HK-46 0075: Marlin Wijaya dkk.

PENGEMBANGAN APLIKASI TEKNOLOGI SEMISOLID UNTUKPEMBUATAN SELONGSONG KALIBER BESAR

Marlin Wijaya1,∗, Suryadi1, Iwan Setyadi1, dan Amin Suhadi2

1PTIP-Deputi TIRBR, BPP TeknologiGedung Teknologi 2 No. 251 lantai 3, kawasan Puspiptek Serpong, Tangerang 15314

Telepon (021)-75875944 ext 1352B2TKS-BPP Teknologi

B2TKS Gedung No. 250, kawasan Puspiptek Serpong, Tangerang 15314Telepon 081311067302

∗e-Mail: marlin wijaya@yahoo.com

Disajikan 29-30 Nop 2012

ABSTRAK

Kemandirian Hankam merupakan hal yang tidak bisa ditawar bagi NKRI, memperhatikan kebutuhan dan tantangan kon-sep pertahanan keamanan khususnya dengan wilayah perbatasan munisi kaliber besar menjadi hal strategis dan perlu dikem-bangkan di dalam negeri. Munisi kaliber besar digunakan untuk persenjataan meriam baik darat dan kapal laut, yang saatini secara menyeluruh masih diimpor dari negara maju. Produksi bahan baku kuningan untuk munisi kaliber besar akanmemudahkan pengadaan pasokan bahan baku dan pembuatan selongsong di dalam negeri, yang akhirnya adalah meningkatkankemandirian di bidang Hankam. Kecenderungan industri manufaktur saat ini adalah penghematan energi untuk meningkatkandaya saing terutama untuk menekan harga jual, terutama menghindari penggunaan energi panas yang berulang-ulang, olehsebab itu pengembangan proses konvensional terpisah antara pengerjaan panas dan terpisah, untuk masa mendatang keduaproses tersebut akan disatukan. Struktur mikro melalui pembentukkan semi padat menghasilkan struktur mikro membulatyang lebih halus dibandingkan dengan proses konvensional oleh sebab itu proses pembentukkan akan menjadi lebih mudah dansifat mekanisnya lebih baik, akan tetapi akibat pengerjaan dingin struktur mikronya dapat berubah menjadi pipih yang dapatmengurangi kemampuan bentuknya, akan tetapi dapat dikembalikan dengan proses perlakuan panas pelunakkan (anil). Selainpengembangan proses harus didukung juga dengan teknologi dies/cetakannya, karena desain yang tidak benar dapat merusakproduk.

Kata Kunci: Semi padat, konvensional, kaliber besar, hemat energi

I. PENDAHULUANSecara teknis MKB (Munisi kaliber besar) terdiri

dari 3 komponen utama, yaitu selongsong, propelan(isian) dan war head (hulu ledak). Riset teknologi pro-duksi MKB dalam kegiatan ini diarahkan mengawalidengan pembuatan selongsong yang terbuat dari pa-duan kuningan. Harga MKB tergolong relatif ma-hal dalam sistem senjata, oleh karenanya mahalnyaharga munisi kaliber besar (mencapai Rp 10.000.000,-Rp. 30.000.000,- per buah) mengakibatkan besarnyadevisa yang perlu dikeluarkan dalam pengadaannyadan disisi lain membuat menurunnya jumlah, waktulatihan personil dalam penggunaan munisi kaliber be-sar. Dalam hal ini tetunya sangat memperihatinkankarena mengurangi kemampuan perang personil dalammedan tempur. Secara prinsip material kuningan un-tuk munisi dibuat dengan teknologi pengecoran men-

jadi ingot atau slab, yang kemudian dibentuk ke bentukantara menjadi pelat (lembaran kuningan) untuk kebu-tuhan munisi kaliber kecil (MKK) atau batangan (bil-let) kuningan, yang selanjutnya dengan teknologi canaiatau tempa dibentuk menjadi selongsong peluru meng-gunakan teknologi deep drawing atau ironing setelahmelalui tahapan pembentukan awal menjadi brass cup.Teknologi pembuatan MKB memerlukan gaya defor-masi yang relatif besar untuk pembuatan selongsongserta teknik pembentukan yang rumit dan panjang se-bagaimana disebutkan di atas. Ke depan inovasi pro-ses yang saat ini dikembangkan proses pembuatan se-longsong MKB dilakukan dengan proses pembuatanpre forming (brass cup) secara langsung melalui pro-ses semi-solid casting, tanpa melalui teknologi tempa.Dalam proram riset tahun ke dua ini akan diharapkanakan dihasilkan brass cup dengan kemampuan aplikasi

Prosiding InSINas 2012

0075: Marlin Wijaya dkk. HK-47

selongsong MKB dengan harga lebih ekonomis, baikdari segi investasi dan biaya proses.[3, 4]

II. METODOLOGISecara metodologi pengembangan teknologi yang

akan dilakukan mendekati apa yang disebut semi solidforming, hal ini akan dikembangkan sesuai dengan ke-siapan fasilitas yang akan dikembangkan. Tahapan risetmeliputi:[1, 5, 6]

• Optimasi proses peleburan dan pemaduan Cu - Zn(70 - 30).

• Simulasi proses semisolid casting untuk pemben-tukan preform/Brass cup kuningan.

• Melakukan perancangan teknologi proses pemben-tukan pre form khususnya die desain proses iron-ing.

• Karakterisasi dan pengujian mateial di tiap tahapproses.

Metodolog riset Pengembangan Teknologi ProduksiMunisi Kaliber Besar dalam riset terapan ini dapat di-lihat pada GAMBAR 1 berikut.

GAMBAR 1: 1. Metodologi riset terapan pengembangan munisikaliber besar.

III. HASIL DAN PEMBAHASANKeuntungan proses dan kualitas dari komponen

yang diperoleh dari teknologi pembentukkan semi pa-dat akan sangat berguna untuk pembuatan komponenperalatan industri otomotif, pertahanan dan aplikasilainnya. Proses ini memberikan sifat mekanis yang ung-gul dan permukaan akhir yang sangat baik, kemudiantoleransi dimensi sangat dekat dan konsisten kualitas

TABEL 2: Hasil pengujian komposisi kimia

tak tertandingi. Bahan semi padat juga dapat diprosesoleh penempaan atau ekstrusi, selain pengecoran, se-hingga dapat dihasilkan integritas dimensi yang ung-gul dan sifat mekanik yang lebih baik, baik itu statis dandinamis. Sifat yang paling diinginkan dari bahan seten-gah padat mikro adalah kemudahan sifat mampu ben-tuk. Ketika billet dengan mikro struktur semi padat di-panaskan ke suhu pelunakan, aliran materialnya sangatbaik, bahkan jika diberikan tekanan pada proses diecasting dapat mengisi cetakan merata, dengan menghi-langkan udara yang terperangkap seperti yang dapatterjadi pada proses die casting konvensional. Prosesini menyebabkan peningkatan rata-rata 25% pada kuattarik, 30% pada beban kejut dan 7-10% dalam kekuatankelelahan, dapat juga meningkatkan sifat mampu ben-tuk dengan konsistensi yang tinggi. Produk dari pro-ses semi padat pada saat diberikan proses penempaantidak perlu melalui solidifikasi, tekanan tinggi dan suhutinggi, kemudian terjadi tegangan sisa rendah dan per-lakuan panas mungkin tidak diperlukan. Biaya perme-sinan juga rendah karena produknya mendekati bentukaslinya. Temperatur pengisian pada cetakan lebih ren-dah dan kandungan panas dari logam kurang, sehinggakurang kejutan termal dan waktu siklus yang lebihrendah yang membantu penghematan energi. Tegan-gan alir lebih rendah dari logam padat dan karenanyamembantu dalam pembentukan bagian-bagian rumitdengan permukaan yang lebih baik. Dengan fitur diatas, proses pembentukkan semi padat memiliki be-berapa manfaat tekno-ekonomi karena memungkinkanproduksi kekuatan tinggi, bebas cacat, bentuk aslinyadan dimensi akurat dengan permukaan akhir yang sa-ngat baik. Produk coran semi padat tidak hanya dapatdilakukan perlakuan panas tetapi juga dapat denganmudah dilakukan pengelasan.[7, 8]

Dari TABEL 1 terlihat yield cor menggunakan prosespembentukkan semi padat dengan rata-rata 70% lebihtinggi dibandingkan dengan hasil dari proses pengeco-ran konvensional yang rata-rata hanya dihasilkan an-tara 45-50% saja, berarti cairan logam sebagian besarbenar-benar menjadi produk cor.[9, 10]

Dari TABEL 2 terlihat dari hasil uji komposisi kimia

Prosiding InSINas 2012

HK-48 0075: Marlin Wijaya dkk.

TABEL 1: Hasil pengujian pembentukkan semi padat.

terutama pada unsur Cu (tembaga) di dapatkan rata-rata 80,09% kemudian seng di dapatkan rata-rata19,79%, sedangkan standar CDA 260 atau ISO CuZn30,komposisi kimia standar Cu (tembaga) antara 69-72%sedangkan dari hasil uji coba didapatkan 80,09% be-rarti terjadi kelebihan 11,23%, berarti kelebihan tem-baga diduga akibat penguapan unsur seng (zinc) yangtemperatur leburnya hanya 420 ◦C dibandingkan de-ngan temperatur lebur tembaga yang mencapai 1084Csehingga pada saat proses pemaduan jika terlalu lamaakan menguapkan unsur seng (Zn).[11, 12]

GAMBAR 2: Posisi pengambilan titik pengujian kek-erasan/hardness dari hasil proses pembentukkan semi padat.

Dari hasil pengujian kekerasan/hardness padaTABEL 3 menunjukkan kekerasan terendah yaitu 21,2HB yang rata-rata terjadi pada posisi titik 2 yaitupada posisi bagian yang statis bersinggungan de-ngan dasar cetakan sehingga kekerasannya rendah, se-dangkan kekerasan/hardness yang tertinggi yaitu 38,6HByang rata-rata yerjadi pada posisi titik 8 yaitu padabagian pendinginan dinamis akibat pembekuan de-

TABEL 3: Hasil pengujian kekerasan/hardness dari proses pemben-tukkan semi padat.

ngan pergeseran cairan logam didalam cetakan se-hingga hardness/kekerasan cenderung meningkat seki-tar 45,08%.[13, 14]

TABEL 4: Hasil uji tarik produk cor semi padat.

Dari hasil pengujian tarik pada TABEL 4, menun-jukkan terjadinya peningkatan kuat tarik maksimummencapai 245,5 N/mm2 dengan penurunan elongasitertinggi mencapai 40%, sedangkan pada produk corhasil proses konvensional kuat tarik maksimum di-dapat sekitar rata-rata 338 N/mm2 dengan elongasi

Prosiding InSINas 2012

0075: Marlin Wijaya dkk. HK-49

rata-rata sekitar 57% berarti terjadi penurunan sekitar29,82% diduga akibat kecepatan pendinginan terjadilebih cepat akibat proses pendinginan pergeseran ataudinamis. Biasanya yang menjadi fokus perhatian dalamuji tarik adalah kemampuan maksimum bahan terse-but dalam menahan beban, kemudian kelenturan (duc-tility) merupakan sifat mekanik bahan yang menun-jukkan derajat deformasi plastis yang terjadi sebelumsuatu bahan putus atau gagal pada uji tarik. Bahan dise-but lentur (ductile) bila regangan plastis yang terjadi se-belum putus lebih dari 5%, bila kurang dari itu suatubahan disebut getas (brittle).[15, 16]

GAMBAR 3: Bentuk sampel dan lokasi untuk pengujian strukturmikro dari hasil proses pembentukkan semi padat.

Dari hasil pengujian makroetsa (GAMBAR 4.a) me-nunjukkan terjadi perbedaan bentuk butir yang me-manjang dan cenderung membulat sebagai tanda hasildari proses pembentukkan semi padat pada posisi atas,akibat proses pergeseran cairan logam sehingga mem-percepat pembekuan cairan logam dan struktur menujubentuk stabil yaitu membulat (pembekuan dinamis), se-dangkan yang tidak digeser cenderung membentuk bu-tir yang lebih besar akibat pembekuan statis. Dari hasilpengujian makroetsa juga menunjukkan terjadi perbe-daan bentuk butir yang memanjang dan cenderungmembulat (GAMBAR 4.b) sebagai tanda hasil dari pro-ses pembentukkan semi padat pada posisi atas, akibatproses pergeseran cairan logam sehingga mempercepatpembekuan cairan logam dan struktur menuju bentukstabil yaitu membulat (pembekuan dinamis), sedang-kan yang tidak digeser cenderung membentuk butiryang lebih besar akibat pembekuan statis. Dari hasilpengujian makroetsa juga menunjukkan terjadi perbe-daan bentuk butir yang memanjang dan cenderungmembulat (GAMBAR 4.c). sebagai tanda hasil dari pro-ses pembentukkan semi padat pada posisi atas, akibatproses pergeseran cairan logam sehingga mempercepat

pembekuan cairan logam dan struktur menuju bentukstabil yaitu membulat (pembekuan dinamis), sedang-kan yang tidak digeser cenderung membentuk butiryang lebih besar akibat pembekuan statis.[15, 16]

Percobaan pembuatan selongsong dengan metode(ironing) dengan memanfaatkan fasilitas Mesin PressHidrolik dengan kapasitas 250 - 350 Ton, GAMBAR 5menunjukkan konfigurasi dies, mesin tekan hidrolikdan produk selongsong, dilanjutkan dengan karakter-isasi hasil uji coba pembuatan selongsong melalui pe-ngujian kekerasan/hardness dan metalografi/strukturmikro dengan titik-titik pengujian kekerasan ditunjuk-kan pada GAMBAR 7, dan hasil pengujian makroetsaatau metalografi ditunjukkan pada GAMBAR 8.

GAMBAR 5: Konfigurasi dies dan hidrolik peralatan pembentukuntuk uji coba ironing di PT. MAK Yogyakarta.

Pada titik 5 dan 6 dari sampel ironing 1 dan 2 menun-jukkan kecenderungan peningkatan kekerasan, yangtertinggi mencapai 112 HB diduga pada titik-titik terse-but telah terjadi pengerasan regangan akibat prosespembentukkan dingin (penarikan/ironing) sedangkanpada titik-titik antara 1∼4 yang tertinggi masih berki-sar 48,3 HB berarti diduga pada daerah ini masih dalamkondisi akibat proses pembentukkan panas melaluipembentukkan semi padat.

Dari hasil pengujian makroetsa sampel ironing 1(GAMBAR 8.a) menunjukkan terjadi perbedaan bentukbutir yang memanjang berwarna gelap dan membulatberwarna lebih terang sebagai tanda hasil dari proses

Prosiding InSINas 2012

HK-50 0075: Marlin Wijaya dkk.

GAMBAR 4: Hasil pengujian makroetsa menunjukkan perbedaan daerah pembekuan akibat pergeseran (dinamis) dan statis.

GAMBAR 6: Bentuk hasil uji coba ironing/selongsong.

TABEL 5: Hasil pengujian kekerasan/hardness dari proses pemben-tukkan ironing.

pembentukkan semi padat, akibat proses pergeserancairan logam sehingga struktur menuju bentuk mem-bulat (pembekuan dinamis), sedangkan yang tidak di-geser cenderung membentuk butir yang lebih besar aki-bat pembekuan statis. Dari hasil pengujian makroetsasampel ironing 2 (GAMBAR 8.b) menunjukkan terjadiperbedaan bentuk butir yang memanjang berwarnagelap dan membulat berwarna lebih terang sebagaitanda hasil dari proses pembentukkan semi padat, aki-

GAMBAR 7: Posisi pengambilan titik pengujian kek-erasan/hardness dari hasil proses pembentukkan ironing.

bat proses pergeseran cairan logam sehingga strukturmenuju bentuk membulat (pembekuan dinamis), se-dangkan yang tidak digeser cenderung membentuk bu-tir yang lebih besar akibat pembekuan statis.[6]

Dari hasil pengujian struktur mikro dari sampel iron-ing 1 dan 2 (GAMBAR 9) menunjukkan terjadi perbedaanbentuk butir, ada yang terjadi membulat sebagai tandahasil dari proses pembentukkan semi padat. Dari hasilpengujian struktur mikro dari sampel ironing 1 dan 2menunjukkan terjadi perbedaan bentuk butir, ada yangterjadi pemipihan sebagai tanda hasil dari proses pem-

Prosiding InSINas 2012

0075: Marlin Wijaya dkk. HK-51

GAMBAR 8: Pengujian makroetsa sampel ironing

GAMBAR 9: struktur mikro dari sampel ironing 1 dan 2.

bentukkan dingin melalui proses ironing.[6, 10]

IV. KESIMPULANDari kegiatan yang telah dilaksanakan dapat diambil

kesimpulan sebagi berikut:

1. Pengecoran yang dilakukan pada kondisi logamdalam keadaan semi padat dan semi cair, de-ngan komposisi padatannya antara 30-65%, ter-jadi mekanisme geser selama proses pembekuan,padatan yang berbentuk bulat dan dilingkari de-ngan logam dalam keadaan cair akan lebih mudahbergeser. Kondisi ini lah yang akan dicapai padaproses pengecoran dengan semisolid.

2. Melalui proses semi padat/solid menyebabkan pe-ningkatan rata-rata 25% pada kuat tarik, 30% padabeban kejut dan 7-10% dalam kekuatan kelelahan,dapat juga meningkatkan sifat mampu bentuk de-ngan konsistensi yang tinggi, pada saat diberikanproses penempaan tidak perlu melalui solidifikasi,tekanan tinggi dan suhu tinggi, kemudian ter-jadi tegangan sisa rendah dan perlakuan panasmungkin tidak diperlukan, dan biaya permesinanjuga rendah karena produknya mendekati bentukaslinya

3. Pada saat proses ironing berlangsung terjadigesekan antara permukaan punch, dies drawingdan bahan baku/perform/brass cup kuningan,oleh sebab itu dibutuhkan pelumasan untuk menu-runkan koefisien gesek permukaan material yangbersinggungan.

4. Kekasaran pada permukaan punch, die dan ba-han baku perform/brass cup kuningan juga dapatmempengaruhi keberhasilan proses, karena sema-kin kasar permukaan punch, die dan benda kerjamaka koefisien gesek yang dihasilkan semakin be-sar sehingga gesekan yang terjadi juga semakin be-sar, dengan semakin besar gaya geseknya makagaya untuk proses ironing juga meningkat.

5. Kecepatan pembentukkan yang tidak sesuai (ke-cepatan/kelambatan) dapat menyebabkan retakbahkan sobek pada benda kerja, masing - masingjenis material mempunyai karateristik berbeda se-hingga kecepatan maksimal masing - masing mate-rial juga berbeda, dimana kecepatan maksimal ma-terial kuningan yang biasa digunakan untuk sheetmetal drawing yaitu 1,02 m/det.

6. Kelonggoran antara punch dan die untuk memu-dahkan gerakan logam saat proses ironing berlang-sung, harus berkisar antara 7-20% lebih besar daritebal perform/brass cup kuningan, jika celah dieterlalu kecil atau kurang dari tebal perform/brasscup, dapat mengalami penipisan (ironing) dan bilabesar clearence melebihi toleransi 20% dapat meng-akibatkan terjadinya kerutan.

UCAPAN TERIMA KASIHUcapan terima kasih pada teman-teman yang ikut

membantu penelitian sehingga tulisan ini dapat dise-lesaikan yaitu Bapak-Bapak: Dias Pragowo, M. Ed-ward H. I., Mirza Wibisono, Edi Yualianto, Sutarjo, Su-santo Sudiro-PT. MAK Yogyakarta, Arif Kris Budimandkk.-Balai MEPPO, dll.nya yang tidak dapat kami can-tumkan satu per satu namanya di sini.

DAFTAR PUSTAKA[1] Pat L. Mangonon, Ph.D., P.E., FASM, The Princi-

ples of Materials Selection for Engineering Design,Florida Institute of Technology, Prentice-Hall Inter-national, Inc., USA, 1999.

[2] —————-, Laporan Kajian Integrated RollingMill, P3TIP, BPPT 2005.

[3] —————-, Laporan Insentif Riset : Pengem-bangan Produk Pelat Kuningan (Yellow AlphaBrass) Untuk Kebutuhan Munisi Di Dalam Negeri,PTIP BPPT 2007.

[4] Flemings, M.C.: Met Trans. B, vol. 22B (1991), 269-293.

Prosiding InSINas 2012

HK-52 0075: Marlin Wijaya dkk.

[5] Shibata, R., Kaneuchi, T., Souda, T., Yamane, H.,and Umeda, T.: Proceedings of the 5th Interna-tional Conference on the Processing of Semi-SolidAlloys and composites, Golden, CO (1998), 465-470.

[6] Adachi, M. and Sato, S.: NADCA Transactions,Cleveland, OH (1999), T99-022.

[7] Martinez, R.A., de Figueredo, A.M., Yurko,J.A., and Flemings, M.C.: NADCA Transactions,Cincinnati, OH (2001), 47-54.

[8] J. A. Yurko, R.A. Martinez, and Flemings, M.C.:Proceedings of the 7 th International Conference onthe Processing of Semi-Solid Alloys and Compos-ites, Tsukuba, Japan (2002), 659-664.

[9] Avitzur, B. (1983): Handbook of Metal-Formingprocesses, JOHN WILEY & SONS Inc., New York,1983.

[10] Karlsson, p., Gaard, a., KraKhMalev, p.,BerGStroM, j. (2010): Galling resistance andwear mechanisms for cold work tool steels inlubricated sliding against high strength stainlesssteel sheets, Proceedings of the 4th InternationalConference on Tribology in Manufacturing Pro-cesses (ICTMP 2010), Nice, France, June 13th -15th, 2010, 673-679.

[11] Dohda, K., KaWai, n. (1990): Compatibility Be-tween Tool Materials and Workpiece in Sheet-Metal Ironing Process, J. Tribology, Volume 112, Is-sue 2, 1990., 275-282.

[12] GierzynSKa, M. (1983): Tarcie zuzycie ismarowanie w obrobce plastycznej metali, WNT,Warszawa.

[13] Pesch, p. (2003): Performance of Hard Coated SteelTools for Steel Sheet Drawing, Journal of Surfaceand Coatings Technology, Vol. 163-164, pp. 739-746.

[14] Dohda, K. (1990) Tribological properties of thinhard coatings used in metal forming, Proceedingsof the Japan International Tribology Conference,Nagoya, pp 1973-1980.

[15] Lindvall, f., BerGStroM, j., KraKhMalev, p., Bay, n.(2010): The Influence of Grinding and PolishingProcedure of Tool Steels in Sheet Metal Forming,Proceedings of the 4th International Conferenceon Tribology in Manufacturing Processes (ICTMP2010), Nice, France, June 13-15th, 603-613.

[16] AdaMovic, d. (2002): Conduct of materials in con-tact at processes of plastic forming with high work-ing pressures, Doctoral thesis, The Faculty of Me-chanical Engineering, Kragujevac, (in Serbian).

Prosiding InSINas 2012