Proses Manufaktur dari Logam Bubuk

Bab ini menjelaskan proses metalurgi, di mana bubuk logam dipadatkan menjadi bentuk yang diinginkan dan seringkali kompleks dan disinter (dipanaskan tanpa meleleh) untuk membentuk potongan padat. Proses ini pertama kali digunakan oleh Mesir sekitar 3000 SM untuk membuat alat besi. Salah satu kegunaan modern pertamanya adalah pada awal 1900-an untuk membuat filamen tungsten untuk bola lampu pijar. Ketersediaan pada berbagai komposisi logam bubuk, kemampuan untuk menghasilkan komponen menjadi dimensi utuh (pembentukan bentuk utuh), dan keseluruhan operasi segi ekonominya membuat proses ini banyak menarik perhatian dan berkembang pesat.

Logam yang paling umum digunakan dalam bubuk adalah besi, tembaga, aluminium, timah, nikel, titanium, dan logam tahan api. Untuk suku cadang yang terbuat dari kuningan, perunggu, baja, dan stainless steel, bubuk pra-paduan digunakan, di mana setiap partikel bubuk itu sendiri adalah paduan. Sumber logam umumnya logam curah dan paduan, bijih, garam, dan senyawa lainnya.

Proses metalurgi logam bubuk biasanya terdiri dari operasi berikut:

1. Produksi bubuk
2. Pencampuran
3. Pemadatan
4. Sintering
5. Operasi Penyelesaian

Produksi Bubuk

Ada beberapa metode untuk memproduksi logam bubuk, dan kebanyakan dari mereka dapat dihasilkan oleh lebih dari satu metode. Pilihannya tergantung pada persyaratan produk akhir. Struktur mikro, sifat curah dan permukaan, kemurnian kimia, porositas, bentuk, dan distribusi ukuran partikel bergantung pada proses yang digunakan. Karakteristik ini penting karena mereka secara signifikan mempengaruhi aliran dan permeabilitas selama pemadatan dan selanjutnya operasi sintering. Ukuran partikel yang dihasilkan berkisar dari 0,1 hingga 1000 mikrometer (4 mikro inci hingga 0,04 inci).

Atomisasi

Atomisasi melibatkan aliran cair-logam yang dihasilkan dengan menyuntikkan logam cair melalui lubang kecil. Aliran dipecah oleh pancaran gas inert atau udara atau air, dikenal sebagai atomisasi gas atau air. Ukuran dan bentuk partikel terbentuk tergantung pada suhu logam cair, laju aliran, ukuran nosel, dan karakteristik jet. Penggunaan air menghasilkan bubur bubuk logam dan cairan di bagian bawah ruang atomisasi. Meskipun bubuk harus dikeringkan terlebih dahulu mereka dapat digunakan, air memungkinkan lebih banyak pendinginan partikel yang cepat dan laju produksi lebih tinggi. Atomisasi gas biasanya menghasilkan partikel yang lebih bulat. Dalam atomisasi sentrifugal, aliran logam cair turun ke memutar disk atau cangkir, sehingga gaya sentrifugal memecah aliran dan menghasilkan partikel. Dalam variasi lain dari metode ini, elektroda diputar dengan cepat (sekitar 15.000 putaran/menit) dalam tabung berisi helium. Gaya sentrifugal memecah cairan ujung elektroda ke dalam logam partikel.

Comminution (Penumbukan/Penghancuran)

Penghancuran mekanis melibatkan penggilingan di ball mill, atau penggilingan logam rapuh atau kurang ulet menjadi partikel kecil. Ball mill adalah mesin dengan silinder berongga yang berputar sebagian diisi dengan bola baja atau besi cor putih. Bubuk atau partikel ditempatkan ke dalam bola penggilingan dipengaruhi oleh bola saat silinder diputar atau isinya diaduk. Tindakan ini memiliki dua efek: (a) partikel secara berkala retak, menghasilkan partikel lebih kecil, dan (b) morfologi partikel terpengaruh. Dengan bahan yang rapuh, partikel bubuk yang dihasilkan memiliki bentuk sudut; dengan logam ulet, mereka bersisik dan tidak terlalu cocok untuk aplikasi metalurgi serbuk.

Paduan Mekanik

Dalam paduan mekanis, bubuk dari dua atau lebih murni logam dicampur dalam ball mill. Di bawah pengaruh bola keras, serbuk patah dan terikat bersama dengan difusi, menjebak fase kedua dan membentuk bubuk paduan. Fase terdispersi dapat menghasilkan penguatan partikel atau dapat memberikan sifat listrik atau magnet khusus ke bubuk.

Pencampuran

• Bubuk dari logam yang berbeda dan bahan lain dapat dicampur untuk memberikan sifat dan karakteristik fisik dan mekanik khusus untuk metalurgi bubuk. Perhatikan bahwa campuran logam dapat diproduksi dengan paduan logam sebelum menghasilkan bubuk, atau campuran lain dapat diproduksi. Pencampuran yang tepat adalah penting untuk memastikan keseragaman sifat mekanik di seluruh bagian.
• Bahkan ketika satu logam digunakan, bubuk dapat bervariasi secara signifikan dalam ukuran dan membentuk; karenanya, mereka harus dicampur untuk mendapatkan keseragaman dari bagian ke bagian. Campuran ideal adalah campuran di mana semua partikel dari setiap bahan (dan dari setiap ukuran) dan morfologi) tersebar merata.
• Pelumas dapat dicampur dengan bubuk untuk meningkatkan karakteristik alirannya. Pelumas mengurangi gesekan antara partikel logam, meningkatkan aliran bubuk logam ke dalam cetakan, dan meningkatkan masa pakai die. Pelumas biasanya adalah asam stearat atau seng stearat dalam proporsi dari 0,25 sampai 5% berat.
• Aditif lain, seperti pengikat (seperti dalam cetakan pasir), digunakan untuk mengembangkan cukup kekuatan hijau, dan aditif juga dapat digunakan untuk memfasilitasi sintering.

Pencampuran bubuk harus dilakukan di bawah kondisi yang terkendali agar untuk menghindari kontaminasi atau kerusakan. Kemunduran disebabkan oleh kelebihan pencampuran, yang dapat mengubah bentuk partikel dan menyebabkan pengerasan kerja, membuat pemadatan berikutnya lebih sulit. Bubuk dapat dicampur di udara, di atmosfer lembam (untuk menghindari oksidasi), atau dalam cairan (yang bertindak sebagai pelumas dan membuat campuran lebih seragam).

Pemadatan

Pemadatan adalah langkah di mana bubuk campuran ditekan menjadi berbagai bentuk dalam cetakan. Tujuan pemadatan adalah untuk mendapatkan bentuk, kepadatan, dan kontak partikel-ke-partikel yang diperlukan dan untuk membuat bagian yang cukup kuat untuk diproses lebih lanjut. Bubuk (bahan baku) diumpankan ke dalam die dengan feed shoe, dan pukulan naik turun ke die. Mesin pres digunakan digerakkan baik secara hidrolik atau mekanis, dan prosesnya umumnya dilakukan pada suhu kamar, meskipun dapat dilakukan pada suhu tinggi suhu.

Sintering

Sintering adalah proses dimana padatan bubuk dipanaskan dalam tungku atmosfer ke suhu di bawah titik leleh, tetapi cukup tinggi untuk memungkinkan ikatan (fusi) dari partikel individu. Sifat dan kekuatan ikatan antara partikel dan, karenanya, padatan yang disinter, bergantung pada kompleksnya mekanisme difusi, aliran plastis, penguapan bahan yang mudah menguap di kompak, rekristalisasi, pertumbuhan butir, dan penyusutan pori.

Mekanisme sintering sangat kompleks dan bergantung pada komposisi partikel logam serta pada parameter pemrosesan. Mekanisme sintering adalah difusi, transpor fase uap, dan sintering fase cair. Seperti suhu meningkat, dua partikel serbuk yang berdekatan mulai membentuk ikatan melalui mekanisme difusi; sebagai akibatnya, kekuatan, massa jenis, keuletan, dan konduktivitas termal dan listrik dari peningkatan kompak. Pada waktu bersamaan, Namun, kompak menyusut. Oleh karena itu, kelonggaran harus dibuat untuk penyusutan, seperti dilakukan dalam pengecoran.

Penyelesaian

Ada beberapa metode penyelesaian yang dapat digunakan setelah sintering:

• Coining dan sizing adalah operasi pemadatan yang dilakukan di bawah tekanan tinggi di mesin pres. Tujuan dari operasi ini adalah untuk memberikan akurasi dimensi ke bagian yang disinter dan untuk meningkatkan kekuatan dan permukaannya dengan lebih lanjut densifikasi.
• Kompak bubuk paduan yang dibentuk dan disinter selanjutnya ditempa dingin atau ditempa panas ke bentuk akhir yang diinginkan dan terkadang dengan penempaan tumbukan. Produk ini memiliki permukaan akhir yang baik, toleransi dimensi yang baik, dan seragam dan ukuran butir halus. Sifat unggul yang didapat membuat teknologi ini sangat cocok untuk aplikasi seperti komponen otomotif dan mesin jet
• Logam bubuk dapat dikenakan operasi finishing lainnya, seperti:
  • Machining
  • Grinding
  • Plating
  • Heat Treating
• Electroplating dapat diterapkan pada logam bubuk tetapi perawatan khusus diperlukan untuk menghilangkan cairan elektrolit, karena menimbulkan bahaya kesehatan. Pada beberapa kondisi, elektroplating dapat menutup komponen dan menghilangkan permeabilitasnya.

>> KLIK DI SINI UNTUK MEMBACA ARTIKEL SEPUTAR TEKNOLOGI MANUFAKTUR LAINNYA!

Kontributor: Daris Arsyada

By Caesar Wiratama

Sumber:

Kalpakjian, Serope dan Schmid, Steven R. (2009). Manufacturing Engineering and Technology (6^th ed). New Jersey: Prentice Hall.