Post on 02-Mar-2020
2. Logam Cair & Saluran dalam Pengecoran
�� PenuanganPenuangan logamlogam caircair keke dalamdalam cetakancetakan adalahadalah satusatu daridari langkahlangkah--
langkahlangkah kritiskritis dalamdalam pengecoranpengecoran karenakarena perilakuperilaku cairancairan dandan
pembekuannyapembekuannya sertaserta pendinginanpendinginan menentukanmenentukan apakahapakah corancoran dapatdapat
terbentukterbentuk dengandengan baikbaik dandan bebasbebas cacatcacat..
� Campbell (1993) menyatakan bahwa skrap coran sebagian besar
disebabkan oleh beberapa detik saat penuangan logam cair.
� Keberhasilan penuangan tergantung pada kualitas logam cair (e.g.
komposisi dan temperatur) yang mempengaruhi aliran logam cair
Proses Manufaktur IIProses Manufaktur II�YudySuryaIrawan�YudySuryaIrawan
komposisi dan temperatur) yang mempengaruhi aliran logam cair
dan sebagian tergantung pada sifat-sifat dan desain cetakan
(seperti sifat cetakan dan teknik saluran yang mengalirkan logam
ke mould cavity/cetakan kosong).
� Ahli pengecoran logam (foundryman) juga mempertimbangkan gaya-
gaya yang bekerja pada cetakan dan kontraksi/penyusutan volume
yang terjadi saat suhu pendinginan hingga pembekuan.
� Akan tetapi, semua diawali dengan sifat aliran logam cair dalam kondisi
pengecoran.1 Champbell, J. Castings, 2nd Ed. Butterworth-Heiemann Oxford 1993
1
2.1 Fluiditas Logam Cair
Fluidity/fluiditas juga dikenal dengan castability yang telah
digunakan untuk menjelaskan perilaku aliran logam cair. Namun, istilah
Fluidity lebih banyak dikenal.
Secara umum, fluiditas adalah kualitaskualitas logamlogam caircair yangyang mampumampu
membuatmembuat logamlogam caircair mengalirmengalir melaluimelalui jalurjalur cetakancetakan dandan mengisimengisi semuasemua
celahcelah--celahcelah cetakancetakan..
Sifat fluiditas ini menyediakan gambaran tajam dan keyakinan akan
reproduksi dari desain detail pengecoran. Fluiditas yang rendah
mengarah pada cacat dan kegagalan pengecoran produk.
Proses Manufaktur IIProses Manufaktur II�YudySuryaIrawan�YudySuryaIrawan
mengarah pada cacat dan kegagalan pengecoran produk.
Fluiditas bukanlah sebuah sifat fisik tunggal seperti densitas atau
viskositas tetapi sebuah karakteristik komplek yang berhubungan
dengan perilaku dibawah kondisi khusus dalam sebuah cetakan.
Faktor yang mempengaruhi fluiditas: VISCOSITY yang didefinisikan
sebagai gaya yang diperlukan untuk memindahkan sebuah permukaan
dari unit luasan pada unit kecepatan yang melalui sebuah permukaan
paralel pada unit jarak.
Viskositas adalah sebuah ukuran kapasitas sebuah cairan untuk
mentransmisikan sebuah tegangan geser dinamis.
2
Saat logam cair mengalir dalam sebuah saluran tertutup, viskositasnya
akan menentukan alirannya yang mana drag/hambatan yang
ditimbulkan oleh dinding saluran tertransmisi ke logam cair sehingga
mempengaruhi kecepatan aliran logam dalam cetakan.
Salah satu karakteristik dasar zat cair adalah kemampuan cairan
apapun untuk berpacu dengan waktu dalam mengisi cetakan/wadah
yang dilaluinya. Ini akan terjadi dengan cepat untuk logam cair yang
Apa yang terjadi saat logam cair mengalir ?
Proses Manufaktur IIProses Manufaktur II�YudySuryaIrawan�YudySuryaIrawan
yang dilaluinya. Ini akan terjadi dengan cepat untuk logam cair yang
berada dalam temperatur yang konstan karena viskositasnya yang
tinggi.
Dalam kondisi pengecoran, kegagalan mengisi cetakan bukan
dikarenakan oleh tingginya viskositas tetapi karena pembekuan yang
prematur (belum saatnya). Jadi, kondisi termal (thermal condition)
dan mode pembekuan (mode of solidification) menjadi faktor kritis
terhadap berhentinya aliran logam cair.
3
Pengukuran Fluiditas Logam Cair
Fluiditas tidak dapat diukur dari sifat fisik individual, sehingga
pengujian empiris dilakukan untuk mengukur semua karakteritikdari fluiditas logam cair.
Pengujian ini didasarkan pada kondisi analog pada pengecoran
logam dalam pengecoran dan pengukuran fluiditas dilakukan sebagai
jarak yang telah dilalui oleh logam cair dalam sistem saluran tertutup
terstrandarisasi sebelum aliran tersebut berhenti.
Parameter ini disebut dengan flow time atau fluid life.
Proses Manufaktur IIProses Manufaktur II�YudySuryaIrawan�YudySuryaIrawan 4
Salah satu jenis pengukuran fluiditas logam cair adalah dengan
pengujian fluiditas spiral seperti pada gambar slide berikutnya.
Berbagai model dirancang untuk mendapatkan kondisi yang standar
dan salah satu usahanya dengan merancang sistem reservoir
untuk mengatur pressure head dan membuat peralatan penuang
dengan kecepatan konstan untuk menjamin pengaliran logam ke
dalam sistem dengan kecepatan yang sama.
Untuk memperkecil pengaruh sifat termal cetakan, cetakan grafit dan logam digunakan oleh beberapa peneliti untuk meminimalisasi
pengaruh cetakan.
Pengukuran Fluiditas Logam Cair
Proses Manufaktur IIProses Manufaktur II�YudySuryaIrawan�YudySuryaIrawan 5
Pengecoran untuk Uji Fluiditas Spiral
Spiral Fluiditas Standard (atas kebaikan American Foundrymen’s Society)
Pengukuran Fluiditas Logam Cair
Proses Manufaktur IIProses Manufaktur II�YudySuryaIrawan�YudySuryaIrawan
Pengecoran untuk Uji Fluiditas Spiral
Susunan saluran turun dan dasar penuangan untuk
spiral fluiditas standard (atas kebaikan American Foundrymen’s Society)
6
Pengujian fluiditas logam cair dalam kondisi vakum
Pengujian ini merupakan pendekatan paling mendekati uji standar
lengkap dengan menggunakan Vacuum Fluidity Test yang diusulkan
oleh Ragone, Adams dan Taylor.
Dengan menggunakan alat ini, logam cair mengalir melalui tabung
gelas halus di bawah pengaruh hisapan dari kondisi vacuum
sebagian. Pressure head diketahui dengan akuran dan faktor
manusia dalam penuangan dapat dihilangkan.
Pengukuran Fluiditas Logam Cair
Proses Manufaktur IIProses Manufaktur II�YudySuryaIrawan�YudySuryaIrawan 7
Temperatur
Faktor paling dominan adalah temperatur awal dari logam cair.
Banyak peneliti menunjukkan bahwa fluiditas dari logam paduan
berhubungan dengan superheat (pemanasan di atas temperatur cair
namun tetap dalam fasa cair).
Ini menunjukkan bahwa superheat menentukan kuantitas panas
untuk diserap sebelum pembekuan terjadi.
Parameter yang Mempengaruhi Fluiditas
untuk diserap sebelum pembekuan terjadi.
Ilustrasi hubungan antara fluiditas dan superheat dapat dilihat pada
gambar berikut.
8 Proses Manufaktur IIProses Manufaktur II�YudySuryaIrawan�YudySuryaIrawan
Pengaruh superheat pada fluiditas logam murni dan paduan(Sb:stibium/antimonium, Sn: Stannum/tin)
9 Proses Manufaktur IIProses Manufaktur II�YudySuryaIrawan�YudySuryaIrawan
Komposisi
Selain temperatur, komposisi kimia logam merupakan faktor besar
yang mempengaruhi fluiditas.
Perbandingan valid dari fluiditas berbagai macam paduan dapat
dibuat pada suhu superheat konstan tetapi dibawah kondisi ini
hubungan tertentu muncul diantara paduan dan fluiditas.
Fluiditas yang tinggi umumnya terdapat pada logam cair murni atau
dengan komposisi eutectic.
Parameter yang Mempengaruhi Fluiditas
dengan komposisi eutectic.
Paduan yang membentuk solusi solid biasanya memiliki rentang
pembekuan yang panjang sehingga cenderung memiliki fluiditas yang
rendah.
Portevin dan Bastein menunjukkan hubungan terbalik antara fluiditas
dan solidification range/rentang pembekuan. Ini juga dikonfirmasi oleh
peneliti lain seperti Floreen dan Ragone untuk sistem paduan
Aluminium.
Contohnya dapat dilihat pada slide berikutnya.
10 Proses Manufaktur IIProses Manufaktur II�YudySuryaIrawan�YudySuryaIrawan
Hubungan antara komposisi logam dan fluiditas Paduan Timbal-Timah (Pb-Sn Alloys)
Fluiditas berbanding
terbalik dengan
solidification range.
Proses Manufaktur IIProses Manufaktur II�YudySuryaIrawan�YudySuryaIrawan 11
range.
Do you know why?
Liquidus
Eutectic composition
Komposisi
Perbedaan perilaku dari berbagai paduan dapat disebabkan oleh
karakteristik mode pembekuannya (characteristic modes of freezing).
Untuk paduan yang mana pembekuan terjadi dengan kemajuan
bidang interfase secara progresif terhadap dinding cetakan, aliran
dapat terus mengalir hingga semua saluran akhirnya terpenuhi. Ini
terjadi di dekat titik masuk.
Sedangkan logam murni membeku dengan mode seperti logam
paduan dan menunjukkan fluiditas yang baik meskipun dituang pada
Parameter yang Mempengaruhi Fluiditas
Proses Manufaktur IIProses Manufaktur II�YudySuryaIrawan�YudySuryaIrawan
paduan dan menunjukkan fluiditas yang baik meskipun dituang pada
suhu liquidus (fasa cair), aliran terus mengalir selama evolusi panas
laten dari rekristalisasi.
Untuk paduan, aliran dapat terhenti karena adanya kristal bebas
dalam logam cair pada ujung dari arus aliran logam cair. Hal ini dapat
terjadi karena adanya pendinginan cepat atau fenomena lain yang
menghasilkan kristalisasi independen dalam massa utama logam cair.
Gambar slide berikutnya menunjukkan berbagai macam mode
pembekuan yang mana juga terdapat situasi pembentukan interface
dendrit.12
Mode pembekuan logam cair dalam saluran aliranPlane Interface Mode
Proses Manufaktur IIProses Manufaktur II�YudySuryaIrawan�YudySuryaIrawan 13
Mode pembekuan logam cair dalam saluran aliranJagged Interface Mode
Jagged interface
Proses Manufaktur IIProses Manufaktur II�YudySuryaIrawan�YudySuryaIrawan 14
Mode pembekuan logam cair dalam saluran aliranIndependent Crystallization Mode
Proses Manufaktur IIProses Manufaktur II�YudySuryaIrawan�YudySuryaIrawan 15
Meskipun paduan dan mode pembekuan adalah faktor besar yang
mempengaruhi fluiditas. Fluiditas juga dipengaruhi oleh faktor lain.
Meksipun paduan menunjukkan hubungan antara mode pembekuan
yang mirip, tetapi hubungan antara fluiditas dan superheat tidak identik.
Waktu yang dibutuhkan untuk pendinginan hingga suhu pembekuan
tergantung pada kandungan panas dan sifat-sifat termal daripada suhu
itu sendiri.
Sehingga jarak dari aliran (fluiditas) dipengaruhi oleh volume specific
heat, latent heat of fusion dan thermal conductivity dari paduan.
Parameter yang Mempengaruhi Fluiditas
Proses Manufaktur IIProses Manufaktur II�YudySuryaIrawan�YudySuryaIrawan
heat, latent heat of fusion dan thermal conductivity dari paduan.
Contoh, pada sistem Aluminium Silicon, fluiditas maksimum tidak terjadi
pada komposisi eutectic seperti banyak terjadi pada sistem paduan lain.
Namun pada paduan hypereutectic menunjukkan fluiditas lebih tinggi
karena tingginya panas fusi dari Silicon. (meski, sebagian dari
peningkatan ini karena pergeseran komposisi ke komposisi yang tidak
stabil dengan kandungan Silikon yang lebih besar dari ukuran
normalnya.
Selain itu, keberadaan gas dalam logam cair dan inklusi unsur non
logam juga mempengaruhi fluiditas logam.16
Terima kasih kepada Penulis Buku yang
menjadi acuan mata kuliah ini:
Peter Beeley, Foundry Technology 2ndPeter Beeley, Foundry Technology 2nd
Edition, Butterworth Heinemann
Proses Manufaktur IIProses Manufaktur II�YudySuryaIrawan�YudySuryaIrawan
Terima kasih atas perhatian Anda
dan
Selamat Mencatat dan Belajar dengan Baik
Terima kasih atas perhatian Anda
dan
Selamat Mencatat dan Belajar dengan Baik
Proses Manufaktur IIProses Manufaktur II�YudySuryaIrawan�YudySuryaIrawan