Kualitas permukaan komponen baja tuang terutama ditentukan oleh dua faktor yang saling terkait dalam fase pencetakan: kebersihan rongga cetakan dan kondisi permukaan cetakan.
Untuk pengecoran besar—yang sistem penuangannya panjang dan kompleksitas metalurgi/prosesnya tinggi—masuknya pasir lepas, kotoran dan kontaminan lainnya ke dalam pipa riser/runner keramik dan kerusakan atau kerusakan pada permukaan pola/cetakan merupakan sumber dominan dari cacat permukaan yang terlihat..
Artikel ini menganalisis faktor-faktor ini secara mendalam, menyajikan langkah-langkah perlindungan praktis dan bukti uji dampak cacat permukaan cetakan, dan memberikan peta jalan implementasi untuk meningkatkan kondisi permukaan as-cast dan mengurangi pengerjaan ulang.
1. Latar belakang dan pentingnya kualitas permukaan
Bagian baja cor besar (Komponen turbin, katup besar, pelari hidroturbin, dll.) diproduksi di bawah suhu penuangan tinggi dan sistem gerbang yang kompleks.
Penampilan permukaan tidak hanya merupakan atribut komersial tetapi juga merupakan indikator pengendalian proses dan kesehatan internal.
Kualitas permukaan yang buruk menyebabkan penggilingan menjadi mahal, pengerjaan ulang atau penolakan pemesinan dan berdampak negatif terhadap persepsi pelanggan.
Dalam prakteknya banyak faktor yang mempengaruhi penampilan (inklusi metalurgi, segregasi makro, fusi pasir, keropeng), namun ada dua faktor yang secara konsisten mendominasi dalam skala besar pengecorans selama pencetakan dan penuangan:
- Kebersihan rongga cetakan — masuknya pasir lepas, sampah dan inklusi ke dalam pipa pengumpan/pelari keramik dan rongga; Dan
- Kondisi permukaan cetakan — kerusakan mekanis, perbaikan penumpukan, dan kekasaran permukaan pola dan komponen inti.
Berdasarkan pengalaman produksi praktis selama bertahun-tahun pada komponen baja tuang besar seperti turbin gas,
Turbin uap, dan pelari turbin hidrolik, artikel ini secara sistematis menganalisis mekanisme pengaruh kebersihan rongga cetakan dan kondisi permukaan cetakan terhadap kualitas permukaan bagian baja cor.
Dikombinasikan dengan tes perbandingan dan praktik keinsinyuran, langkah-langkah perbaikan yang ditargetkan diusulkan untuk secara efektif meningkatkan kualitas permukaan coran dan memberikan dukungan teknis untuk produksi stabil komponen baja cor berkualitas tinggi.
2. Pengaruh Kebersihan Rongga Cetakan terhadap Kualitas Permukaan Bagian Baja Cor
Rongga cetakan adalah “cetakan” yang membentuk bagian baja tuang. Kebersihannya secara langsung menentukan ada tidaknya inklusi, inklusi pasir, dan cacat lainnya pada permukaan coran.
Selama proses penuangan bagian baja cor, baja cair mengalir ke rongga cetakan dengan kecepatan tinggi.
Inklusi terak yang dihasilkan selama proses peleburan, pasir berserakan memasuki pipa selama pemasangan sistem gating, dan polutan lainnya akan terbawa ke dalam rongga cetakan bersama dengan baja cair.
Selama proses pendinginan dan pemadatan baja cair, karena kepadatannya yang lebih rendah, sebagian besar inklusi terak dan pasir yang tersebar akan mengapung ke atas dan dibuang melalui sistem riser atau ventilasi.
Namun, sebagian dari inklusi masih akan mengembun pada penampang variabel, fillet, dan posisi casting lainnya, membentuk cacat permukaan seperti inklusi pasir dan inklusi terak.
Cacat ini perlu dihilangkan dengan cara digiling, yang tidak hanya meningkatkan beban kerja dan biaya produksi tetapi juga dapat mempengaruhi keakuratan dimensi coran jika jumlah penggilingan terlalu besar.
Sumber utama pasir yang tersebar di rongga cetakan adalah sistem gating.
Sistem gating bagian baja cor biasanya terdiri dari pipa keramik (pipa porselen) untuk memastikan ketahanan suhu tinggi dan menghindari erosi baja cair.
Untuk bagian baja cor besar, panjang total sistem gerbang yang diletakkan bisa mencapai lebih dari 40 meter, dan proses peletakannya melibatkan beberapa bagian pipa porselen yang dihubungkan.
Karena panjangnya yang panjang dan kesulitan peletakan yang tinggi, kemungkinan pasir berserakan masuk ke pipa porselen relatif tinggi.
Karena itu, sangat penting untuk melindungi setiap bagian pipa porselen selama proses peletakan untuk mencegah pasir yang tersebar memasuki rongga cetakan bersama dengan baja cair..
Melalui verifikasi praktis pada tiga jenis produk baja tuang (turbin gas, Turbin uap, dan pelari turbin hidrolik),
tiga jenis bahan pelindung dan metode telah dikembangkan untuk secara efektif meningkatkan kebersihan rongga cetakan. Berikut ini adalah analisa detail masing-masing metode:
2.1 Metode Perlindungan Film Plastik PVC
PVC (Polyvinyl chloride) film plastik banyak digunakan dalam perlindungan sistem gating karena kinerja biayanya yang tinggi, pengoperasian yang mudah, dan kinerja penyegelan yang baik.
Ketebalan film yang disarankan adalah 0,4–1 mm, dan ketebalan spesifik dapat dipilih sesuai dengan persyaratan operasi pencetakan di tempat.
Untuk memudahkan pengamatan dan pemeriksaan kebersihan bagian dalam pipa porselen, film PVC transparan lebih disukai.
Langkah-langkah operasi spesifiknya adalah sebagai berikut: Pertama, periksa kebersihan internal setiap bagian pipa porselen sebelum dilindungi, dan menghilangkan pasir yang berserakan atau polutan lainnya.
Kemudian, bungkus film PVC di sekitar bukaan pipa porselen agar terlindungi. Kekencangan film harus sesuai agar tidak mempengaruhi sambungan antar pipa porselen.
Selama sambungan pantat pipa porselen, pasir terapung dan polutan lainnya terhalang di luar film dan tidak dapat masuk ke pipa porselen.
Setelah peletakan sistem gating selesai, filmnya tidak perlu dilepas.
Selama proses penuangan, ketika baja cair mengalir ke dalam rongga cetakan, udara di pipa porselen dikeluarkan dari sistem di bawah tekanan, dan film PVC dikeluarkan dari sistem saluran keluar udara bersama dengan udara di rongga cetakan.
Karena film PVC akan terbakar habis dan terurai pada suhu tinggi (suhu dekomposisi PVC sekitar 200–300°C,
yang jauh lebih rendah dari suhu penuangan baja cair), itu tidak akan menyebabkan polusi pada baja cair atau meninggalkan residu pada permukaan coran.
2.2 Metode Perlindungan Lembaran Baja Tipis
Lembaran baja tipis dengan ketebalan kurang dari 1 mm juga dapat digunakan untuk melindungi pipa porselen.
Keuntungan dari lembaran baja tipis adalah dapat digunakan kembali, yang dapat mengurangi biaya material jangka panjang sampai batas tertentu.
Sebelum digunakan, lembaran baja tipis perlu diolah menjadi ukuran yang sesuai sedikit lebih besar dari diameter luar pipa porselen sesuai dengan ukuran dan bentuk pipa porselen untuk memastikan bahwa mereka dapat menutupi seluruh bagian sambungan pipa porselen.
Proses operasinya adalah: Pertama, periksa apakah ada benda asing di dalam pipa porselen.
Kemudian, selongsong lembaran baja tipis yang sudah diproses pada bagian sambungan pipa porselen untuk dilindungi.
Setelah bagian atas pipa porselen tertutup seluruhnya dengan pasir cetakan, menarik keluar lembaran baja tipis secara manual.
Namun, metode ini memiliki persyaratan tinggi untuk operasi konstruksi: di satu sisi, karena banyaknya pasir di sekitar pipa porselen,
mudah untuk melewatkan tarikan lembaran baja tipis; di sisi lain, proses mencabut lembaran baja dapat mendorong pipa porselen yang sudah dipasang, mengakibatkan ketidakselarasan sistem gating.
Selain itu, jika pemeriksaan kebersihan sekunder diperlukan setelah pemasangan sistem gating, kesulitan pengoperasiannya relatif besar karena lembaran baja tipis telah dilepas dan bagian sambungan pipa porselen tertutup pasir.
Perlu diperhatikan jika lembaran baja tipis tidak ditarik keluar tepat waktu atau terlewat, itu akan masuk ke rongga cetakan bersama dengan baja cair selama penuangan,
yang akan menghalangi aliran baja cair dan menyebabkan cacat serius seperti penutup dingin dan kesalahan pengerjaan pada permukaan coran.
2.3 Metode Perlindungan Papan Busa Polystyrene
Papan busa polistiren memiliki keunggulan biaya rendah dan bobot ringan, dan juga merupakan bahan pelindung umum untuk sistem gating.
Kunci dari metode ini adalah keakuratan pemrosesan papan busa: papan busa perlu diolah menjadi bentuk silinder dengan diameter yang sama dengan diameter dalam pipa porselen, dan kemudian ditempatkan di nosel pipa porselen untuk perlindungan.
Ukuran pemrosesan papan busa memiliki persyaratan yang tinggi: jika diameternya terlalu besar, papan busa tidak dapat dimasukkan ke dalam nosel pipa porselen;
jika diameternya terlalu kecil, kinerja penyegelan akan buruk, dan pasir akan dengan mudah masuk ke bagian dalam pipa porselen dari celahnya.
Pada saat yang sama, papan busa harus memiliki ketebalan yang cukup (biasanya 5–10mm) untuk menghindari kemiringan di dalam pipa porselen, yang akan mempengaruhi efek perlindungan.
Mirip dengan metode perlindungan film plastik PVC, papan busa tidak perlu dikeluarkan setelah pemasangan sistem gating.
Selama proses penuangan, ketika sejumlah besar baja cair mengalir ke dalam rongga cetakan, papan busa dikeluarkan dari rongga cetakan melalui sistem saluran keluar udara di bawah tekanan udara di rongga cetakan.
Busa polistiren akan terurai pada suhu tinggi (suhu dekomposisi sekitar 100–150°C) dan tidak akan menghasilkan zat berbahaya, sehingga tidak akan mencemari baja cair atau mempengaruhi kualitas permukaan coran.
2.4 Perbandingan Efek Perlindungan Tiga Bahan
Prinsip inti dari ketiga metode perlindungan ini adalah untuk mencegah pasir yang berserakan memasuki pipa porselen dan rongga cetakan dengan alasan tidak mempengaruhi aliran baja cair selama penuangan dan tidak memasukkan zat asing ke dalam rongga cetakan..
Untuk memilih skema proteksi yang optimal, biayanya, kesulitan konstruksi, dan efek perlindungan dari ketiga bahan tersebut dibandingkan, seperti yang ditunjukkan pada Tabel 1.
| Bahan | Biaya satuan (¥/m²)* | Dapat digunakan kembali | Kemudahan instalasi | Dampak pada aliran baja | Efektivitas perlindungan |
| Film plastik PVC | 1.2 | TIDAK | Mudah | Tidak ada | Bagus sekali |
| Selongsong baja tipis | 120 | Ya | Sulit | Potensi jika tidak dihilangkan | Bagus |
| Steker busa EPS | 2 | TIDAK | Sedang (ukuran yang diperlukan) | Tidak ada | Bagus |
Meja 1 Perbandingan Biaya dan Kinerja Bahan Pelindung
Hal ini dapat dilihat dari Tabel 1 bahwa lembaran baja tipis dan papan busa polistiren memiliki efek perlindungan yang baik, tetapi kesulitan pemrosesannya relatif tinggi, yang tidak nyaman untuk konstruksi dan penggunaan di lokasi sampai batas tertentu.
Film plastik PVC memiliki efek perlindungan terbaik, dengan pengoperasian di tempat yang sederhana dan kinerja biaya tinggi.
Karena itu, dikombinasikan dengan kebutuhan produksi aktual, film plastik PVC dengan ketebalan 0,4–1 mm direkomendasikan sebagai bahan pelindung pilihan untuk sistem gerbang bagian baja tuang,
yang secara efektif dapat meningkatkan kebersihan rongga cetakan dan mengurangi cacat permukaan yang disebabkan oleh masuknya pasir.
3. Pengaruh Kondisi Permukaan Cetakan Terhadap Kualitas Permukaan Bagian Baja Cor
Cetakan adalah alat inti untuk pencetakan bagian baja tuang, dan kondisi permukaannya secara langsung mempengaruhi permukaan akhir dan kerataan coran.
Untuk bagian baja cor besar, cetakan kayu banyak digunakan karena keunggulan pengolahannya yang mudah, Biaya rendah, dan kemampuan mesin yang bagus.
Namun, cetakan kayu mempunyai ciri-ciri bervolume besar dan jumlah balok lepas yang banyak (blok bergerak), yang membutuhkan akurasi posisi tinggi dan kekencangan sambungan antar blok yang lepas.
Dalam proses produksi sebenarnya, dengan meningkatnya jumlah penggunaan cetakan, kerusakan pada permukaan cetakan dan balok yang lepas selama pengupasan cetakan juga akan meningkat.
Jika cacat ini tidak ditangani tepat waktu, hal ini tidak hanya akan mempengaruhi bentuk dan kualitas permukaan coran tetapi juga memperpendek masa pakai cetakan.
3.1 Timbulnya Cacat Alami pada Permukaan Cetakan
Cacat alami pada permukaan cetakan terutama mencakup keausan, goresan, celah, dan ketidakrataan pada celah sambungan. Cacat ini terutama disebabkan oleh alasan berikut:
- Kerusakan Pengupasan Cetakan: Selama proses pengupasan cetakan, karena adhesi antara pasir cetakan dan permukaan cetakan,
permukaan cetakan dan balok yang lepas mudah tergores atau aus saat cetakan dicabut, terutama pada bagian fillet dan tepi cetakan. - Faktor Lingkungan: Cetakan disimpan di bengkel produksi dalam waktu lama, dan permukaannya mudah terpengaruh oleh kelembapan, menyebabkan pembengkakan dan deformasi kayu, mengakibatkan permukaan tidak rata.
- Perawatan Tidak Tepat Waktu: Setelah cetakan digunakan, jika permukaan pasir dan polutan tidak dibersihkan tepat waktu, atau bagian yang rusak tidak diperbaiki tepat waktu, cacat secara bertahap akan meluas seiring dengan meningkatnya jumlah penggunaan.
Diantaranya cacat alami, permukaan yang tidak rata pada celah sambungan dan fillet cetakan memiliki pengaruh terbesar terhadap kualitas permukaan coran.
Setelah cetakan diperbaiki, jika permukaannya tidak digiling menjadi rata dan halus, cacat seperti alur atau ekor tikus akan terbentuk pada permukaan coran, yang sangat mempengaruhi kualitas penampilan coran.
3.2 Uji Cacat Buatan pada Permukaan Cetakan
Untuk memverifikasi secara kuantitatif hubungan antara kerataan permukaan cetakan dan cacat permukaan pengecoran, uji perbandingan telah dilakukan.
Tiga jenis cacat buatan dengan kedalaman berbeda dibuat pada permukaan cetakan, yaitu 1-2 mm, 2–4 mm, dan 4–6 mm masing-masing.
Kisaran sebaran cacat meliputi bidang, permukaan busur, dan fillet bagian akar flensa, yang merupakan posisi kunci yang rentan terhadap cacat permukaan pada bagian baja tuang.
Rencana pengujiannya adalah sebagai berikut: Tiga area dipilih untuk setiap posisi, dan luas setiap area diatur ke 300 mm × 300 mm.
Cacat buatan dibuat di area yang dipilih dan ditandai.
Cacat cembung dibuat dengan menambahkan bahan seperti dempul atau gipsum pada permukaan cetakan, dan cacat cekung digiling dan dibentuk pada permukaan cetakan dengan alat seperti file putar paduan.
Kedalaman semua cacat buatan diukur dengan pengukur ketinggian dan dicatat dengan fotografi.
Selama proses pencetakan, bagian cacat buatan diperiksa untuk memastikan tidak ada pasir yang mengapung atau bahan lain yang mempengaruhi bentuk cacat.
Tingkat pemadatan dan kekuatan pasir yang diisi di sekitar cacat diterapkan sesuai dengan persyaratan operasi pencetakan.
Setelah itu coran dituang dan dibentuk, mereka mengalami perlakuan panas berkualitas dan proses peledakan tembakan pertama, dan area permukaan coran yang berhubungan dengan cacat buatan diperiksa dan diverifikasi.
Hasil pengujian menunjukkan bahwa perbedaan kedalaman cacat buatan pada permukaan cetakan menyebabkan perbedaan tingkat kekasaran permukaan pengecoran.
Hubungan spesifik yang sesuai ditunjukkan pada Tabel 2.
| Jenis | Ukuran Cacat Buatan pada Permukaan Cetakan (mm) | ||
| 1~2 | 2~4 | 4~6 | |
| Tingkat Kekasaran Permukaan Pengecoran | A1 | A2/A3 | A4 |
Meja 2 Tabel Perbandingan Cacat Buatan pada Permukaan Cetakan dan Kekasaran Permukaan Pengecoran
Catatan: Nilai kekasaran permukaan dalam tabel dibagi menurut standar internal perusahaan untuk suku cadang baja tuang: kelas A1 (Ra ≤ 6.3 μm) adalah kualitas permukaan tertinggi, cocok untuk bagian penampilan utama;
kelas A2/A3 (6.3 μm < Ra ≤ 12.5 μm) adalah kualitas permukaan secara umum, cocok untuk bagian struktural biasa; kelas A4 (Ra > 12.5 μm) adalah kualitas permukaan yang rendah, yang perlu dikerjakan ulang dengan cara digiling.
Menurut hasil tes, untuk memenuhi persyaratan tingkat kekasaran permukaan yang berbeda dari bagian baja cor, permukaan cetakan harus diperiksa sebelum digunakan.
Untuk cacat yang melebihi kedalaman yang ditentukan (biasanya 2 mm untuk bagian umum dan 1 mm untuk bagian-bagian penting), perbaikan dan penggilingan harus dilakukan untuk memastikan kondisi permukaan cetakan secara keseluruhan memenuhi syarat.
Untuk celah sambungan dan fillet cetakan, perhatian khusus harus diberikan pada inspeksi dan pemeliharaan untuk menghindari pembentukan cacat seperti alur atau ekor tikus pada permukaan pengecoran.
4. Kesimpulan
Untuk komponen baja tuang berukuran besar, dua hal ini paling berdampak, kontributor yang dapat dikontrol terhadap kualitas permukaan cetakan yang buruk adalah masuknya kontaminasi melalui gerbang/perpipaan Dan cacat permukaan cetakan.
Sederhana, metode perlindungan berbiaya rendah—terutama penggunaan film PVC transparan dengan ketebalan 0,4–1,0 mm untuk menutup/menutup bukaan pipa selama pemasangan pipa—secara signifikan mengurangi masuknya pasir lepas.
Inspeksi yang rajin dan perbaikan permukaan cetakan secara tepat waktu (dengan penerimaan kedalaman cacat konservatif ≤2 mm) mencegah perpindahan kerusakan cetakan ke komponen cor.
Dikombinasikan dengan NDT artikel pertama dan program pemeliharaan/inspeksi yang terdokumentasi, langkah-langkah ini secara signifikan memperbaiki keadaan permukaan, mengurangi pengerjaan ulang dan meningkatkan kualitas yang terlihat oleh pelanggan.
Referensi
[1] Zhang Chaohui. Analisis Kualitas dan Tindakan Peningkatan Kualitas Bagian Baja Cor [J]. Jaringan Jurnal China, 2018(01): 75-77.
[2] Wang Chengbin. Pembahasan Pengaruh Struktur Cetakan terhadap Kualitas Pengecoran dan Optimasi Desain [J]. Industri Bisnis dan Perdagangan Modern, 2011, 23(01): 303.
[3] Masyarakat Pengecoran Amerika (AFS). Buku Pegangan Pengecoran Baja [M]. 11Edisi ke-th. AFS, 2017.
