rekristalisasi

PENGERJAAN PANAS

(Pertemuan ke-13)

Baja atau besi ingot, pada umumnya masih memerlukakan pengerjaan lanjut, yakni untuk membentuk nya menjadi benda yang lebih bermanfaat atau disebut benda siap pakai. Bila ingot sudah dingin (suhu kamar), maka akan sulit untuk membentuk nya secara mekanis, menjad menjadii lemba lembaran ran,, batan batang, g, atau atau profil profil.. Ingo Ingott yang yang masih masih pana panas, s, jauh jauh lebih lebih mudah mudah untuk untuk dibentuk (walaupun lebih mungkin timbul pengaruh negatif), baik melalui proses penempaan, pres, tekan, giling atau ekstrusi. Umum nya untuk untuk menghin menghindark darkan an pengaru pengaruh h negatif negatif yang mungkin mungkin terjadi terjadi pada pada pengerj pengerjaan aan dengan suhu tinggi, maka kebanyakan logam ferrous dibentuk lebih lanjut melalui pengerjaan dingin atau penyelesaian penyelesaian dingin, agar dengan demikian diperoleh diperoleh penyelesaian penyelesaian permukaan yang halus, keakurasian dimensi dan peningkatan sifat-sifat mekanik bahan. Proses penempaan, adalah salah satu proses pengerjaan panas yang sudah dikenal orang sejak sejak dahulu dahulu kala, kala, yang yang walaupu walaupun n dewasa dewasa ini telah telah mengala mengalami mi kemajuan kemajuan teknologi teknologi yang signifikan, namun prinsip dasar nya masih tetap sama.

17.1. DEFORMASI PLASTIS Ada terdapat 2 (dua) jenis pengerjaan mekanik, dimana logam mengalami deformasi plastik dan perubahan bentuk, yakni: a). pengerjaan panas b). pengerjaan dingin Walaupun dikatakan ada dua jenis, namun dari sudut pandang metalurgis, perbedaan antara pengerjaan panas dan pengerjaan dingin, sangat sulit untuk di definisikan. Pada pengerjaan panas, gaya deformasi yang diperlukan adalah lebih kecil, sementara itu, perubahan sifat mekanik tidak terlalu signifikan. Sedangkan pada pengerjaan dingin, diperlukan gaya yang lebih besar, akan tetapi kekuatan logam tersebut dapat meningkat dengan signifikan. Suhu rekristali rekristalisasi sasi , meru merupa paka kan n sala salah h satu satu indi indika kato torr untu untuk k

menentu menentukan kan batas batas antara

pengerjaan panas dan pengerjaan dingin, dimana untuk pengerjaan panas logam, dilakukan diatas suhu rekristalisasi atau disebut juga diatas daerah pengerasan kerja. Sementara itu, pengerjaan dingin dilakukan dibawah suhu rekristalisasi, bahkan sering dilakukan pada suhu kamar (ambiance temperature), temperature), sebagai sebagai contoh: contoh: suhu rekristalisasi baja berkisar antara 500 °C sampai dengan 700 °C., namun untuk pengerjaan panas, sering dilakukan diatas suhu tersebut. Pengerasan kerja sesungguhnya baru akan terjadi, ketika batas bawah daerah rekristalisasi tersebut di capai.

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB

Ir. Ganda Samosir, M.Sc.

PROSES PRODUKSI

1

Beberapa jenis logam bukan besi, seperti timah hitam atau timah putih, mempunyai daerah rekristalisasi yang rendah, sehingga pengerjaan pada suhu kamar pun dapat di anggap sebagai pengerjaan panas. Daerah pengerasan kerja, pada prinsipnya dipengaruhi oleh komposisi paduan nya, khususnya pada suhu rekristalisasi, sementara itu, daerah pengerasan kerja, juga tergantung pada pengerjaan dingin yang mungkin telah pernah dilakukan sebelum nya pada logam yang ditinjau. Perlu juga diketahui, bahwa selama operasi pengerjaan panas, logam berada dalam keadaan plastis, sehingga mudah untuk dibentuk dengan tekanan. Dibawah ini dapat dilihat beberapa keuntungan-keuntungan akibat pengerjaan panas, yakni: a. Logam ingot setelah dicor, umumnya mengandung banyak lubang-lubang hembus yang kecil-kecil. Lubang-lubang tersebut (porosity) dapat hilang oleh karena pengaruh tekanan kerja yang tinggi. b. Butir-butir kristal yang kasar atau berbentuk kolom, dapat diperhalus, sebab hal ini berlangsung di daerah rekristalisasi. Pengerjaan panas terus berlangsung, sampai batas bawahnya tercapai dan akhir nya menghasilkan struktur dengasn butir-butir yang halus. c. Sifat-sifat fisis logam akan meningkat, sebab terjadi penghalusan butir-butir struktur. Keuletan dan ketahanan terhadap impak meningkat, kekuatan juga bertambah dan homogenitas dalam logam juga meningkat. d. Dalam keadaan plastis, jumlah energi yang dibutuhkan untuk mengubah bentuk baja, jauh lebih rendah dibandingkan dengan energi yang dibutuhkan pada pengerjaan dingin. Walaupun terlihat ada banyak keunggulan dengan proses pengerjaan panas ini, namun segisegi negatif yang dapat ditimbulkan nya, juga tidak kurang banyak nya, antara lain: a. Akan dapat terjadi oksidasi yang dapat merugikan logam tersebut b. Akan

terjadi

pembentukan

“kerak”

pada

permukaan

logam, sehingga tidak dapat

dipertahankan toleransi yang ketat. c. Peralatan dan perkakas pengerjaan panas serta biaya pemeliharaan nya cukup tinggi. Namun



PROSES PRODUKSI

2

demikian, masih tetap lebih ekonomis melakukan pengerjaan panas dari pada pengerjaan dingin. Ada dikenal istilah pada pengerjaan panas, yakni: “penyelesaian panas”, hal ini terutama digunakan untuk batang baja, plat baja atau bentuk profil dalam keadaan “as rolled” setelah pengerjaan panas. Ada banyak jenis proses utama pengerjaan panas logam yang umum dilakukan, antara lain: 1. Pengerolan (Rolling) 2. Penempaan (Forging), yakni: - penempaan palu - penempaan timpa - penempaan upset - penempaan tekan (pres) - penempaan rol - penempaan dingin 3. Ekstrusi 4. Pembuatan pipa dan tabung 5. Penarikan 6. Pemutaran panas dan Cara khusus.

17.1.a. Proses Pengerolan (Rolling) Baja ingot yang tidak dilebur kembali atau dituang kedalam cetakan, dapat diubah bentuk nya kedalam dua tahap, yakni: a. Pengerolan baja menjadi barang setengah jadi b. Pemrosesan selanjut nya Proses pengerolan baja akan menghasilkan barang “setengah jadi”, yang disebut dengan: “bloom”, “bilet” dan “slab”. Dari bloom, bilet dan slab ini, bisa dihasilkan: plat, lembaran, batangan, profil, lembaran tipis atau disebut “foil”. Tidak semua baja batangan siap untuk di rol, diperlukan beberapa syarat. Untuk mendapat kan bahan yang siap di rol, maka perhatikan tahapan-tahapan berikut ini: Baja cair

→

dimasukkan ke dalam cetakan ingot

solidifikasi” lengkap ( ± 700 °C) rendam)

→

→

dikeluarkan

→

→

di diamkan, hingga mencapai “proses

ingot dimasukkan ke dalam dapur gas (pit

dibiarkan beberapa saat hingga mencapai suhu

±

1200 °C

→

ingot siap untuk di

giling (rolling). ♦

Ukuran

- Bloom : minimal (150 x 150) mm



PROSES PRODUKSI

3

- Billet

:

〈

bloom dan bentuk nya persegi; (40 x 40) mm s/d (150 x 150) mm

- Bloom dan bilet bila di giling, akan menghasil kan slab, dengan lebar minimal 250 mm dan tebal minimal 40 mm

→

(L ≥

±

3 x t ).

- Sebagai contoh: plat, setrip tipis, dihasilkan dari slab yang di rol. ♦

Efek pengerjaan panas.

Salah satu efek operasi pengerjaan panas ini adalah: penghalusan butir-butir, yang disebabkan oleh proses “rekristalisasi” (lihat gambar diatas). Akibat penggilingan, maka terlihat struktur butir yang tadinya kasar, menjadi lonjong dan memanjang dan karena temperatur masih tinggi, maka terjadilah rekristalisasi yang ditandai oleh mulai terbentuk nya butir-butir yang halus. Ketebalan benda kerja akan mengalami deformasi yang besar, sementara lebar nya hanya bertambah sedikit. Temperatur benda kerja, harus di usahakan seragam selama operasi penge-rol-an, sebab hal ini sangat berpengaruh terhadap aliran logam dan “plastisitas” nya.

Catatan: a). Lihat gambar, Busur AB dan A’B’, merupakan daerah kontak benda kerja dengan roller. V AB

= V Keliling .rol

Beberapa contoh kecepatan mesin rol yang di anjurkan, misal nya:

-

Untuk bahan-bahan lunak

→

V roller = 5

-

Untuk bahan-bahan logam yang lebar

→

V roller = 10


m

det m

det


PROSES PRODUKSI

4

-

Untuk batang kawat baja

→

V roller = 12

m

det

b). Mesin rolling, biasanya dapat berputar bulak-balik, karena untuk menghasilkan benda akhir sering sekali diperlukan proses penggilingan yang ber ulang-ulang (pas).

17.1.b. Proses Penempaan ♦

Penempaan Palu Untuk melkukan proses penempaan, logam terlebih dahulu dipanaskan, kemudian

ditempa dengan mesin tempa uap diantara perkakas tangan dan die datar. Penempaan tangan yang dilakukan oleh se orang pandai besi, dikenal sebagai proses penempaan yang paling tua, kekurangan nya adalah: tidak dapat diperoleh ketelitian yang tinggi dan untuk benda-benda kerja dengan bentuk yang rumit, umum nya tidak dapat dilakukan. Mesin tempa ringan, mempunyai rangka terbuka atau rangka yang sederhana, sedangkan untuk rangka majemuk, biasanya digunakan untuk menempa benda-benda yang lebih besar dan berbobot cukup berat. Dibawah ini dapat dilihat gambar mesin tempa dengan rangka terbuka:



PROSES PRODUKSI

5

Mesin tempa diatas, menggunakan tenaga dari uap, sehingga disebut juga mesin tempa uap. Besarnya gaya tempa, dapat diatur oleh seorang operator, sedangkan untuk meng-operasikan mesin tersebut, diperlukan suatu keakhlian khusus.



PROSES PRODUKSI

6

♦

Penempaan Timpa

Penempaan palu dan penempaan timpa, hanya dibedakan pada die yang digunakan,

untuk

penempaan timpa, dipergunakan die tertutup, dimana benda kerja terbentuk akibat impak atau tekanan yang memaksa logam dalam keadaan panas dan plastis, memenuhi seluruh rongga cetakan (mengisi bentuk dari die yang digunakan). Prinsip kerja nya, dapat dijelaskan melalui gambar dibawah ini:

Pada operasi ini, ada aliran logam di dalam die yang disebabkan oleh adanya gaya timpaan yang berlangsung bertubi-tubi. Untuk mengatur aliran logam selama proses timpaan berlangsung, maka operasi ini dibagi atas beberapa langkah, dimana setiap langkah, akan merubah bentuk benda kerja secara bertahap, dengan demikian aliran aliran logam dapat diatur sampai benda karja nya terbentuk dengan baik. Banyak nya langkah, tergantung pada ukuran dan bentuk benda kerja, kwalitas tempa logam dan toleransi yang dituntut/dipersyaratkan, namun biasanya untuk benda kerja yang bentuk nya rumit, diperlukan tahap penempaan terlebih dahulu. Beberapa jenis logam dengan suhu penempaan nya, dapat dilihat dibawah ini. - Baja

= 1100 °C s/d 1250 °C

- Tembaga dan paduan nya = 750 °C s/d 925 °C



PROSES PRODUKSI

7

- Magnesium

= 315 °C

- Aluminium

= 370 °C s/d 450 °C

Benda tempa yang menggunakan die tertutup, biasanya mempunyai bobot antara beberapa gram sampai dengan sekitar 10 ton. Penempaan jenis ini banyak digunakan pada industri perkakas tangan, gunting, sendok-garpu, suku cadang kendaraan bermotor dan bagian-bagian pesawat terbang. Keuntungan operasi penempaan adalah: - struktur kristal yang halus - tertutup nya lubang-lubang - waktu pengerjaan relatif singkat - meningkatnya sifat-sifat fisis tertentu dari logam. Kerugian operasi penempaan adalah: - dapat timbul “kerak-kerak” pada permukaan logam - harga die cukup mahal, sehingga tidak ekonomis untuk pengerjaan dengan jumlah terbatas. Keunggulan die tertutup dibandingkan dengan panempaan menggunakan die terbuka adalah: - praktis tidak ada bahan yang terbuang - kapasitas produksi lebih banyak dan tidak memerlukan operator dengan keakhlian khusus. Logam-logam yang sering ditempa adalah: - baja karbon - baja paduan - besi tempa - tembaga - paduan aluminium - paduan magnesium ♦

Penempaan Upset Pada penempaan ini, batang berpenampang rata, dijepit di dalam die dan ujung yang

dipanaskan ditekan sedemikian rupa sehingga mengalami perubahan bentuk permanen. Hal ini dapat dilihat pada gambar ilustrasi dibawah ini:



PROSES PRODUKSI

8

Biasanya panjang dari benda upset, bisa 2 sampai 3 kali diameter benda, hal ini untuk menghindarkan bengkok nya benda kerja, dan umum nya benda hasil penempaan upset ini tidak perlu dibersihkan (dipangkas) lagi. Sebenarnya, mesin penempaan upset merupakan pangembangan design dari mesin tempa pembuat kepala palu (martil) dan kepala baut pada opersi pengerjaan dingin. Melubangi benda tempa secara progresif sering dilakukan dengan menggunakan mesin tempa upset ini, misal nya: untuk membuat selongsong peluru artleri atau silinder mesin radial. Urutan operasi pengerjaan untuk menghasilkan benda tempa silinder, dapat dilihat pada gambar dibawah ini:



PROSES PRODUKSI

9

Potongan bahan bulat dengan panjang tertentu, dipanaskan sampai mencapai suhu tempa nya, dan untuk memudahkan operasi, maka batang pembawa ditekankan pada ujung sisi yang satu. Bahan awal ditekan dan secara progresif dilubangi, sehingga menghasilkan bentuk tabung. Pada tahap akhir, pelubang berujung tirus melebarkan dan meregang logam sampai ke ujung die, kemudian batang pem bawa dilepaskan dan benda tempa dikeluarkan dari cetakan. Selain untuk upset, die dapat juga digunakan untuk menusuk, melubangi, pemangkasan atau ekstrusi. Untuk produksi massal, telah diciptakan mesin tempa upset kontinu, dimana benda



PROSES PRODUKSI

10

awal yang berupa poros, dipanaskan secara induksi, diumpankan ke dalam rongga, sehingga dapat dihasilkan benda panjang berpenampang tetap. ♦

Penempaan Tekan Pada penempaan tekan, deformasi plastik logam melalui penekanan berlangsung

dengan lambat, namun penekanan mengenai secara merata pada benda kerja, termasuk bagian tengah nya. Mesin tekan vertikal dapat digerakkan secara mekanik maupun hidrolik, biasanya yang mekanik lebih cepat dan dapat menghasilkan gaya antara

(4

×10

6

) N sampai (90

×10

6

) N, sedangkan

tekanan yang diperlukan untuk membentuk baja (misalnya) pada suhu tempa adalah bervariasi antara 20 MPa hingga 190 MPa dan untuk benda yang besar, sering dibutuhkan pembenturan berkali-kali. Sedangkan untuk benda yang kecil, hanya memerlukan langkah pembenturan satu kali saja dan umum nya, tekanan maksimum diberikan pada langkah akhir, untuk memaksa dan membentuk logam. Karena paduan tembaga mempunyai mampu alir yang baik, maka benda kerja tembaga dapat dibuat tirus yang lebih kecil dibandingkan dengan baja, hal ini berarti juga untuk paduan tembaga, bentuk benda nya dapat dibuat yang lebih rumit. Reduksi dari benda kerja berlangsung jauh lebih cepat, oleh karena itu biaya operasi dapat lebih murah. Umumnya mesin tempa tekan berbentuk simetris dengan permukaan die yang halus, sehingga toleransi nya lebih ketat. Keunggulan mesin tempa tekan ini adalah dapat digunakan untuk menepatkan dimensi suatu benda kerja yang diproduksi oleh mesin lain.

♦

Penempaan Rol Mesin tempa rol biasanya digunakan untuk mengecilkan suatu penampang batang

bulat yang pendek atau membentuknya menjadi tirus. Misalkan dinginkan benda seperti terlihat pada gambar dibawah ini, yakni suatu batang dimana diameter nya tidak seragam, dibagian tengah dari batang mempunyai diameter lebih kecil dari diameter di ujung-ujung nya. Bila mesin rol berada dalam posisi terbuka, maka operator akan menempatkan batang yang dipanas kan diantara rol-rol nya, seperti terlihat pada gambar. Ketika rol berputar, batang dijepit oleh alur rol dan didorong kearah operator, bila rol terbuka, batang didorong kembali dan digiling lagi, atau dipindah kan ke alur rol berikutnya untuk langkah selanjutnya. Agar lebih jelas, lihat gambar berikut:



PROSES PRODUKSI

11

Dengan memutar batang sebesar 90 ° untuk setiap langkah (pas), maka umum nya tidak akan terbentuk sirip (sirip ini perlu dibersihkan kemudian). Mesin tempa rol ini juga dapat digunakan untuk membuat ban logam, namun mesin rol nya harus dimodifikasi, seperti yang terlihat pada gambar berikut ini.

Gambar menunjukkan suatu benda awal tempa yang kasar, dapat dibentuk menjadi roda yang licin dengan menggunakan rol-rol lain nya, yang dipasangkan disekeliling roda tersebut. Bila roda berputar maka diameter benda ber angsur-angsur bertambah besar, sedangkan pelat dan



PROSES PRODUKSI

12

rim nya makin tipis, setelah sesuai dimensi, maka benda dipindah ke mesin lain nya untuk proses pembentukan akhir. Mesin jenis ini biasanya digunakan untuk membuat: - gandar kendaraan bermotor - sudu baling-baling pesawat terbang, turbin - linggis - mata pisau pahat - tabung tirus - ujung per daun - dll. 17.1.c. Ekstrusi Prinsip ekstrusi adalah menekan/mendesak benda dalam keadaan panas secara seragam dengan profil tertentu, prinsip ini juga dapat menghasilkan batu bata, bata berongga, pipa tanah, bahkan untuk membuat makaroni, profil tertentu, patron kuningan dan kabel berselongsong timah hitam. Selain timah hitam, timah putih dan aluminium, maka benda awal dipanaskan lebih dulu. Macam-macam ekstrusi: a. Ekstrusi Langsung

b. Ekstrusi Tak Langsung



PROSES PRODUKSI

13

c. Ekstrusi Impak: prinsipnya adalah pengerjaan dingin, dimana slag ditekan dengan gaya yang besar, sehingga slag terdorong keatas dan ke sekeliling die, biasanya untuk membuat tabung berdinding tipis. Namun untuk dinding tebal, maka slag harus dipanaskan terlebih dahulu. 17.1.d. Pembuatan Pipa Dan Tabung Pembuatan pipa dan tabung, dapat dilakukan dengan pengelasan tumpu atau pengelasan listrik, untuk itu masalah ini akan dijelaskan pada BAB PENGELASAN tersendiri. 17.1.e. Penarikan Proses penarikan biasanya digunakan, bila benda tidak dapat dibuat dengan mesin rol tanpa kampuh, seperti terlihat pada gambar dibawah ini.



PROSES PRODUKSI

14



PROSES PRODUKSI

15

Dalam hal ini, bloom yang dipanaskan pada suhu tempa nya dipasangkan pada mesin pres vertikal oleh alat pelubang tembus, bloom tersebut dibentuk menjadi benda tempa berongga dengan alas tertutup. Benda tempa dipanaskan dan diletakkan kembali pada mesin pres dengan die dimana diameternya akan semakin kecil. Untuk silinder tipis atau tabung, pemanasan dan penarikan perlu dilakukan beberapa kali. Umum nya bila membuat pipa, maka ujung yang tertutup harus dipotong dan di rol kembali untuk mendapatkan ukuran dan penyelesaian yang tepat

17.1.f. Pemutaran Panas Proses ini dilakukan untuk membentuk plat bulat yang tebal atau besar atau untuk mengecilkan atau menutup ujung dari pipa. Benda kerja dipasangkan pada semacam mesin bubut (turning machine), kemudian diputar dengan cepat. Pembentukan dilakukan dengan cara menekankan alat yang tumpul atau rol tekan langsung pada permukaan benda kerja yang berputar tersebut. Akibat gesekan, logam akan panas sehingga mengalami deformasi plastis, bentuk sesuai dengan mandril nya.



PROSES PRODUKSI

16

rekristalisasi

Recommend Documents