TUGAS PROSES MANUFAKTUR Metalurgi Serbuk Oleh : Dana Selvia 1310932021

TUGAS
PROSES 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 :
PenekananPenekanan
Penekanan
Penekanan
Cara Pembentukan SerbukCara Pembentukan SerbukPemampatan EksplosifPemampatan EksplosifPengerolanPengerolanProses Serat LogamProses Serat LogamPeningkatan Kepadatan secara SentrifugalPeningkatan Kepadatan secara SentrifugalPencetakanPencetakanSecara IsostatikSecara IsostatikSecara HidrostatikSecara HidrostatikSinter gravitasiSinter gravitasiEkstruksiEkstruksiCetakan SlipCetakan Slip
Cara Pembentukan Serbuk
Cara Pembentukan Serbuk
Pemampatan Eksplosif
Pemampatan Eksplosif
Pengerolan
Pengerolan
Proses Serat Logam
Proses Serat Logam
Peningkatan Kepadatan secara Sentrifugal
Peningkatan Kepadatan secara Sentrifugal
Pencetakan
Pencetakan
Secara Isostatik
Secara Isostatik
Secara Hidrostatik
Secara Hidrostatik
Sinter gravitasi
Sinter gravitasi
Ekstruksi
Ekstruksi
Cetakan Slip
Cetakan Slip













Diagram 1. Berbagai cara pembentukan serbuk




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. Lingkungan sangat 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 dihasilkan
Keuntungan 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)