Penyebab dan Tindakan Pencegahan Cacat Porositas

1. Klasifikasi dan Karakteristik Cacat Porositas

1.1. Porositas intrusif (porositas terlokalisasi):

Selama perlakuan panas terhadap logam cair, gas yang dihasilkan oleh cetakan (atau inti) menyusup ke dalam cairan besi, mengakibatkan porositas lokal di area tertentu pengecoran selama proses pendinginan. Perlu ditekankan bahwa interaksi antara logam cair dan cetakan/inti hanya terjadi selama pengecoran, sehingga gas yang dihasilkan oleh cetakan/inti pada suhu tinggi dapat meresap ke dalam cairan besi. (Reaksi fisik)

◆Fitur Porositas Ingress:

- Bermanifestasi sebagai porositas lokal yang terjadi di wilayah pengecoran tertentu.

- Permukaan pori-pori relatif halus, tampak sebagai rongga tersendiri atau sarang lebah.

- Warna pori-pori putih atau mungkin memiliki lapisan gelap, kadang-kadang ditutupi kulit yang teroksidasi.

- Untuk besi grafit nodular/dipadatkan, mungkin mengeluarkan bau yang mengingatkan pada karbida. Lihat Gambar 1.

Porositas Penyusutan:

- Menunjukkan karakteristik penyusutan dan porositas.

- Lihat Gambar 2.

1.2 Porositas Curah Hujan (Porositas Seperti Saringan):

Gas yang terlarut dalam cairan membentuk pori-pori selama proses pendinginan karena kelarutannya menurun. Pori-pori ini seringkali berbentuk lingkaran, elips, atau seperti jarum. Penting untuk dicatat bahwa pembentukan gas dalam cairan besi terjadi selama tahap peleburan dan pengolahan. Ketika suhu cairan besi meningkat, kelarutan gas meningkat, mengakibatkan peningkatan kandungan gas akibat reaksi fisik dan kimia selama proses peleburan. (Kehadiran gas di dalam cairan besi merupakan konsekuensi dari reaksi fisik dan kimia yang melibatkan semua zat yang ikut serta dalam proses peleburan).

Karakteristik Porositas Curah Hujan:

Ciri khasnya adalah jumlahnya banyak, tersebar, dan relatif merata di seluruh atau sebagian besar penampang pengecoran. Lihat Gambar 3.

1.3 Porositas Reaksi:

Porositas dihasilkan sebagai konsekuensi dari reaksi kimia antara logam cair dan antarmuka cetakan. Pada proses ini, cairan besi mengalami tahap pendinginan sehingga menyebabkan gas-gas tersebut terlepas dan terperangkap hanya pada permukaan coran.

Ciri-ciri Porositas Reaksi:

Porositas jenis ini sebagian besar muncul pada permukaan coran, sekitar 1-3mm dari permukaan coran. Ini muncul sebagai pola pori-pori kecil yang tersebar padat dan berjarak dekat, yang menjadi lebih jelas setelah perlakuan panas dan peledakan. Biasanya pori-pori ini berbentuk seperti jarum atau kecebong. Ini juga dikenal sebagai porositas bawah permukaan. Lihat Gambar 4.

A. Jenis Terak Agen Spheroidisasi**

Karakteristik Cacat: Depresi berbentuk bola muncul di permukaan pengecoran, mengandung inklusi. Depresi ini sering terjadi di dekat sistem gerbang bagian dalam. Pemindaian mikroskop elektron menunjukkan permukaan yang tidak rata di dalam pori-pori. Analisis spektral kandungan pori mendeteksi Si, Mg, Al, Ba, dan O. Kehadiran Mg, yang khusus untuk agen spheroidizing, menunjukkan bahwa inklusi adalah terak yang terbentuk melalui partisipasi agen spheroidizing. Lubang kecil gas CO dihasilkan dari reaksi antara karbon dalam cairan besi dan terak.

B. Jenis Terak Akibat Cacat Inokulan Karakteristik: Penampang melintang menunjukkan beberapa cekungan. Pemindaian mikroskop elektron dan analisis spektral menunjukkan permukaan internal yang tidak rata di dalam cekungan, bersama dengan keberadaan Si, Ca, Ba, dan O dalam inklusi. Ba adalah elemen unik dari inokulan. Hal ini menunjukkan bahwa sisa inokulan besi-silikon membentuk terak, dan reaksi antara karbon dalam cairan besi dan oksida dalam terak menghasilkan gas CO, yang menyebabkan cacat lubang jarum. Penyebab: Pencairan inokulan yang tidak sempurna selama aliran mengakibatkan pembentukan terak. Penanggulangan: Gunakan inokulan kering untuk mencegah percikan cairan besi dan porositas terak selama inokulasi.

Cacat C: Cacat Tipe Inklusi Terak dan Pasir Penampilan: Beberapa cekungan pada permukaan coran di dekat sariawan. Pemindaian mikroskop elektron menunjukkan adanya terak dan pasir di dalam cekungan. Analisis spektral menunjukkan adanya Si, O, Al di pasir, dan unsur-unsur seperti Mg, Ce, Mn di terak. Hal ini menunjukkan bahwa cacat tersebut terbentuk akibat interaksi antara inokulan dengan pasir. Solusi : Perbesar luas penampang sprue runner dan kurangi kecepatan aliran pada sprue.

D Cacat: Cacat Cetakan Pasir yang Diinduksi Kelembapan Penampilan: Depresi pada permukaan coran setelah pemesinan. Pemindaian mikroskop elektron tidak menunjukkan adanya cacat dalam cekungan. Analisis spektral menunjukkan bahwa unsur utamanya adalah C, O, Si, dan Fe. Ini adalah cacat lubang jarum yang disebabkan oleh uap air yang dihasilkan dari uap air pada cetakan tipe basah. Solusi: Kurangi kadar air pada pasir cetakan, tingkatkan permeabilitas pasir cetakan, dan tingkatkan proporsi bubuk batubara pada pasir cetakan. Menurunkan kadar air resin pada proses pembuatan inti cold box.

2.1 Analisis penyebab porositas invasif:

1. Alasan porositas invasif:

- Desain sistem penuangan yang tidak masuk akal, menyebabkan pembuangan gas yang buruk atau pembentukan pusaran, yang mengakibatkan gas terperangkap selama penuangan.

- Kekompakan cetakan pasir yang berlebihan sehingga mengurangi permeabilitasnya.

- Ventilasi gas yang tidak memadai pada inti pasir atau penyumbatan saluran udara.

- Kadar air yang tinggi pada pasir cetakan (inti). Selama kondisi cuaca lembab, udara lembab dapat diserap oleh cetakan/inti dan bereaksi dengan besi cair, sehingga menghasilkan sejumlah besar gas yang terperangkap di dalam rongga cetakan.

- Kontaminasi core support dan core iron dengan minyak.

- Zat mudah menguap yang berlebihan terdapat pada pasir cetakan.

- Kandungan nitrogen resin (N) yang tinggi pada pasir berlapis, menyebabkan penguraian NH3 dan pembentukan gas N dan H.

- Penuangan tidak merata, pengisian tidak mencukupi, mengakibatkan masuknya gas dalam jumlah besar.

- Kandungan tanah liat yang tinggi pada pasir cetakan, permeabilitas yang buruk, menyebabkan "lubang sembur" pada permukaan coran, yang juga dianggap sebagai porositas invasif.

2.2 Analisa Penyebab Porositas :

1. Kandungan gas yang tinggi, korosi yang parah, dan lemak permukaan yang berlebihan pada muatan tungku mengakibatkan kandungan gas yang lebih tinggi pada besi cair.

2. Pengeringan cetakan besi cair yang tidak memadai.

3. Pengeringan paduan tidak mencukupi.

4. Unsur silikon dan tanah jarang dalam muatan tungku dapat dengan mudah menghasilkan lubang gas hidrogen, sedangkan aluminium atau alumina dapat menghasilkan gas.

5. Temperatur penuangan yang rendah menyebabkan gas yang dihasilkan tidak mempunyai cukup waktu untuk naik dan keluar.

6. Penuangan yang tidak stabil.

7. Suhu pasir yang tinggi melebihi 35 derajat atau suhu inti yang tinggi dapat menyebabkan penyerapan air pada permukaan rongga cetakan dan kandungan air yang berlebihan pada lapisan permukaan.

8. Porositas reaksi: Gas yang dihasilkan dari reaksi kimia antara unsur kimia besi cair dan cetakan/inti menyusup ke dalam cairan. Pori-pori gas terbentuk selama proses pendinginan ketika gas tidak memiliki cukup waktu untuk dikeluarkan.

9. Kandungan sisa magnesium yang tinggi: Kandungan magnesium yang berlebihan memperburuk kecenderungan penyerapan hidrogen dari besi cair. Kandungan magnesium sisa yang lebih besar dari 0.05% pada besi cair dapat menyebabkan porositas gas subkutan. Besi ulet austenitik nikel tinggi dengan kandungan sisa magnesium lebih besar dari 0,07% lebih rentan terhadap porositas gas subkutan.

10. Suhu penuangan rendah.

11. Kandungan sulfur yang tinggi dalam besi cair: Ketika kandungan sulfur melebihi 00,094%, terjadi porositas gas subkutan, dan semakin tinggi kandungan sulfur, semakin parah porositas gas subkutan.

12. Kandungan tanah jarang: Kandungan tanah jarang yang berlebihan meningkatkan kandungan oksida dalam besi cair, menyebabkan peningkatan inti gelembung asing dan porositas gas subkutan. Kandungan sisa tanah jarang harus dikontrol dalam 00,043%.

13. Kandungan aluminium: Aluminium dalam besi cair merupakan penyebab utama porositas gas hidrogen pada coran. Ketika kandungan sisa aluminium dalam besi ulet tipe basah antara 0.03% dan 0,05%, terjadi porositas gas subkutan.

14. Ketebalan dinding pengecoran: Pengecoran berdinding tipis dan berpenampang tebal kurang rentan terhadap porositas gas subkutan.

15. Kadar air dalam pasir cetakan: Dengan meningkatnya kadar air, kecenderungan besi cor nodular untuk menghasilkan porositas gas subkutan meningkat. Ketika kadar air dalam pasir cetakan dikendalikan di bawah 4,8%, laju porositas gas subkutan mendekati nol.

Selain itu, kekompakan pasir cetakan dan suhu penuangan juga berperan.

Uap magnesium yang keluar dari lelehan besi dan magnesium sulfida pada permukaan lelehan besi bereaksi dengan uap air dalam cetakan sebagai berikut: Mg + H2O → MgO + 2[H] dan MgS + H2O → MgO + H2O. Gas hidrogen, magnesium oksida, dan magnesium sulfida yang dihasilkan berpotensi menyusup ke dalam cetakan melalui permukaan besi cair.

3.Cara Mencegah Cacat Porositas:

1. Bersihkan muatan tungku secara menyeluruh untuk menghilangkan kandungan gas berlebih, korosi parah, dan lemak permukaan sebelum digunakan.

2. Kontrol secara ketat suhu besi cair saat dikeluarkan dari tungku dan selama penuangan. Hindari suhu penuangan yang terlalu rendah.

3. Keringkan sepenuhnya wadah tungku, sendok, dan cetakan besi cair. Panaskan sendok sebelum digunakan.

4. Panaskan bahan spheroidizing dan inokulan secukupnya untuk mengurangi jumlah gas yang dimasukkan oleh tanah jarang dan ferrosilikon.

5. Rancang sistem penuangan dengan benar untuk memastikan ventilasi yang lancar di dalam rongga cetakan dan aliran yang stabil ke dalam rongga.

6. Pastikan kekompakan pasir cetakan seragam, hindari kekencangan yang berlebihan.

7. Kurangi kandungan tanah liat pada pasir inti secara tepat dan tingkatkan permeabilitasnya.

8. Pastikan ventilasi yang baik pada inti pasir dan tutup celah di antara inti untuk mencegah masuknya besi cair dan menghalangi saluran udara.

9. Pasang anak tangga atau ventilasi pada titik tertinggi pengecoran. Perhatikan ventilasi selama penuangan coran besar.

10. Miringkan sedikit cetakan untuk cetakan datar yang besar, dengan lubang ventilasi diposisikan sedikit lebih tinggi untuk memudahkan ventilasi.

11. Keringkan dan bersihkan chaplet dan chill, pastikan bebas dari kontaminasi karat dan minyak.

12. Kurangi kadar air pada pasir cetakan, buat celah ventilasi pada permukaan perpisahan, dan tambah jumlah bubuk batubara yang ditambahkan jika perlu.

13. Kurangi kandungan pengikat dengan tepat. Untuk coran berukuran besar, tambahkan bahan yang meningkatkan permeabilitas, seperti serbuk gergaji.

14. Gunakan butiran pasir bulat untuk meningkatkan permeabilitas.

15. Kurangi kandungan magnesium sisa sambil memastikan nodularisasi yang tepat. Minimalkan kandungan belerang pada besi cair asli.

16. Kontrol suhu pasir dan tuangkan sesegera mungkin setelah cetakan ditutup.

17. Gunakan inti pasir kering dan cegah penyerapan air di dalam cetakan. Jangan gunakan inti pasir dengan penyerapan air yang parah.

18. Semprotkan bahan berkarbon seperti minyak ingot pada permukaan cetakan untuk menciptakan atmosfer pengurang antara besi cair dan antarmuka cetakan. Menaburkan sedikit bubuk fluorspar atau natrium fluorida pada antarmuka cetakan besi cair dapat mengurangi atau menghilangkan porositas subkutan.

19. Tingkatkan suhu penuangan secara tepat pada cuaca hujan.

20. Mengurangi inklusi magnesium sulfida. Gunakan pig iron sulfur rendah atau tambahkan sedikit soda ash selama perawatan spheroidisasi untuk desulfurisasi. Setelah spheroidisasi, skim terak beberapa kali dan diamkan sebentar agar terak MgS dapat mengapung.

21. Kontrol suhu penuangan. Untuk coran berdinding tipis, suhu tidak boleh kurang dari 1320 derajat; untuk pengecoran dengan ketebalan dinding sedang, tidak boleh kurang dari 1300 derajat; untuk komponen berdinding tebal seperti pelat pemandu, sudutnya tidak boleh kurang dari 1280 derajat. Besi cor silikon molibdenum dan besi ulet austenitik nikel tinggi memerlukan suhu yang lebih tinggi.