Pengecoran Alumunium: Dari Produksi Velg hingga Aplikasi Penerbangan Angkasa
Ekstraksi, Pemrosesan, dan Pengecoran di Pabrik Cor
Popularitas yang Semakin Tinggi Almunium
Almunium adalah elemen ketiga yang paling melimpah di dunia, dan logam paling melimpah dalam kerak bumi. Logam ini menyumbang lebih dari 8% massa inti bumi. Namun, almunium sulit diproses dibandingkan logam lain, seperti besi. Karena itu, penggunaan almunium tertinggal di balik produk logam lain sementara metode yang efisien dan hemat biaya dikembangkan untuk mengatasi kompleksitas tersebut.
Industri almunium dan baja memiliki banyak persamaan. Keduanya bergantung pada ekstraksi logam dari bijih mineral yang terdapat di permukaan bumi. Proses manufaktur keduanya membutuhkan energi yang besar dan melibatkan penuangan logam cair ke dalam cetakan atau menggunakan mesin pengecoran berkelanjutan. Almunium dan baja juga bersaing di pasar serupa untuk industri otomotif dan penerbangan angkasa. Namun, terdapat perbedaan signifikan dalam pemrosesan dan sifat logam ini.
Pemrosesan Almunium
Boksit adalah batuan sedimen yang mengandung kandungan almunium tinggi, biasanya sekitar 46–60%. Boksit sering ditutupi oleh beberapa meter batuan dan liatan yang harus dibuang terlebih dahulu sebelum boksit dapat diekstraksi. Boksit kemudian melalui pabrik penghancuran atau pencuikan sebelum diangkut untuk diproses lebih lanjut.
Pada pertengahan tahun 1880, dua metode berbeda ditemukan dan digunakan secara berurutan untuk menghasilkan almunium. Metode Bayer menggunakan proses kimia untuk mengekstrak almunium dari boksit. Proses Hall-Heroult menggunakan elektrolisis untuk mengekstrak almunium dari alumina atau oksida almunium yang dihasilkan oleh proses Bayer.
Proses Bayer
Bijih boksit dihancurkan dan dicampur dengan soda kaustik untuk menghasilkan slurry yang mengandung partikel halus bijih. Slurry dipanaskan pada suhu antara 140˚C–280˚C, tergantung pada bijih spesifik yang diproses. Selama proses ini, almunium larut ke dalam larutan soda kaustik. Semua kotoran mengendap dari larutan ke dalam sisa yang disebut lumpur merah.
Langkah terakhir dalam proses ini adalah penambahan kristal benih ke dalam larutan soda kaustik. Alumina yang terlarut menempel pada kristal benih ini. Produk akhir dari proses Bayer adalah alumina atau oksida almunium, yang memiliki penampilan bubuk putih.
Proses Hall-Heroult
Unit reduksi pabrik almunium terdiri dari pot atau sel reduksi yang disambung secara berurutan. Setiap pot terbuat dari cangkang baja yang dilapis karbon. Kriolit cair (mineral fluorida) yang mengandung oksida almunium diuraikan ke dalam setiap pot, dan elektroda karbon dimasukkan ke dalam larutan dari atas. Seiring arus listrik melewati larutan kriolit, almunium terpisah dari oksigen, membentuk gas karbon dioksida. Almunium cair mengumpulkan di bagian bawah pot.
Alumina cair kemudian ditiup dari pot reduksi pada interval teratur ke dalam ember vakum. Ini dipindahkan ke dalam tungku dan dicetak menjadi ingot dalam cetakan, atau oleh mesin pengecoran berkelanjutan. Almunium yang dihasilkan melalui proses ini memiliki kemurnian sekitar 99,8%. Proses elektrolitik untuk produksi almunium sangat intensif energi, membutuhkan 15 MWH per ton output. Karena itu, sebagian besar peluruh terletak di samping generator listrik, seperti pembangkit listrik tenaga air.
Pengecoran Almunium
Setelah almunium diekstrak dan diproses, langkah selanjutnya melibatkan pengecorannya menjadi bentuk produk. Corong almunium dibentuk dengan menuangkan logam cair ke dalam cetakan yang telah dibentuk oleh pola produk akhir yang diinginkan. Tiga metode cetakan umum digunakan untuk menghasilkan corong: pengecoran matri, pengecoran cetakan permanen, dan pengecoran pasir.
Pengecoran Matri (Die Casting)
Pengecoran matri menggunakan tekanan untuk mendorong almunium cair ke dalam matri baja. Jenis pengecoran ini sering digunakan untuk produksi massal bagian yang memerlukan finishing dan pemesinan minimal. Pengecoran matri memiliki siklus pendek tetapi biaya peralatan yang tinggi. Sistem pengecoran yang diferasikan menciptakan kulit dengan kekuatan tinggi tetapi interior yang lebih lemah dibandingkan pengecoran cetakan permanen. Terdapat dua jenis pengecoran matri: pengecoran matri tekanan rendah dan tekanan tinggi.
PENGEKORAN MATRI
TEKANAN RENDAH
TEKANAN TINGGI
Nilai kekuatan baik
Nilai kekuatan lebih rendah
Cocok untuk otomasi
Cocok untuk otomasi
Teknologi mesin dan matri sederhana
Matri yang rumit dan mahal
Siklus pengecoran lebih lambat
Siklus pengecoran singkat
Biaya investasi dan operasional lebih rendah
Biaya investasi dan operasional tinggi
Ketebalan dinding minimum sekitar 3 mm
Cocok untuk komponen dinding tipis
Pengecoran Cetakan Permanen
Pengecoran cetakan permanen menggunakan cetakan dan inti baja atau logam lain. Corong kuat dibentuk dengan menuang almunium ke dalam cetakan. Cetakan permanen digunakan untuk menciptakan bagian yang sangat dapat diulang dengan konsistensi. Laju pendinginan yang cepat mereka hasilkan mikrostruktur yang lebih konsisten, yang dapat meningkatkan sifat mekanis secara signifikan.
Pengecoran cetakan permanen digunakan untuk menciptakan velg alloy. Velg almunium juga lebih ringan dari velg baja, membutuhkan energi lebih sedikit untuk berputar. Mereka memberikan efisiensi bahan bakar yang lebih besar, serta pengendalian, percepatan, dan rem yang lebih baik. Namun, untuk aplikasi lintas industri berat, velg baja lebih sering digunakan. Daya tahan mereka membuatnya hampir mustahil untuk membengkok atau retak. Saat digunakan pada lintas, velg baja lebih toleran terhadap ketidakteraturan lintas, meningkatkan keselamatan.
Pengecoran Pasir
Corong pasir dibuat dengan mengemas campuran pasir halus di sekitar pola produk yang diinginkan. Pola sedikit lebih besar dari produk akhir untuk mengizinkan penyusutan almunium saat pendinginan. Pengecoran pasir hemat biaya karena pasir dapat digunakan kembali berkali-kali. Ini juga efektif untuk menciptakan cetakan besar atau yang memiliki desain detail. Biaya peralatan awal rendah, tetapi harga per bagian lebih tinggi, membuat pengecoran pasir cocok untuk corong spesial dibandingkan produksi massal.
Pengendalian almunium cair memiliki pengaruh langsung pada kualitas corong yang dicapai. Elemen legasi ditambahkan ke almunium cair untuk mencapai grade dan sifat almunium yang diinginkan. Pengendalian penambahan dan distribusi legasi yang terkontrol di seluruh almunium akan memastikan produk utuh dan dengan sifat mekanis yang diharapkan.
Almunium menyegerap dengan struktur butir kolumnar. Kolom ini tumbuh hingga titik kontak dengan butir lain—semakin banyak butir, semakin halus struktur molekuler. Pemurnian butir menggunakan titanium dan bor untuk menciptakan situs inti butir untuk mencapai struktur halus ini.
Gas hidrogen adalah kotoran yang dapat menyebabkan cacat pada corong almunium dengan menciptakan pori saat produk menyegerap. Selama pengecoran, degasing dan gas pemurnian diperlukan untuk menjaga lingkungan bebas dari kotoran apa pun yang dapat berdampak negatif pada produk akhir.
Legasi Pengecoran
Beragam legasi pengecoran tersedia untuk mencocokkan aplikasi akhir. Setiap legasi pengecoran ini memiliki karakteristik sendiri seperti kemampuan las, kemampuan pemesinan, resistensi korosi, dan sifat perawatan panas.
Almunium cair memiliki beberapa karakteristik yang dapat dikontrol untuk memaksimalkan sifat pengecoran. Almunium cair rentan terhadap penyerapan gas hidrogen dan oksida dalam keadaan cair, dan mungkin sensitif terhadap elemen jejak kecil. Meskipun beberapa corong dekoratif atau komersial mungkin tidak memerlukan pemrosesan tambahan, finishing lebih lanjut sering kali bermanfaat. Pengendalian cairan yang ketat dan teknik pemrosesan logam cair khusus dapat memberikan sifat mekanis yang ditingkatkan.
Finishing dan Lapisan Almunium
Salah satu daya tarik estetika almunium adalah refleksivitas tinggi. Karakteristik ini telah dieksploitasi untuk membuat produk konsumen kelas atas dengan permukaan finishing yang bersih. Ini ditingkatkan lebih lanjut oleh pembentukan alami lapisan oksida tipis di permukaan. Lapisan ini dapat dibuat lebih tebal dengan menganodisasi produk. Kehadiran lapisan oksida secara efektif menutup almunium dari oksidasi lebih lanjut, membuatnya sangat tahan korosi. Berbagai finishing dan lapisan dapat membantu almunium mencapai kualitas yang megah namun awet.
Finishing
Beberapa legasi almunium dipanaskan perawatan untuk meningkatkan sifat mereka untuk aplikasi tertentu. Almunium cor padat dipanaskan ke suhu yang ditentukan sebelumnya, yang menyebabkan mikrostruktur molekuler menjadi merata di seluruh bahan. Pendinginan cepat kemudian menyebabkan pola mikrostruktur tetap berada di tempat dan sifat ideal tercapai.
Legasi yang tidak dapat dipanaskan perawatan diselesaikan dengan kerja dingin, terutama gulungan. Kekuatan logam sangat ditingkatkan karena ketidaksempurnaan dalam mikrostruktur diminimalkan dengan memadatkan molekul erat-erat bersama.
Lapisan
Almunium memiliki finishing permukaan berkualitas tinggi yang sudah estetis menyenangkan. Namun, lapisan berbeda dapat memberikan manfaat tambahan pada finishing.
Lapisan PVDF
Lapisan PVDF adalah cat berbasis pelarut dengan resistensi sangat tinggi terhadap cuaca. Namun, mereka dapat dicoret. PVDF tidak pudar karena paparan sinar matahari dan dapat dibuat dengan penampilan logam.
Cat Cair
Cat cair lebih hemat biaya dari lapisan PVDF tetapi sifat mereka juga kurang diinginkan. Mereka memiliki finishing yang lebih rendah dan resistensi cuaca tidak sekuat itu.
Lapisan Bubuk
Lapisan bubuk memenuhi spesifikasi daya tahan yang paling ketat pada tingkat yang sama dengan lapisan PVDF. Mereka memiliki penampilan finishing yang excelente dan populer dalam aplikasi bangunan untuk bingkai jendela dan pintu, serta perabot tempat umum seperti halangan dan stendak sepeda. Mereka tahan lebih banyak aus dan hancur, dan sering ditentukan di area lalu lintas tinggi seperti hotel dan toko.
Anodisasi
Anodisasi digunakan untuk menebalkan lapisan permukaan yang teroksidasi dan meningkatkan resistensi korosi produk. Lapisan keras, awet, dan self-healing, menjadikannya pilihan populer untuk arsitek. Proses anodisasi dilakukan menggunakan urutan tangki rendaman.
Sifat Almunium
Almunium terkenal karena ringan. Faktanya, hampir tiga kali lebih ringan dari besi, dengan densitas 2.700 kg/m3. Luar biasa, densitas rendah almunium tidak mempengaruhi kekuatannya. Legasi almunium memiliki rentang karakteristik kekuatan yang luas dengan kekuatan tarik yang berkisar dari 70 hingga 700 MPa. Pada suhu rendah, kekuatan almunium meningkat, sementara pada suhu tinggi, ia menurun.
Almunium juga dapat dengan mudah diproses, dan daya yang diperlukan rendah karena densitas lebih rendah. Tingkat kelelangkan yang tinggi dari almunium memberikan kemampuan untuk diekstrusi dengan mudah. Ini memungkinkan produk untuk dibengkokkan dan digulung, dan adalah karakteristik kunci dalam pembuatan foil almunium.
https://www.reliance-foundry.com/wp-content/uploads/aluminum-rolling.mov
Kualitas dan Standar Almunium
Produk almunium disertifikat berdasarkan bahan legasi yang digunakan dalam produk. Elemen legasi yang paling umum mencakup berikut ini:
- Silikon
- Besi
- Tembaga
- Magnesium
- Seng
ALUMUNIUM DIKATEGORIKAN DALAM SERIES DENGAN SAIF DAN KOMPOSISI
SERIES
ALUMUNIUM %
LEGASI
DIPANAS PERAWATAN
SAIF
APLIKASI
1xyz
>99.yz
-
-
- Resistensi korosi dan kelelangkan yang baik
- Konduktivitas termal dan listrik yang tinggi
- Transmisi
- Jaringan listrik
2xyz
>99.yz
Tembaga
Ya
- Kekuatan dan keawetan tinggi
- Resistensi korosi lebih rendah
3xyz
>99.yz
Mangan
Tidak
- Kekuatan sedang
- Kelelangkan baik
- Pemanas pemindah
- Peralatan memasak
- Kaleng minuman
4xyz
>99.yz
Silikon
Tidak
- Titik leleh lebih rendah tanpa kerapuhan
5xyz
>99.yz
Magnesium
Tidak
- Kekuatan sedang hingga tinggi
- Resistensi korosi di lingkungan laut
- Kemampuan las yang baik
- Bangunan dan konstruksi
- Tangki penyimpanan
- Tabung tekanan
- Aplikasi laut
6xyz
>99.yz
Silikon dan Magnesium
Ya
- Kekuatan sedang tinggi
- Resistensi korosi yang baik
- Kemampuan las yang tinggi
- Arsitektur
- Struktur
- Truk
- Bingkai laut
7xyz
>99.yz
Seng
Ya
Kesehatan dan Keselamatan
Selama proses Hall-Heroult, sejumlah besar gas dikeluarkan. Gas ini ditangkap dan dirawat karena senyawa fluorida beracun harus dihapus sebelum dilepaskan ke atmosfer. Proses produksi almunium menghasilkan CO2, yang menghasilkan jejak karbon yang lebih tinggi untuk produk almunium. Banyak produsen meletakkan peluruh almunium di samping sumber energi terbarukan, seperti pembangkit listrik tenaga air, daripada menghasilkan listrik dari bahan bakar fosil.
Dalam bentuk larutannya, Al3+, almunium beracun bagi tanaman. Tanah asam cenderung mempercepat pelepasan Al3+ dari mineralnya dan menurunkan hasil produksi dari lahan ini. Karena hampir setengah lahan subur di dunia asam, dampak negatif almunium pada hasil panen dapat parah.
Tubuh manusia juga dapat terpengaruh oleh almunium. Efek kesehatan dari penumpukan almunium meliputi risiko yang meningkat pada penyakit Alzheimer dan beberapa kanker, meskipun tidak terbukti secara definitif. Pada konsentrasi tinggi, almunium adalah neurotoksin yang bekerja pada otak dan struktur tulang. Almunium ditemukan dalam pengembang, emulgator dan pewarna, serta beberapa produk antiacid.
Aplikasi Almunium
Almunium adalah logam yang serbaguna dengan finishing yang bersinar yang melayani pasar yang beragam termasuk berbagai barang komersial dan rumah tangga.
Penerbangan Angkasa
Kemajuan di industri penerbangan angkasa telah sangat bergantung pada perkembangan produk almunium. Kombinasi sifat mereka, terutama bobot ringan dan kekuatan, telah memungkinkan manusia mengembangkan kendaraan yang cukup kuat dan ringan untuk keluar dari atmosfer bumi. Saudara Wright menggunakan almunium untuk cangkir mesin biplan kerangka kayu pertama mereka. Pesawat transport komersial modern terdiri dari 80% almunium—ditemukan sebagian besar di rangka pesawat mereka, terutama untuk badan pesawat dan sayap. Almunium digunakan secara luas di industri angkasa untuk shuttle dan struktur di stasiun angkasa internasional.
Konstruksi dan Arsitektur
Jaringan listrik dan saluran transmisi listrik telah beralih ke almunium daripada tembaga sebagai dasar. Ini karena konduktivitas yang baik dan bobot ringan untuk panjang kabel yang diperpanjang. Legasi almunium juga digunakan dalam konstruksi untuk memberikan bingkuang kuat yang dapat menahan beban besar kaca lebar. Arsitek menggunakan karakteristik ini secara luas di bandara dan gedung bertingkat.
Perabot Tempat Umum
Meskipun sebagian besar perabot tempat umum (bangku, wadah sampah, stendak sepeda, dan sejenisnya) tetap ditempatkan, halangan yang dapat dilepaskan adalah alat pengaturan lalu lintas yang dapat ditempatkan untuk mencegah akses kendaraan, atau dilepaskan untuk mengizinkannya. Almunium sering digunakan untuk aplikasi halangan yang dapat dilepaskan karena keinginan logam; jauh lebih mudah bagi staf acara untuk memindahkan masuk atau keluar tempat.
Makanan dan Minuman
Makanan dan minuman kaleng adalah pasar lain di mana almunium telah mendominasi. Kaleng almunium menjadi dingin dengan cepat dan memberikan permukaan yang sangat dapat dicetak. Tingkat daur ulang yang tinggi juga membuat almunium cocok untuk industri ini. Mereka juga melindungi rasa dan integritas isi yang dijalin di dalam karena perlindungannya terhadap oksigen, cahaya, dan kontaminan lain.
Peralatan Rumah Tangga dan Teknologi
Peralatan rumah tangga juga telah mendapatkan manfaat dari sifat almunium. Sifat termalnya membuatnya ideal untuk aplikasi pendingin, sementara bobot ringan memungkinkan peralatan dipindahkan dan diangkut dengan mudah. Dengan perkembangan finishing “almunium permukaan”, produk yang sangat estetis dapat dibuat untuk pasar kelas atas. Perusahaan teknologi Apple telah memimpin dalam menciptakan laptop almunium, yang terbuat dari satu blok almunium. Televisi layar datar juga mendapat manfaat dari sifat ringan almunium; produk baja setara akan terlalu berat untuk digantung di dinding.
Otomotif
Produsen mobil berada di bawah tekanan lebih besar untuk mengurangi jejak karbon kendaraan mereka. Rangka almunium ringan, panel badan, dan mesin membantu hal ini dengan meningkatkan efisiensi bahan bakar. Ada juga manfaat lingkungan lain, karena hampir 90% sisa almunium otomotif dikumpulkan untuk daur ulang.
Daur Ulang Almunium
Sebagian besar almunium dapat didaur ulang. Kaleng minuman dan bagian mobil adalah industri tangkapan tinggi di mana bahan dikumpulkan dan didaur ulang secara efektif. Setelah almunium bekas digunakan dikumpulkan, dibawa ke fasilitas pengolahan, diurutkan ke dalam grade berbeda dan dibersihkan. Logam kemudian dilelehkan untuk menghapus lapisan, tinta, dan kotoran lain. Pada tahap ini, legasi dapat ditambahkan jika diperlukan, setelah itu dicetak menjadi ingot. Ingot ini dapat disuplai ke pabrik cor tempat digunakan untuk pengecoran, atau dipindahkan ke produsen lain untuk pemrosesan lebih lanjut. Almunium daur ulang dapat dikembalikan ke pasar sebagai produk baru dalam waktu singkat enam minggu.
Pembersihan dan Pemeliharaan Almunium
Sebagian besar produk almunium dapat dibersihkan dengan air biasa atau sabun atau deterjen ringan. Di tempat nodah yang lebih sulit, dapat menggunakan terpentin atau pembersih kimia yang tidak merendam. Untuk daya pembersihan lebih, dapat menggunakan kilas berbasis lilin, kilas abrasif, atau pembersih abrasif. Penting untuk mengeringkan produk almunium setelah pembersihan untuk menghindari strek, dan sisa pembersihan harus dihapus dari tepi dan sendi.
Untuk informasi lebih lanjut tentang almunium, atau untuk meminta penawaran untuk proyek kustom, silakan hubungi kami.
