1. Faktor Makroskopis yang Menyebabkan Terbentuknya Retak
1.1 Selama pengecoran semi-kontinyu, air pendingin disemprotkan langsung ke permukaan ingot, menciptakan gradien suhu yang tajam di dalam ingot. Hal ini mengakibatkan kontraksi yang tidak merata di antara berbagai area, yang menyebabkan saling menahan dan menghasilkan tegangan termal. Pada medan tegangan tertentu, tegangan ini dapat menyebabkan retak ingot.
1.2 Dalam produksi industri, retak ingot sering terjadi pada tahap pengecoran awal atau bermula dari retakan mikro yang kemudian menjalar selama pendinginan, berpotensi menyebar ke seluruh ingot. Selain retak, cacat lain seperti cold shut, warping, dan hanging juga dapat terjadi selama tahap pengecoran awal, menjadikannya fase kritis dalam keseluruhan proses pengecoran.
1.3 Kerentanan pengecoran dingin langsung terhadap retak panas secara signifikan dipengaruhi oleh komposisi kimia, penambahan paduan utama, dan kuantitas penyuling butiran yang digunakan.
1.4 Sensitivitas paduan terhadap retak panas terutama disebabkan oleh tegangan internal yang memicu pembentukan rongga dan retak. Pembentukan dan distribusinya ditentukan oleh unsur-unsur paduan, kualitas metalurgi leleh, dan parameter pengecoran semi-kontinyu. Khususnya, ingot berukuran besar dari paduan aluminium seri 7xxx sangat rentan terhadap retak panas karena adanya beberapa unsur paduan, rentang pemadatan yang lebar, tegangan pengecoran yang tinggi, segregasi oksidasi unsur-unsur paduan, kualitas metalurgi yang relatif buruk, dan kemampuan bentuk yang rendah pada suhu ruang.
1.5 Penelitian telah menunjukkan bahwa medan elektromagnetik dan unsur paduan (termasuk penyuling butiran, unsur paduan utama, dan unsur jejak) secara signifikan mempengaruhi struktur mikro dan kerentanan retak panas pada paduan seri 7xxx yang dicetak semi-kontinyu.
1.6 Selain itu, karena komposisi paduan aluminium 7050 yang kompleks dan adanya unsur-unsur yang mudah teroksidasi, lelehan cenderung menyerap lebih banyak hidrogen. Hal ini, dikombinasikan dengan inklusi oksida, menyebabkan keberadaan gas dan inklusi secara bersamaan, sehingga menghasilkan kandungan hidrogen yang tinggi dalam lelehan. Kandungan hidrogen telah menjadi faktor kunci yang memengaruhi hasil inspeksi, perilaku fraktur, dan kinerja fatik material ingot olahan. Oleh karena itu, berdasarkan mekanisme keberadaan hidrogen dalam lelehan, perlu menggunakan media adsorpsi dan peralatan filtrasi-pemurnian untuk menghilangkan hidrogen dan inklusi lainnya dari lelehan guna mendapatkan lelehan paduan yang sangat murni.
2. Penyebab Mikroskopis Terbentuknya Retak
2.1 Retak panas ingot terutama ditentukan oleh laju penyusutan pemadatan, laju pemasukan, dan ukuran kritis zona lembek. Jika ukuran zona lembek melebihi ambang batas kritis, retak panas akan terjadi.
2.2 Secara umum, proses pemadatan paduan dapat dibagi menjadi beberapa tahap: pengumpanan massal, pengumpanan interdendritik, pemisahan dendrit, dan penjembatanan dendrit.
2.3 Selama tahap pemisahan dendrit, lengan-lengan dendrit menjadi lebih rapat dan aliran cairan dibatasi oleh tegangan permukaan. Permeabilitas zona lembek berkurang, dan penyusutan pemadatan serta tekanan termal yang cukup dapat menyebabkan mikroporositas atau bahkan retakan panas.
2.4 Pada tahap penjembatanan dendrit, hanya sedikit cairan yang tersisa di sambungan rangkap tiga. Pada tahap ini, material semi-padat memiliki kekuatan dan plastisitas yang cukup besar, dan creep padatan merupakan satu-satunya mekanisme untuk mengompensasi penyusutan akibat pemadatan dan tekanan termal. Kedua tahap ini paling mungkin membentuk rongga penyusutan atau retakan panas.
3. Persiapan Ingot Pelat Berkualitas Tinggi Berdasarkan Mekanisme Pembentukan Retak
3.1 Ingot pelat berukuran besar sering kali memperlihatkan retakan permukaan, porositas internal, dan inklusi, yang berdampak serius pada perilaku mekanis selama pemadatan paduan.
3.2 Sifat mekanis paduan selama pemadatan sangat bergantung pada fitur struktural internal, termasuk ukuran butir, kandungan hidrogen, dan tingkat inklusi.
3.3 Untuk paduan aluminium dengan struktur dendritik, jarak lengan dendrit sekunder (SDAS) secara signifikan memengaruhi sifat mekanik dan proses pemadatan. SDAS yang lebih halus menghasilkan pembentukan porositas yang lebih awal dan fraksi porositas yang lebih tinggi, sehingga mengurangi tegangan kritis untuk retak panas.
3.4 Cacat seperti rongga penyusutan interdendritik dan inklusi sangat melemahkan ketangguhan rangka padat dan secara signifikan mengurangi tegangan kritis yang diperlukan untuk retak panas.
3.5 Morfologi butiran merupakan faktor mikrostruktur penting lainnya yang memengaruhi perilaku retak panas. Ketika butiran bertransisi dari dendrit kolumnar menjadi butiran ekuaksis globular, paduan menunjukkan suhu kekakuan yang lebih rendah dan permeabilitas cairan interdendritik yang lebih baik, yang menghambat pertumbuhan pori. Selain itu, butiran yang lebih halus dapat mengakomodasi regangan dan laju regangan yang lebih besar serta menghadirkan jalur perambatan retak yang lebih kompleks, sehingga mengurangi kecenderungan retak panas secara keseluruhan.
3.6 Dalam praktik produksi, optimalisasi penanganan lelehan dan teknik pengecoran—seperti pengendalian ketat inklusi dan kandungan hidrogen, serta struktur butiran—dapat meningkatkan ketahanan internal ingot pelat terhadap retak panas. Dikombinasikan dengan desain perkakas dan metode pemrosesan yang optimal, langkah-langkah ini dapat menghasilkan ingot pelat berkualitas tinggi, berskala besar, dan berproduksi tinggi.
4. Pemurnian Butir Ingot
Paduan aluminium 7050 terutama menggunakan dua jenis penghalus butiran: Al-5Ti-1B dan Al-3Ti-0,15C. Studi perbandingan tentang aplikasi in-line penghalus ini menunjukkan:
4.1 Ingot yang dimurnikan dengan Al-5Ti-1B menunjukkan ukuran butiran yang jauh lebih kecil dan transisi yang lebih seragam dari tepi ingot ke bagian tengah. Lapisan butiran kasar lebih tipis, dan efek penghalusan butiran secara keseluruhan lebih kuat di seluruh ingot.
4.2 Ketika bahan baku yang sebelumnya dimurnikan dengan Al-3Ti-0,15C digunakan, efek penghalusan butiran Al-5Ti-1B berkurang. Lebih lanjut, peningkatan penambahan Al-Ti-B melebihi batas tertentu tidak meningkatkan penghalusan butiran secara proporsional. Oleh karena itu, penambahan Al-Ti-B harus dibatasi tidak lebih dari 2 kg/t.
4.3 Ingot yang dimurnikan dengan Al-3Ti-0,15C sebagian besar terdiri dari butiran halus, bulat, dan ekuaksis. Ukuran butiran relatif seragam di seluruh lebar pelat. Penambahan 3–4 kg/t Al-3Ti-0,15C efektif dalam menstabilkan kualitas produk.
4.4 Khususnya, ketika Al-5Ti-1B digunakan dalam paduan 7050, partikel TiB₂ cenderung terpisah ke arah lapisan oksida pada permukaan ingot dalam kondisi pendinginan cepat, membentuk gugus yang menyebabkan pembentukan terak. Selama pemadatan ingot, gugus ini menyusut ke dalam membentuk lipatan seperti alur, yang mengubah tegangan permukaan lelehan. Hal ini meningkatkan viskositas lelehan dan mengurangi fluiditas, yang pada gilirannya mendorong pembentukan retak di dasar cetakan dan sudut-sudut permukaan lebar dan sempit ingot. Hal ini secara signifikan meningkatkan kecenderungan retak dan berdampak negatif pada hasil ingot.
4.5 Dengan mempertimbangkan perilaku pembentukan paduan 7050, struktur butiran ingot domestik dan internasional yang serupa, dan kualitas produk olahan akhir, Al-3Ti-0.15C lebih disukai sebagai penyuling butiran in-line untuk pengecoran paduan 7050—kecuali jika kondisi khusus mengharuskan sebaliknya.
5. Perilaku Penyempurnaan Butir Al-3Ti-0.15C
5.1 Bila penyuling biji-bijian ditambahkan pada suhu 720 °C, biji-bijian terutama terdiri atas struktur ekuaksial dengan beberapa substruktur dan berukuran paling halus.
5.2 Jika lelehan ditahan terlalu lama setelah penambahan penyuling (misalnya, lebih dari 10 menit), pertumbuhan dendritik kasar mendominasi, menghasilkan butiran yang lebih kasar.
5.3 Bila penambahan bahan penyuling biji-bijian sebanyak 0,010% sampai 0,015% maka akan diperoleh biji-bijian halus yang seragam.
5.4 Berdasarkan proses industri paduan 7050, kondisi penyempurnaan butiran yang optimal adalah: suhu penambahan sekitar 720 °C, waktu dari penambahan hingga pemadatan akhir dikontrol dalam 20 menit, dan jumlah penyuling sekitar 0,01–0,015% (3–4 kg/t Al-3Ti-0,15C).
5.5 Meskipun terdapat variasi dalam ukuran ingot, total waktu sejak penambahan penyuling butiran setelah keluarnya lelehan, melalui sistem in-line, palung, dan cetakan, hingga pemadatan akhir biasanya 15–20 menit.
5.6 Dalam lingkungan industri, peningkatan jumlah penghalus biji-bijian melebihi kandungan Ti 0,01% tidak secara signifikan meningkatkan penghalusan biji-bijian. Sebaliknya, penambahan yang berlebihan menyebabkan pengayaan Ti dan C, sehingga meningkatkan kemungkinan cacat material.
5.7 Pengujian di berbagai titik—saluran masuk degas, saluran keluar degas, dan bak pengecoran—menunjukkan perbedaan ukuran butir yang minimal. Namun, penambahan refiner langsung pada bak pengecoran tanpa penyaringan meningkatkan risiko cacat selama inspeksi ultrasonik pada material yang telah diproses.
5.8 Untuk memastikan penyempurnaan butiran yang seragam dan mencegah penumpukan bahan penyuling, bahan penyuling butiran harus ditambahkan pada saluran masuk sistem degassing.
Waktu posting: 16-Jul-2025
