Bushing

32 

Loading....

Loading....

Loading....

Loading....

Loading....

Teks penuh

(1)

PEMBUATAN BUSHING DENGAN PROSES METALURGI

PEMBUATAN BUSHING DENGAN PROSES METALURGI

SERBUK 

SERBUK 

1.

1. PePengengertrtian Mian Metaetalurlurgi Segi Serbrbuk uk 

Bushing adalah bantalan jenis silinder bercelah yang berfungsi untuk  Bushing adalah bantalan jenis silinder bercelah yang berfungsi untuk  me

menunumpmpu u porporosos. . BuBushshining g dapdapat at didibubuat at dendengagan n prprososes es memetatalulurgi rgi seserbrbukuk.. Metalurgi serbuk merupakan suatu pengembangan teknologi yang cepat dan Metalurgi serbuk merupakan suatu pengembangan teknologi yang cepat dan ter

terus us menmeneruerus s pada pengolpada pengolahaahan n loglogam am dan dan padpaduan uan loglogam am di di bidbidangang metal metal   forming 

 forming . . MeMetatalulurgrgi i seserbrbuk uk adaadalalah h susuatatu u memetotode de mamanunufafaktktur ur lologam gam yayangng menja

menjadi di pilipilihan han berbagberbagai ai indusindustri tri pembenpembentukan tukan logamlogam. . ProsProses es pembenpembentukantukan logam menggunakan metalurgi serbuk dilakukan dengan mencampurkan logam menggunakan metalurgi serbuk dilakukan dengan mencampurkan unsur-unsur serbuk logam yang dipadukan kemudian dilakukan pemadatan dengan unsur serbuk logam yang dipadukan kemudian dilakukan pemadatan dengan men

mengguggunakanakan n diedies s untuntuk uk menmeningingkatkatkan kan sifsifat at mekmekanianis s dardari i loglogam am tertersebsebut.ut. Setelah proses pemadatan, dilakukan proses

Setelah proses pemadatan, dilakukan proses sintering  sintering di dalamdi dalam furnance. furnance. Met

Metalualurgi rgi serserbuk buk dapdapat at menmenjadjadi i salsalah ah satsatu u metmetode ode proproses ses proprodukduksisi alternatif yang memiliki keunggulan dalam bidang ekonomi dan performa dari alternatif yang memiliki keunggulan dalam bidang ekonomi dan performa dari  produk hasil produksi. Keunggulan dalam bidang ekonomi di antaranya adalah  produk hasil produksi. Keunggulan dalam bidang ekonomi di antaranya adalah  proses manufakturing yang lebih murah, penggunaan bahan mentah yang lebih  proses manufakturing yang lebih murah, penggunaan bahan mentah yang lebih efisien, peningkatan kapasitas produksi, dan hasil produksi yang lebih tahan efisien, peningkatan kapasitas produksi, dan hasil produksi yang lebih tahan lama. Sedangkan keunggulan dalam hal performa produk logam paduan hasil lama. Sedangkan keunggulan dalam hal performa produk logam paduan hasil   p

  proroduduksksi i anantatara ra lalainin: : kekekukuatatan an imimpapact ct dadari ri lologagam m hahasisil l prprododukuksi si dadapapatt dit

ditingingkatkatkan kan dengdengan an carcara a menmeningingkatkatkan kan densdensititas as serserta ta dendengan gan menmencamcampur pur  dengan logam lain,

dengan logam lain, tensile strengthtensile strength dapat ditingkatkan dengan menggunakandapat ditingkatkan dengan menggunakan kempa isostatik panas, dan modulus elastisitas yang lebih baik dari proses kempa isostatik panas, dan modulus elastisitas yang lebih baik dari proses  pembentukan logam lain. (Ederer, leslie 1999).

 pembentukan logam lain. (Ederer, leslie 1999). Be

Bebeberarapa pa pepengngerertitian an haharurus s didipapahahami mi sesebelbelum um memengngawaawali li didiskskususii men

mengengenai ai metmetalualurgi rgi serserbuk. buk. PerPertamtama, a, suasuatu tu serserbuk buk diddidefiefinisnisikaikan n sebsebagaiagai   pembagian dengan sempurna padatan dengan ukuran lebih kecil dari 1 mm.   pembagian dengan sempurna padatan dengan ukuran lebih kecil dari 1 mm.

Pad

(2)
(3)

 banyak kejadian dikombinasikan dengan bentuk material lain seperti keramik   banyak kejadian dikombinasikan dengan bentuk material lain seperti keramik  dan polimer. Salah satu karakteristik penting dari serbuk adalah rasio relative dan polimer. Salah satu karakteristik penting dari serbuk adalah rasio relative   be

  besar sar lualuas s perpermukmukaan aan dengdengan an volvolumeume. . PerPerililaku aku yanyang g ditditunjunjukkaukkan n parpartiktikelel ada

adalah lah perpertentengahgahan an antantara ara padpadat at dan dan caicair. r. SerSerbuk buk akaakan n menmengalgalir ir di di bawbawahah  pengaruh gravitasi mengisi cetakan. Pada kompresi dari serbuk logam bersifat  pengaruh gravitasi mengisi cetakan. Pada kompresi dari serbuk logam bersifat

irreversibel seperti defomasi plastik. irreversibel seperti defomasi plastik.

Metalurgi serbuk adalah mempelajari proses pada serbuk logam, termasuk  Metalurgi serbuk adalah mempelajari proses pada serbuk logam, termasuk  fabri

fabrikasi, karakterikasi, karakterisasi, dan sasi, dan konverskonversi i dari serbuk dari serbuk logam menjadi logam menjadi komponkomponenen tekni

teknik k yang berguna. Urut-uruyang berguna. Urut-urutan proses tan proses berhubberhubungan dengan ungan dengan penerapenerapan pan daridari dasar pemanasan, kerja, dan deformasi pada serbuk.

dasar pemanasan, kerja, dan deformasi pada serbuk.

Tiga langkah utama pada skema metalurgi serbuk adalah seperti gambar 1. Tiga langkah utama pada skema metalurgi serbuk adalah seperti gambar 1.

Gambar 1. Aliran Konsep Untuk Metalurgi Serbuk Dari Serbuk Melalui Proses Gambar 1. Aliran Konsep Untuk Metalurgi Serbuk Dari Serbuk Melalui Proses

Menjadi Produk Akhir  Menjadi Produk Akhir 

(4)

2.

2. ProProses Pses Pembembentuentukan pkan pada Mada Metaletalurgi urgi SerbSerbuk uk  Ada

Ada bebbeberaerapa pa carcara a yanyang g digdigunakunakan an untuntuk uk proproses ses pempembenbentuktukan an padapada metalurgi serbuk. Seperti yang telah dijelaskan pada gambar 2.1 yaitu

metalurgi serbuk. Seperti yang telah dijelaskan pada gambar 2.1 yaitu sintering  sintering ,, molding 

molding ,,extrudeextrude,, forging  forging ,,rolling rolling ,,hot pressing hot pressing .. a.

a.  sinterig  sinterig 

Sintering adalah proses dimana serbuk yang dipadatkan (atau serbuk logam Sintering adalah proses dimana serbuk yang dipadatkan (atau serbuk logam   bebas) dirubah menjadi padatan yang koheren pada tempertur dibawah titik    bebas) dirubah menjadi padatan yang koheren pada tempertur dibawah titik  lelehnya. Selama sintering, partikel-partikel serbuk diikat secara bersama-sama lelehnya. Selama sintering, partikel-partikel serbuk diikat secara bersama-sama ole

oleh h difdifusi usi dan dan mekmekanianisme sme tratranspnsport ort atoatomik mik lailain n sehsehingingga ga menmenghaghasilsilkankan kekuatan mekanik tertentu.

kekuatan mekanik tertentu. b.

b. hot pressing hot pressing    Hot pressing 

  Hot pressing adalah suatu adalah suatu manifmanifestasestasi i dari densifikasdari densifikasi i dengan peningkatandengan peningkatan tekanan pada serbuk logam.

tekanan pada serbuk logam. Hot pressing  Hot pressing dapat dilakukdapat dilakukan pada an pada dies yang kakudies yang kaku men

mengguggunakanakan n penepenekankanan an uniuniaksaksialial. . DieDies s biabiasansanya ya terterbuabuat t dardari i gragrafifit t untuntuk uk  memungkinkan terjadi pemanasan induksi eksternal.

memungkinkan terjadi pemanasan induksi eksternal.  Hot pressing   Hot pressing dilakukandilakukan den

dengan gan pengpengeprepresaesan n padpada a serserbuk buk di di daldalam am cetcetakaakan n berbersamsamaan aan dengdengannannyaya dil

dilakuakukan kan pempemanasanasan. an. PadPada a umuumunya nya proproses ses penepenekankanan an dildilakukakukan an dendengangan tekanan 50 MPa.

tekanan 50 MPa. c.

c.  forging  forging   Forging 

 Forging adalah proses deformasi tingkat tegangan tinggi, khususnya dilakukanadalah proses deformasi tingkat tegangan tinggi, khususnya dilakukan   pa

  pada da temtemperperatuatur r yanyang g ditditingingkatkatkan kan dimdimana ana matmaterierial al memmempunypunyai ai kekukekuataatann rendah dan

rendah dan duktiduktilitalitas s yang tinggi.yang tinggi. Forging  Forging konvensional dari material hasilkonvensional dari material hasil tuang perlu beberapa langkah untuk merubah suatu tingkat ke dalam bentuk  tuang perlu beberapa langkah untuk merubah suatu tingkat ke dalam bentuk  akhir. Tujuan dari

akhir. Tujuan dari forging forging adalah mendapatkan tingkat densitas dari materialadalah mendapatkan tingkat densitas dari material hasil sintering yang lebih baik hingga mencapai 100%.

(5)

d. molding 

Peralatan yang digunakan untuk pembentukan padatan adalah sama seperti   peralatan yang digunakan untuk injektion molding  pada polimer.

Langkah-langkah injection molding melibatkan pemanasan dan penekanan pada bahan  baku. Keberhasilan memerlukan perhatian pada sejumlah variabel di antaranya kecepatan pengisian cetakan, tekanan maksimum, temperatur campuran, lama waktu di bawah tekanan.injektion molding serbuk digunakan pada produksi dengan bentuk yang kompleks dan performa yang tinggi.

e. extrusion

 Extrusion sangat sesuai untuk mendapatkan produk hasil yang panjang seperti   pipa. Pada proses extrusi material serbuk ditempatkan ke dalam kontainer 

dengan nozzel berukuran tertentu. Serbuk dalam kontainer didorong dengan tekanan tertentu melalui nozzel, sehingga menghasilkan produk yang panjang yang memiliki ukuran melintang konstan. Proses ekstrusi adalah pada gambar  2.

(6)

f. rolling 

Teknologi rolling konvensional digunakan untuk pemadatan suatu meterial. Proses ini dilakukan dengan melewatkan serbuk bebas melalui dua rol yang menghasilkan lembaran awal kemudian lembaran tersebut dilewatkan melalui dapur sinter.pada proses rolling ini, produk yang dihasilkan memiliki keterbatasan geometri.

3. Karakteristik Serbuk 

Serbuk dengan karakteristik yang baik mungkin mempunyai biaya awal yang lebih mahal akan tetapi pada proses berikutnya biaya yang digunakan akan lebih efektif. Pada umunya dasar karakteristik yang digunakan adalah ukuran, distribusi ukuran, bentuk, luas permukaan spesifik, aliran, karakteristik   packing , kemampuan kompresi, dan karakterisasi kimia. (Ederer, leslie 1999,

13)

a. Besar partikel dan distribusi bartikel

Informasi dari besar partikel dari serbuk pada umunya melibatkan   penetapan distribusi besar dari serbuk yang berguna untuk menentukan

karakteristik packing serbuk seperti menetapkan temperatur dan waktu yang dibutuhkan untuk konsolidasi akhir. Khususnya, rentang dari besar partikel-  partikel digunakan untuk membantu konsolidasi packing  partikel yang dimaksimalkan, sedang besar-besar partikel yang lebih baik digunakan untuk  mengurangi waktu dan temperatur yang dibutuhkan untuk akhir konsolidasi. Ukuran-ukuran dari besar dan distribusi partikel sering dianggap sebagai  bulatan dan ukuran partikel didefinisikan sebagai diameter bulatan ekuivalen yang mempunyai sifat-sifat fisik yang sama. Ukuran partikel aktual hanya merupakan suatu perkiraan relatif pada metode pengujian spesifik.

(7)

 b. Bentuk partikel

Kemampuan untuk menggunakan teknik-teknik perekatan sangat perlu untuk menentukan bentuk dari partikel. Bentuk adalah sifat-sifat relatif yang lebih sulit diukur dan sebagian dihilangkan menjadi suatu parameter tunggal untuk pengukuran suatu ukuran. Untuk mengkarakteristikkan, bentuk umumnya diuraikan menurut kualitatifnya. Proses fabrikasi serbuknya dapat digunakan untuk memprediksikan bentuk dari partikel. Bentuk bergantung pada energi   permukaan dari partikel yang dapat divariasikan dari komposisi kimia dari

lelehan dan energi input dari proses. Bentuk akhir dari partikel dapat dibandingkan seperti pada gambar 3.

(8)

c. Aliran partikel

Kemampuan dari suatu serbuk untuk mengalir adalah sangat penting jika serbuk mengisi suatu volume spesifik dengan suatu kecepatan. Unsur-unsur  yang mempengaruhi aliran adalah bentuk, besar dan distribusi besar dari   partikel serbuk. Unsur-unsur ini mempengaruhi friksi interpartikel sehingga dapat menghambat aliran. Unsur-unsur yang menghilangkan friksi inter-partikel adalah kekasaran, bentuk bulatan yang lebih halus, dan lubrikasi sehingga aliran dapat lebih diperbaiki.

d.  Packing Serbuk 

Klasifikasi besar dan bentuk dari serbuk digunakan untuk densitas  packing juga menunjukkan densitas nyata. Densitas nyata dinyatakan sebagai   berat per satuan volume dari serbuk dalam keadaan bebas. Densitas nyata

merupakan nilai penting karena hal ini berguna untuk mengontrol volume atau   berat dari padatan hasil kompaksi. Jika berat serbuk berubah untuk volume yang tetap, hasilnya adalah perubahan densitas dalam padatan hasil kompaksi yang disebut green density.

Salah satu pengaruh dari besar dan bentuk terhadap aliran adalah friksi interpartikel. Jika gesekan ini bertambah, densitas nyata berkurang dalam kaitannya dengan aliran yang lemah melalui partikel-partikel yang berdekatan. Oleh karena itu densitas nyata bergantung pada keadaan friksi antar partikel. Selain itu densitas nyata juga dipengaruhi oleh jumlah koordinasi packing yaitu  jumlah partikel serbuk yang bersentuhan yang didapat daribulk powder . Jumlah koordinasi lebih besar, Nc, densitas serbuk akan lebih besar. Hubungan antara  jumlah koordinasi dengan densitas nyata dinyatakan sebag ai berikut

(

)





=

c c  N   N  1  ρ 

(9)

Dimana ρ: fraksi densitas dan juga disebut fakor  packing   Nc: jumlah partikel serbuk yang bersentuhan

Pencampuran serbuk dengan distribusi besar berbeda dapat menambah fraksi densitas menjadi 0,98 karena partikel-partikel yang lebih kecil mengisi celah-celah dari partikel yang lebih besar, seperti pada gambar 4.

Gambar 4. Penambahan Partikel Kecil e. Kemampuan kompresi dan rasio kompresi

Kemampuan kompresi adalah ukuran dari besar dari suatu pemadatan serbuk di bawah tekanan. Kompresibilitas sangat dipengaruhi oleh friksi interpartikel dan juga struktur internal dari partikel. Ukuran lain dari kompresibilitas adalah parameter densifikasi

density l  theoretica density apparent  density  green  parameter  ion densificat  = −

Parameter densifikasi digunakan untuk menunjukkan fraksi dari kemungkinan densitas terbesar untuk mendapatkan densitas nyata. Parameter  ini juga digunakan untuk membandingkan densifikasi dari serbuk-serbuk yang  berbeda untuk memberikan green densitydan penekanan.

Rasio kompresi adalah perbandingan dari densitas nyata dengan densitas awal untuk memberikan penekanan. Perbandingan ini harus diketahui untuk  mendapatkan perencanaan peralatan kompaksi yang baik 

(10)

density apparent  density  green ratio n compressio =

4. Pencampuran Serbuk Sebelum Sintering

Tiga jenis struktur hasil sinter, yaitu: kualitas besar partikel campuran, larutan padat, dan komposit, yang mungkin dari pencampuran serbuk. Pertama dipertemukan ketika pengepakan tinggi densitas paduan digunakan. Keadaan yang kedua melibatkan homogenisasi pencampuran serbuk oleh proses difusi. Kondisi yang terakhir melibatkan co-sintering dua fasa yang berbeda. Paduan serbuk yang memiliki komposisi yang sama, tetapi memiliki ukuran yang   berbeda, sering kali menghasilkan  green density yang lebih tinggi. Besar   partikel rata-rata bertambah, pengaruh sintering akan menurun. Akibatnya, dua

situasi berbeda dapat terjadi.

Homogenisasi selama sintering adalah suatu alternatif untuk pembentukan   padatan dari   prealloyed powder . Keuntungan-keuntungan menggunakan  pencampuran powder pengganti prealloyed powder adalah:

1. mengurangi perubahan komposisi 2. pengurangan pada penekanan

3.  green densitydan kekuatan yang lebih besar 

4. memungkinkan formasi mikrostruktur yang lebih khusus 5. perbaikan densifikasi

Pencampuran fasa pada sintering memiliki beberapa masalah dan memerlukan waktu dan kontrol temperatur untuk memastikan homogenisasi. Pencampuran fasa pada saat sintering bekerja baik jika partikel dan jarak difusi yang kecil. Jika kecepatan difusi dua komponen berbeda, maka formasi rongga terjadi karena ketidaksamaan difusifitas. Sebagai akibatnya, swelling mungkin terjadi, khususnya jika titik melting sangat berbeda.

(11)

5. Kompaksi

a. Fenomenologi kompaksi

 Binder-assisted process menggunakan sifat kemudahan alir dari binder  untuk melumasi pada saat proses pembentukan. Meski demikian, partikel- partikel tidak dapat dipadatkan dengan sejumlah pengisi secara bersamaan dari kira-kira tap density. Untuk mendapatkan densitas yang lebih besar diperlukan external pressure. Penambahan tekanan dapat memberikan susunan yang lebih   baik dan berperan pada pengurangan porositas dengan memperbaiki kontak 

antar partikel. Seperti pada gambar 5.

Gambar 2.6 Hubungan antara Tekanan dengan Porositas, Banyaknya Kontak, dan Luas Daerah Kontak 

Dari grafik dapat dilihat bahwa porositas berkurang dengan bertambahnya   jumlah kontak dan luasan kontak antar partikel. Titik kontak mengalami

(12)

sisa disimpan pada padatan. Penekanan yang sangat besar menambah   pemadatan dengan memperluas daerah kontak melalui deformasi plastis.

Penekanan mengakibatkan perubahan bentuk yang dilokalisir, memberikan  strain hardening dan memberikan kontak baru untuk menyeragamkan celah

antara partikel. Skematik dari kompaksi powder pada proses pembentukan logam adalah seperti gambar 6.

Gambar 8. Skema Poses Kompaksi pada Pembentukan Logam

Daeah kontak interpartikel berakibat pada penampakan yang merata dengan  bentuk melingkar. Densitas awal ρ dan diameter dari profil lingkaran adalah X

maka dapat dihubungkan sebagai berikut

(

)

[

2/3

]

1/2 0 / 1−  ρ  ρ  = D  X 

Dimana D adalah diameter partikel dan ρ0 adalah densitas awal yang disesuaikan dengan X = 0. Berikutnya kekuatan ikatan bergantung pada jumlah dari pergeseran kontak antar partikel. Tegangan geser maksimum terjadi pada

(13)

  pusat kontak dan terbesar ketika kontak yang terjadi sangat kecil. Selama deformasi, cold welding pada kontak interpartikel berperan dalam membangun kekuatan pada padatan.

Pada kompaksi dengan tekanan yang sangat besar (di atas 1 GPa), terjadi deformasi yang sangat besar sehingga menyisakan rongga yang kecil. Pelepasan dari hasil penekanan pada relaksasi dari material dengan pelepasan dari energi elastik yang tersimpan dapat dilihat dari springback dimensional . Relaksasi elasti diperlihatkan dengan kegagalan pamadatan pada fitback dalam die cavity setelah ejection. Tingkat dari springback diperkirakan sama dengan tekanan kompaksi.

Selama pressurisasi, langkah-langkah densifikasi dapat dituliskan seperti skema di bawah ini:

 penyusunan kembali

Deformasi elastic

Deformasi plastik 

Fragmentasi (getas) strain hardening (ulet)

Deformasi akhir 

Secara teori penyusunan kembali terjadi di bawah tekanan 0,03 MPa. Perubahan karakteristik akibat rearrangement (penyusunan kembali) bergantung

(14)

terhadap karakteristik serbuk logam. Pengurangan 5 sampai 10 % porositas dapat diketahui pada rearrangement . Pada tekanan tinggi deformasi plastik  utama terbentuk dari densifikasi untuk serbuk logam. Porositas berkurang di  bawah 10% pada taraf  plastic flow. Work hardening awal terjadi pada tekanan 50 sampai 100 MPa pada sebagian besar logam. Oleh karena work hardening ,  penekanan pemadatan di atas 90% sulit untuk dicapai. Jika kekerasan awal

sebuk bertambah dan kemampuan untuk dikeraskan berkurang, fragmentasi mungkin terjadi. Kesemuanya tersebut tidak dapat dipisahkan dengan sifat-sifat material yang dihubungkan dengan kristalografi, ikatan kimia, friksi, keadaan   permukaan untuk menentukan dampak pada kompaksi. Variabel-variabel

ekstrinsik seperti ukuran partikel dan bentuk partikel dapat berpengaruh besar   pada kompaksi.

 b. Dasar kompaksi

Friksi pada dinding dies dengan serbuk adalah masalah utama dalam kompaksi serbuk uniaksial. Friksi menyebabkan tekanan yang dilakukan pada serbuk menjadi berkurang. Banyak karakteristik intrinsik penting dari serbuk   berpengaruh pada hubungan tekanan-kepadatan-kekuatan pada padatan. Hal itu termasuk sifat-sifat material seperti kekerasan, tingkat  strain hardening , friksi  pada permukaan, dan ikatan kimia di antara partikel. Selain itu juga faktor 

ekstrinsik seperti ukuran serbuk, bentuk, pelumasan, dan cara pemadatan. Dengan mengasumsikan padatan silinder dengan diameter D dan tinggi H seperti ditunjukkan seperti pada gambar 2.8.

(15)

Gambar 9. Gaya Yang Bekerja pada Proses Kompaksi

Dengan menganalisis bagian yang paling tipis adalah dH ketika terjadi gaya  penekanan dari luar, tekanan dari atas P dan tekanan yang diteruskan adalah P b akan berbeda oleh gaya normal yang berlawanan dengan gaya gesek. Secara matematis dapat ditulis sebagai berikut

n b  P  uF   P   A  F = = − + Σ 0 ( )

Dimana Fn adalah gaya normal, u adalah koefisien gesekan antara serbuk  dengan dinding dies, A adalah luas permukaan. Gaya normal dapat ditunjukkan dalam bentuk persamaan lain dari tekanan yang dilakukan dengan konstanta yang sesuai z yang sebenarnya bervariasi kepadatan padatan. Faktor tersebut mewakili rasio dari tegangan radial dengan tegangan aksial, dengan begitu

 zPDdH   F n =π  

Gaya gesek dapat diperhitungkan dari gaya normal dan koefisien gesek  u sebagai

uzPDdH   F   f   =π  

(16)

Penggabungan persamaan memberikan perbedaan tekanan antara atas dan  bawah dari elemen serbuk dP sebagai

uzPdH   A  F   P   P  dP = − h =−   f  / =−4

Pengitegrasian dari persamaan di atas terhadap tinggi dari padatan menunjukkan tekanan pada setiap posisi x sebagai berikut

(

uzx  D

)

 P 

 P  x = exp −4 /

Persamaan tersebut dapat digunakan pada penekanan dari satu arah ( single action pressing ). Untuk penekanan dari dua arah (double action pressing ) akan mempunyai bentuk penekanan dari punch atas dan bawah secara bersamaan. Untuk kasus double action pressing , persamaan di atas tidak berlaku, tetapi   jarak x sekarang adalah jaeak terdekat dari puch. Hasilnya adalah distribusi   penekanan pada padatan. Pada kedua kasus tersebut, kehilangan tekanan

tergantung pada perbandingan tinggi padatan dengan diameter, dengan   pengurangan diameter, pengurangan tekanan lebih cepat dengan kedalaman. Oleh karena itu, untuk kompaksi homogen, perbandingan tinggi dengan diameter sangat diinginkan. Single-ended compaction terbatas pada geometri yang sederhana.

Untuk   single-ended compaction, tegangan kompaksi rata-rata dapat diperkirakan dengan persamaan

(

)

[

uz  H   D

]

 P 1−2 / =

σ  

dan untuk double ended compaction, tegangan rata-rata dapat diperkirakan dengan persamaan

(

)

[

uz  H   D

]

 P 1− / = σ  

(17)

Tegangan rata-rata bergantung pada kedua geometri (H/D), distribusi  penekanan aksial ke radial (z), dan friksi pada dinding dies. Puncak rata-rata tinggi dicapai pada pemadatan singkat dengan diameter yang besar dan  pelumasan pada dinding dies. Friksi pada dinding dies menurunkan efisiensi

dari kompaksi sehingga padatan mempunyai kepadatan yang tidak homogen karena ketingian kepadatan awal bergantung pada tekanan yang dilakukan. Selain itu ukuran spesifik dan bentuk dari padatan dapat mempengaruhi distribusi dari kepadatan. Untuk beberapa aplikasi melibatkan beberapa bagian  proses yang panjang. Selain itu beberapa teknologi seperti kompaksi isostatik 

dingin mempunyai perkembangan untuk menghindari masalah gesekan.

Perbandingan antara tingi dan diameter penting untuk mendapatkan sifat-sifat padatan yang seragam. Pada umumnya ketika perbandingan antara tinggi dan diameter melebihi dies kompaksi akan gagal. Perbandingan uzH/D adalah ukuran yang sangat sensitif dari operasi pengepresan. Hasil penekanan terbaik  diperoleh ketika perbandingan tinggi (H) dan diamter (D) sangat kecil. Bertambanhnya perbandingan, gradien kepadatan bertambah dan densitas  padatan menyeluruh bertambah

c. Binder dan pelumas

Pada proses kompaksi dari metalurgi serbuk sangat bergantung pada kemampuan alir. Kemampuan alir dari serbuk digambarkan sebagai waktu yang diperlukan dari jumlah spesifik dari serbuk untuk mengalir melaluidie cavity.

Pada serbuk alumunium memiliki kemampuan alir yang kurang bagus  juga sifat yang sangat peka terhadap adanya bahan tambahan non-metalik di

dalam serbuk permulaan. Oleh sebab itu, pemilihan binder yang tidak    berpengaruh terhadap hasil akhir adalah sangar sulit pada penerapam proses

(18)

Binder adalah campuran termoplastik dari waxes, polimer, minyak,   pelumas, dan surfaktan. Binder tersusun dari 70 % parafin wax dan 30 %  propilen. Polimer memberikan karakteristik aliran viskos pada campuran untuk 

membantu pembentukan, pengisian cetakan, dan keseragaman packing . Binder  akan habis terbakar pada suhu di bawah 450 0C untuk menghindari bereaksi dari dekomposisi atau sisa produk dengan matrik aluminium.

Untuk kompaksi dari serbuk menggunakan teknik metalurgi serbuk  (P/M), pelumasan juga diperlukan untuk meringankan kompaksi dari serbuk  dan ejeksi dari fabrikasi part. Persyaratan-persyaratan untuk pelumasan juga sama dengan persyaratan pada binder, pelumas tidak akan berpengaruh terhadap sifat-sifat akhir dari material.

Wax sintetik amida, seperti ethylene-bis-stearamide sering digunakan sebagai pelumas dari untuk kompaksi alumunium dan sintering. Delubrikasi dari padatan serbuk alumunium dalam udara lembam pada suhu di bawah 450 0C bergantung pada udara delubrikasi, material, ukuran part, dan geometri. Lamanya delubrikasi dapat bervariasi dari 10 menit sampai 2 jam, lebih spesifik  antara 20 menit sampai 90 menit. (www.patentstorm.us)

2.4.4 Kompaksi konvensional

Kompaksi serbuk uniaksial konvensional dilakukan dengan memberikan   penekanan sepanang satu sumbu menggunakan tool yang sangat keras.

Pergerakan dari perlengkapan tool selama penekanan seperti diperlihatkan pada gambar 8.

(19)

Gambar 8. Pergerakan Tool Selama Siklus Kompaksi

Dies menyediakan cavity untuk serbuk yang ditekan dan memberikan batas

secara lateral pada serbuk. Posisi lower punch pada saat serbuk dimasukkan ke dalam dies disebut fill posisi atau packing . Serbuk dimasukkan ke dalam dies

menggunakan suatu external feed shoe dan banyak variasi pada proses packing 

dengan variasi berat dalam penekanan part. Packing membedakan dari posisi

lower punch selama pressurisasi untuk mendapatkan penekanan yang tepat pada

  pusat dies. Posisi lower punch dapat berubah selama  packing  untuk 

mempermudah penyeragaman penempatan serbuk padacavity.

Jenis pressurization yang dilakukan pada powder selama proses kompaksi dapat mempengaruhi pemadatan. Tekanan yang dialirkan dari satu arah menyebabkan pembesaran densitas dan  property gradients, khususnya jika terjadi pembesaran perbandingan diameter. Dowble-acting pressurization memberikan keseragaman tegangan yang lebih baik. Penekanan pada   perbandingan diameter yang lebih kecil cukup menggunakan single-ended

(20)

6. Proses Sintering 

a. Keadaan-keadaan dalam sintering

Sintering merupakan proses pemanasan serbuk dengan cara dipadatkan   pada temperatur di bawah titik lelehnya untuk beberapa lama dengan tujuan

untuk mendapatkan tingkat densifikasi produk yang lebih tinggi. Peningkatan ini dimungkinkan dengan adanya peristiwa perpindahan massa dari butiran ke daerah pori-pori yang masih tersisa. Selama proses sintering  berlangsung, sejalan dengan pengurangan pori-pori ini, pada produk sinter terjadi  penyusutan.

Sintering pada dasarnya adalah pengikatan antar partikel oleh gaya atomik. Gaya sintering cenderung berkurang dengan bertambahnya temperatur, tetapi penghalang pada proses sintering seperti kontak permukaan yang tidak   penuh, adanya lapisan pada permukaan partikel, dan sifat plastis yang rendah,

lebih cepat berkuramg dengan bertambahnya temperatur. Peningkatan temperatur ini canderung memperbaiki proses sintering. Waktu pemanasan yang lama atau meningkatkan temperatur akan meningkatkan ikatan antar   partikel dan menghasilkan kekuatan tarik yang lebih baik.

Selama sintering , material mengalami tiga tahapan, yaitu:

1.  sintering tahap awal

Pada tahap ini ditandai dengan pertumbuhan yang sangat cepat darineck 

interpartikel. Sintering pada tahap awal ini dapat digambarkan seperti pada gambar 2.10 dimana R adalah jari-jari partikel

(21)

Gambar 9. Sintering pada Tahap Awal

Perubahan dimensional digunakan untuk mengikuti proses sintering karena perubahan dimensional menghilangkan pengukuran ukuran neck  individu. Shrinkage dipandang dalam dua cara pada   powder metallurgy. Banyak proses manufaktur komponen yang membutuhkan kepresisian berusaha untuk menghilangkan shrinkage selama sintering. Apabila shrinkage dapat dihindari maka dimensi hasil penekanan dengan cara kompaksi dapat dilakukan dengan tingkat kepresisian yang baik.

Terjadinya  shrinkage menunjukkan suatu pembesaran tooling  yang memberikan bagian akhir  sintering  ke dalam batasan-batasan yang dapat diterima. Hal ini dapat menjadi sulit apabila gradien densitas pada powder 

kompaksi berubah dalam shrinkage yang berbeda selama sintering. Akibarnya  pada temperatur tinggi terjadi warpage. Karena itu, penyinteran dalam waktu

yang pendek dikombinasikan dengan sintering pada temperatur rendah dan  penekanan kompaksi yang tinggi untuk meminimalkan perubahan dimensi.

2.  sintering tahap antara

Sintering  tingkat antara sangat penting untuk menentukan sifat-sifat

(22)

rongga, densifikasi dan pertumbuhan butir. Sketsa tahap antara adalah ditunjukkam pada gambar 2.11

Gambar 10. Sketsa Sintering Tahap Antara

Geometri  sintering  diasumsikan sebagai penempatan rongga silinder pada  pemisah butir.

Densifikasi pada tingkat antara dicapai oleh difusi volume dan batas butir. Penempatan rongga pada batas butir lenyap lebih cepat dari isolasi rongga. Surface transport aktif selama sintering tingkat antara seperti ditunjukkan oleh  pembulatan rongga dan migrasi rongga dengan batas butir selama pertumbuhan   butir. Bagaimanapun, proses  surface transport  tidak mendukung pada

densifikasi dan shrinkage.

Waktu  sintering  yang lama diperlukan untuk perubahan sifat yang signifikan dan perubahan densitas. Kecepatan difusi, pertumbuhan butir, dan  pergerakan rongga yang merupakan proses yang berhubungan dengan aktivitas termal dan pada banyak material hal-hal tersebut berpengaruh pada morfologi spesifik.(ukuran butir, ukuran rongga, dan jarak antar rongga). Ketika berubah secara kontinyu, temperatur mempunyai pengaruh yang kompleks pada proses sintering.

(23)

3.  sintering tahap akhir 

Sintering tahap akhir merupakan proses yang sangat lambat dimana terjadi  pengisolasian, rongga spherical menyusut oleh suatu mekanismebulk difusion.

Rongga-rongga menjadi terisolasi pada sudut-sudut butir pada sintering tingkat akhir. Untuk penempatan rongga pada batas butir, kesetimbangan antara energi batas butir dan energi  solid-vapor  permukaan dapat menyebabkan terbentuknya alur yang disebut sudut dihedral. Rongga spherical diharapkan lepas setelah terjadi batas butir. Kemudian, rongga harus mendifusi kekosongan  pada batas butir yang jauh untuk melanjutkan penyusutan dimana proses terjadi

sangat lambat. Juga dengan pemanasan yang diperpanjang. Pengasaran ronga akan menyebabkan ukuran pori rata-rata bertambah sehingga terjadi  pengurangan jumlah rongga. Jika pada rongga terdapat gas yang terperangkap, maka daya larut gas pada matriks akan berpengaruh pada kecepatan eliminasi rongga. Gambaran sintering tahap akhir adalah ditunjukkan pada gambar 2.12

Gambar 2.12 Sketsa Tahap Akhir 

Ketidakstabilan terjadi pada porositas kira-kira 8%. Pori-pori yang dihasilkan diharapkan menjadi spherical melalui proses surface transport , dengan jari-jari akhir sebesar 1,88r. (German, Randal M 1994,250).

Ikatan antar partikel pada sintering dipengaruhi oleh lapisan permukaan  pada partikel sehingga formasi permukaan dari partikel yang tidak diinginkan seperti oksida harus dihilangkan. Hal ini dapat dipenuhi dengan menggunakan

(24)

controlled atmosphere protectiv.Selain itu juga berfungsi untuk menghilangkan setiap lapisan di permukaan partikel serbuk sebelum pencampuran atau  pemadatan. Udara terlindung tidak akan berisi sejumlah oksigen bebas dan akan

menjadi netral atau menghilang pada logam yang disinter.

 b. Gaya pemicu dan mekanisme transport

Gaya pemicu yang sangat penting dikaitkan dengan prinsip termodinamika. Kemampuan untuk terjadi proses sintering bergantung pada   perubahan energi bebas, ∆F. Perubahan energi bebas termodinamika  berhubungan dengan reaksi kimia yang digambarkan sebagai perubahan kimia

volume energi bebas, ∆Fc. massa hasil sintering mengalami perubahan dalam

hal penyusutan luas permukaan. Pengurangan kontribusi dari permukaan

disebut ∆Fs dalam persamaan energi bebas adalah ∆F = ∆Fc+ ∆Fsmenghasilkan

dalam energi bebas total yang lebih rendah yang merupakan gaya pemicu untuk   proses ini. Oleh karena itu, jumlah luas permukaan yang lebih besar pada massa

awal memperbesar gaya pemicu dalam proses sintering. Selama sintering, aktivitas dari serbuk bergantung pada energi bebas yang ada, luas area yang tidak terlindung, dan jumlah dari kekosongan kisi atau cacat. Dua mekanisme

transport yang terjadi dalam reaksi dengan aktivitas dari serbuk yaitu surface

transport dan bulk transport  sebagaiman diperlihatkan dalam gambar 2.13.

(25)

Gambar 12. Surface Transport dan Bulk Transport 

1. Mekanisme surface transport 

Mekanisme transfer permukaan adalah langkah-langkah awal yang

mendominasi dari pertumbuhan neck  yang berkaitan dengan peningkatan

gradien kelengkungan dari neck  inter-partikel yang berdekatan. Mekanisme

 surface transport ini adalah evaporasi-kondensasi, difusi permukaan, dan difusi

volume. Evaporasi-kondensasi dan difusi permukaan adalah hasil dari tekanan udara yang lebih besar dan tegangan permukaan yang lebih rendah pada

 permukaan convex dari luas neck concave. Hal ini menimbulkan gaya pemicu

untuk aliran massa kedalam daerah neck . Pada awalnya, berhubungan dengan

  peningkatan gradien kelengkungan dan besar luas permukaan yang ada, evaporasi-kondensasi dan difusi permukaan adalah mekanisme transfer   permukaan yang utama. Difusi volume bergantung pada besar gradien dari

kekosongan-kekosongan yang didapat di dalam daerah neck. Konsentrasi   bertambah dengan bertambahnya tegangan permukaan dan kecekungan

lengkungan. Bagaimanapun, karena transfer permukaan oleh difusi volume

(26)

  pemasukkan permukaan melalui struktur geometri padatan, hal ini adalah   penting paling sedikit dari mekanisme  surface transport . Surface transport 

mendukung terjadinyanecking . 2. Mekanismebulk transport 

  Bulk transport terjadi pada keadaan selanjutnya dari sintering yang  berkaitan dengan besarnya tegangan permukaan pada perekatanneck . Langkah-langkah dari transport yang meningkatkan pertumbuhan neck dan penyusutan rongga yang merupakan aliran plastis, difusi pertumbuhan butir dan volume atau difusi kisi. Karena deformasi plastis terjadi akibat beban konstan dan  peningkatan temperatur, pergerakan secara perlahan terjadi. Proses pergerakan yang terjadi adalah pemasukan dan peningkatan dari tepi dislokasi selama  pemanasan. Oleh karena itu, aliran plastis tidak sangat berarti dengan pengaruh ini yang dibatasi dengan periode pemanasan. Untuk pemberian temperatur, difusi batas butir umunya lebih besar dari pada difusi volume. Hal ini  berhubungan dengan volume batas butir lebih kecil dengan respek pada volume geometri dan energi aktivasi yang lebih rendah dari mekanisme difusi batas butir. Dengan bertambahnya temperatur, perbedaan antara difusi volume dan difusi batas butir berkurang. Pada keadaan sintering selanjutnya, untuk setiap difusi batas butir terjadi, atom-atom harus bergerak melalui kisi dan volume difusi menjadi pengontrolan kecepatan. Cara-cara yang umum dari pergerakan otomik dari difusi

volume adalah dengan “vacancy exchange”. Besarnya transport

atom-atom ke dalam kekosongan diukur dengan tingkat difusi yaitu

 

 

 

 

 −

=

 D Q RT   D 0 exp ……….(2.12)

Dimana D0: ketetapan material

(27)

R: kontanta gas  T: temperatur

Difusi batas butir efektif selama pertumbuhan butir

menyebabkan rongga terpojok. Hal ini membuat densifikasi penuh menjadi sulit karena rongga harus menyebar kekosongan pada batas butir yang berjauhan. Bagaimanapun tidak seperti mekanisme

surface transport , mekanisme bulk transport  menghasilkan perubahan dimensional. (Ederer, leslie 1999)

c. Variabel-variabel sintering 

Faktor-faktor yang mempengaruhi efisiensi sintering adalah besar   partikel, bentuk, struktur, dan komposisi seperti green density, temperatur, dan

waktu. Pengurangan besar partikel menghasilkan dalam penambahan sintering . Hal ini berhubungan dengan peningkatan perbandingan luas permukaan dengan volume yang menghasilkan gaya pemicu yang lebih besar. Bentuk  menghasilkan penambahan luas permukaan juga menambah kecepatan sintering. Kekasaran permukaan akan memperbesar luas kontak. Struktur butir  dari serbuk-serbuk kristalin mempunyai pengaruh yang sangat berarti pada

 sintering . Kecenderungan dalam struktur polikristalin adalah kepada besar butir  yang sangat kecil untuk memperbaiki sifat mekanik seperti kekuatan tarik dan kestabilan dimensi. Struktur butir akhir memperbaiki pengaruh transport material yang pada gilirannya memungkinkan kelajuan yang lebih besar dari sintering. Setelah sintering, besar butir cenderung menyisakan kecil meskipun  pertumbuhan butir selama sintering mungkin terjadi. Biasanya besar butir akhir    bergantung pada besaar butir awal. Besar butir awal yang lebih kecil dari  partikel serbuk menghasilkan besar butir akhir yang lebih lembut.

Struktur dari serbuk yang disinter cenderung stabil, karena gaya  penggerak yang utama untuk rekristalisasi tidak muncul dalam serbuk. Struktur 

(28)

dengan sejumlah besar cacat, seperti dislokasi, meningkatkan proses difusi. Komposisi partikel seperti oksidasi permukaan menghilangkan energi   permukaan dan bertindak sebagai penghalang dalam mekanisme surface

transport . Fasa terdispersi meningkatkan  sintering  dengan menambah kekosongan-kekosongan yang ada dan dengan menghilangkan pergerakan butir  dengan membatasi pertumbuhan butir.

Jika green density awal besar, perubahan densitas akhir dan karena itu  shrinkage setelah  sintering  menjadi kecil. Green density yang besar juga menghasilkan sifat akhir yang lebih baik. Penambahan   green density mempunyai pengaruh yang sama seperti penambahan luas kontak. Cara-cara ini meningkatkan kecepatan dari sintering, mengurangi waktu sintering atau temperatur dan hal ini dapat mengurangi biaya produksi.

6. Efek Kompaksi pada Sintering

Dalam beberapa peristiwa, tekanan kompaksi diterapkan pada powder  sebelum sintering. Tetapi pada loose powder , terjadi ketika struktur porositas   besar dicapai, seperti untuk filter, atau ketika struktur awal dibentuk 

menggunakan teknik binder-assisted seperti injection molding . Penekanan pada  powder sebelum sintering mereduksi porositas pada saat penambahan dislokasi  pada powder . Karena porositas yang lebih renda, shrinkage terjadi lebih sedikit selama sintering. Densitas dislokasi yang lebih besar membantu pada kecepatan sintering yang lebih cepat saat awal. Oleh karena itu, kompaksi meningkatkan kekuatan, densitas, dan kontrol dimensi.

Ukuran neck yang tersinter menentukan sifat-sifat seperti kekuatan dan duktilitas. Dengan demikian, tekanan kompaksi yang lebih besar secara umum diinginkan. Penambahan tekanan kompaksi memberikan kontrol dimensi yang lebih baik, proses penyusutan sintering yang lebih sedikit, dan sifat-sifat akhir  yang lebih baik.

(29)

Kontrol dimensi selama sintering merupakan salah satu hal yang harus diperhatikan selama fabrikasi suatu komponen. Pada saat proses sintering ukuran part dan ukuran die kompaksi harus sama. Pada saat-saat tertentu, keseragaman  shrinkage diinginkan pada prediksi sederhana dari perubahan dimensi dan bentuk akhir part. Shrinkage selama variasi sintering berkebalikan dengan   green density. Untuk alasan ini, gradien densitas dapat menjadi kesulitan karena ketidakseragaman penyusutan. Seperti ditunjukkan gambar di  bawah ini pada gambar 2.14.

Gambar 14. Shrinkage Setelah Sintering

Seringkali shrinkage terjadi sebanyak 16 % pada proses sintering dan distorsi terjadi sangat sedikit.

Beberapa produk hanya dapat dibuat melalui proses serbuk, produk  lainnya mampu bersaing dengan proses lainnya karena ketepatan ukuran sehingga tidak diperlukan penyeleseian lebih lanjut. Ini merupakan salah satu keunggulan dari proses serbuk metalurgi serbuk dibandingkan dengan proses

(30)

lainnya. keuntungan dan keterbatasan metalurgi serbuk, metalurgi serbuk dapat menghasilkan produk yang lebih baik dan lebih ekonomis.

Dibawah ini diterangkan keuntungan dan keterbatasan metalurgi serbuk.Proses ini dapat menghasilkankarbida sinter , bantalan poros dan produk   bimetal yang terdiri dari lapisan serbuk logam yang berbeda. Proses ini dapat

menghasilkan produk dengan porositas yang terkendali. Proses ini dapat menghasilkan bagian yang kecil dengan toleransi yang ketat dan permukaan yang halus dalam jumlah yang banyak dan mampu bersaing dengan  permesinan. Serbuk yang murni menghasilkan produk yang murni pula.Proses ini sangat ekonomis karena tidak ada bahan yang terbuang selama proses  produksi. Tidak diperlukan keahlian khusus untuk menjalankan mesin pres dan mesin-mesin lainnya. keterbatasan metalurgi serbuk antara lain; serbuk logam mahal dan terkadang sulit penyimpanannya karena mudah terkontaminasi, alat  peralatan mahal.

Bahan yang digunakan dalam pembuatan bushing ini adalah aluminium serbuk. Kemudian dilakukan kompresi dengan mechanism seperti pada Gambar 8. Pada   proses pembuatan bushing, kompaksi tekanan yang dibutuhkan adalah 5400

Kg.. Variasi suhu pressing T (suhu ruang) 100 ºC, 200 ºC, 300 ºC, pemanasan dan pengepresan menggunakan alat cetakan hot pressing metalurgi serbuk. Dimensi ukuran bussing yang akan dibuat adalah diameter luar D2= 14 mm, diameter dalam D1= 8 mm, dan tinggi (h) = 9 mm.

Peralatan hot pressing yang digunakan seperti pada Gambar 15. Cetakan terbuat dari bahan baja dengan diberi pemanasan sekelilingnya. Pres dilakukan setelah temperatur tercapai sesuai denhgan yang diinginkan.

(31)

Gambar 15. Cetakan Hot Pressing Metalurgi Serbuk 

Setelah proses kompaksi specimen dilakukan proses sinter muffle furnance, dengan temperatur 450 0C selama 60 menit. Setelah proses sintering selesai, specimen dikeluarkan dari dalam dapur dengan pendinginan udara. Pengujian sifat fisik meliputi struktur mikro dan berat jenis.sedang sifat mekanis meliputi pengujian kekerasan metode Rockwell A, dan keausan mengunakan mesinogoshi high speed univaersal wear testing machine.

Produk hot pressing yang dihasilkan berupa bushing seperti pada Gambar 16,  bushing dapat digunakan sebagai bahan bantalan luncur pada elemen mesin.

(32)

PEMBUATAN BUSHING DENGAN CARA METALURGI SERBUK  Diajukan Guna Melengkapi Tugas Mata Kuliah Metalurgi Serbuk 

Oleh

Kumaranata Kusumaning Asmara NIM 081910101010

PROGRAM STUDI STRATA 1 JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK  UNIVERSITAS JEMBER 

Figur

Memperbarui...

Referensi

Memperbarui...

Related subjects :