Teknik Pembentukan

Dalam proses pembentukan, diberikan tegangan sehingga terjadi deformasi plastis. Tahanan atau perlawanan logam terhadap deformasi plastis disebut tegangan alir.Jadi tegangan alir adalah sifat logam yang menyatakan ketahanan material terhadap perubahan bentuk.Istilah tegangan alir (flow stress) berasal dari pengertian adanya aliran logam saat deformasi dari satu bentuk ke bentuk lain.Agar terjadi perubahan bentuk plastis, tegangan yang diberikan harus mencapai tegangan alir material saat diproses. Dalam diagram tegangan-regangan, tegangan alir dinyatakan di sepanjang kurva-kurva pada daerah plastis.Tegangan alirPerbandingan perencanaan proses pembentukan dan perencanaan konstruksi.Perencanaan konstruksi: harus dapat menahan beban tanpa mengalami perubahan bentuk permanen. Maka batas paling atas tegangan yang bekerja adalah batas luluh material (yield point).Perencanaan pembentukan: bertujuan untuk menghasilkan logam pada deformasi plastis maka tegangan yang diberikan harus mencapai dan melampaui batas luluh material yang diproses. Berarti benda kerja diberikan gaya agar tegangan yang bekerja mencapai harga tegangan alir material.Dari uraian diatas bahwa kekuatan material atau lebih tepatnya tegangan alir material akan turut menentukan besarnya gaya pembentukan yang diperlukan.Tegangan alirCara pengujian mekanik yang digunakan untuk memperoleh data Tegangan alirPengujian mekanik:Dengan uji tarik, uji tekan ataupun uji puntir dapat diperoleh data tegangan alir yaitu dalam bentuk kurva alir (flow curve).Ada pula metoda lain yang khusus dikembangkan untuk mendapatkan data tegangan alir yang sesuai untuk beberapa proses seperti uji tekan regangan bidang (plane strain compression test) dan uji tekan dengan cam plastometer.Uji tarikUmumnya spesimen uji tarik dibuat dengan bentuk dan ukuran standar misal ASTM, JIS, DIN, BAS, AFNOR, SII, dst.Uji tarik dilakukan dengan menggerakkan cross head dengan kecepatan konstan. Kurva diperoleh dari mesin uji adalah gaya tarik dengan perubahan panjang.Dari kurva dihitung besar tegangan teknis dan regangan teknis yaitu dengan persamaam :Perubahan sifat akibat pemanasan : recovery dan rekristalisasi.Temperatur Internal strainductilitySifat materalstrengthGrain sizerecoveryrecrystallizationGrain growth

Pemanasan di bawah temperatur rekristalisasi akan menyebabkan dua hal, yaitu:Terjadi gerakan dislokasi difusi yang disebut gerakan memanjat (climb). Bila gerakan ini menghasilkan pertemuan dislokasi-dislokasi yang berlawanan tanda, maka keduanya akan saling meniadakan. Tetapi peristiwa ini tidak mengurangi kerapatan dislokasi, sehingga kekuatan tidak turun dan keuletan tidak naik.Adanya pengaturan kembali susunan dislokasi yang tadinya kurang teratur menjadi lebih teratur. Peristiwa ini disebut Poligonisasi yang modelnya diperlihatkan di bawah. Peristiwa ini memulihkan sifat-sifat fisik.Gerakan dislokasi memanjat (climb)

Positive climbRemoval of a row of atomsNegative climbAddition of a row of atomspoligonisasi

Pemanasan pada temperatur lebih tinggi dari temperatur rekristalisasi akan menimbulkan pengintian butir butir baru.Temperatur rekristalisasi besarannya sekitar 0.4 - 0.5 titik cair logam yang dinyatakan dalam Kelvin atauTrek = 0,4 - 0.5 x T cair (K)Peristiwa rekristalisasi secara skematis tampak sebagai berikut:(a) Pengerolan dingin(b) Pemanasan: pengintian(c) Pertumbuhan butir-butir baruLogam yang mengalami deformasi dingin akan naikkekuatannya akibat naiknya kerapatan dislokasi.Tampak perubahan struktur mikroadalah butir-butir yang pipih.Logam yang mengalami deformasimemiliki energi dalam yang tinggi.Bila temperatur pemanasan mencapai atau melampaui temp rekristalisasi maka timbul inti-inti baru yang kerapatan dislokasinya rendah.

Inti baru akan tumbuh menggantikan butir-butir lama. Proses rekristalisasi dikatakan selesai bila seluruh butir-butir lama yang pipih digantikan oleh butir baru yang memiliki ukuran sama.Seluruh butir-buitir baru mempunyai kerapatan dislokasi yang relatif rendah sehingga sifatnya lunak.Dengan proses seperti di atas maka logam yang memiliki sifat getas akibat proses pengerjaan dingin dapat di lunakkan dan memiliki sifat ulet kembali sehingga siap untuk dilanjutkan proses deformasi sampai mencapai ukuran yang diminta.Pengaruh deformasi terhadap temperatur rekristalisasiTemperatur rekristalisasi yaitu saat mulai terjadinya nukleasi inti-inti baru, bukanlah suatu titik yang tetap sebagaimana halnya titik cair logam.Deformasi menyebabkan kenaikan energi dalam pada logam yaitu dalam bentuk kerapatan dislokasi yang lebih tinggi.Pemanasan merupakan masuknya energi aktivitasi yang digunakan untuk mengubah dari satu keadaan menjadi keadaan yang lain dengan tingkat energi yang rendah.Logam yang tingkat energinya tinggi akan lebih mudah berubah kearah yang lebih stabil, sehingga energi aktivasi yang dibutuhkan lebih rendah.Temperatur rekristalisasi selain tergantung dari jenis logam, dipengaruhi juga oleh derajat deformasi pada logam tersebut. Artinya semakin besar deformasinya maka temperatur rekristalisasi akan semakin rendah yang dinyatakan sebagai daerah dengan temperatur 0,4 0,5 Tcair (K).

Pengaruh deformasi dan pemanasan terhadap besar butirDeformasi yang semakin besar akan menyebabkan bertambah tingginya energi dalam.Berarti di dalam logam makin banyak tempat atau titik-titik yang memiliki energi tinggi.Nukleasi inti-inti baru akan dimulai dari tempat yang memiliki energi tinggi. Maka dapat dikatakan logam yang mengalami deformasi besar akan mempunyai banyak inti baru bila dipanaskan sampai temperatur rekristalisasi.Inti-inti akan tumbuh dan rekristalisasi akan sempurna bila butir-butir baru telah bertemu satu dengan lainnya.Bila pertumbuhan butir lebih banyak maka akan lebih cepat bertemu dan akhirnya ukuran butir akan lebih halus.Kesimpulan : rekristalisasi pada logam yang telah mengalami deformasi akan menghasilkan butir yang semakin halus bila deformasi semakin besar. Sebaliknya, deformasi yang relatif kecil akan menghasilkan rekristalisasi dengan butir yang kasar.Pengaruh deformasi terhadap besar butir setelah proses pemanasan (rekristalisasi)BesarButir - DDeformasi - - kritisTampak ada regangan minimum yang dapat menimbulkan rekristalisasi.Bila deformasi sangat kecil, maka energi dalam kecil, sehingga tidak akan timbulperubahan meskipun diberi masukanenergi aktivasi.Dengan cara diatas maka besar butirlogam dapat diatur.Cara ini disebut metoda regangan-anil(strain anneal).Pengaruh deformasi dan temperatur proses rekristalisasi terhadap besar butir

Hubungan antara besar butir hasil rekristalisasi dengan deformasi dan temperatur pemanasan

(a) aluminium(b) tembagaTampak di daerah rekristalisasi menghasilkan butir-butir yang sangat kasaryaitu pada logam diberi deformasi besar kemudian dipanaskan pada temperatur yang relatif tinggi. Setelah itu dilakukan proses anil, maka terjadilah pengurangan energi batas butir, yaitu ditunjukkan dengan luas permukaan butir Berkurang. Dengan kata lain terjadi penggantian butir-butir yang halus dengan butir-butir yang kasar, berarti ada pertumbuhan atau pengkasaran butir.Peristiwa ini disebut rekristalisasi sekunder (secondary recrystalization).Tampak di daerah rekristalisasi menghasilkan butir-butir yang sangat kasar yaitu pada logam diberi deformasi besar kemudian dipanaskan pada temperatur yang relatif tinggi. Setelah itu dilakukan proses anil, maka terjadilah pengurangan energi batas butir, yaitu ditunjukkan dengan luas permukaan butir yang berkurang. Dengan kata lain terjadi penggantian butir-butir yang halus dengan butir - butir yang kasar, berarti ada pertumbuhan atau pengkasaran butir. Dengan kata lain terjadi penggantian butir-butir yang halus dengan butir - butir yang kasar, berarti ada pertumbuhan atau pengkasaran butir. Peristiwa ini disebut rekristalisasi sekunder (secondary recrystalization).

Proses di atas seperti dilakukan pemanasan dimaksudkan untuk membedakan dengan rekristalisasi primer, yaitu proses pengintian butir-butir baru yang tumbuh sampai menggantikan butir-butir yang terdeformasi.Pengaruh pemanasan terhadap sifat mekanik.Kekuatan dan keuletan logam yang telah di deformasi dapat diatur dengan mengubah-ubah kondisi pemanasannya, yaitu temperatur dan waktu pemanasannya.Logam yang di proses dengan pengerjaan dingin bersifat keras dan kuat, tetapi relatif getas. Disebut grade : cold drawn; hard; atau extra hard. Bila logam tersebut di anil pada temperatur yang relatif tinggi, maka sifatnya akan berubah menjadi lunak dan ulet, sehingga dinamai fully annealed.Pemanasan pada temperatur yang sedikit lebih rendah akan menghasilkan grade hard dan lebih rendah lagi temperaturnya menghasilkan hard atau hard dan seterusnya.Sifat logam pada temperatur tinggiTujuan pengerjaan panas (hot working):Pada temperatur tinggi logam bersifat lunak dan ulet, sehingga daya pembentukan relatif kecil, serta hasil deformasi adalah relatif besar.Terjadi perbaikan struktur mikro pada logam yang terjadi deformasi pada temperatur tinggi.

Perbaikan struktur mikro terjadi pada saat pemanasan benda kerja (sebelum proses deformasi) serta pada saat terjadi deformasi.Pada logam coran, mempunyai kelemahan dan kekurangan, yaitu:Selama proses pembekuan akan terjadi segregasi yaitu tidak homogennya komposisi kimia.Segregasi dapat berupa segregasi mikro maupun segregasi blok.Selanjutnya pada benda coran umumnya terdapat struktur pilar (columnar structure) yang bersifat rapuh.Sifat logam pada temperatur tinggiStruktur pilar (columnar structure) pada benda cor

Inklusi yang mengelompok dan relatif besar ukurannya sering dijumpai pada benda coran.Selain itu banyak dijumpai cacat rongga.Segregasi dapat berkurang dengan adanya pemanasan.Pada temperatur tinggi peristiwa difusi akan lebih mudah berlangsung, sehingga efeknyaakan lebih menjadi homogen komposisi kimia.Proses pemanasan untuk mengurangi segregasi disebut proses homogenisasi.Pada waktu deformasi panas, struktur pilar akan berubah menjadi butir yang equiaxial dan halus. Inklusi yang mengelompok akan terpecah dan tersebar.Cacat rongga akan menutup dan teratur akibat deformasi pada temperatur tinggi khususnya bila diberi tegangan tekan. Peristiwa penyatuan ini seperti proses las tempa (forging welding).Seluruh proses ini akan memperbaiki sifat-sifat mekanik logam. Benda coran, misal baja cor dalam bentuk ingot atau billet akan menjadi lebih baik sifatnya bila telah di bentuk dengan pengerjaan panas. Misal menjadi pelat dan baja profil melalui proses pengerolan panas.

Mekanisme pelunakan pada pengerjaan panasPada pengerjaan panas, bahwa logam akan bersifat lunak. Selanjutnya logam akan menerima deformasi yang relatif besar tanpa menjadi retak.Deformasi pada temperatur tinggi didefinisikan sebagai proses pembentukan logam diatas temperatur rekristalisasi.Temperatur rekristalisasi sekitar 0,4 0,5 x titik cair (K), maka batas pengerjaan panas dan pengerjaan dingin menjadi lebih jelas.Deformasi diatas temperatur rekristalisasi akan disertai oleh peristiwa pelunakan, yaitu terdiri dari mekanisme recovery, rekristalisasi termasuk pertumbuhan butir.Proses pelunakan tergantung dari jenis logam, temperatur pengerjaan serta kecepatan proses deformasi atau laju regangan.Umumnya logam yang di deformasi pada temperatur tinggi akan mengalami rekristalisasi selama proses deformasi dan setelah deformasiProses tersebut dinamakan rekristalisasi dinamis dan rekristalisasi statis.Rekristalisasi dinamis yaitu proses rekristalisasi selama berlangsungnya proses deformasiRekristalisasi statis yaitu proses rekristalisasi sesudah proses deformasi.Hal ini terjadi pada logam-logam yang mempunyai energi salah tumpuk (stacking fault energy) yang kecil, misalnya tembaga.Pada logam yang memiliki energi salah tumpuk kecil, mekanisme recovery hanya sedikit peranannya dalam pelunakan sehingga energi pendorongnya akan cukup besar maka terjadi rekristalisasi.Mekanisme pelunakan pada pengerjaan panasProses pengerjaan panas pada logam dengan energi salah tumpuk yang rendah : rekristalisasi dinamis terjadi selama proses deformasi.

Logam yang tinggi energi salah tumpuknya misal aluminium, meskipun di deformasi pada temperatur tinggi seringkali mempunyai struktur butir memanjang yang tidak mengalami rekristalisasi tetapi memiliki sifat lunak.Hal diatas disebabkan besarnya peranan pelunakan oleh mekanisme recovery, khususnya recovery dinamis.Batang aluminium yang mengalami proses ekstrusi memiliki penampang struktur mikro memanjang dengan ditunjukkan butir-butir yang memanjang di bagian dalam.Pada bagian permukaan tampak butir-butir mengalami rekristalisasi yaitu rekristalisasi statis.Umumnya proses pengerjaan panas dilakukan secara berurutan misal proses pengerolan panas dan proses tempa yang bertahap, diusahakan agar proses terakhir memiliki temperatur tidak jauh dari temp rekristalisai.Maksudnya agar mendapatkan produk dengan butir halus yang lebih kuat dan lebih ulet.Mekanisme pelunakan pada pengerjaan panasSkema mekanisme pelunakan pada pengerjaan panas terhadap logam dengan energi salah tumpuk yang tinggi : Recovery dinamis terjadi selama proses deformasi

kesimpulanMekanisme pelunakan pada deformasi panas di temperatur tinggi akan memiliki logam bersifat lunak dan tetap lunak meskipun dideformasi dan tidak adanya pengerasan regangan bahkan terjadi peristiwa pelunakan yang terus menerus selama proses deformasi panas.