Paper Manajemen Proyek Industri “Ruang Lingkup dan Proses Metalurgi”

Tiin Zhakiah, 1206217345

1

Ruang Lingkup dan Proses Metalurgi

Metalurgi didefinisikan sebagai ilmu dan teknologi untuk memperoleh sampai

pengolahan logam yang mencakup diantaranya tahapan dari pengolahan bijih mineral,

pemerolehan (ekstraksi) logam, sampai ke pengolahannya untuk menyesuaikan sifat-sifat dan

perilakunya sesuai dengan yang dipersyaratkan dalam pemakaian untuk pembuatan produk

rekayasa tertentu. Berikut adalah beberapa ruang lingkup dan proses metalurgi:

Casting

Casting atau pengecoran adalah proses fabrikasi logam, di mana logam dicairkan lalu

dituangkan ke dalam suatu cetakan dengan gaya gravitasi atau gaya lain, kemudian dibiarkan

membeku sehingga akan terbentuk logam padat sesuai dengan desain pada cetakan. Pengecoran

merupakan suatu proses manufaktur untuk menghasilkan suatu objek dengan bentuk yang

mendekati bentuk geometri benda jadi. Karena keunggulannya yang dapat menghasilkan produk

yang sederhana sampai rumit dengan berat bervariasi serta proses finishingnya yang minimum

sehingga dapat mengurangi biaya dan waktu proses, maka pengecoran banyak digunakan dalam

dunia industri.

Casting dikenal juga sebagai proses solidifikasi. Oleh karena itu, struktur mikro dari

benda kerja dapat diatur, seperti struktur butir, transformasi fasa dan presipitasi. Namun, cacat

seperti penyusutan porositas, retak dan segregasi juga sangat berkaitan erat dengan proses ini.

Untuk mengurangi cacat seperti ini biasanya diberikan perlakuan panas guna mengurangi residu

tekanan dan mengoptimalkan mechanical properties benda kerja.

Gambar 1. Gating system for casting. Sumber:

http://thelibraryofmanufacturing.com/metalcasting_basics.html

Paper Manajemen Proyek Industri “Ruang Lingkup dan Proses Metalurgi”

Tiin Zhakiah, 1206217345

2

Secara garis besar proses pengecoran dapat dibedakan dalam dua proses, yaitu proses

pengecoran dan proses pencetakan. Pada proses pengecoran tidak digunakan tekanan sewaktu

mengisi rongga cetakan, sedangkan pada proses pencetakan logam cair ditekan agar mengisi

rongga cetakan. Karena pengisian logam berbeda, cetakan pun berbeda, sehingga pada proses

pencetakan cetakan umumnya dibuat dari logam. Pada proses pengecoran cetakan biasanya

dibuat dari pasir. Selain itu juga dapat menggunakan plaster, lempung, keramik atau bahan tahan

api lainnya sebagai cetakan.

Ada beberapa teknik pengecoran logam:

1. Pengecoran pasir, cetakan terbuat dari pasir.

2. Pengecoran bertekanan (die casting), logam cair dimasukkan dengan menggunakan

tekanan ke dalam cetakan pembekuan terjadi dalam kondisi bertekanan.

3. Investment casting atau lost wax casting, lubang cetakan terbuat dari plastik (wax) yang

kemudian dipanaskan hingga meleleh, meninggalkan lubang cetakan sesuai bentuk yang

diinginkan. Teknik ini digunakan untuk mengecor peralatan yang memerlukan tingkat

presisi yang tinggi, seperti perhiasan, mahkota gigi, sudut turbin, dll.

Extrusion

Ekstrusi merupakan proses pembentukan logam yang memiliki tujuan untuk mereduksi

luas penampang. Logam, sebagai benda kerja, dengan panjang dan luas penampang tertentu

dipaksa untuk mengalir melalui die dengan luas penampang yang lebih kecil, sehingga akan

terbentuk luas penampang baru. Panjang bagian yang diekstrusi akan bervariasi tergantung pada

jumlah material benda kerja dan profil ekstrusi.

Ekstrusi adalah proses pembentukan, dan seperti proses pembentukan lainnya, proses ini

dapat dilakukan baik panas maupun dingin. Namun, karena ekstrusi dilakukan dengan cara

menekan bahan logam melalui rongga cetakan dengan gaya tekan yang relatif besar, sehingga

umumnya proses ini dilakukan pada temperatur tinggi. Pada temperatur tinggi, logam memiliki

tahanan deformasi yang rendah sehingga gaya deformasinya menjadi rendah.

Paper Manajemen Proyek Industri “Ruang Lingkup dan Proses Metalurgi”

Tiin Zhakiah, 1206217345

3

Proses ekstrusi dilakukan dengan memasukkan billet berbentuk silindris ke dalam bejana

ekstrusi atau wadah, lalu ditekan ke arah cetakan. Cetakan ditahan dengan kuat pada bejana.

Gaya tekan akan melalui batang penekan, yang kemudian akan mendorong billet untuk

memenuhi bagian dalam bejana. Sebagian logam akan keluar lubang penampang cetakan

menjadi bagian produk. Produk-produk dari proses ekstrusi antara lain batang silinder, tabung

berongga, pipa dan profil-profil lainnya.

Pada awal ekstrusi, proses deformasi berada dalam kondisi non steady, dan pada saat

logam keluar melalui lubang cetakan, deformasi berubah menjadi steady. Namun, pada akhir

proses ekstrusi, deformasi akan kembali menjadi non steady.

Berdasarkan arah aliran produk dan gaya penekanya, proses ekstrusi dapat

diklasifikasikan menjadi dua tipe, yaitu;

1) Forward extrusion

Pada proses ekstrusi secara langsung, billet diletakkan dalam wadah dan ditekan oleh

penekan ke arah cetakan. Pada proses ini terjadi gerakan relatif antara wadah dan billet. Billet

bergerak dan dinding pada wadah diam. Gerakan relatif ini menimbulkan gaya gesek yang dapat

meningkatkan kebutuhan daya operasi secara keseluruhan.

Gambar 2. Direct extrusion. Sumber: http://thelibraryofmanufacturing.com/extrusion.html

Dalam proses ekstrusi langsung aliran logam melalui cetakan terjadi sesaat setelah

tekanan maksimum dicapai. Kemudian tekanan ekstrusi berkurang karena logam menjadi

semakin pendek dan permukaan gesek semakin berkurang. Produk yang dihasilkan dari proses

Paper Manajemen Proyek Industri “Ruang Lingkup dan Proses Metalurgi”

Tiin Zhakiah, 1206217345

4

ekstrusi langsung akan keluar bergerak searah dengan gaya tekan yang diberikan terhadap

wadah.

2) Reverse or back extrusion

Pada ekstrusi secara tidak langsung, cetakan terdapat pada penekan berongga, sedangkan

pada ujung wadah yang lain ditutup dengan pelat. Pada ekstrusi tidak langsung ini tidak terjadi

gerakan relatif seperti yang terjadi pada forward extrusion. Hal ini mengakibatkan secara

keseluruhan gaya gesek menjadi rendah dan daya yang dibutuhkan untuk operasi menjadi relatif

lebih kecil.

Gambar 3. Indirect extrusion. Sumber: http://thelibraryofmanufacturing.com/extrusion.html

Pada proses ekstrusi tidak langsung, aliran logam melalui cetakan terjadi sesaat setelah

tekanan maksimum dicapai, tetapi karena pengaruh gesekan sangat kecil, maka tekanan ekstrusi

tidak berubah banyak selama proses berlangsung. Mendekati akhir proses, tekanan ekstrusi naik

dengan cepat sekali, karena itu ekstrusi harus dihentikan dengan meninggalkan sebagian kecil

dari benda kerja yang belum diproses. Produk yang dihasilkan dari proses ini akan keluar dengan

arah yang berlawanan dengan arah gerakan dari penekan atau gaya tekan yang diberikan

terhadap wadah.

Rolling

Rolling atau juga dapat disebut proses pencanaian adalah proses pembentukan logam

melalui deformasi dengan melewatkan suatu benda kerja pada satu pasang roll yang berputar

dengan arah yang berlawanan. Proses rolling ini bertujuan untuk mereduksi luas penampang atau

ketebalan dari suatu logam yang diinginkan.

Paper Manajemen Proyek Industri “Ruang Lingkup dan Proses Metalurgi”

Tiin Zhakiah, 1206217345

5

Gambar 4. Basic principles of rolling. Sumber:

http://www.leonghuat.com/articles/articles%20graphics/hot.ht10.gif

Pada proses rolling, benda kerja akan terjepit diantara dua roll yang memiliki celah yang

lebih kecil daripada ketebalan logam yang akan dicanai. Batang atau lembaran logam yang

melewati roll berputar akan mengalami tegangan tekan dan tegangan geser permukaan.

Tegangan geser yang tejadi akan menimbulkan tegangan gesek antara permukaan roll dan benda

kerja. Gaya gesek inilah yang bertanggung jawab untuk menarik benda kerja agar dapat masuk

ke dalam celah roll. Deformasi yang terjadi akan menghasilkan benda kerja menjadi bertambah

panjang dengan luas penampang atau tebal yang menurun.

Mesin yang digunakan untuk melakukan proses rolling logam disebut Rolling Mill Stand.

Mesin ini terdiri dari satu pasang roll yang digerakkan oleh motor listrik yang mentransmisikan

gaya torsi melalui gigi dan cardans. Roll dilengkapi dengan bantalan dan dipasang dalam stand

dengan mekanisme screw down.

Besar kecilnya diameter roll akan berpengaruh terhadap besar kecilnya deformasi yang

terjadi pada benda kerja. Roll yang berdiameter kecil akan menghasilkan bidang kontak rolling

menjadi kecil, sehingga mengakibatkan rendahnya nilai absolut dari maksimum roll separating

force dan torsi. Hal ini tentunya akan membatasi besarnya deformasi yang diperlukan untuk

mencapai reduksi ketebalan tertentu.

Berdasarkan pada daerah temperatur operasinya, proses rolling dikelompokkan menjadi

dua teknologi, yaitu:

Paper Manajemen Proyek Industri “Ruang Lingkup dan Proses Metalurgi”

Tiin Zhakiah, 1206217345

6

1. Hot rolling

Hot rolling adalah operasi pencanaian yang dilakukan pada temperatur yang lebih tinggi

daripada temperatur rekristalisasi. Pada proses ini, deformasi tidak menyebabkan terjadinya

penguatan pada logam. Tegangan alir bahan akan semakin kecil dengan semakin tingginya

temperatur operasi. Energi deformasi yang dibutuhkan akan menjadi lebih kecil pada temperatur

lebih tinggi. Dengan demikian, deformasi yang dapat dilakukan pada benda kerja yang memiliki

ukuran relatif besar dengan total deformasi besar.

Sebagian dari produk dari hot rolling merupakan produk jadi yang secara langsung dapat

digunakan, biasanya digunakan untuk keperluan konstruksi jalan, bangunan, jembatan, seperti

profil H-Beam, canal-C, U-beam, baja tulangan, dsb. Rel kereta merupakan contoh produk akhir

dari hot rolling yang langsung digunakan.

Sementara sebagian dari produk hot rolling lainnya merupakan produk setengah jadi.

Biasanya dalam bentuk gabungan atau coil. Produk hot rolling pada industri baja misalnya baja

batangan atau wire rod dan baja canai panas atau hot roller coil steel (HRC).

Untuk menjadi produk akhir, produk hot rolling menggunakan kombinasi dari beragam

teknologi pembentukan seperti cold forming, welding, bending, dsb. Tabung LPG merupakan

contoh dari aplikasi dari baja lembaran panas yang dibentuk dengan kombinasi berbagai

teknologi pembentukan seperti deep drawing, cutting, welding dan coating.

2. Cold rolling

Cold rolling adalah suatu proses pencanaian yang dilakukan pada temperatur kamar atau

dibawah temperatur rekristalisasi. Cold rolling umumnya dilakukan setelah hot rolling. Proses

pencanaian dingin ini menyebabkan terjadinya mekanisme penguatan pada benda kerja yang

diikuti dengan turunnya keuletan, sehingga benda kerja menjadi lebih kuat, lebih keras dan lebih

rapuh.

Produk cold rolling biasanya dalam bentuk gulungan atau coil dengan tebal lembaran

antara 0.2-2.0 mm dan biasa disebut sebagai baja canai dingin atau colled roller coil steel (CRC).

Paper Manajemen Proyek Industri “Ruang Lingkup dan Proses Metalurgi”

Tiin Zhakiah, 1206217345

7

Aplikasi dari baja ini dapat digunakan untuk berbagai keperluan dengan spesifikasi dan

pengaplikasian tertentu, seperti untuk automotif, peralatan listrik, peralatan rumah tangga, dsb.

Sebagian besar dari produk hasil cold rolling merupakan produk antara yang tidak secara

langsung dapat digunakan sehingga melibatkan proses lanjutan agar dapat menjadi produk akhir

agar dapat difungsikan sesuai dengan spesifikasinya.

Untuk menjadi produk akhir, produk cold rolling dibentuk dengan menggunakan proses

forming seperti deep drawing, cold roll forming, bending, scretching, welding dan beberapa

proses lainnya. Badan mobil merupakan contoh yang menggunakan kombinasi dari beragam

teknologi pembentukan.

Forging

Forging dikenal sebagai proses di mana logam akan mengalami deformasi plastis dengan

pengaturan suhu dan tekanan tertentu. Hal ini digunakan tidak hanya untuk mengubah bentuk

daripada benda kerja, tetapi juga mengubah sifat logam itu sendiri karena akan termurnikan

ukuran butirnya sehingga akan mengubah strukturnya.

Forging atau biasa disebut juga sebagai proses penempaan adalah proses pembentukan

logam untuk menghasilkan produk akhir dengan memberikan gaya tekan dengan laju

pembebanan tertentu. Pada pembentukan ini, benda kerja ditekan dengan perkakas melalui

beberapa tahapan. Berbagai parameter seperti kompleksitas bagian, gesekan antara die dan benda

kerja, jenis press, die dan temperatur benda, serta bahan benda kerja akan mempengaruhi proses

penempaan. Proses penempaan dapat dikatakan berhasil apabila rongga die benar-benar terisi

dan stress pada benda kerja kurang dari stress ultimate sesuai dengan material benda kerja,

dengan kekuatan minimum.

Paper Manajemen Proyek Industri “Ruang Lingkup dan Proses Metalurgi”

Tiin Zhakiah, 1206217345

8

Gambar 5. Forging. Sumber: http://www.bestexengg.com/images/forging.jpg

Produk hasil penempaan memiliki struktur serat atau garis alir searah dengan kekuatan

yang diinginkan. Garis alir proses tempa cenderung mengikuti pola bentuk luar benda tempanya.

Pada umumnya proses tempa diaplikasikan untuk menghasilkan bentuk-bentuk yang tidak

beraturan, dengan ukuran mulai dari yang kecil sampai besar.

Operasi tempa pada umumnya dilakukan pada temperatur tinggi atau hot working,

terutama untuk benda kerja ukuran besar. Sebagian operasi tempa lainnya dilakukan pada

temperatur rendah atau cold working untuk benda kerja yang berukuran relatif kecil.

Banyak logam yang ditempa pada suhu rendah (forged cold), tetapi besi dan paduannya

hampir selalu ditempa pada suhu tinggi. Hal ini memiliki alasannya yaitu apabila work

hardening tetap dilakukan, material yang keras seperti besi dan baja akan menjadi sangat sulit

untuk dipadukan. Selain itu, baja dapat diperkuat dengan cara lain selain cold-working, sehingga

akan lebih ekonomis untuk hot forging daripada heat treatment.

Berdasarkan jenis cetakan yang digunakan, operasi penempaan biasanya diklasifikasikan

menjadi dua, yaitu:

1. Open die forging

Open die forging adalah suatu proses penempaan yang dilakukan dengan cara meletakkan

benda kerja diantara die yang berbentuk datar atau flat die yang berbentuk sederhana. Proses ini

digunakan untuk produk yang berukuran besar dengan produktivitas yang rendah. Proses

Paper Manajemen Proyek Industri “Ruang Lingkup dan Proses Metalurgi”

Tiin Zhakiah, 1206217345

9

penempaan jenis ini biasanya digunakan untuk memberikan bentuk awal pada benda kerja yang

akan dilanjutkan dengan penempaan yang menggunakan closed die forging.

2. Closed die forging

Closed die forging adalah operasi penempaan dengan menggunakan sepasang die block

yang membentuk benda kerja yang diinginkan secara presisi. Karena dapat menghasillkan

produk yang memiliki toleransi ukuran yang lebih presisi maka closed die forging umumnya

diaplikasikan untuk benda kerja yang relatif kecil.

Pada proses ini, volume benda kerja harus cukup untuk dapat mengisi seluruh rongga

cetakan dengan sempurna. Namun, karena sulit untuk menentukan volume yang tepat, maka

sering digunakan volume benda kerja yang relatif lebih besar sehingga tidak jarang terjadi

kelebihan volume.

Peristiwa ini menyebabkan terjadinya aliran material secara lateral yang melebar ke luar

rongga die dan membentuk pita logam tipis yang biasa disebut sirip atau flash. Flash berfungsi

sebagai katup pengaman kelebihan logam pada rongga cetakan tertutup dan sebagai penghambat

aliran logam sehingga terjadi tekanan yang tinggi untuk memastikan logam akan mengisi rongga

cetakan yang masih kosong.

Proteksi Korosi

Proteksi katodik adalah perlindungan terhadap suatu logam dari serangan korosi. Proteksi

katodik memanfaatkan konsep deret galvanis (mekanisme korosi galvanis) untuk melindungi

logam. Proteksi korosi terhadap logam dapat dilakukan dengan mengubah potensial antar muka

logam dengan lingkungannya.

Secara elektrokimia, proteksi korosi dapat dikelompokkan menjadi proteksi katodik dan

anodik. Pengendalian korosi metoda proteksi katodik dapat dilakukan dengan mengubah

potensial antar muka logam dengan ionnya ke daerah immun dengan memberikan arus katodik.

Penurunan potesial antar muka ke arah immun atau ke daerah yang lebih katodik dapat dilakukan

dengan menghubungkan benda kerja dengan anoda korban dan impress current.

Paper Manajemen Proyek Industri “Ruang Lingkup dan Proses Metalurgi”

Tiin Zhakiah, 1206217345

10

a. Proteksi katodik dengan metode anoda korban

Penggunaan anoda korban untuk sistem pengendalian korosi dapat berbentuk lapisan di

seluruh permukaan logam seperti pada baja yang digalvanisasi. Anoda yang digalvanisasi akan

menyebabkan distribusi arus yang tidak merata pada permukaan logam yang dilindungi.

Anoda yang digalvanisasi adalah logam-logam yang bersifat lebih anodik dari logam

yang dilindungi. Logam yang lebih anodik memiliki sifat yang lebih mudah terkorosi. Logam

yang digunakan sebagai anoda korban, memang sengaja dipasang untuk dikorbankan. Pemilihan

anoda korban didasarkan pada konduktivitas lingkungan, kebutuhan potensial untuk

mendistribusikan arus, kemudian adanta efek samping, dan masalah ekonomi.

Keuntungan proteksi katodik anoda korban diantaranya adalah dapat digunakan tanpa

membutuhkan energi listrik dari luar, hampir tidak memerlukan pengawasan, arus proteksi yang

dihasilkan tidak pernah salah arah, instalasi relatif sederhana, serta penghubung anoda telah

terlindungi secara katodik.

Sementara itu kerugian dari proteksi katodik dengan anoda korban adalah arus yang

tersedia terbatas, bergantung pada luas permukaan anoda, dan penghubung anoda yang

digunakan cukup besar untuk mengurangi kehilangan energi akibat tahanan.

b. Impress current

Proteksi katodik melalui metoda arus yang dipaksakan atau impress current dapat

dilakukan dengan cara menurunkan potensial antar muka logam ke daerah pasif dengan

memberikan arus anodik. Pada proteksi ini dibutuhkan elektroda pembantu. Elektroda pembantu

yang dapat digunakan adalah material atau bahan yang relatif inert ketika berfungsi sebagai

anoda. Bahan yang umum diguanakan adalah grafit, baja rongsokan, timbal, dsb.

Throwing power proteksi katodik dengan impress current ini jauh lebih besar daripada

proteki katodik dengan menggunakan anoda korban. Dengan menggunakan satu anoda bantu dan

dengan menggunakan potensial tinggi, pipa yang dilapis pelindung sepanjang 80 km dapat

diproteksi dengan metoda ini.

Paper Manajemen Proyek Industri “Ruang Lingkup dan Proses Metalurgi”

Tiin Zhakiah, 1206217345

11

Gambar 6. Impress current. Sumber: http://www.scribd.com/doc/87154200/Metode-Proteksi-Korosi

Keuntungan dari proteksi katodik dengan impress current adalah jika sumber tegangan

cukup memadai, maka arus pelindung dapat ditingkatkan sesuai dengan kebutuhan. Selain itu

penghubung anoda tidak perlu besar karena kehilangan energi akibat tahanan dapat dikoreksi

dengan meningkatkan potensial.

Di sisi lain kekurangan dari penggunaan metode ini adalah harus adanya sumber listrik

arus searah, tidak boleh ada kesalahan sirkuit atau arus salah arah, pemasangan atau perawatan

yang membutuhkan teknisi atau pengawas yang banyak dan terlatih, penghubung anoda yang

harus diisolasi secara sempurna dan tidak boleh menyerap air, serta harus dilengkapi dengan

pelindung anoda.

Selain pengendalian korosi dengan proteksi katodik, sistem juga dapat diproteksi secara

anodik. Sistem proteksi anodik dapat dilakukan dengan cara menaikkan nilai potensial antar

muka logam ke daerah pasif sehingga permukaan logam menjadi lebih anodik. Sistem ini hanya

dapat dilakukan pada logam yang memiliki sifat aktif-pasif yaitu logam-logam yang mampu

membentuk daerah korosi segi tiga dalam diagram potensial-pH. Proteksi anodik dapat dilakukan

deengan dua cara, yaitu proteksi anodik elektrolitik dan proteksi anodik galvanik.

a. Proteksi anodik galvanik

Proteksi anodik galvanik dapat dilakukan dengan menambahkan logam-logam mulia

seperti Pt, Ag, dan Cu sebagai bahan paduan ke dalam logam yang akan dilindungi atau sebagai

pelapis pada benda kerja agar terbentuk permukaan pasif. Logam-logam mulia akan membentuk

Paper Manajemen Proyek Industri “Ruang Lingkup dan Proses Metalurgi”

Tiin Zhakiah, 1206217345

12

daerah yang bersifat lebih katodik pada permukaan logam sehingga potensial antar muka logam

dapat dinaikkan ke daerah pasif.

b. Proteksi anodik elektrolitik

Proteksi anodik elektrolitik didasarkan pada pembentukan lapisan tipis pasif pada

permukaan logam yang bersifat mampu atau menghambat terjadinya korosi. Proteksi anodik

dengan metode ini dilakukan dengan menaikkan potensial antar muka logam ke daerah pasif.

Metode ini dapat dilakukan untuk mengendalikan korosi pada besi, baja, nikel, kromium dan

paduan lainnya. Dengan menggunakan potensiostat, potensial antar muka logam yang dilindungi

dapat diatur dengan akurasi yang tinggi sehingga logam berada pada daerah pasif.

Referensi:

Sofyan, Bondan T. 2010. Pengantar Material Teknik. Jakarta: Salemba Teknika.

Cathodic Protection. http://www.npl.co.uk/upload/pdf/cathodic_protection.pdf. Terakhir diakses

pada 2 September 2013.

Dasar-dasar Pengecoran Logam. http://repository.binus.ac.id/content/D0592/D059224472.doc.

Terakhir diakses pada 2 September 2013.

Forging. http://eng.sut.ac.th/metal/images/stories/pdf/02_Forging.pdf. Terakhir diakses pada 4

September 2013.

Forging. http://portal.tpu.ru/SHARED/p/PRONINA/documents/files/f4.pdf. Terakhir diakses

pada 4 September.

Fundamentals of Cathodic Protection. http://www.nortoncorrosion.com/documents/cathodic-

protection/Fundamentals-of-Cathodic-Protection.pdf. Terakhir diakses pada 2 September 2013.

Metal Extrusion. http://thelibraryofmanufacturing.com/extrusion.html. Terakhir diakses pada 4

September 2013.

Paper Manajemen Proyek Industri “Ruang Lingkup dan Proses Metalurgi”

Tiin Zhakiah, 1206217345

13

Rolling of Metals. http://mcise.uri.edu/vms/ISE%20240/Metal_Rolling.pdf. Terakhir diakses

pada 2 Sepetember 2013.

Metal Rolling. http://thelibraryofmanufacturing.com/metal_rolling.html. Terakhir diakses pada 2

September 2013.