Memahami Pasir Cetak: Jenis, Sifat, dan Perannya dalam Sand Casting

Apa itu Pasir Cetak?

Pasir cetak, juga dikenal sebagai pasir foundry, adalah pasir yang ketika lembab dan ditekan atau dioles atau dipanaskan cenderung mengempa dengan baik dan mempertahankan bentuknya. Ini digunakan dalam proses sand casting untuk menyiapkan ruang cetak.

Bahan baku utama yang digunakan dalam cetakan adalah pasir cetak karena memberikan beberapa karakteristik utama yang mungkin tidak didapatkan dari bahan lain. Pasir cetak didefinisikan sebagai partikel granular yang dihasilkan dari hancuran batuan, akibat tindakan alam, seperti vor, angin, hujan, panas, dan arus air. Batuan memiliki komposisi yang kompleks dan pasir mengandung sebagian besar elemen batuan.

Karena alasan ini, pasir cetak sangat berbeda di berbagai bagian dunia. Dalam alam, ditemukan di dasar dan tepian sungai dan danau. Pasir cetak diklasifikasikan ke dalam kategori berbeda sesuai dengan sifat asalnya.

Konstituen utama pasir cetak adalah sebagai berikut:

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

Pasir Alam/Pasir Hijau

Ini juga disebut pasir hijau dan dikumpulkan dari sumber alam. Ini hanya mengandung air sebagai pengikatnya. Ini memiliki keuntungan mempertahankan kadar kelembaban untuk waktu yang lama, memiliki rentang kerja kadar kelembaban yang luas, memungkinkan pematchelan dan finishing cetakan yang mudah.

Greensand adalah agregat pasir, bentonite lempung, arang bubuk, dan air. Penggunaan utamanya adalah dalam pembuatan cetakan untuk pengecoran logam. Bagian terbesar dari agregat selalu pasir, yang seringkali adalah campuran seragam dari bentuk silika.

Ada banyak resep untuk proporsi lempung, tetapi semuanya mencapai keseimbangan yang berbeda antara moldability, finishing permukaan, dan kemampuan logam cair panas untuk degas. Arang yang biasanya disebut sea coal, yang hadir pada rasio kurang dari 5%, sebagian terbakar di permukaan logam cair yang mengarah pada off-gassing uap organik.

Sand casting adalah salah satu bentuk pengecoran paling awal yang dilakukan karena kesederhanaan bahan yang terlibat. Ini masih tetap menjadi salah satu cara termurah untuk melebur logam karena kesederhanaan yang sama. Metode pengecoran lain, seperti yang menggunakan coquille, memiliki kualitas finishing permukaan yang lebih tinggi tetapi memiliki biaya yang lebih tinggi.

Greensand (seperti pasir pengecoran lainnya) biasanya ditempatkan dalam yang disebut pekerja foundry sebagai “flask”, yang tidak lain adalah kotak tanpa dasar atau tutup. Kotak dibagi menjadi dua bagian yang tumpuk bersama saat digunakan. Bagian-bagian ini disebut cope dan drag flask masing-masing.

Tidak semua Greensand berwarna hijau. Tetapi dianggap “hijau” dalam arti bahwa digunakan dalam keadaan basah (mirip dengan kayu hijau). Menurut situs web Cast Metals Federation, metode pengecoran alternatif adalah memanaskan dan mengeringkan pasir yang telah dicetak sebelum menuangkan logam cair. Proses sand casting kering ini menghasilkan cetakan yang lebih kaku yang lebih cocok untuk pengecoran yang lebih berat.

Pasir Sintetis

Ini adalah pasir buatan yang dihasilkan dengan mencampur pasir relatif bebas lempung, pengikat (air dan bentonite), dan bahan lain sesuai kebutuhan. Lebih baik untuk pasir cetak karena sifatnya dapat dengan mudah dikontrol dengan mengubah komposisi campuran.

Komposisi pasir hijau sintetis untuk pengecoran baja adalah sebagai berikut.

Pasir silika baru — 25%, pasir lama — 70%, Bentonite — 1,5%, Dextrine — 0,25%, dan kelembaban — 3 hingga 3,5%.

Komposisi pasir sintetis kering untuk pengecoran baja adalah sebagai berikut.

Pasir silika net — 15%, pasir lama 84%, Bentonite — 0,5%, dan kelembaban — 0,5%.

Selain itu, ada beberapa varietas pasir khusus seperti Zirconite, Olivin dll. Pasir khusus ini lebih mahal daripada silika dan oleh karena itu digunakan hanya di tempat penggunaannya dapat dipertanggungjawabkan.

Jenis Pasir Cetak

Pasir cetak juga dapat diklasifikasikan ke dalam berbagai jenis menurut penggunaannya yaitu backing sand, core sand, dry sand, facing sand, green sand, loam sand, parting sand, system sand.

1. Backing sand atau floor sand

Backing sand atau floor sand digunakan untuk mendukung facing sand dan digunakan untuk mengisi seluruh volume cetakan pasir. Backing sand kadang disebut black sand karena pasir cetak lama, digunakan berulang kali berwarna hitam karena penambahan debu arang dan pembakaran saat bersentuhan dengan logam cair.

2. Core sand

Core sand digunakan untuk membuat cores dan kadang juga dikenal sebagai oil sand. Core sand sangat kaya pasir silika dicampur dengan pengikat minyak seperti core oil yang terdiri dari minyak biji wijen, resin, minyak mineral ringan, dan bahan pengikat lainnya. Pitch atau tepung dan air juga dapat digunakan dalam cores besar demi hemat biaya.

3. Dry sand

Greensand yang telah dikeringkan atau dipanggang dalam oven yang sesuai setelah pembuatan cetakan dan cores disebut dry sand. Ini memiliki kekuatan, kekakuan, dan stabilitas termal yang lebih besar. Dry sand terutama digunakan untuk pengecoran yang lebih besar. Cetakan yang disiapkan dalam pasir ini dikenal sebagai dry sand molds.

4. Facing sand

Facing sand membentuk muka cetakan. Ini berada di samping permukaan pola dan bersentuhan dengan logam cair saat cetakan diisi. Lapisan awal di sekitar pola dan permukaan cetakan diberikan oleh facing sand. Facing sand memiliki kekuatan tahan panas yang tinggi. Facing sand terbuat dari pasir silika dan lempung, tanpa menggunakan pasir yang sudah digunakan.

Berbagai bentuk karbon digunakan dalam facing sand untuk mencegah logam membakar ke dalam pasir. Campuran facing sand untuk green sand baja cast dapat terdiri dari 25% segar dan khusus disiapkan dan 5% sea-coal.

Mereka kadang dicampur dengan 6-15 kali sebanyak pasir cetak halus untuk membuat facings. Lapisan facing sand dalam cetakan biasanya berkisar antara 20-30 mm. Dari 10 hingga 15% dari seluruh jumlah pasir cetak adalah facing sand.

5. Greensand

Greensand juga dikenal sebagai tempered atau natural sand yang merupakan campuran siap pakai pasir silika dengan 18 hingga 30% lempung, dengan kadar kelembaban dari 6 hingga 8%. Lempung dan air menyediakan ikatan untuk green sand. Ini halus, lembut, ringan, dan berpori.

Greensand lembap saat ditekan di tangan dan mempertahankan bentuk dan kesan yang diberikan di bawah tekanan. Cetakan yang disiapkan dengan pasir ini tidak memerlukan backing dan oleh karena itu dikenal sebagai green sand molds.

Greensand mudah tersedia dan memiliki biaya rendah. Greensand umum digunakan untuk produksi pengecoran ferrous dan non-ferrous.

6. Loam sand

Loam sand adalah campuran pasir dan lempung dengan air menjadi pasta plastis tipis. Loam sand memiliki lempung sebanyak 30-50% dan 18% air. Pola tidak digunakan untuk loam molding dan bentuk diberikan pada cetakan oleh sweeps. Loam sand terutama digunakan untuk loam molding yang digunakan untuk pengecoran baja abu-abu besar.

7. Parting sand

Parting sand tanpa pengikat dan kelembaban digunakan untuk menjaga green sand tidak menempel pada pola dan juga untuk memungkinkan pasir ke permukaan parting cope dan drag untuk terpisah tanpa menempel. Parting sand adalah pasir silika bersih bebas lempung yang melayani tujuan yang sama seperti parting dust.

8. System sand

Di foundry terotomatisasi di mana machine molding digunakan. System sand digunakan untuk mengisi seluruh cetakan pasir. Dalam unit pemesanan dan penanganan pasir mekanis, facing sand tidak digunakan. Pasir yang digunakan dibersihkan dan diaktifkan kembali dengan penambahan air dan aditif khusus.

Ini dikenal sebagai system sand. Karena seluruh cetakan terbuat dari pasir sistem ini, sifat seperti kekuatan, permeabilitas, dan tahan panas pasir cetak harus lebih tinggi daripada backing sand.

Sifat Pasir Cetak

Sifat dasar yang diperlukan dalam pasir cetak dan pasir core adalah adhesiveness, cohesiveness, collapsibility, flowability, dry strength, green strength, permeability, refractoriness seperti yang dijelaskan di bawah ini.

1. Adhesiveness

Adhesiveness adalah sifat pasir cetak untuk menempel atau menempel pada bahan asing seperti menempel pasir cetak pada dinding dalam kotak cetakan.

2. Cohesiveness

Cohesiveness adalah sifat pasir cetak yang oleh karena itu partikel pasir berinteraksi dan menarik satu sama lain dalam pasir cetak. Dengan demikian, kemampuan ikatan pasir cetak ditingkatkan untuk meningkatkan properti kekuatan green, dry, dan hot dari molding dan core sand.

3. Collapsibility

Setelah logam cair dalam cetakan mengeras, cetakan pasir harus dapat runtuh sehingga kontraksi logam bebas terjadi dan ini secara alami akan menghindari retakan atau pecahan logam yang menyusut. Dalam tidak adanya properti collapsibility, kontraksi logam terhalang oleh cetakan dan sehingga menghasilkan retakan dan pecahan dalam pengecoran. Properti ini sangat diperlukan dalam cores.

4. Dry strength

Segera setelah logam cair dituangkan ke dalam cetakan, kelembaban di lapisan pasir yang berdekatan dengan logam panas menguap dan lapisan pasir kering ini harus memiliki kekuatan yang cukup untuk mempertahankan bentuknya guna menghindari erosi dinding cetakan selama aliran logam cair. Kekuatan kering juga mencegah pembesaran ruang cetakan yang disebabkan oleh tekanan metalostatis logam cair.

5. Flowability atau plasticity

Flowability atau plasticity adalah kemampuan pasir untuk mengempa dan berperilaku seperti fluida. Ini akan mengalir secara merata ke semua bagian pola saat diukir dan mendistribusikan tekanan pukulan secara merata di sekeliling segala arah.

Secara umum, partikel pasir menahan gerakan di sekitar sudut atau proyeksi. Secara umum, flowability meningkat dengan penurunan kekuatan green dan sebaliknya. Flowability meningkat dengan penurunan ukuran butir pasir. Flowability juga bervariasi dengan kelembaban dan kandungan lempung dalam pasir.

6. Green strength

Pasir hijau setelah air dicampurkan ke dalamnya, harus memiliki kekuatan dan ketahanan yang cukup untuk memungkinkan pembuatan dan penanganan cetakan. Untuk ini, butiran pasir harus adhesif, yaitu, mereka harus mampu menempel pada tubuh lain dan. Oleh karena itu, butiran pasir yang memiliki adhesiveness tinggi akan menempel pada sisi kotak cetakan.

Selain itu, butiran pasir harus memiliki properti yang dikenal sebagai cohesiveness yaitu, kemampuan butiran pasir untuk menempel satu sama lain. Dengan properti ini, pola dapat diambil dari cetakan tanpa merusak cetakan, dan juga erosi permukaan dinding cetakan tidak terjadi selama aliran logam cair.

Kekuatan green juga tergantung pada bentuk dan ukuran butir, jumlah dan jenis lempung serta kadar kelembaban.

7. Permeability

Permeability juga disebut sebagai porositas pasir cetak untuk mengizinkan keluarnya udara, gas, atau kelembaban yang ada atau dihasilkan dalam cetakan saat logam cair dituangkan ke dalamnya. Semua gas yang dihasilkan selama proses penuangan dan pengeringan harus keluar jika tidak pengecoran menjadi cacat.

Permeability adalah fungsi ukuran butir, bentuk butir, dan kandungan kelembaban serta lempung dalam pasir cetak. Tingkat pukulan pasir secara langsung mempengaruhi permeability cetakan. Permeability cetakan dapat ditingkatkan lebih lanjut dengan ventilasi menggunakan tongkat ventilasi.

8. Refractoriness

Refractoriness didefinisikan sebagai kemampuan pasir cetak untuk menahan suhu tinggi tanpa pecah atau meleleh sehingga memudahkan untuk mendapatkan pengecoran yang utuh. Ini adalah karakteristik yang sangat penting dari pasir cetak. Refractoriness hanya dapat ditingkatkan hingga tingkat terbatas.

Pasir cetak dengan refractoriness buruk dapat membakar ke permukaan pengecoran dan tidak ada permukaan pengecoran yang halus yang dapat diperoleh. Tingkat refractoriness tergantung pada kandungan SiO2 yaitu, kuarsa, dan bentuk serta ukuran butir partikel.

Semakin tinggi kandungan SiO2 dan semakin kasar komposisi volumetrik butir, semakin tinggi refractoriness pasir cetak dan pasir core. Refractoriness diukur oleh titik sintering pasir daripada titik lelehnya.

9. Sifat lainnya dari pasir cetak

Selain kebutuhan di atas, pasir cetak tidak boleh menempel pada pengecoran dan tidak boleh bereaksi secara kimiawi dengan logam. Pasir cetak perlu murah secara ekonomis dan mudah tersedia di alam. Ini perlu dapat digunakan kembali untuk alasan ekonomi. Koefisien ekspansi termalnya perlu cukup rendah.