Kualitas dari pengecoran investasi paduan aluminium pada dasarnya ditentukan oleh integritas lelehan. Untuk mencapai lelehan berintegritas tinggi memerlukan kontrol yang tepat terhadap suhu, komposisi kimia, dan kandungan gas. Tujuan utamanya adalah untuk menghasilkan logam cair yang bersih dan homogen, bebas dari oksida, porositas hidrogen, dan inklusi sebelum memasuki cangkang keramik.
Bagi para insinyur pengecoran dan ahli metalurgi, hal penting yang dapat diambil adalah hal ini persiapan peleburan menyumbang lebih dari 60% cacat pengecoran akhir . Degassing yang tepat, penghalusan butiran, dan manajemen suhu yang ketat 700°C dan 760°C merupakan langkah-langkah yang tidak dapat dinegosiasikan. Mengabaikan parameter ini menyebabkan berkurangnya sifat mekanik, hasil akhir permukaan yang buruk, dan peningkatan tingkat penolakan dalam aplikasi luar angkasa dan otomotif.
Pemilihan Tungku Peleburan dan Kontrol Suhu
Pemilihan tungku peleburan secara signifikan berdampak pada kebersihan paduan aluminium. Tungku induksi lebih disukai untuk pengecoran investasi karena kemampuan pemanasannya yang cepat dan pengadukan elektromagnetik, yang meningkatkan homogenitas. Namun, pengadukan yang berlebihan dapat memasukkan udara sehingga menyebabkan pembentukan oksida.
Suhu Peleburan Optimal
Paduan aluminium biasanya meleleh pada suhu sekitar 660°C, namun suhu penuangan untuk pengecoran investasi harus lebih tinggi untuk memastikan fluiditas ke dalam cetakan keramik yang kompleks. Kisaran penuangan yang ideal adalah 700 °C hingga 760 °C . Melebihi 800°C secara dramatis meningkatkan kelarutan hidrogen dan laju oksidasi. Untuk setiap kenaikan 10°C di atas 760°C, penyerapan hidrogen akan meningkat sebesar 15-20% , menyebabkan masalah porositas yang parah saat pemadatan.
Kompatibilitas Bahan Wadah
Menggunakan cawan lebur silikon karbida (SiC) atau tanah liat grafit adalah standarnya. Bahan-bahan ini harus dilapisi dengan lapisan pelindung untuk mencegah reaksi dengan aluminium cair. Lapisan wadah yang rusak menimbulkan kontaminan besi dan silikon, sehingga mengubah sifat mekanik paduan. Inspeksi rutin dan penggantian cawan lebur setiap 50-100 meleleh dianjurkan untuk menjaga konsistensi.
Teknik Degassing dan Penghapusan Hidrogen
Hidrogen adalah satu-satunya gas dengan kelarutan signifikan dalam aluminium cair. Saat logam mengeras, hidrogen mengendap, membentuk pori-pori yang melemahkan pengecoran. Oleh karena itu, degassing yang efektif merupakan langkah paling penting dalam persiapan lelehan.
Degassing Putar dengan Argon/Nitrogen
Standar industri untuk pengecoran investasi berkualitas tinggi adalah degassing impeller putar. Sebuah rotor grafit berputar pada 300-500 RPM sambil menyuntikkan gas inert (Argon atau Nitrogen) ke dalam lelehan. Hal ini menciptakan gelembung halus yang menangkap hidrogen melalui difusi. Prosesnya biasanya berlangsung 10-15 menit dan dapat mengurangi kadar hidrogen dari 0,30 ml/100g hingga di bawah 0,10 ml/100g .
Tablet Degassing Padat
Untuk pabrik pengecoran yang lebih kecil, tablet berbahan dasar hexachloroethane adalah alternatifnya. Saat terendam, mereka melepaskan gas klor, yang bereaksi dengan hidrogen membentuk gas HCl. Meskipun efektif, metode ini menghasilkan asap beracun dan meninggalkan residu terak garam yang harus disaring. Ini kurang konsisten dibandingkan degassing putar dan umumnya tidak direkomendasikan untuk komponen kelas ruang angkasa.
| Metode | Efisiensi | Dampak Lingkungan | Konsistensi |
|---|---|---|---|
| Gas Inert Putar | Tinggi (>90%) | Rendah (Tidak beracun) | Luar biasa |
| Tablet Klorin | Sedang (70-80%) | Tinggi (Asap Beracun) | Variabel |
| Degassing Vakum | Sangat Tinggi (>95%) | Tidak ada | Luar biasa |
Pemurnian dan Modifikasi Butir
Struktur mikro paduan aluminium yang dipadatkan menentukan kinerja mekanisnya. Butir yang kasar menyebabkan keuletan yang buruk dan meningkatkan kerentanan terhadap robekan panas. Pemurnian dan modifikasi butiran merupakan perawatan metalurgi penting yang dilakukan selama tahap peleburan.
Pemurni Titanium-Boron
Menambahkan paduan utama Al-Ti-B (biasanya 5% Ti, 1% B) mendorong nukleasi heterogen. Hal ini menghasilkan struktur butiran equiaxed yang halus. Tarif penambahan standar adalah 0,1-0,2% berat dari total lelehan. Penambahan berlebihan dapat menyebabkan pembentukan intermetalik TiAl3 kasar, yang bertindak sebagai pemusat tegangan dan mengurangi umur kelelahan.
Modifikasi Strontium untuk Paduan Silikon
Untuk paduan Al-Si hipoeutektik (misalnya A356), modifikasi strontium (Sr) mengubah eutektik silikon seperti pelat kasar menjadi struktur berserat halus. Hal ini secara signifikan meningkatkan perpanjangan dan kekuatan tarik. Konsentrasi Sr yang optimal adalah 150-200ppm . Penting untuk dicatat bahwa Sr memudar seiring berjalannya waktu; oleh karena itu, modifikasi harus dilakukan segera sebelum penuangan, idealnya di dalam 30-45 menit .
Penghapusan Inklusi dan Filtrasi Leleh
Bahkan dengan peleburan yang hati-hati, inklusi non-logam seperti oksida (Al2O3) dan partikel tahan api tetap tersuspensi dalam lelehan. Inklusi ini bertindak sebagai tempat timbulnya retakan dan harus dihilangkan sebelum pengecoran.
Filter Busa Keramik (CFF)
Filter busa keramik ditempatkan di sistem gating atau sendok. Mereka beroperasi melalui penyaringan kedalaman, menjebak partikel yang lebih besar dari ukuran pori-porinya. Ukuran pori-pori yang umum adalah 10, 20, atau 30 PPI (pori-pori per inci) . Filter 10 PPI menghilangkan sampah berukuran besar, sedangkan filter 30 PPI menangkap oksida yang lebih halus. Menggunakan sistem filtrasi dua tahap dapat meningkatkan kebersihan hingga 40% dibandingkan dengan lelehan tanpa filter.
Skimming dan Penyelesaian
Sebelum penyaringan, skimming manual atau mekanis menghilangkan lapisan oksida massal pada permukaan lelehan. Membiarkan lelehan mengendap 10-15 menit setelah degassing memungkinkan inklusi yang lebih berat tenggelam dan sampah yang lebih ringan mengapung, sehingga memudahkan pembuangan. Langkah ini yang terburu-buru sering kali mengakibatkan penuangan turbulen, yang memasukkan kembali oksida ke dalam aliran cairan.
Kesimpulannya, memproduksi coran investasi paduan aluminium berkualitas tinggi memerlukan pendekatan disiplin dalam pengelolaan lelehan. Dengan mengontrol suhu, menghilangkan gas secara efektif, menyempurnakan struktur butiran, dan menyaring inklusi, produsen dapat memastikan sifat mekanik yang unggul dan tingkat kerusakan minimal.
