PEMBENTUKAN LOGAM

Prinsip dasar pembentukan logam merupakan proses yang dilakukan dengan cara memberikan perubahan bentuk pada benda kerja. Perubahan bentuk ini dapat dilakukan dengan cara memberikan gaya luar sehingga terjadi deformasi plastis. Aplikasi pembentukan logam ini dapat dilihat pada beberapa contohnya seperti pengerolan (rolling), pembengkokan (bending), tempa (forging), ekstrusi (extruding), penarikan kawat (wire drawing), penarikan dalam (deep drawing), dan lain-lain. Dalam proses pembentukan

logam inipun digunakan perkakas (tooling) yang fungsinya memberikan gaya terhadap benda kerja, serta mengarahkan perubahan bentuknya. Secara makroskopis, deformasi dapat dilihat sebagai perubahan bentuk dan ukuran. Perubahan bentuk yang terjadi dapat dibedakan atas deformasi elastis dan deformasi plastis.

Deformasi elastis adalah perubahan bentuk yang terjadi bila ada gaya yang bekerja, serta akan hilang bila bebannya ditiadakan. Dengan kata lain bila beban ditiadakan, maka benda akan kembali ke bentuk dan ukuran semula. Sedangkan deformasi plastis adalah perubahan bentuk yang permanen, meskipun bebannya dihilangkan maka kondisi benda akan tetap berubah bentuknya sesuai dengan bentuk yang dikenakan pada benda tersebut.

Proses pembentukan logam jika dibandingkan dengan proses-proses lainnya mempunyai kedudukan yang berbeda dari beberapa proses pembentukan logam lainnya . Pendekatan secara teori teknik pembentukan logam perlu dikaji dari tiga bidang utama, yaitu: bidang teknologi proses yang menyangkut geometri dan kondisi serta parameter proses. Bidang mekanika yang diperlukan untuk memperkirakan gaya, daya serta energi pembentukan. Bidang metalurgi yang membahas perubahan-perubahan sifat material akibat proses pembentukan. Pembahasan pada bab ini lebih dititik beratkan pada bidang pertama dan ke dua yaitu teknik pembentukan pelat yang di kaji melalui bidang geometri dan kondisi serat bidang mekanika yaitu tentang gaya, daya serta energi pembentukan. Tujuan proses pembentukan pelat yang utama adalah mengubah bentuk benda kerja menjadi bentuk yang dikehendaki. Di industri jenis proses pembentukan logam sangat banyak ditemukan. Pengkajian proses-proses pembentukan tersebut diklasifikasikan dengan berbagai cara, yaitu: berdasarkan daerah temperatur pengerjaan, berdasarkan jenis gaya pembentukan, berdasarkan bentuk benda kerja, dan berdasarkan tahapan produk.

Berdasarkan temperatur pengerjaan temperatur pengerjaannya, proses pembentukan dapat diklasifikasikan menjadi dua kelompok besar, yaitu: pengerjaan panas (hot working) dan pengerjaan dingin (cold working).

Proses Pengerjaan Dingin

Proses pengerjaan dingin (cold working) yang merupakan pembentukan plastis logam di bawah suhu rekristalisasi pada umumnya dilakukan disuhu kamar jadi tanpa pemanasan benda kerja. Suhu rekristalisasi yang dimaksud adalah suhu pada saat bahan logam akan mengalami perobahan struktur mikro. Perobahan struktur mikro ini akan mengakibatkan perobahan karakteristik bahan logam tersebut. Cold working sangat baik untuk produksi massal, mengingat diperlukannnya mesin-mesin yang kuat dan perkakas yang mahal.

Produk-produk yang dibuat biasanya harganya sangat rendah. Selain itu material yang menjadi sampah relatif lebih kecil daripada proses pemesinan.Pada kondisi ini logam yang dideformasi mengalami peristiwa pengerasan regangan (strain-hardening). Logam akan bersifat makin keras dan makin kuat tetapi makin getas bila mengalami deformasi. Hal ini menyebabkan relatif kecilnya deformasi yang dapat diberikan pada proses pengerjaan dingin. Bila dipaksakan suatu perubahan bentuk yang besar, maka benda kerja akan retak akibat sifat getasnya. Proses pengerjaan dingin tetap menempati kedudukan yang khusus, dalam rangkaian proses pengerjaan.

Langkah deformasi yang awal biasanya adalah pada temperatur tinggi. Misalnya proses pengerolan panas. Balok ingot, billet ataupun slab di rol panas menjadi bentuk yang lebih tipis, misalnya pelat.Pada tahapan tersebut deformasi yang dapat diberikan relatif besar. Namun proses pengerolan panas ini tidak dapat dilanjutkan pada pelat yang relatif tipis. Memang mungkin saja suatu gulungan pelat dipanaskan terlebih dahulu pada tungku sampai temperaturnya melewati temperatur rekristalisasi. Akan tetapi bila pelat tersebut di rol, maka temperaturnya akan cepat turun sampai di bawah temperatur rekristalisasi. Hal ini disebabkan oleh besarnya panas yang berpindah dari pelat ke sekitarnya. Pelat yang tipis akan lebih cepat mengalami penurunan temperatur dari pada pelat yang tebal.

Proses deformasi yang dilakukan pada benda kerja yang luas permukaan spesifikasinya besar (luas spesifik adalah luas permukaan dibagi dengan volume) hanyalah proses pengerjaan dingin. Beberapa contohnya adalah proses pembuatan pelat tipis (sheet) dengan pengerolan dingin, proses pembuatan kawat dengan proses penarikan kawat (wire drawing) serta seluruh proses pembentukan terhadap pelat (sheet metal forming).

           

Keuntungan Proses Pengerjaan Dingin

Keuntungan dari pembentukan dingin diantaranya:

Ø  Tidak dibutuhkan pemanasan

Ø  Permukaan yang lebih baik

Ø  Ketelitian yang lebih baik

Ø  Ukurannya bisa seragam

Ø  Kekuatan tariknya akan lebih baik dari bahan asalnya

Kelemahan cold working

n  Diperlukan gaya yang lebih besar untuk memulai dan menyelesaikan proses cold work

n  Diperlukan perangkat yang lebih berat dan lebih kuat

n  Kurang keuletan

n  Permukaan logam harus bersih bebas sisik

n  Anneal antara mungkin diperlukan untuk mengkompen-sasi hilang keuletan yang menyertai strain hardening

n  Pemberian sifat yang terarah mungkin merusak

n  Tegangan sisa yang tak diinginkan mungkin diproduksi

Sifat logam pada cold working

Kesesuaian suatu logam untuk dicold work ditentukan oleh sifat keuletan, di mana sifat ini merupakan konsekuensi langsung dari struktur metalurgis. Kemudian proses cold work mengubah struktur logam dan pada akhirnya mengubah sifat keuletan produk

Akibat proses pengerjaan dingin, secara umum:

1) Terjadinya tegangan dalam logam, yang dapat dihilangkan dengan suatu perlakuan panas.

2) Struktur butir mengalami distorsi/ perpecahan.

3) Kekerasan dan kekuatan meningkat, hal ini seiring dengan kemunduran dalam keuletan.

4) Suhu rekristalisai baja meningkat.

5) Penyelesaian permukaan lebih baik.

6) Dapat diperoleh toleransi dimensi yang lebih ketat

Alasan terpenting pada pengerjaan pembentukan dengan cold working ini yaitu: untuk menghasilkan hasil permukaan yang lebih baik dan ketepatan ukuran yang lebih baik dibutuhkan beberapa persiapan spesial yang diberikan pada logam sebelum proses cold working.

Yang pertama logam harus bebas dari kerak. Ini untuk menghindari keausan dari perkakas yang digunakan dalam cold working. Kerak dihilangkan dengan pickling dimana logam dicelupkan ke dalam asam dan kemudian dicuci. Persiapan kedua, dalam pesanannya untuk mendapatkan ukuran tebal pelat yang seseragam mungkin (toleransi kecil) dilakukan proses cold rolling ringan, perlakuan ketiga yaitu diberikannya pada logam dengan proses annealing ini sesuai keperluan, terutama kalau prosesnya mengadakan deformasi yang besar. Kadang-kadang logam harus dilakukan padanya proses straightening yaitu proses pelurusan dengan rol bila pelat atau kawat yang digunakan kurang lurus.

Beberapa contoh proses pembentukan logam untuk pengerjaan dingin dapat dilihat pada gambar berikut:

Gambar 9.2 Pemotongan

Gambar 9.2 di atas memperlihatkan proses pemotongan pelat dengan gaya geser, pemotongan ini aplikasinya dapat dilihat pada gunting tangan maunpun gunting mesin tenaga hidrolik.

Gambar 9.3 Penembukan

Pada gambar 9.3 merupakan gambar pada proses blanking atau penembukan. Penembukan dilakukan dengan menggunakan punch dan dies.

Gambar 9.4 Penembukan dengan penahan pegas

Gambar proses blanking dengan sistem penembukan lobang melalui penahan pegas pada dies. Proses ini menggunakan penekan stopper untuk menahan pelat pada saat proses penembukan berlangsung.

PROSES PENGERJAAN PANAS

Adalah 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).

Keuntungan hot working:

n  Pada suhu hot working, rekristalisasi mengeliminasi efek dari strain hardening (pengerasan regang) sehingga tidak ada keniakan signifikan dalam kekuatan yield atau kekerasan atau penurunan keuletan.

n  Kurva stress-strain sebenarnya mendatar di atas titik yield dan deformasi dapat dipakai mengubah secara drastic bentuk logam tanpa takut akan retak atau diperlukan gaya yang sangat besar.

n  Mengurangi atau menghilangkan ketidakhomogenan kimiawi

n  Pori-pori dapat dilas atau direduksi ukurannya selama deformasi

n  Struktur metalurgis dapat diubah untuk meningkatkan sifat akhir

n  Pada baja pada suhu rekristalisasi deformasi terjadi pada struktur Krista austenit FCC yang lemah dan ulet dari pada ferrit BCC yang kuat dan stabil pada suhu rendah.

Kelemahan hot woking:

n  Suhu tinggi dari hot working meningkatkan reaksi logam dengan sekitarnya

n  Toleransi yang miskin karena pemendekan termal dan kemungkinan pendinginan yang tidak uniform

n  Struktur metalurgis mungkin juga tidak uniform Karena ukuran butir akhir tergantung pada reduksi, suhu pada akhir deformasi dan faktor yang lain yang  bervariasi sepanjang benda kerja

n  Bila logam dipanaskan ulang tanpa deformasi sebelumnya maka logam akan mengalami pertumbuhan butir dan penurunan secara konkuren dalam sifatnya.

n  Namun bila logam telah mengalami deformasi sebelumnya maka struktur yang terdistorsi secara cepat diganti dengan ‘butir bebas rengangan’ baru.

n  Kemudian rekristalisasi diikuti dengan salah satu dari

1.      pertumbuhan butir atau

2.      deformasi tambahan dan rekristalisasi

3.      penurunan suhu secara tajam untuk memberhentikan difusi dan membeku dalam struktrur teriskritalisasi.

Sifat logam dapat ditingkatkan dengan:

n   Mengganti struktur awal dengan yang lebih bagus, dapat dihasilkan peningkatan kekuatan, keuletan dan ketangguhan

n  Reorientasi partikel inklusi atau pengotor yang ada pada logam