Dasar Pengecoran Logam

Proses pengecoran pada dasarnya melibatkan (a) menuangkan logam cair ke dalam cetakan bermotif setelah bagian diproduksi, (b) membiarkannya mengeras, dan (c) melepas bagian tersebut dari cetakan. Seperti semua proses manufaktur lainnya, pemahaman tentang ilmu dasar sangat penting untuk produksi coran berkualitas baik dan ekonomis dan untuk menetapkan teknik yang tepat untuk desain cetakan dan praktik pengecoran. Pertimbangan penting dalam operasi pengecoran adalah sebagai berikut:

Aliran logam cair ke dalam rongga cetakan
Pemadatan dan pendinginan logam dalam cetakan
Pengaruh jenis bahan cetakan.

Aliran Logam Pada Pengecoran

Untuk menekankan pentingnya aliran fluida dalam pengecoran, mari kita jelaskan secara singkat sebuah dasar sistem pengecoran gravitasi. Logam cair dituangkan melalui baskom atau cangkir; kemudian mengalir melalui sistem gating (terdiri dari sprue, runner, dan gerbang) ke dalam rongga cetakan. Sprue adalah saluran vertikal meruncing di mana logam cair mengalir ke bawah di cetakan. Runner adalah saluran yang membawa logam cair dari sprue ke rongga cetakan atau sambungan sprue ke gerbang (bagian runner yang melalui dimana logam cair memasuki rongga cetakan). Riser (juga disebut feeder) berfungsi sebagai reservoir logam cair untuk memasok logam cair yang diperlukan untuk mencegah porositas karena penyusutan selama pemadatan.

Meskipun sistem gerbang seperti itu tampaknya relatif sederhana, casting yang sukses membutuhkan desain dan kontrol yang tepat dari proses pemadatan untuk memastikan aliran fluida yang memadai di sistem. Misalnya, fungsi penting dari sistem gating dalam pengecoran pasir adalah untuk menjebak kontaminan (seperti oksida dan lainnya) inklusi) dan menghapusnya dari logam cair dengan memiliki kontaminan menempel pada dinding sistem gating, dengan demikian mencegah mereka mencapai rongga cetakan. Lebih-lebih lagi, sebuah sistem gating yang dirancang dengan benar membantu menghindari atau meminimalkan masalah seperti pendinginan dini, turbulensi, dan jebakan gas. Bahkan sebelum mencapai rongga cetakan, logam cair harus menjadi ditangani dengan hati-hati untuk menghindari pembentukan oksida pada logam cair permukaan dari paparan lingkungan atau pengenalan pengotor ke dalam logam cair.

Gambar 1. Skema pengecoran Riser-gated casting

Dua prinsip dasar aliran fluida relevan dengan gating desain adalah hukum Bernoulli dan hukum kontinuitas massa. Teorema Bernoulli didasarkan pada prinsip kekekalan energi dan menghubungkan tekanan, kecepatan, elevasi fluida di setiap lokasi di sistem, dan kerugian gesekan dalam sistem yang penuh cairan. Hukum kontinuitas massa menyatakan bahwa, untuk zat cair tak termampatkan dan dalam sistem dengan dinding kedap air, laju alirannya konstan.

Perpindahan Kalor pada Pengecoran

Perpindahan kalor selama siklus lengkap (dari penuangan, pemadatan, dan ke pendinginan sampai suhu kamar) merupakan pertimbangan penting lainnya dalam pengecoran logam. Aliran panas pada lokasi yang berbeda dalam sistem merupakan fenomena yang kompleks dan bergantung pada pada beberapa faktor yang berkaitan dengan bahan cor dan cetakan dan parameter proses. Misalnya, dalam pengecoran bagian tipis, laju aliran logam harus cukup tinggi untuk menghindari pendinginan dini dan pemadatan. Di sisi lain, laju aliran harus tidak terlalu tinggi untuk menyebabkan turbulensi yang berlebihan—dengan efek yang merugikan pada proses pengecoran.

Panas dari logam cair dilepaskan melalui dinding cetakan dan ke udara sekitarnya. Penurunan suhu pada cetakan-udara dan cetakan-logam antarmuka disebabkan oleh adanya lapisan batas dan kontak yang tidak sempurna pada antarmuka ini. Bentuk kurva tergantung pada sifat termal dari logam cair dan cetakan.

Gambar 2. Distribusi suhu pada permukaan dinding cetakan dan logam cair selama pemadatan logam dalam pengecoran.

Amati gambar 3. Logam cair yang tidak dipadatkan telah dituangkan dari cetakan pada interval waktu yang berbeda mulai dari 5 detik hingga 6 menit. Perhatikan bahwa (seperti yang diharapkan) ketebalan kulit meningkat seiring waktu, dan kulit lebih tipis di sudut internal (lokasi A pada gambar) daripada di sudut eksternal (lokasi B). Kondisi terakhir disebabkan oleh pendinginan yang lebih lambat pada sudut internal daripada di sudut luar.