TUGAS

METALURGI FISIK

 

OLEH :

NAMA      : TIMBUL SITANGGANG

NIM           : 030810050891

FAKULTAS TEKNIK

JURUSAN TEKNIK MESIN

UNIVERSITAS SRIWIJAYA

2012

METODE CHARPY

Metode Charpy berhubungan dengan Pengujian Impak. Dasar pengujian impak adalah penyerapan energi potensial dari pendulum beban yang berayun dari suatu ketinggian tertentu dan menumbuk benda uji sehingga benda uji mengalami deformasi.

Metode Charpy adalah pengujian tumbuk dengan meletakkan posisi spesimen uji pada tumpuan dengan posisi horizontal/ mendatar, dan arah pembebanan berlawanan dengan arah tarikan.

Gambar : Ilustrasi skematik pembebanan impak pada benda uji Charpy dan Izod

WELDING / PENGELASAN

Pengelasan adalah proses penyambungan material dengan menggunakan energi panas sehingga menjadi satu dengan atau tanpa tekanan.

Pengelasan dapat dilakukan dengan :

-          pemanasan tanpa tekanan,

-          pemanasan dengan tekanan, dan

-          tekanan tanpa memberikan panas dari luar (panas diperoleh dari dalam material itu sendiri).

Disamping itu pengelasan dapat dilakukan :

-          tanpa logam pengisi, dan

-          dengan logam pengisi.

Pengelasan pada umumnya dilakukan dalam penyambungan logam, tetapi juga sering digunakan untuk menyambung pelastik. Dalam pembahasan ini akan difokuskan pada penyambungan logam.

Pengelasan merupakan proses yang penting baik ditinjau secara komersial maupun teknologi, karena :

-          Pengelasan merupakan penyambungan yang permanen;

-          Sambungan las dapat lebih kuat daripada logam induknya, bila digunakan logam pengisi yang memiliki kekuatan lebih besar dari pada logam induknya;

-          Pengelasan merupakan cara yang paling ekonomis dilihat dari segi penggunaan material dan biaya fabrikasi. Metode perakitan mekanik yang lain memerlukan pekerjaan tambahan (misalnya, penggurdian lubang) dan pengencang sambungan (misalnya, rivet dan baut);

-          Pengelasan dapat dilakukan dalam pabrik atau dilapangan.

Walupun demikian pengelasan juga memiliki keterbatasan dan kekurangan :

-          Kebanyakan operasi pengelasan dilakukan secara manual dengan upah tenaga kerja yang mahal;

-          Kebanyakan proses pengelasan berbahaya karena menggunakan energi yang besar;

-          Pengelasan merupakan sambungan permanen sehingga rakitannya tidak dapat dilepas. Jadi metode pengelasan tidak cocok digunakan untuk produk yang memerlukan pelepasan rakitan (misalnya untuk perbaikan atau perawatan);

-          Sambungan las dapat menimbulkan bahaya akibat adanya cacat yang sulit dideteksi. Cacat ini dapat mengurangi kekuatan sambungannya.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gambar : Proses Welding

 

Penggunaan Pengelasan

Proses pengelasan secara komersial banyak digunakan dalam operasi sebagai berikut :

-          konstruksi (misalnya, bangunan dan jembatan),

-          pemipaan, tabung bertekanan, boiler, dan tangki penyimpanan,

-          bangunan kapal,

-          pesawat terbang dan pesawat luar angkasa,

-          automotif dan rel kereta.

Catatan : operasi pengelasan memerlukan tenaga kerja yang terlatih dengan ketrampilan yang tinggi.

Yang dimaksud dengan pengelasan adalah penyambungan antara dua material atau lebih yang prosesnya memanfaatkan proses difusi dari material tersebut, berdasarkan prinsip-prinsip ikatan magnetik antar atom dari material yang akan disambung. Pengelasan dapat dibedakan menjadi dua jenis, yaitu Solid State Welding dan Liquid State Welding :

• Solid State Welding adalah proses pengelasan dimana benda dalam keadaan padat dan biasanya dengan menggunakan tekanan sehingga sering juga disebut dengan Pressure Welding. Proses Solid State Welding memiliki beberapa kelebihan, diantaranya adalah dapat menyambung dua buah material atau lebih yang tidak sama titik cairnya, prosesnya cepat, presisi, dan hampir tidak memiliki daerah terpengaruh panas (heat affected zone / HAZ). Namun demikian Solid State Welding juga mempunyai kelemahan yaitu persiapan sambungan dan prosesnya rumit, sehingga dibutuhkan ketelitihan sangat tinggi. Yang termasuk dalam Solid State Welding diantaranya Diffusion Welding, Forge Welding, Cold Welding, dan Friction Welding.

• Liquid State Welding adalah proses pengelasan dengan cara mencairkan daerah yang akan disambung hingga cairan tersebut menyatu secara merata, dengan syarat material yang akan disambung harus sama titik cairnya. Penyambungan material dengan cara ini mempunyai persyaratan material harus sama, karena untuk mendapatkan sambungan yang sempurna suhu material harus sama, jika tidak proses penyambungan tidak akan terjadi. Kelebihan metode pengelasan ini adalah proses dan persiapan sambungan tidak rumit, biayanya relatif murah, pelaksanaannya mudah. Kelemahannya adalah memerlukan juru las yang terampil, terjadinya HAZ yang menyebabkan perubahan sifat bahan, dan ada potensi kecelakaan dan terganggunya kesehatan juru las. Yang termasuk Liquid State Welding adalah Thermal Welding, Resistance Welding, dan Electric Arc Welding.

Penerapan sambungan las sangat luas. Sambungan las banyak digunakan pada konstruksi jembatan, gedung, industri otomotif, industri peralatan rumah tangga, bahkan industri barang dengan bahan plastik pun banyak menggunakan proses las tersebut.

Variabel-variabel yang berpengaruh terhadap kualitas hasil sambungan las, diantaranya : bahan, proses pengelasan, metode pengelasan yang digunakan, peralatan las yang digunakan, ketrampilan juru las, lingkungan pengelasan, pengujian las, keselamatan dan kesehatan kerja.

.

FORMING / PEMBENTUKAN

Proses pembentukan (forming) adalah proses mengubah bentuk logam dengan suatu gaya pada arah tertentu tanpa menyisakan serpih. Proses pembentukan tergantung pada sifat plasticity (plastisitas), yakni kemampuan mengalir sebagai padatan tanpa merusak sifat-sifatnya.

Kelebihan dan kekurangan :

Kelebihan :

·         karena padatan, maka tidak perlu perangkat pembawa cairan

·         tidak ada kompleksitas pemadatan.

·         Dibanding dengan proses pemesinan, proses pembentukan menghasilkan sekrap yang lebih sedikit.

Kekurangan :

·         gaya yang diperlukan tinggi,

·         mesin dan perkakas mahal,

·         sebagai konsekuensi dari kedua hal tersebut maka harus dalam produksi besar

 

Gambar : Klasifikasi forming menurut keadaan tegangan yang bekerja

Proses forming diklasifikasikan menjadi:

• Hot working; adalah proses pembentukan secara plastis terhadap logam atau paduan yang dilakukan di atas temperatur rekristalisasinya.
• Karena proses tersebut logam tidak akan mengeras, maka dapat dilakukan pembentukan dengan cepat dan terus menerus sesuai  dengan keinginan.
• Logam tidak hanya menjadi mallable pada suhu tinggi, tetapi juga lebih lunak, karena rekristalisasi selalu terjadi selama proses.
• Pengerjaan panas akan mengurangi penggunaan tenaga dan waktu selama proses, serta menghasilkan bentuk butiran halus dan seragam pada saat rekristalisasi.
• Kekurangan proses pengerjaan panas;

·         Mempunyai permukaan buruk kerena oksidasi dan sisik.

·         Ketelitian ukuran umumnya lebih sulit dicapai.

• Biasanya setelah hot working diikuti dengan proses pengerjaan dingin yang akan memperbaiki kualitas permukaan dan ketelitian ukuran

Skema pengerjaan baja secara panas

• Cold working adalah proses pembentukan secara plastis terhadap logam atau paduan yang dilakukan di bawah temperatur rekristalisasinya.
• Disamping untuk memperbaiki kualitas permukaan dan ketelitian ukuran, cold working khusus digunakan untuk beberapa operasi yang tidak dapat dilaksanakan secara panas, terutama drawing, karena ductility biasanya akan berkurang pada suhu tinggi sehingga tegangan tariknya berkurang dan material dapat putus dengan mudahWarm working adalah deformasi di bawah kondisi transisi (yakni suhu kerja antara 0.3 dan 0.6 kali suhu leleh).
• Skema pengerjaan baja secara dingin

 PROSES PENGGILINGAN (ROLLING)

•         Penggilingan diterapkan untuk pembuatan benda setengah jadi dengan bentuk penampang seragam (lembaran, batang, pipa, profil).

•         Penggilingan dapat dilakukan secara hot working dalam keadaan pijar dan cold working pada suhu ruang.

•         Pada proses penggilingan panas, dua roll yang ditumpu mendatar dan digerakkan berputar berlawanan arah, menangkap blok baja (slabs, blooms, billets) yang didatangkan dalam keadaan pijar putih di atas jalur gelinding, dan menariknya melalui antara keduanya.

•         Selama pelaluan, maka benda gilingan tersebut direntangkan pada arah memanjang dengan tekanan gilingan, strukturnya dimampatkan, penampangnya diperkecil, dan diberi bentuk dan ukuran.

•         Penggilingan dingin dilakukan sebagai kelanjutan penggilingan panas jika dikehendaki permukaan yang mengkilap dan ukuran yang tepat.

•         Kulit terak disingkirkan sebelumnya melalui pengetsaan.

•         Pada penggilingan dingin, kekuatan meningkat dan keuletan menurun.

•         Menurut tata susun gilingan, maka dapat dibedakan;

•         instalasi giling duo,

•         instalasi giling duo ganda,

•         instalasi giling trio,

•         dan instalasi giling kwarto.

PROSES PENEMPAAN (FORGING)

•         Penempaan bisa dilaksanakan secara hot working atau cold working, bisa dilakukan dengan menumbuk atau menekan benda kerja kedalam cetakan yang akan memberikan bentuk sesuai dengan bentuk cetakan.

•         Prinsip kerjanya dapat dilihat pada gambar dibawah.

•         Pada operasi ini ada aliran logam dalam dies yang disebabkan oleh timpaan yang bertubi-tubi.

•         Untuk mengatur aliran logam selama penimpaan, operasi dibagi atas beberapa langkah.

•         Setiap langkah merubah bentuk benda kerja secara bertahap, dengan demikian aliran logam dapat diatur sampai terbentuk benda kerja.

Jumlah langkah tergantung pada ukuran dan bentuk benda kerja, kualitas tempa logam dan toleransi yang dipersyaratkan

•         Jenis-jenis proses penempaan seperti;

–        penempaan timpa,

–        penempaan tekan,

–        penempaan upset,

–        dan penempaan roll.

PENEKANAN (EKSRUSI)

•         Ekstrusi bisa dilaksanakan secara hot working dan cold working.

•         Logam-logam yang bisa dikerjakan pada proses ini adalah umumnya logam-logam lunak seperti ; timah, tembaga, aluminium, magnesium, dan logam-logam paduannya.

•         Keuntungan proses ekstrusi antara lain;

–        kemungkinan membuat berbagai jenis bentuk berkekuatan tinggi,

–        ketepatan ukuran,

–        penyelesaian permukaan yang baik pada kecepatan produksi yang tinggi,

–        hargadies yang relatif murah.

•         Prinsip ekstrusi seperti halnya mengeluarkan pasta dari tubenya. 

•         Prinsip ini ada dua cara yaitu

–        ekstrusi langsung (forward),

–        ekstrusi tak langsung (backward).

•         Pada ekstrusi langsung, billet bulat yang telah dipanaskan dimasukkan dalam ruang die, balok dummy dan ram kemudian ditempatkan pada posisi masing-masing.

•         Logam diekstrusi melalui lubang pada die sampai tersisa bahan sedikit saja.

PROSES DRAWING

•         Drawing biasa dilaksanakan secara cold working, tapi pada produksi tertentu hot working bisa dilaksanakan dalam keadaan terbatas.

•         Dalam hal ini bahan dasar bisa dalam bentuk sheet metal, kawat, batang atau tube, maka bentuk-bentuk yang dapat dihasilkan sesuai dengan bahan dasarnya.

•         Yang termasuk proses drawing adalah;

–        cupping,

–        deep drawing,

–        tube drawing,

–        wire drawing.

CASTING / PENGECORAN

               Proses pengecoran meliputi: pembuatan cetakan, persiapan dan peleburan logam, penuangan logam cair ke dalam cetakan, pembersihan coran dan proses daur ulang pasir cetakan. Produk pengecoran disebut coran atau benda cor. Berat coran itu sendiri berbeda, mulai dari beberapa ratus gram sampai beberapa ton dengan komposisi yang berbeda, mulai dari beberapa ratus gram sampai beberapa ton dengan komposisi yang berbeda dan hamper semua logam atau paduan dapat dilebur dan dicor.

               Proses pengecoran secara garis besar dapat dibedakan dalam proses pengecoran dan proses percetakan. Pada proses pengeceron tidak digunakan tekanan sewaktu mengisi rongga cetakan, sedang pada proses pencetakan logam cair ditekan agar mengisi rongga cetakan. Karena pengisian logam berbeda, cetakan pun berbeda, sehingga pada proses percetakan cetakan umumnya dibuat dari loga. Pada proses pengecoran cetakan biasanya dibuat dari pasir meskipun ada kalanya digunakan pula plaster, lempung, keramik atau bahan tahan api lainnya.

 

Casting iron in a sand mold

Proses pengecoran sendiri dibedakan menjadi dua macam, yaitu traditional casting dan non-traditional/contemporary casting.

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

Sedangkan 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

POWDER METALLURGY

           

Powder Metallurgy adalah: suatu teknik pembuatan benda atau  barang yang mempunyai bentuk-bentuk tertentu dari bubukan metal atau logam, baik yang ferrous maupun yang non-ferrous melalui proses penekanan.

Proses ini dapat disertai pemanasan, akan tetapi suhu pemanasan harus masih berada dibawah suhu titik cair dari bubuk nya. Pemanasan selama proses penekanan atau sesudah penekanan yang dikenal dengan istilah “sinter”, akan menghasilkan peningkatan nilai pengikat antar partikel-partikel halus, hal ini sekaligus dapat meningkatkan kekuatan dan sifat-sifat fisis lain nya.

Pada Teknologi Powder Metallurgy produk yang dipergunakan untuk membuat produk (spare part engine) dari materil dasar berupa serbuk logam. Teknologi ini sangat berbeda dengan apa yang sudah kita lihat di industri-industri kecil dan menengah yang dalam proses pembuatan produknya menggunakan Teknologi Pengecoran dan Teknologi Mekanik

Hasil atau produk dari teknik metalurgi serbuk, dapat terdiri dari produk campuran serbuk berbagai logam atau dapat pula terdiri dari campuran bahan bukan logam, untuk meningkatkan ikatan partikel dan mutu benda kerja secara keseluruhan. Sebagai contoh; diperlukan kobal atau jenis logam lain nya untuk mengikat partikel tungsten (wolfram), sedangkan grafit ditambahkan pada serbuk logam bantalan(bearing), untuk meningkatkan kwalitas bantalan nya.

Produk hasil metalurgi serbuk secra umum berharga mahal, terutama bila dibandingkan dengan logam biasa. Hal ini dapat dimengerti, sebab sifat-sifat yang dimiliki produk metalurgi serbuk sangat khusus.

Oleh karena itu, sangat dianjurkan memanfaatkan teknologi ini untuk membuat produksi massal, juga karena, baik die dan mesin-mesin yang digunakan berharga cukup mahal.

Serbuk logam jauh lebih mahal harganya dibandingkan dengan logam padat dan prosesnya, yang hanya dimanfaatkan untuk produksi massal sehingga memerlukan die dan mesin yang mahal harganya. Harga yang cukup mahal ini dapat dibenarkan berkat sifat-sifat khusus yang dimiliki benda jadi. Beberapa produk hanya dapat dibuat melalui proses serbuk; produk lainnya mampu bersaing dengan proses lainnya karena ketepatan ukuran sehingga tidak diperlukan penyelesaian lebih lanjut.

. SIFAT-SIFAT SERBUK LOGAM

Ukuran partikel, bentuk dan distribusi ukuran serbuk logam, dapat memengaruhi karakteristik dan sifat fisis dari serbuk logam yang dimampatkan. Spesifikasi serbuk dibuat menurut: bentuk, kehalusan, distribusi ukuran partikel, mampu alir (flowability), sifat kimia, mampu tekan (compressibility), berat jenis curah dan sifat-sifat sinter.

¨ Bentuk

Bentuk partikel serbuk tergantung kepada cara pembuatan nya, dapat bulat, tak teratur, dendritik, pipih atau bersudut tajm.

¨ Kehalusan

Masalah kehalusan berkaitan erat dengan ukuran butir yang dapat diperoleh dengan cara mengayak serbuk menggunakan ayakan standard atau dengan pengukuran mikroskop. Ayakan standard yang digunakan berukuran 36 s/d 850 mm untuk mengecek ukuran dan menentukan distribusi ukuran partikel dalam daerah tertentu.

¨ Distribusi Ukuran Partikel

Dengan distribusi ukuran partikel, ditentukan jumlah partikel dari setiap ukuran standard pada serbuk tersebut. Distribusi dapat dirubah dengan merubah ukuran benda tekan.

¨ Mampu Alir

Hal ini merupakan  karakteristik  yang  menggambarkan  sifat alir serbuk dan kemampuan memenuhi

seluruh rongga cetak.

¨ Sifat Kimia

Hal ini terutama menyangkut kemurnian serbuk, jumlah oksida yang diperbolehkan dan juga kadar elemen lain nya.

¨ Kompresibilitas

Kompresibilitas adalah perbandingan volume serbuk mula-mula dengan volume benda yang ditekan. Nilai ini tidak sama, dipengaruhi oleh distribusi ukuran dan bentuk butir.

¨ Berat Jenis Curah

Berat jenis curah atau berat jenis serbuk dinyatakan dalam , nilai ini selalu tetap, dengan demikian jumlah serbuk yang mengisi cetakan setiap waktunya tetap sama.

¨ Kemampuan Sinter

Sinter (sintering) adalah proses pengikatan partikel melalui proses pemanasan, setelah pemampatan.

PROSES  PEMBUATAN  POWDER  METALLURGY

Tidak semua logam ekonomis untuk dijadikan serbuk, yang umum digunakan adalah kelompok serbuk besi dan tembaga, tembaga untuk membuat bantalan poros,perunggu dan besi untuk membuat suku cadang mesin yang kecil-kecil. Selain itu, nikel, perak, wolfram dan aluminium, sering juga dipakai pada teknologi metalurgi serbuk.

Sejauh ini ada beberapa cara atau metode yang dikenal untuk membuat bubukan metal atau powder metallurgy, antar lain:

Sifat kimia	Kompresibilitas	Kehalusan	Bentuk	l B. jenis curah	Distribusi size	Mampu Alir	Mampu Sinter
·   Kemurnian serbuk ·   J. oksidasi diperboleh kan ·   Kadar elemen lainnya	·   Distribusi ukuran ·   Bentuk butir	·   Proses Pengayakan	·   Cara buat nya	·   Dalam kg/m3 ·   Harus sama dalam tiap prosesnya	·   Ukuran benda tekan	·   Daya memenuhi ruang cetak prtikel	·   Mampu ikat partikel saat proses pemana san (sinter)

Tabel : Sifat-sifat serbuk logam

GAMABAR DIAGRAM FASA