semi solid processing mmc

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


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


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)


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


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


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


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

semi solid processing mmc

Documents