Manajemen Proyek Industri

“Proses Metalurgi”

Rafly Fajar Adiputra1206217401

Teknik Metalurgi dan MaterialUniversitas Indonesia

Manajemen Proyek Industri

“Proses Metalurgi”

oleh Rafly Fajar Adiputra, 1206217401

I.Casting (Pengecoran)

Menurut jenis cetakan yang digunakan proses pengecoran dapat diklasifikanmenjadi dua katagori :1. Pengecoran dengan cetakan sekali pakai.2. Pengecoran dengan cetakan permanen.

Pada proses pengecoran dengan cetakan sekali pakai, untuk mengeluarkan produk corannya cetakan harus dihancurkan. Jadi selalu dibutuhkan cetakan yang baru untuk setiap pengecoran baru, sehingga laju proses pengecoran akan memakan waktu yang relatif lama. Tetapi untuk beberapa bentuk geometri benda cor tersebut, cetakan pasir dapat menghasilkan coran dengan laju 400 suku cadang perjam atau lebih.

Pada proses cetakan permanen, cetakan biasanya dibuat dari bahan logam, sehingga dapat digunakan berulang-ulang. Dengan demikian laju proses pengecoran lebih cepat dibanding dengan menggunakan cetakan sekali pakai, tetapi logam coran yang digunakan harus mempunyai titik lebur yang lebih rendah dari pada titik lebur logam cetakan.

Secara umum cetakan harus memiliki bagian-bagian utama sebagai berikut :

a. Cavity (rongga cetakan), merupakan ruangan tempat logam cair yang dituangkan kedalam cetakan. Bentuk rongga ini sama dengan benda kerja yang akan dicor. Rongga cetakan dibuat dengan menggunakan pola.

b. Core (inti), fungsinya adalah membuat rongga pada benda coran. Inti dibuat terpisah dengan cetakan dan dirakit pada saat cetakan akan digunakan. o Gating sistem (sistem saluran masuk), merupakan saluran masuk kerongga cetakan dari saluran turun.

c. Sprue (Saluran turun), merupakan saluran masuk dari luar dengan posisi vertikal. Saluran ini juga dapat lebih dari satu, tergantung kecepatan penuangan yang diinginkan.

d. Pouring basin, merupakan lekukan pada cetakan yang fungsi utamanya adalah untuk mengurangi kecepatan logam cair masuk langsung dari ladle ke sprue. Kecepatan aliran logam yang tinggi dapat terjadi erosi pada sprue dan terbawanya kotoran-kotoran logam cair yang berasal dari tungku kerongga cetakan.

e. Raiser (penambah), merupakan cadangan logam cair yang berguna dalam mengisi kembali rongga cetakan bila terjadi penyusutan akibat solidifikasi.

Cetakan Pasir : cetakan pasir merupakan cetakan yang paling banyak digunakan,karena memiliki keunggulan :_ Dapat mencetak logam dengan titik lebur yang tinggi, seperti baja, nikel dantitanium;_ Dapat mencetak benda cor dari ukuran kecil sampai dengan ukuran besar;_ Jumlah produksi dari satu sampai jutaan.

Tahapan pengecoran logam dengan cetakan pasir :_ Pembuatan pola, sesuai dengan bentuk coran yang akan dibuat;_ Persiapan pasir cetak;_ Pembuatan cetakan;_ Pembuatan inti (bila diperlukan);_ Peleburan logam;_ Penuangan logam cair kedalam cetakan;_ Pendinginan dan pembekuan;_ Pembongkaran cetakan pasir;_ Pembersihan dan pemeriksaan hasil coran;_ Produk cor selesai.

Tahapan pembuatan cetakan pasir :1. Pemadatan pasir cetak di atas pola;2. Pelepasan pola dari pasir cetak _ rongga cetak;3. Pembuatan saluran masuk dan riser;4. Pelapisan rongga cetak;5. Bila coran memiliki permukaan dalam (mis : lubang), maka dipasang inti;6. Penyatuan cetakan;7. Siap untuk digunakan.

Cetakan dan Pembuatan Cetakan :Pasir cetak yang sering dipakai adalah :_ pasir silika (SiO2), atau_ pasir silika yang dicampur dengan mineral lain (mis. tanah lempung) atau

resin organik (mis. resin phenolik, resin turan, dsb).Ukuran butir yang kecil akan menghasilkan permukaan coran yang

baik, tetapi ukuran butir yang besar akan menghasilkan permeabilitas yang baik, sehingga dapat membebaskan gas-gas dalam rongga cetak selama proses penuangan. Cetakan yangdibuat dari ukuran butir ynag tidak beraturan akan menghasilkan kekuatan yang lebih tinggi dari pada butir yang bulat, tetapi permeabilitasnya kurang baik.

II.Forging

• Forging adalah proses pengerjaan logam untuk merubah bentuk logam ke bentuk yang diinginkan dengan hammering atau pressing• Merupakan seni pengerjaan logam yang paling tua (primitive blacksmith).• Penggantian ke alat modern (mesin) terjadi pertama kali ketika revolusi industri.• Sebagian proses forging terjadi dalam kondisi panas, tapi ada juga untuk beberapa logam yang mungkin dapat dikerjakan dengan cold-forged.

Forging adalah proses pembentukan logam secara plastis dengan memberikan gaya tekan pada logam yang akan dibentuk . Gaya tekan yang diberikan bisa secara manual maupun secara mekanis (HIDROLIS ataupun PNEUMATIS). Secara umum, proses forging dapat dikelompokkan menjadi 6 macam, yaitu :a. Hammer ForgingProses ini merupakan forging yang paling sederhana. Pada umumnya landasan (ANVIL) dan HAMMER yang dipakai berbentuk datar. Sehingga proses ini diprioritaskan untuk membuat benda kerja yang sederhana dan skala produksi kecil. Prosesnya lama dan hasilnya tergantung dari skill operator.b. Drop ForgingPrinsip kerja dalam proses ini adalah memaksa logam panas yang plastis memenuhi dan mengisi bentuk die dengan cara penempaan. Proses ini yang diperlengkapi dengan die. Die umumnya dibagi dua bagian dimana satu bagian diletakkan pada hammer, yang lainnya pada anvil. Syarat die yang digunakan harus kuat dan tangguh terhadap beban impact,keausan,

dan temperatur umumnya terbuat dari campuran baja denga nkrom, molibdenum dan nickel.c. Press ForgingPada hammer forging maupun drop forging energi yang diberikan pada saat penempaan sebagian besar terserap oleh anvil, pondasi mesin dan permukaan luar benda kerja sedangkan bagian dalam benda kerja belum terdeformasi. karena itu untuk benda kerja dengan penampang tebal dan besar digunakan press forging. Prinsip kerja press forging adalah melakukan penekanan secara perlahan-lahan pada benda kerja sampai menghasilkan aliran logam yang uniform. Press forging biasanya dikerjakan tanpa die dan hammer maupun anvilnya berbentuk datar.d. Upset ForgingProses forging yang dikhususkan untuk pembesaran diameter pada ujung batang logam ditekan dalam arah memanjang. Pada dasarnya benda kerja yang diupset berupa bar bulat, wire ataupun benda kerja berbentuk silindris.

Ada 3 hal yang diperhatikan pada saat melakukan upset forging :1. Panjang benda yang diupset tidak lebih dari 3 kali diameter batang.2. Diameter upset tidak lebih dari 1,5 kali diameter batang.3. Panjang benda kerja yang tidak ditumpu oleh die tidak lebih dari diameter batang.e. SwagingSwaging adalah proses pengurangan diameter benda kerja yang berbentuk bulat baik solid meupun berongga dengan cara penempaan berulang kali.

f. Roll ForgingProses forging untuk mengurangi ketebalan dari bar yang berbentuk bulat atau datar sehingga mengalami perpanjangan ke arah sumbu axisnya. Roll forging biasanya memproduksi poros, batang taper dan pegas daun. Roll forging terdiri dari dua roll semisilindris dengan bentuk groove sebesar 25-75 % sumbu putaran.

Classification of forgiing processes : By equipment

1) Forging hammer or drop hammer2) Press forging

By process1) Open - die forging2) Closed - die forging

Open-die forging

Closed-die forging

Impression-die forging

III.Extrusion

Prinsip kerja pada proses ini adalah logam ditekan dan ditarik mengalir melalui lubang die untuk membentuk benda kerja dengan luas penampang yang lebih kecil. Die yang dipakai umumnya terbuka. Ekstrusi dapat dibagi 3 jenis, yakni ekstrusi langsung, ekstrusi tidak langsung dan impact extrusion.

• Secara umum, ekstrusi digunakan untuk membentuk suatu bar silindris atau tabung hollow.• Sebagian besar logam dikerjakan dengan hot extruded karena melihat dari besar tekanan yang diperlukan dalam proses ekstrusi. Bentuk yang kompleks dapat diekstrusi dari logam yang mudah dibentuk seperti aluminium.

Keuntungan dari ekstrusi :• membuat berbagai jenis bentuk berkekuatan tinggi• ketepatan ukuran• penyelesaian permukaan yang baik pada kecepatan produksi yang tinggi• harga die yang relatif rendah

a. Ekstrusi LangsungBilet bulat yang telah dipanaskan, dimasukkan dalam ruang die, balok dummy dan ram diletakkan pada posisinya. Logam diekstrusi melalui lubang pada die. Proses ekstrusi ini bisa dilihat pada gambar 12.

b. Ekstrusi Tidak LangsungHampir sama dengan ekstrusi langsung, namun logam yang diekstrusi ditekan keluar melalui lubang yang terdapat ditangah ram. Gaya yang diperlukan lebih rendah karena tidak ada gesekan antara bilet dan dinding konteiner. Kelemahannya : ram tidak kokoh karena terdapat lubang ditengahnya dan produk hasil ekstrusi sulit ditopang dengan baik.

c. Ekstrusi ImpakPada proses ini slug ditekan sehingga bahan slug terdorong keatas dan sekelilingnya. Ekstrusi Impak merupakan proses pengerjaan dingin logam meskipun begitu, pada beberapa jenis logam dan benda kerja, khususnya dengan dinding yang tebal, slug dipanaskan.

Classification of extrusiion processes :1. By direction

• Direct / Indirect extrusion• Forward / backward extrusion

2. By operating temperature• Hot / cold extrusion

3. By equipment • Horizontal and vertical extrusion

IV.Rolling (Pengerolan)

Rolling biasanya merupakan proses pertama yang digunakan untuk mengubah material menjadi produk kasar. Material yang tebal diroll menjadi blooms, billets, atau slab atau bentuk-bentuk ini bisa dibuat langsung dari continuous casting.

Bahan dasar dan produk roll• Bloom: mempunyai penampang melintang segi empat atau bujur

sangkar dengan ketebalan lebih besar dari 6 inches dan lebarnya ≤ 2x tebal.

• Billet: biasanya lebih kecil dari bloom, penampang lintang bujur sangkar atau lingkaran. Dibuat dengan beberapa kali forming seperti rolling atau extrusi.

• Slab: segiempat utuh dengan lebar penampang ≥ 2x tebal. Slab dapat diproses lebih lanjut menjadi plate, sheet, atau strip

Skema aliran produksi berbagai bentuk baja jadi dan setengah jadi :

Proses Pengerolan (pada baja)

Baja didiamkan dalam cetakan ingot hingga proses solidipikasi lengkap, kemudian dikeluarkan dari cetakan. Selagi panas, ingot dimasukan dalam dapur gas yang disebut pit rendam dan dibiarkan sampai mencapai suhu kerja merata sekitar 1200 °C. Ingot kemudian dibawa ke mesin pengerolan dimana ingot dibentuk menjadi bentuk setengah jadi seperti bloom, bilet, slab. Bloom mempunyai ukuran minimal 150×150 mm. Bilet lebih kecil daripada bolm dan mempunyai ukuran persegi, ukuran mulai dari 40x40mm sampai 150×150 mm. Bloom atau bilet dapat digiling menjadi slab yang mempunyai lebar minimal 250 mm dan tebal minimal 40 mm. Lebar selalu tiga (atau lebih) kali tebal, dengan ukuran maksimal 1500 mm. Pelat, skelp dan setrip tipis digiling dari slab.

Salah satu efek dari operasi pengerjaan panas pengerolan ialah penghalusan butir yang disebabkan rekristalisasi. Struktur yang kasar, kembali menjadi struktur memanjang akibat pengaruh penggilingan. Karena suhu yang tinggi, rekristalisasi terjadi dan butir halus mulai terbentuk.

V.Proteksi Korosi

Terdapat berbagai macam jenis korosi yang dapat terjadi pada logam, yaitu:1.Korosi Galvanik, terjadi secara elektrokimiawi ketika dua logam tersebut memiliki potensial berbeda2. Korosi Celah & Sumuran,

a. Korosi celah: diakibatkan oleh perbedaan konsentrasi zat asam karena celah sempit terisi oleh air dengan pH rendah.b. Korosi sumuran: diakibatkan karena serangan korosi yang intensif pada area setempat yang kecil pada lingkungan korosif

3. Korosi Erosi, Kavitasi, dan Frettinga. Korosi erosi: karena penipisan atau pengikisan lapisan logam oleh gesekan kecepatan aliran fluidab. Korosi kavitasi: karena penipisan atau pengikisan lapisan logam akibat pecahnya gelembung air/uap air karena perubahan tekananc. korosi fretting: karena penipisan atau pengikisan lapisan logam akibat gesekan dari pembebanan

4. Korosi Tegangan Retak, terjadi pada logam yang mengalami tegangan tarik pada lingkungan korosif5. Korosi Mikrobiologi, akibat mikroorganisme seperti bakteri dan jamur.

Berbagai macam korosi yang dapat terjadi pada logam seringkali merugikan karena mengurangi kekuatan logam tersebut, sehingga korosi-korosi tersebut perlu dihindari atau dicegah. berikut adalah cara pencegahan korosi dari masing-masing jenis korosi tersebut diatas.1. Korosi Galvanik

a. Pemilihan pasangan logam dengan perbedaan potensial yang sangat kecilb. Menghindari penggunaan dua jenis logam yang saling berhubungan dalam suatu kontruksic. Melakukan penggunaan lapis lindung, yaitu dengan melapisi logam yang ingin dilindungi dengan logam lain yang lebih mudah terkorosid. Menghindari kombinasi luas penampang material dengan anoda kecil sedangkan luas penampang katoda besar, luas penampang identike. Menambahkan inhibitor untuk mengurangi keagresifan

lingkungan.

2. Korosi Celaha. Memilih material yang tahan korosib. Memberi unsur penghambat (inhibitor)c. Menggunakan proteksi katodik

3. Korosi Sumurana. Penggunaan logam tahan korosib. Memperhalus permukaanc. Menggunaan inhibitor

4. Korosi Erosia. Menggunakan material dengan ketahanan korosi yang baikb. Perancangan, penambahan diameter pipa membantu dari segi mekanika dalam hal pengurangan kecepatan dan membuat agar aliran yang terjadi adalah aliran laminarc. Penambahan inhibitord. Coating dan cathodic protection

5. Korosi Kavitasia. Meminimalkan terjadinya perubahan tekanan yang mengakibatkan pecahnya gelembung. Misal pada pompa dengan mengatur ketinggiannyab. Penggunaan bahan tahan korosi

6. Korosi Frettinga. Pelumasan dengan oli berviskositas rendahb. Menaikkan harga kekerasan dari salah satu atau kedua material yang bersinggunganc. Menggunakan gasket untuk meredam getaran dan memindahkan oksigen pada permukaan bantald. Menaikkan beban untuk mengurangi slip antara pasangan – pasangan materiale. Menurunkan beban pada permukaan bantalanf. Naikkan kecepatan relatif antara bagian – bagian untuk mengurangi serangan korosi

7. Korosi Tegangan Retaka. Pemilihan material yang tahan dengan korosi tegangan retakb. Mengurangi tegangan kerja dan tegangan sisa dengan

pendinginanc. Penambahan inhibitord. Pelapisan logam

8. Korosi MikrobiologiPencegahan MIC dapat dilakukan dengan cara melakukan

pembersihan permukaan secara mekanis berkala dan perawatan dengan antiseptik biocides untuk mengontrol populasi bakteri.

Dari berbagai pencegahan korosi yang dapat dilakukan terdapat cara pencegahan dengan proteksi katodik, pelapisan, dan penggunaan

inhibitor, serta pemilihan material. Berikut akan diberikan pembahasannya masing-masing.

A. Proteksi KatodikProteksi katodik mengurangi laju korosi dengan polarisasi katodik

dari sebuah permukaan logam yang terkorosi. Proteksi katodik adalah sistem perlindungan permukaan logam dengan cara melakukan arus searah ke permukaan logam dan mengkonversikan semua daerah anoda logam menjadi katodik. Terdapat dua macam proteksi katodik yaitu dengan pengorbanan anoda (sacrificial anode) dan dengan arus tanding (impressed current).

Struktur logam dapat terlindung secara katodik oleh hubungan logam kedua yang disebut dengan pengorbanan anoda, yang mana memiliki potensial korosi yang lebih aktif. Semakin mulia (positif) struktur dalam pasangan galvanik, maka akan terjadi polarisasi katodik ketika metal aktif terkikis secara anodik. Pada sistem proteksi katodik dengan pengorbanan anoda, paduan yang dijadikan sebagai

anoda korban akan membangkitkan arus sebagai akibat adanya perbedaan potensial dengan struktur yang dilindunginya. Jenis logam yang sering digunakan sebagai anoda korban antara lain magnesium, seng, atau aluminium.

Sistem proteksi katodik arus tanding (impressed current)memanfaatkan arus searah yang kutub positif sumber dihubungkan dengan anoda sedangkan kutub negatifnya dihubungkan dengan logam yang akan diproteksi. Proteksi katodik dengan polarisasi katodik dapat mengurangi laju reaksi setengah sel pada logam dalam suatu elektrolit dengan memberikan kelebihan elektron yang juga akan mempercepat reaksi reduksi oksigen. Logam sebagai anoda yang biasanya dipakai adalah besi cor berkadar silikon tinggi, grafit, atau aluminium.

B. Pelapisan dan InhibitorPelapisan (coating) berfungsi seperti “kosmetik” yang mencegah

logam mengadakan kontak langsung dengan lingkungannya yang korosif sehingga dapat melindungi logam dari korosi. Pada dasarnya pelapis dibagi menjadi dua:a. Physical drying: proses pengeringan secara alami

b. Chemical curing: proses pengeringan secara kimia yang prosesnya terbagi atas reaksi dengan oksigen, reaksi antara komponen perekant serta zat pewarna dan pelarut, dan reaksi dengan karbondioksida dalam udara

Pada pelapis terdapat jenis pelapis epoksi yang merupakan jenis polimer tipe termoset. Pelapis epoksi terdiri dari dua bagian yang pertama berisikan resin epoksi, pigmen dan beberapa pelarut, dan bagian kedua adalah kopolimer agen pengeras yang dapat berupa polyamine, amine product, dan polyadine.Inhibitor merupakan perlakuan kimia untuk perlindungan korosi pada bagian logam yang berhubungan langsung dengan lingkungan korosif dengan menambah zat penghalang korosi. Inhibitor ditambahkan dalam lingkungan dalam jumlah sedikit, yaitu dalam satuan ppm, yang umumnya 10-100 ppm. Inhibitor berasal dari kata inhibisi yang berarti menghambat. Adapun pembagian inhibitor sebagai berikut:· Interfasa inhibisi: interaksi inhibitor dengan permukaan logam dengan membentuk lapisan tipis· Intrafasa inhibisi: penurunan tingkat korosifitas lingkungan, misal pengurangan kadar O2 dan pengaturan pH.

Jenis/mekanisme inhibitor terbagi menjadi beberapa macam, yaitu:1. Physical inhibitor: molekul inhibitor secara fisik teradsorbsi ke permukaan material atau senya organik yang mengabsorbi permukaan logam dan menekan kelarutan logam serta mengurangi reaksinya2. Passivator (anodic. Inh) : membentuk lapisan pasif pada permukaan material, sehingga memperlambat reaksi anodik, contohnya kromat, serta membantu memperbaiki lapisan film ddengan membentuk senyawa passivator.3. Precipitation inhibitor (cath. Inh): memperlambat reaksi katodik dengan mengubah potensial ke arah negatif, contohnya fosfat dan silikat dengan meningkatkan polarisasi anodik/katodik dan mengurangi difusi ion di permukaan logam

4. Destimulator: menurunkan kadar O2 pada lingkungan (oxygen scravanger), contohnya pada reaksi hydrazine O2 + N2H2 --> 2H2O + N2

C. Pemilihan Material

Dalam kontrol korosi, memilih logam atau paduan sedimikian sehingga pertukaran ion dengan lingkungannya tidak berlangsung dengan cepat atau dengan kata lain memilih logam atau paduannya yang perbedaan potensialnya dengan

lingkungannya tidak terlalu besar. Faktor-faktor yang sering diperhitungkan dalam proses pemilihan material antara lain:1. Memiliki ketahanan korosi yang

lebih tinggi di suatu media tertentu yang mana pada deret galvanik berada pada daerah noble atau katodik.

2. Persyaratan umur komponen3. Variasi sifat4. Perubahan karakteristik logam akibat proses pengerjaan atau selam terkena kondisi operasi tertentu

Pemilihan material dipertimbangkan juga dalam perannya sebagai pelapis permukaan luar (coating) maupun sebagai pelapis permukaan dalam (lining).

Referensi :1. Fundamentals of Modern Manufacturing-Mikell P. Groover2. Suranaree University of Technology lecture : Forging (Chapter 2),

Extrusion (Chapter 4)