Pengecoran Pasir: Proses, Fitur, dan Aplikasi Industri
Pendahuluan
Dalam artikel ini kita akan membahas proses dan karakteristik pengecoran pasir.
Proses Pengecoran Pasir
Pentingnya pengecoran pasir meningkat hari demi hari karena penelitian ilmiah telah membawa banyak aplikasi dan adaptasi dalam bidang industri pengecoran. Ini mungkin cara paling mudah dan paling nyaman untuk memberikan bentuk yang diinginkan pada logam.
Pasir adalah bahan yang paling sering digunakan, karena dapat dengan mudah dipadatkan ke dalam bentuk apa pun, memiliki permeabilitas tinggi dan resistensi terhadap suhu tinggi. Jadi, bentuk kompleks dapat dengan mudah dicar dengan menggunakan cetakan pasir, yang mungkin tidak mungkin dilakukan sebaliknya. Untuk mendapatkan manfaat biaya dan kualitas optimal, detail desain berikut harus dipertimbangkan dengan serius.
Gambar 3.41 menunjukkan diagram alur proses pengecoran pasir.
Sistem Tuang Otomatis
Untuk mencapai biaya material dan tenaga kerja yang lebih rendah, produktivitas yang lebih tinggi, kualitas yang lebih baik dan kondisi kerja yang lebih baik, tren adalah menuju otomatisasi seluruh pabrik pengecor. Baru-baru ini, upaya telah dilakukan untuk sistem tuang indusi otomatis.
Sistem tuang otomatis bertindak sebagai antarmuka antara pembuatan cetakan dan pelelangan. Sistem ini menahan logam leleh siap untuk tuang, dan mencar logam leleh ke dalam cetakan tepat sesuai kebutuhan.
Pelepah tuang indusi, menggunakan penahan yang dikontrol untuk mencar logam leleh langsung ke dalam cetakan atau dalam jumlah yang diterima ke dalam cetakan perantara, digunakan untuk tujuan ini dan ini memiliki karakteristik berikut-Mempertahankan suhu dan komposisi kimia logam leleh konstan selama penahanan dan tuang; menghilangkan inklusi scoria dari logam leleh yang dicar; menambahkan inoculan dan bahan paduan pada waktu yang tepat dan dalam jumlah yang diukur dengan tepat; menyesuaikan laju tuang dengan kapasitas serapan cetakan; mengukur berat logam yang dicar dengan tepat.
Pelepah tuang semacam ini terdiri dari cangkang silindris dengan lapisan refraktori, tutup yang ditekan, inductor saluran flens, penahan dan sistem kontrol tekanan. Pengisian dan tuang melalui saluran berbentuk siphon, yang ujung bawahnya terletak di dasar pelepah, untuk memastikan tuang bebas scoria hampir sepenuhnya.
Gas tekanan memaksa logam leleh ke dalam nozzle tuang pelepah melalui penahan. Gas tekanan juga menjaga tingkat logam leleh dalam nozzle konstan terlepas dari jumlah logam yang bervariasi di pelepah. Laju tuang logam dikontrol oleh gerakan penahan.
Sebuah servo-silinder pneudmati menyesuaikan perjalanan penahan secara kontinu sesuai dengan program tuang.
Karena posisi tuang tidak selalu sama, pelepah mampu bergerak ke dua arah (longitudinal dan transversal) relatif terhadap pabrik pembuatan cetakan. Sebuah alat miring hidrolik memungkinkan pelepah dikosongkan sepenuhnya.
Inductor berflens dihubungkan ke dasar pelepah. Flens pendingin air. Karena kecenderungan logam yang lebih panas untuk naik, area di sekitar tenggorongan sebagian besar bebas pembentukan kulit, sehingga dapat diakses untuk pembersihan mekanik. Inductor itu sendiri mudah diakses dari luar pelepah. Karena tinggi keseluruhan yang relatif rendah, pelepah tidak perlu ditempatkan di lubang, tetapi dapat dipasang di lantai pabrik pengecor.
Saluran siphon pengisian dan tuang juga mudah dibersihkan secara mekanik. Partikel oksida yang ditangguhkan yang dihasilkan dalam saluran siphon, terutama ketika logam leleh ditangani dengan magnesium, menyisihkan pada lapisan refraktori. Bagian atas saluran siphon pengisian dan tuang flens untuk pembersihan yang mudah.
Pelepah tuang indusi menghilangkan inklusi scoria, memastikan laju tuang yang diperlukan, mengukur berat logam leleh dengan tepat dan menjaga suhu mencair konstan selama tuang. Logam leleh harus dicar pada laju yang sesuai dengan kapasitas serapan cetakan.
Di antara kemajuan terbaru pabrik pengecor adalah pemantauan elektronik proses tuang, yang dapat dikontrol open-loop menggunakan prinsip teach-in atau dikontrol closed-loop dengan mengatur tingkat gerbang cetakan.
Produktivitas dapat meningkat secara signifikan dengan menggunakan cetakan perantara, yang dioperasikan baik sebagai sistem miring atau dengan kontrol penahan ketika permintaan khusus dibuat pada proses tuang.
Sistem tuang otomatis modern memungkinkan operasi pabrik pengecor berkelanjutan dengan menahan logam leleh siap untuk tuang setiap saat dan memastikan bahwa, ia dicar ke dalam cetakan tepat sesuai kebutuhan.
Persiapan Gerbang
Sebuah pengecoran pasir dihasilkan dengan mencar logam leleh ke dalam cetakan melalui lubang yang disebut “gerbang”. Praktis konvensional adalah untuk menempatkan gerbang baik di garis parting atau di bagian terendah dari pengecoran.
Sistem gerbang (yang terdiri dari wadah tuang, sprue, saluran, gerbang dll.) mencapai tujuan berikut:
(i) Untuk mengarahkan logam leleh ke dalam cetakan dengan turbulensi minimum. Turbulensi berlebihan menyebabkan aspitasi udara dan pembentukan dross.
(ii) Untuk mengisi sistem cetakan sepenuhnya. (Ini harus melakukannya dengan gangguan terkecil, sehingga mempromosikan kebersihan dan mengurangi oksidasi).
(iii) Untuk mendistribusikan logam dengan gangguan terkecil untuk mengurangi erosi bahan cetakan dan akibatnya inklusi pasir.
(iv) Untuk menyaring atau memisahkan dross atau benda asing lainnya yaitu, saat logam mengalir melalui sistem gerbang, pasir longgar, oksida dan scoria harus dicegah dari masuk ke rongga cetakan dengan menyediakan aksi penyaringan. (Diinginkan agar apendiks yang menghambat aliran logam tidak digunakan. Juga core tipis atau dinding pembagi yang mungkin pecah ketika tunduk pada logam panas harus dihindari dalam desain).
Bagian yang lebih berat harus diumpani dengan logam panas yang cukup melalui kepala dan riser untuk mengkompensasi toleransi penyerut.
Persyaratan Sistem Gerbang Ideal
Seperti yang telah disebutkan sistem gerbang mencakup wadah tuang, sprue, saluran, riser dan gerbang. Sistem gerbang harus mempromosikan gradien suhu yang menguntungkan untuk pengkristalan arah. Kecepatan masuk logam harus sekecil mungkin dan bebas turbulensi untuk menghindari erosi permukaan cetakan dan core. Sistem gerbang harus dipadatkan setengah keras atau lebih keras daripada rongga cetakan.
Berbagai bagian sistem gerbang harus dibulatkan, halus dan aerodinamis untuk mencegah turbulensi dan erosi. Ini harus menghindari pembentukan oksida dan dross lainnya dan dijaga bebas dari pasir longgar dan mencegah lewatnya ke pengecoran. Saluran harus diperpanjang beberapa jarak di luar gerbang terakhir untuk menangkap dross dari aliran logam pertama. Dross dan scoria yang ada dalam cetakan tidak boleh dibawa ke rongga cetakan.
Sistem gerbang harus menghindari penangkapan atau penyerapan udara/gas ke dalam logam saat melewatinya. Logam dengan superheat berlebihan mungkin meningkatkan kandungan gas logam dan dapat menghasilkan lebih banyak dross dan mempengaruhi pengkristalan arah secara buruk. Gerbang harus mengarahkan logam ke bagian yang lebih berat dari pengecoran, di bawah atau melalui riser. Akhirnya gerbang harus praktis dan ekonomis untuk dibuat.
Sistem Tuang
Poin-poin penting yang dipertimbangkan dalam desain sistem tuang pengecoran adalah:
(i) Aliran cair tidak boleh merusak (mengikis) dinding cetakan.
(ii) Cair tidak boleh membawa pasir atau kotoran ke dalam pengecoran.
(iii) Aspitasi gas ke dalam aliran logam leleh harus dihindari.
(iv) Tuangan logam dengan kehilangan suhu minimum dan mendirikan gradien suhu pada permukaan cetakan dan dalam logam untuk membantu pengkristalan arah menuju riser.
Semua ini dapat dicapai dengan desain sistem gerbang yang sesuai dan sistem tuang yang tepat.
Agar tidak ada udara yang diserap oleh logam cair pada turunannya di gerbang, bentuk gerbang harus sedemikian rupa sehingga tekanan cair di setiap titik dalam saluran gerbang tidak di bawah tekanan atmosfer. Ini mungkin, ketika sisi gerbang bawah dibuat hiperboloid dalam penampang.
Karena bentuk hiperbola sulit dibuat, bagian menyempit dengan diameter lebih besar di atas dan lebih kecil di bawah dapat melayani tujuan ini. Dalam praktik aktual, wadah tuang disediakan di atas dan logam diumpani melalui sprue vertikal menyempit dan gerbang horizontal pendek seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 3.43. Pengaturan ini meminimalkan oksidasi dan mengurangi kerusakan pada rongga cetakan karena gaya logam masuk dikurangi.
Penampang sprue mungkin bulat, persegi atau persegi panjang. Ukuran sprue biasanya bervariasi dari 10 mm persegi untuk pengecoran kecil (di bawah 12 kg) hingga sekitar 20 mm persegi untuk pengecoran berat. Ukuran sprue harus cukup besar sehingga terisi penuh selama seluruh operasi tuangan, dan logam tidak memasuki rongga cetakan dengan kecepatan tinggi, yang menyebabkan percikan dan turbulensi.
Jika sprue lurus dengan sudut tajam, aspitasi parah yang menghasilkan turbulensi dalam logam terjadi. Aspitasi adalah tidak ada dengan tidak ada turbulensi, jika sprue menyempit, sudut dibulatkan, kolam sprue disediakan dan wadah tuang tipe dam dibuat.
Wadah tuang juga mengurangi efek erosi dari aliran logam cair yang datang langsung dari pelepah dan membantu mempertahankan tinggi tuang konstan. Penapis keramik dapat ditempatkan di atas sprue untuk menghapus dross.
Core pencesutan keramik dapat ditempatkan di bawah sprue untuk mengurangi gaya erosi dari aliran logam cair. Jebakan skim bob yang ditempatkan di gerbang horizontal dapat disediakan untuk mencegah kotoran lebih berat dan lebih ringan masuk ke dalam cetakan.
Desain Gerbang
Gerbang didefinisikan sebagai pembuka dari saluran (saluran umum untuk menyuplai logam ke sejumlah rongga) ke cetakan. Ukuran dan lokasi gerbang harus sedemikian rupa untuk memastikan pengisian cetakan yang cepat, distribusi logam dalam rongga cetakan pada laju yang tepat, tanpa kehilangan suhu berlebihan, turbulensi, erosi cetakan minimum, tanpa menangkap gas dan scoria, tidak ada pengembangan retakan saat pendingin, dan penghapusan gerbang yang mudah tanpa merusak pengecoran.
Untuk mencegah pasir longgar dan dross masuk ke rongga cetakan dan untuk memungkinkan logam jatuh dalam aliran kecil, wadah tuang berukuran besar disediakan di atas sprue- cum-riser atau penapis core dapat dipasang di wadah tuang.
Jika logam dicar sangat lambat dalam rongga cetakan, maka pengkristalan mungkin dimulai saat belum sepenuhnya terisi. Jika dicar sangat cepat, kecepatan tinggi akan mengikis permukaan cetakan. Jadi, kecepatan tuang optimal sangat penting.
Gerbang, tergantung pada posisinya mungkin jenis atas, parting dan dasar. Dalam kasus gerbang atas, logam leleh dicar ke bawah kepala atau riser. Jadi, erosi cetakan oleh logam yang jatuh harus dipastikan dengan membuat cetakan keras. Dalam kasus ini logam panas tetap di atas dan sehingga gradien suhu yang tepat didirikan untuk pengkristalan arah menuju riser. Gerbang atas dapat dibuat untuk berfungsi sebagai riser.
Gerbang atas biasanya terbatas pada cetakan kecil dan sederhana atau pengecoran besar yang dibuat dalam cetakan dengan bahan tahan erosi. Tuang atas tidak disarankan untuk logam ringan dan mudah teroksidasi seperti aluminium dan magnesium karena khawatir terjebaknya akibat tuang turbulen.
Dalam sistem gerbang garis parting, logam memasuki rongga cetakan pada tingkat yang sama dengan persimpangan cetakan atau garis parting. Sprue dihubungkan ke pengecoran melalui gerbang dalam arah horizontal. Dengan demikian mungkin untuk menyediakan skim bob atau gerbang skim untuk menangkap scoria atau pasir dalam logam. Penyangga yang berfungsi sebagai pembatas mengontrol laju aliran.
Dalam sistem gerbang dasar, logam leleh mengalir ke dasar rongga cetakan di drag dan memasuki bagian bawah pengecoran dan naik perlahan dalam cetakan dan di sekitar core. Gerbang dasar paling cocok untuk pengecoran baja berukuran besar. Turbulensi dan erosi cetakan paling sedikit dalam kasus ini. Namun, waktu yang dibutuhkan untuk mengisi cetakan lebih lama.
Pengkristalan arah sulit dicapai dalam gerbang dasar karena logam terus kehilangan panasnya ke dalam rongga cetakan dan ketika mencapai riser, logam menjadi jauh lebih dingin.
Aspitasi Effect
Dalam desain cetakan yang cacat, kecepatan logam mungkin tinggi dan sehingga tekanan mungkin jatuh di bawah atmosfer dan gas yang berasal dari pembakaran senyawa organik dapat mengubah aliran logam leleh, menghasilkan pengecoran berpori.
Dua kasus mungkin dalam cetakan di mana tekanan negatif mungkin dialami. Salah satu adalah dalam desain sprue dan yang lain, di mana perubahan tiba-tiba dalam arah aliran terjadi. Merujuk pada Gambar 3.47, akan terlihat bahwa tekanan pada titik 1 dan 3 adalah atmosfer.
Menurut teorema Bernoulli, tekanan akan negatif di 2, jika sprue seperti yang ditunjukkan oleh garis titik. Untuk mengatasi masalah ini sprue harus dibuat menyempit, sebisa mungkin dengan lengkungan seperti yang ditunjukkan oleh garis padat antara 1 dan 2.
Kondisi lain ditunjukkan dalam Gambar 3.48, di mana karena perubahan arah aliran logam, efek vena contracta dialami. Untuk menghindari tekanan negatif di daerah ini bentuk cetakan harus sesuai profil vena contracta.
Gating Ratio
Rasio gerbang didefinisikan sebagai rasio luas sprue terhadap total luas saluran terhadap total luas gerbang. Rasio gerbang 4 : 3 : 2 menghasilkan sistem tertekan. Dalam sistem ini, proporsi luas penampang sprue, saluran dan gerbang diatur sedemikian rupa sehingga tekanan balik dipertahankan pada sistem gerbang oleh batasan film fluida di gerbang. Sistem ini diadopsi untuk logam seperti baja, besi, kuningan dll.
Sistem tertekan dipenuhi penuh dengan logam. Tekanan balik akibat pembatasan di gerbang cenderung meminimalkan bahaya logam menarik diri dari dinding cetakan dengan akibat aspitasi udara. Sistem tertekan secara umum lebih kecil dalam volume untuk laju aliran logam yang diberikan daripada sistem tidak tertekan.
Jadi, kurang logam yang tersisa dalam sistem gerbang dan hasil pengecoran lebih tinggi. Namun, turbulensi parah mungkin terjadi pada persimpangan dan sudut kecuali streamlining yang cermat digunakan. Kecepatan tinggi dan turbulensi menghasilkan penangkap, pembentukan dross dan erosi cetakan.
Dalam kasus sistem tidak tertekan pembatasan primer untuk fluida berada di atau sangat dekat dengan sprue. Rasio gerbang seperti 1: 3 : 3, 1: 2 : 2 akan menghasilkan sistem tidak tertekan. Sistem semacam ini diadopsi untuk logam ringan dan mudah teroksidasi seperti aluminium dan magnesium, di mana turbulensi harus diminimalkan dengan memperlambat laju aliran logam.
Dalam kasus sistem tidak tertekan desain yang cermat diperlukan untuk memastikan mereka, dipertahankan penuh selama tuang. Saluran drag dan gerbang cope membantu dalam mempertahankan saluran penuh, tetapi streamlining yang cermat penting untuk menghilangkan efek pemisahan dan akibat aspitasi udara.
Pengkristalan Arah
Seperti logam leleh dalam cetakan pendingin, ia mengkristal dan menyusut volume. Karena, semua bagian pengecoran tidak pendingin pada laju yang sama karena bagian yang bervariasi, laju kehilangan panas yang berbeda ke dinding cetakan yang berdekatan dll., rongga dan rongga kosong cenderung terbentuk di beberapa wilayah pengecoran.
Dalam desain pengecoran yang baik, rongga ini diisi dengan logam cair dari bagian pengecoran yang masih cair. Jadi, pengkristalan harus berlanjut secara progresif dari bagian paling tipis yang mengkristal pertama menuju riser, yang harus yang terakhir mengkristal. Proses ini dikenal sebagai 'Pengkristalan Arah', yang diinginkan untuk menghasilkan pengecoran yang bagus.
Pengkristalan arah dapat dijamin dengan merancang dan menempatkan sistem gerbang dan riser dengan benar, meningkatkan ketebalan bagian-bagian tertentu pengecoran dengan penggunaan padding, menggunakan bahan eksotermik dalam riser atau dalam pasir facing di sekitar bagian tertentu pengecoran, menggunakan pendingin dalam cetakan.
Kotoran dapat dicegah dari masuk ke pengecoran dengan mengamati hal-hal berikut:
(i) Penyediaan wadah tuang dengan ukuran yang memadai membantu dalam memecah gaya erosi dari aliran logam leleh, saat dicar dari cetakan. Desain wadah tuang yang tepat mengatur laju masuk logam, memungkinkan logam mengalir ke dalam sprue dengan lancar dan mencegah turbulensi.
(ii) Penyediaan penapis keramik di sprue bawah membantu mencegah dross dari cetakan masuk ke pengecoran.
(iii) Dampak maksimum dirasakan di dasar sprue vertikal dari mana, pasir cenderung diikis dan masuk ke dalam cetakan. Ini dapat dicegah dengan menyediakan core pencesutan keramik di dasar sprue vertikal.
(iv) Sudut tajam dalam jalur aliran logam harus di-streamline untuk menghindari turbulensi dan rongga mati (Lihat Gambar 3.46).
(v) Penyediaan skim bob membantu menangkap kotoran lebih berat dan lebih ringan yang mengalir menuju pengecoran.
Ketebalan Bagian
Ketebalan bagian minimum yang dapat dicar untuk berbagai logam terbatas karena perbedaan suhu pengkristalan dan fluency. Ketebalan bagian minimum yang akan memberikan kekuatan atau beban yang diperlukan, tanpa memerlukan suhu berlebihan untuk memastikan aliran harus digunakan.
Nilai normal ketebalan minimum untuk pengecoran dengan desain sederhana adalah 3 mm untuk besi tuang, 2,25 mm untuk besi lentur, 6 mm untuk baja, 2,25 mm untuk kuningan dan perunggu, dan 3 mm untuk aluminium. Jika panjang aliran lebih, maka ketebalan yang lebih besar dari nilai yang diberikan di atas harus disediakan. Nilai minimum ketebalan untuk mendapatkan pengecoran yang bagus akan tinggi, jika ada kerumitan dalam rongga cetakan.
Harus ada seragamnya yang mungkin dari bagian logam antara boss dan lug dan badan pengecoran untuk memungkinkan umpan yang memadai untuk boss atau lug.
Risering
Riser adalah lubang yang dipotong atau dicetak di cope untuk memungkinkan logam leleh naik di atas titik tertinggi dalam pengecoran. Ini memberikan pemeriksaan visual untuk memastikan pengisian rongga cetakan.
Ini berfungsi sebagai feeder untuk mengumpani logam leleh ke dalam rongga pengecoran utama untuk mengkompensasi penyerut. Desain riser harus sedemikian rupa sehingga mendirikan gradien suhu dalam pengecoran sehingga pengecoran mengkristal secara arah menuju riser. Ini juga membantu dalam pelepasan mudah uap, gas dan udara dari rongga cetakan saat mengisi cetakan dengan logam leleh.
Untuk keutuhan yang lebih besar, dalam kasus pengecoran dengan bagian tipis beberapa riser dapat digunakan. Untuk efektivitas, riser harus menjadi bagian terakhir pengecoran untuk mengkristal.
Persiapan Riser
Setelah cetakan terisi, logam memasuki riser. Riser bertindak sebagai reseron dan pengatur gradien panas, dan menyediakan logam cair yang diperlukan untuk mengkompensasi penyerutan logam cair dan pengkristalan. Riser biasanya terletak di bagian teratas bagian yang diumpani.
Bergantung pada logam yang dicar, volume mereka dipertahankan antara 25 dan 55% dari pengecoran. Penting untuk dicatat bahwa riser ditempatkan dengan tepat sehingga tidak ada kebutuhan untuk penghapusan logam berlebihan untuk menghasilkan kontur yang selesai. Riser dihubungkan ke pengecoran oleh leher logam yang disebut gerbang yang memungkinkan riser untuk dihilangkan dengan mudah dari pengecoran setelah pengkristalan.
Desain Riser
Jika tidak ada riser yang disediakan selama pengecoran, pengkristalan akan dimulai dari dinding dan logam cair di tengah akan dikelilingi oleh cangkang yang telah terkristal dan logam carian yang menyusut akan menghasilkan rongga menuju pusat pengecoran. Pendinginan lebih lanjut dari padat di tengah menimbulkan stres yang tidak diinginkan dalam pengecoran.
Penyediaan riser mengatasi masalah ini karena ini menyuplai logam leleh untuk pengecoran yang mengkristal. Untuk tujuan ini, riser harus cukup besar untuk tetap cair setelah pengecoran telah mengkristal dan harus mengandung cukup logam untuk menyediakan untuk kerugian kontraksi. Selanjutnya ini harus diposisikan sedemikian rupa sehingga terus menyuplai logam selama periode pengkristalan.
Desain dan Penempatan Riser
Bentuk paling efisien dari riser dengan ukuran tertentu adalah yang menghasilkan kehilangan panas minimum, sehingga tetap panas dan menjaga logam dalam keadaan cair selama mungkin. Dengan kata lain, riser harus dirancang dengan volume sekecil mungkin sambil mempertahankan laju pendinginan yang lebih lambat daripada pengecoran.
Bentuk terbaik untuk sebagian besar pengecoran untuk mencapai tujuan di atas adalah silinder. Tinggi riser harus cukup tinggi sehingga pipa yang terbentuk di dalamnya mungkin tidak menembus pengecoran. Rasio tinggi terhadap diameter biasanya bervariasi dari 1: 1 hingga 3 : 2.
Diameter riser optimal untuk pengecoran tertentu dapat diperoleh dengan mengikuti aturan berikut:
(a) Aturan Chvorinov: Ini menyatakan bahwa waktu beku –
(b) Metode Caine: Metode ini didasarkan pada waktu beku relatif dari pengecoran dan riser. Ini mendefinisikan waktu beku relatif dari pengecoran dan riser.
Ini mendefinisikan waktu beku relatif untuk pengkristalan lengkap sebagai rasio luas permukaan pengecoran ÷ volume pengecoran : luas permukaan riser ÷ volume riser.
Menurut Caine, (1) jika pengecoran mengkristal secara tak hingga cepat, volume feeder (riser) harus sama dengan penyerutan pengkristalan pengecoran, dan (2) jika feeder dan pengecoran mengkristal dengan laju yang sama, feeder harus sangat besar.
Gambar 3.49, menunjukkan hubungan hiperbolik ini antara waktu beku relatif dan volume relatif.
Selanjutnya, untuk pengecoran dengan rasio A/V rendah, seperti pada kubus dan bola, satu riser pusat mungkin mampu mengumpangi seluruh pengecoran. Namun, ketika rasio A/V tinggi, seperti pada batang dan plat, lebih dari satu riser diperlukan. Penempatan riser yang tepat sangat penting dalam kasus tersebut.
Untuk plat baja dengan ketebalan 100 mm, satu riser pusat cukup jika jarak umpan maksimum kurang dari 4,5 t dari tepi riser [Lihat Gambar 3.51 (a)]. Jika lebih banyak riser diperlukan, jarak antara dua tepi terdekat riser harus kurang dari 4 t [Lihat Gambar 3.51 (b)].
Untuk batang dengan penampang persegi dengan sisi 50—200 mm (s), riser pusat baik jika jarak umpan maksimum 30√s dari tepi dan jarak antara dua riser (tepi terdekat) harus kurang dari 1.2 s.
Jarak umpan riser dapat ditingkatkan dengan menggunakan pendingin, yang menyediakan gradien termal yang tajam dan mengurangi resistensi umpan. Dalam kasus satu riser, pendingin harus ditempatkan di ujung dan untuk lebih dari satu riser, ia harus ditempatkan di tengah-tengah antara dua riser.
Penempatan riser yang tepat sama pentingnya karena harus dapat mengumpani pengecoran yang mengkristal secara efektif. Jika pengecoran berbentuk kubus atau bola, (yaitu bentuk padat yang memiliki nilai Ac/Vc rendah) maka satu riser cukup untuk mengumpani pengecoran saat pengkristalan. Namun ketika nilai Ac/Ac tinggi (seperti pada pengecoran berbentuk batang dan plat), lebih dari satu riser mungkin diperlukan.
Jika hanya satu riser yang digunakan dalam kasus semacam ini maka keadaan lembek tepat sebelum pengkristalan mungkin membatasi aliran logam dari satu riser dan menyebabkan penyerut garis tengah. Sebagai aturan jempol, dapat dikatakan bahwa satu riser cukup, jika panjang umpan kurang dari 4,5 kali ketebalan plat untuk plat baja tebal 12-100 mm.
Dalam kasus batang persegi dengan ukuran (sisi) 50—200 mm, riser pusat dapat digunakan untuk jarak kurang dari 6 kali ukuran batang. Jarak umpan yang lebih panjang dari di atas dapat dicapai dengan penggunaan pendingin, yang meningkatkan laju pendinginan dan mengurangi resistensi umpan garis tengah. Dalam kasus paduan yang memiliki resistensi umpan garis tengah lebih tinggi daripada baja, pendingin harus digunakan untuk memastikan keutuhan bagian-bagian pengecoran yang memerlukan kekuatan terbesar.
Bahan eksotermik terkadang digunakan dalam riser untuk menghasilkan pengkristalan arah dengan menciptakan panas. Mereka terdiri dari oksida logam seperti besi, kromium, nikel atau tembaga dan logam aluminium dalam bentuk bubuk.
Senyawa ini dapat ditambahkan ke permukaan logam leleh dalam riser tepat setelah tuang, atau ini dapat ditambahkan ke pasir dinding riser. Reaksi kimia terjadi karena kontak dengan logam leleh menghasilkan sejumlah besar panas. Dengan demikian, logam dalam riser menjadi superpan tetap cair untuk waktu yang lebih lama.
Penyediaan pad pengisolasi dan selang di sekitar riser membantu menghemat panas. Penyediaan pendingin yang sesuai di lokasi yang diinginkan juga membantu mempromosikan pengkristalan arah.
Pengaruh Pengkristalan
Desain bagian pengecoran harus sedemikian rupa sehingga memungkinkan riser untuk memenuhi kebutuhan menyuplai logam panas dan mengontrol pengkristalan arah. Misalnya, dalam Gambar 3.52, logam leleh akan mengkristal ke dalam dari antarmuka logam cetakan oleh pengkristalan progresif.
Dengan kondisi diferensial suhu yang tepat, interseksi pembeku progresif akan bergerak ke atas ke lokasi titik terpanas, yang harus berada dalam riser. Ini disebut “pengkristalan arah”.
Jika tinggi bagian apa pun terlalu besar dibandingkan dengan penampangnya, maka laju pengkristalan progresif akan melebihi pengkristalan arah, dan menghasilkan porositas garis tengah halus atau bahkan rongga yang lebih besar atau serangkaian rongga besar. Untuk menghindari kondisi semacam ini, penting bahwa penampang menyempit ke bawah, lebih besar di atas dan lebih kecil di bawah.
Proporsi Bagian
Jika bagian dapat diumpani dengan memadai, keterbatasan proporsi bagian tidak se-kritis itu desain persimpangan. Stres kontraksi karena gradien suhu yang sangat berbeda perlu diatasi. Biasanya mungkin untuk menghasilkan pengecoran tanpa mengandalkan pendingin di mana ketebalan bagian tidak kurang dari 80% atau lebih dari 120% dari bagian yang berdekatan, perihal variasi bagian yang jauh dari riser.
Persimpangan dan Penyerut
Rongga penyerut yang disebabkan oleh pengkristalan arah yang tidak tepat paling sering mungkin terjadi pada bagian L, T, Y, X dan di mana bagian besar digabungkan dengan bagian kecil secara tiba-tiba. Apa yang terjadi di bagian ini adalah, karena ada massa yang lebih besar di titik persimpangan dibandingkan kaki, area titik persimpangan menjadi titik panas dengan pembeku arah bergerak menuju titik panas, yang pada gilirannya mengumpani kaki dan mengembangkan rongga penyerut.
Titik panas dapat dihilangkan dengan baik dengan membuat bagian lebih seragam atau menggunakan pendingin di dekat penampang massa yang lebih besar (Lihat Gambar 3.53). Meskipun setiap upaya harus dilakukan untuk mencegah isolasi bagian berat yang dapat menjadi ‘titik panas’, terkadang menjadi sulit.
Dalam hal ini, ada tanggung jawab pada pengrajin cetakan untuk mengontrol pembeku dengan cara:
(i) Manipulasi khusus posisi riser dalam cetakan,
(ii) Mengontrol kecepatan tuang,
(iii) Memanfaatkan logam panas dalam riser,
(iv) Menggunakan bahan cetakan dengan karakteristik termal yang berbeda.
Fillet
Fillet yang memadai di semua persimpangan secara material meningkatkan kekuatan dan keutuhan pengecoran. Ukuran fillet tergantung pada logam yang digunakan, bentuk dan ketebalan bagian dinding dan ukuran pengecoran. Radius fillet tidak boleh lebih besar dari ketebalan bagian.
Menghindari Hot Tears
Dalam pengecoran, hot tears timbul dari gradien suhu, yang mendirikan laju kontraksi yang berbeda selama pengkristalan dan dengan demikian, menimbulkan stres karena resistensi pasir dengan magnitudo yang cukup untuk menyebabkan retakan. Ini dapat diminimalkan dengan mengadopsi desain yang baik, yaitu menghindari perubahan tiba-tiba dalam bagian, sudut tajam dan jaring yang tidak seragam yang terhubung ke flange.
Menghindari Gas dalam Pengecoran
Gas dalam pengecoran mungkin muncul sebagai lubang gas, (lubang besar, sedikit jumlah yang terdistribusi di beberapa tempat dalam pengecoran), lubang pin (lubang kecil, banyak jumlah di dekat atas pengecoran), lubang pin (lubang kecil yang terdistribusi di seluruh pengecoran). Desain riser yang tepat dan ventilasi yang memadai dari cetakan permeabel penting untuk menghindari cacat ini.
Sumber lain gas adalah dari gas terlarut dalam logam cair pada suhu tinggi, yang pada pendingin dilepaskan. Pelelangan vakum dan degassing vakum (menempatkan logam cair dalam kamber tekanan rendah untuk menghilangkan gas terlarut) dapat digunakan untuk mengurangi gas dalam mencair.
Karakteristik Pengecoran Pasir
1. Karena pengkristalan logam berada dalam kondisi non-seimbang, pengecoran rentan terhadap retakan pendingin jika perawatan dalam desain tidak diambil. Masalah penyerut dapat diatasi dengan mempromosikan pengkristalan arah dengan penggunaan menyempit, logam pendingin di dinding cetakan, dan penurunan titik panas pada persimpangan bagian seragam.
2. Logam yang telah mengkristal memiliki finishing yang buruk. Permukaan dipengaruhi oleh finishing pola, struktur pasir, dressing cetakan, ventilasi cetakan dan akses ke cetakan untuk membersihkan pasir longgar sebelum cetakan ditutup.
3. Pengecoran pasir cukup berpori dan, oleh karena itu, tidak dapat digunakan untuk wadah tekan (umumnya digunakan hingga 10 kg/cm²).
4. Struktur yang dihasilkan oleh pengecoran pasir longgar dan oleh karena itu tidak lebih kuat dari produk dinding.
5. Karena butir tidak rapat, pengecoran memiliki densitas lebih rendah dan kekuatan buruk.
6. Pengecoran yang dihasilkan oleh proses pembuatan cetakan memiliki kekerasan yang baik. Stes internal dapat dihilangkan dengan menghindari sudut tajam dan pembatas fisik.
7. Pengecoran pasir memiliki ductility yang buruk.
8. Metode pembuatan cetakan cocok untuk pengecoran sedang dan terutama besar dan tidak cocok untuk bagian yang lebih tipis.
9. Kesesuaian pengecoran pasir terletak pada titik leleh tinggi dari logam leleh.
10. Pengecoran pasir lebih murah karena biaya cetakan pasir lebih rendah.
11. Keutuhan internal pengecoran dapat dijamin dengan meminimalkan evolusi gas selama pengkristalan dan menghindari turbulensi saat tuang. Pembatas fisik harus dicegah karena mengakibatkan hot tearing.
