Dalam industri pengecoran modern, tungku induksi banyak digunakan karena efisiensinya yang tinggi, kebersihan, dan kemudahan pengendalian. Namun, selama proses peleburan, gas yang tidak terlihat—terutama hidrogen (H), nitrogen (N), dan oksigen (HAI)-bertindak sebagai “pembunuh tak kasat mata,” secara diam-diam menyusup ke logam cair dan menciptakan bahaya tersembunyi yang signifikan terhadap kualitas akhir pengecoran. Cacat paling umum yang disebabkan oleh gas-gas ini adalah porositas. Pemahaman mendalam tentang sumber dan bahaya gas-gas ini, dikombinasikan dengan penguasaan strategi pengendalian tingkat lanjut, sangat penting untuk meningkatkan kualitas pengecoran dan mengurangi tingkat scrap.
Sumber Gas: Tiga Saluran Utama yang Tidak Boleh Diabaikan
Gas dimasukkan ke dalam logam cair terutama melalui tiga saluran berikut, yang saling berhubungan dan secara kolektif mempengaruhi kemurnian lelehan.
1.Bahan dan Alat Pengisi Lembab
Ini adalah sumber gas yang paling langsung dan signifikan, terutama hidrogen, dalam proses peleburan.
- Mekanisme Sumber: Entah itu barang bekas yang didaur ulang, agen paduan, atau berbagai bahan tambahan, jika menjadi lembab, terkena hujan, atau terkontaminasi minyak, emulsi, atau zat lain yang mengandung air selama penyimpanan atau pengangkutan, kelembabannya (H₂O) akan cepat terurai pada suhu tinggi. Misalnya, besi cair bereaksi dengan uap air pada suhu tinggi:
- Fe+H2O→FeO+2[H]
- Atom hidrogen yang dihasilkan [H] sangat aktif dan memiliki kapasitas difusi yang tinggi, memungkinkannya larut dengan cepat ke dalam logam cair. Demikian pula, karat (hidrat) pada permukaan bahan muatan akan mengeluarkan air kristal pada suhu tinggi, menjadi sumber hidrogen yang signifikan.
- Faktor yang Mempengaruhi: Lingkungan penyimpanan bahan pengisi daya, kondisi cuaca (musim hujan, kelembaban tinggi), dan kecukupan pemanasan awal semuanya secara langsung menentukan jumlah uap air yang dimasukkan ke dalam tungku. Alat peleburan (seperti penggaruk terak dan tabung pelindung termokopel) yang belum cukup dipanaskan atau dipanggang akan menyebabkan kelembapan pada permukaannya langsung terurai saat bersentuhan dengan lelehan bersuhu tinggi, menyebabkan penyerapan hidrogen lokal yang parah.
2.Kelembaban Udara dan Suasana Sekitar
Uap air, nitrogen, dan oksigen yang secara alami ada di udara merupakan sumber gas yang berkelanjutan untuk logam cair.
- Sumber Mekanisme:
- Hidrogen: Selama pencairan dan penuangan, permukaan logam cair yang terkena udara terus menerus bereaksi dengan uap air di atmosfer, menyebabkan hidrogen larut ke dalam lelehan. Semakin tinggi kelembaban lingkungan, semakin cepat laju reaksinya, dan semakin parah kecenderungan lelehan tersebut untuk menyerap hidrogen.
- Nitrogen dan Oksigen: Dalam tungku induksi, permukaan bak cair bersentuhan langsung dengan atmosfer. Nitrogen (N₂) dan oksigen (O₂) dari udara memasuki lelehan melalui pelarutan fisik atau reaksi kimia. Kelarutan nitrogen dan oksigen dalam logam meningkat secara signifikan pada suhu leleh yang lebih tinggi. Contohnya, dalam baja cair, nitrogen dan oksigen larut dalam keadaan atomnya, [N] Dan [HAI].
3.Bahan Tahan Api
Lapisan tungku merupakan komponen penting dari tungku induksi, namun dalam kondisi tertentu, itu juga bisa menjadi sumber gas tidak langsung.
- Sumber Mekanisme:
- Lapisan Baru: Lapisan yang baru dipasang atau ditambal, apakah bersifat asam, netral, atau dasar, mengandung kelembaban dalam jumlah tertentu (baik air fisik maupun air yang terikat secara kimia). Jika lapisannya tidak dipanggang secara menyeluruh dan benar, uap air ini akan dilepaskan secara bertahap selama pemanasan dan bersentuhan dengan logam cair, menyebabkan peningkatan kandungan hidrogen.
- Lapisan Lama: Lapisan tungku bekas dapat menyerap kelembapan dari udara. Lebih-lebih lagi, beberapa oksida dalam bahan tahan api (seperti SiO₂) dapat bereaksi dengan unsur-unsur tertentu dalam lelehan (seperti C) dalam kondisi tertentu, menghasilkan gas seperti CO. Meskipun hal ini tidak secara langsung memperkenalkan H atau N, hal ini meningkatkan kandungan gas total pada lelehan dan dapat memicu jenis cacat porositas lainnya.
Bahaya Gas: Penyebab Porositas Gas pada Coran
Kelarutan gas yang terlarut dalam logam cair menurun tajam seiring dengan turunnya suhu. Selama proses solidifikasi, saat logam bertransisi dari cair ke padat, gas-gas jenuh ini mengendap membentuk gelembung. Jika gelembung-gelembung ini gagal keluar tepat waktu, mereka terjebak di dalam atau di permukaan coran, pembentukan Gas Porositas.
- Hidrogen Porositas: Ini adalah jenis porositas gas yang paling umum. Pasalnya, kelarutan hidrogen pada logam padat jauh lebih rendah dibandingkan pada logam cair, sejumlah besar hidrogen mengendap selama pemadatan, dengan atom bergabung membentuk gelembung mikro bertekanan tinggi. Pori-pori ini biasanya berbentuk bulat atau oval dan tersebar di dalam cetakan, terutama di area terakhir yang memantapkan diri (misalnya hot spot).
- Nitrogen Porositas: Porositas nitrogen sangat menonjol ketika melelehkan baja tahan karat, baja paduan tinggi, dan paduan lain yang mengandung unsur yang membentuk nitrida stabil dengan nitrogen. Pori-pori nitrogen biasanya muncul tepat di bawah kulit pengecoran, berukuran kecil, dan dapat berbentuk pin atau seperti cacing dalam distribusi yang padat.
- Kompleks Porositas: Dalam banyak kasus, porositas disebabkan oleh aksi gabungan dari beberapa gas. Misalnya, Gas CO dihasilkan dari reaksi karbon dan oksigen dalam lelehan, bersama dengan hidrogen dan nitrogen yang diendapkan, dapat membentuk gelembung bersama-sama, membuat masalah porositas menjadi lebih kompleks.
Cacat porositas gas sangat mengurangi luas penampang efektif penahan beban suatu pengecoran, menurunkan sifat mekaniknya (seperti kekuatan, keliatan, dan ketangguhan) dan kepadatannya. Untuk coran yang kedap tekanan seperti katup dan badan pompa, porositas adalah cacat kritis dan tidak dapat diterima.
Strategi Pengendalian Gas Tingkat Lanjut: Pertahanan Komprehensif dari Sumber hingga Akhir
Untuk menghasilkan kualitas tinggi, coran bebas porositas, strategi pengendalian gas yang sistematis harus diterapkan, mencakup seluruh tahap mulai dari pra-peleburan dan peleburan dalam proses hingga pasca-sadap.
1.Kontrol Sumber: Manajemen Bahan Muatan yang Ketat
- Bahan Pengisi Pengeringan: Semua bahan biaya, terutama ringan, tipis, dan bahan yang rentan lembab seperti belokan dan keripik, harus menjalani pemanasan awal dan pemanggangan yang ketat sebelum dimasukkan ke dalam tungku untuk memastikan kelembapan dan minyak benar-benar hilang. Disarankan untuk menyiapkan peralatan pengeringan bahan pengisi daya khusus.
- Lingkungan Kontrol: Area penyimpanan bahan pengisi daya harus tetap kering dan berventilasi baik, terlindung dari hujan dan kondisi lembab. Selama musim dengan kelembapan tinggi, inspeksi dan pemanasan awal bahan harus diintensifkan.
- Lapisan Panggang: Patuhi secara ketat kurva pemanggangan dan waktu penahanan yang disediakan oleh pemasok tahan api untuk memastikan bahwa lapisan baru atau lapisan yang diperbaiki telah sepenuhnya disinter dan semua kelembapan telah dikeluarkan..
2.Teknologi Kontrol Dalam Proses yang Canggih
Pemurnian Vakum
Melting induksi vakum (VIM) adalah salah satu teknologi paling efektif untuk mengendalikan kandungan gas. Prinsipnya didasarkan pada penciptaan lingkungan vakum dimana tekanan parsial gas sangat rendah, sehingga secara drastis mengurangi kelarutannya dalam logam cair.
- Prinsip kerja: Dengan melebur dalam ruang hampa, gas terlarut seperti hidrogen dan nitrogen dengan cepat keluar dari lelehan karena perbedaan tekanan yang signifikan. Penyedot debu juga secara efektif menghilangkan unsur-unsur berbahaya yang memiliki titik leleh rendah dan tekanan uap tinggi, seperti timbal dan seng. Lebih-lebih lagi, itu mendorong reaksi karbon-oksigen ([C] + [HAI] → {BERSAMA}^), memungkinkan gas CO yang dihasilkan dipompa keluar, mencapai pemurnian mendalam dari lelehan.
- Keuntungan: Ini dapat menghasilkan logam cair yang sangat bersih dengan kandungan gas yang sangat rendah (MISALNYA., H ≤ 2 ppm, N ≤ 20 ppm, HAI ≤ 10 ppm), menjadikannya teknologi penting untuk menghasilkan coran berkinerja tinggi untuk ruang angkasa, paduan presisi, dan industri kelas atas lainnya.
Pembersihan Argon (hemat)
Ini adalah metode yang sangat efisien dan ekonomis untuk degassing dan pemurnian dalam tungku.
- Prinsip kerja: Gas inert—argon—dimasukkan ke dalam logam cair sebagai gelembung halus melalui sumbat berpori yang dipasang di bagian bawah atau dinding samping tungku., atau melalui tombak pencelupan. Menurut Hukum Tekanan Parsial Dalton, gelembung argon yang meningkat memberikan inti tekanan parsial yang sangat rendah untuk gas terlarut seperti hidrogen dan nitrogen. Hal ini mendorong gas-gas terlarut ini berdifusi ke dalam gelembung argon dan keluar bersama mereka dari lelehan.
- Keuntungan: Ini tidak hanya secara efektif menghilangkan hidrogen dan nitrogen tetapi juga mengaduk rendaman cair, yang membantu menghomogenisasi komposisi dan suhu lelehan serta mendorong flotasi dan penghilangan inklusi. Prosesnya sederhana untuk dioperasikan, memerlukan modifikasi minimal pada tungku induksi yang ada, dan biayanya relatif murah.
Penutup Fluks atau Desikan
Menggunakan bahan penutup khusus untuk menciptakan penghalang fisik pada permukaan logam cair selama peleburan adalah cara yang efektif untuk mencegah lelehan bereaksi dengan atmosfer..
- Prinsip kerja:
- Isolasi Fisik: Agen penutup, atau fluks, meleleh untuk membentuk lapisan terak stabil yang secara efektif mengisolasi lelehan dari udara, mencegah penyerapan gas sekunder (hidrogen, nitrogen) dan oksidasi.
- Pemurnian Kimia: Beberapa fluks pemurnian mengandung komponen yang bereaksi dengan gas atau oksida dalam lelehan. Misalnya, agen degassing tertentu menghasilkan gelembung halus pada suhu tinggi, menciptakan a “pencucian” efeknya mirip dengan pembersihan gas. Beberapa bahan deoksidasi secara efektif menghilangkan oksigen dari lelehan, mengurangi inklusi oksida.
- Adsorpsi: Fluks basa atau netral tertentu juga dapat menyerap inklusi non-logam, membantu memurnikan lelehan.
- Aplikasi: Fluks penutup yang sesuai harus dipilih berdasarkan jenis paduan yang dicairkan. Misalnya, dalam peleburan aluminium, fluks penyulingan ramah lingkungan berbasis klorin atau bebas klorin biasanya digunakan untuk degassing dan penghilangan pengotor.
Kesimpulan
Pengendalian gas dalam peleburan tungku induksi merupakan proses rekayasa yang sistematis. Hal ini dimulai dengan kontrol ketat terhadap sumber seperti bahan muatan lembab, kelembaban udara, dan lapisan tahan api; dilanjutkan dengan praktik operasional yang cermat selama peleburan; dan berpuncak pada pemurnian mendalam menggunakan teknologi canggih seperti pemurnian vakum, pembersihan argon, dan fluks penutup berkinerja tinggi. Hanya dengan memahami secara mendalam potensi bahaya gas terhadap kualitas pengecoran dan dengan menerapkan serangkaian strategi pengendalian yang komprehensif, pabrik pengecoran logam dapat secara konsisten menghasilkan coran berkualitas tinggi yang memenuhi persyaratan ketat dan tetap kompetitif di pasar yang penuh tantangan..
