ttm carbide tool

60
TUGAS TEKNIK MATERIAL “KARAKTERISASI CARBIDE TOOL” Dibuat untuk memenuhi syarat lulus matakuliah MT-3205 Oleh : Mukhlis Agung Prasetyo NIM: 13707011 Dosen Pembimbing: Dr. Ir. Slameto Wiryolukito NIP : 195701051984031003 PROGRAM STUDI TEKNIK MATERIAL FAKULTAS TEKNIK MESIN DAN DIRGANTARA 1

Upload: muchlis-agung-prasetyo

Post on 27-Jun-2015

1.023 views

Category:

Documents


6 download

DESCRIPTION

sekedar berbagi ilmu

TRANSCRIPT

Page 1: TTM Carbide Tool

TUGAS TEKNIK MATERIAL

“KARAKTERISASI CARBIDE TOOL”

Dibuat untuk memenuhi syarat lulus matakuliah MT-3205

Oleh :

Mukhlis Agung Prasetyo

NIM: 13707011

Dosen Pembimbing:

Dr. Ir. Slameto Wiryolukito

NIP : 195701051984031003

PROGRAM STUDI TEKNIK MATERIAL

FAKULTAS TEKNIK MESIN DAN DIRGANTARA

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

2010

1

Page 2: TTM Carbide Tool

ABSTRAK

Tool tip merupakan material yang memiliki kekerasan tinggi karena material ini

merupakan pisau potong dalam proses permesinan. Tungsten carbide adalah material

utam penyusun tool tip yang dibuat dengan jalur metallurgy serbuk dengan binder cobalt

dan beberapa alloying element lainnya. Material tool tip pada saat ini telah banyak

beredar dipasaran, untuk itu perlu dilakukan reverse engineering dari material tersebut.

Percobaan kali ini bertujuan untuk membandingkan tooltip yang bagus dengan tooltip

yang murah. Proses pengujian dialkukan dengan proses metallografi, pengujian unsur

penyusun tool tip, dan pengujian kekerasan. Hasil pengujian dengan metallografi

menunjukkan bahwa material yang cukup bagus memiliki butir WC yang kecil

dibandingkan dengan material yang lebih murah. Pada material yang murah

menunjukkan banyaknya porositas yang terjebak didalam material tersebut pada saat

proses pembuatan sehingga hal ini sangat berpengaruh pada kekuatan dan kekerasan

material tersebut. Pengujian EDS menunjukkan bahwa pada permukaan material yang

cukup bagus (lebih mahal) memiliki kandungan Titanium yang lebih banyak dari pada

material yang murah. Hal ini dapat menunjukkan tentang tebalnya coating. Material tool

tip yang diproduksi oleh industry biasanya di coating oleh Titanium carbide dan atau

titanium nitride.

KESIMPULAN

Pada proses reverse engineering kali ini dapat ditarik kesimpulan.

Dari proses Reverse Engineering dikaetahui bahwa Material 1 dan Material 2

dibuat dengan teknologi metallurgy serbuk karena material menggunakan

Wolfram carbide yang memiliki titik cair yang sangat tinggi sehingga sulit untuk

menghasilkan dari proses casting dan metal Forming.

Material 1 (tool tip yang cukup bagus) memiliki densitas yang lebih tinggi

dibandingkan material 2 (tool tip yang lebih murah)

Butir hasil sintering material 1 lebih halus dibandingkan material 2.

2

Page 3: TTM Carbide Tool

Material 1 dan 2 sama-sama memiliki coating berupa TiC yang dilakukan dengan

Proses Chemical Deposition (CVD)

Material 1 memiliki lapisan coating yang lebih tebal dibandingkan material 2.

Material 1 memiliki kekerasan 1482 HV

Material 2 memiliki kekerasan 1025 HV

Material 1 memiliki kekerasan yang lebih tinggi dibandingkan material 2

sehingga ketahanan aus tinggi dan life timenya lebih lama.

REKOMENDASI

Untuk mendapatkan hasil metallografi dari tooltip yang baik dapat dilakukan

perbesaran sampai 2000x-3000x dan permukaan specimen harus benar-benar rata.

Untuk mengetahui butir-butir wolfram carbide maka dilakukan dengan

menggunakan etsa yaitu murakami reagent dan pengamatan dapat dilakukan

dengan menggunakan SEM.

Untuk mengetahui persentasi komposisi penyusun material tooltip yang lebih

akurat dan senyawa yang ada dapat dilakukan dengan menggunakan pengujian

XRD

Perlunya dilakukan penyujian mekanik untuk dapat mengetahui sifat-sifat

mekanik dari material tooltip tersebut dan mengetahui katahanan ausnya.

Porositas ini dapat dikurangi semaksimal mungkin jika dilakukan dengan

menggunakan laju panas sinter sesuai dengan sifat termodinamika material

penyusunnya, dan disinter dengan menggunakan sinter pada vaccum.

Proses peningkatan kekerasan dapat dilakukan lagi dengan menggunakan lapisan

coating yang tebal serta material coating yang lebih keras dan mengurangi

persentase bindernya.

3

Page 4: TTM Carbide Tool

BAB 1. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Proses permesinan sering dilakukan dalam dunia industry, khususnya pada

industry yang menghasilkan produk-produk berbasis logam. Salah satu jenis permesinan

adalah Bubut. Mesin bubut atau proses pembubutan digunakan untuk mengecilkan

diameter pada bagian tertentu dari benda kerja. Dalam prosesnya, mesin bubut

menggunakan pahat yang sangat keras sehingga dapat menggerus benda yang di proses

yaitu Pahat bubut ( tool tip).

Insert Shape (tool tip) mesin bubut merupakan suatu material yang dibuat khusus

dengan kekerasan yang tinggi untuk proses machining permesinan. Proses pembutan

material seperti ini biasanya dilakukan dengan menggunakan teknik powder Metallurgy.

Karakterisasi tool tip ini dlakukan dengan teknik metallography untuk mengetahui teknik

manufaktur, komposisi dan membandingkan dengan material yang berbeda yang juga

merupakan insert shape mesin bubut.

1.2 Rumusan Masalah

Bagaimana cara membedakan material Cutting tool (insert shape) mesin bubut

yang bagus dengan yang murah

1.3 Tujuan Percobaan

1. Melihat Mikrosturtur 2 pahat bubut yang berbeda dan kemungkinan

proses yang telah dialami

2. Membandingkan 2 jenis pahat bubut tersebut.

1.4 Metodologi Penelitian

Proses pengerjaan dari 2 material tool tip yang dijadikan objek dari reverse

engineering yang dilakukan dengan metode sebagai berikut:

4

Page 5: TTM Carbide Tool

a. Metallografi

Metallografi dilakukan untuk mengetahui struktur mikro dari kedua buah material

yang dibandingkan tersebut. Sebelumnya material ini telah diketahui bahwa jalur

produksi yang dilakukan adalah adalah jalur metallurgi serbuk

b. Pengujian Keras.

Proses pengujian keras dilakukan dengan hardness rockwel c. pengujian ini

dilakukan untuk membandingkan kekerasan 2 material tool tip tersebut. Kekerasan yang

diperoleh nantinya akan dijadikan salah satu pembanding kualitas produk material

tersebut. Berikut adalah data kekerasan dari berbagai karbida:

Hardened steel 60/65 HRC

Chromium carbide 66/68 HRC

Moly, tungsten carbide 72/77 HRC

Vanadium carbide 82/84 HRC

1.3 Penentuan Komposisi material dengan menggunakan Energy dispersive

spectroscopy (EDS)

Pengujian komposisi 2 buah material tersebut bertujuan untuk menentukan

komposisi yang ada (penyusun) pada material tersebut .

BAB 2. TEORI DASAR

2.1. Proses Permesinan Bubut

Tool tip digunakan sebagi material pemotong benda kerja pada proses

pembubutan. Pembubutan dilakukan untuk mereduksi diameter benda kerja.

5

Page 6: TTM Carbide Tool

Gambar Holder mesin bubut.

Hasil dan produktifitas dari permesinan dengan mesin bubut akan dipengaruhi oleh

beberapa factor berikut:

Work material characteristic ( chemical and metallurgy state, hardness)

Part characteristics ( geometry, accurancy, finish and integrity requirement)

Machine tool characteristic, including the work holder (adequate rigidity with

high horse power, and wide speed and feed range)

Support system ( operator ability, sensor, controls, method of lubricant and chip

removal).

6

Page 7: TTM Carbide Tool

Pada saat proses pembubutan dilakukan, material pahat haruslah memiliki ketahanan

yang tinggi agar material tersebut tidak rusak dan merusak benda kerja. Berikut

pertimbangan yang diperhatikan dalam permesinan.

Pahat bubut tersebut pada saat dilakukan pembubutan akan mengalami temperature

yang tinggi pada permukaan benda dan akan mengalami friksi serta High local stress

yang besar sehingga persayaratan yang dibutuhkan pada material pahat adalah sebagai

berikut:

High hardness

High hardness temperature ( hot hardness)

Tahan terhadap abrasive, chipping pada tepi pemotong

Strength to resist bulk deformation

Good chemical stability with work material

Adequate thermal properties

7

Page 8: TTM Carbide Tool

High stiffness

Consistent tool life

Correct geometry and surface finish

Panas yang ditimbulkan pada saat dilakukan pembubutan mempengaruhi kondisi

pahat bubut ynag dipakai.panas ini dapat menyebabkan penurunan dari ketahanan aus dan

hardness material pahat. Berikut diagram yang menjelaskan pengaruh panas terhadap

penurunan kekerasan material pahat.

8

Page 9: TTM Carbide Tool

Data berikut menunjukkan klasifikasi material yang banyak digunakan untuk

proses machining.

9

Page 10: TTM Carbide Tool

2.2. Jenis-Jenis Cutting Tool.

Cutting tool material dapat diklasifikasikan menjadi beberapa jenis yaitu:

a. Tool steel

Tool steel merupakan karbon steel dengan kandungan karbon 0.9-1.3 % karbon.

Baja ini memiliki kekuatan dan kekerasan yang baik serta adequate toughness yang

cukup baik pula sehingga material ini dapat digunakan sebagai alat untuk proses

pemotongan. Material ini memiliki unsur paduan berupa Cr, W, Mo. Paduan ini berfungsi

sebagai peningkat kekerasan dan ketahanan aus dari tool steel. Tool. Namun material ini

akan mengalami penurunan kekerasan pada temperature 300-650 F.

b. High- speed steel (HSS)

High speed steel diproduksi dengan jaran wrought, cast, dan powder metallurgy.

HSS memiliki ketahanan yang lebih baik dari pada toolsteel pada temperature tinggi

hingga 1100 F. paduan utama dari HSS adalah W, Mo, Co,V, C. Paduan ini berfungsi

meningkatkan hot hardness dan wear resistance dengan membentuk solid solution dengan

matrik Fe.

Kekuatan utama dari HSS adalah:

Graat toughness-superior transverse rupture strength

Easily fabricated

Baik digunakan untuk geometri yang complex.

c. TiN coated HSS

Material Ini merupakan HSS yang dicoating dengan TiN yang dilakukan dengan

cara PVD. Coated HSS memiliki kerja yang hampir sama dengan coated carbide dalam

kecepatan potongnya.

d. Cast cobalt alloy

Material ini juga dikenal sebagai stellite tools. Pada material ini komposisi

utamanya berupa Cobalt. Pada material ini kekerasan material ini pada suhu tinggi jauh

10

Page 11: TTM Carbide Tool

lebih baik dari pada HSS sehingga kecepatan potongnya 25% lebih tinggi dibandingkan

HSS. Material ini memiliki paduan Cr dan W sebagai solid solution solution dan

dispersion hardened oleh refractory carbide dari W dan Cr. Elemen lain yang

ditambahkan adalah V,B, Ni dan Ta. Proses pembuatannya dilakukan dengan casting dan

finishing dengan proses grinda.

e. Sintered carbide

Carbide cutting tool dibagi menjadi 2 jenis:

1. Straight tungsten grade, digunakan untuk proses permesinan cast iron, austenitic

steinless steel, dan non ferrous or metallic material.

2. Grade dengan komposisi utama Ti, Ta, dan atau Colombium carbide yang

digunakan untuk permesinan benda ferritic. Pada titanium carbide digunakan

untuk finishing dan semifinishing ferrous alloy.

Proses pembuatan material ini dilakukan dengan jalan Powder metallurgy. Kelebihan

utama dari material ini yaitu memilki hot hardness yang baik,stabilitas kimia dan stiffness

yang tinggi dan low friction sehingga dapat digunakan untuk permesinan dengan

kecepatan tinggi.

f. Coated sintered carbide

Material ini memiliki coating yang bertujuan untuk meningkatkan tool life dari

material hingga 200-300% dan memiliki ketahanan abrasi yang lebih baik. Proses coating

biasa dilakukan dengan menggunakan proses CVD dengan material coating berupa TiC,

TiN, atau Aluminum oxide.

g. Ceramics

Material yang digunakan untuk cutting tools berupa pure alumina atau alumina

dengan metallic binder yang dibuat dengan jalan powder Metallurgy. Proses kompaksi

yang dilakukan dengan tekanan 267-386 MPa dan disinter pada suhu 1800 F. material ini

dapat dioperasikan pada permesinan dengan kecepatan potong 2 sampai 3 kali kecepatan

potong dengan sintered carbide.

11

Page 12: TTM Carbide Tool

h. Cermets

Cermets merupakan new class material yang sangat cocok digunakan buat

finishing. Cermet merupakan ceramic TiC, Nikel, Cobalt, Dan Tantalum Nitride dan

carbide lainnya yang digunakan sebagai binder. Material ini memiliki ketahanan aus yang

sangat tinggi,hot hardness yang baik, longer tool life, dan dapat dioperasikan pada

permesinan dengan kecepatan yang tinggi dari pada cemented carbide. Kelemahan yang

dimiliki cermet dibandingkan sintered carbide adalah less toughness, lower thermal

conductivity, and greater thermal expansion sehingga dapat terjadi retak pada saat

permesinan. Namun beberapa cermets sekarang ini telah diproduksi dengan thermal

shock resistance yang tinggi. Salah satu caranya adalah dengan cara menambahkan

coating yang dilakukan dengan PVD.

i. Diamonds

Diamond merupakan material yang terkeras yang pernah ada saat ini. Di industry

diamond polikristal digunakan untuk melakukan permesinan pada Aluminum, bronze,dan

plastic. Diamond memiliki ketahan panas yang lebih baik jika dibandingkan dengan

carbide.berikut adalah gambar policristal diamond yang disatukan dengan cutting tool

lain seperti carbide.

j. Polycubic boron nitride (PCBN)

PCBN banyak digunakan dalam dunia otomotif yang digunakan untuk

permesinan hardened steel dan superalloy serta juga dapat digunakan untuk machining

hard aerospace material seperti Inconel 718 dan René 95. Material ini digunakan dengan

12

Page 13: TTM Carbide Tool

disatukan dengan material pemotong lain seperti karbida sama halnya dengan Policristal

diamond.

Berikut adalah perbandingan berbagai jenis material cutting tool.

13

Page 14: TTM Carbide Tool

2.3. Jenis Dan Klasifikasi Tooltip (Coated Sintered Carbide)

Pada Reverse engineering kali ini material yang diteliti adalah material dari jenis

Sintered carbide yang digunakan pada mesin bubut. Material tool tip tersebut juga

memiliki klasifikasi sesuai dengan geometry dan fungsinya.

S : strength V : Vibration

A : accessibility P : Power

14

Page 15: TTM Carbide Tool

15

Page 16: TTM Carbide Tool

Insert ini biasanya dipasang pada tool shank atau tool holder pada alat potong. Cara

pemasangannya ada beberapa macam, yaitu:

Dipasang dengan menggunakan klem atau baut pengencang

Dipasang dengan menggunakan pin pengunci

Dipasang dengan menggunakan teknik las (brazing)

2.4. Proses Pembuatan Tooltip

Cemented carbide dibuat dengan proses metallurgy serbuk. Berikut skema

pembuatan dari Insert shape.

16

Page 17: TTM Carbide Tool

Powder process

Tungsten powder dibuat dari dari proses reduksi dengan hydrogen serbuk

WO3.H2O. pembuatan powder dari ammonium para tungsten dihindari karena kekerasan

yang terbentuk dari senyawa ini lebih rendah walaupun diuji dalam bentuk Kristal yang

sama. Proses karburasi dengan penambahan bubuk carbon merupakan proses

topochemical proses, mengubah suatu pasa padat menjadi fasa padat lainnya tanpa ada

perubahan ke fasa cair atau gas.ukuran kristalinitas dari fasa ini tergantung pada

kecepatan nukleasi pembentukan fasa carbide. Proses ini dilakukan pencampuran dengan

karbon dan dipanaskan hingga suhu 14000C. Proses ini dapat menghasilkan powder

dengan ukuran 0.5 – 30 mikron.

17

Page 18: TTM Carbide Tool

berikut skematik sederhana dari proses karburasi tungsten powder.

Mixing.

Proses ini dilakukan pencampuran antara binder cobalt dengan serbuk tungsten

carbide dan beberapa karbida lain seperti TiC, TaC dan NbC tergantung dengan

kebutuhan alat yang kemudian dilakukan Mixing dengan ball milling. Selama proses ini

diusahakan terrjadi pencampuran ynag homogen dari material-material tersebut.

Pencampuran dengan Co ditujukan karena akan dilakukan proses sinter fasa cair. Cobalt

memiliki kemampuan basah yang cukup baik. Proses milling dilakukan dengan cairan

organic seperti heptana atau aseton. Hal ini bertujuan meminimalisasi pemanasan dari

serbuk dan mencegah adanya oksidasi. Cairan ini nantinya akan dipisah lagi. Pada

terakhir proses milling ditambahkan dengan solid lubrikan atau paraffin wax tujuannya

adalah untuk memberikan kekuatan penekanan atau distribusi penekanan akan merata.

Proses pengeringan cairan aditiv tadi dilakukan dengan proses spray drying. Butiran

adonan yang dihasilkan berbentuk bulat.

18

Page 19: TTM Carbide Tool

19

Page 20: TTM Carbide Tool

Proses Kompaksi

Tidak seperti serbuk metal lainnya, serbuk karbida ini tidak berubah saat

dilakukan proses penekanan.Proses kompaksi dilakukan dengan pill press yaitu

penekanan searah, namun proses ini masih membutuhkan pembentukan tambahan setelah

proses sintering.

Operasi Sintering

Langakah pertama dalam proses sintering adalah dengan memisahkan pelumas

dari green body yang dilakukan dengan car pemanasan hingga suhu 5000C dalam ruangan

vakum. Dan berikutnya adalah final sintering. Sintering yang digunakan adalah jenis

sintering fasa padat mana binder akan mencair dan membasahi semua partikel karbida.

Selama proses sinter terjadi difusi dari atom partikel serbuk. Berikut adalah fenomena

yang terjadi dalam sinter fasa cair.

20

Page 21: TTM Carbide Tool

selama sinter fasa cair akan terjadi fenomena:

1.Terjadi leher yg stabil karena keseimbangannya energi interface

2.Atom serbuk padat larut ke dalam cairan hingga cairan jenuh

3.Terjadi fenomena “Solution Reprecipitation” Partikel padat-halus larut, partikel

padat-kasar tumbuh

4.Pembekuan cairan saat pendinginan

Proses coating

Proses ini merupakan proses lanjutan yang harus dilakukan setelah proses sintering

selesai. Coating bertujuan untuk meningkatkan umur material cutting. Proses coating

dilakukan dengan proses CVD atau PVD. Coating yang digunakan adalah senyawa TiC

dan atau TiN.

1. CVD (Chemical Vapour Deposition)

Proses dilakukan pada temperature 950-10500C dalam reactor. Ketebalan coating

yang dihasilkan dari proses CVD in yaitu sekitar 6-9 mikron dan menghasilkan

coating yang seragam dan dapat mencoating semua bagian material tooltip

termasuk pada bagian lubangnya karena ini merupakan proses coating dimana

precursor coating materialnya berupa fasa gas. Namun pada proses Coating

dengan CVD, material tooltip tersebut harus dilakukan proses perlakukan panas.

21

Page 22: TTM Carbide Tool

Proses ini dilakukan dengan menggunakan Titanium chloride.Berikut reaksi

kimianya dalam menghasilkan coating TiC.

TiCl4 + CH4 TiC + 4HCl

Untuk membentuk titanium nitride digunakan reaksi kimia sebagai berikut;

TiCl4 + 2H2 + N2 2TiN + 4HCl

Aplikasi proses CVD:

Loosely toleranced tooling

Piercing and blanking punch, triem dies, Phillips punches, upsetting

punches

Solid carbide tooling

2. PVD ( Physical Vapor Deposition )

Proses PVD yang sering Digunakan ada 3 prose yaitu reactive sputtering, reactive

ion plating, dan arc evaporation. Prinsip kerja metode ini adalah terbentuknya

coating TiN dengan mereaksikan Ti dan N2 pada temperature tinggi dan

membentuk gaya adhesi pada permukaan. Pada proses PVD, ketebalan coating

yang dihasilkan yaitu sekitar 1-3 mikon.

Aplikasi PVD:

Semua HSS, solid carbide and carbide tip cutting tool

Fine blanking punches, dies (0.001 in tolerance or less)

All tooling material termasuk mold steels dan bronze.

22

Page 23: TTM Carbide Tool

Berikut gambar arc evaporation proses.

Berikut adalah sketsa dari material tooltip hasil pengerjaan yang dilakukan didunia

industry.

23

Page 24: TTM Carbide Tool

2.5. Karakteristik Cemented carbide (Tooltip).

Mikrostruktur

Mikrostruktur ideal dari cemented carbide adalah phasa WC dan perekat

kobalt. Kandungan karbon dikontrol dalam batas yang kecil. Jika kandungan karbon

terlalu tinggi akan menghasilkan grafit bebas yang mengakibatkan kerugian pada saat

proses pernesinan. Apabila kandungan karbon kurang maka akan terbentuk ikatan

rangkap pada carbide yaitu fasa ɳ (Co3W3C atau Co6W6C). Phasa ini bertanggung jawab

dalam penggetasan material yang hebat dan pembubaran carbide asli kedalam binder

kobalt. Phasa ini akan memiliki bentuk yang tidak beraturan dalam mikrostruktur.

Berikut adalah phasa yang dapat terbentuk dari paduan WC-Co atau WC-Ni.

Tungsten carbide (α-phase): WC

Binder (β-phase): Co, Ni, Fe

Mixed carbides (γ-phase): (Ti,Ta,Nb,W)C

Eta (η-phase): Co3W3C (M6C), Co6W6C (M12C)

Free carbon or graphite

Untuk proses metallografi dilakukan lakukan proses grinding dan polishing. Polishing

untuk cemented carbide adalah sebagai berikut;

24

Page 25: TTM Carbide Tool

Untuk etsa cemented carbide digunakan material sebagai berikut

Berikut sampel cemented carbide dari Buku ASM handbook vol 9.

Jika dietsa dengan FeCl3

25

Page 26: TTM Carbide Tool

Mechanical Properties

Hardness

Kekerasan dari material sangat menentukan ketahan material terhadap aus dan

abrasi. Hal ini tidak hanya di tentuka oleh komposisi namun juga persentase porositas

yang ada serta mikrostrukturnya. Untuk material yang digunakan dalm permesinan yang

26

Page 27: TTM Carbide Tool

diukur dengan Rockwell A atau Vickers memiliki kekerasan 88-94 HRA atau 1100 atau

2000 HV

Kekuatan Tekan

Material cemented carbide memiliki keuatan tekan yang sangat baik yaitu bekisar

antara 3.5 – 7 GPa ( 0.5 – 1 x 106 psi). Berikut grafik pegaruh kekuaatan tekan.

27

Page 28: TTM Carbide Tool

Kekuatan Potong dan Pecah ( Tranverse Rupture Strength)

Berikut adalah grafik yang menjelaskan pengaruh jumlah Cobalt dan ukuran butir

terhadap transverse rupture modulus.

Ketangguhan Terhadap Retakan (fracture Toughness)

Ketangguhan bterhadap retakan diukur dengan factor intensitas tegangan kritis

(KIC) yang diindikasikan oleh ketahanan material terhadap retakan. Ketangguhan

terhadap retakan akan meningkat seiring bertambahnya kadar Co dan ukuran butir WC.

28

Page 29: TTM Carbide Tool

Densitas

Nilai densitas dari cemented carbide adalah 15 gr/cm3 untuk paduan WC-Co dengan

kadar Cobalt yang rendah sedangkan untuk paduan WC-Co yang tinggi adalah 10 atau 12

gr/cm3.

Porositas

Produk dari P/M process sangat rentan terhadap porositas. Porsitas yang terdapat

dalam material akan menurunkan kekuatan dari material tersebut. Menurut ASTM,

porositas terbagi 3 yaitu:

Tipe A , untuk diameter porositas kurang dari 10 mikron

Tipe B, untuk diameter porositas antara 10 – 25 mikron

Tipe C, untuk porositas karena kehadiran karbon bebas

Berikut gambar produk cemented carbide yang terdapat porous dari ASM handbook vol9.

29

Page 30: TTM Carbide Tool

Ketahanan Terhadap Abrasi dan Aus

Ketahanan abrasaipada cemented carbide diukur dalam Cemented Carbide

Producers Associations Procedurs (CCPA-112). Kadungan binder dan besarnya butir

yang terbentuk setelah proses produksi sangat menentukan kekerasan dan ketahanan

abrasi. Butir yang lebih halus dan jumlah binder yang lebih sedikit akan menyebabkan

ketahanan material cemented carbide akan lebih tinggi. Penambahan sedikit tantalum

carbide (TaC < 1%) tidak berpengaruh terhadap ketahanan abrasi karena tantalum carbide

lebih lunak dibandingkan dengan tungsten carbide. Penabahan tantalum dalam jumlah

yang banyak akan membuta ketahanan terhadap abrasi semakin rendah. Nikel yang

digunakan sebagai binder akan membuat ketahan abrasi semakin berkurang jika

dibandingkan dengan binder Cobalt. Berikut adalah grafik yang menjelaskan pengaruh

kandungan kobalt terhadap ketahan abrasi dan pengaruh ukuran butir terhadap ketahanan

aus.

30

Page 31: TTM Carbide Tool

BAB III. PROSES PERCOBAAN DAN DATA PENGAMATAN

Material yang diteliti adalah material tool tip yang berbeda harganya. Material1

merupakan material yang bagus sedangkan material 2 merupakan material lebih

murah.Tahap-Tahap Pengujian Sampel adalah sebagai berikut.

Material yang diteliti adalah pabrikan Sandviks Corromant Indonesia.

Berikut harga material tooltip

Material 1 Rp. 65.000

Material 2 Rp. 38.000

3.1 Metallografi

Proses metallography kali ini dikhususkan untlk melihat struktur mikro dan

mengetahui persebaran porositas pada kedua material tersebut.

31

Page 32: TTM Carbide Tool

Berikut gambar specimen dan perbandingannya.

Material 1

32

Page 33: TTM Carbide Tool

Material 2

Tahap- tahap metallograpy yang dilakukan untuk mendapatkan hasil metallography mulai

dari sample preparation adalah sebagai berikut:

Specimen cutting

Proses pemotongan dilakukan dengan menggunakan wire cutting hal ini

dilakukan karena material berdimensi cukup kecil dan memiliki kekerasan yang

tinggi sehingga akan sangat sulit jika dilakukan pemotongan dengan

menggunakan gergaji mekanik (mesin) biasa. Kekerasan benda kerja ini

menyebabkan material potong cepat aus. Pada pemotongan dengan menggunakan

wire cutting, proses potong dilakukan dengan kawat tembaga yang dialiri listrik.

33

Page 34: TTM Carbide Tool

Mounting

Proses mounting dilakukan karena dimensi specimen yang kecil setelah

pemotongan sangat sulit untuk dipegang pada saat menggrinda. Specimen

tersebut diresin dengan menggunakan polimer Epoxy.

Material 1

Material 2

Grinding

Specimen setelah dimounting kemudian digrinda. Hal ini bertujuan untuk

menghaluskan permukaan material dari goresan. Proses dilakukan hingga

mangunakan amplas dengan mesh 2000

Polishing

Polishing bertujuan untuk mengkilapkan permukaan specimen hasil grinda dan

menghilangkan mikroscratch. Proses ini dilakukan dengan menggunakan

Diamond paste yang berukuran 6 mikron.

34

Page 35: TTM Carbide Tool

Ethching

Etching bertujuan untuk membuat material tersebut menampakkan struktur

mikronya. Proses etching yang dilakukan menggunakan etchan FeCl3. Tujuannya

adalah untuk menghilangkan binder cobalt dan fasa senyawa cobalt dengan

wolfram carbide sehingga diperoleh struktur mikro yang memperlihatkan

streuktur wolfram carbidenya.

Metallography

Proses ini bertujuan untuk melihat mikrostruktur dari material tersebut. Pada

metallografi nanti akan diperoleh binder cobalt yang berwarna gelap dan WC

yang berwarna putih.

35

Page 36: TTM Carbide Tool

Gambar Hasil Metallografi

Pra etsa

Material 1 ( perbesaran optik 20x)

36

Page 37: TTM Carbide Tool

Material 2.

Bagian tepi penampang melintang (perbesaran optic 20x)

Bagian tengah penampang melintang (perbesaran optik 20x)

37

Page 38: TTM Carbide Tool

Berikut hasil etsa cemented carbide dengan FeCl3

Material 1 (perbesaran optik 100x)

38

Page 39: TTM Carbide Tool

Material 2 (perbesaran optic 40x)

.3.2 Pengujian Keras

Dari hasil pengujian keras diperoleh data sebagai berikut

Material 1

Hasil pengujian keras specimen:

Bagian tepi specimen adalah 73 HRC

Bagian tengah specimen adalah 71 HRC

Pada pengujian vikers diperoleh kekerasan 1482 HV

Material 2

Hasil pengujian diperoleh nilai kekerasan 69 HRC

Pengujian vikers memperoleh harga kekerasan sebesar 1025 HV

3.3 Pengujian Komposisi Spesimen Dengan EDS

39

Page 40: TTM Carbide Tool

Pengujian dengan EDS bertujuan untuk mengetahui komposisi dari material yang

diteliti, pada pengujian diperoleh data tentang kandungan senyawa yang ada pada

material tersebut. Pengujian dilakukan dengan menggunakan mesin SEM dan EDS

Philips XL-20. Hasil EDS ini akan digunakan sebagai pembanding dari 2 buah material

tersebut. Pengujian dengan EDS dilakukan pada permukaan material 1 dan 2 serta bagian

tengah dari penampang melintang material 1.

BAB IV. ANALISIS

40

Page 41: TTM Carbide Tool

Material insert shape yang diteliti merupakan jenis material yang memiliki harga

kekerasan yang tinggi. Pada pengujian 2 jenis material tooltip menggunakan jenis tooltip

yang memiliki geometri sudut 600 berbentuk segitiga sama sisi (material 1) dan tooltip

dengan sudut 900 berbentuk belah ketupat (material 2). Kedua buah material ini

merupakan material yang dibuat dengan proses metallurgi serbuk yang berbahan utama

adalah karbida (wolfram karbida). Proses pengujian ini bertujuan untuk melihat

karakteristik kedua buah material tersebut (reverse engineering) yang memiliki harga

yang berbeda. Pengambilan gambar pada specimen 1 hanya pada bagian potongan yang

kecil. Hal ini dilakukan mengingat pada bagian potongan yang besar masih terdapat resin

sehingga dapat mengganggu hasil gambar karena terdapat pengotor resin yang

mengakibatkan analisis gambar tidak akurat. Namun pada bagian sisi lainnya yang bersih

dari resin memliki gambar yang hampir sama dengan gambar pada data pengamatan

material 1. Masalah ini timbul karena hasil pemotongan dengan wire cutting yang tidak

rata sehingga pada saat mounting ada resin yang menempel pada permukaan potongan.

Proses perataan dan pengamplasan material ini sangat sulit mengingat kekerasan

material yang luar biasa. Untuk meratakan pertama kali pada proses grinding awal

dibutuhkan 3 lembar amlpas dengan mesh 80 dan dilkukan proses penghalusan yang

cukup lama hingga mesh 2000.

Bagian yang bersih

Bagian yang masih tertutupi resin

Pada material 2, hasil pemotongan yang cukup rata sehingga permukaan tidak terdapat

resin. Proses pengamatan dapat dilakukan disemua tempat pada hasil potongan. Gambar

pra etsa yang diperoleh seperti pada gambar data pengamatan.

41

Page 42: TTM Carbide Tool

Pada pengujian material dengan menggunakan teknik metallografi dapat terlihat

dengan jelas bahwa material 1 memiliki densitas yang lebih tinggi dari pada material 2.

Hal ini terlihat dengan keberadaan porositas pada material 2 yang sangat banyak

dibandingkan pada material 1 pada gambar hasil omnimet pra etsa. Pada pengujian

metallografi, pengambilan gambar pra etsa ini akan menunjukkan keberadaan porositas

pada material tersebut. Menurut referensi, material yang dibuat dari karbida dapat

membentuk fasa grafit bebas jika memiliki kandungan karbon berlebih ( dalam jumlah

banyak ). Grafit ini muncul pada saat proses sintering dan terjebak pada material ini pada

batas butir. Grafit ini tidak terbawa keluar saat pertumbuhan butir tidak seperti porositas

yang dapat terbawa kepermukaan saat disinter. Grafit yang terbentuk pada gambar hasil

omnimet berupa warna yang gelap. Porositas ini ada dikarenakan parameter proses sinter

produk tersebut dilakukan dengan laju panas yang tinggi sehingga laju pergerakan

pertumbuhan yang cepat mengakibatkan porositas yang sebelumnya telah ada karena

proses kompaksi yang tidak baik mengakibatkan porositas yang berada pada butir

banyak. Butir yang terjebak pada butir tidak dapat dihilangkan. Untuk itu pengaturan laju

panas pada saat sinter haruslah saat siatur dengan sedemikian rupa sehingga tidak

pertumbuhan butir dapat mengimbangi pergerakan laju densifikasi dengan penghilangan

porositas, untuk densifikasi yang lebih baik lagi perlu dilakukan sintering pada vaccum.

Tooltip ini akan bekerja pada kondisi kerja yang keras akibatnya keberadaan

porositas tidak diinginkan atau boleh ada dalam jumlah yang sangat kecil. Disamping itu,

Pada gambar setelah dietsa dengan menggunakan FeCl3 material 1 memilik butir WC

yang lebih kecil dibandingkan material 2 serta dapat ditentukan secara kualitatif bahwa

jumlah binder cobalt yang dipakai pada material 2 lebih banyak dibandingkan dengan

material 2 per satuan luas gambar.. Hal ini terlhat dari perbandingan gambar yang

memilik magnifikasi yang berbeda. Besar butir dan jumlah binder cobalt ini juga

mempengaruhi kekerasan material, sehingga material dengan butir yang kecil dan binder

yang lebih sedikit akan memiliki kekerasan yang lebih tinggi. Porositas dan besarnya

butir menyebabkan kekerasan tooltip ini akan berkurang, sehingga material dengan

banyak poros dan butir yang lebih besar akan menjadi cepat aus (wear resitance rendah).

Material 2 dengan harga yang lebih murah akan lebih cepat aus jika digunakan untuk

kondisi permesinan benda kerja yang sama dibandingkan dengan material 1.

42

Page 43: TTM Carbide Tool

Proses pengujian kualitas juga dilakukan dengan melihat komposisi dari kedua

material tersebut menggunakan EDS. Walaupun yang diberikan EDS ini kurang akurat,

namun cukup untuk menjadi bahan pertimbangan secara kualitatif untuk menentukan

kualitas tooltip tersebut berdasarkan komposisi yang terdapat pada material tersebut.

Untuk pengujian yang lebih akurat dapat dilakukan dengan AAS ataupun juga dengan

OES, namun pada proses reverse engineering kali ini pengujian tambahan tersebut tidak

dilakukan. Pengujian EDS yang dilakukan dengan menembakkkan electron pada

permukaan dan penampang potongan ( material 1 ) sedangkan pada material 2 dilakukan

EDS pada permukaannya saja. Pada hasil pengujian material 1 diperoleh pada

permukaannya yang dominan adalah unsur titanium dan carbon. Hal ini menunjukkan

bahwa coating yang diterapkan pada material ini adalah TiC. Unsur Nitrogen N tidak

terdeteksi dalam analisis hasil EDS karena peak yang dimiliki oleh nitrogen tidak muncul

pada grafik hasil EDS. Karbon pada penembakan electron akan menghasilkan nilai Kα =

0.282 sedangkan nitrogen akan menghasilkan Kα=0.392. Analisis hasil EDS

menghasilkan kesimpulan bahwa tootip tersebut tidak diberi multilayer coating karena

tidak terdapat unsure lain pembentuk coating kecuali Ti dan C yang membentuk senyawa

karbida TiC.. Penembakan electron pada pengujian EDS memakai beda potensial 15 kV

sehingga penetrasinya cukup dalam.. Jika lapisan coatingnya tipis, maka penetrasi deteksi

electron akan mengenai bagian dalam tooltip yang merupakan karbida tungsten. Namun

hasil EDS permukaan ini tetap memberikan data bahwa pada permukaan material 1

didominasi oleh Titanium dan karbon, sedangkan unsur wolfram tidak menghasilkan

peak pada data pengamatan. Hasil ini menunjukkan bahwa ketebalan coating yang

diterapkan pada material 1 ini cukup besar. Dari analisis ini dapat juga ditentukan bahwa

lapisan coating dibentuk dengan cara Chemical Vapour Deposition (CVD) karena pada

literature menjelaskan bahwa coating hasil CVD ini akan menghasilkan lapisan coating

yang tebal. Pada pengujian bagian potongan yang merepresentasikan bagian dalam dari

material 1 ini memberikan hasil bahwa material penyusun utamanya adalah WC karena

peak utamanya adalah peak wolfram dan peak carbon serta sedikit peak kobalt yang

berfungsi sebagai binder. Pada material ini juga terdapat unsure lain yaitu silicon yang

ditunjukkan adanya peak Si pada permukaannya.

43

Page 44: TTM Carbide Tool

Hasil EDS dari material 2 yang dilakukan pada permukaannya saja memberikan

hasil bahwa pada permukaannya juga terdapat Titanium. Namun jumlah titanium pada

permukaannya jauh lebih sedikit bila dibandingkan dengan material 1. Ketebalan coating

ini juga dapat diprediksi yaitu dengan kemunculan peak Wolfram. Hal ini menunjukkan

bahwa ketebalan coating yang diterapkan pada material 2 lebih rendah dibandingkan

dengan material 1. Kedua material ini memiliki ketebalan yang sama yaitu 5 mm. Peak

wolfram yang muncul menunjukkan bahwa electron yang digunakan untuk EDS telah

menembus bagian coating dan mengenai material penyusun utamanya yaitu wolfram dan

carbon. Beda potensial yang digunakan untuk EDS material 2 yaitu 12kV. Angka ini

lebih rendah jika dibandingkan dengan pengujian material 1. Namun pada material 2 ,

pengujian EDS telah mendeteksi adanya Wolfram pada permukaannya. Berdasarkan

analisis dari hasil EDS ini didapatkan bahwa material 1 memiliki coating yang lebih tebal

dibandingkan material 2. Coating yang diterapkan pada material ini bertujuan untuk

meningkatkan tool life material tersebut. Untuk itu material 2 akan lebih cepat aus

dibandingakan material 1 karena harga kekerasan panas sangat dipengaruhi oleh lapisan

coating sehingga lapisan coating lebih tipis maka kekerasan panas material ini akan turun

pula. Itulah sebabnya mengapa material 1 akan lebih tahan lama dibandingkan dengan

material 2 jika dioperasikan pada kondisi permesinan yang sama.

Pada Pengujian kekerasan menghasilkan data kekerasan material 1 sekitar 71/73

HRC dan material 2 memiliki kekerasan sebesar 69 HRC. Pengujian ini menunjukkan

bahwa harga kekerasan material 1 lebih tinggi 2-4 poin dibandingkan dengan material 2.

Sedangkan pada material 2 kekerasan yang dihasilkan masih berbeda cukup besar dari

kekerasan literature Tungsten carbide yaitu 72 HRC. Perbedaan kekerasan ini disebabkan

oleh karena faktor-faktor seperti yang telah dijelaskan sebelumnya. Kekerasan material

tool tip ini ditentukan juga oleh besarnya butir karbida wolfram , keberadaan porositas,

dan banyaknya binder serta tebal dan jenis lapisan coating yang dipakai selain karena

kekerasan dari Wolfram carbide itu sendiri.

Proses pengerjaan reverse engineering yang bertujuan membedakan kualitas 2

buah material yang memiliki range harga yang berbeda. Harga dari tooltip ini juga

dipengaruhi oleh geometrinya karena tiap geometri akan berbeda fungsinya. Proses

44

Page 45: TTM Carbide Tool

reverse engineering ini cukup dilakukan dengan 3 metode penelitian. Metode-metode

penelitian tersebut telah cukup berhasil menunjukan properties dari 2 jenis material

tersebut secara kualitatif.

BAB V. DAFTAR PUSTAKA

Degarmo. P , Materials and Processes in Manufacturing, Wiley, 2003, p. 515.

A.T. Santhanam, Metallography of Cemented Carbides, Metallography and

Microstructures, Vol 9, ASM Handbook, ASM International, 2004, p. 1067–1078.

http://www.carbidedepot.com/formulas-insert-shape.htm

http://researchspace.csir.co.za/dspace/bitstream/10204/3960/1/Bolokang_2009.pdf

http://www2.coromant.sandvik.com/coromant/pdf/Metalworking_Products_061/

tech_a_5.pdf

http://www.freepatentsonline.com/6511551.pdf

http://repository.ui.ac.id/contents/koleksi/

11/3ab63071a7f4ed2b2a6923b6d08bcf0a8e65d788.pdf

http://en.wikipedia.org/wiki/Tungsten_carbide

45