Proses Pengecoran Peralatan Logam

/0 Comments/in /by

Pengecoran logam pertama dibuat selama periode 4000 hingga 3000 SM, menggunakan cetakan batu dan logam untuk pengecoran tembaga. Berbagai proses pengecoran telah dikembangkan dari waktu ke waktu, masing-masing dengan karakteristik dan aplikasinya sendiri. Berbagai macam suku cadang dan komponen dibuat dengan casting, seperti blok mesin, poros engkol, komponen otomotif dan powertrains, peralatan pertanian dan kereta api, pipa, alat listrik rumah, laras senapan, penggorengan, perhiasan, ortopedi implan, dan komponen yang sangat besar untuk turbin hidrolik.

Klasifikasi ini terkait dengan bahan cetakan, produksi pola, proses pencetakan, dan metode memberi umpan cetakan dengan logam cair. Kategori utama adalah sebagai berikut:

  • Cetakan habis pakai, Cetakan dihasilkan dari suatu pola; dalam beberapa proses, seperti pasir dan casting shell, cetakannya bisa dibuang, tetapi polanya digunakan kembali untuk menghasilkan beberapa cetakan. Proses semacam itu disebut sebagai proses pengecoran cetakan yang dapat dibuang, pola permanen. Di sisi lain, casting investasi mengkonsumsi pola untuk setiap cetakan yang diproduksi; itu adalah contoh dari proses cetakan yang dapat dibuang, pola yang dapat dibuang.
  • Cetakan permanen, yang terbuat dari logam yang mempertahankan kekuatannya pada suhu tinggi. Seperti namanya, mereka digunakan berulang kali dan dirancang sedemikian rupa sehingga casting dapat dilepas dengan mudah dan cetakan yang digunakan untuk pengecoran berikutnya. Cetakan logam adalah konduktor panas yang lebih baik daripada yang bisa dibuang bukan logam cetakan; karenanya, pengecoran pemadatan dikenakan laju pendinginan yang lebih tinggi, yang mempengaruhi struktur mikro dan ukuran butir di dalam pengecoran.
  • Cetakan komposit, yang terbuat dari dua atau lebih bahan yang berbeda (seperti: pasir, grafit, dan logam) menggabungkan keunggulan masing-masing bahan. Ini cetakan memiliki bagian permanen dan dapat dibuang dan digunakan dalam berbagai proses pengecoran untuk meningkatkan kekuatan cetakan, mengontrol laju pendinginan, dan mengoptimalkan ekonomi keseluruhan dari proses pengecoran.

Proses pengecoran cetakan habis pakai, pola permanen

Cetakan Pasir

Pada dasarnya pengecoran pasir terdiri dari (a) penempatan pola (berbentuk pengecoran yang diinginkan) di pasir untuk membuat jejak, (b) menggabungkan sistem gating, (c) menghapus pola dan mengisi rongga cetakan dengan logam cair, (d) memungkinkan logam mendingin sampai mengeras, (e) melepaskan cetakan pasir, dan (f) menghilangkan pengecoran.

Sebagian besar operasi pengecoran pasir menggunakan pasir silika (SiO2) sebagai bahan cetakan. Pasir murah dan cocok sebagai bahan cetakan karena memiliki dapat beroperasi pada suhu yang tinggi dan titik leleh yang tinggi. Ada dua jenis umum pasir: terikat alami (pasir tepian) dan sintetis (pasir danau). Karena komposisinya bisa dikontrol lebih akurat, pasir sintetis lebih disukai oleh sebagian besar pengecoran. Untuk berfungsi dengan baik, cetakan pasir harus bersih dan sebaiknya baru.

Metode pencetakan tertua yang diketahui, yang masih digunakan untuk coran sederhana, adalah memadatkan pasir dengan cara dipalu (tamping) atau serudukan itu di sekitar pola. Untuk sebagian besar operasi, campuran pasir adalah dipadatkan di sekitar pola dengan mesin cetak. Mesin ini menghilangkan tenaga kerja yang sulit, menawarkan pengecoran berkualitas tinggi dengan meningkatkan aplikasi dan distribusi kekuatan, memanipulasi cetakan dengan cara yang dikontrol dengan hati-hati, dan meningkatkan kecepatan produksi.

Skema sederhana sand casting

Cetakan Cangkang (Shell)

Aplikasi cetakan cangkang biasanya terdiri dari peralatan mekanis kecil membutuhkan presisi tinggi, seperti rumah roda gigi, kepala silinder, dan batang penghubung. Proses ini juga digunakan secara luas dalam memproduksi inti cetakan presisi tinggi.

Dalam proses ini, pola terpasang yang terbuat dari logam besi atau aluminium adalah: (a) dipanaskan hingga kisaran 175 ° hingga 370 ° C (350 ° hingga 700 ° F), (b) dilapisi dengan pemisah agen (seperti silikon), dan (c) dijepit ke kotak atau ruang. Kotak berisi pasir halus, dicampur dengan 2,5 hingga 4% pengikat resin termoset (seperti fenolformaldehida) yang melapisi partikel pasir. Entah kotak itu diputar terbalik, atau campuran pasir ditiupkan ke atas pola, sehingga membentuk lapisan.

Perakitan kemudian ditempatkan dalam oven untuk waktu yang singkat untuk menyelesaikannya pengawetan resin. Pada kebanyakan mesin pencetak cangkang, oven terdiri dari kotak logam dengan pembakar berbahan bakar gas yang diayunkan di atas cetakan cangkang untuk menyembuhkannya. Cangkangnya mengeras di sekitar pola dan dikeluarkan dari pola menggunakan pin ejektor bawaan. Dua setengah cangkang dibuat dengan cara ini dan diikat atau dijepit bersama untuk membentuk sebuah cetakan.

Proses shell molding

Cetakan Keramik

Proses pengecoran cetakan keramik menggunakan bahan cetakan tahan api cocok untuk aplikasi suhu tinggi. Bagian khas yang dibuat adalah impeler, pemotong untuk operasi pemesinan, cetakan untuk pengerjaan logam, dan cetakan untuk membuat plastik dan komponen karet. Bagian dengan berat sebanyak 700 kg (1500 lb) telah digunakan pada proses ini.

Bubur adalah campuran zirkon berbutir halus (ZrSiO4), aluminium oksida, dan silika leburan, yang dicampur dengan bahan pengikat dan dituangkan di atas pola yang telah ditempatkan dalam labu/flask.

Proses pengecoran keramik

Proses pengecoran cetakan habis pakai dan pola habis pakai

Pola Evaportatif

Proses pengecoran pola evaporasi menggunakan pola polistiren, yang menguap setelah kontak dengan logam cair untuk membentuk rongga untuk pengecoran; proses ini adalah juga dikenal sebagai pengecoran busa yang hilang dan termasuk dalam proses cetakan penuh. Proses ini telah menjadi salah satu proses pengecoran yang penting untuk besi dan nonferrous logam, khususnya untuk industri otomotif.

Dalam proses ini, polistiren mengandung 5 hingga 8% pentana (hidrokarbon yang mudah menguap) ditempatkan dalam cetakan yang telah dipanaskan sebelumnya yang biasanya terbuat dari aluminium. Polistirena mengembang dan mengambil bentuk rongga die. Panas tambahan diterapkan ke sekering dan ikatan polistirena bersama-sama. Die kemudian didinginkan dan dibuka, dan polistirena pola dihilangkan. Pola kompleks juga dapat dibuat dengan ikatan berbagai bagian pola individu menggunakan perekat lelehan panas.

Proses pengecoran evaporatif

Pengecoran Investment

Proses pengecoran investment juga disebut proses lilin yang hilang, pertama kali digunakan selama periode 4000-3000 SM. Suku cadang khas yang dibuat adalah komponen untuk peralatan kantor, serta komponen mekanis seperti roda gigi, cam, katup, dan ratchet. Bagian dengan diameter hingga 1,5 m (60 in.) dan berat hingga 1140 kg (2500 lb) telah berhasil dilakukan oleh proses ini.

Pola terbuat dari lilin, atau dari plastik seperti polistirena, dengan pencetakan atau pembuatan prototipe cepat teknik. Pola tersebut kemudian dicelupkan ke dalam bahan bubur tahan api seperti silika dan pengikat yang sangat halus, termasuk air, etil silikat, dan asam. Setelah lapisan awal ini telah mengering, polanya dilapisi berulang kali untuk meningkatkannya ketebalan untuk kekuatan yang lebih baik. Perhatikan bahwa lapisan awal dapat menggunakan partikel yang lebih kecil untuk mengembangkan permukaan akhir yang lebih baik dalam casting; lapisan berikutnya menggunakan partikel yang lebih besar dan dimaksudkan untuk membangun ketebalan lapisan dengan cepat.

Proses investment casting

Proses pengecoran cetakan permanen

Die Casting

Proses die-casting, yang dikembangkan pada awal 1900-an, adalah contoh lebih lanjut dari pengecoran cetakan permanen. Istilah Eropa untuk proses ini adalah pressure die casting. Contoh aplikasi khas yang dibuat oleh die casting adalah rumah, mesin untuk bisnis, dan peralatan komponen, komponen perkakas tangan, dan mainan. Berat sebagian besar rentang coran dari kurang dari 90 g (3 oz) hingga sekitar 25 kg (55 lb). Biaya peralatan, terutama biaya die, agak tinggi, tetapi biaya tenaga kerja umumnya rendah, karena proses semi-atau sepenuhnya otomatis. Die casting ekonomis untuk produksi besar.

Dalam proses die-casting, logam cair dipaksa masuk ke rongga die pada tekanan mulai dari 0,7 hingga 700 MPa (0,1–100 ksi). Ada dua tipe dasar diecasting mesin: mesin ruang panas dan ruang dingin.

Proses ruang panas melibatkan penggunaan piston, yang memaksa volume tertentu dari logam ke dalam rongga die melalui gooseneck dan nozzle. Tekanan berkisar hingga 35 MPa (5000 psi), dengan rata-rata sekitar 15 MPa (2000 psi). Logam ditahan di bawah tekanan sampai mengeras dalam cetakan. Untuk meningkatkan masa pakai die dan untuk bantuan dalam pendinginan logam yang cepat (sehingga mengurangi waktu siklus) die biasanya didinginkan dengan mensirkulasikan air atau minyak melalui berbagai saluran di blok die. Paduan titik leleh rendah (seperti seng, magnesium, timah, dan timbal) biasanya dicetak menggunakan proses ini. Waktu siklus biasanya berkisar antara 200 hingga 300 tembakan (suntikan individu) per jam untuk seng, meskipun komponen yang sangat kecil, seperti gigi ritsleting, dapat dilakukan pada laju 18.000 tembakan per jam.

Dalam proses ruang dingin, logam cair dituangkan ke dalam silinder injeksi (ruang tembakan). Ruangan itu tidak dipanaskan—maka istilahnya ruang dingin. Logam dipaksa masuk ke rongga die pada tekanan biasanya berkisar antara 20 hingga 70 MPa (3 hingga 10 ksi), meskipun dapat mencapai 150 MPa (20 ksi).

Skema hot chamber die casting dan cold chamber die casting

Pengecoran Sentrifugal

Sesuai dengan namanya, proses pengecoran sentrifugal menggunakan gaya inersia (disebabkan oleh: rotasi) untuk mendistribusikan logam cair ke dalam rongga cetakan — metode yang pertama kali disarankan pada awal 1800-an. Ada tiga jenis pengecoran sentrifugal: pengecoran sentrifugal murni, pengecoran semisentrifugal, dan centrifuge.

Pengecoran Sentrifugal Murni

Dalam pengecoran sentrifugal murni, bagian silinder berongga (seperti: seperti pipa, laras senapan, busing, liner silinder mesin, cincin bantalan dengan atau tanpa flensa, dan tiang lampu jalan) diproduksi dengan teknik pada gambar. Di proses ini, logam cair dituangkan ke dalam cetakan yang berputar. Sumbu rotasi biasanya horizontal, tetapi bisa vertikal untuk benda kerja pendek. Cetakan terbuat dari baja, besi, atau grafit dan dapat dilapisi dengan lapisan tahan api untuk meningkatkan umur cetakan. Cetakan permukaan dapat dibentuk sehingga pipa dengan berbagai desain luar dapat dicor. Permukaan bagian dalam casting tetap silinder, karena logam cair didistribusikan seragam oleh gaya sentrifugal. Namun, karena perbedaan densitas, lebih ringan elemen (seperti sampah, kotoran, dan potongan-potongan lapisan tahan api) cenderung mengumpulkan pada permukaan bagian dalam casting. Akibatnya, sifat-sifat casting bisa bervariasi di seluruh ketebalannya.

Skema pengecoran sentrifugal tampak depan dan samping

Pengecoran Semi-sentrifugal

Metode ini digunakan untuk membuat bagian-bagian dengan simetri rotasi, seperti roda dengan jari-jari.

Centrifuging

Rongga cetakan bentuk apapun ditempatkan pada jarak tertentu dari sumbu rotasi. Logam cair dituangkan dari pusat dan dipaksa masuk ke dalam cetakan oleh gaya sentrifugal. Sifat-sifat coran dapat bervariasi menurut jarak dari sumbu rotasi, seperti pada pengecoran sentrifugal murni.

Pengecoran semi-sentrifugal dan centrifuging

>> 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 (6th ed). New Jersey: Prentice Hall.

Dasar Pengecoran Logam

/0 Comments/in /by

Proses pengecoran pada dasarnya melibatkan (a) menuangkan logam cair ke dalam cetakan bermotif setelah bagian diproduksi, (b) membiarkannya mengeras, dan (c) melepas bagian tersebut dari cetakan. Seperti semua proses manufaktur lainnya, pemahaman tentang ilmu dasar sangat penting untuk produksi coran berkualitas baik dan ekonomis dan untuk menetapkan teknik yang tepat untuk desain cetakan dan praktik pengecoran. Pertimbangan penting dalam operasi pengecoran adalah sebagai berikut:

  • Aliran logam cair ke dalam rongga cetakan
  • Pemadatan dan pendinginan logam dalam cetakan
  • Pengaruh jenis bahan cetakan.

Aliran Logam Pada Pengecoran

Untuk menekankan pentingnya aliran fluida dalam pengecoran, mari kita jelaskan secara singkat sebuah dasar sistem pengecoran gravitasi. Logam cair dituangkan melalui baskom atau cangkir; kemudian mengalir melalui sistem gating (terdiri dari sprue, runner, dan gerbang) ke dalam rongga cetakan. Sprue adalah saluran vertikal meruncing di mana logam cair mengalir ke bawah di cetakan. Runner adalah saluran yang membawa logam cair dari sprue ke rongga cetakan atau sambungan sprue ke gerbang (bagian runner yang melalui dimana logam cair memasuki rongga cetakan). Riser (juga disebut feeder) berfungsi sebagai reservoir logam cair untuk memasok logam cair yang diperlukan untuk mencegah porositas karena penyusutan selama pemadatan.

Meskipun sistem gerbang seperti itu tampaknya relatif sederhana, casting yang sukses membutuhkan desain dan kontrol yang tepat dari proses pemadatan untuk memastikan aliran fluida yang memadai di sistem. Misalnya, fungsi penting dari sistem gating dalam pengecoran pasir adalah untuk menjebak kontaminan (seperti oksida dan lainnya) inklusi) dan menghapusnya dari logam cair dengan memiliki kontaminan menempel pada dinding sistem gating, dengan demikian mencegah mereka mencapai rongga cetakan. Lebih-lebih lagi, sebuah sistem gating yang dirancang dengan benar membantu menghindari atau meminimalkan masalah seperti pendinginan dini, turbulensi, dan jebakan gas. Bahkan sebelum mencapai rongga cetakan, logam cair harus menjadi ditangani dengan hati-hati untuk menghindari pembentukan oksida pada logam cair permukaan dari paparan lingkungan atau pengenalan pengotor ke dalam logam cair.

Gambar 1. Skema pengecoran Riser-gated casting

Dua prinsip dasar aliran fluida relevan dengan gating desain adalah hukum Bernoulli dan hukum kontinuitas massa. Teorema Bernoulli didasarkan pada prinsip kekekalan energi dan menghubungkan tekanan, kecepatan, elevasi fluida di setiap lokasi di sistem, dan kerugian gesekan dalam sistem yang penuh cairan. Hukum kontinuitas massa menyatakan bahwa, untuk zat cair tak termampatkan dan dalam sistem dengan dinding kedap air, laju alirannya konstan.

Perpindahan Kalor pada Pengecoran

Perpindahan kalor selama siklus lengkap (dari penuangan, pemadatan, dan ke pendinginan sampai suhu kamar) merupakan pertimbangan penting lainnya dalam pengecoran logam. Aliran panas pada lokasi yang berbeda dalam sistem merupakan fenomena yang kompleks dan bergantung pada pada beberapa faktor yang berkaitan dengan bahan cor dan cetakan dan parameter proses. Misalnya, dalam pengecoran bagian tipis, laju aliran logam harus cukup tinggi untuk menghindari pendinginan dini dan pemadatan. Di sisi lain, laju aliran harus tidak terlalu tinggi untuk menyebabkan turbulensi yang berlebihan—dengan efek yang merugikan pada proses pengecoran.

Panas dari logam cair dilepaskan melalui dinding cetakan dan ke udara sekitarnya. Penurunan suhu pada cetakan-udara dan cetakan-logam antarmuka disebabkan oleh adanya lapisan batas dan kontak yang tidak sempurna pada antarmuka ini. Bentuk kurva tergantung pada sifat termal dari logam cair dan cetakan.

Gambar 2. Distribusi suhu pada permukaan dinding cetakan dan logam cair selama pemadatan logam dalam pengecoran.

Amati gambar 3. Logam cair yang tidak dipadatkan telah dituangkan dari cetakan pada interval waktu yang berbeda mulai dari 5 detik hingga 6 menit. Perhatikan bahwa (seperti yang diharapkan) ketebalan kulit meningkat seiring waktu, dan kulit lebih tipis di sudut internal (lokasi A pada gambar) daripada di sudut eksternal (lokasi B). Kondisi terakhir disebabkan oleh pendinginan yang lebih lambat pada sudut internal daripada di sudut luar.

Pemadatan kulit pada pengecoran baja.

>> 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 (6th ed). New Jersey: Prentice Hall.

Simulation process and data managemenet (SPDM)

/0 Comments/in /by
Read more

Aplikasi Pemakaian Keramik

/0 Comments/in /by

Ada banyak perbedaan yang signifikan antara karakteristik fisik logam dan keramik. Akibatnya, bahan-bahan ini digunakan dalam jenis aplikasi yang sangat berbeda dan, dalam hal ini, cenderung saling melengkapi dan juga polimer. Sebagian besar bahan keramik terdiri dari dalam skema klasifikasi aplikasi yang mencakup kelompok berikut: kaca, produk tanah liat struktural, whitewares, refraktori, abrasive, semen, keramik biomaterial, dan keramik canggih yang baru dikembangkan.

Kaca

Gelas adalah kelompok keramik yang sudah dikenal. Container, lensa, dan fiberglass mewakili aplikasi kaca. Seperti yang telah disebutkan, mereka adalah silikat nonkristalin yang mengandung oksida lainnya, terutama CaO, Na2O, K2O, dan Al2O3, yang mempengaruhi sifat kaca. Kaca soda-lime khas terdiri dari sekitar 70% berat SiO2, keseimbangannya adalah terutama Na2O (soda) dan CaO (kapur). Komposisi beberapa bahan kaca umum diberikan pada Tabel di bawah. Dua aset utama dari bahan ini adalah sifat optiknya transparan dan relatif mudah dibuat.

Komposisi dan Karakteristik Beberapa Kaca Komersial Umum

Produk Tanah Liat

Salah satu bahan baku keramik yang banyak digunakan adalah tanah liat. Bahan murah ini ditemukan secara alami dalam jumlah besar, sering digunakan sebagai ditambang tanpa peningkatan apa pun kualitas. Alasan lain untuk popularitasnya terletak pada kemudahan yang dapat digunakan produk tanah liat dibentuk; ketika dicampur dalam proporsi yang tepat, tanah liat dan air membentuk massa plastik yang sangat cocok untuk dibentuk. Potongan yang terbentuk dikeringkan untuk menghilangkan sebagian uap air, setelah itu dibakar pada suhu tinggi untuk meningkatkan kekuatan mekaniknya.

Refractory

Kelas keramik penting lainnya yang digunakan dalam tonase besar adalah keramik refractory/tahan api. Sifat yang menonjol dari bahan-bahan ini adalah kapasitas untuk menahan suhu tinggi tanpa meleleh atau membusuk dan kapasitas untuk tetap tidak reaktif dan lembam ketika terkena lingkungan yang parah (misalnya, cairan panas dan korosif). Tambahan, kemampuan refractory untuk menyediakan insulasi termal dan mendukung beban mekanis seringkali menjadi pertimbangan penting, serta ketahanan terhadap kejutan termal (fraktur yang disebabkan oleh perubahan suhu). Aplikasi umum keramik ini terdiri dari pelapis untuk tungku dan peleburan menghaluskan baja, aluminium, dan tembaga, serta logam lainnya; tungku yang digunakan untuk manufaktur kaca dan perlakuan panas metalurgi; tempat pembakaran semen; dan pembangkit listrik.

Keramik refractory pada furnace

Semen

Beberapa bahan keramik yang sudah dikenal diklasifikasikan sebagai semen anorganik: semen, plester dari Paris, dan kapur, yang, sebagai sebuah kelompok, diproduksi dalam jumlah yang sangat besar. Ciri khas dari bahan-bahan ini adalah ketika dicampur dengan air, mereka membentuk pasta yang kemudian mengeras dan mengeras. Sifat ini sangat berguna dalam benda padat itu dan struktur kaku yang memiliki hampir semua bentuk dapat dibentuk dengan cepat. Juga, beberapa bahan-bahan ini bertindak sebagai fase ikatan yang secara kimia mengikat agregat partikulat menjadi satu struktur yang kohesif. Dalam keadaan ini, peran semen mirip dengan fase ikatan kaca yang terbentuk ketika produk tanah liat dan beberapa batu bata tahan api ditembakkan. Satu perbedaan penting adalah ikatan semen berkembang pada suhu kamar.

Keramik Biomaterial

Bahan keramik juga digunakan dalam sejumlah aplikasi biomedis. Sifat-sifat yang membuatnya diinginkan untuk digunakan sebagai biomaterial terdiri dari kelembaman kimia, kekerasan, keausan resistensi, dan koefisien gesekan yang rendah; kewajiban utama mereka adalah disposisi mereka untuk patah getas (yaitu, nilai ketangguhan patah rendah). Keramik itu biasanya digunakan untuk implan (yaitu, biokeramik) seperti bahan oksida kristal, gelas, dan keramik kaca.

>> KLIK DI SINI UNTUK MEMBACA ARTIKEL SEPUTAR MATERIAL TEKNIK LAINNYA!

Kontributor: Daris Arsyada

By Caesar Wiratama

Sumber:

Callister, William D. Jr, dan Rethwisch, David G. 2018. Materials Science and Engineering An Introduction (10th ed). Amerika Serikat: John Wiley & Sons, Inc.

Sifat Mekanis Keramik

/0 Comments/in /by

Sebelum Zaman Perunggu, perkakas dan bejana terbuat dari batu (keramik). Antara 3000 dan 4000 tahun yang lalu, logam mulai digunakan secara luas karena ketangguhan mereka yang berasal dari keuletan mereka. Dalam zaman sejarah itu, keramik cukup terbatas dalam penerapannya karena sifatnya yang getas. Meskipun banyak komposit baru dan keramik multifase lainnya dengan ketangguhan yang berguna sedang dikembangkan (sering meniru keramik komposit alami seperti kulit kerang), sebagian besar bahan keramik yang digunakan saat ini getas.

Patah Getas Keramik

Pada suhu kamar, baik keramik kristalin maupun nonkristalin hampir selalu retak sebelum deformasi plastis dapat terjadi sebagai respons terhadap beban tarik yang diterapkan. Topik patah getas dan mekanisme patah juga berhubungan dengan perpatahan bahan keramik; mereka akan ditinjau secara singkat di sini.

Proses patah getas terdiri dari pembentukan dan perambatan retak melalui penampang material dalam arah tegak lurus terhadap beban yang diterapkan. Pertumbuhan retak pada keramik kristal dapat berupa transgranular (yaitu, melalui butiran) atau intergranular (yaitu, di sepanjang batas butir); untuk fraktur transgranular, retakan merambat sepanjang bidang kristalografi (atau belahan) tertentu, bidang dengan kerapatan atom tinggi.

Kekuatan patah terukur dari sebagian besar bahan keramik jauh lebih rendah dari yang diprediksi oleh teori dari kekuatan ikatan antar atom. Hal ini dapat dijelaskan dengan kekurangan yang sangat kecil dan ada di mana-mana dalam materi yang berfungsi sebagai pemicu tegangan—menunjukkan pada dimana besarnya tegangan tarik yang diterapkan diperkuat dan tidak ada mekanisme seperti itu karena deformasi plastis ada untuk memperlambat atau mengalihkan retakan tersebut. Untuk fase tunggal (yaitu, monolitik) keramik, laju penguatan tegangan tergantung pada panjang retak dan jari-jari ujung kelengkungan, yang terbesar untuk panjang dan runcing kekurangan. Pemicu tegangan ini dapat berupa retakan permukaan atau interior kecil (retak mikro), internal pori-pori, inklusi, dan sudut butir, yang hampir tidak mungkin dihilangkan atau kontrol. Misalnya, bahkan kelembaban dan kontaminan di atmosfer dapat menyebabkan permukaan retakan pada serat kaca yang baru ditarik, sehingga mempengaruhi kekuatan secara merusak. Tegangan konsentrasi pada ujung cacat dapat menyebabkan retakan yang dapat merambat sampai akhirnya kegagalan.

Dalam beberapa keadaan, fraktur bahan keramik akan terjadi secara perlahan perambatan retak, ketika tegangan bersifat statis. Fenomena ini disebut kelelahan statis, atau tertunda patah; penggunaan istilah kelelahan agak menyesatkan karena fraktur dapat terjadi pada tidak adanya tegangan siklik. Jenis fraktur ini sangat sensitif terhadap kondisi lingkungan, khususnya ketika kelembaban hadir di atmosfer. Berkenaan dengan mekanisme, proses stres-korosi mungkin terjadi di ujung retakan. Yaitu, kombinasi dari tegangan tarik yang diterapkan dan kelembaban atmosfer di ujung retakan menyebabkan ikatan ionik putus; ini mengarah ke menajamkan dan memanjangkan retakan hingga akhirnya satu retakan tumbuh menjadi suatu ukuran mampu memperbanyak dengan cepat. Selanjutnya, durasi penerapan tegangan sebelum patah berkurang dengan meningkatnya tegangan. Akibatnya, saat menentukan kekuatan kelelahan statis, waktu penerapan tegangan juga harus ditetapkan. Kaca silikat sangat rentan terhadap jenis fraktur ini; itu juga telah diamati pada bahan keramik lainnya, seperti porselen, semen Portland, aluminium tinggi keramik, barium titanat, dan silikon nitrida.

Fractografi Keramik

Kadang-kadang diperlukan untuk memperoleh informasi mengenai penyebab fraktur keramik sehingga tindakan dapat diambil untuk mengurangi kemungkinan insiden di masa depan. Analisis kegagalan biasanya berfokus pada penentuan lokasi, jenis, dan sumber cacat awal retak. Sebuah studi fraktografi biasanya merupakan bagian dari analisis, yang melibatkan pemeriksaan jalur perambatan retak, serta karakteristik mikroskopis permukaan fraktur. Seringkali dapat dilakukan penyelidikan tentang jenis ini menggunakan peralatan sederhana dan murah—misalnya, kaca pembesar dan/atau mikroskop optik binokular stereo daya rendah yang dihubungkan ke sumber cahaya. Ketika perbesaran yang lebih tinggi diperlukan, mikroskop elektron digunakan.

Setelah nukleasi dan selama perambatan, retak dipercepat sampai kecepatan kritis tercapai; untuk kaca, nilai kritis ini kira-kira setengah dari kecepatan dari suara. Setelah mencapai kecepatan kritis ini, retakan dapat bercabang (atau bercabang), sebuah proses yang dapat diulang secara berturut-turut sampai retakan dihasilkan. Lokasi nukleasi sering dapat ditelusuri kembali ke titik di mana satu set retakan bertemu. Lebih-lebih lagi, tingkat percepatan retak meningkat dengan meningkatnya laju tegangan; sesuai, tingkat percabangan juga meningkat dengan meningkatnya tegangan. Misalnya dari pengalaman kita tahu bahwa ketika sebuah batu besar menghantam (dan mungkin memecahkan) sebuah jendela, lagi hasil percabangan retak [yaitu, semakin banyak retakan yang terbentuk (atau lebih banyak pecahan yang pecah diproduksi)] daripada dampak kerikil kecil.

Untuk bahan keramik getas, skema representasi asal crack dan konfigurasi yang dihasilkan dari (a) pembebanan tumbukan (kontak titik), (b) pembengkokan, (c) pembebanan puntir, dan (d) tekanan internal.
Skema retak pada keramik

>> KLIK DI SINI UNTUK MEMBACA ARTIKEL SEPUTAR MATERIAL TEKNIK LAINNYA!

Kontributor: Daris Arsyada

By Caesar Wiratama

Sumber:

Callister, William D. Jr, dan Rethwisch, David G. 2018. Materials Science and Engineering An Introduction (10th ed). Amerika Serikat: John Wiley & Sons, Inc.

Struktur Keramik

/0 Comments/in /by
Read more

Otomasi proses

/0 Comments/in /by
Read more

Proses Annealing pada Logam

/0 Comments/in /by
Read more

Fabrikasi Logam Menggunakan Teknik Forming

/0 Comments/in /by

Operasi forming adalah operasi di mana bentuk potongan logam diubah oleh deformasi plastik; misalnya, penempaan, penggulungan, ekstrusi, dan drawing adalah teknik umum forming. Deformasi harus diinduksi oleh kekuatan eksternal atau tegangan, yang besarnya harus melebihi kekuatan luluh material. Bahan logam sangat dapat diaplikasikan dengan prosedur ini, setidaknya ulet sedang dan mampu mengalami deformasi permanen tanpa retak atau patah.

Ketika deformasi dicapai pada suhu di atas suhu rekristalisasi, prosesnya disebut pengerjaan panas (hot working); jika tidak, itu pengerjaan dingin (cold working). Dengan sebagian besar teknik forming, baik prosedur pengerjaan panas maupun dingin dapat dilakukan. Untuk operasi pengerjaan panas, deformasi besar dapat terjadi, berulang-ulang karena logam tetap lunak dan ulet. Juga, persyaratan energi deformasi dari pengerjaan dingin lebih rendah. Namun, sebagian besar logam mengalami beberapa oksidasi permukaan yang mengakibatkan hilangnya material dan permukaan akhir yang buruk. Pengerjaan dingin menghasilkan peningkatan kekuatan dengan penurunan keuletan yang menyertainya karena regangan logam mengeras; keuntungan dibandingkan pengerjaan panas adalah kualitas yang lebih tinggi permukaan penyelesaian, sifat mekanik yang lebih baik dan variasi yang lebih besar, dan dimensi kontrol lebih dekat dari bagian yang sudah jadi. Kadang-kadang, deformasi total tercapai dalam serangkaian langkah di mana potongan tersebut berhasil di pengerjaan dingin dalam jumlah kecil dan kemudian proses anil; Namun, ini mahal dan prosedur tidak nyaman.

Gambar 1. Skema klasifikasi fabrikasi logam
Gambar 2. a) forging, (b) rolling, (c) extrusion, and (d) drawing.

Forging (Penempaan)

Penempaan bekerja secara mekanis atau merusak satu bagian dari logam yang biasanya panas; hal ini dapat dicapai dengan penerapan pukulan berturut-turut atau dengan meremas terus menerus. Tempa diklasifikasikan sebagai die (cetakan) tertutup atau terbuka. Untuk die tertutup, gaya dibawa untuk menanggung dua atau lebih bagian die yang memiliki bentuk jadi sehingga logam berubah bentuk di rongga di antara mereka (Gambar 2a). Untuk die terbuka, dua die memiliki sederhana geometris bentuk (misalnya, paralel datar, setengah lingkaran) digunakan, biasanya pada benda kerja. Benda tempa memiliki struktur butir yang luar biasa dan kombinasi sifat mekanis terbaik. Kunci pas, poros engkol otomotif, dan batang penghubung piston adalah benda khas yang dibentuk menggunakan teknik ini.

Rolling (Penggulungan)

Penggulungan, proses deformasi yang paling banyak digunakan, terdiri dari melewatkan sepotong logam antara dua gulungan; pengurangan ketebalan hasil dari tekanan tekan yang diberikan oleh gulungan. Penggulungan dingin dapat digunakan dalam produksi lembaran, strip, dan foil dengan permukaan akhir berkualitas tinggi. Bentuk lingkaran, serta balok-I dan rel kereta api, dibuat menggunakan gulungan beralur.

Extrusion

Untuk ekstrusi, sebatang logam dipaksa melalui lubang die oleh gaya tekan yang diterapkan pada alat pemukul (ram); potongan yang diekstrusi yang muncul memiliki bentuk yang diinginkan dan pengurangan luas penampang. Produk ekstrusi antara lain rod dan tubing yang bentuknya geometri penampangnya agak rumit; tabung mulus juga dapat diekstrusi.

Drawing (Penarikan)

Drawing adalah menarik sepotong logam melalui die yang memiliki lubang runcing dengan cara gaya tarik yang diterapkan pada sisi keluar. Pengurangan hasil penampang, dengan peningkatan panjang yang sesuai. Operasi drawing total dapat terdiri dari sejumlah die dalam urutan seri. Produk batang, kawat, dan tabung biasanya dibuat dengan cara ini.

>> KLIK DI SINI UNTUK MEMBACA ARTIKEL SEPUTAR MATERIAL TEKNIK LAINNYA!

Kontributor: Daris Arsyada

By Caesar Wiratama

Sumber:

Callister, William D. Jr, dan Rethwisch, David G. 2018. Materials Science and Engineering An Introduction (10th ed). Amerika Serikat: John Wiley & Sons, Inc.

Paduan Non-Baja (Nonferrous Alloys)

/0 Comments/in /by

Baja dan paduan besi lainnya digunakan dalam jumlah sangat besar karena memiliki berbagai sifat mekanik, dapat dibuat dengan relatif mudah, dan ekonomis untuk diproduksi. Namun, mereka memiliki beberapa batasan yang berbeda, terutama (1) massa jenis yang relatif tinggi, (2) konduktivitas listrik yang relatif rendah, dan (3) kerentanan yang melekat terhadap korosi di beberapa lingkungan umum. Jadi, bagi banyak orang aplikasi itu menguntungkan atau bahkan perlu menggunakan paduan lain yang memiliki lebih banyak kombinasi properti yang sesuai. Sistem paduan diklasifikasikan baik menurut logam dasar atau menurut beberapa karakteristik khusus yang dimiliki oleh sekelompok paduan.

Skema paduan nonferrous

Tembaga dan Paduannya

Tembaga dan paduan berbasis tembaga yang memiliki kombinasi sifat fisik yang diinginkan telah digunakan dalam berbagai aplikasi sejak jaman dahulu. Tembaga murni sangat lunak dan ulet sehingga sulit untuk dikerjakan; juga, ia memiliki kapasitas hampir tak terbatas pada pengerjaan dingin. Selain itu, tembaga sangat tahan terhadap korosi di beragam lingkungan termasuk atmosfer sekitar, air laut, dan beberapa bahan kimia industri. Sifat mekanik dan ketahanan korosi tembaga dapat ditingkatkan oleh paduan. Sebagian besar paduan tembaga tidak dapat dikeraskan atau diperkuat dengan perlakuan panas; akibatnya, pengerjaan dingin dan/atau paduan larutan padat harus digunakan untuk memperbaiki sifat mekanik ini.

Paduan tembaga yang paling umum adalah kuningan, di mana seng, sebagai pengotor pengganti, adalah elemen paduan yang dominan. Beberapa kuningan umum adalah kuningan, naval, dan kuningan kartrid; logam muntz; dan penyepuhan logam. Beberapa kegunaan umum untuk paduan kuningan adalah perhiasan, selongsong kartrid, radiator otomotif, alat musik, kemasan elektronik, dan koin.

Perunggu adalah paduan tembaga dan beberapa elemen lainnya, termasuk timah, aluminium, silikon, dan nikel. Paduan ini lebih kuat dari kuningan, namun mereka masih memiliki tingkat ketahanan korosi yang tinggi. Umumnya mereka digunakan ketika, selain ketahanan terhadap korosi, sifat tarik yang baik diperlukan. Paduan tembaga yang dapat diolah dengan panas yang paling umum adalah tembaga berilium. Mereka memiliki kombinasi sifat yang luar biasa: kekuatan tarik setinggi 1400 MPa (200.000 psi), sifat listrik dan korosi yang sangat baik, dan ketahanan aus ketika dilumasi dengan benar; mereka dapat dicor, dikerjakan panas, atau dikerjakan dingin. Tinggi kekuatan dicapai dengan perlakuan panas pengerasan presipitasi. Aplikasi penggunaan paduan ini adalah bantalan roda pendaratan pesawat jet dan busing, pegas, dan instrumen bedah dan gigi.

Aluminium dan Paduannya

Aluminium dan paduannya dicirikan oleh massa jenis yang relatif rendah (2,7 g/cm3 dibandingkan dengan 7,9 g/cm3 untuk baja), konduktivitas listrik dan termal yang tinggi, dan ketahanan terhadap korosi di beberapa lingkungan umum, termasuk atmosfer sekitar. Banyak dari paduan ini mudah dibentuk berdasarkan keuletan yang tinggi; ini dibuktikan oleh lembaran aluminium foil tipis di mana bahan yang relatif murni dapat digulung. Karena aluminium memiliki struktur kristal FCC, keuletannya dipertahankan bahkan pada suhu yang sangat rendah. Keterbatasan utama aluminium adalah lelehnya yang rendah suhu [660 ° C (1220 ° F)], yang membatasi suhu maksimum di mana ia bisa digunakan.

Kekuatan mekanik aluminium dapat ditingkatkan dengan kerja dingin dan dengan paduan; namun, kedua proses tersebut cenderung menurunkan ketahanan terhadap korosi. Unsur paduan utama terdiri dari tembaga, magnesium, silikon, mangan, dan seng. Paduan tidak tahan panas terdiri dari fase tunggal, di mana peningkatan kekuatan tercapai oleh penguatan larutan padat. Lainnya diberikan perlakuan panas (mampu menjadi pengendapan mengeras) sebagai hasil dari paduan. Dalam beberapa paduan ini, presipitasi pengerasan dikarenakan pengendapan dua elemen selain aluminium untuk membentuk intermetalik senyawa seperti MgZn2.

Magnesium dan Paduannya

Karakteristik magnesium yang paling menonjol adalah massa jenisnya, 1,7 g/cm3 , terendah dari semua logam struktural; oleh karena itu, paduannya digunakan di tempat yang ringan (misalnya, dalam komponen pesawat). Magnesium memiliki struktur kristal HCP, relatif lunak, dan memiliki modulus elastisitas rendah: 45 GPa (6,5 × 106 psi). Pada suhu kamar, magnesium dan paduannya sulit berubah bentuk; sebenarnya, hanya derajat kecil pekerjaan dingin dapat dikenakan tanpa anil. Akibatnya, sebagian besar fabrikasi menggunakan pengecoran atau pengerjaan panas pada suhu antara 200 ° C dan 350 °C (400 °F dan 650 °F). Magnesium, seperti aluminium, memiliki suhu leleh yang cukup rendah [651°C (1204°F)]. Secara kimia, paduan magnesium relatif tidak stabil dan terutama rentan terhadap korosi di lingkungan laut. Namun, ketahanan korosi atau oksidasi cukup baik dalam suasana normal; diyakini bahwa perilaku ini dikarenakan pengotor dan menjadi karakteristik yang melekat pada paduan Mg. Magnesium bubuk halus mudah terbakar saat dipanaskan di udara; akibatnya, perawatan harus dilakukan dalam keadaan ini.

Paduan ini juga diklasifikasikan menjadi cor atau tempa, dan beberapa di antaranya dapat diolah dengan panas. Aluminium, seng, mangan, dan beberapa tanah langka adalah elemen paduan utama. Skema penunjukan komposisi-temper mirip dengan untuk aluminium paduan juga digunakan. Paduan ini digunakan dalam pesawat dan peluru kendali serta di bagasi. Selanjutnya, dalam beberapa tahun terakhir permintaan untuk magnesium paduan telah meningkat secara dramatis di sejumlah industri yang berbeda. Untuk banyak aplikasi, paduan magnesium telah menggantikan plastik rekayasa yang massa jenisnya sepadan karena bahan magnesium lebih kaku, lebih dapat didaur ulang, dan lebih murah. Misalnya, magnesium digunakan dalam berbagai perangkat genggam (misalnya, gergaji mesin, powertools, pemotong pagar), mobil (misalnya, roda kemudi dan kolom, kursi frame, kotak transmisi), dan audio, video, komputer, dan komunikasi peralatan (misalnya, komputer laptop, camcorder, perangkat TV, telepon seluler).

Titanium dan Paduannya

Titanium dan paduannya adalah bahan rekayasa yang relatif baru yang memiliki sifat kombinasi luar biasa. Logam murni memiliki kerapatan yang relatif rendah (4.5 g/cm 3 ), titik leleh yang tinggi [1668 ° C (3035 ° F)], dan modulus elastisitas 107 GPa (15,5 × 10 psi). Paduan titanium sangat kuat: Kekuatan tarik pada suhu kamar setinggi 1400 MPa (200.000 psi) dapat dicapai, menghasilkan spesifikasi kekuatan yang luar biasa. Selain itu, paduannya sangat ulet dan mudah ditempa dan dikerjakan.

Keterbatasan utama titanium adalah reaktivitas kimianya dengan bahan lain pada suhu yang meningkat. Sifat ini mengharuskan pengembangan nonkonvensional pengilangan, teknik peleburan, dan pengecoran; akibatnya, paduan titanium cukup mahal. Terlepas dari reaktivitas ini pada suhu tinggi, ketahanan korosi titanium paduan pada suhu normal sangat tinggi; mereka hampir kebal terhadap udara, laut, dan berbagai lingkungan industri. Ketika ditanamkan ke dalam tubuh manusia, titanium paduan sangat biokompatibel, mereka sangat tidak reaktif ketika terkena cairan tubuh dan jaringan dan tidak melepaskan zat beracun. Selain itu, bahan-bahan ini memiliki massa jenis rendah dan karakteristik mekanik yang diinginkan. Sehingga, mereka digunakan ekstensif untuk implan gigi dan ortopedi (pinggul dan lutut).

Logam Tahan Panas (Refractory)

Logam yang memiliki suhu leleh yang sangat tinggi diklasifikasikan sebagai logam tahan panas. Golongan ini terdiri dari niobium (Nb), molibdenum (Mo), tungsten (W), dan tantalum (Ta). Suhu leleh berkisar antara 2468 ° C (4474 ° F) untuk niobium dan 3410 ° C (6170 ° F), suhu leleh tertinggi dari logam apa pun, untuk tungsten.

Ikatan antar atom dalam logam-logam ini sangat kuat, yang menyebabkan pelelehan suhu, dan, di samping itu, modulus elastisitas yang besar dan kekuatan dan kekerasan yang tinggi, pada suhu lingkungan maupun suhu tinggi. Aplikasi dari logam ini bervariasi. Misalnya, tantalum dan molibdenum dicampur dengan stainless steel untuk meningkatkan ketahanan korosinya. Paduan molibdenum digunakan untuk cetakan ekstrusi dan struktur bagian dalam kendaraan luar angkasa; filamen lampu pijar, tabung sinar-x, dan elektroda las menggunakan paduan tungsten. Tantalum kebal terhadap serangan kimia oleh hampir semua lingkungan pada suhu di bawah 150 ° C dan sering digunakan dalam aplikasi yang membutuhkan ketahanan korosi.

Superalloys (Paduan Super)

Superalloy memiliki kombinasi sifat superlatif. Sebagian besar digunakan di komponen turbin pesawat terbang, yang harus tahan terhadap paparan lingkungan yang sangat teroksidasi dan suhu tinggi untuk jangka waktu yang lama. Massa jenis merupakan pertimbangan penting karena tegangan sentrifugal berkurang dalam part yang berputar ketika massa jenis berkurang. Bahan ini diklasifikasikan menurut logam dominan dalam paduan, dari: yang ada tiga kelompok: besi-nikel, nikel, dan kobalt. Elemen paduan lainnya: termasuk logam tahan api (Nb, Mo, W, Ta), kromium, dan titanium. Lebih-lebih lagi, ini paduan juga dikategorikan sebagai tempa atau cor.

Logam Mulia

Logam mulia adalah kelompok delapan elemen yang memiliki beberapa fisik karakteristik yang sama. Mereka mahal (berharga) dan lebih unggul atau terkenal (mulia) dalam sifat-karakteristik lembut, ulet, dan tahan oksidasi. Logam mulia adalah perak, emas, platina, paladium, rodium, rutenium, iridium, dan osmium; tiga yang pertama adalah yang paling umum dan digunakan secara luas dalam perhiasan. Perak dan emas dapat diperkuat dengan paduan larutan padat dengan tembaga; perak murni adalah perak– paduan tembaga yang mengandung sekitar 7,5% berat Cu. Paduan perak dan emas adalah digunakan sebagai bahan restorasi gigi. Beberapa sirkuit kontak listrik terpadu adalah dari emas. Platina digunakan untuk peralatan laboratorium kimia, sebagai katalis (terutama dalam pembuatan bensin), dan termokopel untuk mengukur suhu tinggi.

>> KLIK DI SINI UNTUK MEMBACA ARTIKEL SEPUTAR MATERIAL TEKNIK LAINNYA!

Kontributor: Daris Arsyada

By Caesar Wiratama

Sumber:

Callister, William D. Jr, dan Rethwisch, David G. 2018. Materials Science and Engineering An Introduction (10th ed). Amerika Serikat: John Wiley & Sons, Inc.