PENGERJAAN PANAS LOGAM Pertemuan 7

Matakuliah : D0234 - Teknologi ProsesTahun : 2007

Bina Nusantara

Learning Outcomes

Outline Materi :

Mahasiswa dapat menerangkan proses pengerjaan panas

logam

.

• Pembentukan Logam Secara Plastis

• Pengerolan

• Ekstrusi

• Pembuatan Pipa dan Tabung

• Penarikan

• Metode Khusus

Bina Nusantara

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.

7-2

Pembentukan logam secara plastis dapat dilakukan dengan 2 cara, yaitu :

pengerjaan panas, dan

pengerjaan dingin.

Bina Nusantara

Perbedaan antara pengerjaan panas dan dingin :

PENGERJAAN PANASDilakukan 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.

Bina Nusantara

Pengerjaan Panas adalah 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.

Bina Nusantara

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.

Bina Nusantara

Penempaanpalu

Penempaantimpa

Penempaantekan/pres

PenempaanupsetEkstrusi

langsung

Las tumpul

Las tumpullistrik

Las tumpuk

Pelubangantembus

Pengerolan

Penempaan

Pembuatanpipa & tabung

PengerjaanPanas

Ekstrusi

Penarikan

Pemutaranpanas

Cara-carakhusus

Ekstrusi taklangsung

Ekstrusiimpak

Penempaanrol

Ekstrusitabung

Proses utama pengerjaan panas :

Bina Nusantara

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;

Figure 7.1 Rolling mill

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.

Bina Nusantara

Logam keluar dari rol dengan kecepatan yang lebih tinggi daripada kecepatan masuk;

Aksi jepit pada benda kerja diatasi oleh gaya gesek pada daerah kontak dan logam tertarik di antara rol;

Figure 7.2Effect of hot rolling on grain structure

Busur AB dan A’B’ merupakan daerah kontak dengan rol;

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.

Efek operasi pengerjaan panas pengerolan :

Bina Nusantara

Jenis mesin rol :

Figure 7.3Various 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.

Bina Nusantara

Mesin rol bolak-balik bertingkat dua (Fig.7.2A) : Lembaran logam bergerak diantara rol, kemudian dihentikan;

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.

Arah rol dibalik, kemudian operasi di atas diulang kembali;

Bina Nusantara

Ukuran panjang batangan yang dapat dirol terbatas;

Kelemahan :

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;

Bina Nusantara

Diperlukan adanya mekanisme elevasi;

Kelemahan :

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.

Bina Nusantara

Mesin rol kontinu (lihat juga Fig.7.2A):

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

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.

Bina Nusantara

PENEMPAAN

Figure 7.5Open-frame steam hammer

Pada proses ini logam dipanaskan sam-

pai suhu rekristalisasinya, kemudian

ditempa secara manual atau mengguna-

kan mesin uap dengan die datar;

Penempaan palu :

Kelemahan :

Tidak dapat diperoleh ketelitian yang

tinggi;

Tidak dapat dilakukan untuk membuat

bendakerja yang rumit.

Bina Nusantara

Menggunakan die tertutup, dan bendakerja terbentuk

akibat tumbukan atau tekanan, memaksa logam panas

plastis memenuhi dan mengisi bentuk die.

Penempaan timpa :

Figure 7.6Drop forging with closed dies

Bina Nusantara

Untuk mengangkat palu di-

gunakan udara atau uap;

Penempaan timpa dengan palu piston:

Figure 7.7Piston lift gravity drop hammer

Tinggi jatuhnya dapat di-

atur dengan program,

sehingga dapat dihasilkan

bendakerja yang uniform;

Penggunaan :

Untuk pembuatan gunting,

sendok-garpu, suku cadang

dan lain-lain.

Bina Nusantara

Penempaan timpa dengan palu piston:

Figure 7.8Horizontal-impact forging machine

Silinder yang saling berhadapan dalam bidang horisontal, menekan benda kerja yang diletak- kan pada bidang tumbukan dimana kedua bagian die bertemu;

Benda tempa mempunyai sirip di sekeliling garis pisah;

Penggunaan :

Untuk pembuatan landing gear pesawat terbang (berat > 28 Mg).

Bina Nusantara

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.

Bina Nusantara

Penempaan tekan : Deformasi plastik logam melalui penekanan yang berlang-sung dengan lambat, berbeda dengan impak palu yang berlangsung dengan cepat.

Penempaan Upset :

Umumnya benda tempa tidak memerlukan pemangkasan lagi.

Untuk pembuatan kepala baut :

Batang berpenampang rata dijepit dalam die dan ujung yang dipanaskan ditekan sehingga mengalami deformasi;

Figure 7.9 Upset forging

Bina Nusantara

Untuk pembuatan benda tempa silinder :

Figure 7.10Sequence of operations for a cylinder forging on an upset forging machine.

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.

Bina Nusantara

Penempaan Rol : Batang bulat yang te-

lah dipanaskan sam-

pai suhu tempa, dile-

takkan diantara rol

yang berada dalam

posisi terbuka;

Figure 7.11Principle 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.

Bina Nusantara

suku cadang, baling-baling pesawat terbang, linggis, pisau pahat, tabung tirus, dan lain-lain.

Penggunaan penempaan rol :

Bina Nusantara

EKSTRUSI

Figure 7.12 Diagram illustrating direct and indirect extrusion

Prinsip ekstrusi sama seperti menekan tapal gigi keluar dari tabung.

Jenis Ekstrusi :

1. Ekstrusi langsung :

2. Ekstrusi tak langsung :

Billet bulat yang telah dipanaskan dimasukkan dalam ruang die, kemu-dian diekstrusi melalui lubang die.

Hampir sama dengan ekstrusi langsung, hanya disini bagian yang diekstrusi ditekan ke luar melalui bagian dalam ram.

Bina Nusantara

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

Bina Nusantara

PEMBUATAN PIPA DAN TABUNG

Pembuatan pipa dan tabung

Pipa/tabung dengan kampuh

Pipa/tabung tanpa kampuh

Pengelasan tumpul

Pengelasan tumpul listrik

Pengelasan tumpuk

Pelubangan tembus

E k s t r u s i t a b u n g

Bina Nusantara

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.

Bina Nusantara

Pengelasan tumpul kontinu :

Figure 7.14Skelp being formed into a continuous butt-welded pipe

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;

Dilakukan proses pembersihan

dan penyelesaian.

Bina Nusantara

Pengelasan tumpul listrik :

Figure 7.15Continuous-resistance butt welding of steel pipe

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; Pipa kemudian melalui rol ukur-

an dan rol penyelesaian.

Bina Nusantara

Pengelasan tumpuk (lap welding) :

Figure 7.16Method of producing lap-welded pipe from skelp

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;

Diantara rol tersebut terdapat mandrel tetap, sehingga tepi

akan menyatu karena adanya tekanan antara rol dan

mandrel.

Bina Nusantara

Pelubangan tembus (piercing) :

Bilet baja silindris mula-mula diberi lubang senter, kemu-

dian dipanaskan sampai mencapai suhu tempa;

Figure 7.17 Principal steps in the manufacture of seamless tubing

Bilet kemudian ditekan masuk diantara ke dua rol penem-

bus yang memaksa bilet berputar dan sekaligus ber-

gerak maju melalui mandrel hingga tembus;

Bina Nusantara

Pelubangan tembus (piercing) :

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;

Figure 7.17 Principal steps in the manufacture of seamless tubing

Tabung ini yang masih berada pada suhu kerja, kemudian

melalui mesin pelurus dan pengatur ketepatan ukuran

dan penyelesaian.

Bina Nusantara

Pelubangan tembus kontinu :

Batang bulat 140 mm dipanaskan dan 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.

Figure 7.18

Principal steps in the manufacture of continuous tubing.

Bina Nusantara

Ekstrusi tabung :

Bilet ditempatkan di

dalam ruang ekstrusi;

Mandrel didorong me-

nembus bilet;

Figure 7.19

Extruding a large tube from a heated billet

Pendorong pres dido-

rong maju mengeks-

trusi logam.

Cara ini termasuk ekstrusi langsung, akan tetapi disini digu-

nakan mandrel untuk membentuk bagian dalam dari tabung.

Bina Nusantara

PENARIKAN

Bloom dipanaskan sampai suhu

tempa; Bloom panas dipasang pada

mesin pres vertikal;

Figure 7.20

Drawing thick-walled cylinders from heated bloom.

Biasanya digunakan bila tidak dapat dibuat dengan mesin

Rol tanpa kampuh.

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;

Bina Nusantara

PENARIKAN

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;

Figure 7.20

Drawing thick-walled cylinders from heated bloom.

Biasanya digunakan bila tidak dapat dibuat dengan mesin

Rol tanpa kampuh.

Bila pipa merupakan benda akhir

ujung yang tertutup harus dipo-

tong dan dirol kembali agar uku-

rannya tepat dan penyelesaian-

nya baik;;

Bina Nusantara

PENARIKAN

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.

Biasanya digunakan bila tidak dapat dibuat dengan mesin

Rol tanpa kampuh.

Bina Nusantara

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.

Bina Nusantara

CARA-CARA KHUSUSCara-cara khusus diperlukan bila dengan cara-cara biasa tidak dapat digunakan.

Untuk membuat bagian-bagian yang tipis pada benda tempa dapat dilakukan dengan :

Contoh :

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.

Bina Nusantara

SELESAI

TERIMA KASIH