Tugas Komposit :Semi Solid Processing of MMC
M Dimas Sanjaya 0806331670
M Ekaditya Albar 0806331683
Michael 0806331733
Metal Matrix Composite (MMC)
MMC Material komposit dimana logam atau paduan logam
(alloy) berperan sebagai matriks dari komposit itu sendiri.
MMC bagian struktural dan aplikasi-aplikasi ketahanan
aus dan operasi pada temperatur tinggi.
Contoh MMC penggunaan aluminium matriks komposit
berat yang ringan untuk aplikasi tertentu yang membutuhkan
sifat creep dan fatigue (pada suhu tinggi) yang baik serta
lebih tahan terhadap aus dibandingkan logam ringan tanpa
penguat atau polimer dengan penguat fiber
Hubungan antara specific modulus dengan specific strength dari beberapa material
Pada MMC, fasa matriks monolithic alloy dan sebagai
fasa penguat nya karbon, logam-logam tertentu atau
keramik.
Penguat yang continuous fiber atau filament (f) grafit,
silikon karbida (SiC), boron, aluminium oksida (Al2O3) dan
logam refraktori.
Penguat yang discontinuous mengandung SiC whisker (w)
dan partikulat (p) seperti SiC, Al2O3, dan titanium diboride
(TiB2) serta garfit dan Al2O3 dalam bentuk short fibers atau
chopped (c).
Metal Matrix Composite (MMC)
Proses Pembuatan MMC
Semi Solid Processing pada MMC
Semi solid processing proses pembentukan (forming) dari
logam pada suhu di atas suhu solidus dan di bawah suhu liquidus,
dimana fasa solid dan liquid muncul bersamaan.
Semi solid processing pada MMC pertama kali ditemukan oleh
Spencer dan Flemings pada awal tahun 1970-an.
Proses semi solid processing proses pencampuran antara fasa
solid dan liquid. Fasa liquid pada campuran logam cair, lelehan
plastik atau solvent.
Selain itu, pada fraksi liquid sekitar 20-60 vol%, logam dapat
menunjukkan adanya thixotropic (shear thinning) flow behavior.
Kehadiran fasa liquid ini memudahkan campuran tadi untuk dapat
dibentuk sesuai bentuk yang diinginkan
Interval proses untuk casting, forging, danthixoforging dari AA 6082 dan AA A356
Semi Solid Processing pada MMC
Proses semi solid processing komponen geometri yang
kompleks dan berkekuatan tinggi memperoleh laju
deformasi yang tinggi pada beban yang relatif rendah.
Proses pendinginan yang cepat setelah proses solidifikasi
akan menghasilkan mikrostruktur globular yang halus dari
material yang semi-finished.
Struktur globular ini dibutuhkan karena untuk mendapatkan
flow behavior selama proses thixoforging, kita membutuhkan
adanya struktur globular, bukan dendritic. Struktur globular
juga memiliki sifat mudah geser dan mudah sliding pada
material.
Skema perubahan morfologi pada proses Semi Solid Metal
Semi Solid Processing pada MMC
Seluruh proses semi solid mikrostruktur yang globular dari
logam selama pemanasan dan pembentukan / forming.
Karena alasan ini, alloy yang digunakan untuk thixoforging
digerakkan (stirred) secara elektromagnet selama continuous
casting dari billet rods.
Cara lain untuk memperoleh butir globular yang halus adalah
dengan menggunakan spray forming
Prinsip dari spray forming menggunakan energi kinetik yang
tinggi dari molten spray material, pendinginan cepat pada
permukaan substrat dan rapid solidification.
Skema Proses Spray Forming
Semi Solid Processing
Semi Solid Metal Forming (SSMF)
Semi Solid Metal Powder Forming
(SSMPF)
Semi Solid Metal Forming (SSMF)
SSMF Menggunakan struktur globular dan mikro segregasi
dari struktur paduan untuk membentuk material sesuai
bentuk yang diinginkan.
Proses SSMF thixomoulding, squeeze casting, dan vertical
forming.
Kunci dari SSMF Preparasi raw material dan seleksi
komponen
Semi Solid Metal Forming (SSMF)
Preparasi raw material dan seleksi :
Komposisi material telah dipilih dilelehkan dan didinginkan.
Pada proses pendinginan, solidifikasi akan terjadi dan
terbentuk struktur dendritic.
Struktur dendritic tersebut kemudian pecah menjadi
struktur globular karena proses mechanical atau magnetic
stirring
Contoh alat mechanical stirring egg breaking
Semi Solid Metal Forming (SSMF)
Proses pemanasan raw material :
Dilakukan pada induction-heating furnace sebagai
pengganti dari metode pemanasan secara radiasi.
Hal ini dilakukan untuk memastikan terjadinya pemanasan
yang homogen pada seluruh sampel dan menghasilkan
fraksi liquid yang seragam.
Diagram skematis fabrikasi MMC dengan mechanical dan mechanical stirring
Semi Solid Metal Forming (SSMF)
Fabrikasi MMC dengan metode squeeze-casting memiliki
beberapa permasalahan, terutama masalah dispersi dari
partikulat yang kurang homogen karena reaksi interface dan
partikulat yang fraktur pada proses mechanical stirring.
Pada proses powder metallurgy, cukup mudah untuk
mendispersikan penguat secara homogen dan mengontrol
reaksi interface. Tapi proses powder metallurgy memiliki cost
yang lebih tinggi dan sulit membentuk material net-shape.
Semi Solid Metal Powder Forming (SSMPF)
SSMPF Menggunakan campuran dari dua jenis metal
powder
Raw material untuk proses SSMPF meliputi:
1. Campuran antara metal powder dengan polimer
Campuran tersebut dibentuk menjadi komponen dengan
menggunakan sifat formability dari polimer. Contoh dari
proses ini adalah slip / tape casting, powder extrusion,
solid freeform fabrication, dan powder injection molding
Semi Solid Metal Powder Forming (SSMPF)
2. Campuran dari satu jenis metal powder yang memiliki titik
leleh tinggi dengan metal powder lain yang memiliki titik
leleh yang rendah. Berikut alur prosesnya.
Campurandibentuk
Metal powder
dicampurdan
dipadatkandgn P danT tertentu
Logamdengan
melting T rendah, meleleh
dulu
Logam tsbmengisitempat
kosong dilogam lain
Terbentukgreen part
Green part dipadupada T tertentu
Terjadiproses
difusi danmembentuk struktut
Proses pembentukan Semi Solid Metal Powder Forming (SSMPF) yang menggunakan Al sebagailiquid former pada T dan P tertentu
Proses Thixoforming
Thixoforming
Thixoforging
Thixocasting
Proses Semi Solid Thixoforming
Proses Thixoforming
Thixoforming mikrostruktur yang terbentuk berbentukpartikel spheroid (globular) yang dikelilingi fasa liquid darilogam dengan titik leleh rendah.
Material ini memiliki thixotropic properties ketika diberitegangan geser, material akan mengalir (flow), namun ketikadidiamkan, material tersebut akan menebal
Thixoforming merupakan salah satu cabang proses semisolid process, yang memiliki karakteristik casting dan forging
Thixoforming mengombinasikan beberapa sifat daricasting pada produksi near-net-shape dengan parts yangkompleks dan ketebalan yang tipis. Dengan sifat dari forging,seperti high strength dan high elongation
Proses Thixoforming
Urutan proses Thixoforming:
Batangan dari thixoformable raw material dipotong menjadislug dengan panjang tertentu.
Slug tersebut dipanaskan pada keadaan yang terkontrol,menggunakan induction coil atau muffle furnace menjadi‘mushy’ state.
Slug yang telah dipanaskan tersebut ditransfer ke shotsleeve pada mesin die casting yang telah dimodifikasi dandiinjeksikan ke dalam cetakan.
Selanjutnya melepaskan (remove) component feeder dangating system dengan menggunakan clipping press atauband saw.
Skema proses Thixoforming
Keuntungan Thixoforming untuk manufaktur fiber reinforced light metal MMC
Suhu proses yang rendah jika dibandingkan dengan liquidmelt infiltration.
Mengurangi siklus kerja dengan mengombinasikan reheatingdan thixoforging process untuk mempercepat solidifikasi danmempersingkat flow paths.
Membatasi reaksi kimia pada permukaan fiber.
Membatasi tegangan sisa (residual stress) yang timbul saatmisfit pada ekspansi termal antara material matriks danreinforcement.
Meningkatkan daya tahan (durability) dari cetakan karenapengurangan fraksi liquid dan beban tekanan yang rendah.
Keterbatasan Thixoforming
Harga raw material yang mahal dan masih terbatasnyajumlah penyedia barang (suppliers).
Usaha untuk mengembangkan dan cost yang dibutuhkanuntuk menerapkan proses manufaktur yang terus berjalanmasih terbatas dalam hal pengetahuan proses.
Biaya pengembangan cetakan (die) yang lebih mahaldaripada teknologi forming konvensional karena design rulesdan proses yang tersedia masih terbatas.
Proses ini membutuhkan trainer dan operator yang memilikilevel tinggi untuk mengoperasikan dan menjaga thixoformingplant dibandingkan operator tradisional.
Semi Solid Forging
Untuk mendapatkan keuntungan dari proses semi solid
forging pada proses manufaktur fiber reinforced MMC, proses
tersebut harus memiliki reheating yang cepat, transport yang
cepat dari material semi finished yang panas ke dalam
cetakan, dan pendinginan yang cepat setelah thixoforging.
Jika rangkaian proses, reheating unit, material handling dan
kontrol dari tekanan berhasil dikendalikan dan dioptimalkan,
proses manufaktur MMC ini dapat menjadi salah satu proses
yang menarik karena tidak hanya dapat menghasilkan sifat
yang berkualitas, tetapi dapat menghemat operating cost.
Rantai Proses manufaktur komponen fiber reinforced MMC dengan thermal spraying dan thixoforging