Manufaktur industri
Industri Internet of Things | bahan industri | Pemeliharaan dan Perbaikan Peralatan | Pemrograman industri |
home  MfgRobots >> Manufaktur industri >  >> Industrial materials >> Logam

Melebur dan Menuangkan Logam

Dari tungku pengecoran ke dalam cetakan

Pengecoran sangat dramatis. Tungku besar, bersinar karena panas, mengubah bongkahan logam menjadi cairan api yang mengalir. Saat siap, isinya dituangkan ke dalam sendok menunggu di tengah hujan bunga api. Pekerja memandu aliran logam dari tungku ke cetakan di belakang pelindung panas, menjaga dari bahaya suhu dan bahan. Lantai pengecoran adalah tempat desain menjadi aktual, dalam proses luar biasa yang menciptakan benda sehari-hari. Inovasi dalam menciptakan dan mempertahankan suhu yang diperlukan untuk paduan yang berbeda merupakan bagian dari evolusi metalurgi. Pekerjaan peleburan dan penuangan logam tampak seperti adegan-adegan yang ada di buku-buku sejarah, tetapi di situlah beberapa sains paling menarik terjadi.

Pembuatan logam cor bergantung pada tungku yang bisa menjadi cukup panas untuk membawa logam ke keadaan cair. Peleburan bijih pertama dalam sejarah manusia adalah timbal dan timah:logam lunak ini dapat dilebur dalam panasnya api masak. Untuk membuat logam yang lebih kuat, ahli metalurgi membutuhkan sesuatu yang lebih dari api kayu.

Panas tinggi dan kemajuan manusia

Zaman Perunggu bergantung pada kekuatan tembaga. Tembaga mungkin pertama kali dilebur secara tidak sengaja dalam tungku tembikar, yang suhunya paling tidak 200 °C lebih panas daripada api unggun. Kurangnya catatan tertulis dari waktu itu membuat sulit untuk memastikan. Selama Zaman Perunggu, tungku seperti tungku digunakan untuk mengekstrak berbagai komponen unsur dari batu yang meleleh pada suhu yang berbeda, dengan tembaga menjadi hadiah tertinggi untuk membuat kuningan dan perunggu yang baik.

Ada bukti manusia menggunakan besi sebelum Zaman Besi. Namun, benda-benda ini terbuat dari besi bekas yang benar-benar jatuh dari langit—besi meteorik dalam bentuk yang relatif murni dibandingkan dengan besi terestrial. Itu bisa dipanaskan dan bekerja seperti yang ditemukan. Namun, Zaman Besi yang sebenarnya dimulai ketika orang menemukan cara untuk mengekstrak besi yang berguna dari bijih, dan itu membutuhkan pencairan ke keadaan lunak, seperti gula-gula, hampir cair, atau cair. Kemajuan ini datang ke berbagai belahan dunia pada waktu yang berbeda tetapi melibatkan penemuan tungku mekar dan pembangunan lambat pengetahuan metalurgi besi. Tungku Bloomery memungkinkan besi menjadi cukup panas untuk dikerjakan menuju kemurnian, daripada membawa logam ke keadaan cair, tetapi mereka membantu dengan lambatnya penemuan kimia besi. Melelehkan besi adalah satu hal:untuk membuat logam kuat yang dapat digunakan, diperlukan penambahan karbon yang tepat, dan tungku mekar sangat bergantung pada bahan bakar karbon. Ketika tungku menjadi cukup panas untuk melelehkan besi, ahli metalurgi juga perlu mengembangkan pemahaman mereka tentang fluks, yang merupakan aditif yang digunakan untuk membantu memurnikan logam akhir dengan mencegah pembentukan oksida.

Kemajuan yang dibawa oleh kombinasi inovatif tungku dan kimia terus berlanjut sepanjang sejarah manusia. Kemajuan metalurgi jelas mengantarkan zaman Perunggu dan Besi berdasarkan namanya. Revolusi Industri memasukkan kita ke Zaman Baja. Mesin pembakaran, kereta api, dan praktik bangunan modern tidak akan mungkin terjadi tanpa kemajuan penting yang disebut proses Bessemer, yang menggelembungkan oksigen melalui baja cair yang memungkinkan suhu lebih panas dan waktu produksi lebih cepat, memungkinkan produksi massal baja berkualitas.

Mencair vs. peleburan

Peleburan adalah proses menghilangkan unsur logam dari bijih yang ditambang. Sebagian besar logam ditemukan sebagai urat di batuan, atau sebagai bagian dari elemen lain. Peleburan adalah langkah pertama ekstraksi. Peleburan adalah apa yang dilakukan dengan paduan logam atau logam murni. Scrap dilelehkan, bijih dilebur. Pig iron adalah batangan besi kasar yang dibuat dari peleburan bijih besi.

Tungku sembur

Tungku sembur, yang merupakan tanur yang sangat tinggi yang diinjeksi dengan gas bertekanan, digunakan untuk peleburan. Tungku sembur sebagian besar menghasilkan ingot dari paduan menengah, seperti besi kasar. Ingot ini kemudian dikirim ke pengecoran yang terlibat dalam manufaktur.

Manufaktur pengecoran mengambil paduan dan aditif dan melelehkannya untuk membuat nilai tertentu dari logam cor di jenis tungku peleburan lainnya.

Jenis tungku peleburan pengecoran

Secara tradisional, kubah dan tungku wadah adalah cara yang paling umum untuk menempa logam untuk pengecoran; di zaman modern, busur listrik dan tungku induksi sudah umum.

Tungku wadah

Tungku wadah adalah bentuk paling dasar dari tungku logam. Crucible adalah wadah yang terbuat dari bahan yang dapat menangani suhu yang sangat tinggi, sering kali terbuat dari keramik atau bahan tahan api lainnya. Itu ditempatkan ke sumber panas seperti pot mungkin duduk di api. Wadah diisi, atau diisi, dengan logam dan aditif. Di era modern, tungku wadah masih digunakan oleh pembuat perhiasan, penggemar halaman belakang, beberapa pengecoran non-ferrous, dan pengecoran yang melakukan pekerjaan batch yang sangat kecil. Cawan lebur dapat berkisar dari cangkir yang sangat kecil di mana logam dilebur dengan obor, seperti yang mungkin dilakukan di toko perhiasan, hingga bejana besar yang berisi 50 pon bahan. Cawan lebur yang lebih besar sering dimasukkan ke dalam tungku seperti tungku dan dapat diangkat untuk dituang, atau bahan disendok dari atasnya.

Tungku kubah

Tungku kubah panjang, seperti cerobong asap, dan diisi dengan kokas batu bara dan aditif lainnya. Bahan bakar di dalam kubah dinyalakan, dan ketika tungku cukup panas, pig dan besi tua ditambahkan secara langsung. Proses peleburan besi di sekitar kokas dan aditif menambahkan karbon dan elemen lainnya dan menghasilkan nilai besi dan baja yang berbeda. Tungku cupola biasanya tidak lagi digunakan dalam produksi, karena busur listrik dan metode induksi lebih efisien dalam menghasilkan panas yang dibutuhkan. Namun, ada beberapa tempat di mana tradisi tungku cungkup tetap berjalan, seperti dalam video Da Shu Hua ini, di mana pekerja pengecoran Cina melemparkan besi cair ke dinding untuk menciptakan percikan dramatis untuk menyambut Tahun Baru.

Tungku busur listrik

(EAF) mulai digunakan pada akhir 1800-an. Elektroda mengalirkan arus listrik melalui logam di dalam tungku, yang lebih efektif daripada menambahkan panas eksternal saat melelehkan volume tinggi pada satu waktu. EAF besar yang digunakan dalam produksi baja dapat menampung hingga 400 ton. Sebuah “muatan” baja ini sering dibuat dari besi berat seperti lempengan dan balok, potongan bekas dari mobil dan daur ulang lainnya, dan batangan besi kasar dari pabrik peleburan.

Setelah tangki diisi, elektroda ditempatkan ke dalam logam, dan busur listrik lewat di antara mereka. Saat logam mulai meleleh, elektroda dapat didorong lebih jauh ke dalam campuran atau ditarik terpisah untuk membuat busur yang lebih besar. Panas dan oksigen mungkin ditambahkan untuk mempercepat proses. Saat logam cair mulai terbentuk, tegangan dapat dinaikkan, karena terak yang terbentuk di atas logam berfungsi seperti selimut pelindung untuk atap dan komponen EAF lainnya.

Ketika semuanya meleleh, seluruh tungku dimiringkan, untuk membuang logam cair ke sendok di bawah. Terkadang sendok itu sendiri bisa menjadi tungku EAF yang lebih kecil, yang bertugas menjaga logam tetap panas sebelum dituang.

Tungku induksi

bekerja dengan medan magnet daripada dengan busur listrik. Logam diisikan ke dalam wadah yang dikelilingi oleh elektromagnet kuat yang terbuat dari tembaga melingkar. Ketika tungku induksi dihidupkan, koil menciptakan medan magnet pembalikan yang cepat dengan pengenalan arus bolak-balik. Saat logam meleleh, elektromagnet menciptakan pusaran di dalam cairan yang mengaduk material sendiri. Panas dalam tungku induksi diciptakan oleh eksitasi molekul-molekul dalam besi itu sendiri, yang berarti bahwa apa pun yang masuk ke dalam wadah itulah yang keluar:tidak ada penambahan oksigen atau gas lain ke dalam sistem. Ini berarti lebih sedikit variabel yang harus dikontrol selama peleburan, tetapi ini juga berarti bahwa tungku induksi tidak dapat digunakan untuk memurnikan baja. Apa yang masuk, keluar. Seperti tungku EAF, tungku induksi sering dibuang dengan memiringkan ke sendok di bawah.

Tungku induksi sangat umum dan mudah dioperasikan bila diberi input berkualitas tinggi. Model umum dapat menghasilkan 65 ton baja pada setiap pengisian.

Semua tungku di lantai pengecoran menghadapi musuh yang fatal:uap. Air, bahkan dalam jumlah kecil, dapat menyebabkan percikan atau ledakan, sehingga semua skrap dan ferroalloy, serta setiap alat yang digunakan dalam produksi, harus dikeringkan sebelum digunakan. Logam bekas tidak boleh memiliki area tertutup di mana air atau uap mungkin terperangkap. Bahkan alat yang digunakan oleh pekerja pengecoran harus bebas dari pengembunan atau kelembaban. Banyak pabrik pengecoran logam memiliki oven pengering untuk memastikan bahwa skrap dan peralatan sudah kering sebelum benda apa pun menyentuh tungku pengecoran.

Melempar sendok

Setelah logam dilelehkan, itu harus dimasukkan ke dalam cetakan. Dalam pengecoran yang lebih kecil, ini semua dapat terjadi dalam satu tahap:wadah yang dapat dimiringkan atau diangkat dapat membawa logam dari tungku ke pasir. Namun, ini tidak praktis ketika tungku menampung banyak ton logam. Biasanya, dalam pembuatan besi, sendok memindahkan sebagian kecil lelehan dari tungku utama.

Dalam sistem ini, sendok dapat membawa logam langsung ke cetakan. Namun, sendok transfer mungkin membawa cairan ke tangki penampung atau tungku sekunder. Sendok perawatan adalah jenis lain yang tersedia, digunakan untuk memecah lelehan menjadi beberapa bagian, seperti tukang roti yang memisahkan adonan dasar untuk digunakan sebagai dasar resep lainnya. Misalnya, besi tuang cair mungkin memiliki zat yang ditambahkan ke dalam sendok perlakuan untuk membuat karbon di dalamnya berbentuk bulat, bukan terkelupas, menciptakan logam yang lebih lunak yang disebut besi ulet.

Sendok bisa sangat kecil dan diangkat oleh pekerja pengecoran atau bisa menampung banyak ton logam dan membutuhkan dukungan mekanis. Sendok terbesar dipindahkan melalui pengecoran dengan mobil sendok atau dengan derek di atas kepala atau sistem lintasan.

Semua jenis sendok dirancang untuk melindungi pekerja dari percikan, nyala api, atau percikan api saat menuangkan. Beberapa sendok dituangkan di atas bibir atas, atau cerat tuang, dan perlu dimiringkan:sering kali memiliki roda gigi yang memungkinkan pekerja pengecoran untuk mengontrol laju penuangan dengan hati-hati. Sendok lain memiliki cerat tuang di bagian bawah ember dan tuang dikontrol dengan melepas dan mengganti sumbat.

Mencampur paduan

Paduan logam terbuat dari campuran unsur-unsur yang distandarisasi dengan formula yang menentukan persentase setiap jenis serta langkah-langkah yang diambil dalam pembuatannya. Tungku peleburan dan sendok pengolahan dari pengecoran adalah tempat jenis paduan ini dibuat untuk pengecoran.

Pengecoran sering kali mengkhususkan diri pada paduan besi, yang mengandung besi, atau paduan non-ferro tertentu, seperti logam mulia, paduan berbasis tembaga, atau paduan berbasis aluminium.

Paduan besi diurutkan menjadi besi dan baja. Paduan besi tuang termasuk besi abu-abu, yang mencakup silikon, dan besi ulet, yang memiliki jenis karbon bulat. Nilai baja tuang ditentukan oleh persentase karbon dan aditif lainnya dalam campuran. Baja tahan karat adalah baja yang mengandung kromium, untuk membantu mencegah karat melalui pasivasi.

Paduan non-ferrous mencakup semua logam lainnya, sehingga tidak mengherankan ada spesialisasi lebih lanjut dalam pengecoran non-ferrous. Beberapa tempat mengkhususkan diri pada seng, beberapa di aluminium; yang lain bekerja terutama dengan paduan berbasis tembaga seperti kuningan dan perunggu. Namun, ada persilangan. Jika pengecoran tertentu bekerja dengan perunggu dan aluminium, misalnya, mereka kemungkinan akan mengkhususkan diri pada nilai tertentu masing-masing.

Paduan apa pun yang digunakan pengecoran, premis pembuatan logam cair dan pengecoran ke dalam rongga untuk membentuknya adalah sama. Sebuah ide menjadi nyata saat logam mengalir ke dalam cetakan.



Posting Sebelumnya:CoreMakingMetal Casting ProcessNext Post:Shakeout and Cleaning

Logam

  1. Pengecoran Pasir:Proses dan Karakteristik | Industri | Metalurgi
  2. Apa itu Logam Besi? – Panduan Lengkap
  3. Logam Kromium:Unsur, Sifat, dan Kegunaan
  4. Apa itu Besi Cor?- Definisi, Sifat, dan Kegunaan
  5. Apa itu Perlakuan Panas?- Proses, Dan Metode
  6. Apa itu Lembaran Logam?- Pengertian, Jenis, dan Kegunaannya
  7. Apa itu Pengecoran Logam?- Definisi, Jenis, dan Proses
  8. Apa itu Korosi? – Pengertian dan Pencegahan
  9. Memahami Paduan Logam dan Kekuatan Hasil
  10. 5 Paduan Logam Industri Penting dan Kegunaannya