Kuliah-4 Pre-kompaksi dan kompaksi
Kerangka kuliah:
Pengadukan dan pencampuran (mixing and blending)
Friksi Serbuk:
Efisiensi pencampuran
Pelumasan serbuk
Fenomena kompaksi
Teori kompaksi
Teknologi kompaksi
1-Pengadukan dan pencampuran
Pengadukan dan pencampuran proses pra kompaksi
Serbuk dicampur untuk diperoleh kontrol distribusi ukuran dan upaya memudahkan proses pemaduan melalui serbuk logam.
Hal penting dalam pra-kompaksi agar terhindar dari permasalahan di fabrikasi: Jangan menggunakan serbuk setelah transportasi tanpa pencampuran ulang. Jangan mem-vibrasi serbuk. Jangan mengumpankan serbuk secara jatuh bebas, dimana serbuk halus dan kasar dapat bersegregasi karena perbedaan laju settling.
2-Mekanisme pencampuran
Proses pencampuran serbuk didasarkan pada mekanisme berikut: Difusi pergerakan partikel ke tumpukan serbuk Konveksi pencampuran dengan transfer sekelompok serbuk ke lokasi yg berdekatan Geser pencampuran melalui pembagian dan pengaliran serbuk secara kontinu melalui bidang geser.
3 – Peralatan aduk dan campur
Beberapa contoh peralatan pengadukan dan pencampuran serbuk
4 – Efek kondisi proses
Volume serbuk sangat menentukan proses pengadukan dan pencampuran. Volume sekitar 2040% optimal! Kecepatan rotasi juga sangat berpengaruh terhadap efisiensi pencampuran.
Rotasi lambat perlu waktu untuk pencampuran yang memadai. Rotasi cepat menghasilkan gaya sentrifugal serbuk yang mengganggu aliran selama proses.
Pencampuran terbaik terjadi jika gaya sentrifugal kecil, tapi tdk terlalu kecil untuk terjadinya turbulensi.
5 – Friksi serbuk: Efisiensi pencampuran
Pengadukdan dan pencampuran ditentukan oleh aliran serbuk satu sama lain. Makin tinggi gesekan interpartikel akan menjadikan proses pencampuran makin sulit. Friksi akan meningkat oleh: Ukuran yang makin kecil Bentuk partikel tidak beraturan Koefisien gesek partikel yang makin tinggi
Pada pengaduk silindris, efisiensi bervariasi dengan karakteristik serbuk dan karakteristik operasi pengadukan. Kec putar yg diinginkan adalah perpaduan keseimbangan gaya gravitasi dan sentrifugal. Estimasi kec putar optimal serbuk pada pengaduk silindris oleh Sundrica:
No = 32/d1/2
dimana: No = kec putar optimal dalam RPM d = diameter drum pengaduk dalam meter. Makin kecil diameter drum, makin cepat putaran yg diperlukan untuk mencapai pencampuran optimal.
5 – Friksi serbuk: Pelumasan serbuk
Permasalahan dasar dalam kompaksi adalah gesekan antara serbuk dengan cetakan dan antar serbuk.
Pelumas digunakan untuk meminimalisasi keausan dan memudahkan pengeluaran hasil cetak dari cetakan. Terdapat 2 jenis pelumasan : pelumasan dinding cetakan dan pelumasan serbuk.
Pelumas biasa dicampur dengan serbuk sbg langkah akhir sebelum penekanan. Untuk logam, senyawa berbasis stearat Al, Zn, Li, Mg dan Ca biasa digunakan. Senyawa dengan atom karbon 12-22.
Berbentuk butiran halus, dengan ukuran rata2: 30 mikron
KOnsentrasi penambahan: s.d. 2.0 wt%.
Jenis lainnya: lilin atau aditif selulosa.
6. Efek pelumasan (1)
‘Apparent density’ SS 316L hasil atomisasi air turun dengan penambahan Li-stearat, dengan kondisi pengadukan:
60 vol%
50 rpm
Disebabkan: peningkatan volume terjadi karena adanya pelumas yang bermassa jenis lebih rendah.
6. Efek pelumasan (2)
Waktu alir menjadi lebih cepat (Hall flowmeter, 50 g) jika jumlah pelumas ditambahkan.
Dalam kondisi basah (setelah penekanan sebelum sinter) pelumasan dapat menurunkan kekuatan.
6. Efek pelumasan (3)
Gaya yang diperlukan untuk mendorong serbuk yang dicetak, keluar dari cetakan, turun dengan penambahan pelumasan.
Keausan cetakan dapat dikurangi dengan pelumasan.
8. Kompaksi
Tumpukan makin padat terjadi saat penekanan. Selanjutnya titik kontak terdeformasi dengan meningkatnya tekanan. Akhirnya, partikel mengalami deformasi plastis secara ekstensif.
9. Kompaksi konvensional
•Terdapat beberapa mode penekanan: •Hidrolik •Mekanik •Rotari
Mesin kompaksi
10. Teori kompaksi (1)
10. Teori kompaksi (2)
Faktor rasio tegangan (z) kecil diinginkan untuk keseragaman kompaksi friksi inter partikel yang tinggi akan membantu homogenitas dalam operasi penekanan.
Kompaksi dan pelumasan
Ada 3 efek penting dari hasil percobaan Tabata et al.:
Friksi dinding cetakan (u) bergantung pada jumlah pelumas;
Friksi dinding cetakan turun dengan meningkatnya tekanan kompaksi;
Rasio tekanan (z) mendekati akar kuadrat tekanan yang diberikan.
Kompaksi: 1- Densiti bakalan vs tekanan Ketika tekanan ditingkatkan, densiti bakalan meningkat, sebagai akibat berkurangnya porositas. Kemampuan penekanan serbuk didefinisikan sebagai densiti yang dicapai pada tekanan kompaksi yang diberikan. HUbungan densiti dengan tekanan di-gbr-kan sbb.: de/dP = -Ke (1) dimana, P: tekanan yg diberikan, e: fraksi pori dan K: konstanta. Hasil integrasi: ln (e/ea) = -KP (2) dimana ea: apparent porosity pada awal kompaksi #Persamaan di atas masih mengabaikan mekanisme kompaksi. Cukup layak utk penerapan pada tekanan 100 – 700 MPa.
1- Densiti bakalan vs tekanan (2)
Modifikasi pers (2) dengan mempertimbangkan konsolidasi awal transien dan mekanisme ganda kompaksi, digbrkan pada pers. Berikut: ln e = B – K1P – K2P (3) dimana K1 dan K2 : karakteristik mekanisme densifikasi, B: konstanta untuk pengaturan
Perilaku kompaksi bergeser dari mekanisme kompaksi yg dikontrol peluluhan ke pengerasan kerja.
1- Densiti bakalan vs tekanan (3)
Pegaruh kekerasan material terhadap densiti bakalan diperlihatkan gbr di atas. Ukuran partikel= 44-62 mikron.
Makin tinggi kekerasan, makin rendah densiti bakalan yg dicapai pada tekanan tertentu. Pada material keras, perpatahan dan deformasi terjadi selama kompaksi.
1- Densiti bakalan vs tekanan (4)
K1 berhubungan scr signifikan dengan kekuatan luluh material, pada tekanan kompaksi melebihi yg diperlukan untuk pengaturan partikel.
Pada tekanan kompaksi yang lebih tinggi, laju densifikasi rendah. Pada kondisi ini, pengerasan kerja menentukan kondisi kompaksi.
2- Kekuatan bakalan vs densiti (1)
Kompaksi sangat bergantung pada beberapa hal berikut: Ukuran partikel Bentuk Gesekan antar partikel Pelumasan Dimensi Kekuatan bakalan berhubungan dengan fraksi densiti. s = C.so.f(r) (4) dimana s: kekuatan, C: konstanta, so: kekuatan material; f(r): fungsi densiti
2- Kekuatan bakalan vs densiti (2) Pada banyak kasus, pers (4), di-gbrkan dalam pers. berikut: s = C.so.r^m
(5)
Makin kasar sebuah partikel dapat meningkatkan kekuatan bakalan dalam bentuk penguncian mekanik antar partikel. Pada sisi lain, makin halus partikel memberikan ikatan antar partikel yang lebih banyak, pada suatu densiti bakalan, dan karenanya meningkatkan kekuatan bakalan.
3- Kekuatan bakalan vs tekanan Hubungan kekuatan – densiti – tekanan telah diberikan dalam beberapa pers. Maka hubungan kekuatan thd tekanan dapat ditelusuri. Kombinasi per. (3) dan (5) dapat memberikan hubungan kekuatan – tekanan pada bakalan. Tapi, model yg dihasilkan terlalu kompleks. Alternatif lain adalah pers. Berikut: s = B’ so P
(6)
dimana B’:konstanta material. Makin tinggi tekanan kompaksi yang diberikan, makin kuat bakalan yang dihasilkan.
11. Teknologi kompaksi
Klasifikasi komponen metalurgi serbuk
Class 1: level tunggal, bentuk sederhana
Class 2: level tunggal, tekanan kompaksi diberikan dari 2 arah
Class 3: level ganda, arah tekanan dari 2 arah
Class 4: level jamak, tekanan diberikan dari beberapa arah.
Klasifikasi komponen
Klasifikasi komponen
Beberapa contoh:
