2.5 Pengertian Casting dan Metode Casting

Casting adalah proses pembuatan benda dari bahan logam atau alloy (logam

campuran)dengan cara mencairkan logam tersebut kemudian menuangkannyaatau

mensentrifugasikannyake dalam ruangan (Mould Chamber) yang sudah dipersiapkan

sebelumnya. Dalam hal ini logam dicairkan dengan cara pemanasan (peleburan) dan dengan

tekanan, logam cair tersebut didorong masuk ke dalam mould chamber. Maka terbentuklah

benda dari logam yang berbentuk sama dan sebangun dengan model malam sebelumnya

( Harty dan Ogston, 1995).

Pengertian Mould Chamber adalah suatu ruangan yang terdapat dalam bahan pendam

(Investment Materials) yang merupakan ruangan bekas model malam yang sudah dicairkan

atau diuapkan keluar dari bahan pendam ( Harty dan Ogston, 1995).

Pengecoran suatu proses manufaktur yang menggunakan logam cair dan cetakan

untuk menghasilkan parts dengan bentuk yang mendekati bentuk geometri akhir produk jadi.

Logam cair akan dituangkan atau ditekan ke dalam cetakan yang memiliki rongga sesuai

dengan bentuk yang diinginkan ( Harty dan Ogston, 1995).

Menurut Harty dan Ogston (1995) proses pengecoran sendiri dibedakan menjadi dua

macam, yaitu traditional casting dan non-traditional/contemporary casting.

A. Teknik traditional terdiri atas :

1. Sand-Mold Casting

2. Dry-Sand Casting

3. Shell-Mold Casting

4. Full-Mold Casting

5. Cement-Mold Casting

6. Vacuum-Mold Casting

B. Teknik non-traditional terbagi atas :

1. High-Pressure Die Casting

2. Permanent-Mold Casting

3. Centrifugal Casting

4. Plaster-Mold Casting

5. Investment Casting

6. Solid-Ceramic Casting

Jenis logam yang kebanyakan digunakan di dalam proses pengecoran adalah logam

besi bersama-sama dengan aluminium, kuningan, perak, dan beberapa non logam lainnya

(Annusavice dan Kenneth, 2003).

2.6 Peralatan dan Bahan Casting

2.6.1 Alat Casting

a. Oven

b. Alat tuang sentrifugal dan crucible casting

c. Bumbung Tuang

d. Penjempit bumbung tuang

e. Pinset

f. Pisau model

g. Blow Torch

2.6.2 Bahan:

Logam

2.7 Prosedur Casting

Begitu bahan tanam mengeras setelah angka waktu tertentu- sekitar 1 jam untuk

sebagian besar bahan gipsum dan fosfor – pembakaran siap dilakukan. Prosedur untuk kedua

jenis bahan tanam ini hampir sama, jadi pembahasan berikut akan dipusatkan pada bahan

tanam gipsum. Crucible dan sorue logam dilepaskan dengan hati-hati. Semua kotoran pada

lubang masuk dibersihkan dengan sikat bulu unta. Jika pembakaran tidak langsung dilakukan

setelah penanaman, cincin berisi bahan tanam ini harus ditempatkan di dalam humidor

dengan kelamban 180%. Jika mungkin, bahan tanam ini tidak boleh dibiarkan mengering.

Pembasahan kembali dari bahan tanam yang sudah mengeras setelah disimpan dalam jangka

waktu tertentu tidak akan bisa menggantikan semua air yang sudah hilang (Anusavice, 2003).

a. Preheating dan Wax Elimination

Preheating merupakan proses pemanasan permukaan sebelum dilakukan pengecoran.

Casting ring yang berisi bahan tanam ditempatkan pada tungku dengan temperatur kamar dan

dipanaskan sampai temperatur maksimal yang sudah ditentukan. Untuk bahan tanam gipsum,

temperaturnya adalah 465oC untuk teknik higroskopik atau 650oC untuk teknik ekspansi

termal. Untuk bahan tanam fosfat, temperatur pengerasan maksimalnya berkisar 700-870oC,

tergantung pada jenis logam campur yang dipilih. Pada saat investment, kemungkinan ada air

yang terjebak di antara porus investment. Bila air tidak dihilangkan, maka kemampuan

investment untuk mengabsorpsi wax menjadi berkurang. Akhirnya sisa wax akan menguap

menuju ke mould. Pemanasan yang tiba-tiba juga akan menyebabkan cracking atau

keretakan. Oleh karenanya, pemanasan awal permukaan diperlukan untuk menghindari hal

tersebut. Selama pembakaran, sejumlah malam yang mencair akan diserap oleh bahan tanam

dan sisa karbin akibat pembakaran malam cair menjadi terperangkap di dalam bahan tanam

yang berpori-pori (Anusavice, 2003).

b. Teknik higroskopik panas rendah.

Teknik ini mendapatkan kompensasi ekspansi melalui tiga cara (1) air rendam

bertemperatur 37 C akan membuat model malam berekspansi; (2) air hangat yang masuk

bahan tanam mold dari atas akan menambah ekspansi higroskopik, dan (3) ekspansi termal

pada temperatur 500C akan mengahasilkan ekspansi termal yang dibutuhkan. Teknik panas

rendah ini mempunyai kelebihan yaitu kurangnya perubahan bentuk mold, permukaan yang

lebih dingin untuk mendapatkan permukaan cor yang lebih halus, dan kemudahan

menempatkan mold langsung di dalam tungku 500C. Kelebihan terakhir ini memungkinkan

satu atau beberapa tungku tetap berada pada temperatur pembakaran sehingga mold dapat

langsung dimasukkan bila sudah siap. Ini terutama berguna di laboratorium besar di mana

mold siap pada waktu yang berbeda-beda. Namun waktu pembakaran yang memadai tetap

perlu diperhatikan karena malam akan beroksidasi lebih lambat pada temperatur yang rendah.

Mold harus tinggal paling sedikit selama 60 menit di dalam tungku, dan dapat dibiarkan

sampai 5 jam atau lebih, tanpa menjadi rusak. Karena mold yang ditempatkan di dalam

tungku secara bertahap akan menurunkan temperature (Anusavice, 2003).

Tungku, diperlukan waktu tambahan untuk menjamin penghilangan malam yang

sempurna. Meskipun biasanya mold dibiarkan pada temperatur ini selama 60-90 menit, masih

ada sisa karbon halus dalam jumlah cukup untuk mengurangi pengaliran udara di dalam

mold. Karena kemungkinan terjadinya penurunan aliran udara inilah, maka porositas akibat

tekanan balik merupakan bahaya yang lebih besar pada teknik panas-rendah dibandingkan

teknik panas- tinggi, akrena bahan tanam yang digunakan pada teknik panas- rendah adalah

bahan yang lebih padat (Anusavice, 2003).

Oven tungku tertentu bisa begitu kedap udara sehingga pembakaran terjadi di dalam

atmosfir yang berkurang, sehingga dapat mencegah oksidasi sempurna dari sisa malam.

Sedikit membuka pintu tungku akan memungkinkan masuknya udara sehingga menyediakan

cukup oksigen untuk pembuangan malam. Ini terutama penting untuk teknik ekspansi

hidroskopik dimana digunakan temperatur pembakaran yang lebih rendah (Anusavice, 2003).

Teknik hidroskopik standar telah dikembangkan untuk logam campur yang tinggi

kandungan emasnya; jadi, dibutuhkan ekspansi yang sedikit lebih besar jika digunakan logam

campur logam mulia yang lebih baru. Ekspansi tambahan ini bisa didapatkan dengan

melakukan satu atau beberapa perubahan berikut ini:

1. Meningkatkan temperatur air rendah sampai 40C

2. Menggunakan dua lapis pelapik cincin cor

3. Meningkatkan temperatur pembakaran sampai 600-650 C

c. Teknik ekspansi termal dengan panas tinggi.

Pendekatan ini hampir seluruhnya tergantung pada pembakaran panas tinggi untuk

mendapatkan ekspansi yang dibutuhakan, sekaligus pada saat yang sama menghilangkan

model malam. Ekspansi tambahan diperoleh dengan sedikit memanaskan bahan tanam

gipsum pada saat mengeras, jadi dengan demikian mengembangkan model malam, dan air

akan memasuki bahan tanam dari pelapik cincin yang basah sehingga menambah sejumlah

kecil ekspansi higroskopik pada ekspansi pengerasan yang normal (Anusavice, 2003).

Bahan tanam gipsum. Bahan tanam untuk pengecoran relatif rapuh dan membutuhkan

penggunaan cincin logam untuk melindunginya selama pemanasan. Mold

biasanyaditempatkan dalam tungku pada temperatur kamar kemudian dipanaskan perlahan-

lehan sampai 650-700 C dalam waktu 60 menit dan ditahan selama 15 sampai 30 menit pada

temperatur teratas (Anusavice, 2003).

Kecepatan pemanasan berpengaruh pada kehalusan dan pada beberapa kasus, pada

ukuran keseluruhan. Pada awalnya, pemanasan yang cepat akan menghasilkan uap yang

dapat menyebabkan pengelupasan dari dinding-dinding mold. Terlalu banyak model malam

dalam satu bidang di dalam bahan tanam sering menyebabkan pemisahan dari seluruh bahan

tanam ini, karena malam yang mengembang menciptakan tekanan yang sangat besar pada

daerah yang luas (Anusavice, 2003).

Setelah temperatur cor dicapai, pengecoran harus segera dilakukan. Memperhatikan

temperatur yang tinggi untuk jangka waktu lama akan mengakibatkan kontaminasi sulfur

pada hasil cor dan menjadi kasarnya permukaan cor akibat rusaknya bahan tanam

(Anusavice, 2003).

Jarak waktu tuang yang diperbolehkan. Ketika mendingin, bahan tanam akan

mengalami kontraksi termal. Jika digunakan teknik ekspansi termal atau teknik panas-tinggi,

bahan tanam akan kehilangan panasnya setelah cincin yang dipanaskan dikeluarkan dari

tungku, dan mold akan pengerutan. Karena adanya pelapik dan sifat penghantar panas yang

rendah dari bahan tanam, ada sedikit waktu luang sebelum temperatur mold terpengaruh.

Pada kondisi pengencoran normal, ada kira-kira 1 menit sebelum terjadinya perubahan

dimensi pada mold.

d. Melting dan Casting

1. Ada beberapa tipe mesin casting yang dapat dipergunakan untuk dua proses ini

2. Tipe pertama, alloy dilelehkan langsung pada crucible dan diikuti aplikasi tekanan

udara untuk memasukkan lelehan logam menuju mold (air pressure casting machine)

3. Tipe kedua, alloy dilelehkan pada crucible dan lelehan masuk ke mold karena gaya

sentrifugal(centrifugal casting machine)

4. Tipe ketiga, alloy dilelehkan secara elektronis dengan mesin furnace, kemudian

masuk ke mold dengan gaya sentrifugal oleh motor penggerak ataupun koil/spring

(spring wound electrical resistance melting furnace casting machine)

5. Tipe keempat, alloy dilelehkan secara elektronis tetapi proses cor dilakukan dengan

bantuan tekanan udara vakum (induction melting casting machin).

2.7 Proses Casting

1. Alat tuang sentrifugal disiapkan dengan cara memutar 3 kali alat tersebut dengan menaikkan kenop

pemutar

2. Cawan tuang ( crucible casting) panas diletakkan pada alat tuang sentrifugal, kemudian logam

dituangkan

3. Keluarkan bumbung tuang dari oven., kemudian letakkan pada alat sentrifugal

4. Logam dipanaskan dengan api Torch sampai cair,

5. Setelah logam masuk ke dalam bumbung tuang , putaran alat diperlambat dengan menekan

porusnya sampai alat tuanag berhenti berputar

6. Bumbung tuang di ambil dan didiamkan sebentar

7. Setelah dingin hasil tuang dikeluakan dari dalam bumbung tuang dan dibersihkan dari bahan tanam

didawah air mengalir

Gambar 12. Proses Casting

2.8 Faktor Kegagalan Proses casting

Dalam proses pembuatannya, restorasi rigid dengan menggunakan logam mempunyai

tahapan-tahapan,salah satunya pembuatan casting / penanaman pola. Casting adalah proses

dimana wax pattern dari restorasi dikonversi untuk mereplikasikan dental alloy. Proses

casting digunakan untuk membuat restorasi gigi seperti inlay, onlay, mahkota jaket, jembatan

dan removable partial denture. (Craig, 2002, pg 516).

Kegagalan proses casting mungkin terjadi dan kegagalan proses casting dapat dikelompokkan

menjadi 4 macam :

1. Distorsi

Hasil casting dapat disebabkan karena terjadinya distorsi pola malam. Konfigurasi, tipe, dan

ketebalan pola malam berpengaruh terhadap terjadi atau tidaknya distorsi. Pola malam yang

terlalu tipis memiliki kemungkinan distorsi yang lebih tinggi. Distorsi pada proses penuangan

logam terjadi saat manipulasi malam inlay, sehingga pencegahan terjadinya distorsi

tergantung pada proses manipulasi malam inlay. Distorsi terjadi akibat stress release, yaitu

tekanan yang sangat besar pada material akibat malam di cetak tanpa pemanasan yang cukup

hingga diatas suhu transisi solid-solid. Distorsi dapat terjadi sewaktu membentuk dan

melepas model malam dari mulut atau die. Keadaan ini terjadi karena perubahan suhu dan

pelepasan stress yang muncul sewaktu terjadinya kontraksi saat pendinginan, udara yang

terjebak serta temperatur selama penyimpanan.Metode paling praktis untuk menghindari

distorsi adalah menanam model sesegera mungkin setelah dikeluarkan dari mulut atau die.

Die dan model malam dipasang pada saluran tertutup yang mempunyai piston dan

mengandung air, dengan temperatur 380 (1000F). Bila piston ditekan, tekanan hidrostatik akan

teraplikasikan secara merata pada model yang sudah selesai dibuat. (Craig. 2002.pg.438)

2. Surface roughness, iregulasi, dan diskolorasi

Hal ini mungkin terjadi karena adanya sisa gelembung udara selama proses casting,

pemanasan yang terlalu cepat, pemanasan yang kurang menyebabkan tersisanya wax, W/P

rasio material investment yang tidak tepat, prologed heating yang menyebabkan disintegrasi

material investment, tekanan dan temperatur casting yang tidak tepat, adanya benda asing

yang masuk ke dalam mold, impak pelelehan logam, posisi pola malam, dan terjadinya

inklusi karbon.

Permukaan hasil cor seharusnya meruakan reproduksi yang akurat dai permukaan model

malam asalnya.Kasarny atau tidak beraturannya ermukaan luar dari tuangan memerlukan

tindakan penyelesaian dan pemolesantambahan, sedangkan ketidak-teraturan pada permukaan

dalam dari tuangan akan mengganggu duduknyatuangan pada gigi.Kekasaran permukaan

dirumuskan sebagai ketidak-sempurnaan permukaan dominan dari seluruh permukaan.

Kekasaran permukaan dari tuangan gigi akan lebih besar daripada model malamnya. Ketidak-

teraturan permukaan mengacu pada ketidak-sempurnaan yang terisolasi, misalnya suatu

bulatan kecil, yang bukan menjadi area karakteristik dari seluruh area permukaan.

Perbedaaan ini mungkin berkaitan denganukuran partikel dari bahan tanam dan

kemampuannya untuk memproduksi model malam dalam rincianmikroskopik.Dengan teknik

pengerjaan yang benar, bertambahnya kekasaran permukaan pada tuangan seharusnyatidak

menjadi faktor utama di dalam keakuratan dimensi. Tetapi, teknik yang tidak benar dapat

menjurus kekasaran permukaan yang sangat menjol serta ketidak-teraturan permukaan.

3. Porositas

Porositas yang terjadi dapat disebabkan oleh beberapa hal antara lain terjadinya

pengkerutan saat solidifikasim porositas oleh beberapa macam gas atau gelembung udara,

dan terjabaknya air dalam mold.

Incomplete casting. Efek gelembung (bubbling ) pada casting muncul sebagai tombak

dari kelebihan bahan yang melekat pada permukaan casting. Ini mencerminkan adanya

permukaan yang porositas dalam penanaman model, masalahyang mungkin bisa diatasi oleh

vacuum investing. Bubbling pada casting muncul sebagai bulatan-bulatan banyak yang

menempel pada permukaan dari casting. Ini mencerminkan adanya porositas pada saat

investment(penanaman model). Suatu masalah dimana dapat terisi alloy cair pada investment

yang kosong tadi (Mc.cabe,2008,pg.82).Porositas dapat terjadi pada permukaan dalam

maupun luar dari hasil casting.

Porositas di permukaan luar adalah suatu faktor dari kekasaran permukaan, tetapi

umumnya juga merupakan manifestasi dari porositas bagian dalam. Porositas internal tidak

saja memperlemah tuangan tetapi juga meluas ke permukaan, danmenyebabkan perubahan

warna. Jika parah, dapat menyebabkan kebocoran pada pertemuan gigi denganrestorasi dan

karies sekunder. Meskipun porositas di dalam tuangan tidak dapat dihindari sepenuhnya,

tetapidapat dikurangi dengan penggunaan teknik yang benar. (Annusavice, 2003.

Pg342).Porositas bisa terlihat sebagai pemukaan lubang pada casting.

Bagian pecah pada investment atau partikel kotor dimana bisa menjatuhkan sprue,

mungkin menjadi perlekatan di dalam casting dan menghasilkan lubang pada permukaan.

Untuk alasan ini, semua mould pada casting dapat diatasi dengan sprue yang lebih ke bawah.

(Mc.cabe, 2008,pg.82).

Pada proses pengerasan dibagi menjadi dua, yaitu localized shrinkage porosity Dan

microporosity. Porositas karena gas yang terjebak dibagi menjadi :

pinhole porosity

cas inclusions

subsurface porosity

Entrapped air porosity. (Annusavice, 2003,pg.342).

Localized shrinkage porosity terjadi pada persimpangan saat pemasangan sprue dan

mungkin terjadi dimana saja diantara dendrite, dimana itu merupakan bagian terakhir dari

casting pada titik lebur logam yang rendah yang dapat memperkuat percabangan dari

dendrite. (Annusavice,2003,pg 343).

Microporosity juga terjadi akibat dari penyusutan pada saat pengerasan tetapi

umumnya hadir dalamcasting fine-grain saat proses pengecoran ini terlalu cepat. Fenomena

seperti ini dapat terjadi ketika pengerasanalloy terlalu cepat karena suhu mould terlalu rendah

(Annusaavice, 2003,pg.343). Pinhole dan inklusi gas dapat terjadi karena adanya gas yang

terjebak saat proses pengerasan. Porositas akibat inklusi gas lebih besar daripada pinhole.

Inhole dihasilkan ketika alloy mencair sedangkan inklusi gas disebabkan oleh penggunaan

api mixing zone atau zona oksidasi (Annusavice, 2003,pg 344). Subsurface porosity

disebabkan oleh nukleasi stimultaneous butiran padat dan gelembung gas padasaat pertama

ketika alloy membeku pada dinding cetakan. Namun jenis porositas ini dapat diatasi

denganmengontrol tingkat dimana logam cair memasuki cetakan. Porositas pada casting tidak

dapat dihindari secarakeseluruhan, namun porositas mampu di minimalisasi dengan

menggunakan teknik yang tepat.(Annusavice,2003,pg.346)

Entrapped air porosity atau disebut juga back pressure porosity ini dapat

menghasilkan cekunganyang besar akibat depresi. Hal ini disebabkan akibat udara dalam

mould tidak dapat keluar melalui pori-pori dari investment atau karena gradient tekanan pada

saat pemasangan sprue. (Annusavice,2003,pg, 346). Dana danya back pressure yang

menyebabkan adanya celah pada marginal. (Mc.cabe, 2008,pg82).

Gaseous porosity di dalam casting dihasilkan oleh gas dimana menjadi penghancur

pada alloy cair. Copper, gold, silver, platinum dan partikel palladium, semua melarutkan

oksigen di dalam bagian cair. Saat mendingin, alloy membebaskan gas yang terabsorbsi tapi

beberapa sisa gas terjebak ketika alloy menjadi rigid. Tipe porositas dapat terjadi di seluruh

casting. Hal ini dapat dikurangi dengan menghindari pemanasan berlebih dari alloy atau

casting di dalam atmosfer dari gas yang tidak aktif. (Mc.cabe,2008,pg.82).

Untuk meminimalisir porositymaka ditambahkan flux. Zat yang disebut fluks

biasanya ditambahkan untuk meminimalkan pembentukan oksida yang mempengaruhi

pemanasan dan molding paduan dan mempengaruhi kualitas akhir dari casting. Jenis flux

yang digunakan tergantung pada suhu aliran, jenis sumber panas yang di gunakan, jenis

pengecoran paduan dan jenis investment. (Powers, 2008,pg.276). Salah satunya adalah

Borax, atau sodium tetraborate (Craig,2002,pg.545)

4. Tidak adanya atau tidak sempurnanya rincian

Kadang-kadang ditemukan tuangan yang tidak utuh atau mungkin sama sekali tidak

ditemukan tuangan. Penyebab yang jelas dari keadaan ini adalah terhalangnya logam cair

untuk mengisi mold secara utuh. Paling sedikit ada dua factor yang dapat menghambat

jalannya logam cair, yaitu :

1. Mold yang kurang didinginkan

Penganginan yang kurang berhubungan langsung dengan tekanan balik yang dikeluarkan oleh

udara didalam mold . Jika udara tidak dapat dikeluarkan dengan cepat, logam cair tidak dapat

memasuki mold sebelum memadat. Dalam keadaan ini, harus dipertimbangkan besarnya

tekanan cor. Jika tekanan cornya kurang,tekanan balik tidak dapat di atasi. Lebih jauh lagi,

tekanan cor harus ditahan paling sedikit 4 detik. Mold akan terisi logam memadat dalam

waktu 1 detikatau kurang, meski logam masih cukup lunak selama tahap awal.

2. Kekentalan yang tinggi dari logam cair

Pembuangan sisa-sisa malam yang tidak sempurna dari dalam mold merupakan penyebab

tuangan yangtidak utuh. Jika ada terlalu banyak produk pembakaran yang tertinggal di dalam

mold, pori-pori dari bahantanam dapat terisi penuh sehingga udara tidakk dapat keluar

seluruhnya. Jika ada cairan atau partikel malamyang tertinggal, kontak antara logam cair

dengan benda asing menghasilkan ledakan yang dapat menimbulkantekanan balik akibat

pembuangan malam yang tidak sempurna.