ANALISIS UMUR PAHAT BUBUT BAJA KECEPATAN TINGGI mm. Lebar keausanflank pahat (VB) bubut diukur...

download ANALISIS UMUR PAHAT BUBUT BAJA KECEPATAN TINGGI mm. Lebar keausanflank pahat (VB) bubut diukur dengan

of 5

  • date post

    10-Mar-2019
  • Category

    Documents

  • view

    218
  • download

    0

Embed Size (px)

Transcript of ANALISIS UMUR PAHAT BUBUT BAJA KECEPATAN TINGGI mm. Lebar keausanflank pahat (VB) bubut diukur...

Analisis Umur Pahat Bubut Baja Kecepatan Tinggi Yang DiimpLantasi Ion Nitrogen (Mudjijana)

ANALISIS UMUR PAHAT BUBUT BAJA KECEPATANTINGGI YANG DIIMPLANTASI ION NITROGEN

MudjijanaPusat Studi Ilmu Teknik, Jurusan Teknik Me~in,

J), Bulaksumur, UGM, Yogyakarta

ABSTRAK

ANALISIS UMUR PAHAT BUBUT BAJA KECEPATAN TINGGI YANG DllMPLANTASI ION NITROGEN.Bahan HSS dibuat benda uji berukuran IOxlOxl0 mm untuk diimplantasi ion nitrogen dengan 6 variasi energi dan dosis ion.SampeJ basil implantasi ini diuji kekerasannya dengan mikro hardness Vickers dengan beban 1 0 grt~ kemudian dianaJisis untukmendapatkan kekerasan maksimal. Kondisi dosis dan energi pada basil nilai kekerasan Vickers maksimal, digunakan untukmengimplantasi sisi potong pahat baja kecepatan tinggi. Pahat bubut yang tidak diimplantasi dan diimplantasi dipakai untukmembubut baja karbon medium dengan 6 variasi kecepatan potong dengan laju pengumpanan 0,09 mm/putaran dan tebal pemotongan1 mm. Lebar keausanflank pahat (VB) bubut diukur dengan travelling microscope sampai mencapai VB = ...{},3 mm dan dicatat

waktu pemakaiannya. Hasil penelitian menunjukkan nilai kekerasan maksimal dicapai pada energi 100 keY dan dosis ion2,516 x 1016 ion/cm2 yaitu 1219 VHN 0,01, dan kekerasan awal sebesar 595 VHN 0,01. Pahat bubut yang diimplantasi ionnitrogen pada energi dan dosis ini, pada kecepatan potong 25 rnlmenit menghasilkan peningkatan umur pahat 83 0/0.

Kala kunci : lmplantasi ion-nitrogen, dosis ion, hardness, baja kecepatan tinggi, umur rahat

ABSTRACT

THE ANALYSIS OF TURNING TOOL LIFE ON NITROGEN-ION-IMPLANTED HIGH SPEED STEEL. HSSmaterials was made a specimen of 10 x 10 x 10 mm dimensions tor being implanted with nitrogen ion with 6 variations of energiesand ion doses. The nitrogen ion implanted HSS were tested with mikro Vickers hardness of 10 grf, and were analyzed so that amaximum hardness number can be determined. The condition of ion energy and dose of the maximum hardness number was usedto implant HSS turning tool cutting edge. Unimplanted and implanted turning tool were applied to turn a medium carbon steelwith cutting speed variations with teeding of 0.09 mmlrevolution and cutting thickness of 1 mm. 'Wear flank width on turning toolwas measured using a travelling microscope until to VB 0 --{).3 mm and tool life was recorded. The result of the research shows

that maximum hardness number was tound at energy of IOD keY and ion dose of2.516 x 1016 ion/cm2 that is 1219 VHN 0.01 tromthe initial hardness number of595 VHN 0.01. The turning tool of nitrogen-ion implanted on this energy and dose, at cutting speedof 25 mlminute improved the tool lite by 83%.

Key words: Nitrogen-ion implantation, ion dose, hardness, high speed steel, tool lite

Telah diteliti profil kekerasan mikro basil

implantasi ion nitrogen pada bahan karbida tungsten

(WC) danbaja tempa [3].lmplantasi dibawah suhu200oC

menghasilkan pelunakan karbida tungsten, tetapi

implantasi pada suhu 500C menghasilkan kekerasan

yang berarti. Penganilan setelah implantasi ion tidak

merubah kekerasannya. Implantasi ion pada karbida

tungsten (WC) dapat memberikan kekerasan mikro

maksimum dengan dosis ion 2 x 1017 ionlcm2 pada energi

50 keY Sedangkan implantasi ion nitrogen pacta baja

tempa (0,4%C, 0,8%Mn) pada suhu 225C dengan dosis

7 x 1017 ion/cm2pada energi 50 keY mernberikankekerasan

mikro berarti sampai kedalaman 5 1.I.ffi. Telah dilakukan

juga sturn tentang mikroanalitik permukaan 5 macam

bahan baja (1018,52100, M-2, 440C, dan 304) yang

diimplantasi ion nitrogen. Mikroanalisis dilakukan

dengan Secondary Ion Mass Spectrocopy (SIMS)

PENDAHULUAN

Umur pabat bubut mempakan tinjauan ekonomi

paling penting pacta pemotongan logam. Peningkatankualitas pahat akan meningkatkan umur pahat yangmenguntungkan [I]. Untuk meningkatkan umur pahatdari HSS akan dicoba bahan pahat ini diimplantasi ionw+ dengan menggunakan akselerator ion pada sisipotongnya. Tujuan penelitian ini adalah menganlatipengamh kecepatan potong (V) terhadap umur pahat(T) bubut HSS yang diimplantasi ion N2+ padapermukaan sisi potongnya. Kedalaman lapisan nitridabesi pada sisi potong pahat bubut dipengaruhi olehvariasi dosis ion N2+ (D), energi kinetik rerata (Eo)' danlamanya proses implantasi (t). Umur pahat ditentukandengan lebar keausan VB~0,3 mm. Pahat bubut HSSbanyak digunakan untuk membubut logam-logam lunakdan mempunyai komposisi C = 0,7 %, Cr = 4 %, V = 1 %,

danW= 18%[2].

147

Prosiding Pertemuan llmiah lbnu Pengetahuan dan Teknologi Bahan 2002Serpong, 22 -23 Oktober 2002 lSSN 1411-221,

ditunjukkan pada Gambar 1 [1,10]. Sedangkan umurpabat bubut adalah waktu pemotongan yang diperlukanuntuk mencapai kriteria umur pabat.

Antara umur pabat (T) dengan kecepatan potong(V) , Taylor telah menentukan hubungan yang dapatditulis sebagai berikut [I],

Yr'=C (1)

dengan, n = KonstantaV = Kecepatan potong, mlmenitT = Umur pabat, menitC = Konstanta

Kecepatan potong pahat dihitung denganpersarnaan [1,S,II]

V=7tDn/lOOO (2)

menunjukkan babwa pada bahan baja 1018 dan 304 dapatdiimplantasi ion nitrogen lebih banyak dibandingkandengan bahan baja yang lain [4]. Imp1antasi ion nitrogenpacta baja perkakas dapat memperbaiki ketahanan aus[5]. Implantasi ion nitrogen pada bahan pabat krom tinggiakan mengurangi laju keausan karena akan terbentuktegangan sisa tekan pacta lapisan permukaan berupanitrida keras [6]. Telah dilakukan pula analisis unsurnitrogen yang terimplantasi pada bahan besi (Fe) denganFNAA ( Fast Neutron Activation Analysis) [7]. Padapenelitian ini diperoleh basil untuk dosis 2 x 1017 ionlcm2dan energi 30 keY, kandungan unsur N2+ yangterimplantasi 8%atau 2,3% berat.

Sudut tata1 dan jalan bebas pahat bubutbervariasi tergantung pacta macam bahan yangdikerjakan. Untuk bahan yang dibubut daTi bahan bajakarbon medium dibuat sudut tatal-1 00 -150 dan sudutjalan bebas 60 -120 [8,9]. Untuk pemotongan kasardianjurkan 60-80 SFPM (Surface Feet Per Minute) daDuntuk pemotongan akhir dianjurkan 100 SFPM.Sedangkan umur pahat tergantung pada suhupemotongan, patahnya ujung pabat, dan keausan pabat.Panas pada ujung pahat akan menyebabkan pahatmenjadi lunak dan pabat akan menjadi aus dan patahnyaujung pahat. Patahnya ujung pahat disebabkan gayapemotongan ujung pahat terlalu besar dan pabat kurangsempurna ikatannya dapat terjadi getaran daD chatter.Pemilihan kecepatan potong pahat tergantung pactajenis bahan, besar pemakanan, dalarnnya pemotongan,kualitas permukaan akhiryang diinginkan, kondisi mesin,jenis pahat potong dan pendinginan yang digunakan.Kriteria umur pabat didefinisikan sebagai nilai ambangukuran keausan pabat. Kriteria yang direkomendasikanoleh ISO untuk mendefinisikan umur pabat efektifpadapabat baja kecepatan tinggi atan pabat keramik ada1ah

(1) Kegagalankatastropik, (2) VB~0,3 rnrnjikakeausanflank teratur dalam zona B, (3) VBrnlX = 0,6 mm jika

keausanflanktidak teratur dalam zona B. Untuk keansanpahat ujnng tungga1 da1am operasi pembubutan

dengan, V = kecepatan potong , mlmenitD = diameter benda keIja, mn = putaran benda keIja, Rpm

Pahat bubut yang diimplantasi ion w+ akanmenjadi lebih keras dan mempunyai ketahanan aus lebihtinggi sehingga dapat menaikkan umur pahat. Baja tahankarat yang diimplantasi ion nitrogen dapat meningkatkankekerasan sampai 200% pada dosis 2, 79906xl 017 ion/cm2dan energi 50 keY [12]. Demikian pula baja karbonmedium yang diimplantasi ion w+ dapat menaikkankekerasan sampai 24% pada dosis ion4,4785 x 1017 ion/cm2danenergi60keV[13]. Teba1lapisankeras dipengaruhi oleh dosis ion nitrogen (D), energikinetik rata-rata (Eo), dan lamanya implantasi ion.Besarnya dosis ion dapat ditentukan dengan

persamaan [14],

D = It/eA (3)

dengan, D = dosis ion, ionlcm2t = lamanya implantasi , detikI = arus ion, Amperee = muatan keunsuran elektron,

1,6 x 10-19 coulombA = luas berkas ion, 19,63 cm2

METODEPENELITIAN

Pahat bubut ujung tunggal dan operasipembubutan ditunjukkan pada Gambar 2. Bahan pahatbubut HSS dibuat 36 benda uji 10 x 10 x 10 mmdiimplantasi ion N2+ dengan akselerator ionmenggunakan 6 variasi dosis ion (D) dan energi (Eo)untuk mencari kekerasan mikro Vlckers(VHN) maksimal.Tebal lapisan tipis nitrida besi dan bentuk keausandibagian sisi potong pahat bubut basil implantasi ionnitrogen diamati dengan SEM. Selanjutnya bahan HSSdengan ukuran penampang lOx 10 mm dan panjang120 mm dengan mesin gerinda potong pahat dibuat36 buah pahat bubut seperti ditunjukkan pada Gambar 2dengan sudut jalan bebas (a.) = 8:r:1 , sudut tatal(y) = 10,5:f:1,5, sudutpotong (~) = 73,5:f:1.5, 18buah

~A.A

VI.f ~Gambar 1. Macam.maca~ keausan pahat ujung

tunggal [1].

148

4nalisis Umur Pahat Bubut Baja Kecepatan Tinggi Yang Diimplantasi Ion Nitrogen (Mudjijana)

diimplantasi ion w+ pada sisi potongnya pada kondisienergi dan dosis ion yang memberikan nilai kekerasanVickers maksimal. Delapan belas (18) buah pabat yangtidak diimplantasi clan 18 diimplantasi dipakai untukmembubut bahan baja karbon medium dengan variasi

kecepatan potong (V) dengan laju pemakanan0,09 mm/putaran dan tebalpemotongan 1 mm. Umurpahat ditentukan saat Ie bar keausan mencapaiVB ~ 0,3 mm diukur dengan travelling microscope.

Selanjutnya analisis semua data pengujian dan dibuatkurva umur pahat (T) sebagai fungsi kecepatan

potong (Y)o

Tabell. Angka kekerasan Vickers pada permukaanbahan pahat HSS setelah diimplantasi ion nitrogenberbagai energi (a) clan diimplantasi ion nitrogenberbagai dosis (b).

a. Angka kekerasan Vickers dengan berbagai variasi energi Eo

b. Angka kekerasan Vickers dengan berbagai dosis ion

No