1. Perkenalan
Presisi (investasi) pengecoran banyak digunakan untuk impeler pompa, tubuh katup, komponen turbo, implan medis dan suku cadang yang dipesan lebih dahulu di mana geometri, penyelesaian permukaan dan integritas metalurgi sangat penting.
Baja tahan karat menarik untuk aplikasi tersebut karena ketahanan terhadap korosi, sifat mekanik dan tahan panas.
Namun kombinasi bentuk yang kompleks, bagian tipis dan metalurgi baja tahan karat memperbesar risiko cacat.
Untuk memitigasi risiko ini memerlukan pendekatan terpadu mulai dari pemilihan bahan dan desain pola hingga peleburan, pembuatan cangkang, penuangan, perlakuan panas, pemeriksaan dan finishing.
2. Kelompok baja tahan karat utama yang digunakan dalam pengecoran presisi
- Austenitic (MISALNYA., 304, 316, 321, CF-3M): Kandungan Ni/Cr tinggi, keuletan dan ketahanan korosi yang baik.
Austenitik mudah memaafkan dalam hal retak tetapi rentan terhadap porositas gas (hidrogen), oksidasi permukaan dan karburisasi/decoking internal di beberapa atmosfer.
Mereka tidak berubah saat didinginkan, jadi kontrol kebersihan pemadatan dan inklusi adalah kuncinya. - Rangkap (feritik-austenitik): Kekuatan lebih tinggi dan peningkatan ketahanan SCC di beberapa lingkungan.
Nilai dupleks lebih sensitif terhadap riwayat termal: paparan yang terlalu lama pada kisaran 300–1000°C dapat memicu fase penggetasan (sigma), dan ketidakseimbangan dalam pendinginan dapat menyebabkan rasio ferit/austenit yang tidak diinginkan. - Martensit / pengerasan presipitasi (MISALNYA., 410, 17-4Ph): Digunakan bila diperlukan kekuatan/kekakuan atau kekerasan yang lebih tinggi.
Paduan ini lebih rentan terhadap retak jika penyusutan pemadatan atau gradien termal tidak dikelola dengan baik dan memerlukan perlakuan panas pasca pengecoran yang hati-hati.. - Paduan tinggi/khusus (MISALNYA., 6Mo, 20Cr-2Ni): Peningkatan paduan dapat memperparah masalah segregasi, kompatibilitas oksidasi dan tahan api; praktik peleburan dan pengendalian terak menjadi lebih penting.
3. Proses pengecoran presisi — langkah-langkah penting dan variabel pengendali
Tahapan penting di mana cacat muncul:
- Pola & desain gerbang: pola lilin atau polimer, gerbang, strategi kebangkitan, fillet, draf.
- Bangunan cangkang: kimia bubur, ukuran plesteran, siklus pengeringan/pengeringan dan kontrol ketebalan cangkang.
- Penghapusan pola / Dewax: kebersihan dan tidak adanya residu.
- Memanaskan lebih dulu / memanggang: suhu terkontrol untuk menghilangkan sisa organik dan untuk mengendalikan kejutan termal.
- Meleleh & pengobatan logam: praktek peleburan (induksi, induksi vakum, kubah dihindari karena tahan karat), Deoksidasi, penghapusan terak, degassing (argon), kontrol inklusi, dan akurasi kimia paduan.
- Penuangan: Tuang suhu, teknik (tuang bawah/atas), untuk limpa, dan pengendalian atmosfer.
- Solidifikasi & pendinginan: Solidifikasi terarah, kinerja anak tangga, kontrol gradien termal.
- Penghapusan cangkang, pembersihan dan fettling: pembersihan mekanis dan kimia, inspeksi.
- Perlakuan panas pasca pengecoran: Solusi Anneal, memuaskan, tempering, menghilangkan stres seperti yang ditentukan oleh kebutuhan paduan dan mekanis.
- Pengujian non-destruktif & finishing: Ndt, pemesinan, PINGGUL jika ditentukan, finishing permukaan dan pasivasi.
Variabel kontrol meliputi: melelehkan kebersihan dan kimia, porositas dan permeabilitas cangkang, profil pemanasan awal, suhu penuangan dan turbulensi, konfigurasi riser dan feeder, dan siklus termal pasca pengecoran.
4. Cacat paling umum pada pengecoran presisi baja tahan karat
Bagian ini mencantumkan cacat yang paling sering muncul pada baja tahan karat pengecoran investasi, menjelaskan bagaimana dan mengapa mereka terbentuk, dan memberikan deteksi praktis, upaya pencegahan dan pemulihan.
Porositas gas (lubang sembur, lubang kecil, porositas sarang lebah)
Seperti apa bentuknya: rongga berbentuk bola atau bulat yang didistribusikan melalui pengecoran; lubang kecil yang memecahkan permukaan atau kumpulan porositas bawah permukaan; terkadang jaringan sarang lebah di wilayah interdendritik.
Akar penyebab: gas terlarut (didominasi hidrogen, terkadang nitrogen/oksigen) dilepaskan selama pemadatan; kelembaban atau bahan organik yang mudah menguap dalam cangkang atau pola; degassing yang tidak memadai; turbulen menuangkan udara atau sampah yang masuk; reaksi dalam gas penghasil lelehan.
Bagaimana cara mendeteksinya: visual (lubang kecil di permukaan), pewarna-penetran untuk pori-pori yang memecah permukaan, radiografi/CT untuk porositas bawah permukaan, pengujian kebocoran ultrasonik atau helium untuk bagian yang kritis terhadap tekanan.
Pencegahan: keringkan cangkang secara menyeluruh dan kendalikan penghilangan dewax/abu; melakukan degassing lelehan (campuran argon/argon-oksigen, degassing vakum);
gunakan bahan muatan bersih dan minimalkan fluks reaktif; tuang dengan teknik laminar flow atau bottom pour; mengontrol suhu penuangan untuk menyeimbangkan fluiditas vs pengambilan gas.
Remediasi: pengepresan isostatik panas (PANGGUL) untuk menutup porositas internal di mana fungsi menuntut; pemesinan lokal untuk menghilangkan pori-pori permukaan; perbaikan las untuk cacat terisolasi jika metalurgi dan desain mengizinkan.
Porositas penyusutan (penyusutan interdendritik)
Seperti apa bentuknya: tidak teratur, sering kali rongga-rongga yang saling berhubungan terkonsentrasi di lokasi-lokasi yang terakhir dibekukan (bagian yang tebal, persimpangan)—Mungkin muncul sebagai jaringan dendritik atau kekosongan pusat.
Akar penyebab: pemberian makan yang tidak memadai selama pemadatan; paduan dengan rentang pembekuan lebar yang mendorong penyusutan interdendritik;
penempatan riser/gating yang buruk; panas berlebih yang tidak mencukupi atau isolasi berlebih yang menunda pemadatan di titik panas.
Bagaimana cara mendeteksinya: radiografi dan CT untuk pemetaan rongga internal; pemotongan metalografi untuk mengkonfirmasi morfologi interdendritik.
Pencegahan: menerapkan praktik solidifikasi terarah—tempatkan riser/feeder pada volume yang terakhir dibekukan, gunakan kedinginan untuk mengubah jalur pemadatan, merevisi gating untuk memastikan pemberian makan, gunakan perangkat lunak simulasi untuk memverifikasi perilaku hot-spot.
Remediasi: HIP untuk memadatkan penyusutan internal; mendesain ulang untuk menambah feeding atau mengubah geometri bagian untuk produksi berikutnya; penumpukan las lokal yang diijinkan, penyusutan yang dapat diakses.
Inklusi dan jebakan terak
Seperti apa bentuknya: partikel bersudut gelap atau stringer dalam matriks (terak, film oksida, pecahan tahan api), kadang-kadang terlihat pada permukaan mesin atau pada potongan melintang rekahan.
Akar penyebab: penghilangan skimming/slag yang tidak memadai di tungku, turbulen tuang sampah yang entraining, bahan cangkang yang tidak kompatibel terkelupas ke dalam lelehan, fluks yang tidak memadai, atau pemurnian lelehan yang tidak memadai.
Bagaimana cara mendeteksinya: radiografi / CT untuk inklusi yang lebih besar, metalografi untuk partikel kecil, inspeksi etsa putih dan fraktografi untuk analisis kegagalan.
Pencegahan: pembersihan lelehan yang ketat (peluncuran, fluks), penuangan terkendali untuk menghindari turbulensi, tuang bawah atau penuangan terendam jika memungkinkan,
formulasi cangkang yang kompatibel dengan kerapuhan yang terkendali, dan praktik pemindahan sendok secara berkala yang meminimalkan masuknya terak.
Remediasi: mengerjakan inklusi permukaan; perbaikan las atau penggantian bagian untuk bagian penahan beban; peningkatan praktik peleburan dan inspeksi sebelum penuangan selanjutnya.
Penutupan dingin dan kesalahan pengoperasian (pengisian tidak lengkap)
Seperti apa bentuknya: garis permukaan, garis putaran dingin, bagian yang tidak lengkap, atau area tipis dimana rongganya tidak terisi penuh.
Akar penyebab: suhu penuangan rendah, aliran logam cair yang tidak mencukupi, gerbang atau ventilasi yang buruk, permeabilitas cangkang yang berlebihan atau bintik basah, bagian yang terlalu tipis atau jalur aliran yang panjang.
Bagaimana cara mendeteksinya: inspeksi visual dan pemeriksaan dimensi untuk cacat permukaan; CT/radiografi untuk memastikan pengisian yang tidak lengkap pada daerah yang tersembunyi.
Pencegahan: memvalidasi gating dan ventilasi untuk laminar, aliran yang tidak terputus; sesuaikan suhu penuangan dan kecepatan penuangan untuk menjaga fluiditas;
pastikan ketebalan bagian seragam atau tambahkan saluran umpan; meningkatkan pengeringan cangkang untuk menghindari pendinginan lokal.
Remediasi: pengerjaan ulang dengan pengelasan dan pemesinan jika geometri memungkinkan; mendesain ulang gerbang untuk pengoperasian di masa mendatang.
Robek panas / retak panas (retakan solidifikasi)
Seperti apa bentuknya: retakan tidak teratur di daerah yang terakhir mengeras, sering kali pada permukaan luar atau di dekat fillet dan fitur terbatas, muncul saat pendinginan.
Akar penyebab: regangan tarik selama interval semi-padat/pemadatan akhir ketika keuletan logam rendah; geometri terbatas, perubahan bagian yang tiba-tiba, pemberian makan yang tidak memadai atau kepatuhan terhadap jamur yang buruk; paduan dengan rentang pemadatan yang lebar lebih rentan.
Bagaimana cara mendeteksinya: visual dan penetran pewarna untuk retakan permukaan; radiografi/CT untuk retakan bawah permukaan; metalografi untuk mengkonfirmasi morfologi pemadatan dan waktu retak.
Pencegahan: desain untuk mengurangi pengekangan (tambahkan fillet, meningkatkan jari-jari, hindari inti kaku yang memperbaiki gerakan), memodifikasi strategi gating/riser untuk mengurangi regangan tarik selama pemadatan,
gunakan bahan cetakan dengan sedikit kepatuhan atau selongsong isolasi, dan menyempurnakan urutan pengecoran untuk mengurangi gradien termal.
Remediasi: kadang-kadang dapat diperbaiki dengan pelapisan las dan perlakuan panas pasca-pengelasan jika geometri dan metalurgi memungkinkan; jika tidak, desain ulang dan penerbitan ulang perkakas.
Seperti apa bentuknya: kekasaran permukaan, partikel tahan api yang tertanam tajam, pecahan cangkang lepas atau bagian kerak yang terkelupas. Pencucian cangkang dapat menyebabkan rongga permukaan yang besar.
Akar penyebab: cangkang lemah (plesteran yang tidak memadai, cangkang yang belum matang), serangan kimia antara logam cair dan pengikat cangkang, turbulensi penuangan yang berlebihan, atau suhu logam yang berlebihan menyebabkan kerusakan cangkang.
Bagaimana cara mendeteksinya: inspeksi visual permukaan as-cast, metalografi untuk mengidentifikasi inklusi tahan api, dan fraktografi untuk menentukan keterlibatan ikatan cangkang.
Pencegahan: mengontrol komposisi bubur dan penilaian plesteran, terapkan jadwal pengeringan cangkang dan dewax yang benar, gunakan pelapis cangkang jika diperlukan untuk membatasi reaksi cangkang logam, dan gunakan praktik penuangan yang tepat untuk membatasi erosi mekanis.
Remediasi: menghapus dan menambal rongga permukaan dengan pengelasan dan pemesinan; pengerjaan ulang atau skrap jika kontaminasi membahayakan integritas struktural; proses shell yang benar untuk proses selanjutnya.
Oksidasi, pembentukan kerak dan kontaminasi permukaan
Seperti apa bentuknya: skala oksida berat, film permukaan hitam/abu-abu, bintik hitam atau noda; dalam kasus yang parah, oksida terkelupas memperlihatkan logam kasar.
Akar penyebab: paparan udara/oksigen pada suhu leleh/tuangkan yang tinggi, fluks/penutup pelindung yang tidak memadai, residu dewax atau kontaminan karbon yang menyebabkan reaksi lokal.
Bagaimana cara mendeteksinya: inspeksi visual, tes kimia permukaan, dan penampang optik/metalografi untuk memeriksa ketebalan dan penetrasi oksida.
Pencegahan: gunakan penutup fluks pelindung atau penutup gas inert di atas lelehan, mengontrol suhu tuang dan atmosfer, memastikan dewaxing dan pencucian cangkang secara menyeluruh, dan tentukan sistem cangkang dan pelapisan yang sesuai yang meminimalkan reaksi.
Remediasi: penghapusan mekanis (tembakan peledakan, menggiling), pembersihan kimia, electropolishing, dan pasivasi untuk membangun kembali permukaan yang tahan korosi; dalam kasus yang parah, ganti bagian tersebut.
Karburisasi / dekarburisasi dan perubahan kimia permukaan
Seperti apa bentuknya: lapisan permukaan menjadi gelap atau rapuh (karburisasi) atau lembut, permukaan yang habis (dekarburisasi), menyebabkan berkurangnya ketahanan lelah dan kerentanan korosi lokal.
Akar penyebab: difusi karbon dari bahan pengikat, sisa lilin, komponen cangkang karbon, atau mengurangi atmosfer selama perlakuan panas; dekarburisasi yang disebabkan oleh oksidasi atmosfer atau pemanggangan berlebihan pada suhu tinggi.
Bagaimana cara mendeteksinya: profil kekerasan mikro, potongan melintang metalografi, analisis karbon/sulfur permukaan.
Pencegahan: pilih sistem cangkang dan pengikat dengan sisa karbon rendah, mengontrol siklus pemanggangan/panas, menggabungkan protokol pemanggangan yang menghilangkan zat-zat yang mudah menguap, dan menggunakan tungku atmosfer terkendali untuk perlakuan panas.
Remediasi: pemesinan untuk menghilangkan permukaan yang rusak, perlakuan panas yang tepat dalam atmosfer inert atau vakum, atau penggilingan lokal diikuti dengan pasivasi.
Segregasi dan garis tengah / segregasi makro
Seperti apa bentuknya: variasi komposisi di seluruh bagian pengecoran besar—konsentrasi elemen paduan atau pengotor di garis tengah atau titik panas lainnya, kadang-kadang disertai dengan mikrokonstituen yang keras atau rapuh.
Akar penyebab: segregasi dendritik selama pemadatan, laju pendinginan lambat di bagian besar, rentang pembekuan yang panjang untuk beberapa paduan tahan karat, dan kurangnya homogenisasi perlakuan panas.
Bagaimana cara mendeteksinya: pemetaan kimia (EDS/WDS), survei kekerasan mikro, metalografi dan analisis komposisi lintas bagian.
Pencegahan: mengontrol laju pemadatan melalui pendinginan atau pemotongan yang dimodifikasi, mengoptimalkan gating untuk mengurangi jalur solidifikasi yang panjang,
gunakan anil homogenisasi jika geometri dan metalurgi memungkinkan, dan pertimbangkan teknologi peleburan (VIM/VAR) untuk mengurangi makrosegregasi.
Remediasi: perlakuan panas homogenisasi untuk mengurangi efek segregasi atau desain ulang komponen untuk menghindari ketergantungan properti yang kritis pada wilayah yang dipisahkan; HIP dengan perlakuan panas berikutnya juga dapat meringankan.
Distorsi, tegangan sisa dan retak pasca pemesinan
Seperti apa bentuknya: bagian yang melengkung, dimensi di luar toleransi setelah pelepasan cangkang atau perlakuan panas; retak selama pemesinan atau saat servis.
Akar penyebab: pendinginan yang tidak seragam, transformasi fase (dalam nilai martensit atau dupleks), pendinginan terbatas, permesinan yang melepaskan tegangan sisa bawaan, dan jadwal perlakuan panas yang tidak tepat.
Bagaimana cara mendeteksinya: Inspeksi Dimensi, pemetaan distorsi, pengujian pewarna-penetran atau partikel magnetik untuk mengetahui adanya keretakan, dan analisis fase metalografi.
Pencegahan: mengontrol laju pendinginan, lakukan perlakuan panas pereda stres sebelum pemesinan berat jika memungkinkan, pemesinan urutan untuk menyeimbangkan penghilangan material, dan hindari transisi bagian mendadak yang memerangkap stres.
Remediasi: anil pelepas stres, siklus perlakuan panas ulang, perubahan strategi pemesinan, atau pelurusan termal dalam kondisi terkendali.
Cacat permukaan akhir (kekasaran, transfer tekstur cangkang, pitting)
Seperti apa bentuknya: kekasaran yang berlebihan, butiran/tekstur cangkang terlihat pada permukaan pengecoran, pitting atau etsa lokal setelah perlakuan panas.
Akar penyebab: plesteran kasar, kontrol bubur cangkang yang buruk, pencucian cangkang yang tidak memadai, sisa abu pengikat, atau atmosfer perlakuan panas yang agresif.
Bagaimana cara mendeteksinya: profilometri, inspeksi visual, dan mikroskop.
Pencegahan: pilih ukuran partikel plesteran yang benar untuk target penyelesaian, mengontrol viskositas dan aplikasi bubur, memastikan pembersihan cangkang secara menyeluruh dan siklus pemanggangan yang terkontrol,
dan menggunakan proses finishing pasca cor (ledakan tembakan, getaran jatuh, pemesinan) seperti yang ditentukan.
Remediasi: penyelesaian mekanis (menggiling, pemolesan), etsa/pengawetan kimia dan pemolesan listrik; menerapkan pasivasi sesudahnya.
Microcracking dan serangan intergranular (Kecenderungan IGSCC)
Seperti apa bentuknya: retakan antar butir halus, sering dikaitkan dengan area sensitisasi atau korosi lokal setelah terpapar lingkungan korosif.
Akar penyebab: pengendapan kromium karbida pada batas butir (sensitisasi) dari perlakuan panas yang tidak tepat, pemisahan, atau paparan yang terlalu lama dalam kisaran suhu sensitisasi; tegangan sisa memperburuk retak akibat serangan korosif.
Bagaimana cara mendeteksinya: metalografi dengan etsa untuk sensitisasi, pewarna-penetran untuk retakan permukaan, dan pengujian korosi (MISALNYA., uji korosi intergranular jika memungkinkan).
Pencegahan: siklus anil dan pendinginan solusi yang tepat untuk nilai austenitik, kontrol delta-ferit dalam coran, dan menggunakan nilai yang stabil (Jika/Nb) dimana terdapat risiko sensitisasi.
Remediasi: anil larutan untuk melarutkan karbida (jika batasan geometri dan bagian memungkinkan), penggilingan/pengelasan lokal dengan perlakuan panas pasca-pengelasan yang sesuai, atau mengganti dengan kadar C yang stabil atau rendah untuk produksi di masa mendatang.
5. Studi kasus — contoh pemecahan masalah yang representatif
Kasus 1 — Porositas internal berulang pada impeler pompa
Akar penyebabnya: teknik penuangan bawah yang tidak memadai dan turbulen yang memasukkan oksigen; transisi tipis ke tebal yang kompleks menyebabkan penyusutan interdendritik.
Larutan: menerapkan degassing argon, beralih ke penuangan bawah dengan turbulensi rendah, gerbang yang didesain ulang dan menambah rasa dingin; menerapkan HIP pada bagian penting penerbangan.
Kasus 2 — Penutupan dingin dan kesalahan pengoperasian pada penukar panas berdinding tipis
Akar penyebabnya: suhu tuang terlalu rendah dan ventilasi yang tidak memadai melalui inti; permeabilitas cangkang tidak konsisten.
Larutan: peningkatan suhu tuang dalam jendela paduan, pengeringan cangkang yang lebih baik, saluran ventilasi yang dioptimalkan dan gerbang yang dimodifikasi untuk memastikan aliran laminar—penutupan dingin dihilangkan.
Kasus 3 — Pewarnaan sulfur pada permukaan dan korosi lokal setelah pengecoran
Akar penyebabnya: residu pengikat karbon dan pembersihan cangkang yang tidak memadai menyebabkan pewarnaan dan lubang sulfida lokal.
Larutan: proses pencucian dewax dan cangkang yang direvisi, memperkenalkan pemanggang cangkang bersuhu lebih tinggi untuk menghilangkan zat yang mudah menguap dan melakukan pemolesan listrik ditambah pasifasi sitrat.
6. Kesimpulan
Pengecoran presisi baja tahan karat memungkinkan geometri yang kompleks, akurasi dimensi tinggi dan kualitas permukaan yang sangat baik, namun secara inheren sensitif terhadap variabel metalurgi dan proses yang terkait.
Cacat pengecoran yang paling umum—seperti porositas, penyusutan, inklusi, masalah robekan panas dan bahan kimia permukaan—bukanlah peristiwa yang terjadi secara acak; itu adalah hasil langsung dari pemilihan paduan, praktek peleburan, kualitas cetakan, kontrol termal dan desain bagian.
Kunci kualitas dan keandalan terletak pada pengendalian preventif daripada perbaikan pasca pengecoran.
Keputusan awal dalam desain-untuk-casting, tata letak gerbang dan riser, fabrikasi cangkang dan disiplin peleburan menghilangkan sebagian besar cacat sebelum terbentuk.
Sedangkan tindakan korektif seperti HIP, perlakuan panas dan perbaikan las dapat memulihkan nilai komponen penting, hal ini meningkatkan biaya dan tidak menggantikan pengendalian proses yang kuat.
Sebagai kesimpulan, pengecoran presisi baja tahan karat menjadi solusi manufaktur yang dapat diprediksi dan bernilai tinggi saat merancang teknik, ilmu material dan pengendalian proses selaras.
Pencegahan sistematis, verifikasi yang ditargetkan dan peningkatan berkelanjutan adalah fondasi kualitas dan kinerja pengecoran jangka panjang.
