Metallurgy 6th Edition. New York: Arnold

Honeycombe, Robert dan HKDH Bhadeshia. 1995. Steels Microstructure and Properties. London: Edward Arnold

Kalpakjian, Serope dan Steven R Schmid. 2009. Manufacturing Engineering and Technology 6th edition. Singapura: Pearson

Krauss, George. 2005. Steel Processing, Structure, and Performance. USA: ASM International

Khvan, Alexandra V. (2014). A Thermodynamic Evaluation of the Fe-Cr-C System. Calphad Elsevier, 24-33

Lagowski, JJ. 2004. Chemistry: Foundations and Applications. USA: Macmillan Thomas Gale

Minggui, QU dkk. 2013. Effects of mischmetal addition on phase transformation and as-cast microstructure characteristics of M2 high-speed steel. Journal of Rare Earth vol. 31, No. 6

Nayan, Nafarizal dkk. 2009. An Introduction to Optical Emission Spectroscopy and Lase-Aided Spectroscopy Techniques for Low-Temperature Plasma Analyses. Proceeding of MUCEET. Pahang, 20-22 Juni

Robert, George dkk. 1998. Tool Steels: 5th Edition. USA: ASM International

Smith, William F.. 1993. Structure And Properties of Engineering Alloys. USA: McGraw-Hill Book Company, Inc.

Wiengmoon dkk. 2008. Electron Microscopy and Hardness Study of Semi-Solid Processed 27wt% Cr Cast Iron. Materials Science and Engineering. Vol 480, 333-341

Xuefeng, Zhou. 2012. Influence of rare earths on eutectic carbides in AISI M2 high speed steel. Journal of Rare Earth vol. 30, No. 10

Advertisements

14 thoughts on “Solidifikasi dan toleransi penyusutan pada pengecoran logam

Kritik, saran, dan masukan anda sangat berharga bagi kami

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s