PENGECORAN RHEOCASTING

A. Pendahuluan

Pengecoran logam merupakan salah satu metoda pembentukan benda kerja

atau bahan baku benda kerja yang telah ada sejak lama dilakukan bahkan jauh

sebelum berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi. Pengecoran logam

merupakan proses yang melibatkan pencairan logam, membuat cetakan, menuang,

membongkar dan membersihkan coran.

Dalam mencairkan logam dapat digunakan berbagai macam tanur seperti

kupola, tanur busur listrik dan tanur kurs. Kupola atau tanur induksi frekuensi rendah

dipergunakan untuk besi cor, tanur busur listrik atau tanur induksi busur tinggi

dipergunakan untuk baja cor sedangkan tanur kurs untuk paduan tembaga atau

paduan coran ringan. Pemakaian tanur-tanur ini dikarenakan dapat menghasilkan

logam yang baik dan sangat ekonomis untuk pengecoran logam- logam tersebut.

Cetakan biasanya dibuat dengan jalan memadatkan pasir. Pasir yang digunakan

kadang-kadang pasir alam atau pasir buatan yang mengandung tanah lempung.

Cetakan pasir mudah dibuat dan tidak mahal asal pakai pasir yang cocok. Kadang-

kadang dicampur pengikat khusus, umpamanya semen, resin furan, resin fenol, atau

minyak pengering karena penggunaan zat-zat tersebut dapat memperkuat cetakan atau

mempermudah pembuatan cetakan. Selain dari cetakan pasir, dapat juga digunakan

cetakan logam.

B. Pengecoran Semi Solid

Pembentukan produk dari bahan setengah padat (semi solid) dapat

diklasifikasikan menjadi 2 bagian, yaitu thixoforming dan rheocasting. Thixoforming

menggunakan bahan setengah padat pada temperatur antara temperatur liquidus dan

solidus, kemudian dimasukkan kedalam untuk dibentuk. Thixoforming dapat

mempergunakan mesin tempa (thixoforging), mesin pengecoran (thixocasting), dan

mesin ekstrusi (thixoextrusion). Sedangkan rheocasting, bahan cair didinginkan

hingga keadaan setengah padat, kemudian dimasukan kedalam cetakan untuk

dibentuk. Sedangkan Logam setengah padat (semi solid) adalah bahan yang

mempunyai sifat thixotropik, yaitu mempunyai aliran laminer ketika dituang ke dalam

cetakan dan berviskositas rendah.

Bahan setengah padat ini merupakan salah satu bahan baku bermutu tinggi

untuk penyiapan pembuatan komponen mesin. Sampai saat ini, kualitas dari hasil

coran tersebut belum seluruhnya baik karena hasil coran masih tetap mengandung

banyak porositas dan strukturnya disusun oleh struktur dendritik dan akibatnya sifat

mekanik produk belum seluruhnya memadai. Berbagai usaha telah dilakukan

termasuk penggunaan teknologi untuk menurunkan porositas dan mengubah struktur

yang terbentuk dalam proses pengecoran. Salah satunya adalah dengan mengubah

bahan baku menjadi bahan setengah padat (semi solid).

Dalam memproduksi semi solid logam cair yang mengalami gaya geser akan

berbeda antara produk satu dengan produk yang lainnya. Yang membedakan dari

produk-produk tersebut adalah ukuran butir, penyebaran butir, dan kesempurnaan

bentuk globular. Faktor-faktor yang menyebabkan dan mempengaruhi perbedaan

produk- produk tersebut adalah kecepatan pengadukan, diameter pengaduk,

temperatur pengaduk dan temperatur anatara mulai dan berakhirnya pengadukan.

Sifat mekanik paduan Al-Si setengah padat bergantung pada jenis paduan Al-Si nya.

Pada umumnya kekuatan dan keuletan paduan setelah di bentuk dapat ditingkatkan

melalui perlakuan panas standar untuk paduan aluminium atau modifikasinya. Setelah

dilakukan proses perlakuan panas, logam setengah padat dapat menjadi bahan

bermutu tinggi karena kekuatan dan keuletannya telah ditingkatkan dengan proses

perlakuan panas tersebut.

C. Pengecoran Rheocasting

Metode rheocasting digunakan untuk menghasilkan semi solid metal. Logam

yang dicairkan pada temperature cair (liquidus) atau diatas temperature cair

(superheat) akan melewati fasa semi solid metal (SSM) sebelum mencapai temperatur

solidus. Jika pada fasa semi solid ini logam cair diberikan gaya geser berupa putaran

maka struktur mikro yang seharusnya berbentuk kolumnar atau dendritik akan

terpotong akibat gaya ini, sehingga struktur kolumnar tidak akan terbentuk dan

menjadi struktur mikro yang berupa potongan-potongan dari struktur kolumnar

tersebut, struktur ini biasa disebut struktur globular.

Rheocasting dalam hal ini memakai metode pengadukan. Batang pengaduk

yang digunakan dalam proses rheocasting selain sebagai pengaduk aluminium cair

dari temperatur liquidus hingga solidus juga membantu mempercepat pendinginan

aluminium cair tersebut. Kemampuan mendinginkan logam cair sangat dipengaruhi

difusivitas termal yang dimiliki material batang pengaduk. Selama pengadukan dalam

aluminium cair, gradien temperatur batang pengaduk dapat diminimalkan bergantung

dari difusivitas termal material.

Distribusi butir primer yang bulat, halus dan merata pada cetakan diperoleh

dengan mengoptimalkan temperatur pemasukan pengaduk, kecepatan putar

pengaduk, laju pendinginan dan diameter pengaduk. Rentang waktu dari akhir

pengadukan hingga quenching berpengaruh terhadap ukuran butir yang besar (kasar),

yang terjadi pada saat temperatur diantara liquidus dan solidus. Pada penelitian ini

menggunakan preheated batang pengaduk untuk mengatur laju pendinginan dan

kedalaman pengadukan berpengaruh terhadap bidang geser saat pengadukan. Setelah

mengalami pengadukan logam semi solid langsung diproses dalam pengecoran

tekanan tinggi (highpressure die casting), komponen yang akan dihasilkan akan

memiliki kualitas yang lebih baik dibandingkan hasil proses pengecoran tekan

konvensional yang bahan bakunya logam cair karena aliran turbulen lebih sedikit

terjadi pada saat logam mengisi cetakan. Dengan demikian komponen yang

dihasilkan akan sedikit mengandung gas dan Perbedaan struktur mikro hasil

pembekuan biasa (tanpa rheocasting) dan struktur mikro hasil rheocasting seperti

pada Gambar dibawah ini.

D. Proses Rheocasting

Proses rheocasting dilakukan dengan cara memberikan geseran pada logam

cair melalui pengadukan secara mekanik (menggunakan batang pengaduk). Batang

pengaduk berbentuk silinder berdiameter 20 mm dengan kecepatan putar 200 rpm.

Pemasukan batang pengaduk ke logam cair dilakukan pada saat temperatur logam

cair mencapai 635oC dan batang pengaduk dikeluarkan pada saat logam semisolid

mencapai temperatur 610oC. Parameter proses yang diteliti adalah temperature

pemanasan mula atau preheat (variasi : 200oC, 300oC, 400 oC dan 500 oC),

kedalaman pengadukan (variasi : 30 mm, 40 mm, 50 mm dan 60 mm), bahan

pengaduk (variasi : tembaga, baja karbon dan grafit) dan selanjutnya dilakukan uji

Gambar a. Struktur mikro dendritik

Gambar b. Struktur mikro globular pada semi solid

coba pengecoran sand casting menggunakan logam semisolid hasil pengadukan.

Sampel hasil proses pengadukan diamati struktur mikronya untuk mengukur harga

faktor bentuk dan ukuran butir fasa α (Al) primer. Harga faktor bentuk merupakan

suatu nilai yang menunjukkan tingkat kebulatan dari suatu butir. Faktor bentuk

memiliki rentang harga 0 sampai dengan 1. Faktor bentuk berharga 1 berarti butir

tersebut berbentuk bulat sempurna, sedangkan bentuk yang sangat tidak beraturan

akan memiliki harga faktor bentuk 0. Selain itu, sampel hasil pengadukan juga diukur

rongga bekas pengadukannya. Pada uji coba pengecoran sand casting diamati sampai

sejauh mana logam semisolid mampu mengalir ke rongga cetakan.

Gambar 2. Proses Rheocasting

Semakin tinggi temperatur preheat batang pengaduk menghasilkan struktur

mikro yang semakin globular dan ukuran butir yang semakin besar. Faktor bentuk

tertinggi 0,7 didapatkan pada variasi temperatur preheat batang pengaduk 500 oC dan

kedalaman pengadukan 50 mm. Pada temperatur preheat 400oC kedalaman

pengadukan relatif tidak berpengaruh terhadap faktor bentuk. Pada kedalaman

pengadukan 30 mm diperoleh faktor bentuk 0,64 sedangkan pada kedalaman

pengadukan 60 mm diperoleh faktor bentuk 0,68. Sedangkan ukuran butir

dipengaruhi oleh kedalaman pengadukan dimana semakin dalam pengadukan

menghasilkan ukuran butir yang semakin kecil.