4.2.3 Solidifikasi

Solidifikasi atau Pembekuan logam merupakan suatu proses pengecoran yang mana

logam dicairkan, dimasukkan dalam cetakan dan dikeluarkan. Kemudian dibiarkan membeku

menjadi produk akhir atau semi akhir.

Tahap pembekuan logam yaitu pada umumnya pembekuan logam dapat dibagi menjadi

beberapa tahap seperti yang terlihat pada gambar dibawah ini :

Gambar 4.24 Proses Solidifikasi

Sumber : Solidification dan Crystalline Imperfections

Keterangan gambar :

a) Pembekuan inti stabil

b) Pertumbuhan inti menjadi butir

c) Pembentukan struktur sebuah butir

1. Pembentukan Inti Stabil dalam Logam Cair

Terdapat dua mekanisme pengintian dari partikel padat dalam logam cair

a) Pengintian Homogen

Pengintian terjadi ketika atom-atom mulai mengatas dan mengikuti suatu pola geometris.

Kemudian setelah itu terbentuk inti yang stabil dalam logam yang mulai membeku. Berikut

adalah table nilai dari suhu pembekuan/suhu cair, panas fusi,energi permukaan dan undercooling

maksimum untuk beberapa logam terpilih.

Table 4.1 Nilai dari suhu pembekuan/suhu cair, panas fusi, energi permukaan dan undercooling

maksimum untuk beberapa logam terpilih.

Sumber : B. Chalmers, “Solidification of Metals,” Wiley, 1964

b) Pengintian Heterogen

Proses pengintian yang sama dengan proses pengintian homogen. Hanya saja pengintian terjadi

dalam logam cair yang berada pada

permukaan cetakan atau logam cair yang tidak murni seperti logam paduan. Pengintian heterogen

ini banyak terjadi pada proses pengecoran industri yang mana tidak ada undercooling yang besar

dan biasanya berkisar antara 0.1 hingga 10°C terhadap titik cair.

Gambar 4.25 Pengintian Heterogen

Sumber : Solidification dan Crystalline Imperfections

2. Pertumbuhan Kristal dalam Logam Cair dan Pembentukan Struktur Butir. Berikut adalah

urutan proses pertumbuhan Kristal dalam logam cair dan pembentukan struktur butir.

a) Setelah inti yang stabil terbentuk pada logam yang sedang memadat

b) Inti tumbuh menjadi kristal

c) Pada setiap kristal atom berjajar beraturan sedangkan arah barisan berbeda antara satu kristal

dengan yang lainnya.

d) Saat pembekuan total terjadi , antar kristal saling bertemu membentuk batas butir (grain

boundaries) dan butiran (grains)

Macam- macam solidifikasi antara lain :

1. Solidifikasi logam murni

Logam murni membeku pada temperatur konstan yaitu sama dengan temperatur

pembekuannya/temperatur leburnya, seperti dalam gambar dibawah ini.

Gambar 2.26 Solidifikasi logam murni

Sumber : http://frepository.binus.ac.id

Urutan prosesnya yaitu :

1. Temperature logam cair murni pada titik leburnya

2. Seiring penuangan logam cair ke cetakan, cairan logam sudah mengalami penurunan suhu

3. Pendinginan awal dimulai, dimana suhu pendinginan awal dan suhu pendinginan selesai sama

atau disebut “local solidification time”.

4. Setelah pendinginan selesai, mulailah cairan logam mengalami pengerasan struktur, kemudian

proses solidifikasi mendekati suhu kamar.

Beberapa istilah waktu dalam proses solidifikasi logam murni :

a) Waktu solidifikasi lokal adalah waktu pembekuan sebenarnya;

b) Waktu solidifikasi total adalah waktu antara penuangan sampai proses pembekuan berakhir.

Setelah pembekuan berakhir temperatur turun hingga temperatur kamar.

2. Solidifikasi logam paduan (alloy)

Logam paduan umumnya membeku pada daerah temperatur tertentu, seperti seperti dalam

gambar berikut :

Gambar 2.27 Solidifikasi logam paduan

Sumber : http://frepository.binus.ac.id

Urutan prosesnya yaitu :

1. Logam paduan dicairkan sampai temperatur lebur.

2. Seiring penuangan cairan logam paduan, cairan tersebut sudah mengalami penurunan

temperature.

3. Temperature terus menurun sampai terjadi pendinginan awal cairan logam paduan. Karena

cairan logam paduan mempunyai material logam yang berbeda-beda, contoh paduan Al-Mg.

maka pendinginan awal sampai pendinginan selesai mempunyai temperature yang berbeda

4. Cairan logam paduan mengalami pengerasan struktur. Dimana temperature terus menurun

samapai mendekati temperature kamar.

Garis awal terjadinya pembekuan disebut garis liquidus, dan garis akhir pembekuan disebut garis

solidus. Suatu paduan dengan komposisi tertentu bila didinginkan dalam waktu yang sangat

lambat, maka pembekuan akan mulai terjadi pada saat temperatur mencapai garis liquidus, dan

pembekuan berakhir bila

telah mencapai garis solidus. Setelah itu pendinginan akan berjalan terus hingga mencapai

temperatur kamar.

Macam-macam daerah pembekuan yaitu :

a) Chill Zone

Selama proses penuangan logam cair ke dalam cetakan,logam cair yang berkontak langsung

dengan dinding cetakan akan mengalami pendinginan yang cepat dibawah temperatur liquiditas-

nya. Akibat pada dinding cetakan tersebut timbul banyak inti padat dan selanjutnya tumbuh ke

arah cairan logam. Bila temperatur penuangannya rendah,seluruh logam. Bila temperatur

penuangannya rendah,seluruh logam cair akan membeku dibawah temperatur penuangannya

tinggi. Cairan logam yang berada ditengah-tengah ingot akan tetap berada diatas temperatur

liquiditas untuk jangka waktu lama.

Gambar 2.28 Chill Zone

Sumber : http://www.dasar-dasar pengecoran.blogspot.com

b) Columnar Zone

Sesaat setelah penuangan, gradien temperatur pada dinding cetakan menurun dan kristal pada

daerah chill tumbuh memanjang berlawanan arah dengan arah perpindahan panas/panas bergerak

dari cairan logam ke arah dinding cetakan yang bertemperatur lebih rendah . Yang disebut dengan

dendrit. Setiap kristal dendrit banyak mengandung lengan-lengan dendrit (primary dendrit). Jika

fraksi volume padatan (dendrit) meningkat panjang dendrit dan struktur yang berbentuk dasa

tunggal, maka lengan-lengan dendrit sekunder dan tersier. Daerah yang terbentuk antara dendrit

dan titik dimana sisa ciran terakhir akan membeku disebut sebagai mushyzone atau pasty zone.

Gambar 2.29 Columnar Zone

Sumber : http://www.dasar-dasar pengecoran.blogspot.com

c) Equiaxed Zone

Daerah ini terdiri dari butir-butir equiaxial yang secara acak ditengah tengah ingot. Pada daerah

ini perbedaan temperatur yang ada menyebabkan terjadinya pertumbuhan butir memanjang

Gambar 2.30 Equiaxed Zone

Sumber : http://www.dasar-dasar pengecoran.blogspot.com