PENGERJAAN PANAS LOGAM Pertemuan 7

1. PENGERJAAN PANAS LOGAMPertemuan 7 Matakuliah : D0234 - Teknologi Proses Tahun : 2007

2. Learning Outcomes . Mahasiswa dapat menerangkan proses pengerjaan panas logam Outline Materi : • Pembentukan Logam Secara Plastis • Pengerolan • Ekstrusi • Pembuatan Pipa dan Tabung • Penarikan • Metode Khusus

3. PEMBENTUKAN LOGAM SECARA PLASTIS Pembentukan logam secara plastis adalah pembentukan dengan cara memberikan gaya-gaya luar kepada benda kerja (logam) sehingga terjadi deformasi plastis, dimana untuk memperoleh bentuk yang diinginkan volume atau massa logam dijaga tetap, hanya dipindahkan / didesak dari satu lokasi ke lokasi yang lain. Pembentukan logam secara plastis dapat dilakukan dengan 2 cara, yaitu : pengerjaan panas, dan  pengerjaan dingin. 7-2

4. Perbedaan antara pengerjaan panas dan dingin : PENGERJAAN PANAS • Dilakukan di atas tempe- ratur rekristalisasi (baja sekitar 500O – 700OC); • Diperlukan gaya yang lebih rendah; • Perubahan sifat mekanik kecil : - keuletan naik, - ketahanan terhadap impak naik. PENGERJAAN DINGIN • Dilakukan di bawah tempe- ratur rekristalisasi; • Diperlukan gaya yang lebih tinggi; Perubahan sifat mekanik besar : - keuletan turun, - kekuatan dan kekerasan naik. Catatan : beberapa jenis logam seperti timah hitam dan timah putih mempunyai daerah rekristalisasi rendah, sehingga pengerjaan pada suhu ruang tergolong penger-jaan panas.

5. Pengerjaan Panasadalah pembentukan dengan cara memanaskan bendakerja sampai di atas suhu rekristali-sasinya, kemudian diberikan gaya-gaya luar sehingga terjadi perubahan bentuk yang diinginkan. Keuntungan pengerjaan panas : • Porositas dalam logam dapat dikurangi; • Ketidak murnian dalam bentuk inklusi terpecah-pecah dan tersebar dalam logam; • Struktur butir lebih halus; • Sifat-sifat fisis meningkat; • Jumlah energi yang dibutuhkan untuk mengubah bentuk relatif kecil.

6. Kerugian pengerjaan panas : Terjadi oksidasi dan pembentukan kerak pada permuka- an benda kerja sehingga penyelesaian permukaan tidak bagus; Dimensi bendakerja yang dihasilkan kurang akurat; Peralatan pengerjaan panas dan biaya pemeliharaan mahal.

7. Proses utama pengerjaan panas :

8. PENGEROLAN Baja cair didiamkan dalam cetakan ingot hingga membeku, kemudian dikeluarkan dari cetakan; Ingot panas dimasukkan dalam dapur gas (soaking pit) hingga mencapai suhu 1200OC; Ingot dimasukkan dalam mesin pengerolan dan dibentuk men- jadi bentuk setengah jadi (slab, bloom, atau billet); Dari bentuk setengah jadi digiling dengan mesin rol yang lain menjadi pelat, skelp, strip, bentuk profil, tabung, dll. Figure 7.1 Rolling mill

9. Efek operasi pengerjaan panas pengerolan : • Busur AB dan A’B’ merupakan daerah kontak dengan rol; • Aksi jepit pada benda kerja diatasi oleh gaya gesek pada daerah kontak dan logam tertarik di antara rol; • Logam keluar dari rol dengan kecepatan yang lebih tinggi daripada kecepatan masuk; Figure 7.2 Effect of hot rolling on grain structure • Pada titik A dan B kecepatan logam sama dengan kecepatan keliling rol; • Akibat pengaruh penggilingan struktur yang kasar menjadi struktur memanjang; • Bila dikerjakan di atas suhu rekristalisasi maka struktur yang memanjang akan berubah menjadi butir halus.

10. Jenis mesin rol : Figure 7.3 Various roll arrangements used in rolling mills. A. Mesin bertingkat dua, kontinu atau bolak-balik; B. Mesin bertingkat empat dengan rol pendukung untuk lembaran yang lebar; C. Mesin bertingkat tiga bolak-balik; D. Mesin rol kelompok dengan empat buah rol pendukung.

11. Mesin rol bolak-balik bertingkat dua (Fig.7.2A) : • Lembaran logam bergerak diantara rol, kemudian dihentikan; • Arah rol dibalik, kemudian operasi di atas diulang kembali; • Pada interval tertentu logam diputar 90O agar penampang uniform dan butir-butir logam merata; • Untuk mereduksi penampang ingot menjadi bloom diperlukan sekitar 30 pas. Keuntungan : • Dapat mereduksi luas penampang dalam berbagai ukuran; • Dapat diatur kemampuannya sesuai dengan ukuran batangan dan laju produksi.

12. Kelemahan : • Ukuran panjang batangan yang dapat dirol terbatas; • Pada setiap siklus pembalikan gaya kelembaman harus diatasi. Mesin rol bertingkat tiga (Fig.7.2C) : Keuntungan : • Tidak diperlukan arah putar rol, sehingga tidak ada gaya kelembaman yang harus diatasi; • Lebih murah dan mempunyai keluaran lebih tinggi dibanding- kan dengan mesin rol bolak-balik dua tingkat;

13. Kelemahan : • Diperlukan adanya mekanisme elevasi; • Terdapat sedikit kesulitan dalam mengatur kecepatan rol. Mesin rol dengan rol pendukung (Fig.7.2B & D) : • Pada mesin empat rol atau lebih, rol tambahan berfungsi sebagai rol pendukung dan hanya dua buah yang berhubungan langsung dengan bendakerja; • Diameter rol yang berhubungan langsung dengan bendakerja relatif kecil untuk mengurangi absorbsi panas dari benda kerja; • Digunakan untuk lembaran logam yang relatif tipis.

14. Mesin rol kontinu (lihat juga Fig.7.2A): • Terdiri dari kurang lebih sepuluh rol yang disusun dalam satu garis lurus; • Dalam proses ini penam- pang sebuah bilet berukuran 100x100 mm direduksi secara ber- urutan menjadi batang bulat. Figure7.4 Diagram illustrates number of passes and sequences in reducing the cross section of a 4-by-4 in. (100 by mm) billet to round bar stock

15. PENEMPAAN Penempaan palu : • Pada proses ini logam dipanaskan sam- pai suhu rekristalisasinya, kemudian ditempa secara manual atau mengguna- kan mesin uap dengan die datar; • Kelemahan : Tidak dapat diperoleh ketelitian yang tinggi; Tidak dapat dilakukan untuk membuat bendakerja yang rumit. Figure 7.5 Open-frame steam hammer

16. Penempaan timpa : Figure 7.6 Drop forging with closed dies • Menggunakan die tertutup, dan bendakerja terbentuk akibat tumbukan atau tekanan, memaksa logam panas plastis memenuhi dan mengisi bentuk die.

17. Penempaan timpa dengan palu piston: • Untuk mengangkat palu di- gunakan udara atau uap; • Tinggi jatuhnya dapat di- atur dengan program, sehingga dapat dihasilkan bendakerja yang uniform; • Penggunaan : Untuk pembuatan gunting, sendok-garpu, suku cadang dan lain-lain. Figure 7.7 Piston lift gravity drop hammer

18. Penempaan timpa dengan palu piston: • Silinder yang saling berhadapan dalam bidang horisontal, menekan benda kerja yang diletak- kan pada bidang tumbukan dimana kedua bagian die bertemu; Figure 7.8 Horizontal-impact forging machine • Benda tempa mempunyai sirip di sekeliling garis pisah; • Penggunaan : Untuk pembuatan landing gear pesawat terbang (berat > 28 Mg).

19. Keuntungan operasi penempaan : • struktur kristal halus, • porositas tertutup, • waktu penempaan singkat, • sifat fisis meningkat. Kerugian operasi penempaan : • timbulnya inklusi kerak, • harga die mahal, jadi tidak ekonomis untuk pembuatan produk dengan jumlah kecil.

20. Penempaan tekan : Deformasi plastik logam melalui penekanan yang berlang-sung dengan lambat, berbeda dengan impak palu yang berlangsung dengan cepat. Penempaan Upset : • Untuk pembuatan kepala baut : Figure 7.9 Upset forging • Batang berpenampang rata dijepit dalam die dan ujung yang dipanaskan ditekan sehingga mengalami deformasi; • Umumnya benda tempa tidak memerlukan pemangkasan lagi.

21. Untuk pembuatan benda tempa silinder : Potongan bahan bulat dipanaskan sampai su-hu tempa, kemudian di-letakkan dalam die dan dilubangi secara pro-gresif dengan batang pelubang, sehingga di-peroleh bentuk tabung. Figure 7.10 Sequence of operations for a cylinder forging on an upset forging machine.

22. Penempaan Rol : • Batang bulat yang te- lah dipanaskan sam- pai suhu tempa, dile- takkan diantara rol yang berada dalam posisi terbuka; Figure 7.11 Principle of roll forging • Ketika rol berputar, batang dijepit oleh alur rol dan didorong ke salah satu sisi; • Bila rol terbuka, batang didorong kembali dan digiling lagi, atau dipindahkan ke alur berikutnya; • Agar tidak berbentuk sirip, sesudah setiap pas batang diputar 90O.

23. Penggunaan penempaan rol : • suku cadang, • baling-baling pesawat terbang, • linggis, • pisau pahat, • tabung tirus, dan lain-lain.

24. EKSTRUSI Prinsip ekstrusi sama seperti menekan tapal gigi keluar dari tabung. Jenis Ekstrusi : 1. Ekstrusi langsung : Billet bulat yang telah dipanaskan dimasukkan dalam ruang die, kemu-dian diekstrusi melalui lubang die. Figure 7.12 Diagram illustrating direct and indirect extrusion 2. Ekstrusi tak langsung : Hampir sama dengan ekstrusi langsung, hanya disini bagian yang diekstrusi ditekan ke luar melalui bagian dalam ram.

25. Perbedaan ekst. langsung dengan tak langsung : EKTRUSI LANGSUNG : EKTRUSI TAK LANGSUNG : • Arah ekstrusi searah de- Arah ekstrusi berlawanan ngan arah gaya; arah dengan arah gaya; • Bendakerja bergesekan Bendakerja tidak berge- dg. dinding kontainer  sekan dg. dinding konta- diperlukan gaya yang le- iner  diperlukan gaya bih besar;**) yang lebih kecil; *) • Bentuk ram pejal  lebih Bentuk ram berlubang  kokoh;*) kurang kokoh;**) • Hasil ekstrusi dapat dito- Hasil ekstrusi tidak dapat pang dengan baik  tidak ditopang dengan baik  mengalami deformasi mudah mengalami defor- akibat gaya gravitasi.*) masi akibat gravitasi.**) Keterangan : *) keunggulan & **) kelemahan

26. PEMBUATAN PIPA DAN TABUNG Pengelasan tumpul Pipa/tabung dengan kampuh Pengelasan tumpul listrik Pengelasan tumpuk Pembuatan pipa dan tabung Pelubangan tembus Pipa/tabung tanpa kampuh E k s t r u s i t a b u n g

27. Pengelasan tumpul (butt welding) : Figure 7.13 Drawing skelp throught a welding bell. • Salah satu ujung skelp dibentuk tirus untuk memudahkan pemasukannya dalam pembentuk lonceng; • Skelp dipanaskan sampai suhu las dan ujungnya ditarik melalui pembentuk lonceng sehingga menjadi bulat dan tepinya membentuk lasan tersambung menjadi satu; • Selanjutnya dimasukkan dalam rol penyelesaian untuk men- dapatkan ukuran yang tepat dan untuk membersihkan teraknya.

28. Pengelasan tumpul kontinu : • Tepi skelp dipanaskan hingga mencapai suhu las, kemudian dimasuk- kan ke dalam serangka- ian rol horisontal dan vertikal yang memben- tuknya menjadi pipa; • Pipa dipotong-potong dalam ukuran tertentu; Figure 7.14 Skelp being formed into a continuous butt-welded pipe • Dilakukan proses pembersihan dan penyelesaian.

29. Pengelasan tumpul listrik : • Mula-mula lembaran baja di- bentuk dingin dengan mema- sukkan pelat melalui bebera- pa pasangan rol secara kontinu sehingga mengubah bentuk pelat menjadi pipa; • Perangkat pengelasan ditem- patkan pada ujung mesin rol; • Kedua tepi pipa dijepit dengan elektrode rol yang mengalirkan arus listrik penghasil panas se- hingga kedua tepi tsb. menyatu; Figure 7.15 Continuous-resistance butt welding of steel pipe • Pipa kemudian melalui rol ukur- an dan rol penyelesaian.

30. Pengelasan tumpuk (lap welding) : • Skelp dengan tepi agak ti- rus dipanaskan dalam dapur pemanas kemudian ditarik melalui die/diantara rol se- hingga membentuk silinder dengan tepinya saling ter- tindih. • Kemudian dipanaskan kem- bali dan ditarik melalui dua buah rol yang beralur; Figure 7.16 Method of producing lap-welded pipe from skelp • Diantara rol tersebut terdapat mandrel tetap, sehingga tepi akan menyatu karena adanya tekanan antara rol dan mandrel.

31. Pelubangan tembus (piercing) : Figure 7.17 Principal steps in the manufacture of seamless tubing • Bilet baja silindris mula-mula diberi lubang senter, kemu- dian dipanaskan sampai mencapai suhu tempa; • Bilet kemudian ditekan masuk diantara ke dua rol penem- bus yang memaksa bilet berputar dan sekaligus ber- gerak maju melalui mandrel hingga tembus;

32. Pelubangan tembus (piercing) : Figure 7.17 Principal steps in the manufacture of seamless tubing • Pipa/tabung yang masih berdinding tebal, bergerak mela- lui rol beralur, sedang ditengahnya terdapat mandrel ber- bentuk sumbat hingga pipa bertambah panjang dan tipis sesuai dengan ukuran yang dikehendaki; • Tabung ini yang masih berada pada suhu kerja, kemudian melalui mesin pelurus dan pengatur ketepatan ukuran dan penyelesaian.

33. Pelubangan tembus kontinu : Figure 7.18 Principal steps in the manufacture of continuous tubing. • Batang bulat  140 mm dipanaskandan kemudian diberi lu- bang tembus dengan mandrel penembus; • Diteruskan ke mesin mandrel untuk mengurangi diameter dan ketebalan; • Tabung dipanaskan kembali dan dimasukkan ke mesin pereduksi regang untuk mengurangi diameter dan ketebalan dengan melakukan peregangan terhadap pipa.

34. Ekstrusi tabung : Cara ini termasuk ekstrusi langsung, akan tetapi disini digu- nakan mandrel untuk membentuk bagian dalam dari tabung. • Bilet ditempatkan di dalam ruang ekstrusi; • Mandrel didorong me- nembus bilet; • Pendorong pres dido- rong maju mengeks- trusi logam. Figure 7.19 Extruding a large tube from a heated billet

35. PENARIKAN Biasanya digunakan bila tidak dapat dibuat dengan mesin Rol tanpa kampuh. • Bloom dipanaskan sampai suhu tempa; • Bloom panas dipasang pada mesin pres vertikal; • Dengan menggunakan pelubang tembus, bloom dibentuk menja- di benda tempa berongga de- ngan alas tertutup; • benda tempa dipanaskan kem- bali dan ditempatkan dalam bangku tarik yang terdiri dari beberapa die dengan diameter yang semakin kecil; Figure 7.20 Drawing thick-walled cylinders from heated bloom.

36. PENARIKAN Biasanya digunakan bila tidak dapat dibuat dengan mesin Rol tanpa kampuh. • Pelubang digerakkan secara hi- draulis menekan benda tempa tersebut membentuk silinder/ tabung dengan diameter tertentu; • Untuk silinder/tabung berdinding tipis, pemanasan dan penarikan perlu diulang beberapa kali; • Bila pipa merupakan benda akhir ujung yang tertutup harus dipo- tong dan dirol kembali agar uku- rannya tepat dan penyelesaian- nya baik;; Figure 7.20 Drawing thick-walled cylinders from heated bloom.

37. PENARIKAN Biasanya digunakan bila tidak dapat dibuat dengan mesin Rol tanpa kampuh. • Pada pembuatan tabung oksigen, ujung terbuka ditempa atau dire- duksi dengan pemutaran panas (hot spinning) untuk menghasil- kan leher tabung. Figure 7.20 Drawing thick-walled cylinders from heated bloom.

38. Pemutaran panas (hot spinning) • Tabung dipanaskan sampai suhu tempa; • Tabung panas diputar dengan mesin putar (sejenis mesin bubut); • Pada bagian tabung yang akan direduksi ditekan dengan penekan tumpul sehingga dihasilkan leher tabung yang diinginkan.

39. CARA-CARA KHUSUS Cara-cara khusus diperlukan bila dengan cara-cara biasa tidak dapat digunakan. Contoh : • Untuk membuat bagian-bagian yang tipis pada benda tempa dapat dilakukan dengan : • menggunakan die yang dipanaskan dan pada bagian benda kerja yang mengalami penekanan diberi pelumas untuk mengurangi oksidasi permukaan, • operasi pengerjaan dilakukan dengan cepat dengan menggunakan mesin pres kecepatan tinggi. • Untuk logam yang sulit ditempa seperti titanium dapat dicetak dalam pres yang dikelilingi gas mulia untuk men- cegah terjadinya oksidasi dan pengerakan. • Pelet aluminium yang kecil (lebih kecil dari butir-butir beras) dapat digiling menjadi lembaran.

40. SELESAI TERIMA KASIH