Batangan logam

Batangan logam (bahasa Inggris: Ingot) adalah sepotong bahan yang relatif murni, biasanya logam, yang dicetak menjadi bentuk yang sesuai untuk diproses lebih lanjut.^[1] Dalam pembuatan baja, ini adalah langkah pertama di antara produk pengecoran setengah jadi. Batangan biasanya memerlukan prosedur pembentukan kedua, seperti pengerjaan dingin/panas, pemotongan, atau penggilingan untuk menghasilkan produk akhir yang bermanfaat. Bahan non-logam dan semikonduktor yang disiapkan dalam bentuk curah juga dapat disebut sebagai batangan logam, terutama jika dicetak dengan metode berbasis cetakan.^[2] Batangan logam mulia dapat digunakan sebagai mata uang (dengan atau tanpa diproses menjadi bentuk lain), atau sebagai cadangan mata uang, seperti emas batangan.

Batangan logam umumnya terbuat dari logam, baik murni maupun paduan, dipanaskan melewati titik lelehnya dan dicetak menjadi batangan atau balok menggunakan metode pendinginan cetakan.

Kasus khusus adalah batangan logam polikristalin atau kristal tunggal yang dibuat dengan cara menarik dari lelehan cairan.

Batangan logam kristal tunggal (disebut boule) dari bahan ditumbuhkan (pertumbuhan kristal) menggunakan metode seperti proses Czochralski atau teknik Bridgeman.

Bola tersebut dapat berupa semikonduktor (misalnya wafer chip elektronik, sel fotovoltaik) atau senyawa anorganik non-konduktor untuk keperluan industri dan perhiasan (misalnya rubi sintetis, safir).

Batangan logam kristal tunggal diproduksi dengan cara yang sama dengan yang digunakan untuk memproduksi batangan logam semikonduktor dengan kemurnian tinggi,^[3] yaitu dengan pemurnian induksi vakum. Batangan logam teknik kristal tunggal menarik karena kekuatannya yang sangat tinggi karena tidak adanya batas butir. Metode produksinya adalah melalui dendrit kristal tunggal dan bukan melalui pengecoran sederhana. Kemungkinan penggunaan termasuk bilah turbin.

Di Amerika Serikat, industri pembuatan batangan logam kuningan dan perunggu dimulai pada awal abad ke-19. Industri kuningan AS tumbuh menjadi produsen nomor satu pada tahun 1850-an.^[4] Selama masa kolonial, industri kuningan dan perunggu hampir tidak ada karena Britania menuntut semua bijih tembaga dikirim ke Britania untuk diproses.^[5] Batangan logam paduan berbasis tembaga beratnya sekitar 20 pon (9,1 kg).^[6][7]

Batangan logam dibuat dengan mendinginkan cairan cair (yang dikenal sebagai lelehan) dalam cetakan. Pembuatan batangan logam memiliki beberapa tujuan.

Pertama, cetakan dirancang untuk benar-benar memadat dan membentuk struktur butiran yang sesuai yang dibutuhkan untuk pemrosesan selanjutnya, karena struktur yang terbentuk oleh pendinginan lelehan mengendalikan sifat fisik material.

Kedua, bentuk dan ukuran cetakan dirancang untuk memudahkan penanganan batangan logam dan pemrosesan hilir. Terakhir, cetakan dirancang untuk meminimalkan pemborosan lelehan dan membantu pengeluaran batangan logam, karena kehilangan lelehan atau batangan logam akan meningkatkan biaya produksi produk jadi.

Berbagai desain tersedia untuk cetakan, yang dapat dipilih agar sesuai dengan sifat fisik lelehan cairan dan proses pemadatan. Cetakan dapat berada di bagian atas, horizontal, atau penuangan dari bawah ke atas dan dapat beralur atau berdinding datar. Desain beralur meningkatkan perpindahan panas karena area kontak yang lebih besar. Cetakan dapat berupa desain "masif" padat, cor pasir (misalnya untuk besi kasar), atau cangkang berpendingin air, tergantung pada persyaratan perpindahan panas. Cetakan batangan logam meruncing untuk mencegah pembentukan retakan karena pendinginan yang tidak merata. Pembentukan retakan atau rongga terjadi saat transisi cair ke padat memiliki perubahan volume terkait untuk massa material yang konstan. Pembentukan cacat batangan logam ini dapat membuat batangan logam cor tidak berguna dan mungkin perlu dicairkan kembali, didaur ulang, atau dibuang.

Struktur fisik material kristal sebagian besar ditentukan oleh metode pendinginan dan pengendapan logam cair. Selama proses penuangan, logam yang bersentuhan dengan dinding batangan logam mendingin dengan cepat dan membentuk struktur kolom atau mungkin "zona dingin" dendrit yang sama sumbunya, tergantung pada cairan yang didinginkan dan laju pendinginan cetakan.^[8]

Untuk batangan logam tuang atas, saat cairan mendingin di dalam cetakan, efek volume diferensial menyebabkan bagian atas cairan surut dan meninggalkan permukaan lengkung di bagian atas cetakan yang mungkin perlu dikerjakan dari batangan logam. Efek pendinginan cetakan menciptakan bagian depan pemadatan yang maju, yang memiliki beberapa zona terkait, lebih dekat ke dinding terdapat zona padat yang menarik panas dari lelehan pemadatan, untuk paduan mungkin terdapat zona "lembek", yang merupakan hasil dari daerah kesetimbangan padat-cair dalam diagram fase paduan, dan daerah cair. Laju kemajuan bagian depan mengendalikan waktu yang dibutuhkan dendrit atau inti untuk terbentuk di daerah pemadatan. Lebar zona lembek dalam paduan dapat dikendalikan dengan menyetel sifat perpindahan panas cetakan atau menyesuaikan komposisi paduan lelehan cair.

Metode pengecoran berkesinambungan untuk pemrosesan batangan logam juga ada, yang mana bagian depan pemadatan tetap dibentuk oleh pelepasan material padat yang didinginkan secara terus-menerus, dan penambahan cairan cair ke dalam proses pengecoran.^[9]

Sekitar 70 persen batangan aluminium di AS dicetak menggunakan proses pengecoran dingin langsung, yang mengurangi keretakan. Sebanyak 5 persen batangan harus dibuang karena retak akibat tekanan dan deformasi ujung.^[10]

• Bullion
• Emas batangan
• Batangan logam kulit sapi
• Sycee, batangan logam tradisional Tiongkok
• Batangan logam timah
• Stok batangan
• Etsa wafer

1. ^ Chalmers, p. 254.
2. ^ Wu, B.; Scott, S.; Stoddard, N.; Clark, R.; Sholapurwalla, A. "Simulation of Silicon Casting Process for Photovoltaic (PV) Application" (PDF). 
3. ^ Indium ingots Diarsipkan 2009-01-06 di Wayback Machine., lesscommonmetals.com.
4. ^ Innovations: The History of Brass Making in the Naugatuck Valley Diarsipkan 2009-06-05 di Wayback Machine.. Copper.org (2010-08-25). Retrieved on 2012-02-24.
5. ^ Innovations: Overview of Recycled Copper Diarsipkan 2017-04-30 di Wayback Machine.. Copper.org (2010-08-25). Retrieved on 2012-02-24.
6. ^ Platers' guide: with which is combined Brass world. Brass world publishing co., inc. 1905. hlm. 82–. Diakses tanggal 24 February 2012. 
7. ^ Arthur Amos Noyes; Massachusetts Institute of Technology (1900). Review of American chemical research. hlm. 44–. Diakses tanggal 24 February 2012. 
8. ^ Taylor, Howard F; Flemings, Merton. C; Wulff, John (1959). Foundry Engineering. John Wiley and Sons, New York; Chapman and Hall, London. LCCN 59011811. 
9. ^ Müller, H. R. (Ed.) (2006). Continuous casting. John Wiley and Sons. Pemeliharaan CS1: Teks tambahan: authors list (link)
10. ^ "Direct Chill Casting Model" (PDF). December 2000. Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 2011-07-24. Diakses tanggal 2010-03-25.  Parameter |url-status= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)

• Chalmers, Bruce (1977). Principles of Solidification. Huntington, New York: Robert E. Krieger Publishing Company. ISBN 0-88275-446-7. 
• Schlenker, B.R. (1974). Introduction to Materials. Jacaranda Press. 

• Media tentang Ingots di Wikimedia Commons