Pengaruh Temperatur Sinter

12
JURNAL AUSTENIT VOLUME 3, NOMOR 2, OKTOBER 2011 dq ~53~ PENGARUH TEMPERATUR SINTER TERHADAP KEKERASAN ELEKTRODA TEMBAGA-5%KARBON YANG DIBUAT DENGAN METODE SERBUK METALURGI Ahmad Junaidi, Dicky Seprianto *) *) Staf Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Sriwijaya Jl.Srijaya Negara Bukit Besar Palembang 30139 Telp: 0711-353414, Fax: 0711-453211 RINGKASAN Dikenal berbagai material yang dapat dipergunakan untuk bahan elektroda EDM yang harus memiliki sifat tahan panas dan stabil dengan konduktivitas listrik dan tahan terhadap deformasi plastis pada temperature tinggi. Salah satu diantaranya adalah tembaga karbon yang termasuk paduan logam dengan partikel serbuk. Tujuan penelitian adalah membuat material tersebut yang terdiri dari tembaga dengan karbon secara metalurgi serbuk melalui pemaduan mekanik. Penelitian dilakukan dengan cara konsolidasi melalui pembebanan kompaksi dan disusul dengan sinter. Rangkaian percobaan dilakukan terhadap berbagai variasi kompaksi dan variasi suhu sinter dengan komposisi 95%Cu dan 5%C. Percobaan dilakukan di laboratorium teknik mesin dan kimia Polsri. Terhadap tiap benda uji dilakukan percobaan kekerasan. Dari hasil percobaan ternyata bahwa secara umum terdapat kecendrungan dengan meningkatnya beban kompaksi, kekerasan akan meningkat, makin tinggi suhu sinter makin baik konsolidasi serbuk. Hasil penelitian yang diperoleh belum dapat dikatakan sempurna, khususnya pengendalian lingkungan sarana sinter dan proses pembebanan kompaksi. Disarankan agar penelitian ini dilanjutkan dengan percobaan pembuatan elektroda EDM dan percobaan pemotongan dengan EDM sesungguhnya. Kata kunci : Metalurgi serbuk, kompaksi dan sintering PENDAHULUAN Latar Belakang Sejak tahun 2001, industri metalurgi serbuk mengalami pertumbuhan yang signifikan sebesar 11% pertahun. Tahun 2002, Amerika utara membutuhkan 368.000 ton besi dalam komponen manufaktur metalurgi serbuk. Akan tetapi, penelitian dibidang metalurgi serbuk di Indonesia relatif sangat kecil apabila dibandingkan dengan negara maju, seperti dikawasan Asia, misalnya Jepang, Cina dan India, yang merupakan pioner pengembangan teknologi metalurgi serbuk untuk aplikasi komponen otomotif. Tembaga murni digunakan sebagai cutting tool pada Mesin EDM. Mesin EDM (Elektric Discharge Machine) adalah mesin yang memotong benda kerja dengan menguapkan benda kerja dan spark discharge yang diberikan oleh power supply. Jarak antara benda kerja dan alat iris ditahan tetap. Pemotongan dilakukan di dalam cairan dielektrik, cairan dielektrik ini digunakan sebagai pendingin dan sekaligus pembersih tatal dari permukaan benda kerja. Dengan mesin ini, toleransi

description

liat aja

Transcript of Pengaruh Temperatur Sinter

Page 1: Pengaruh Temperatur Sinter

JURNAL AUSTENIT VOLUME 3, NOMOR 2, OKTOBER 2011

dq

~53~

PENGARUH TEMPERATUR SINTER TERHADAP KEKERASAN ELEKTRODATEMBAGA-5%KARBON YANG DIBUAT DENGAN

METODE SERBUK METALURGI

Ahmad Junaidi, Dicky Seprianto *)*) Staf Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Sriwijaya

Jl.Srijaya Negara Bukit Besar Palembang 30139Telp: 0711-353414, Fax: 0711-453211

RINGKASAN

Dikenal berbagai material yang dapat dipergunakan untuk bahan elektroda EDMyang harus memiliki sifat tahan panas dan stabil dengan konduktivitas listrik dantahan terhadap deformasi plastis pada temperature tinggi. Salah satu diantaranyaadalah tembaga karbon yang termasuk paduan logam dengan partikel serbuk.Tujuan penelitian adalah membuat material tersebut yang terdiri dari tembagadengan karbon secara metalurgi serbuk melalui pemaduan mekanik. Penelitiandilakukan dengan cara konsolidasi melalui pembebanan kompaksi dan disusuldengan sinter. Rangkaian percobaan dilakukan terhadap berbagai variasi kompaksidan variasi suhu sinter dengan komposisi 95%Cu dan 5%C. Percobaan dilakukan dilaboratorium teknik mesin dan kimia Polsri. Terhadap tiap benda uji dilakukanpercobaan kekerasan. Dari hasil percobaan ternyata bahwa secara umum terdapatkecendrungan dengan meningkatnya beban kompaksi, kekerasan akan meningkat,makin tinggi suhu sinter makin baik konsolidasi serbuk. Hasil penelitian yangdiperoleh belum dapat dikatakan sempurna, khususnya pengendalian lingkungansarana sinter dan proses pembebanan kompaksi. Disarankan agar penelitian inidilanjutkan dengan percobaan pembuatan elektroda EDM dan percobaanpemotongan dengan EDM sesungguhnya.

Kata kunci : Metalurgi serbuk, kompaksi dan sintering

PENDAHULUANLatar BelakangSejak tahun 2001, industri metalurgiserbuk mengalami pertumbuhan yangsignifikan sebesar 11% pertahun.Tahun 2002, Amerika utaramembutuhkan 368.000 ton besi dalamkomponen manufaktur metalurgiserbuk. Akan tetapi, penelitian dibidangmetalurgi serbuk di Indonesia relatifsangat kecil apabila dibandingkandengan negara maju, sepertidikawasan Asia, misalnya Jepang, Cinadan India, yang merupakan pionerpengembangan teknologi metalurgi

serbuk untuk aplikasi komponenotomotif.

Tembaga murni digunakan sebagaicutting tool pada Mesin EDM. MesinEDM (Elektric Discharge Machine)adalah mesin yang memotong bendakerja dengan menguapkan benda kerjadan spark discharge yang diberikanoleh power supply. Jarak antara bendakerja dan alat iris ditahan tetap.Pemotongan dilakukan di dalam cairandielektrik, cairan dielektrik ini digunakansebagai pendingin dan sekaliguspembersih tatal dari permukaan bendakerja. Dengan mesin ini, toleransi

Page 2: Pengaruh Temperatur Sinter

VOLUME 3, NOMOR 2, OKTOBER 2011 JURNAL AUSTENIT

~54~dq

pemotongan antara 0,005 sampai0,125 mm bisa didapatkan, sehinggakeausan alat iris sangat mempengaruhiketelitian dimensi hasil pemotongan,sedangkan keausan alat iris tergantungpada titik lebur keduanya, yaitu bendakerja dan alat iris. Titik cair tembagasekitar 10830C, sedangkan temperaturpercikan api pada celah elektroda danbenda kerja mencapai 38000C. Titiklebur tembaga yang rendahmenyebabkan keausan yang terlalutinggi dibandingkan dengan bagianbenda kerja yang bisa dihilangkan [6].

Tembaga sebagai elektroda memilikikeuntungan lebih dibandingkangraphite, karena bentuk keausan ketikadigunakan (discharge-dressing) lebihbaik. Elektroda ini setelah digunakanmengerjakan satu benda kerja,sesudahnya dapat digunakan lagi untukproses pengerjaan finishing ataudigunakan untuk mengerjakan bendakerja yang lain. Elektroda tembaga nonserbuk mempunyai kriteria asfek fisisberupa densitas yaitu 8,96 gr/cm3, titik

leleh 1084,620C dan dari segi asfekmekanik yaitu berupa kekerasan brinell874 Mpa, tahanan listrik (200C) 16.78n .m, konduktivitas panas (3000K) 401W.m-1.K-1, dan lain sebagainya.

Fungsi elektroda adalahmenghantarkan tegangan listrik danmengerosi benda kerja menjadi bentukyang diinginkan. Bahan elektroda yangberbeda memberikan pengaruh yangsangat besar terhadap prosespemesinan. Ketika memilih bahanelektroda dan merencanakan carapembuatannya, faktor-faktor berikutharus diperhitungkan:• Harga bahan elektroda.• Kemudahan

pembuatan/membentuk elektroda.• Jenis dari hasil yang diinginkan

(misalnya kehalusan).• Besaran keausan elektroda.• Jumlah elektroda yang diperlukan

untuk menyelesaikan sebuahbenda kerja.

• Kecocokan jenis elektroda denganjenis pengerjaan.

Gambar 1. Proses Pemesinan dengan EDM

Alat iris (elektroda) EDM yang biasadigunakan di PT X terbuat dari tembagapadat yang di diberi perlakuanpemesinan guna membentuk alat iris.Umur alat iris dengan bahan ini hanyasekitar 20 kali pemakaian [1] .

Sesudah itu alat iris harus digantikarena dimensinya sudah berubah

karena aus. Pada penelitian ini akandibuat alat iris dengan bahan yang baruyaitu Cu-C dengan teknologi serbuk(Powder technology) yang akanmenggunakan serbuk Cu sebagaibahan utama dan serbuk C sebagaibahan tambah.

Page 3: Pengaruh Temperatur Sinter

JURNAL AUSTENIT VOLUME 3, NOMOR 2, OKTOBER 2011

dq

~55~

PERUMUSAN MASALAHSalah satu metode pembuatanelektroda EDM yaitu dengan metodeserbuk metalurgi yang dikenal denganpowder metallurgy methode,menggunakan bahan serbuk tembagasebagai bahan utama dan serbukkarbon sebagai bahan tambah yangkemudian mengalami prosespembentukan sampai menjadi bentukmaterial baru sesuai dengan standaryang digunakan.

Penelitian yang diajukan adalah untukmeneliti bahan pengganti tool untukEDM sehingga didapatkan alat iris yanglebih panjang umur pemakaiannya.Bahan yang akan diteliti adalah paduanCu-C. Permasalahan yang akan diteliti

adalah : Meneliti perubahan sifat fisisdan mekanis dengan adanya variasitekanan kompaksi sebesar 200 MPa,300 MPa, dan 400 MPa dan variasisuhu sinter 700oC, 800oC dan 900oCselama 60 menit pada campurantembaga dengan fraksi berat 5%carbon.

TINJAUAN PUSTAKAHasil Penelitian TerdahuluHasil pengujian dari berbagai variasisuhu sinter, persen berat tambahan,tekanan pemadatan yang sesuai akanmenaikkan hasil pengujian mekanisseperti kekerasan dan keausan.penelitian mengenai metalurgi ini telahditeliti antara lain di tunjukkan di dalamtable 1.

Tabel 1. Hasil Penelitian Terdahulu

No Nama Peneliti Hasil akhir Penelitian

1 Afrizal (2006)menggunakan karbon dalam bentuk serat. Bahkan komposit Cu-Cdengan penguatan serat sudah diproduksi.

2 Agung M (2006)

Sifat mekanis yang optimum terdapat pada suhu sinter 9000C dan

5% berat penguat karbon yaitu tegangan bending MOR 301 MPa,

VHN 489 MPa dan keausan spesifik minimum 0,000008221mm2/kg.

3 Arik dan Cengiz (2001)Hasil pengujian kekerasan dan transverse rupture strengthmeningkat dengan bertambahnya temperature sinter dan tekanankompaksi.

4 Brandusan (2004)Kekerasan tertinggi didapat pada penambahan serbuk Cu sebesar3%.

5 Fitria (2004)meningkatnya tekanan kompaksi dan suhu sinter akanmeningkatkan kekerasan dan densitas dari spesimen.

6 Rajkovic (2007)serbuk Cu-1% berat Al. Serbuk Cu dan Al yang berasal dariatomisasi gas dioksida.

7 Senthi (2004)suhu sinter pada temperatur 7750C adalah yang terbaik untuk hasilpengujian densitas dan kekerasan komposit Cu-12% berat Sn.

8 Sukanto (2004)

Hasil penelitian menunjukan densitas maksimum setelah sinteringsebesar 2,306 gr/cm3, kekerasan maksimum sebesar 44 BHN dankekuatan patah melintang maksimum sebesar 20,7 MPa terjadipada suhu 5000C dan tekanan 435 MPa.

9 Wildan dan HandayaniHasil penelitian menunjukan bahwa meningkatnya tekanankompaksi dan temperature sinter akan meningkatkan kekerasandan densitas dari specimen.

10 Zulfikar (2006)densitas terbaik dicapai pada suhu sinter 5500 C dan 95% serbukal + 5% serbuk fly ash yaitu sebesar 2, 504 gr/cm2 dengan lajukeausan sebesar 0,002 mm2/Nm.

Page 4: Pengaruh Temperatur Sinter

VOLUME 3, NOMOR 2, OKTOBER 2011 JURNAL AUSTENIT

~56~dq

Metalurgi SerbukProses metalurgi serbuk merupakanproses pembentukan logam yangmenggunakan material dasar berupapartikel-partikel logam berbentukserbuk. Dalam sejarah kehidupanmanusia, proses metalurgi serbuk telahdigunakan sejak 3000 tahun SM olehbangsa Yunani Kuno untuk membuatperkakas.

Metalurgi serbuk merupakan salah satuteknik produksi dengan menggunakanserbuk sebagai material awal sebelumproses pembentukan. Prinsip ini adalahmemadatkan serbuk logam menjadibentuk yang dinginkan dan kemudianmemanaskannya di bawah temperaturleleh. Sehingga partikel-partikel logammemadu karena mekanismetransportasi massa akibat difusi atomantar permukaan partikel. Metodemetalurgi serbuk memberikan kontrolyang teliti terhadap komposisi danpenggunaan campuran yang tidakdapat difabrikasi dengan proses lain.Kualitas material ditentukan olehcetakan dan penyelesaian akhir(finishing touch).

Proses metalurgi serbuk adalahmerupakan proses pembuatan produkdengan menggunakan bahan dasardalam bentuk serbuk yang kemudian disinter yaitu proses konsolidasi serbukpada temperatur tinggi yang didalamnya termasuk juga prosespenekanan atau kompaksi. Prosesmetalurgi serbuk memiliki banyakkeuntungan antara lain :1. Efisiensi pemakaian bahan yang

sangat tinggi dan hampir mencapai100%

2. Tingkat terjadinya cacat sepertisegregasi dan kontaminasi sangatrendah.

3. Stabilitas dimensi sangat tinggi.4. Kemudahan dalam proses

standarisasi dan otomatisasi5. Besar butir mudah dikendalikan

6. Mudah dalam pembuatan produkbeberapa paduan khusus yangsusah didapatkan dengan prosespengecoran (casting).

7. Porositas produk mudah dikontrol .8. Cocok untuk digunakan pada

material dengan kemurnian tinggi.9. Cocok untuk pembuatan material

paduan dengan matriks logam.

Setelah melalui proses pembuatandidapatkan produk akhir dengan prosestambahan seperti machining dangrinding untuk mendapatkan bentukyang diinginkan.

Cara Kerja EDMMengetahui tentang apa yang terjadi diantara elektroda dan benda kerja dapatsangat membantu operator EDM dalambanyak hal. Pengetahuan dasar teoriEDM dapat membantu dalammemecahkan masalah yang timbul(troubleshooting), misalnya dalam halpemilihan kombinasi bendakerja/electroda dan pemahamanmengapa pengerjaan yang bagus untuksatu benda kerja tidak selalu berhasiluntuk yang berikutnya. Deskripsiberikut ini menjelaskan tentangkombinasi apa yang telah diketahui danapa yang telah ada dalam teori tentangproses EDM.

Pada saat ini beberapa teori tentangbagaimana EDM bekerja telahmengalami kemajuan selama beberapatahun, sebagian besar mendukungmodel thermo electric. Sembilanilustrasi berikut menunjukkan tahapdemi tahap apa yang telah diyakiniterjadi selama satu siklus EDM.

Pada proses awal EDM, elektrode yangberisi tegangan listrik didekatkan kebenda kerja (elektroda positifmendekati benda kerja/turun). Di antaradua elektrode ada minyak isolasi (tidakmenghantarkan arus listrik), yang padaEDM dinamai cairan dielectric.Walaupun cairan dielektrik adalah

Page 5: Pengaruh Temperatur Sinter

JURNAL AUSTENIT VOLUME 3, NOMOR 2, OKTOBER 2011

dq

~57~

sebuah isolator yang bagus, bedapotensial listrik yang cukup besarmenyebabkan cairan membentukpartikel yang bermuatan, yangmenyebabkan tegangan listrikmelewatinya dari elektrode ke bendakerja. Dengan adanya graphite danpartikel logam yang tercampur kecairan dapat membantu transfertegangan listrik dalam dua cara:partikel-partikel (konduktor) membantudalam ionisasi minyak dielektrik danmembawa tegangan listrik secaralangsung, serta partikel-partikel dapatmempercepat pembentukan teganganlistrik dari cairan. Daerah yang memilikitegangan listrik paling kuat adalah padatitik di mana jarak antara elektroda danbenda kerja paling dekat.

Gambar 2. Proses pengerjaan dengan EDM

Pemilihan ElektrodaFungsi elektroda adalahmenghantarkan tegangan listrik danmengerosi benda kerja menjadi bentukyang diinginkan. Bahan elektroda yangberbeda memberikan pengaruh yangsangat besar terhadap prosespemesinan. Beberapa elektrodemenghilangkan benda kerja secaraefisien tetapi keausannya tinggi,elektrode yang lain memiliki keausanrendah tetapi kemampuanmenghilangkan benda kerja sangatlambat. Ketika memilih bahan elektrodadan merencanakan carapembuatannya, faktor-faktor berikutharus diperhitungkan:

• Harga bahan elektrode.• Kemudahan

pembuatan/membentuk elektroda.• Jenis dari hasil yang diinginkan

(misalnya kehalusan).• Besaran keausan elektroda.• Jumlah elektroda yang diperlukan

untuk menyelesaikan sebuahbenda kerja.

• Kecocokan jenis elektroda denganjenis pengerjaan.

• Jumlah lubang penyemprot(flushing holes), jika diperlukan.

Jenis Bahan ElektrodaBahan elektroda dibagi menjadi duamacam, yaitu: logam dan graphite.Pada saat ini ada lima macamelektrode, yaitu: kuningan (brass),Tembaga (copper), Tungsten, Seng(zinc), dan Graphite. Selain itu,beberapa elektrode dikombinasikandengan logam yang lain agar dapatdigunakan secara efisien, yaitu:

- kuningan dan seng,

- tembaga dan tellurium,

- tembaga, tungsten dan perak.

Pada awalnya, kuningan digunakansebagai elektrode walaupunkeausannya tinggi. Akhirnya, EDMmenggunakan tembaga dan paduannyauntuk meningkatkan rasio keausan.Masalah yang muncul dengan tembagaadalah karena titik cairnya sekitar1.085° C, padahal temperatur percikanapi pada celah elektroda dan bendakerja mencapai 3.800° C. Titik leburtembaga yang rendah menyebabkankeausan yang terlalu tinggidibandingkan dengan bagian bendakerja yang bisa dihilangkan.

Penelitian menunjukan bahwaelektrode graphite memiliki laju yanglebih besar dalam menghilangkanbagian benda kerja dibandingkandengan keausannya sendiri. Graphitetidak mencair di celah elektroda, padasekitar temperatur 3.350° C berubahdari bentuk padat menjadi gas. Karenagraphite lebih tahan panas di celah

Page 6: Pengaruh Temperatur Sinter

VOLUME 3, NOMOR 2, OKTOBER 2011 JURNAL AUSTENIT

~58~dq

elektroda dibandingkan dengantembaga, untuk sebagian besarpengerjaan EDM lebih efisienmenggunakannya. Tungsten memilikititik lebur setara dengan graphite, akantetapi tungsten sangat sulitdibentuk/dikerjakan dengan mesin.

Tungsten digunakan sebagaipengerjaan awal, biasanya berbentuktabung atau ruji untuk lubang-lubangdan lubang kecil proses gurdi.Elektroda logam biasanya yang terbaikuntuk pengerjaan EDM bagi materialyang memiliki titik lebur rendah seperti:aluminum, copper dan brass. Untukpengerjaan baja dan paduannya,elektroda graphite lebih disarankan.Prinsip umum dalam pemilihanelektroda adalah: elektrode logamuntuk benda kerja atau paduan yang

memiliki titik lebur rendah, danelektrode graphite untuk yang memilikititik lebur tinggi. Hal tersebut denganpengecualian untuk pengerjaantungsten, cobalt, and molybdenum.Elektroda logam seperti tembagasangat direkomendasi karena frekuensiyang lebih tinggi diperlukan untukmengerjakan benda kerja tersebut.

Tembaga sebagai elektroda memilikikeuntungan lebih dibandingkangraphite, karena bentuk keausan ketikadigunakan (discharge-dressing) lebihbaik. Elektroda ini setelah digunakanmengerjakan satu benda kerja,sesudahnya dapat digunakan lagi untukproses pengerjaan finishing ataudigunakan untuk mengerjakan bendakerja yang lain.

Tembaga Graphite

Tembaga Batangan Brass Tubing

Gambar 3. Jenis bahan elektroda

TembagaTembaga mempunyai konduktivitastermal 398 watts/m0C, dan koefisienekspansi thermalnya 16.8 ppm/0C.Logam tembaga digunakan secara luasdalam industri peralatan listrik. Kawattembaga dan paduan tembaga

digunakan dalam pembuatan motorlistrik, generator, kabel transmisi,instalasi listrik rumah dan industri,kendaraan bermotor, konduktor listrik,kabel , tabung microwave, sakelar,bidang telekomunikasi, dan bidang-bidang yang membutuhkan sifat

Page 7: Pengaruh Temperatur Sinter

JURNAL AUSTENIT VOLUME 3, NOMOR 2, OKTOBER 2011

dq

~59~

konduktivitas listrik dan panas yangtinggi, seperti untuk pembuatan tabung-tabung dan klep di pabrik penyulingan[13]. Tembaga adalah unsur kimiadasar dengan warnah kemerahan danmempunyai konduktifitas listrik yangbaik. Produk tembaga berupa kabellistrik, peralatan rumah tangga, pipadan tabung, radiator mobil, dansebagainya. Tembaga juga digunakansebagai pigmen dan pengawet untukkertas, cat, tekstil, dan kayu.

Gambar 3. Serbuk Tembaga

Tembaga juga dapat dikombinasikandengan seng untuk menghasilkankuningan dan timah untukmenghasilkan bronze. Tembagapertama kali digunakan sejak 10.000tahun yang lalu. Sebuah liontintembaga pada sekitar 8.700 B.C.ditemukan di Irak utara. AmerikaSerikat dan Chile adalah negara-negara penghasil tembaga, diikuti olehRusia, Kanada, dan Cina. Tembagajarang ditemukan di alam, tetapibiasanya bercampur dengan bahankimia lain dalam bentuk bijih tembaga.Ada sekitar 15 bijih tembagaditambang secara komersial di 40negara di seluruh dunia. Yang palingumum dikenal sebagai bijih sulfida dimana tembaga secara kimiawi terikatdengan belerang. dikenal sebagai bijihoksida, bijih karbonat, sepertiditunjukkan pada tabel 2.

Tabel 2. Karakteristik Tembaga (Copper)

General Properties

Nama, symbol, nomor atomJenis elemenGrup, periode, blokBerat atom standarKonfigurasi ekeltronElectron per shell

Cuprum, Cu, 29Logam paduan11, 4, d63.546(3)g.mol

-1

[Ar]3d10

4s1

2, 8, 18, 1 (Image)

Physical properties

fasaDensitas (near r.t.)Densitas fasa cair at m.p.Titik lelehTitik pencairanEnergi panasHeat of vaporizationKapasitas panas spesifik

Solid8.96g.cm

-3

8.02 g.cm-3

1357.77o

K, 1084.62oC, 1984.32

oF

2835oK, 2562

oC, 4643

oF

13.26 kJ.mol-1

300.4 kJ.mol-1

(25oC) 24.440 J.mol

-1.oK

-1

Vapor pressure

/Pa

At T/K

1, 10, 100, 1 k, 10 k, 100 k1509, 1661, 1850, 2089, 2404, 2834

Miscellanea

Struktur kristalMagnetic orderingTahanan listrikKonduktivitas panasThermal expansionModulus YoungShear modulusBulk modulusPoisson ratioMohs hardnessVickers hardnessBrinell hardnessCAS registry number

Face-centred cubicDiamagnetic

(200C) 16.78 n .m

(3000K) 401 W.m

-1.K

-1

(250C) 16.5 m.m

-1.K

-1

110 – 128 GPa48 GPa140 GPa0.343.0369 MPa874 MPa7440-50-8

Page 8: Pengaruh Temperatur Sinter

VOLUME 3, NOMOR 2, OKTOBER 2011 JURNAL AUSTENIT

~60~dq

KarbonKarbon dengan ukuran 200 mesh dankadar 91,7% mempunyai modulus tariktinggi, densitas 2.267 gr/cm3,konduktivitas thermalnya 2 kalitembaga, dan koefisien ekspansithermal sangat kecil yaitu -1.5 ppm/0C.Karbon mempunyai struktur kristaldengan jaringan lapisan teratur darienam atom yang terikat. Ada beberapajenis karbon dalam keadaan amorf danjuga berbagai keadaan tengah, antarakeadaan amorf dan keadaan kristal.Secara morfologi karbon ada dalamberbagai bentuk; karbon aktif, pelumaspadat dan karbon seperti gelas yangterlihat seperti gelas hitam yang sangatkeras. Oleh karena itu jenis danpenggunaan karbon sangat luas.Sekarang sudah ada produksi massaldari serat kabon yang elastic dandengan sifatnya yang ringan.bahan inimemberikan harapan pada berbagaipenggunaan [19].

Kontrol kualitas (quality controle)dilakukan terhadap bahan baku danterhadap hasil produk supayamemenuhi persyaratan standarminimum Standar industri Indonesia(SNI N0. 0258-79 untuk pasar eksportstandar minimum mengacu padaAmerican Society for Testing Materials(ASTM), American Water WorkAssociation (AWWA), DeutshesInstitute fur Normung e.V (DIN), danInternational Organization forStandardization (ISO)

Manfaat PenelitianPaket pengujian elektroda padakegiatan penelitian ini akan banyakmemberikan kontribusi bagi paraoperator mesin EDM (Electric DischartMachine). Sedangkan kontribusi hasilpenelitian dalam dunia pendidikanadalah untuk mengembangkan ilmuyang berkaitan dengan rekayasamanufaktur baik bagi mahasiswamaupun kalangan akademisi yangconcern pada dunia industri. Hasilpenelitian ini juga dapat memotivasi

mahasiswa untuk menemukan materialyang baru sebagai alternativepengganti material yang biasa di pakai.

METODOLOGI PENELITIANProsedur PenelitianSetelah masalah diidentifikasi makalangkah berikutnya adalah pembuatanalur proses penelitian, dimana alurpenelitian yang dilakukan adalahmerupakan alur proses pelaksanaanpembuatan material paduan (greenbody) pada masing-masing peralatan,dilanjutkan dengan pengujian danpemeriksaan sehingga pada akhirnyadidapatkan hasil penelitian.

Setelah preparasi serbuk sesuaidengan komposisi dan perbandinganberat. Pembuatan campuran denganmemasukkan kedalam blending/mixinguntuk mendapatkan campuran yanghomogen. Pada proses selanjutnyacampuran tersebut dimasukkan kedalam cetakan (die) dan di padatkandengan proses compacting, variasitekanan 200 MPa, 300 MPa, dan 400MPa untuk mendapatkan bentuk darimaterial paduan yang dikenal dengangreen body , kemudian dilakukanproses pemanasan (sinter) yangdilakukan di dalam dapur pemanasdengan temperatur di bawah titik leburmatrik, biasanya temperatur sinteringadalah 2/3 kali temperatur lebur bahanutama dalam hal ini temperatur leburdari tembaga 1038oC, sehingga dalampenelitian ini diambil variasi suhu sinteradalah: 7000C, 8000C dan 9000C.proses pendinginan material tersebutdilakukan di dalam dapur sampaimencapai temperatur ruang.

Proses pengujian terhadap materialmeliputi pengujian sifat fisis yaitupengujian densitas (kerapatan) yangdilakukan dengan metode Archimedes,kemudian dilakukan pengujiankekerasan menggunakan metodebrinell, diameter indentor 2.5 mm danbeban penekanan 62.5 kg. Kekerasansuatu material harus diketahui

Page 9: Pengaruh Temperatur Sinter

JURNAL AUSTENIT VOLUME 3, NOMOR 2, OKTOBER 2011

dq

~61~

khususnya untuk material yang dalampenggunaanya akan mangalamipergesekan (frictional force). Pengujianselanjutnya dilakukan untukmengetahui seberapa besar kehilanganvolume dan massa terhadap suhusinter yang akan digambarkan dengangrafik, maka dilakukan pengujianshrinkage (penyusutan). Pengujianberikutnya adalah pengujian nilairesistansi material untuk mendapatkankonduktifitas listrik. Untuk pengujianselanjutnya dilakukan uji Melting Pointyang merupakan salah satu faktorpenyebab keausan elektroda danhasilnya akan dibandingkan denganelektroda yang dipakai pada mesinEDM. Selanjutnya data-data yangdidapat dari hasil pengujian tersebutdiolah untuk mendapatkan kesimpulanakhir dari penelitian ini, untukmengetahui aliran proses mulai daribahan baku sampai menjadi bakalandan siap untuk dilakukan pengujianuntuk mendapatkan data-data yangdiperlukan kemudian diolah dandianalisa ditunjukkan pada gambar 4.

Gambar 4. Diagram Alir Penelitian

HASIL DAN PEMBAHASANHasil PenelitianHasil pengujian yang telah dilakukanpada penelitian ini memperlihatkanpengaruh kompaksi dan suhu sinteringterhadap densitas, kekerasan, titiklebur, konduktivitas listrik, keausan danpenyusutan spesimen. Fenomenayang terjadi pada penelitian merupakanhasil yang tidak direkayasa sehinggahasil yang diperoleh dapatdipertanggungjawabkan danmerupakan hasil penelitian yangsebenar-benarnya.

Hasil dari penelitian didapatkan darihasil data pengujian kekerasan.Spesimen hasil pengujian dapat dilihatpada gambar 3.7 dengan dimensispesimen diameter 15 mm dan tebal 7mm. setiap spesimen dilakukanbeberapa kali pengujian kemudian hasildari pengujian dirata-ratakan untukmendapatkan hasil pengujian. Kesulitandalam pengujian ini adalah saatpengukuran. Pengukkuran harusdilakukan dengan sangat cermat agarmenghasilkan hasil yang tepat sesuaidengan hasil pengujian yang dilakukan.

Pengujian KekerasanPengujian kekerasan menggunakanmetode Brinell Hardness dengandiameter indentor 2,5 mm dan bebanpenekanan 62.5 kg. Pengujiankekerasan bertujuan untuk mengetahuinilai kekerasan dari paduan Cu – 5%C,karena kekerasan akan mempengaruhilaju keausan dari material tersebut.Tekanan kompaksi yang berbedamemberikan pengaruh terhadapkekerasan, yaitu dengan meningkatnyatekanan kompaksi dapat meningkatkankekerasan. Hal tersebut sesuai denganhasil pengujian kekerasan, dimanakekerasan tertinggi pada paduan Cu -5%C, Hasil injakan indentor yangberbentuk lingkaran diamati denganprofil projector. Standar pengujiandigunakan adalah ASTM E-10.Pengujian kekerasan brinell dilakukan 3kali pada setiap spesimen kemudian

Page 10: Pengaruh Temperatur Sinter

VOLUME 3, NOMOR 2, OKTOBER 2011 JURNAL AUSTENIT

~62~dq

dirata-ratakan. Contoh perhitungankekerasan spesimen pada kompaksi

200 MPa dan suhu sintering 7000Cadalah sebagai berikut :

)/(41,44)29,15,25,2(5,2

5,622 2

221 mmkg

x

xHB

2HB = 45,17 (kg/mm2)

3HB = 45,94 (kg/mm2)

)/(34,483

94,4517,4541,44 2mmkgHBrerata

Tabel 3. Hasil pengujian kekerasan Brinellpaduan Cu-5%C

Kompaksi(Mpa)

Suhu sinter terhadapkekerasan (kg/mm2)

700 800 900

200 48.34 48.94 50.89

300 48.40 49.28 51.07

400 48.85 50.06 51.46

Suhu sinter terhadap kekerasan HB paduan Cu-5%C

48.00

48.50

49.00

49.50

50.00

50.50

51.00

51.50

52.00

600 700 800 900 1000

Suhu sinter (oC)

Ke

ke

ras

an

HB

(Kg

/mm

^2

)

P = 200 MPa P = 300 MPa P = 400

Gambar 5. Grafik hasil pengujian KekerasanBrinell Cu-5%C

Tabel 4. Hasil pengujian kekerasan Brinellpaduan Cu-0%C

Kompaksi(Mpa)

Suhu sinter terhadapkekerasan (Kg/mm2)

700 800 900

400 48.095 46.469 44.419

300 42.960 42.020 40.013

200 38.956 37.734 35.621

Suhu sinter terhadap kekerasan HB paduan Cu-0%C

30.000

35.000

40.000

45.000

50.000

600 700 800 900 1000

Suhu sinter (oC)

Ke

ke

ras

an

HB

(kg

/mm

^2

)

P = 400 MPa P = 300 MPa P = 200 MPa

Gambar 6. Grafik hasil pengujian kekerasanCu-0%C

PembahasanDengan meningkatnya kompaksi dansuhu sinter maka kekerasan semakinmeningkat, kekerasan optimum didapat pada kompaksi 400 MPa dansuhu sintering 9000C dengan nilaisebesar 51,46 kg/mm2. Pada gambar 6terlihat dengan kompaksi 200 MPa dansuhu sintering 9000C didapat nilaikekerasan sebesar 35.621 kg/mm2.Disamping sifat konduktivitas listrikmaka kekerasan merupakanpersyaratan penting bagi bahanelektroda.

Pengaruh penambahan karbon akanmeningkatkan kekerasan paduan,dimana kekerasan tertinggi terjadi padapenambahan karbon sebesar 5% berat.Namun demikian pada paduan dengankandungan karbon di atas 5% beratkekerasannya menurun, hal inikemungkinan disebabkan olehpenurunan densitas dari paduandibanding densitas relatif [1], sehinggasifat kekerasan lebih dominan olehkarbon, ditandai dengan menurunnyakekerasan dan juga pada karbon yang

Page 11: Pengaruh Temperatur Sinter

JURNAL AUSTENIT VOLUME 3, NOMOR 2, OKTOBER 2011

dq

~63~

memiliki suhu lebur hingga 35500C.Sinter antar serbuk grafit diperlukansuhu yang tinggi (

43 Tm = 26000 C),

dalam hal ini tidak mungkin tercapaikarena sinter untuk spesimen adalah9000C.

Dari gambar 6 terlihat penurunankekerasan Brinell seiiring denganpeningkatan suhu sinter dan penurunankompaksi. Kekerasan didapat darikompaksi 200 MPa pada suhu sinter9000C sebesar 35.621 kg/mm2. Selainpengujian dengan spesimen yangdibuat dilakukan juga pengujianmenggunakan elektroda. Hasilpengujian menunjukkan kekerasan darielektroda tersebut sebesar 50,30kg/mm2. Dari hasil pengujian tersebutmenunjukkan bahwa paduan Cu-5%Cdengan kompaksi 400 MPa dan suhusintering 9000C yang paling mendekatinilai kekerasan elektroda.

Pada paduan tembaga 0% karbontampak kecendrungan penurunankekerasan yang cukup menyolokdengan naiknya temperatur. Hal inidapat dijelaskan bahwa tanpa adanyabutir karbon, proses dan pertumbuhanbutir pada partikel tembaga yang telahmengalami deformasi plastis akibatkompaksi dapat berlangsung denganmudah dengan naiknya temperatur.Makin tinggi derajat deformasi, makinrendah temperatur rekristalisasi, hal initampak dengan jelas denganmemperhatikan dan membandingkanlaju penurunan kekerasan pada gambar6.

KESIMPULANBerdasarkan hasil analisa danpembahasan pada pembuatanelektroda dengan menggunakanmetode serbuk metalurgi maka dapatdisimpulkan seperti dalam tabel berikut:

Tabel 5. Perbandingan Elektroda dari material serbuk dan non serbuk

Sifat Fisis danMekanis

Paduan Cu-5%C Paduan Cu-0%CElektroda Non

Serbuk

Kekerasan

Optimum51,46 HB

2,5/62,5/20Minimum

(2000C/700 Mpa)48.34HB 2,5/62,5/20

Optimum(2000C/700 Mpa)

48.1HB2,5/62,5/20Minimum35,62HB

2,5/62,5/20

874 N/mm2

(89,09kg/mm2).

Paduan Cu-5%C hasil metalurgi secaraumum mencapai kondisi optimum padakompaksi 400 MPa dan suhu sintering9000C. Melihat hasil-hasil tersebutpengaruh penambahan 5% serbukkarbon pada serbuk tembagamenunjukkan pengaruh yang tidakterlalu berarti terhadap perubahankekerasan, malah nilai-nilai tersebutmasih dibawa nilai kekerasan tembaganon serbuk.

Hambatan dalam aplikasi materialpaduan umumnya adalah soal biaya.Meskipun sering kali proses manufakturmaterial paduan lebih efisien, namunmaterial mentahnya masih terlalu

mahal. Material paduan masih belumbisa secara total menggantikan materialkonvensional seperti baja, tetapi dalambanyak kasus kita memiliki kebutuhanakan hal itu.

SARANPenelitian ini hanya dilakukan pada5%C berat penambah dan lamapenahanan (Holding Time) 1 jam sertapada variasi kompaksi dan variasi suhusintering, maka perlu dilanjutkanpenelitian lanjutan dengan variasilamanya penahanan suhu sintering,penekanan panas, fraksi berat bahanpenambah, dan dengan karakteristikmaterial yang berbeda sehingga akan

Page 12: Pengaruh Temperatur Sinter

VOLUME 3, NOMOR 2, OKTOBER 2011 JURNAL AUSTENIT

~64~dq

didapatkan material alternatif sebagaipengganti material yang digunakanpada proses pemotongan pada mesinEDM sesungguhnya. Sebaiknyadidalam melakukan proses sinter harusdiperhatikan adanya pengaruhlingkungan pemanasan.

DAFTAR PUSTAKA1. Courtesy EDM Tech. Manual,

Poco Graphite Inc2. C. Schumacher, SAE Technology,

paper No.892495, 19913. http://digilib.its.ac.id/public/ITS-

Undergraduate-7197-2702100009-bab2.pdf .tgl 02Feb 2010, jam 09.15 PM.

4. http://okasatria.blogspot.com/2007/11/pengujian-kekerasan-olehokasatria.html

5. Kalpakjian, S.,2003, Powdermetallurgy Science. MetalPowder Industries Federation.Princeton, New Jersey.

6. Klar, E, Coordinator., 1993, “ASMHandbook Powder Metallurgyvol. 7” ASM international, US.