INTERFACE KIMIA PADA PADUAN ALUMTIIIIUM TUANG YAI\G DIKU.ATKAN I}ENGAI{ INSERT BEREAHAN CAST IRON Oleh :
Nurtad Dosen
Fahllat Mesia Unirtsird Tifut Magelqrrg AASTRACT
{
an Al-St ighl a oy beenmatuldctund by gattty dle norl&ng. Spelal preantiott haye b.at tdlen lo aaarc a uhlfow yle$tng oI lhe t ts€'t by the tktutd lW a q. Urda thae
Eiwaalltt autondee conpona s cotsis/lag pttlf@ced wilh a casl bon h1Aat
hdt
cohdlltots, thpe htanndalhc coirrototdt oe forned at the i&rqlaloy ir,teface: q (ArSFe2), TS (AL7.4FAE, arld T6 (Ala,5F8D. Upoi $bt4.art hear teatn e4 n @l5Fe2'l2) and ll0 UU2FesSi3) dto qp€@, cnrwth of lrse co&poun& ts dkcussed h tetats o,f lhdrnodfnon ca, *fuerics dd readion nechdnbnt in th. AI-Fq erd At-Fc-Si srstetn& ne d?A ol rtete cheittcal dioryet at lhc n dtartcd prqertle* 6,hc lrs.rUa dy Joir vill & adt b.a
f,qwds: n l6.itet E
C.tthrg,
E tohhtE
Yot. J1 No-
Z
15
S.pnabt Ulq :
227-238
A.
PEII{DAtrULUAN - Untuk memcnuhi p€rsyaratan p€oguauggn berat dan biaya ptoduksi !€ndal! banyak komponen talrsportasi kendaraan yang sebelumnya yeng terbuat dari besi cot sltararg aiUuat aeirgan p€ngeco$n paduan ahmrinium doSsn tl]. peningkatan performa komponcFkomponen betat yalg ringan ini dapai dicapai dengan mompe*uat daenh bantalan trctxn ',rggi urenggunakan paduan ringan dilruatkan insat berbah!tr logam l24].-berbagai-teknik dapat digunakan unnrk memprodulsinya seperti iomponen btwetallic datl. bcrmacam-rnacan paduan alwdniunr dan penyisip logam. Sekarang zudah difoh$kln uatuk produtsi nenggur;ka; gr&vity die casting pada komlnffa $spq$i otomotif yang terbuat dari padum alumidum-silicon dikualkan deng"" penyisip besi cor (Gambar. 1).
Bila prcsednt die casfug konveosional digunakan pada Fnuugatr cairan paduan Al-Si di alas cetakan penyisip, untuk mompemudah a€danah dalam paduaa ringaa setelah mengeras Pengga.uhtya" besi dan lapisan alunioiun oksida mencegah kontak langsung aatara dua logam dan tidak punya benurk ikatan inlerfacial . Inilah alasan meng4o peuyisipan dirancang dengan berltrlt cogwheel (gambar. 1). Kar€na itu yang dibentutq bagian petrlsip ]a!g menonjol melebihi muatan ditekan neng;guDrkan peaiqit pads nahu pendinginatr paduan ringaD, sda4kan lubang diatas dengan lebar 400 pm mungkin nuncul di bagian cekungn pada penyisip / padusn erface. Mengguoakrn prosedur casing tlru8us b€rasal dan pmses AI-Fi! [5], Itu telah memugkinkan urhk membentuk ikaran metahngi di penyisipnya -yang paduan 'ringan inerface. Hal ini telah nenghrsilksn komponln dengan meningkatk& firngsionalnya (Gambar. 2)
i
i
B.
PEftCOBAAN Pencetaktl Bimebllic tolah diproses dari peuuangan paduan
n
IrEtf@. Ki6ta Pa,lo Pa.tu
ttu hls Is,AYaA
Dlh.atut &nE@t
lte.t
...
(Nuthdi)
besi! oor gllft spherciddl AS7G0,3Sb dan penyisip' lerbuat (Tabef l). Untuk p€nyisip s8rgat ringan dogan benuk rilbder (b€ratr 105 g, diameter: 35 mm), paduo / bera rasio insert adalah 6.7. Untuk mendapatkan ikttan netalurgi interface antsa penyisip dan paduan, proses dilakukan dcngan dua trhap berhlut-turut : Lrngkrh pertsEr, masiag-n8sing penyrsip alab dib€rsikan dari kotoran (deerr4ted), sandblosted, dipfllLa*at 220 'C s€lsma I jam didalam nitrogen kering dan terathir dicelupkan (di udara) kedalam cairan paduar AS7G0.3S dit€ntlam di8ias suhu 780 'C. Pencegahan tetatr ailaf*an urhrk m€njaga ksndungan besi yang dib€na$kan ke tingkst lebih rendah dad seteogah jenuh (kurang dari 3 wl 7o Fe). Setelah 4 meNrit peoceh{taD, penyisip dipanaskan 0C dan di coating seragam dengan layer padu& pada suhu 760-?80 cair yang lipis (tebal 30-100 pm) diambil dari rendaman paduan ;
dri
Langkah kerlue, pecyisip aluminized panas
segera dileDDatkan dalam cetakan logam yang dipaaaskan dahulu pada 0C dan paduao cairal baru dituaugkan ke dalam cetakan sut u +OO
(Dada udam). UEtuk nedapaltan ikatatr kuat pads penyisip / pduan interface, saugat penting pada tahap ini un$k roenttansfer Laalam caakal dan meouangkan paduao yang baru di atasnya dengan r"ktu sukup cepal sehingga lapisan paduan tidak mctniliki waftu unruk mengeras (menasukkm Lepernukaan lebih tinggi daripada suhu 6000C). Kemudian ditaha! sekitar l0 d€tik uotuk meneisi yang sudsh mengeras, selama jalgka wattu yang srakiimal dengan sutru 68G700t sedsngkan penyisipnya / paduan int€rfacc s€kitar l10 dctik lebih besar dari ptose3 peng€rssan pada ceakan yang kernudian di dinginkan dirdan dengan suhu kame (k€adaan Y30). ini SeDagim dari castilg, sehingga perlu panambahan paduan melahti hardening hest te4rn€d (pelgerasan 520 uc, didingiDkp ienga" pedahran panas ) : selama 12 cliudara dan dipanaskan lagi sekitar 6 jarn pada suhu 170 (keadan Y33).
jan
2E
t
voL
Jt Nd 2
tt &Pfrrber ulo
: 227-238
Gembar,l. Pembuatan komponc-n suq)ense bimetallic dengan casting die kcnvesioml (OM pada bagian melintang) tidak ada bennrk ikatan pada insert/ paduan interface. Insert pejal deagan bontuk cogwheel yang digunakan
Morfologi pads pembenhrkan zola traosisi pada besi cor / paduan interface te-lah diarnati dengFn o,ptik nilrostopi (OM) d* scanaing .electron mikcoscory 6tI\,0. Kdstal asli paOu'plasa ryThlork di zona ini telah dipasrihan dergan X iay piwder d,lz4doD menggunakan teknik abrasive dai lapisen ke lapisan (tingkat 5-10_gm) separ,jaog dararar yang'sejajar r'int t rntertacetrya- phasa komposisi telEh dit€ohkan denga! kuamitatif elechon dengar pemb]uktian micrc onstysis.
2n
lnEtae
Kttni, Pda
Pa6@)bi,'inutt1,'t8v@18:DttuM1.lergdhsd
(t't
/Mi)
Gambar.2. Bagian bimetallic yang optimal pada pros€s L:husus didslam perkerjaan kini : astahn ukursD k€sil dan bentuk s€d€rham pada insert dibandinglm gambar I'
Tib€l 1. Komposisi naterial awal dalhm tflo Dlemar {S7GO38b
c.st ltun
SG
C. a.
c
Mlr Mc C! TI sb 6.9 <0.fi 0,0t 03 r.rD [0.t3 ot6
fc
IIn.urhlt
0:
4.1
H$il drn dtukuli
Zonr lraD8i3i p.di komDonetr lurng ( Y3i() stale ). Selama peluargan pada keadaan Y30, kepadatan'dan Zom transisi b€rlanjut deogu k€tebalqn minimal sekitar 12 pm pada Cipenyisip / paduan ilt€rfac€ {ganbar:3). T:rga urul2n sirswan d'isan ;enitiki kar"kbiistik lapisan vmg tipis p (Alled - vane ko*ak dengan besi eor, pada laPisan te4ah T5 (Al7.4Fe2Si) dan lapisan luar T6 (Al4.5FeSi) de4an berbagai hasil pertumbuhan vanc luas dalam oaduan. penanj"nggn Kristal T6 juga ada dalam o.Airr O.ne* iharpedged dan beberapa gaphire sphetoids ' ilambar. 4 menuniukan posisi dua bentuk phasa isotherm Al-Fe' Si pada suhu 730'0C (t6 t€rletal di aot8m T5 dan T2 tetspi tidak 0c) so6il di l3o t6l. Dat vang muncul ini dipqoleh psda data Fe' AI dan sistem F;-Al-Si [6-9], perubahtn kinia yang terjadi pada penyisip paduan interfac€ di betbsgsi tahop dari prosedur penuangan dapat diganbu&ar sebagai berikut. piaa lirslral awal pencelupao aluminizing panas. pada suhu permukaai penyisip rfinaikan hingga sekitar 760 "C kuratg nenir iencegalan ini dilakuka! untuk menghindari dari gelcmbung yang terperangkap, paduan cairan srtgat efisien untuk
/
'
I
231
Yot. J4
melindungi penyisip dari
oksitasi
Nd Z
15
S.?Enrbt nlo : 227-238
denga" udara dan tidak
U"ry besi reroftsidasi yang Grkembang di penyisip paduu inteface. Logarn murni / kontak logam didapat seielair /fl*ldurn penumbldEn cepat di beberapa titik pada interiace. Datam titik ini, pros€s rcaktif pembasah di awali dan ds€barkan benahap pada paduan cairan ke atas penruk8an penyrsip yang mungkin ierjsdi. Namun, pergerakan laju relatif }arnbat. Efektii jika seliulh per.tnukaan pada pelyisip muncul p€mbasah yang sempuma dari paduan cairan pada uhap akhir aluminizing (4 lneoit 760_7g0 "C), itu merupakan cacatan yang bemilai pada percobaan untuk mernpersilgkat durasi penrunan keaadan dari I itau 2 menii yang diliasilk n di bagianpembasahan (perrmg).
""f
ii
Gambar.3" Morphologr pada jenis zona tansisi alloy/insert unh* casting kcadaan Y30(OM didalam daerah melintang)
Intc.fu.. Ki6ia
Pa,ta
Pc&@
tu
Gdd b
i'aot rtargvc]g Dhetb,lflEat IN..t .,, (Nttiddt)
rtl
A!.rh il%
Crmb*.4.
Area isothemal pada suhu 7300C dalam diagrdm phasa Al-Fe-Si sesndah[6.]: jalan difrtse untuk Fe/AS7 padadcair yang b€dkatad terjadi pada garnbar,
0C, baik reaksi Setama pcmbasahan Eaktif padd 760-?80 kimia dan p€rgerakan lannsn pada ins€rt / paduan insen. Simulasi percobaau relah menuujulkas bohwa emPat pha-
0
4
vol J4 Nd 2, lJ slPrtntu Z|t
0 :
227-ZlE
apabila tatrsfer ins€rt dari readaman aluminizing ke cetakarq
perub-ahan kondisinya sangat c€pat pada insert / paduan ins€rt. Jika
transfer, insen dilakukan deogan laju cukup c€paq serneotam pefgerakan fenorrna interfac€ s€lama p€dode singkat, waktunya yalg revenible, kecuali unnrk perten-.bangan pada permukaaur paduan film rer*ena udara pada lapfuan o[siaaii atZbl sangot tipis yang dapat dihindari. Ketika paduan baru dituangkm deng; cepat ke dalam c€|akan, lapisao oksidasi Al2O3 ini, bagairnan+u,, cukup kuat untuk menahar tekanatr geser yang dihasi'ikan oleh aliran cairan ke atasnya dan pusaran didalin cetalan. Akibahya, retakar lapis Al2O3 yang teriris.iris terbau/a keluar, met"ringSdl€r permukaen i[sert didalam kon.ak pada suhu 6g070OuC diaduk dengan cairan alloy ASZCo.3 yallg memiliki kandungan besi rendab- Kondisi ini hampir sama untui mengatasi selama tahap aluhinizing dan seb€lumtrya lapisan reaksi iaterface tidak tebal_. kareDa p€rhmbubamya sebagi peoyeirnbang dari p€larunn didalam padLr,an cairao. Keberadaan beberapa-grafit spheroirls dalaru paduan merupaka hasil dari proses pelarutanl
tif$
6
Grmbrns. Isopl€th Fe/ASZ diganbarkan
w
tibtrlca Kibr, Pda Pdn@
ttritu',
tua'g
votE
Atutbt
dens@
Lse', ... (Nqtdi)
Kecepalan meBgisi celskm diata$, tenperatt[ pad]a insert / paduan in$efi mulhi menulun". Akib.tsy4 duaduany4 baik pertumbuhan dan pclarutan pada lapisan leakli (pada pros€s sktivasi thermal) pergerakan laju jadi lambat. Di waktu yang sam4 kandungan besi pada paduan cairan pacla sekitar pennukaan inse* €€pat m€ndekati jenuh di baunh pengaruh kornbbasi tennodinamiks (m€nurun kelarutan maksimum deDgan suhu, Gambar. 5) dan kinaik (migrasi dari besi didalan cainn tidak lagi disduk). Akibatny4 m€ngalami pcrtumbuhan pesat dialas pelarutanys. Sementara suhu t€lus
m€nuun, akibatnya cairan di sekitat permukam insert me{adi lebih jenuh pada b€si. Sep€ni ditunjukean dalam Gambar. 5' ciua proses yang lain inr dEat menjadi aldf: di salu sisi, reaksi dapat ianjutkar' pada larutan interfac€ padat. (rnisalny4 L+ 0-T5) dan" di sisi lain, kanduogan besi susunan padat sep€rti T5 (dibawah 650 oC) 0C) dapal meDgkistal dari cairan di arau T6 (di bawah 615 bawah pembekuan s€mpdma
6anbar,6.
zona hansisi irsert/alloy didalam heai'treated casting (Y33 srab): catatan ini memperhalus silicon eutectic pada heal treetnent.
2t5
/ot. t4 No Z
It S.pt',t&' Ntq
: 227-EE
b, ?ory tnqqpntr hert-Feetcd componert (y33 State) lclihata!, lebih luas, siht itisat
yanq rerjadi selana perlakuan panas, {aryti Gsmbar,6.
sepeni rerlihat tti Ketebslan daerah reatsi total lelah n;ingftaf dari 12 sampai 22 trm. Lapisan dalam lebih dominan alami-r1 merniliki kctebalan pada lapisan pada T5 tidak nimtak menyeluruh dan itu relah digantidn oleh sebuah lapisan :.buC!T Tg, K1edu8 temary merDiliki lompleks di mana tiga Al-Fe-Si dalum "usunan krrrakteristik: selebihnya T6, (At5Fe2Si2)
iri
T2
(Al12Fe5Si3)
dan Tl0
[9]. Sesugguhny4 rea*si teaOaan pedat telah l,rgerak selarna hcat ftltE€trt di mana 4, T2 datr Tl0 tetah berkennbang atau hrb€Dhrk meoggangu pada T5 dan T6. KryF*i"tik 6tur lain yaog .tiingint.n p8da zom rcaksi setelah
pedakuan panas arfaiah terbentrnoya berbagai kekosongan di interfac€ atrtan lapisan rcaksi tuir aan paauan. hi -adalah kekosoagan Kirkendalt ail'cgsa 6s6 1"66ui""imbangan difrrse keadaar padat atom Al dari alloy ke Fe / q reaksi kedegi.
c. lmplikrsi prskfi! , Pencapaian sebuah ikaran metalurgi berlanjut psda inscrt / paduan interfac€ pada
komponen bimetallic. p€da,-p€;behjaran ini telah memu[gkiDkan penggotian secara besar-Ueiaran paaa insen (t65 €) den-.ger. trr'tl& cogwheel yang lebih rir$n (105 g) lebih sed€rhana Selah berat yang riagan, hal ini clah .engakl6a*jauh lebib seragam perpocahaya dari tekanan ctanp-ing 6naa p€'turtiuk. 100 MPA) nenggurakan paduan ringan i"o.ert seosgal komponen nnng . Kombinasi tekamn cla&ping yang .*goT ._p"d" rahanan mutlak psda ikalau netAirgi iefah menirnbulkan sehuh mnbungan otttiglt deJlgi'rI, daya ionduksi paflas yang baik pcncapaian sifat mekanis. masalahnya, tetap _dan mengenai pemeliharaan sifaf ini di dal",n perlakuari panas
i"ai
236
Intt&@ Kt
ttaPatuPa,telll5t''i6r'/,tBfag Dthdbt.Lns8
lert . (VMi)
kmponen. Akibatnya, ildan netalurgi tidak tahfl, isnpa retskan , oC diikuti pemanasao awal 520 oleh e€ndinginalt air. Hal ini pertuinbuhan merupakan akib* dari Fd8 penanasan awal untuk susuna! tcngah q dari difrBi utama psds aton Al [9]. Akibatnya seperti proses pertwnbuha! mengar8h te foraasi kekosongan Kiirkendall pada lemabnya batasan antara paduan da! zona teaksi.
ini
harus diletakksn didatam peughambat pertwlbuhsn n diatas peE nasan awal' misalny4 dengan mengubab komposisi ins€d atau memasukkan tambalnn sesuai
Solusi nasalah dengan alloy.
DATTAR PUSTAXA
Les olliages
Jacob
de
moulage
et
(l 9 9 7) " a$omobile".Hommes Fonderiel: t 9-23' StucLT M. Les(1993) "tttrertr dans les alliages d'qluminiuu 1.,
londettr d'stliod'hui"123:3'141. Petitet JP.,(1995)"Izteractions l4der llydrostatic pressure of a mild steel fith liquid aluniniun alloys" J morle'E,Fondefie
Vaillant
P,
Mater Sci ,30:4659-6E. Durrant C, GallsNr€ault M, Csntot 8.,(1996)" Squeeze csst aluminiunrelnforced v,ith miw $eel inse/rs".! Msf,et
Sci,3l:589602.
Ga"rt\et G-(I96I)." yerhlndguE .Aluminium".45:368-73. Petsow G, Effenberg GE, (l9q2)."editots' Ghosh G. Ahonlnlunr-bon-stlicon Temary alloys, vo| 5". Weinhcim: VCH., p. 394-438. Stofaniay V, Griger A Tirnnezey T.dl987);'Internetallic phases ln the Alsidecomer ol AlFeSi-dloy q&te ". Mater Sci
Ir:
I
in:539-46,
Eggeler G, Auer W, Kaesche H.(1986)." R€actions between steel and'41 melts ".Z Metllkde ;771239-44.
731
vd 3t rtto. 2, 15 s.pt
rt&-t 20t0 : 227-nE
D, Ba$eau F, pcronlet !vl, Bo$€let F, Viala Z@$."Reaion kOEr seqr8nces at the intetfac.e
Pi€Nre
non and Al-,Si
alW.
JC.(July beMeen Pmceedings of DIMAT 2000, paris;.
p. 1593-8, Yerenenko VI!, Nataozon W, Dybkov Vl.(1981);' The efect of dissolutionon the grcvth of Fe2Als in the Eolid Fe-.hCuA At t/srct t". J Maier ScLl6:174&-56.
2A
