Postingan Populer

Pengerjaan Panas dan Dingin logam

Pengerjaan Panas dan Dingin

Baja atau besi ingot, pada umumnya masih memerlukan pengerjaan lanjut, untuk membentuknya menjadi benda yang lebih bermanfaat atau besi siap pakai. Bila ingot telah dingin ( suhu kamar) pembentuknya secara mekanis akan lebih sulit. Ingot yang masih panas jauh lebih mudah untuk di bentuk walaupun menimbulkan  kemungkinan negatif . Ada 2 (dua) jenis pengerjaan mekanik dimana logam mengalami deformasi plastik dan perubahan bentuk, yaitu pengerjaan panas dan pengerjaan dingin. Perbedaan pengerjaan panas dan pengerjaan dingin sulit di definisikan secara metalurgis. Pada pengerjaan panas, gaya deformasi yang di perlukan lebih rendah dan sifat mekanik tidak mengalami perubahan yang besar. Pada pengerjaan dingin, diperlukan gaya yang bedar dan kekuatan logam meningkat cukup tinggi. Deformasi plastik sendiri merupakan perubahan dari pengerjaan panas dan pengerjaan dingin logam.

Pengerjaan panas

Pengerjaan panas pada logam merupakan proses deformasi pada logam yang dilakukan pada kondisi temperatur dan laju regangan tertentu sehingga proses deformasi dan proses recovery terjadi secara bersamaan. Proses deformasi di lakukan di atas temperatur rekristalisasi. Pada temperatur ini, pengerasan regangan dan struktur butir yang terdeformasi akan segera tergantikan dengan struktur baru yang bebas regangan. Atau secara singkat pengerjaan panas dapat di definisikan sebagai proses merubah bentuk logam tanpa terjadi pencairan (T proses: T cair > 0,5), volume benda kerja tetap dan tak adanya geram (besi halus sisa proses).

Pengerjaan panas umumnya di lakukan pada temperatur di atas 0.6 temperatur lebur dengan laju regangan antara 0.5 sampai 500 detik-1. Sedangkan temperatur rekristalisasi dapat di tentukan dengan rumus : Trek = 0.5 Tmel (K) dimana Trek adalah tempertatur rekristalisasi dan .Tmel adalah temperature lebur bahan logam. Selama proses deformasi akan terjadi proses rekristalisasi dari butir – butir yang terdeformasi, sehingga benda kerja tidak mengalami pengerasan regangan atau selalu dalam keadaan bebas regangan dan lunak. Dengan demikian tingkat deformasi yang dapat di lakukan semakin besar dengan semakin tingginya temperatur.









 Dua jenis pengerjaan mekanik dimana logam mengalami deformasi plastik dan perubahan bentuk adalah pengerjaan panas dan pengerjaan dingin. Pada pengerjaan panas, gaya deformasi yang diperlukan adalah lebih rendah dan perubahan sifat mekanik tidak seberapa. Pada pengerjaan dingin, diperlukan gaya yang lebih besar, akan tetapi kekuatan logam tersebut akan meningkat dengan cukup berarti .
 Suhu rekristalisasi logam menentukan batas antara pengerjaan panas dan dingin .Pengerjaan panas logam dilakukan di atas suhu rekristalisasi atau di atas daerah pengerasan kerja. Pengerjaan dingin dilakukan di bawah suhu rekristalisasi dan kadang-kadang berlangsung pada suhu ruang. Suhu rekristalisasi baja berkisar antara 500 OC dan 700 OC.
Selama operasi pengerjaan panas, logam berada dalam keadaan plastik dan muda dibentuk oleh tekanan . pengerjaan panas mempunyai keuntungan-keuntungan sebagai berikut:
1. Porositas dalam logam dapat dikurangi. Batangan [ingot] setelah dicor umumnya   mengandung banyak lubang-lubang tersebut tertekan dan dapat hilang oleh karena pengaruh tekanan kerja yang tinggi
2. Ketidakmurnianan dalam bentuk inklusi terpecah-pecah dan tersebar dalam logam.
3. Butir yang kasar dan butir berbentuk kolum diperhalus. Hal ini berlangsung di daerah rekristalisasi.
4. Sifat-sifat fisik meningkat, disebabkan oleh karena penghalusan butir. Keuletan dalam logam meningkat.
5. Jumlah energi yang dibutuhkan untuk mengubah bentuk baja dalam keadaan panas jauh lebih rendah dibandingkan dengan energi yang dibutuhkan untuk pengerjaan dingin.
Proses utama pengerjaan panas logam adalah :
A. Pengerolan [rolling]
B. Penempaan [forging]
1. Penempaan palu
2. Penempaan timpa
3. penempaan umset
4. penempaan tekan penempaan pres
5. penempaan rol
6. Penempaan dingin
C. Ekstrusi
D. Pembuatan pipa dan tabung
E. Penarikan
F. Pemutaran panas
G. Cara khusus

PENEMPAAN
Penempaan palu
Pada proses penempaan logam yang dipanaskan ditimpa dengan mesin tempa uap diantara perkakas tangan atau die datar. Penempaan tangan yang dilakukan oleh pandai besi merupakan cara penempaan tertua yang dikenal. Pada proses ii tidak dapat diperoleh ketelitian yang tinggi dan tidak dapat pula dikerjakan pada benda kerja yang rumit. Berat benda tempa berkisar antara beberapa kilogram sampai 90 Mg
.


Gambar 3. Diagram yang menggambarkan jumlah pas dan urutan mereduksi penampang bilet 100 x 100 mm menjadi batang bulat.
Keuntungan dari pengerjaan panas logam :
·         Porositas dalam logam dapat dikurangi. Batangan hasil cor biasanya memiliki banyak lubang berisi udara. Lubang tersebut akan tertekan dan hilang akibat gaya kerja yang tinggi.
·         Sifat fisis logam akan meningkat, diakibatkan adanya penghalusan butir logam.
·         Jumlah energi untuk menghasilkan kerja dalam mengubah bentuk baja lebih sedikit ketimbang proses pembentukan dingin.
·         Ketidakmurnian dalam bentuk inklusi terpecah-pecah dan tersebar dalam logam.
·         Butir yang kasar dan butir berbentuk kolum di perhalus.karena hal ini berlangsung di daerah rekristalisasi,pengerjaan panas berlangsung terus sampai limit bawah tercapai dan menghasilkan struktur butir yang halus.



Sedangkan kerugian dari pengerjaan panas logam :
·         Terjadi oksidasi pada permukaan logam, kehilangan sebagian logam menjadi karat/kerak
·         Terjadi dekarburisasi pada permukaan, khusus baja
·         Terjadi penurunan kualitan permukaan akibat ter-rolling lapisan oksida
·         Dimesi produk kurang akurasi karena sulit memperhitungkan faktor ekspansi dan konstraksi yang terjadi
·         Ada kemungkinan terjadi hor shortness atau rapuh panas
·         Terjadi ketidak homogenan struktur pada permukaan dengan bagian dalam akibat perbedaan temperatur dan deformasi

Proses utama pengerjaan panas logam :
·         Pengerolan ( Rolling )
·         Penempaan ( Forging )
1.    Penempaan palu
2.    Penempaan timpa
3.    Penempaan upset
4.    Penempaan tekan, penempaan press
5.    Penempaan rol
6.    Penempaan dingin
·         Ekstrusi
·         Pembuatan pipa dan tabung
·         Penarikan
·         Pemutaran panas
·         Cara khusus

Pengerjaan dingin





Pengerjaan dingin pada logam merupakan proses deformasi yang dilakukan pada temperatur di bawah temperatur rekrisalisasi. Pada deformasi ini, temperatur akan mengakibatkan timbulnya distorsi pada butir. Pengerjaan dingin dapat meningkatkan kekuatan, memperbaiki mampu mesin, meningkatkan ketelitian dimensi, dan menghaluskan permukaan logam. 

Secara umum, proses pengerjaan dingin berakibat :
·         Terjadinya tegangan dalam logam, tegangan tersebut dapat dihilangkan dengan suatu perlakuan panas.
·            Struktur butir mengalami distorsi atau perpecahan.
·            Kekerasan dan kekuatan meningkat, namun keuletan akan menurun
·            Suhu rekristalisasi baja meningkat.
·            Penyelesaian permukaan lebih baik
·            Dapat diperoleh toleransi dimensi yang lebih ketat

Pengerjaan Dingin (Cold Working)


Secara definisi, Cold Working (Pengerjaan Dingin) ialah pembentukan logam plastis pada temperatur dibawah temperatur recrystalisasi (Deforming metal plastically at a temperature lower than recrystallization temperature). Terus, Apa itu temperatur recrystalisasi? Temperatur recrystalisasi ialah perkiraan temperatur minimum dimana logam yang dideformasi dingin akan mengalami rekristalisasi secara keseluruhan yang selesai dalam 1 jam (The approximate minimum temperature at wich complete recrystallization of a high cold worked metal occurs within a specified time, usually 1 hour).

Suatu logam dikatakan mengalami pengerjaan dingin (Cold Working) apabila butir-butir kristalnya berada dalam keadaan terdistorsi setelah mengalami deformasi plastik. Dalam keadaan ini pada kristal terdapat berbagai dislokasi setelah terjadi slip dan atau twinning.


Sebagai akibat dari pengerjaan dingin ini beberapa sifat mekanik akan mengalami perubahan, misalnya : Tensile StrenghtYield streghth dan Hardnessnya akan naik sedangkan keuletan (ductility) akan menurun sebanding dengan makin tingginya derajat deformasi dingin yang dialami.



Dari gambar diatas dapat kita analisa sebagai berikut : bahwa laju kenaikan Yield Strenght itu lebih tinggi dari pada laju kenaikan Tensile Strenght dan pada derajat deformasi yang lebih tinggi lagi perbedaan antara Yield Strenght dengan Tensile Strenght hanya sedikit sekali. Jadi apa maksudnya? Maksudnya adalah deformasi yang akan terjadi sebelum patah sedikit sekali (keuletannya rendah). Dan ini juga berarti bahwa akan sangat berbahaya bila menderformasikan logam yang telah mengalami derajat deformasi dingin yang cukup tinggi karena sewaktu-waktu dapat patah (putus).

Keterangan :  
The grain structure of a low carbon steel produced by cold working: (a) 10% cold work, (b) 30% cold work, (c) 60% cold work, and (d) 90% cold work (250). (Source: From ASM Handbook Vol. 9, Metallography and Microstructure, (1985) ASM International, Materials Park, OH 44073. Used with permission.)
 
Sebagaimana telah dikemukakan diawal bahwa akibat dari pengerjaan dingin adalah Tensile Strenght, Yield streghth dan Hardnessnya akan naik sedangkan keuletan (ductility) akan menurun sebanding dengan makin tingginya derajat deformasi dingin yang dialami. Selain itu juga perlu diketahui bahwa sebagian energi yang diberikan untuk mendeformasi logam itu dikeluarkan lagi sebagai panas dan sebagian lagi tetap tersimpan dalam struktur kristal sebagai energi dalam (tegangan dalam) yang dikaitkan dengan cacat kristal yang terjadi sebagai akibat dari deformasi. Jadi, secara sederhana bahwa setiap logam yang mengalami pengerjaan dingin itu pasti akan menyimpan sejumlah tegangan dalam sebagai akibat terjadinya sejumlah dislokasi.


Seumpama ada contoh kasus : Logam yang telah mengalami pengerjaan dingin ini dipanaskan kembali, apa yang terjadi? Maka terjadi suatu keadaan dimana atom-atom akan menerima sejumlah energi yang dapat dipakai untuk membentuk sejumlah kristal yang lebih bebas cacat dan bebas tegangan dalam. Nah, tahapan-tahapannya itu seperti berikut ini :


1. Recovery 
Pada Fase Recovery ini terjadi pada awal pemanasan kembali dan dengan temperatur pemanasan yang rendah (A low-temperature annealing heat treatment), hal ini bertujuan untuk mengurangi tegangan dalam yang terjadi selama deformasi dan pada tahapan ini belum terjadi perubahan sifat mekanik maupun struktur mikro.


2. Recrystallization
Pada fase rekristalisasi ini dilakukan pemanasan kembali dengan temperatur pemanasan yang lebih tinggi (A medium-temperature annealing heat treatment), hal ini bertujuan untuk mengeliminasi semua akibat dari pengerasan regangan yang terjadi (strain hardening) selama pengerjaan dingin. Rekristalisasi terjadi melalui tahapan nucleaction (pengintian) dan growth (pertumbuhan).


3. Grain growth 

Pertumbuhan dari batas butir dengan proses difusi yang bertujuan untuk mengurangi jumlah dari Area Batas Butir.







Keuntungan proses pengerjaan dingin adalah :
·            Tidak perlu pemanas
·            Kekuatan tarik akan lebih baik dari benda asalnya
·            Ketelitian atau dimensi yang lebih baik
·            Hasil permukaan benda kerja lebih baik
·            Bisa menghasilkan benda dengan ukuran seragam

Kerugian proses pengerjaan dingin adalah :
·            Daya pembentukan yang diperlukan lebih besar
·            Peralatan yang diperlukan umumnya besar dan kuat
·            Struktur kristal besar dan kasar sehingga lebih keras tapi rapuh
·            Waktu proses yang lebih lama

 Proses pada pengerjaan dingin :
·            Penarikan
·            Penekanan
·            Pelengkungan
·            Berenergi tinggi

Subscribe to receive free email updates:

2 Responses to "Pengerjaan Panas dan Dingin logam"