Metalurgi Serbuk

Document Sample
Metalurgi Serbuk Powered By Docstoc
					LAPORAN TUGAS PROSES PRODUKSI
      “METALURGI SERBUK”




               Anggota Kelompok :

   Budi Kusuma Nuswantoro           (0810670035)
   Adityawarman                     (0910670043)
   Alfi Rahadian                    (0910670045)
   Ashar Badhowi                    (0910670050)




        UNIVERSITAS BRAWIJAYA
           FAKULTAS TEKNIK
     PROGRAM STUDI TEKNIK INDUSTRI
               MALANG
                 2011
1.1. Pendahuluan
1.1.1. Sejarah Metalurgi Serbuk
      Proses produksi logam secara metalurgi sebrbuk sudah cukup dikenal sekitar
abad ke – 18. Namun pada saat itu      logam yang paling banyak diproduksi dengan
proses ini sebatas emas dan perak. Hal itu mungkin dikarenakan logam ini memilki sifat
komersial yang tinggi dan membutuhkan waktu yang paling lama dalam prosesnya. Dan
ketika mesin pres tekan mulai dipergunakan, yakni pada sekitar tahun 1870, metalurgi
serbuk berkembang kepada bahan-bahan logam lainnya.




                       Gambar 1.1. Alat Pres Pada Tahun 1870


1.1.2. Definisi Metalurgi Serbuk
      Metalurgi serbuk merupakan salah satu teknik produksi dengan menggunakan
serbuk sebagai material awal sebelum proses pembentukan. Prinsip ini adalah
memadatkan    serbuk   logam    menjadi   bentuk   yang   diinginkan   dan   kemudian
memanaskannya di bawah temperatur leleh. Sehingga partikel-partikel logam memadu
karena mekanisme transportasi massa akibat difusi atom antar permukaan partikel.
Metode metalurgi serbuk memberikan kontrol yang teliti terhadap komposisi dan
penggunaan campuran yang tidak dapat difabrikasi dengan proses lain. Sebagai ukuran
ditentukan oleh cetakan dan penyelesaian akhir (finishing touch).


Keuntungan :
   1. Dapat menghasilkan karbida sinter, bantalan porous, dan produk bimetal yang
      terdiri dari lapisan serbuk yang berbeda.
   2. Dapat menghasilkan produk dengan porositas yang terkendali.
   3. Dapat menghasilkan bagian yang kecil bertoleransi ketat dan permukaan yang
      halus dalam jumlah banyak dan mampu bersaing dengan pemesinan.
   4. Serbuk murni menghasilkan produk yang murni pula.
   5. Sangat ekonomis karena tidak ada bahan yang terbuang selama proses produksi
   6. Upah buruh rendah karena tidak perlu tenaga dengan keahlian khusus.


Keterbatasan :
   1. Serbuk logam mahal dan terkadang sulit penyimpanannya karena mudah
      terkontaminasi.
   2. Peralatan mahal.
   3. Bentuk yang sulit dan rumit tidak dapat dibuat
   4. Serbuk logam dengan titik cair rendah sulit disinter sehingga produk tidak
      bermutu.
   5. Beberapa jenis serbuk logam mudah meledak dan terbakar,.
   6. Sulit mendapatkan kepadatan yang merata.


      Proses metalurgi serbuk untuk aplikasi magnetik yang dalam hal ini adalah untuk
memproduksi material magnetic lunak (soft magnetic materials) untuk aplikasi arus DC
pada peralatan elektronik juga untuk magnet permanent. Dalam beberapa tetapi tidak
berarti semua bagian dari aplikasi yang ada diproduksi dengan proses metalurgi serbuk
karena metode ini dapat menghasilkan bentuk akhir dengan proses tambahan seperti
machining dan grinding minimal pada satu waktu untuk mendapatkan sifat magnet
yang diinginkan


1.2 Sifat-sifat serbuk logam
    Serbuk dibuat menurut spesifikasi antara lain :
-   Bentuk
Bentuk partikel serbuk tergantung pada cara pembuatannya, dapat bulat, tidak teratur,
dendritik, pipih atau bersudut tajam.
-   Kehalusan
Kehalusan berkaitan erat dengan ukuran butir dan ditentukan dengan mengayak
serbuk dengan ayakan standar atau dengan pengukuran mikroskop. Ayakan standar
berukuran mesh 36 - 850µm digunakan untuk mengecek ukuran dan menentukan
distribusi ukuran pertikel dalam daerah tertentu.
-   Sebaran Ukuran Partikel
Dengan sebaran ukuran partikel ditentukan jumlah partikel dari setiap ukuran standar
dalam serbuk tersebut. Pengaruh sebaran terhadap mampu alir, berta jenis semu dan
porositas produk cukup besar. Sebaran tidak dapat diubah tanpa mempengaruhi ukuran
benda tekan
-   Mampu Alir
Mampu alir merupakan karakteristik yang menggambarkan sifat alir serbuk dan
kemampuan memenuhi ruang cetak. Dapat digambarkan sebagai laju alir melalui suatu
celah tertentu.
-   Sifat Kimia
Terutama menyangkut kemurnian serbuk, jumlah oksida yang diperbolehkan dan kadar
elemen lainnya.
-   Kompresibilitas
Kompresibilitas adalah perbandingan volume serbuk semula dengan volume benda yang
ditekan. Nilai ini berbeda-beda dan dipengaruhi oleh distribusi ukuran dan bentuk butir.
Kekuatan tekan mentah tergantung pada kompresibilitas.
-   Berat Jenis Curah
Berat jenis curah atau berat jenis serbuk dinyatakan dalam kilogram per meter kubik.
Harga ini harus tetap, agar jumlah serbuk yang mengisi cetakan setiap waktunya tetap
sama.
-   Kemampuan Sinter
Sinter adalah proses pengikatan partikel melalui proses pemanasan.


1.3. 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 relatif 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.
1.4. 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 lingkungan 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 dengan pengumpan otomatik. Pelumas
tersebut antara lain adalah asam stearik, lithium stearat dan serbuk grafit.
Pembagian berbagai proses pembentukan serbuk :




                           Gambar 1.2. Penekanan Serbuk


Peningkatan Kepadatan Secara Sentrifugal
Merupakan cara untuk menghasilkan benda dengan berat jenis yang merata karena
gaya sentrifugal yang bekerja pada masing-masing partikel serbuk khusunya untuk
serbuk logam berat.


Cetakan Slip
Serbuk yang diubah menjadi campuran kental, mula-mula dituangkan dalam cetakan
yang dibuat dari gips. Setelah terbentuk lapisan dengan ketebalan tertentu, cairan yang
berlebihan dituangkan ke luar menghasilkan benda yang berongga.
Ekstrusi
Digunakan pada benda berbentuk panjang dan pada pembuatan elemen bahan bakar
padat nuklir dan bahan-bahan lainnya seperti untuk penggunaan pada suhu tinggi.


Sinter Gravitasi
Serbuk dengan ketebalan merata diletakkan di atas tatakan keramik dan disinter selama
48 jamdalam lingkungan gas amonia bersuhu tinggi lalu digiling.


Mengerol
Menghasilkan sifat mekanik yang merata dan porositas yang terkendali.


Pencetakan isostatik
Untuk mendapatkan serbuk logam dengan berat jenis merata pada operasi
pemampatan dengan tekanan tinggi ke segala arah yang sama besar dengan media
penekanan berupa gas dan jika zat air maka disebut penekanan hidrostatik.
                Gambar 1.3. Skema Susuna Peralatan Tekanan Isostatik


Penekanan Panas
Dapat menghasilkan benda mentah yang lebih kuat dan keras, dimensi yang lebih tepat
dan berat jenis yang lebih tinggi.


Sinter Latu
Serbuk ditekan dan disinter sekaligus dalam waktu yang sangat singkat yaitu 12 sampai
15 detik.
                              Gambar 1.4. Sinter Latu


1.4.1. Sintering
Teknik sintering digunakan untuk meningkatkan kerapatan keramik sesuai dengan
mikrostruktur dan komposisi fasa yang diinginkan. Metode ini meliputi manipulasi
rencana sintering (sintering schedules) dan dalam beberapa kasus digunakan tekanan.
Kontrol dari atmosfir sintering (sintering dalam udara bebas) termasuk hal yang
penting, dan dalam banyak kasus dengan kontrol yang tepat dalam mengatur tekanan
penggunaan oksigen dan nitrogen sebagai fungsi temperatur terkadang dapat
memberikan keuntungan atau bahkan merupakan hal yang sangat penting. Insoluble
gas yang terjebak didalam pori-pori yang tertutup dapat menghambat proses densifikasi
akhir atau membawa pada pertambahan densifikasi, dan, dalam kasus ini menunjukkan
adanya perubahan atmosfir sintering atau vakum sintering (sintering dalam keadaan
non-oksida). Praktek sintering melipui kontrol dari karakteristik partikel, struktur
padatan muda, dan perkiraan struktur kimia yang terbentuk sebagai fungsi dari kondisi
selama                   proses                    sintering                     berlangsung.


Heating Schedules
      Berikut ini merupakan langkah-langkah dalam proses sintering beserta hal yang
terjadi selama proses sintering :
   1. pada tahap ini terjadi pelepasan ikatan, penghilangan cairan yang terkandung
      dalam sampel seperti air, dan konversi zat additive seperti organometallic atau
      polimer. Secara tipikal biasanya penahanan temperatur pertama ini dilakukan
      dalam temperatur yang masih rendah yaitu hanya sekitar beberapa ratus
      derajat. Peningkatan laju temperatur harus dikontrol secara hati-hati, selain itu
      jika dillakukan proses pemanasan dengan cepat maka akan mengakibatkan
      sampel mendidih dan penguapan dari bahan organik, menjadikan sampel
      tersebut menggembung atau bahkan dapat memusnahkan sampel tersebut.
   2. meningkatkan terjadinya proses homogenisasi kimia atau terjadinya reaksi pada
      komponenserbuk.
   3. peningkatan temperatur untuk menuju keadaan isothermal sintering (proses
      sintering dalam temperatur yang sama)
   4. isothermal    sintering,    dalam   proses   ini   terjadi   densifikasi   utama   dan
      pengembangan mikrostruktur yang kemudian diikuti oleh pendinginan secara
      lambat.
   5. penahan temperatur untuk untuk pendinginan akhir dari tahap pendinginan
      selanjutnya
   6. mengurangi internal stress atau memberikan kesempatan pada presipitasi
      (penyisispan) atau reaksi yang lainnya.
Isothermal Sintering




      Dalam isothermal sintering, temperatur meningkat secara monoton sampai pada
penahan temperatur sintering (secara tipikal 0.5 sampai 0.8 dari temperatur leleh untuk
sintering pada zat padat, atau berapapun dibawah temperatur eutectic untuk faas
liquid), dan kemudian didinginkan dibawah temperatur ruang. Pada umumnya lama
waktu penahanan sebanding dengan lamanya waktu yang dibutuhkan untuk menaikkan
temperatur hingga temperatur penahanan. Lamanya waktu yang dibutuhkan untuk
menaikkan temperatur ini dibatasi oleh ukuran sampel dan karakteristik panas dari
furnace yang digunakan. Waktu penaikkan temperatur untuk ukuran sampel yang besar
membutuhkan waktu yang lama, hal ini dilakukan untuk menghindari gradien
temperatur yang dapat menyebabkan cracking (kerusakan/pecah) atau pembentukan
lapisan luar yang memadat namun bagian ininya tidak memadat secara sempurna, hal
ini merupakan hasil dari densifikasi yang berbeda. Selama fasa penaikan suhu dalam
isothermal sintering, proses densifikasi dan perubahan mikrostruktur tejadi secara
signifikan. Isothermal sintering dipilih untuk memperoleh densitas akhir yang
dibutuhkan dalam batas-batas waktu yang masuk akal. Temperatur sintering yang
tinggi dapat mempercepat proses densifikasi, tetapi pertumbuhan butir juga meningkat.
Jika temperatur sintering terlalu tinggi dapat menyebabkan pertumbuhan butir yang
abnormal sehingga dapat membatasi densitas akhir.




Dalam bagian ini, material yang sudah dipadatkan kemudian dipanaskan untuk
mendapatkan mendapatkan mikrostruktur yang diinginkan. Perubahan yang muncul
selama proses ini sangat kompleks, tergantung kerumitan dari material awalnya. Dalam
proses pemanasan ini terdapat dua tahapan yaitu firing dan sintering. Secara umum,
firing biasa digunakan ketika proses yang muncul selama pemanasan sangat kompleks,
seperti dalam proses pembuatan keramik tradisional dari material tanah liat. Namun
istilah            sintering              juga              sering              digunakan.
Sintering dapat dianalisis secara teori dengan menggunakan model yang diidealkan.
Analisis teori ini dikombiansikan dengan hasil eksperimen selama 50 tahun
terakhir.sehingga dapat perihal mengenati sintering dapat dimengerti. Contoh yang
sederhana adalah maerial murni (satu fasa) seperti Al2O3. material in dipanaskan
dalam rentang suhu 0.5 sampai 0.75 dari temperatur lelehnya (untuk Al2O3 yang
memiliki temperatur leleh 2073oC maka temperatur sinteringnya adalah 1400 oC -1650
o
C ). Serbuk tersebut tidak meleleh, tetapi bergabung bersama dengan partikel lain dan
prorositasnya berkurang (proses densifikasi) karena adanya diffusi dalam zat padat.
Tipe sintering ini biasanya disebut solid state sintering (Sintering zat padat). Solid state
sintering ini merupakan kasus sederhana dari sintering, proses yang muncul dan
interaksi      antar       partikel       bisa      menjadi          sangat      kompleks.
Driving force untuk sintering adalah pengurangan energi bebas permuakaan dari massa
pertikel yang bergabung.




Pengurangan energi ini diakibakan oleh proes difusi yang mengarahkan bagian lainnya
dari meterial ini untuk memadat (oleh transfer materi dari bagian dalam butiran ke
dalam pori-pori) atau mikrostruktur menjadi kasar (oleh penyusunan materi diantara
bagian yang berbeda dari permukaan pori-pori tanpa adanya pengurangan volume pori-
pori secara aktual). Proses difusi untuk densifikasi dan pembentukan material yang
kasar dari dua partikel bulat yang bersentuhan untuk keadaan yang ideal ditunjukan
oleh gambar berikut.
Masalah utama yang muncul untuk memperoleh densitas yang tinngi selama proses
sintering adalah proses coarsening (matrial kasar) yang menyebakan driving force
untuk proses densifikasi menajdi berkurang. Interaksi ini terkadang diekspresikan
dengan pernyataan bahwa sintering merupakan proses yang didalamnya terdapat
kompetisi antara densifiksi dan coarsening. Jika dominasi yang terjadi adalah proses
densifiksi maka akan diperoleh material yang padat sedangkan jika dominasi yang
terjadi adalah proses coarsening maka akan diperoleh material yang memiliki porositas
yang tinggi.

				
DOCUMENT INFO
Shared By:
Categories:
Stats:
views:1087
posted:8/22/2011
language:Indonesian
pages:16