prekompaksi&kompaksi metalurgi serbuk

Kuliah-4

Pre-kompaksi dan kompaksi

Kerangka kuliah:

Pengadukan dan pencampuran (mixing and

blending)

Friksi Serbuk:

Efisiensi pencampuran

Pelumasan serbuk

Fenomena kompaksi

Teori kompaksi

Teknologi kompaksi

1-Pengadukan dan pencampuran

Pengadukan dan pencampuran proses pra kompaksi

Serbuk dicampur untuk diperoleh kontrol distribusi ukuran dan upaya memudahkan proses pemaduan melalui serbuk logam.

Hal penting dalam pra-kompaksi agar terhindar dari permasalahan di fabrikasi:

Jangan menggunakan serbuk setelah transportasi tanpa pencampuran ulang.

Jangan mem-vibrasi serbuk.

Jangan mengumpankan serbuk secara jatuh bebas, dimana serbuk halus dan kasar dapat bersegregasi karena perbedaan laju settling.

2-Mekanisme pencampuran

Proses pencampuran serbuk didasarkan pada mekanisme berikut:

Difusi pergerakan partikel ke tumpukan serbuk

Konveksi pencampuran dengan transfer sekelompok serbuk ke lokasi yg berdekatan

Geser pencampuran melalui pembagian dan pengaliran serbuk secara kontinu melalui bidang geser.

3 – Peralatan aduk dan

campur

Beberapa contoh peralatan pengadukan dan pencampuran

serbuk

4 – Efek kondisi proses

Volume serbuk sangat menentukan proses pengadukan dan pencampuran. Volume sekitar 20-40% optimal!

Kecepatan rotasi juga sangat berpengaruh terhadap efisiensi pencampuran.

Rotasi lambat perlu waktu untuk pencampuran yang memadai.

Rotasi cepat menghasilkan gaya sentrifugal serbuk yang mengganggu aliran selama proses.

Pencampuran terbaik terjadi jika gaya sentrifugal kecil, tapi tdk terlalu kecil untuk terjadinya turbulensi.

5 – Friksi serbuk:

Efisiensi pencampuran

Pengadukdan dan pencampuran ditentukan oleh aliran serbuk satu sama lain. Makin tinggi gesekan interpartikel akan menjadikan proses pencampuran makin sulit.

Friksi akan meningkat oleh:

Ukuran yang makin kecil

Bentuk partikel tidak beraturan

Koefisien gesek partikel yang makin tinggi

Pada pengaduk silindris, efisiensi bervariasi dengan karakteristik serbuk dan karakteristik operasi pengadukan. Kec putar yg diinginkan adalah perpaduan keseimbangan gaya gravitasi dan sentrifugal.

Estimasi kec putar optimal serbuk pada pengaduk silindris oleh Sundrica: No = 32/d1/2

dimana:

No = kec putar optimal dalam RPM

d = diameter drum pengaduk dalam meter.

Makin kecil diameter drum, makin cepat putaran yg diperlukan untuk mencapai pencampuran optimal.

5 – Friksi serbuk:

Pelumasan serbuk Permasalahan dasar dalam kompaksi adalah gesekan antara serbuk

dengan cetakan dan antar serbuk.

Pelumas digunakan untuk meminimalisasi keausan dan memudahkan

pengeluaran hasil cetak dari cetakan. Terdapat 2 jenis pelumasan :

pelumasan dinding cetakan dan pelumasan serbuk.

Pelumas biasa dicampur dengan serbuk sbg langkah akhir sebelum

penekanan. Untuk logam, senyawa berbasis stearat Al, Zn, Li, Mg dan Ca

biasa digunakan. Senyawa dengan atom karbon 12-22.

Berbentuk butiran halus, dengan ukuran rata2: 30 mikron

KOnsentrasi penambahan: s.d. 2.0 wt%.

Jenis lainnya: lilin atau aditif selulosa.

6. Efek pelumasan (1)

‘Apparent density’ SS 316L hasil

atomisasi air turun dengan

penambahan Li-stearat, dengan

kondisi pengadukan:

60 vol%

50 rpm

Disebabkan: peningkatan volume

terjadi karena adanya pelumas

yang bermassa jenis lebih

rendah.

6. Efek pelumasan (2)

Waktu alir menjadi lebih cepat

(Hall flowmeter, 50 g) jika jumlah

pelumas ditambahkan.

Dalam kondisi basah (setelah

penekanan sebelum sinter)

pelumasan dapat menurunkan

kekuatan.

6. Efek pelumasan (3)

Gaya yang diperlukan untuk

mendorong serbuk yang

dicetak, keluar dari cetakan,

turun dengan penambahan

pelumasan.

Keausan cetakan dapat

dikurangi dengan pelumasan.

8. Kompaksi

Tumpukan makin padat terjadi saat penekanan. Selanjutnya titik kontak

terdeformasi dengan meningkatnya tekanan. Akhirnya, partikel

mengalami deformasi plastis secara ekstensif.

9. Kompaksi konvensional

•Terdapat beberapa mode penekanan:

•Hidrolik

•Mekanik

•Rotari

•isostatik

Mesin kompaksi

10. Teori kompaksi (1)

10. Teori kompaksi (2)

Faktor rasio tegangan (z) kecil diinginkan untuk keseragaman kompaksi

friksi inter partikel yang tinggi akan membantu homogenitas dalam operasi

penekanan.

Kompaksi dan pelumasan

Ada 3 efek penting dari hasil

percobaan Tabata et al.:

Friksi dinding cetakan (u)

bergantung pada jumlah

pelumas;

Friksi dinding cetakan

turun dengan

meningkatnya tekanan

kompaksi;

Rasio tekanan (z)

mendekati akar kuadrat

tekanan yang diberikan.

Kompaksi:

1- Densiti bakalan vs tekanan

Ketika tekanan ditingkatkan, densiti bakalan meningkat, sebagai akibat berkurangnya porositas.

Kemampuan penekanan serbuk didefinisikan sebagai densiti yang dicapai pada tekanan kompaksi yang diberikan.

HUbungan densiti dengan tekanan di-gbr-kan sbb.:

de/dP = -Ke (1)

dimana, P: tekanan yg diberikan, e: fraksi pori dan K: konstanta.

Hasil integrasi:

ln (e/ea) = -KP (2)

dimana ea: apparent porosity pada awal kompaksi

#Persamaan di atas masih mengabaikan mekanisme kompaksi. Cukup layak utk penerapan pada tekanan 100 – 700 MPa.

1- Densiti bakalan vs

tekanan (2)

Modifikasi pers (2) dengan mempertimbangkan konsolidasi awal transien dan mekanisme ganda kompaksi, digbrkan pada pers. Berikut:

ln e = B – K1P – K2P (3)

dimana K1 dan K2 : karakteristik mekanisme densifikasi, B: konstanta untuk pengaturan

Perilaku kompaksi bergeser dari mekanisme kompaksi yg dikontrol peluluhan ke pengerasan kerja.

Pegaruh kekerasan material terhadap densiti bakalan

diperlihatkan gbr di atas. Ukuran partikel= 44-62 mikron.

Makin tinggi kekerasan, makin rendah densiti bakalan yg dicapai

pada tekanan tertentu. Pada material keras, perpatahan dan

deformasi terjadi selama kompaksi.

1- Densiti bakalan vs

tekanan (3)

K1 berhubungan scr signifikan dengan kekuatan luluh material,

pada tekanan kompaksi melebihi yg diperlukan untuk pengaturan

partikel.

Pada tekanan kompaksi yang lebih tinggi, laju densifikasi rendah.

Pada kondisi ini, pengerasan kerja menentukan kondisi

kompaksi.

1- Densiti bakalan vs

tekanan (4)

Kompaksi sangat bergantung pada beberapa hal berikut:

Ukuran partikel

Bentuk

Gesekan antar partikel

Pelumasan

Dimensi Kekuatan bakalan berhubungan dengan fraksi densiti.

s = C.so.f(r) (4)

dimana s: kekuatan, C: konstanta, so: kekuatan material; f(r): fungsi densiti

2- Kekuatan bakalan vs

densiti (1)

2- Kekuatan bakalan vs

densiti (2)

Pada banyak kasus, pers (4), di-gbrkan dalam pers. berikut:

s = C.so.r^m (5)

Makin kasar sebuah partikel dapat meningkatkan kekuatan bakalan dalam bentuk penguncian mekanik antar partikel.

Pada sisi lain, makin halus partikel memberikan ikatan antar partikel yang lebih banyak, pada suatu densiti bakalan, dan karenanya meningkatkan kekuatan bakalan.

3- Kekuatan bakalan vs

tekanan

Hubungan kekuatan – densiti – tekanan telah diberikan dalam beberapa pers. Maka hubungan kekuatan thd tekanan dapat ditelusuri.

Kombinasi per. (3) dan (5) dapat memberikan hubungan kekuatan – tekanan pada bakalan. Tapi, model yg dihasilkan terlalu kompleks.

Alternatif lain adalah pers. Berikut:

s = B’ so P (6)

dimana B’:konstanta material. Makin tinggi tekanan kompaksi yang diberikan, makin kuat bakalan yang dihasilkan.

11. Teknologi kompaksi

Klasifikasi komponen

metalurgi serbuk

Class 1: level tunggal, bentuk sederhana

Class 2: level tunggal, tekanan kompaksi diberikan dari 2

arah

Class 3: level ganda, arah tekanan dari 2 arah

Class 4: level jamak, tekanan diberikan dari beberapa

arah.

Klasifikasi komponen

Klasifikasi komponen

Beberapa contoh:

Tugas 2 (kelompok per 2 orang)

Buatlah proposal riset fabrikasi produk dengan metalurgi serbuk untuk:

Biomaterial

Porous material

Aircraft component

Magnetic material

Jelaskan

Bentuk dan fungsi

Material penyusunnya

Kerangka proses fabrikasinya

Karakterisasi

Paper 4-8 halaman A4