METODE PENELITIAN
4. Digital Microscope
4.3. Mekanisme Mode Kegagalan Pahat
4.3.1 Mekanisme mode kegagalan pahat CBN CB7015 pada kecepatan potong V=225 m/menit (f = 0,16 mm/rev;a = 0,7 mm; pahat 2 nomor 1)
Dari pengamatan yang dilakukan terhadap pahat CBN CB7015 pada kecepatan potong V=225 m/menit (f = 0,16 mm/rev;a = 0,7 mm; pahat 2 nomor 1) didapatkan bahwa pada kondisi pemotongan ini keausan yang terjadi disebabkan oleh proses abrasif. Proses abrasif ini merupakan proses pengikisan dengan kontak antara pahat dan material benda kerja dimana sebagai abrator di dalamnya adalah Si yang kekerasannya melebihi kekerasan daripada pahat (Gambar 4.11). Proses abrasif terus membesar baik pada bidang utama pahat maupun pada bidang geram. Pada bidang utama proses abrasif ini akan menjadi keausan tepi sedangkan pada bidang geram akan membuat permukaan bidang geram bertambah kasar. Akibatnya semakin lama pahat akan mengalami keausan yang ditandai dengan permukaan benda kerja yang dipotong bertambah kasar, gaya pemotongan yang terjadi bertambah besar sehingga keausan kawah yang terbentuk menjadi besar. Hal ini sesuai dengan apa yang disimpulkan oleh H. Bouchelaghem
(2007). Selain itu tidak konsistennya kekerasan internal dalam material kerja akibat
perlakuan panas yang dilakukan sebelum proses pemotongan menyebabkan terjadinya pengelupasan pada bidang pahat.
4.3.2 Mekanisme Mode kegagalan pahat CBN CB7015 pada kecepatan potong V=250 m/menit (f = 0,1 mm/rev; a = 0,3 mm; pahat 1 nomor 3)
Hampir sama dengan kondisi sebelumnya, aus sisi yang terjadi adalah berupa aus mekanik karena pengikisan atau aus abrasif (abrasive wear). Aus kawah pada kondisi ini juga terjadi akibat proses difusi antara benda kerja dan pahat.. Akibat temperatur dan tegangan yang tinggi pada pembubutan keras berkecepatan tinggi mekanisme aus difusi berperan besar. Zimmermann (1997) menemukan bahwa pahat CBN rentan terhadap difusi pada pembubutan berkecepatan tinggi. Suh (1986) menyatakan bahwa tipe mekanisme difusi terjadi ketika pahat CBN digunakan memotong baja. Hal ini terbukti pada komposisi kimia yang terlihat pada lapisan permukaan aus yang dibuktikan oleh hasil analisis EDS (Gbr.4.12) dimana selain oksigen, lapisan permukaan aus mengandung unsur Fe, Mn, dan Si yang berasal dari komposisi benda kerja, dan juga mengandung unsur C, serta Al, Ti yang merupakan pengikat (binder) pada pahat. Temperatur yang semakin meningkat karena peningkatan kecepatan potong, menyebabkan ikatan antara partikel CBN pada pahat melemah akibat proses difusi dari benda kerja dan pahat. Akibatnya terjadilah pengelupasan partikel CBN dari permukaan pahat. Hal ini juga didukung oleh Y.K. Chou (2002). Untuk lebih jelasnya dapat dilihat dari hasil analisis EDS berikut pada Gambar 4.12.
(a)
(b)
Gambar 4.12 Analisis EDS
(a) Daerah Analisis EDS (b) Kurva Analisis EDS (c) Komposisi Analisis EDS
A
Job : Energy Dispersive X-Ray Analysis Spectrum label : 0359-P1 – 3 – 2 System Resolution = 62 eV
Quantitative Method : ZAF ( 3 iterations) Analysed all elements and normalized results. Standards :
C K Carbon Low 13/09/06
O K AL203 17/11/09
A1 K AL203 17/11/09
Si K Low Carbon Steel 13/09/06
Ti K Titanium Oxide 19/05/06
Mn K Mangan 02 13/09/06
Fe K FeS2 22/03/06
Elmt Spect. Element Atomic
type C K ED 0.19 0.78 O K ED 4.92 14.86 Al K ED 0.41 0.74 Si K ED 0.17 0.29 Ti K ED 11.24 11.36 Mn K ED 0.88 0.77 Fe K ED 82.19 71.20 Total 100.00 100.00 *= <2 Sigma (c) Gambar 4.12 (Lanjutan)
4.3.3 Mekanisme Mode kegagalan pahat CBN CB7015 pada kecepatan potong V=250 m/menit (f=0,15 mm/rev; a = 0,3 mm; pahat 3 nomor 4)
Aus sisi yang terjadi adalah berupa aus mekanik karena pengikisan atau aus abrasif yang tinggi (high abrasive wear). Aus tepi pada CBN ini disebabkan oleh gesekan antara aliran material benda kerja pada bidang utama pahat. Keausan yang terjadi pada kecepatan ini juga disebabkan oleh adanya gaya adhesi. Gaya adhesi ini akan
mengakibatkan penyerpihan (chipping) berupa terjadinya penumpukan lapisan material yang baru saja terbentuk yang menempel pada sekitar bidang utama dan bidang geram. Mekanisme keausan ini disebabkan karena pada tekanan dan temperatur yang relatif tinggi menyebabkan permukaan logam yang baru terbentuk menempel dengan permukaan logam yang lain.
4.3.4 Mekanisme Mode kegagalan pahat CBN CB7015 pada kecepatan potong V=267 m/menit (f = 0,125 mm/rev; a = 0,7 mm; pahat 1 nomor 2)
Ketika kecepatan potong ditingkatkan sampai mencapai 267m/menit, pojok pahat menderita kombinasi daripada beban kejut impak (impact load) akibat gerak makan dan kedalaman makan yang besar dan beban kejut termal (thermal shock) akibat kecepatan potong yang terlalu tinggi. Akibatnya terjadi konsentrasi tegangan yang sangat besar sehingga pahat akan mengalami patahan (Fracturing Catastrophic Failure).
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Selama proses pembentukan geram berlangsung, pahat CBN mengalami keausan yaitu kegagalan dari fungsinya yang normal. Laju aus sisi pahat potong adalah bentuk aus yang dominan terjadi dan diukur secara sekuen selama percobaan permesinan. Keausan tepi dapat diketahui dengan mengukur panjang VB (mm), yaitu jarak antara mata potong sebelum terjadi keausan sampai ke garis rata-rata bekas keausan pada bidang utama. Dari data-data yang dikumpulkan dari pengamatan pahat CBN CB7015 didapatlah kurva pertumbuhan aus pada Gambar 4.1,4.2, 4.3 dan 4.4. Pada kurva pertumbuhan aus tersebut terlihat bahwa pahat CBN mengalami fase awal (initial phase), fase bertahap(gradual phase) dan fase mendadak (abrupt phase). Selain aus sisi, pada pahat CBN selama eksperimen juga ditemukan mode-mode kegagalan pahat yang lain sebagai berikut:
1. Pada kecepatan potong V=225 m/menit (f = 0,16 mm/rev; a = 0,7 mm) terjadi aus sisi (flank wear), aus kawah (crater wear) dan pengelupasan (flaking) 2. Pada kecepatan potong V=250 m/menit (f = 0,1 mm/rev; a = 0,3 mm) terjadi
aus sisi (flank wear), aus kawah (crater wear) dan pengelupasan (flaking) 3. Pada kecepatan potong V=250 m/menit (f=0,15 mm/rev; a = 0,3 mm) terjadi
aus sisi (flank wear) dan penyerpihan (chipping).
4. Pada kecepatan potong V=267m/menit (f = 0,125 mm/rev; a = 0,7 mm) terjadi patahan (fracturing).
Adapun mekanisme aus yang terjadi pada keempat kondisi variasi kecepatan potong diatas adalah disebabkan oleh:
1. Mekanisme aus yang terjadi pada kecepatan potong V=225 m/menit (f = 0,16 mm/rev; a = 0,7 mm) adalah akibat proses abrasif.
2. Mekanisme aus yang terjadi pada kecepatan potong V=250 m/menit (f = 0,1 mm/rev; a = 0,3 mm) adalah akibat proses abrasif dan proses difusi.
3. Mekanisme aus yang terjadi pada kecepatan potong V=250 m/menit (f=0,15 mm/rev; a = 0,3 mm) adalah akibat proses abrasif dan proses adhesi.
4. Mekanisme aus yang terjadi pada kecepatan potong V=267m/menit (f = 0,125 mm/rev; a = 0,7 mm) adalah akibat kombinasi daripada beban kejut impak (impact load) akibat gerak makan dan kedalaman makan yang besar dan beban kejut termal (thermal shock) akibat kecepatan potong yang terlalu tinggi.
5.2 Saran
1. Dari hasil penelitian direkomendasikan agar kriteria laju pemotongan tinggi untuk pembubutan keras dan kering baja AISI 4140 adalah disandarkan pada kekerasan material.
2. Perlu adanya kajian atau penelitian lain dengan bahan material berkekerasan berbeda untuk mempelajari lebih lanjut tentang karakteristik pahat CBN.