Pasir Cetakan dalam Pengecoran Metalurgi: Jenis, Komponen, dan Karakteristik Utama

Pendahuluan

Dalam artikel ini kita akan membahas tentang:- 1. Definisi Pasir Cetakan 2. Jenis Pasir Cetakan 3. Komponen Utama.

Definisi Pasir Cetakan

Bahan baku utama yang digunakan dalam pembuatan cetakan adalah pasir cetakan karena memberikan beberapa karakteristik utama yang mungkin tidak dapat diperoleh dari bahan lain. Pasir cetakan didefinisikan sebagai partikel granular yang timbul dari penguraian batuan, akibat tindakan kekuatan alami, seperti embun, angin, hujan, panas dan arus air. Batuan memiliki komposisi yang kompleks dan pasir mengandung sebagian besar elemen batuan.

Karena alasan ini, pasir cetakan sangat berbeda di berbagai bagian dunia. Dalam alam, ia ditemukan di dasar dan tepi sungai dan danau. Pasir cetakan diklasifikasikan ke dalam berbagai kategori berdasarkan sifat asalnya.

Komponen utama pasir cetakan adalah sebagai berikut:

i. Silika (SiO₂)—86 hingga 90%,
ii. Alumina (Al₂O₃)—4 hingga 8%,
iii. Oksida besi (Fe₂O₃)—2 hingga 5% dengan jumlah lebih kecil oksida Ti,
iv. Mn
v. Ca, dan beberapa senyawa alkaline.

Pasir Alami

Ini juga disebut pasir basah dan dikumpulkan dari sumber daya alami. Ia mengandung air sebagai pengikat tunggal. Ia memiliki keuntungan mempertahankan kadar kelembapan untuk waktu yang lama, memiliki rentang kerja kelembapan yang luas, memungkinkan perbaikan dan finishing cetakan yang mudah.

Pasir Sintetis

Ini adalah pasir buatan yang diperoleh dengan mencampur pasir relatif bebas lempeng, pengikat (air dan bentonit) dan bahan lain sesuai kebutuhan. Ini adalah pasir cetakan yang lebih baik karena propertinya dapat dengan mudah dikontrol dengan mengubah komposisi campuran.

Komposisi pasir sintetis basah untuk pengecoran baja adalah sebagai berikut. Pasir silika baru — 25%, pasir lama — 70%, Bentonit — 1,5%, Dextrin — 0,25%, dan kelembapan — 3 hingga 3,5%.

Komposisi pasir sintetis kering untuk pengecoran baja adalah sebagai berikut. Pasir silika bersih — 15%, pasir lama 84%, Bentonit — 0,5%, dan kelembapan — 0,5%.

Selain itu, ada beberapa jenis pasir khusus seperti Zirconite, Olivin dll. Pasir khusus ini lebih mahal dari pada silika dan oleh karena itu hanya digunakan di mana penggunaannya dapat dipertanggungjawabkan.

Jenis Pasir Cetakan

Pasir cetakan dapat diklasifikasikan, berdasarkan penggunaannya sebagai berikut:

(i) Pasir Basah: Ketika pasir dalam keadaan alami (lebih atau kurang basah), disebut pasir basah. Ini adalah campuran pasir silika, dengan 18 hingga 30% lempeng dan 6 hingga 8% air. Lempeng dan air memberikan kekuatan pengikatan pada pasir basah.

Ini halus, lembut, ringan dan berpori. Karena basah, ia mempertahankan bentuk yang diberikan padanya di bawah tekanan selama pemadunan. Saat cetakan menjadi padat oleh pemadunan, struktur dibuat berpori oleh ventilasi. Tepi tajam dihindari dalam pembuatan cetakan pasir basah, karena yang lemah ini pecah ketika logam panas dicar.

Pasir basah biasanya digunakan untuk pengecoran cetakan kecil atau menengah. Output yang lebih besar dapat diperoleh dari ruang lantai tertentu karena biaya dan keterlambatan yang terlibat dalam pengeringan cetakan dihemat. Debu batu bara dicampur dalam pasir basah untuk mencegah cacat dalam pengecoran.

(ii) Pasir Kering: Pembuatan cetakan pasir kering digunakan untuk pengecoran besar. Cetakan yang disiapkan dalam pasir basah dikeringkan atau dibakar untuk menghapus, hampir, semua kelembapan pasir basah. Struktur dalam kotak cetakan setelah pengeringan menjadi lebih kuat dan padat. Ventilasi oleh karena itu diperlukan tetapi tidak sebesar dalam kasus cetakan pasir basah. Untuk cetakan berat besar, kotoran sapi, pupuk kuda, dll. dicampur dengan pasir butiran kasar.

(iii) Pasir Lempeng: Ini adalah campuran lempeng dan pasir yang dicampur dengan air hingga menjadi pasta plastis tipis, yang darinya, cetakan dibangun di atas penopang batu bata lunak.

Pasir lempeng mengandung hingga 50% lempeng dan kering keras. Ia juga mengandung lempeng api. Ia harus cukup lentur untuk menempel pada permukaan vertikal struktur kasar cetakan. Jerami yang dipotong dan pupuk biasanya digunakan untuk membantu pengikatan. Kandungan kelembapan adalah 18 hingga 20%.

Lempeng dikeringkan sangat lambat dan sepenuhnya sebelum siap untuk pengecoran. Ia digunakan untuk pengecoran pengecoran beraturan besar seperti wajan kimia, drum, dll.

(iv) Pasir Facing: Ini digunakan langsung di samping permukaan pola dan ia bersentuhan dengan logam leleh. Karena ia terkena kondisi yang paling parah, ia harus memiliki kekuatan tinggi dan refrertori. Ini terbuat dari pasir silika dan lempeng, tanpa penambahan pasir bekas.

Bentuk-bentuk karbon yang dikenal sebagai bahan facing, (misalnya, bubuk plumbago, ceylon lead atau grafit) digunakan untuk mencegah logam terbakar ke dalam pasir. Kadang-kadang mereka dicampur dengan 6 hingga 15 kali pasir cetakan halus untuk membuat permukaan cetakan facing.

Lapisan pasir facing dalam cetakan, biasanya bervariasi dari 20 hingga 30 mm. Pasir facing menyusun 10 hingga 15% dari seluruh jumlah pasir cetakan.

(v) Pasir Backing: Pasir cetakan lama, yang digunakan berulang kali, berwarna hitam karena penambahan debu batu bara dan pembakaran atau bersentuhan dengan logam leleh dikenal sebagai pasir backing atau pasir lantai atau pasir hitam. Ia digunakan untuk mengisi cetakan di belakang lapisan facing. Ia lemah dalam kekuatan pengikatan karena tepi tajam butir pasir menjadi bundar karena suhu tinggi logam leleh dan pembakaran kandungan lempeng.

(vi) Pasir Sistem: Ini digunakan dalam pembuatan cetakan mesin untuk mengisi seluruh flask. Kekuatannya, permeabilitas, dan refrertori harus lebih tinggi daripada pasir backing.

(vii) Pasir Parting: Kotak cetakan dipisahkan dari menempel satu sama lain dengan menyebarkan pasir halus tajam kering yang disebut 'pasir parting'. Pasir parting juga digunakan untuk menjaga pasir basah tidak menempel pada pola. Ini adalah pasir silika bersih bebas lempeng. Pasir core yang dibakar juga dapat digunakan untuk tujuan ini.

(viii) Pasir Core: Ini digunakan untuk membuat core. Ini adalah pasir silika yang dicampur dengan minyak core (minyak biji lin, rosin, minyak mineral ringan dan pengikat lainnya). Untuk alasan hemat, pekat atau tepung dan air dapat digunakan sebagai pasir core untuk core besar.

(ix) Pasir CO₂: Dalam pasir CO₂, butir silika, alih-alih dilapisi dengan lempeng alami, dilapisi dengan silikat natrium. Campuran ini pertama kali dipadatkan di sekitar pola dan kemudian keras dengan melewatkan CO₂ melalui interstisia selama sekitar satu menit. Pasir tersebut menjadi keras dan menghasilkan cetakan yang kuat.

(x) Pasir Shell: Pasir shell adalah pasir sintetis yang dilapisi dengan resin phenol atau urea-formaldehida dan diobati terhadap pola yang dipanaskan untuk menghasilkan shell yang sangat kuat dan tipis. Pasir backup tidak diperlukan untuk menyediakan dukungan untuk beban pengecoran. Karena paduan mengkristal pada suhu tinggi, resin tidak terdisosiasi. Namun cetakan hancur saat pengecoran telah mengkristal karena pemecahan ikatan kimia oleh panas dari pengecoran yang mengkristal.

(xi) Pasir Facing: Biasanya, pasir facing pertama kali diterapkan pada pola, sehingga hanya ia yang bersentuhan dengan logam leleh. Pasir ini cukup refrertori sehingga tidak terlepas dan terbakar saat bersentuhan dengan logam.

(xii) Pasir Backing: Ini diterapkan sebagai dukungan mekanis backup untuk pasir facing. Ini permeabel untuk memungkinkan gas melarikan diri.

(xiii) Cuci Cetakan: Ini adalah suspersi butir keramik halus. Ini diterapkan di atas permukaan cetakan untuk meminimalkan fussi butir pasir facing. Ini juga menghasilkan permukaan yang lebih halus pada pengecoran karena mengisi interstisia.

Komponen Utama Pasir Cetakan

Silika, lempeng (bond) dan kelembapan adalah tiga komponen utama pasir cetakan. Silika dalam bentuk kuarsa granular (sendirinya pasir) adalah komponen utama pasir cetakan. Pasir silika mengandung 80 hingga 90% oksida silikon dan dikarakterikan oleh suhu lembut tinggi dan stabilitas termal. Ia memberikan refrertori, resistensi kimia dan permeabilitas pada pasir.

Ia ditentukan berdasarkan ukuran dan bentuk. Butir pasir bisa halus, sedang, atau kasar sehubungan ukuran, dan bisa bulat, semi-titik sudut atau terkompound sehubungan bentuk. Pasir halus diinginkan untuk pengecoran kecil dan rumit. Seperti butir halus terletak erat, permeabilitas buruk. Pasir berukuran sedang digunakan dalam pekerjaan meja dan pekerjaan lantai ringan. Partikel kasar digunakan untuk pengecoran besar untuk memungkinkan gas melarikan diri.

Ukuran butir ditentukan dengan melewatkan pasir melalui saringan ayakan. Butir bulat memiliki kontak terkecil satu sama lain dan kurang kuat; permeabilitas tinggi. Butir semi-titik sudut kurang permeabel dibandingkan butir bulat. Butir titik sudut yang memiliki tepi yang didefinisikan memberikan lebih banyak kekuatan dan kurang permeabilitas. Butir terkompound yang merupakan lumpuran keras tidak diinginkan.

Oksida silikon diperoleh dari batuan kuarsa atau dari dekomposisi granit (yang terdiri dari kuarsa dan felspar).

Felspar saat terdekomposisi, menjadi lempeng yang memberikan plasticitas pada pasir cetakan dalam keadaan basah, yaitu memberikan tindakan pengikatan yang diperlukan dan kekuatan dalam kehadiran kelembapan dan meningkatkan kekuatannya setelah pengeringan. Biasanya, jumlah lempeng yang ditemukan dalam pasir silika bervariasi dari 6 hingga 10%.

Lempeng sebenarnya terdiri dari silt halus (deposit mineral yang tidak memiliki properti pengikatan) dan lempeng halus, yang memberikan kekuatan pengikatan yang diperlukan pada pasir cetakan sehingga cetakan tidak kehilangan bentuknya setelah pemadunan. Namun, ia mengurangi permeabilitas. Terlalu banyak lempeng menyebabkan retakan cetakan setelah pengeringan.

Oksida besi, magnesia, soda, potash, kapur dan air adalah zat lain yang ditemukan dalam pasir cetakan. Pasir cetakan yang baik mengandung kotoran di bawah 2 persen. Pembuatan cetakan pasir basah dilakukan dengan pasir dengan kadar kelembapan rendah (3 hingga 5%). Dalam pembuatan cetakan pasir kering, lebih banyak air ada saat membuat cetakan, karena bermanfaat dalam mempromosikan kekuatan bond kering setelah penyimpanan.

Banyak kali debu batu bara juga ditambahkan yang membuat pasir lebih terbuka dan membantu mendinginkan cetakan setelah logam dicar. Ia menyerap jumlah panas yang cukup tinggi, mencegah butir pasir terlalu panas dan terfusi. Ia juga melepaskan CO₂ yang film pelindungnya membantu menjaga logam dan pasir terpisah satu sama lain.

Gambar 3.17 menunjukkan empat jenis butir pasir. Keberhasilan proses pengecoran tergantung dalam hal besar pada kekuatan tekan, permeabilitas, (laju aliran gas melalui spesimen pasir di bawah tekanan diferensial yang ditentukan melintasi), deformasi, kemampuan aliran, (kemampuan pasir untuk mengalir di sekitar dan melalui pola selama pemadunan) dan refrertori pasir cetakan. Gambar 3.18 menunjukkan, bagaimana kadar kelembapan dalam pasir cetakan (untuk rasio pasir-lempeng tertentu) mempengaruhi semua properti penting pasir cetakan ini.