TUGASPROSES MANUFAKTUR

Metalurgi Serbuk

Oleh :

Dana Selvia

1310932021

Dosen Pengampu :

Ismet Hari Mulyadi M.Sc.

TEKNIK INDUSTRI

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS ANDALAS

PADANG

2014

Apa itu Metalurgi Serbuk?

Metalurgi serbuk adalah suatu kegiatan yang mencakup

pembuatan benda komersial, baik yang jadi atau masih setengah

jadi (disebut kompak mentah), dari serbuk logam melalui

penekanan. Proses ini dapat disertai pemanasan akan tetapi suhu

harus berada dibawah titik cair serbuk. Pemanasan selama proses

penekanan atau sesudah penekanan yang dikenal dengan istilah

sinter menghasilkan pengikatan partikel halus. Dengan demikian

kekuatan dan sifat-sifat fisis lainnya meningkat. Produk hasil

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 jadi

secara keseluruhan. Kobalt atau jenis logam lainnya diperlukan

untuk mengikat partikel tungsten, sedang grafit ditambahkan pada

serbuk logam bantalan untuk meningkatkan kwalitas bantalan.

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. Serbuk emas dan perak serta

yang lainnya telah lama dikenal dan penemuan pres tekan lainnya

terlihat pada gambar 1 menggalakkan perkembangan metalurgi

serbuk.

Gambar 1. Pres tekan yang digunakan sekitar tahun 1870

Prinsip Kerja Metalurgi Serbuk

Mekanisme Pembentukan

Serbuk untuk produk tertentu harus dipilih dengan teliti agar

terjamin sutu proses pembentukan yang ekonomis dan diperoleh sifat-

sifat yang diinginkan untuk produk akhirnya.

Bila hanya digunakan satu jenis serbuk dengan sebaran ukuran

partikel yang tepat, biasanya tidak diperlukan pencampuran lagui

sebelum proses penekanan. Kadang-kadang berbagai ukuran partikel

serbuk dicampurkan dengan tujuan untuk merubah beberapa karakteristik

tertentu seperti yang telah dijelaskan sebelumnya ; mampu alir dan

berat jenis, umumnya serbuk yang ada di pasar mempunyai sebaran ukuran

partikel yang memadai. Pencampuran akan sangat penting bila

menggunakan campuran serbuk, atau bila ditambahkan serbuk bukan

logam.Pencampuran serbuk harus dilakukan di liungkungan tertentu untuk

mencegah terjadinya oksida atau kecacatan.

Hampir semua jenis serbuk memerlukan pelumas pada proses

pembentukan untuk mengurangi gesekan pada dinding cetakan serta untuk

memudahkan pengeluaran. Meskipun penambahan pelumas menyebakan

peningkatan porositas namun sebenarnya fungsi pelumas dimaksudkan

untuk meningjkatkan tingkat produksi tang banyak digunakan pada mesin

peres dengahn pengumpan otomatik. Pelumas tersebut antara lain adalah

asam stearik, lithium stearat dan serbyuk grafit.

Diagram pembagian berbagai proses-nya :

Penekanan

Diagram 1. Berbagai cara pembentukan serbuk

Cetakan Slip

Ekstruksi

Sinter gravitasi

Secara Hidrostatik

Secara IsostatikPencetaka

n

Peningkatan Kepadatan secara Sentrifugal

Proses Serat Logam

Pengerolan

Pemampatan Eksplosif

Cara

Pembentukan

Cara pembuatan serbuk

Ada beberapa cara dalam pembuatan serbuk antara lain:

decomposition, electrolytic deposition, atomization of liquid

metals, mechanical processing of solid materials.

1.      Decomposition, terjadi pada material yang berisikan elemen

logam. Material akan menguraikan/memisahkan elemen-elemennya

jika dipanaskan pada temperature yang cukup tinggi. Proses ini

melibatkan dua reaktan, yaitu senyawa metal dan reducing

agent. Kedua reaktan mungkin berwujud solid, liquid, atau gas.

2.      Atomization of Liquid Metals, material cair dapat dijadikan

powder (serbuk) dengan cara menuangkan material cair dilewatan

pada nozzel yang dialiri air bertekanan, sehingga terbentuk

butiran kecil-kecil.

3.      Electrolytic Deposition, pembuatan serbuk dengan cara

proses elektrolisis yang biasanya menghasilkan serbuk yang

sangat reaktif dan brittle. Untuk itu material hasil

electrolytic deposition perlu diberikan perlakuan annealing

khusus. Bentuk butiran yang dihasilkan oleh electolitic

deposits berbentuk dendritik.

4.      Mechanical Processing of Solid Materials, pembuatan serbuk

dengan cara menghancurkan material dengan ball milling.

Material yang dibuat dengan mechanical processing harus

material yang mudah retak seperti logam murni, bismuth,

antimony, paduan logam yang relative keras dan britlle, dan

keramik.

Dari sekian proses pembuatan serbuk, proses yang banyak dipakai

adalah proses atomisasi.

Proses pembuatan serbuk bisa di kategorikan melalui tiga

macam cara yaitu : secara fisik, secara kimiawi, dan secara

mekanik. Pembuatan serbuk secara fisik dapat diibaratkan sebagai

proses atomisasi yaitu proses perusakan arus logam cair yang

disemprot dengan bahan pendingin yang dalam hal ini dapat berupa

cairan atau gas sehingga logam cair berubah menjadi tetesan padat

yang berbentuk butiran. Sedangkan pembuatan serbuk dengan cara

kimia melibatkan banyak reaksi dekomposisi kimia terhadap senyawa

logam ini juga termasuk reaksi reduksi didalamnya. Pembuatan

serbuk secara mekanik secara umum dapat dilakukan pada logam –

logam yang bersifat getas sehingga mudah dihancurkan dengan

diberikan gaya tekan dan dijadikan serbuk. 

Pembentukan Serbuk

Serbuk untuk produk tertentu harus dipilih dengan teliti

agar terjamin sutu proses pembentukan yang ekonomis dan diperoleh

sifat-sifat yang diinginkan untuk produk akhirnya.

            Bila hanya digunakan satu jenis serbuk dengan sebaran

ukuran partikel yang tepat, biasanya tidak diperlukan pencampuran

lagi sebelum proses penekanan. Kadang-kadang berbagai ukuran

partikel serbuk dicampurkan dengan tujuan untuk merubah beberapa

karakteristik tertentu seperti yang telah dijelaskan sebelumnya ;

mampu alir dan berat jenis, umumnya serbuk yang ada di pasar

mempunyai sebaran ukuran partikel yang memadai. Pencampuran akan

sangat penting bila menggunakan campuran serbuk, atau bila

ditambahkan serbuk bukan logam.Pencampuran serbuk harus dilakukan

di liungkungan tertentu untuk mencegah terjadinya oksida atau

kecacatan.

            Hampir semua jenis serbuk memerlukan pelumas pada

proses pembentukan untuk mengurangi gesekan pada dinding cetakan

serta untuk memudahkan pengeluaran. Meskipun penambahan pelumas

menyebakan peningkatan porositas namun sebenarnya fungsi pelumas

dimaksudkan untuk meningjkatkan tingkat produksi tang banyak

digunakan pada mesin peres dengahn pengumpan otomatik. Pelumas

tersebut antara lain adalah asam stearik, lithium stearat dan

serbuk grafit.

Pembagian berbagai proses pembentukan serbuk :

         Pengerolan

         Pemampatan         Eksplosif Proses Serat Logam         Peningkatan Kepadatan secara Sentrifugal         Pencetakan    Secara  Isostatik  Secara  Hidrostatik         Sinter gravitasi         Ekstruksi         Cetakan Slip

Sintering

Sintering adalah salah satu tahapan metodologi yang sangat

penting dalam ilmu bahan, terutama untuk bahan keramik. Selama

sintering terdapat dua fenomena utama yaitu : pertama adalah

penyusutan (shrinkage) yaitu proses eliminasi porositas dan yang

kedua adalah pertumbuhan butiran. Fenomena yang pertama dominan

selama pemadatan belum mencapai kejenuhan, sedang kedua akan

dominan setelah pemadatan mencapai kejenuhan. Parameter sintering

diantaranya adalah : temperatur, waktu penahanan, kecepatan pendinginan,

kecepatan pemanasan dan atmosfir.

Sintering biasanya digunakan pada sampel pada temperatur

tinggi. Dalam terminologi teknik istilah sintering digunakan

untuk menyatakan fenomena yang terjadi pada produk bahan, padat

dibuat dari bubuk, baik logam / non logam. Sebuah kumpulan

partikel dengan ukuran yang tepat (biasanya diameter beberapa

mikro atau lebih kecil) dipanaskan sampai suhu antara ½ dan ¾

titik leleh, ini dalam orde menit selama perlakuan ini partikel-

partikel tergabung bersama-sama.

Dari segi cairan, sintering dapat menjadi dua yaitu :

sintering fasa padat dan sintering fasa cair. Sintering dengan

fasa padat adalah sintering yang dilaksanakan pada suatu

temperatur yang telah ditentukan, dimana dalam bahan semuanya

tetap dalam fasa padat. Proses penghilagan porositas dilakukan

melalui transport massa. Jika dua partikel digabung dan

dipanaskan pada suhu tertentu, dua partikel ini akan berikatan

bersama-sama dan akan membentuk neck. Pertumbuhan disebabkan oleh

transport yang meliputi evaporasi, kondensasi, difusi. Lingkungansangat berpengaruh karena bahan mentah terdiri dari partikel kecil

yang mempunyai daerah permukaan yang luas. Oleh karena itu lingkungan

harus terdiri dari gas reduksi atau nitrogen untuk mencegah

terbantuknya lapisan oksida pada permukaan selama proses sinter.

Penekanan panas

            Dalam proses pemampat serbuk biasa, penekan

pemampat serbuk digunakan bersama perkakasan dan die. Biasanya

ruang die yang tertutup di sebelah (die menegak, bahagian dasar

ditutup dengan perkakasan penekan) diisi dengan serbuk. Serbuk

itu kemudiannya dimampatkan menjadi bentuk dan dikeluarkan dari

ruang die. Pelbagai komponen boleh dibentuk menggunakan proses

pemampata serbuk. Setengah contoh bahagian ini adalah bearings,

bushings, gear, piston, tuil, dan pengikat bingkai (“brackets”).

Apabila memampatkan bentuk ini, saiz dimensi dan kawalan berat

dikekalkan dengan baik. Dalam kebanyakan penggunaan bagi bahagian

ini hanya sedikit perubahan perlu dilakukan bagi sebelum

digunakan; menjadikannya sangat menjimatkan untuk dihasilkan.

Dalam sesetengah operasi penekanan (seperti pemampatan

Tekanan Isostatik panas) pembentukan dan pensinteran berlaku

serantak. Prosedure ini, bersama teknik pemampatan dipancu

letupan, digunakan secara meluas dalam penghasilan bahagian

bersuhu tinggi dan kekuatan tinggi seperti bilah turbin bagi

enjin jet. Dalam kebanyakan kegunaan metalurgi serbuk pemampat

menekan panas, dipanaskan pada suhu melebihi tahap beku bahan.

Penekan panas merendahkan tekanan yang diperlukan bagi

mengurangkan keporosan dan kepantasan pengimpalan panas dan

proses herotan urat (“grain deformation”). Juga ia membenarkan

kawalan dimensi atas barangan yang lebih baik, mengurangkan

kesensitifan pada ciri-ciri fizikal bahan pemula, dan membenarkan

serbuk dipancu kepada ketumpatan lebih tinggi berbanding

penekanan sejuk, menghasilkan kekuatan lebih tinggi. Aspek

keburukan penekanan panas termasuk jangka hayat die lebih pendek,

penghasilan lebih perlahan kerana pemanasan serbuk, dan keperluan

kerap bagi melindungi atmosfera semasa fasa pembentukan dan

penyejukan.

Penekanan terhadap serbuk dilakukan agar serbuk dapat

menempel satu dengan lainnya sebelum ditingkatkan ikatannya

dengan proses sintering. Dalam proses pembuatan suatu paduan

dengan metode metalurgi serbuk, terikatnya serbuk sebagai akibat

adanya interlocking antar permukaan, interaksi adesi-kohesi, dan

difusi antar permukaan. Untuk yang terakhir ini (difusi) dapat

terjadi pada saat dilakukan proses sintering. Bentuk benda yang

dikeluarkan dari pressing disebut bahan kompak mentah, telah

menyerupai produk akhir, akan tetapi kekuatannya masih rendah.

Kekuatan akhir bahan diperoleh setelah proses sintering.

Bentuk – bentuk produk yang dihasilkanKeuntungan dan keterbatasan metalurgi serbuk

Keuntungan metalurgi serbuk adalah:

1.      Menghasilkan produk yang baik dan lebih ekonomis karena

tidak ada material yang terbuang selama proses.

2.      Porositas produk dapat dikendalikan dan diatur.

3.      Serbuk yang murni akan menghasilkan produk yang murni.

4.      Hasil produk mempunyai toleransi yang tinggi, permukaan

halus, dank eras.

5.      Dapat menghasilkan produk dengan bahan yang berbeda.

Gambar 2. Pembuatan roda gigi kecil dari serbuk logam

Gambar 3. Produk dari serbuk logam

Gambar 4. Contoh produk dari serbuk logam (gear, roda gigi, spare

parts)