Karakteristik Aus Pahat Karbida Berlapis Pada Proses Pembubutan Kering Bahan Otomotif

(1)

TUGAS SARJANA

PROSES PEMOTONGAN LOGAM

KARAKTERISTIK AUS PAHAT KARBIDA BERLAPIS PADA PROSES PEMBUBUTAN KERING

BAHAN OTOMOTIF

OLEH:

NIM : 020401052 JUANDA

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

(2)

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK MEDAN

2008

TUGAS SARJANA

PROSES PEMOTONGAN LOGAM

KARAKTERISTIK AUS PAHAT KARBIDA BERLAPIS PADA PROSES PEMBUBUTAN KERING BAHAN OTOMOTIF

OLEH:

NIM : 020401052 JUANDA

Disetujui oleh: Dosen Pembimbing,

NIP. 132 126 843

(3)

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK MEDAN

2008

TUGAS SARJANA

PROSES PEMOTONGAN LOGAM

KARAKTERISTIK AUS PAHAT KARBIDA BERLAPIS PADA PROSES PEMBUBUTAN KERING

BAHAN OTOMOTIF

OLEH:

NIM : 020401052 JUANDA

Telah diseminarkan dan disetujui pada seminar Tugas Sarjana Periode ke-507, kamis 10 April 2008

Dosen Pembanding I, Dosen Pembanding II,

Ir. Tugiman, MT

NIP: 131 459 557 NIP: 131 654 258

(4)

TUGAS SARJANA

NAMA : JUANDA

NIM : 020401052

MATA PELAJARAN : PROSES PEMOTONGAN LOGAM

SPESIFIKASI : :

DIBERIKAN TANGGAL : 18 / 06 / 2007 SELESAI TANGGAL : / / 2008

MEDAN, Maret 2008 KETUA JURUSAN TEKNIK MESIN, DOSEN PEMBIMBING,

Dr. Ing. Ir. IKHWANSYAH ISRANURI Dr.Ir. ARMANSYAHGINTING,M.Eng DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK USU MEDAN

AGENDA :772 / TS / 2007 DITERIMA TGL : 19 / 09 / 2007

PARAF :

Pilihlah dua jenis bahan otomotif (ferro metal dan non ferro metal)sebagai benda kerja pada pembubutan kering menggunakan pahat karbida berlapis.

Kondisi pemotongan ditentukan sesuai kemampuan mesin perkakas yang digunakan.

Gunakan jenis karbida berlapis komersial yang mudah diperoleh untuk bahan tersebut.

Lakukan observasi karakteristik aus pahat yng mencakup jenis dan mekanismenya.

(5)

KATA PENGANTAR

Alhamdullillah, puji dan syukur saya ucapkan kehadirat Allah SWT atas rahmat dan hidayah-Nya, penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini tepat pada waktunya. Tugas Akhir ini adalah salah satu syarat yang harus dipenuhi untuk menyelesaikan program studi S-1 di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

Penulis memilih Tugas Akhir ini dalam bidang Pemotongan Logam dengan judul “KARAKTERISTIK AUS PAHAT KARBIDA BERLAPIS PADA PROSES PEMBUBUTAN KERING BAHAN OTOMOTIF ”.

Pada kesempatan yang baik ini juga, penulis ingin mengucapkan terimakasih kapada :

1. Orang tua saya, Bapak dan Ibu saya tercinta dan juga buat Adik-adikku yang telah banyak memberikan perhatian, doa dan dukungan baik moril maupun materil.

2. Bapak Dr. Ir. Armansyah Ginting, M.Eng selaku dosen pembimbing tugas sarjana ini, yang telah banyak membantu sumbangan pikiran dan meluangkan waktunya dalam memberikan bimbingan untuk penulisan tugas sarjana ini.

3. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.

4. Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus, S.T, M.T, selaku Sekretaris Jurusan Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.

(6)

5. Seluruh staf pengajar dan pegawai administrasi Jurusan Teknik Mesin di Universitas Sumatera Utara.

6. M.Irfandi, Prayitno G Taruna, Yuki febrian, M Hanafi, Zaldiasyah, Supriadi, Yudi, Noval, Bang Salman selaku teman-teman diskusi dalam penelitian ini terima kasih atas semua bantuannya.

7. Kepada senior dan teman-teman penulis yang telah banyak membantu penulis dalam kuliah. Semoga Allah SWT membalas perbuatan baik yang telah mereka lakukan.

Akhir kata, syukur pada Allah SWT dan semoga tugas sarjana ini bermanfaat dan berguna bagi kita semua.

Medan, 19 Maret 2008 Penulis

NIM : 020401052

(7)

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR i

DAFTAR ISI iii

DAFTAR TABEL iv

DAFTAR GAMBAR v

DAFTAR NOTASI ix

BAB 1 PENDAHULUAN 1

1.1Latar Belakang 1

1.2Tujuan Penelitian 3

1.3Batasan Masalah 3

1.4Manfaat Penelitian 4

1.5Sistematika Penulisan 4

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 6

2.1 Pemesinan Kering (Dry Machining) 6

2.1.1 Pengertian Pemesinan Kering 6

2.1.2 Perkembangan Pemesinan Kering 6

2.2 Bahan

Pahat 9

2.3 Bahan

Benda Kerja

16

2.4 Aus Pahat dan Mekanismenya 31

(8)

2.4.2 Mekanisme Keausan dan Kerusakan Pahat 37

BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN 47

3.1 Bahan dan Alat 47

3.1.1 Bahan 47

3.1.2 Pahat Potong 48

3.1.3 Pemegang pahat (tool holder) 49

3.1.4 Peralatan. 51

3.2 Prosedur Penelitian

54

BAB 4 HASIL PENGUJIAN PEMESINAN 52

BAB 5 PEMBAHAS 67

5.1 Karakteristik aus pahat karbida berlapis 67

5.2 Mekanisme aus pahat 73

BAB 6 KESIMPULAN DAN SARAN 77

6.1 Kesimpulan 77

6.2 Saran 78

DAFTAR PUSTAKA 79

(9)

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Perbandingan kecepatan potong untuk Al dan logam lain 17 Tabel 3.1. Sifat-sifat mekanis Baja Karbon AISI 1045 46 Tabel 3.2. Komposisi kimia Baja Karbon AISI 1045 46

Tabel 3.3. Sifat mekanik material benda kerja 47

Tabel 3.4. komposisi kimia Paduan Aluminum 6061 47

Tabel 3.5. Geometri Pahat Karbida 48

Tabel 3.6. Komposisi kimia dan sifat mekanis pahat karbida 48

Tabel 3.7. Geometri pemegang pahat tipe N

49

Tabel 3.8. Ukuran Pemegang Pahat 50

Tabel 3.9 Data Teknis Mesin bubut Jhung Metal Machinery Co 51 Tabel 3.10. Kondisi pemotongan Baja Karbon AISI 1045 53

Tabel 3.11. Kondisi pemotongan Paduan Aluminium 6061

53

Tabel 5.1. Karakteristik aus pahat karbida berlapis 67 Tabel 5.2. Jenis-jenis mekanisme penyebab aus pahat 73

(10)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Diagram kesetimbangan besi dan carbon untuk carbon

sampai dengan 5% C 22

Gambar 2.2. kurva kegagalan ideal untuk logam ferrous dan non-ferrous 23 Gambar 2.3. Variasi sifat mekanis pada batangan baja karbon d= 1 inch,

sebagai fungsi kandungan karbon 24 Gambar 2.4. kurva kekuatan tarik dan kekerasan sebagai fungsi dari

tebal cetakan pada berbagai Besi Tuang 27 Gambar 2.5. Hubungan tegangan-regangan pada besi tuang 28

Gambar 2.6. Aus Tepi (Flank Wear) 32

Gambar 2.7. Deformasi Plastis (Plastic Deformation) 32

Gambar 2.8. Aus Kawah (Crater Wear) 33

Gambar 2.9. Flaking paper 34

Gambar 2.10. Penyerpihan (Chipping) 34

Gambar 2.11. Built Up Edge 35

Gambar 2.12. Keausan karena gesekan pada daerah dimana geram panjang berkesinambungan mempunyai kesempatan untuk bergesekan dengan permukaan bidang geram

pahat karbida. 38 Gambar 2.13. Daerah penempelan material benda kerja pada bidang

geram pahat (BC) dan bidang mayor pahat (BG) dan daerah kontak antara geram dan bidang geram pahat

(11)

(CD, terjadi gerakan relative yang berupa gesekan). 38

Gambar 2.14. Penumpukan metal pada mata potong pahat (BUE) dalam proses pemesinan baja. Foto metalografik specimen yang diambil dari benda kerja pada lokasi bekas pemotongan. 39

Gambar 2.15. Dengan bertambahnya kecepatan potong maka BUE akan lenyap dan diganti dengan daerah aliran. 40

Gambar 2.16. Deformasi plastik yang dialami pahat 43 Gambar 2.17. a. Retak pada mata potong pahat freis karbida setelah digunakan untuk memotong baja. b. Retak yang diakibatkan oleh perbedaan koefisien pemuaian antara BUE (baja) dengan pahat karbida. 45 Gambar 3.1. Gambar Baja Karbon AISI 1045 46 Gambar 3.2. Gambar Paduan Aluminum 6061 47

Gambar 3.3. Mata Pahat Karbida dan Lapisannya 48

Gambar 3.4. Pemegang Pahat (Tool Holder) 49

Gambar 3.5. Sistem Kelem Pemegang Pahat Tipe N 49

Gambar 3.6. Ukuran Pemegang Pahat 50

Gambar 3.7. Mesin bubut Jhung Metal Machinery Co. 50

Gambar 3.8. Bagian–bagian Mesin Bubut 51 Gambar 3.9. Centering 52

(12)

Gambar 3.10. Jangka Sorong

52 Gambar 3.11. Mikroskop VB

Gambar 4.1. Aus pahat karbida berlapis pada kondisi pemotongan

V = 238.6 m/min, a = 2.0 mm, f = 0.24 mm/rev 57

Gambar 4.2. Aus pahat karbida berlapis pada kondisi pemotongan V = 193.9 m/min, a = 1.20 mm, f = 0.17 mm/rev.

(CD = Coating Delimination/Pengelupasan Salutan) 58 Gambar 4.3. Aus pahat karbida berlapis pada kondisi Pemotongan

V = 163.28 m/min, a = 2.0 mm, f = 0.17 mm/rev 59 Gambar 4.4. Aus pahat karbida berlapis pada kondisi Pemotongan

V = 132.665 m/min, a = 1.20 mm, f = 0.17 mm/rev

(CD = Coating Delimination/Pengelupasan Salutan) 60 Gambar 4.5. Aus pahat karbida bersalut pada kondisi pemotongan

V = 565.2 m/min, a = 2.00 mm, f = 0.24 mm/rev 61 Gambar 4.6. Aus pahat karbida bersalut pada kondisi pemotongan

V = 364.3 m/min, a = 1.20 mm, f = 0.17 mm/rev 62 Gambar 4.7. Aus pahat karbida bersalut pada kondisi pemotongan

V = 381.51m/min, a = 2.00 mm, f = 0.24 mm/rev. 63 Gambar 4.8. Aus pahat karbida bersalut pada kondisi pemotongan

(13)

V = 245.8 m/min, a = 1.20 mm, f = 0.17 mm/rev 64 Gambar 5.1. Bentuk aus tepi takik(notch)

69 Gambar 5.2 Skema mekanisme pengelupasan lapisan (Coating Delamination) 71

DAFTAR NOTASI

Lambang Besaran Satuan

a : Kedalaman potong (depth of cut) mm Aγ : Bidang pada pahat dimana geram mengalir (face) mm2 b : Lebar pemotongan (width of cut) mm d : Diameter rata-rata mm dm : Diameter akhir mm

do : Diameter awal mm

E : Modulus elastisitas (modulus of elasticity) GPa f : Asutan mm/rev

G : Modulus elastisitas geser (shear modulus) GPa

(14)

K : Konduktivitas Panas

W/m.K

n : Putaran poros utama rpm

rc : Radius ujung pahat mm

v : Kecepatan potong (cutting speed) m/min VB : Panjang keausan tepi mm

s : Sudut miring

( o)

σu : Tegangan batas (Ultimate tensile strength)

MPa

σy : Tegangan luluh (Tensile yield strength)

MPa

(15)

BAB I PENDAHULUAN

I.1. Latar Belakang

Ada berbagai hal yang dapat dialami oleh pahat pada proses pemotongan dan satu diantaranya adalah aus. Aus terjadi karena adanya perubahan energi mekanik pemotongan menjadi energi panas. Perubahan energi tersebut terjadi akibat gesekan antara pahat dan benda kerja, benda kerja dan geram,serta proses perusakan molekuler (ikatan atom) pada bahan bidang geser (Shear Plane) (Rochim 1993).

Berdasarkan hasil-hasil penelitian mengenai keausan dan kerusakan pahat, ada beberapa faktor yang menyebabkan terjadinya aus pahat diantaranya adalah proses kimiawi, oksidasi, adhesi dan beberapa proses lainnya. Faktor ini sangat berpengaruh dan hal ini dipicu oleh beban mekanik atau termal sehingga terjadi aus tepi (Flank Wear), aus kawah (Crater Wear) maupun terjadinya penumpukan geram pada mata potong yang lazim disebut BUE (Built Up Edge).

Panas yang dihasilkan dari proses pemotongan sebagian besar dibawa oleh geram dan sebagian merambat melalui pahat dan sisanya mengalir melalui benda kerja dan sekelilingnya. Panas yang dihasilkan dari proses pemotongan logam tersebut cukup besar pada luas bidang kontak relatif kecil, sehingga temperatur pahat pada bidang geram dan bidang geser utamanya akan sangat tinggi. Selain itu, dikarenakan tekanan yang diakibatkan gaya pemotongan serta temperatur yang tinggi maka permukaan aktif dari pahat akan mengalami beban tekanan pada suhu tinggi yang sangat berpotensi akan menyebabkan aus. Aus

(16)

tersebut tumbuh seiring dengan jalannya proses permesinan. Aus akan membesar dan memperlemah pahat. Pahat aus juga akan mempengaruhi gaya pemotongan maupun dapat berakhir dengan kerusakan yang fatal (Catastrophic Failure). Dari paparan di atas banyak terlahir ragam kegagalan atau kerusakan mata pahat, misalnya sebagaimana yang dilaporkan oleh Trent 1995 yaitu aus tepi (Flank Wear), aus kawah (Crater Wear), penumpukan geram (BUE) dan kerusakan

katastropik. Maka dengan demikian dalam industri otomotif proses pemotongan logam banyak dilakukan, umumnya bahan-bahan yang digunakan berbasis Ferro dan Non Ferro (misalnya Baja karbon, Aluminium,Besi cor, Tembaga, Nikel dan lain-lain). (Molinary & Nouari 2003; Grzesik & Nieslony 2003) mengatakan bahwa penggunaan Baja karbon dan Aluminium pada proses pemesinan kering sangat potensial untuk mengurangi biaya produksi. Karena hasil riset menunjukkan bahwa pada industri otomotif Jerman menyatakan bahwa penggunaan cairan pemotongan mengeluarkan biaya (7-20) % dari biaya pahat total. Jumlah ini membuktikan bahwa penggunaan cairan pada kondisi pemotongan membutuhkan biaya dua sampai empat kali lebih besar dari biaya pahat potong. Graham (2000) juga melaporkan bahwa perubahan dari pemesinan yang menggunakan cairan pemotongan ke pemesinan kering dapat dilakukan untuk beberapa logam seperti baja, besi cor dan aluminium (Strejith and Ngoi 2000).

Lazimnya untuk pemotongan baja tersebut dilakukan dengan metode pemesinan basah. Namun, dewasa ini seiring dengan berlakunya undang-undang lingkungan hidup maka metode pemesinan basah tidak dianjurkan melainkan yang

banyak digunakan pada proses pemesinan sekarang ini adalah pemesinan kering

(17)

(Dry Machining) (Sreejith dan Ngoi 2000). Penelitian pada skripsi ini ditujukan untuk mempelajari karakteristik aus pahat karbida berlapis yang digunakan pada proses pembubutan kering bahan otomotif AISI 1045 dan Al 6061.

I.2. Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui karakteristik aus pahat yang dialami oleh pahat Karbida Berlapis (Coated Cemented Carbide) ketika digunakan untuk membubut bahan otomotif yaitu Baja Karbon AISI 1045 dan Aluminium 6061 pada kondisi pemesinan kering (dry machining).

I.3. Batasan Masalah

Adapun masalah yang dikaji pada penelitian ini adalah aus yang dialami oleh pahat Karbida Berlapis (Coated Cemented Carbide) dengan menggunakan proses permesinan kering pada bahan baja karbon AISI 1045 dan Aluminium 6061.

a) Bahan yang digunakan adalah Baja Karbon AISI 1045 dan Aluminium 6061 dengan alasan bahwa bahan tersebut merupakan salah satu bahan yang digunakan pada operasi pembubutan dalam industri otomotif.

b) Pahat yang digunakan adalah pahat karbida berlapis (Coated Cemented Carbide) dengan alasan bahwa jenis pahat ini semakin berkembang dan

banyak dimanfaatkan dalam berbagai proses pemesinan (di negara maju, pemakaiannya sekitar 40 % dari seluruh jenis pahat karbida yang digunakan) dikarenakan tetap berfungsi dengan baik pada kecepatan potong atau temperatur kerja yang tinggi ( Rochim, 1993).

(18)

I.4. Manfaat Penelitian

Manfaat yang dapat diperoleh dari penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Dapat mengetahui ragam karakteristik aus dan jenis kegagalan yang terjadi

pada pahat Karbida Berlapis yang dilakukan dalam proses pemesinan kering.

2. Memberikan informasi karakteristik aus pahat karbida berlapis yang digunakan pada pembubutan kering Baja Karbon AISI 1045 dan Aluminium 6061 kepada industri otomotif dan dunia akademik.

I.5. Sistematika penulisan

Tugas sarjana ini disajikan dalam beberapa bab dengan tujuan untuk memudahkan pemaparan masalah dan membentuk alur pembahasan analisa yang mudah dipahami.

BAB I merupakan uraian singkat mengenai latar belakang, tujuan, manfaat, batasan masalah, dan sistematika penulisan

BAB II menjelaskan tinjauan pustaka yang akan memberikan informasi mengenai lima elemen dasar permesinan, sifat dan ketermesinan dari bahan Ferros dan Non Ferros, jenis material pahat, serta pemesinan kering dan

perkembangannya.

BAB III menjelaskan pengumpulan data, metodologi penelitian, peralatan dan bahan yang digunakan, proses pengerjaan yang dilakukan, serta faktor-faktor penting lainnya yang menunjang penelitian ini.

BAB IV Menunjukkan hasil analisa data berupa gambar yang dilakukan penulis mengenai ragam kegagalan aus yang dialami pahat Karbida berlapis

(19)

dengan meggunakan benda kerja Baja karbon AISI 1045 dan Aluminium 6061 pada proses pembubutan kering.

BAB V Membuat penjelasan baik dalam bentuk tabel dan keterangan tentang mekanisme penyebab terjadinya ragam kegagalan yang terjadi pada pahat Karbida berlapis.

BAB VI Merupakan kesimpulan dan saran dari semua uraian yang ada dalam tugas sarjana ini.

(20)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Pemesinan Kering (Dry Machining) 2.1.1. Pengertian Pemesinan Kering

Pemesinan kering atau dalam dunia Manufakturing dikenal dengan Green Machining (pemesinan hijau) merupakan suatu cara proses pemesinan atau

pemotongan logam tanpa menggunakan cairan pendingin melainkan

menggunakan partikel udara sebagai media pendingin selama proses pemesinan berlangsung untuk menghasilkan suatu produk yang diinginkan dengan maksud untuk mengurangi biaya produksi, meningkatkan produktivitas serta ramah lingkungan.

Mengingat persaingan dalam dunia industri manufaktur begitu ketatnya maka penelitian terhadap teknologi pemesinan hijau (Green Machining) terus dilakukan, karena dengan berkembangnya teknologi pemesinan hijau (Green Machining) maka dapat meningkatkan produktivitas suatu teknologi pemesinan

khususnya pemotongan terhadap dunia industri. Tetapi walaupun demikian tekno1ogi yang ada sekarang ini juga mampu digunakan untuk proses pemesinan, yaitu dengan pemakanan yang kecil sehingga biasanya hanya dipakai untuk proses finishing.

2.1.2. Perkembangan Pemesinan Kering

Saat sekarang ini pengembangan pemesinan kering (Dry machining) hangat dibicarakan di kalangan dunia teknologi pemesinan. Pemesinan kering

(21)

pada industri manufaktur sekarang ini masih sedikit sekali atau boleh dikatakan masih dalam tahap uji coba, ini disebabkan karena belum tegaknya undang-undang lingkungan hidup dan masih minimnya pahat yang direkomendasi untuk pemesinan kering, sehingga industri manufaktur masih tetap bertahan pada sistem yang lama yaitu pemesinan basah ( Molinary & Nouari 2003; Grzesik & Nieslony 2003 ). Ada empat faktor yang menyebabkan pemesinan kering menjadi menarik dibicarakan yaitu :

1. Pemesinan kering hanya dipilih untuk mengatasi masalah pemutusan atau penguraian rantai ikatan kimia yang panjang dengan waktu paruh yang sangat lama (Non Biodegradable) yang potensial untuk merusak lingkungan.

2. Teknik pemesinan kering sangat potensial untuk mengurangi biaya produksi. Hasil riset menunjukkan bahwa pada industri otomotif Jerman biaya cairan pemotongan (7-20) % dari biaya pahat total . Jumlah ini adalah dua sampai empat kali lebih besar dari biaya pahat potong.

3. Teknik pemesinan kering adalah teknik pemesinan yang proses pemesinannya tidak menimbulkan limbah yang merusak lingkungan. .Material pahat yang cocok dipakai pada pemesinan kering adalah Karbida berlapis, Titanium nitrida, CBN, dan PCD. Material pahat tersebut mempunyai sifat sebagai material yang keras, mudah retak dan terkelupas serta lebih mudah patah. Hal ini disebabkan oleh tegangan termal karena tidak ada cairan pemotongan (Graham 2000; Che Haron 2001).

(22)

4. Salah satu cara pemesinan yang tidak menimbulkan limbah dan pengabutan udara serta tidak menimbulkan sisa pada serpihan adalah pemesinan kering (Strejith & Ngoi 2000; Sokovic &Mijanovic 2001 ). Keuntungan utama dari cairan pemotongan adalah untuk mengurangi panas dan gesekan yang ditimbulkan sepanjang daerah pemotongan serta juga bermanfaat untuk membersihkan serpihan dari daerah pemotongan. Jika cairan pemotongan tidak digunakan pada proses pemesinan maka kedua keuntungan di atas tidak diperoleh mengakibatkan koefisien gesekan serta suhu pemotongan meningkat sehingga akan menimbulkan keausan pada pahat yang disebabkan difusi pahat. Mekanisme keausan pahat ditunjukkan dalam pemotongan kering beban kerja tinggi (beban termal) Sebaliknya dalam perspektif pahat sebagai material yang rapuh, pemotongan kering memberikan manfaat untuk menghindari tegangan termal yang umumnya diindikasikan oleh keretakan sisir pada

permukaan pahat potong (Che Haron 2001).

Pahat potong dioptimalkan dengan pemilihan material pahat berlapis dan geometri pahat yang sesuai. Material yang tahan terhadap suhu yang tinggi dan keausan tinggi adalah Karbida, Sermet, Keramik, CBN dan PCD. Tujuan penggunaan pemesinan kering ini adalah, untuk mencapai peningkatan kemampuan mesin dengan mengurangi koefisien gesekan dan panas selama proses pemotongan. Sekarang ini material yang berlapis telah ditemuka n menjamin suksesnya pemesinan kering (Klocke and Eisenblatter 1997). Melaporkan bahwa pemesinan kering dapat dilakukan dengan hasil yang diharapkan pada besi cor, Baja karbon dan Baja coran. Graham (2000) juga melaporkan bahwa perubahan dari pemesinan yang menggunakan cairan

(23)

pemotongan ke pemesinan kering dapat dilakukan untuk beberapa logam seperti baja, besi cor dan aluminium (Strejith and Ngoi 2000) di dalam papernya berjudul pemesinan kering untuk masa yang akan datang.

Graham 2000 ; Strejth dan Ngoi 2000 melaporkan bahwa pemesinan yang sukses untuk masa yang akan datang adalah pemesinan kering dengan

menggunakan pahat potong Karbida berlapis, CBN, Sialon dan PCD. CBN dan PCD telah banyak digunakan untuk pemesinan kering kecepatan tinggi 1000 m/menit. Dalam kasus baja paduan, beberapa peneliti melaporkan bahwa Karbida berlapis, Seramik, CBN dan PCD sangat potensial digunakan (Che Haron et al, 2001, Grzesik & Nieslony 2003).

Pemesinan kering meniadakan kebutuhan untuk pembuangan dan pembelian cairan pendingin, menghapus ditutupnya produksi pembersih pemesinan dan meningkatkan keselamatan dan kesehatan pekerja. Pemesinan kering juga akan memberikan lebih bersih lingkungan benda kerja seperti tak adanya minyak yang melekat pada benda kerja. Selain itu, geram menjadi tak terkontaminasi. Keuntungan biaya dari pemesinan kering meliputi tanpa

pendingin, tanpa pompa pendingin, tak ada pembelian filter dan tak ada penjualan pembersih geram (Bulloch, 2004).

Berdasarkan paparan tentang perkembangan pemesinan kering diatas baik di Jerman maupun pada Industri otomotif didunia telah menggalakkan proses pemesinan kering ini khususnya pada proses pembuatan suku cadang otomotif. Hal ini menjadi pertimbangan bagi setiap industri otomotif untuk

mengembangkan penggunaan bahan pada setiap suku cadang otomotif. Dengan demikian dunia otomotif mencoba mengembangkan penggunaan baja karbon dan

(24)

paduan aluminium yaitu dengan menggunakan Baja karbon AISI 1045 dan Paduan Aluminium 6061.

Untuk jenis dari bahan Baja Karbon AISI 1045 yang diaplikasikan untuk bahan industri otomotif diantaranya dapat ditunjukkan pada Gambar 2.1, 2.2 dan 2.3.

Gambar 2.1. Carbon Steel Ball Gambar 2.2. Rumah Kopling

Gambar 2.3. Plat Penghubung

1. Carbon Steel Ball, biasanya digunakan untuk bantalan karena memiliki kadar kekerasan bahan sebesar HRC 60 min.

2. Rumah kopling dan plat penghubung merupakan jenis suku cadang kendaraan yang dibuat khusus dari bahan bahan AISI 1045. Hal ini disebabkan bahan tersebut memiliki ketahanan yang baik, low temper dan memiliki kadar kekerasan sebesar 137 - 180 BHN.

Dan untuk bahan Aluminium 6061 yang juga diaplikasikan untuk bahan otomotif dapat ditunjukkan pada Gambar 3.6 dan 3.7.

(25)

Gambar 2.4. Custom Motor Endcaps Gambar 2.5. Custom filter unit

1. Custom Motor Endcaps digunakan sebagai penutup salah satu kutub poros pada rumah motor DC dan Custom filter unit ini pada umumnya digunakan sebagai alas dari pada filter bahan bakar pada mesin mobil Chevrolet Chevelle. Kedua bahan tersebut digunakan karena memiliki ketahanan yang

baik dan mampu bentuk.

2.2. Bahan Pahat

Dalam suatu pemesinan jenis pekerjaan permesinan yang tertentu diperlukan pahat dari jenis material yang cocok. Keterbatasan kemampuan suatu jenis material pahat perlu diperhitungkan, berikut adalah pahat yang sering digunakan menurut urutannya mulai dari material yang relatif lunak sampai dengan yang paling keras sebagai berikut :

1. Baja karbon tinggi (High Carbon Steel, Carbon Tool Steels, CTS) 2. HSS (High Speed Steels, Tool Steels)

3. Paduan Cor Nonfero (Cast Nonferous Alloys, Cast carbides) 4. Karbida (Cermeted Carbides, Harmetals)

(26)

6. CBN (Cubic Boron Nitride)

7. Intan (Sintered Diamons & Natural Diamonds)

2.2.1. Baja Karbon Tinggi

Baja dengan kandungan karbon yang sangat tinggi (0,7 %-1,4 % C) tanpa unsur lain atau dengan persentase unsur lain yang rendah (2 % Mn, W, Cr) panas yang tinggi (500-1000 HV) maka terjadi transformasi martensitik, tatapi pada suhu 250OC proses martensit ini menjadi lunak. Dengan demikian dapat disimpulkan baja karbon ini hanya bisa digunakan pada kecepatan potong rendah.

2.2.2. HSS (High Speed Steel)

Pada tahun 1898 ditemukan jenis baja paduan tinggi dengan unsur paduan Krom (Cr) dan Tungsten / Wolfram (W). Mulai proses penuangan (Molten Metallurgy) kemudian diikuti pengerolan atau penempaan baja ini dibentuk

menjadi batang, atau silinder. Pada kondisi lunak ( Annealed ) bahan tersebut dapat diproses secara pemesinan menjadi berbagai bentuk pahat potong. Setelah proses perlakuan panas dilaksanakan, kekerasannya akan cukup tinggi sehingga dapat digunakan pada kecepatan potong yang tinggi (sampai 3 kali kecepatan potong untuk pahat CTS yang dikenal pada saat itu sekitar 10 m/min, sehingga dinamakan dengan Baja kecepatan tinggi, HSS). Pahat ini apabila mengalami aus dapat diasah sehingga tajam kembali.

Jenis pahat ini mempunyai Resistance dan Abrasive resistance yang tinggi. Komposisi HSS terdiri dari campuran :

(27)

Tungsten atau Wolfram dapat membentuk karbida yaitu paduan yang sangat keras (Fe2 W2 C) yang menyebabkan kenaikan temperatur untuk proses Hardening dan Tempering. Dengan demikian Hot hardness dipertinggi.

2. Chromium (Cr)

Menaikkan Hardenability dan Hot hardness. Chrom merupakan elemen pembentuk karbida,akan tetapi Cr menaikkan sesivitas terhadap overheating. 3. Vanadium (V)

Menurunkan sensivitas terhadap Overheating serta menghaluskan besar butir. Vanadium juga merupakan elemen pembentuk karbida.

4. Molydenum (Mo)

Memiliki efek yang sama seperti W akan tetapi lebih terasa (2 % Wdapat digantikan oleh 1 % Mo). Dengan menambah 0,4 % sampai 0,9 % Mo dalam HSS paduan utama W (W-HSS) dapat dihasilkan HSS yang mampu dikeraskan di udara (Air Hardening Properties ). Selain itu, MO-HSS lebih liat sehingga mampu menahan beban kejut. Kejelekannya adalah lebih sensitif terhadap Overheating (hangusnya ujung-ujung yang runcing) sewaktu dilakukan proses

Heattreatment.

5. Cobalt (Co)

Bukan elemen pembentuk karbida. Ditambahkan dalam HSS untuk menaikkan Hot hardness dan tahan keausan. Besar bitir menjadi lebih halus sehingga ujung-ujung yang runcing tetap terpelihara selama Heattreatment pada temperatur tinggi.

(28)

2.2.3. Paduan Cor Nonferros

Sifat-sifat paduan cor nonferro adalah diantara HSS dan karbida (Cemented Carbide) dan digunakan dalam hal khusus diantara pilihan dimana karbida terlalu rapuh dan HSS mempunyai Hot hardness dari Wear resistance yang terlalu rendah. Jenis material ini dibentuk secara cor menjadi bentuk-bentuk yang tidak terlampau sulit misalnya sisipan (Tool bit) yang kemudian diasah menurut geometri yang dibutuhkan.

Paduan nonferro terdiri dari 4 macam elemen utama serta sedikit tambahan beberapa elemen lain untuk memperbaiki sifat-sifatnya. Elemen utama adalah Cobalt sebagai pelarut bagi elemen lain. Elemen yang kedua yang terpenting adalah Cr (10 %-35 % berat) yang membentuk karbida. Elemen W (10 %-25 % berat) sebagai pembentuk karbida menaikkan kekerasan secara menyeluruh sedangkan elemen terakhir adalah karbon (1 % C membentuk jenis yang relatif lunak sedangkan 3 % C menghasilkan jenis yang keras serta tahan aus).

2.2.4. Bahan Pahat Karbida

Jenis karbida yang disemen (Cemeted Carbides) merupakan bahan pahat yang dibuat dengan cara menyenter serbuk karbida (Nitrida, Oksida) dengan bahan pengikat yang umumnya dari cobalt (Co), dengan cara Carburizing masing masing bahan dasar serbuk Tungsten (Wolfram), Titanium, Tantalum dibuat menjadi Carbide yang kemudian digiling dan disaring. Campuran serbuk karbida tersebut kemudian dicampur dengan bahan pengikat (Co) dan dicetak tekan dengan dengan memakai bahan pelumas kemudian dipanaskan sampai 1600 0C. Ada tiga jenis bahan utama pahat karbida yaitu:

(29)

1. Karbida Tungsten ( WC + Co ) yang merupakan jenis pahat karbida untuk memotong besi cor

2. Karbida Tungsten Paduan (WC .TiC +Co ;WC-TaC-TiC + Co ; WC –TaC+ Co ; WC-TiC-TiN+Co ; TiC + Ni,Mo) merupakan jenis pahat karbida yang digunakan untuk pemotongan baja

3. Karbida lapis (Coated Cemeted Carbides) merupakan jenis karbida Tungsten yang dilapis. (Rochim 1993)

a. Karbida tungsten (WC + Co)

Karbida tungsten murni merupakan jenis yang paling sederhana terdiri dari karbida tungsten (WC ) dan pengikat cobalt ( Co) Jenis yang cocok untuk pemesinan dimana mekanisme keausan pahat terutama disebabkan oleh proses abrasi seperti terjadi pada berbagai besi cor, apabila digunakan untuk baja akan terjadi keausan kawah yang berlebihan. Untuk pemesinan baja dipakai jenis karbida tungsten paduan ( Destefani 2002)

b. Karbida WC-TiC + Co

Pengaruh utama dari TiC adalah mengurangi tendensi dari geram untuk melekat pada muka pahat (BUE ;Buit Up Edge) serta menaikkan daya tahan terhadap keausan kawah ( Destefani 2002)

c. Karbida WC- TaC- TiC +Co

Penambahan TaC memperbaiki efek samping TiC yang menurunkan Transverse Rupture Strength. Hot Hardness dan Compressive Strength dipertinggi, sehingga ujung pahat tahan terhadap deformasi

(30)

d. Karbida WC –TaC +Co

Pengaruh TaC adalah hampir serupa dengan pengaruh TiC, akan tetapi Tac lebih lunak dibandingkan dengan TiC. Jenis ini lebih tahan terhadap Thermal shock cocok untuk pembuatan alur. ( Destefani 2002) e. Karbida Titanium

Pahat karbida titanium terbuat dari bahan TiC +Ni + Mo , Nikel dan Molybdenum berfungsi sebagai bahan pengikat menggantikan Cobalt. kekerasannya sangat tinggi sekitar 93.5 Ra. Jenis ini mengisi kekosongan antara tingkatan WC-Tools dengan keramik. TiC hanya dipakai dalam operasi penghalusan (Finishing) kecepatan potong tinggi dan kedalaman potong rendah. (Rochim 1993 )

f. Karbida Lapis

Coated Cemented Carbide jenis karbida lapis yang sedang

berkembang dan banyak digunakan dalam berbagai jenis permesinan, pemakainya sekitar 40 % dari seluruh jenis pahat karbida yang digunakan. Material dasarnya adalah karbida tungsten (WC + Co) yang dilapis dengan bahan keramik (Karbida, Nitrida dan Oksida) yang keras tahan terhadap temperatur tinggi ( Destefani 2002 ). Jenis pahat karbida yang keras dengan persentase Co yang kecil dengan Hot Hardness tinggi dapat digunakan untuk kecepatan potong yang tinggi, akan tetapi jenis ini relatif rapuh, sehingga dianjurkan untuk pemesinan yang tanpa beban kejut. Jenis karbida dengan persentase Co yang besar dapat digunakan untuk pengasaran atau proses beban kejut yang besar. Jenis ini dianjurkan dipakai pada kecepatan potong yang sedang.

(31)

17 2.2.5. Keramik (Ceramic)

Keramik memiliki karakteristik yang lain dari pada metal atau polimer (plastik, karet) karena perbedaan ikatan atom-atomnya.ikatannya dapat berupa kovalen, ionik, gabungan kovalen dan ionik dan sekunder. Karena elektron cenderung mengumpul di sekitar inti atom maka derajat kekuatan ikatnya hampir serupa dengan ikatan kovalen meskipun sesungguhnya termasuk jenis ikatan ionik. Jika keramik dibuat secara berlapis maka antara lapisan tersebut terjadi ikatan sekunder yang kekuatan ikatannya dipengaruhi oleh adanya molekul, gas, atau cairan lain. Keramik dapat bekerja pada kecepatan yang tinggi, Karena titik lelehnya berkisar antara (3500-7000 0F).

2.2.6 CBN (Cubic Boron Nitride)

CBN termasuk jenis keramik. Diperkenalkan oleh GE (USA, 1957, Borazon). Dibuat dengan penekanan panas (HIP, 60 kbar,m 1500 0C) sehingga serbuk graphit putih Nitrida Boron dengan struktur heksagonal berubah menjadi struktur kubik. Hot hardness CBN ini sangat tinggi dibandingkan dengan jenis pahat yang lain. CBN dapat digunakan untuk pemesinan berbagai jenis baja dalam keadaan dikeraskan, besi cor, HSS maupun karbida semen. Afinitas terhadap baja sangat kecil dan tahan terhadap perubahan reaksi kimiawi sampai dengan temperatur pemotongan 1300 0C. Pahat ini masih sedikit digunakan karena harganya yang mahal dan pemakaiannya masih terbatas.

(32)

2.2.7. Intan (Diamond)

Sintered Diamond (GE, 1955) merupakan hasil proses sintering serbuk

intan tiruan dengan bahan pengikat Co (5%-10%). Hot hardness serbuk tinggi dan tahan terhadap deformasi plastik. Sifat ini ditentukan oleh besar butir intan serta persentase dan komposisi material pengikat. Karena intan pada temperatur tinggi akan berubah menjadi graphit dan mudah terdifusi dengan atom besi, maka pahat intan tidak bisa digunakan untuk memotong bahan yang mengandung besi (ferros). Cocok bagi ”Ultra High Precision and Mirror Cutting” bagi benda kerja nonferros (Al Alloys, Cu Alloys, Plastics, Rubber).

2.3. Bahan Benda Kerja

2.3.1. Non

Ferrous Metal

Paduan non-ferrous metal sering digunakan karena sifat tekniknya, diantaranya tahan korosi, ketermesinan yang baik, bobot yang ringan, elektrik atau konduktivitas thermal yang tinggi, kemampuan menyerap energi, rasio kekuatan yang baik.

1. Aluminium

Karakteristik Al yang banyak dipertimbangkan para designer, yaitu sifat-sifat yang hampir dimiliki oleh logam Non-Ferrous, yaitu :

a. Ketika rasio berat-kekuatan sangat penting (massa jenis spesifiknya = 2,7 kg/m3)

(33)

19 d. Ketahanan elektrik yang rendah

e. Ketika sifat non-toksin, non-magnetik, tidak meledak (berapi dibutuhkan)

Untuk Al dengan kemurnian yang tinggi, yang bersifat halus dan ulet, maka memiliki tegangan tarik sekitar 13.000 lb/inch. Walaupun ini diperkirakan dapat meningkat menjadi 2 kali lipat dengan pengerjaan dingin, tetapi ketangguhan akhir masih belum cukup tinggi, dan Al tidak dapat dilaku panas. Ketangguhan yang lebih besar dapat dicapai dengan pertambahan elemen lain dan menghasilkan paduan, yang nantinya dikenakan laku panas.

Dalam pemesinannya, Al adalah logam termurah dalam pengerjaannya. Table perbandingan kecepatan potong relatif untuk Al dan berbagai metal lainnya ditunjukkan pada tabel 2.1 :

Tabel 2.1. Perbandingan kecepatan potong untuk Al dan logam lain Material Kecepatan Potong Relatif

(Drilling dan Turning) Aluminum Alloy

Baja, paduan ( < 0.3 %) Kuningan atau perunggu Magnesium dan Alloynya

0.5-1.0 0.25-0.35

0.6-1.0 0.9-1.3 Sumber : Rochim (1993)

2. Magnesium

Magnesium dengan gravitasi spesifik hanya 1,74 kg/m3 adalah logam teringan yang mampu stabil pada kondisi aslinya. Artinya, 64 % dari beratnya adalah Al dan 23 % sisanya adalah besi, seperti logam murni lainnya. Magnesium juga harus dipadukan untuk mendapatkan kekuatan dan kegunaan yang maksimal. Beberapa sifat unggul magnesium, antara lain :

(34)

a. Logam teringa (C = 1,74) b. Ketermesinan yang tinggi

c. Dapat digabungkan dengan gas busur dan tahan las listrik d. Dapat dicor dengan pasir, cetakan pasir dan die casting

e. Stabil pada kondisi atm dan ketahanan terhadap serangan alkali dan minyak

f. Non-magnetik

Magnesium lebih mahal dari Al. Kekuatan tariknya rendah dan untuk menaikkannya dapat melalui laku panas karakteristik lainnya, yaitu konduktivitas elektriknya sekitar 30% dari copper murni dan 60% dari Al murni.

Paduan magnesium biasanya dapat dimesinkan pada kecepatan yang sangat tinggi. Tetapi pemotongan logam dapat menimbulkan resiko jika kotoran pemotongan bertaburan, sehingga sangat dianjurkan untuk pemesinan basah. Magnesium mempunyai ketermesinan yang tinggi, walaupun mempunyai struktur heksagonal tertutup karena temperatur zona pemotongan di atas temperatur rekristalisasi.

3. Copper dan paduannya

Copper memiliki struktur kristal center kubik, dengan gravitasi spesifik 8,91 (0,34 lb/inch3) dan titik lebur 1083 0C. Logam ini sangat lunak dan ulet. Konduktivitas panasnya di atas emas dan perak, dan konduktivitas listriknya, yaitu kedua dari perak (94 % dari perak) mempunyai ketahanan korosi dengan paduan atau pengerjaan dingin. Copper sangat lembut dan lunak dengan kekuatan tarik 19.000 lb/inch2. Copper sangat mudah dicor karena dapat menyerap oksigen

(35)

membentuk oksida. Copper dapat dipadukan dengan banyak komponen, di antaranya Zink, Tin, Iron, Silver, Phosphor, Silicon, dan Arsenic.

4. Brass

Brass adalah copper yang dipadukan dengan zink, yang lebih kuat daripada 2 komponen penyusunannya. Brass memiliki struktur Crystal Face Centre Cubic. Sifat dari brass, diantaranya :

a. Keuletan yang tinggi

b. Biaya perawatan die yang rendah

c. Kemampuan paduan yang baik untuk mendapatkan sifat yang diinginkan d. Ketermesinan yang tinggi.

5. Bronze

Paduan copper dengan zink/nikel yang dikenal sebagai Mo Bronze. Elemen paduan utama adalah TiN dan yang lain : Si, Al, Mn, P, dan Ni. Sama halnya dengan Brass, kekerasan didapat dengan pengerjaan dingin. Paduan yang paling sering digunakan adalah Berrilium Bronze, Al Bronze, Phosfor Bronze, dan Si Bronze.

Berrilium Bronze adalah paduan copper dan Be yang sering digunakan pada Perang dunia II. Karakteristik sifat bronze, diantaranya :

a. Tidak berapi

b. Konduktor listrik yang baik (45% saat dikeraskan) dengan kekuatan 100.000-190.000 lb/inch2

c. Modulus elastisitas 19.000.000 lb/inch2 d. Dengan ketahan korosi terbaik

(36)

6. Nikel dan paduannya

Kegunaan utama nikel adalah sebagai paduan antara baja dan logam non-ferrous (ada lebih dari 3000 paduan aktif dari nikel). Nikel juga tahan korosi,

mayoritas berupa asam, non-oksida (kecuali asam nitrit). Titik lebur 2646 0F dan gravitasi spesifik 8,84. Ni mempunyai massa jenis yang sama dengan Copper tapi lebih mahal 3 kali lipat dari Copper. Contoh paduan dengan kadar nikel tertinggi adalah Dura Nikel yang mencapai 93.7 % Ni; 4.4 % Al; 0.5 % Si; 0.35 % Fe; 0.3 % Mn; 0.17 % C dan 0.05 % Copper. Ketika dikeraskan, Dura Nikel memiliki kekuatan tarik 145.000 lb/inch2 dengan elongasi 66 % dan 375 BHN. Karena mempunyai ketahanan kegagalan yang tinggi dan tahan panas sampai dengan 550 0

F, maka Dura Nikel sering digunakan sebagai pegas. 7. Molybdenum (Mo)

Mo mempunyai sifat yang tidak biasa, sehingga membuatnya banyak digunakan pada paduan baja. Besi cor dan paduan temperatur tinggi Molibdenum mempunyai gravitasi spesifik 0.2 dan titik lebur 4750 0F. Mo yang dirol mempunyai tegangan tarik sekitar 25.000 lb/inch2 dan 170 BHN. Konduktivitas listrik sekitar 34 % dari copper. Mo yang murni (99.95 % Mo) digunakan sebagai elemen pemanas pada tungku listrik, bagian dari mesin jet, dan misil. Mo banyak dijual dalam bentuk : Mo oksida; Mo sulfite.

8. Cobalt

Pertama kali Co diperkenalkan sebagai paduan pada baja perkakas karena dari sifat penambah kekerasan, untuk memotong paduan. Mata potong Cobalt adalah pahat HSS superior. Kemudian Co digunakan sebagai pengikat pada Karbida berlapis dan memperbaiki keuletan pada karbida.

(37)

Cobalt memiliki gravitasi spesifik 8.76, titik lebur 2719 0F, 86 BHN, konduktivitas listriknya 16% dari copper. Tegangan tarik Cobalt cor dengan 0.25 % C adalah sekitar 65.000 lb/inch2. Paduan yang terkenal yaitu invar (54 % Co) dan (36 % Ni) mempunyai koefesien ekspansi termal nol untuk semua range temperatur, membuatnya digunakan sebagai material pada desain mekanisme Kontrol.

9. Titanium

Digolongkan sebagai metal ringan (0.16 % lb/inch2) dengan bobot 60 % lebih berat dari Al, tapi 55 % lebih ringan dari berat paduan Baja. Sifat mekanik dari Titanium, diantaranya :

a. Kekerasan 86-95 HRC

b. σ ijin = 80.000 lb/inch2 (ultimate strength)

c. yield strength = 70.000 lb/inch ; elongation = 20% d. Sp h1 = 0.113 btu/lb.0F

e. Konduktivitas termal 105btu/ft3h.inch f. Koefesien ekspansi = 5.10-6/ 0F

g. Tegangan gagal 750 0F = 35.000 lb/inch2 untuk 2000 jam. Pada umumnya T1 tidak dianjurkan untuk laku panas tapi dengan pengerjaan dingin untuk mendapat karakteristik yang lebih baik.

2.3.2. Ferrous

Metal

Pada umumnya dapat dibagi ke dalam besi cor yang terdiri dari kandungan karbon yang relatif tinggi dan Baja yang biasanya dengan 1 % C atau kurang.

(38)

Yang kemudian dapat dibagi atas Baja karbon dengan kandungan karbon rendah, menengah dan tinggi, paduan baja rendah dan tinggi, dan baja perkakas.

Hubungan besi dan karbon dapat dilihat pada diagram kesetimbangan besi dan Karbon pada Gambar 2.6.

Gambar 2.6. Diagram kesetimbangan besi dan karbon untuk karbon sampai dengan 5% C

Diagram di atas menunjukkan bahwa variasi temperatur transformasi dengan penambahan karbon dengan fase yang stabil, dan juga menunjukkan bahwa ketika karbon ditambahkan pada besi, fase ketiga mungkin stabil di bawah kondisi sebenarnya yang disebut fase besi-karbon (Fe3C).

1. Baja (Steel)

(39)

a. Modulus elastisitasnya 28.106 – 30.106 lb/inch2

b. Kekerasan dipengaruhi kandungan carbon bukan paduan

c. Ketangguhan baja untuk kekerasan yang seragam dalam volumenya bergantung pada jumlah dan jenis paduan

Baja adalah logam yang memiliki batas pertahanan. Kegagalan material biasanya disebabkan pembebanan yang berulang, tegangan untuk material dapat bertahan di bawah pembebanan konstan jauh di bawah pembebanan statik. Perbandingan kegagalan pada logam ferrous dan non-ferrous dapat dilihat pada Gambar 2.7.

Gambar 2.7. kurva kegagalan ideal untuk logam ferrous dan non-ferrous

Untuk ferrous metal di bawah, di mana kegagalan tegangan terjadi hampir mencapai 101 - 107 siklus. Untuk non-ferrous, batas kegagalan tidak tercapai melebihi 108 siklus.

(40)

Faktor utama yang mempengaruhi sifat dari baja karbon adalah kandungan karbon dan mikrostruktur yang ditentukan oleh komposisi baja, seperti : C, Mn, Si, P, S, dan elemen sisanya berupa O2H2 dan N. Dan dengan pengerjaan akhir, pengerolan, penempaan dan perlakuan panas. Pengaruh kadar karbon terhadap sifat mekanisnya dapat dilihat pada diagram Gambar 2.8.

Gambar 2.8. Variasi sifat mekanis pada batangan baja karbon d= 1 inch, sebagai fungsi kandungan karbon

Carbon steel biasa dalam fase perilitic, dalam kondisi penuangan,

pengerolan, dan penempaan. Dalam kondisi hypo eutectoid adalah ferrit dan pearlit. Dan hypo eutectoid adalah cementit dan pearlit.

(41)

Baja paduan adalah paduan dari besi dan Karbon yang berisi elemen paduan satu atau lebih, yaitu 1.65 % Mn; 0.6 % Si; 0.6 % Cu; atau paduan spesifik yang mencapai 3.99 % Al, B, dan lain-lain.

Baja paduan dapat menghasilkan kekuatan, kegetasan, dan keuletan yang lebih baik dari baja karbon. Baja paduan sesuai untuk tegangan tinggi dan beban kejut.

Pengaruh paduan elemen pada baja paduan adalah sebagai berikut : Ni : menghasilkan keuletan, tahan korosi, dan kekerasan yang lain Cr : tahan korosi, keuletan, dan kemampuan pengerasan

SiO2 : menghasilkan ketahanan, oksida temperatur tinggi, menaikkan temperatur kristis.

Mo : menghasilkan kemampukerasan, meningkatkan tegangan tarik dan menambah kekuatan pada temperatur tinggi

VaO2 : menghasilkan struktur butir ideal (sama dengan AlO2) Cu : ketahanan korosi dan agak kekuatan

B : meningkatkan kekerasan. 4. Baja Perkakas

Baja perkakas sama seperti baja paduan karbon tinggi, denga sifat tahan aus dan kejut, keras, tangguh dan ulet yang didapat dari perlakuan panas, dan fabrifikasi. Baja perkakas biasanya dikombinasikan dengan besi dari satu atau lebih elemen berikut :0.8-1.3% C; 0.2-1.6% Mn; 0.5-2.0% Si; 0.25-1.4% Cr; 1.5-2.0% T; 0.15-3.0% Vn; 0.8-5.0% Mo; dan 0.75-1.2% Co.

Kekerasan dipengaruhi oleh kecepatan pendinginan, dari di atas temperatur kritis ke temperature transformasi kebutuhan (sekitar 1160 0F).

(42)

5. Baja Tahan Karat (Stainless Steel)

Sifat terpenting adalah ketahan korosi, yang berhubungan dengan lapisan tipis CrO2 yang terbentuk di atas permukaan. Lapisan tersebut hanya tahan terhadap oksidasi seperti asam nitrit, tapi tidak pada penyerongan bahan, seperti asam hidrochloris, dan banyak garam halogen.

Pemanasan dan pendinginan yang berulang-ulang dan diikuti dengan ekspansi dan konstruksi akan menyebabkan hancurnya lapisan oksida. Sebagian besar stainless steel menunjukkan kekuatan singkat yang baik pada 1500 0F dan sebagian lagi pada (900-950 0F) panas mengkonduksi sifat Stainless steel jadi berkurang, maka Cu ditambahkan untuk mendistribusikan panas.

6. Besi cor

Ada lima jenis besi cor, diantaranya besi cor kelabu. Besi cor ulet, lunak, paduan tinggi dan putih. Dan yang paling terkenal besi cor kelabu dan ulet. Variasi jenis di atas ditentukan kandungan karbon. Sifat mekanis besi cor, yaitu :

1. Kekuatan tarik, yang dipengaruhi oleh kecepatan pendinginan dalam cetakan. Hubungan kekuatan tarik dan kekerasan ditujukan pada Gambar 2.9.

(43)

Gambar 2.9. kurva kekuatan tarik dan kekerasan sebagai fungsi dari tebal cetakan pada berbagai Besi cor

2. Kekuatan tekan, kekuatan tekan besi cor kelabu biasanya 3-5 kali kekuatan tariknya dan tegangan gesernya sama dengan tegangan tariknya.

3. Modulus Elastisitasnya, dalam menentukan modulus elastisitas dari besi cor kelabu biasanya digunakan slope dari kurva defleksi pembebanan, pada 25 % tegangan tarik dianjurkan memilih besi cor dengan modulus elastisitas yang rendah pada aplikasi yang membutuhkan ketahanan kenaikan temperatur yang tiba-tiba. Berikut kurva defleksi pembebanan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.10.

Gambar 2.10. Hubungan tegangan-regangan pada besi cor

4. Keuletan, besi cor punya keuletan yang rendah. Besi cor kelabu akan memberikan elongation dari 0.2-2.0 %. Ketika besi kekuatan tinggi

(44)

dilaku panas menunjukkan elongation kurang dari 0.2 %. Besi cor kelabu jauh lebih rapuh dari baja dan mempunyai ketahanan kejut yang rendah.

2.3.3. Paduan

Aluminum

Pengaruh dari elemen paduan akan menentukan karakteristik Al sebagai berikut : 1. Seri 1000

Dengan 99 % Al atau lebih tinggi banyak digunakan pada batang kelistrikan dan kimia. Sifatnya yaitu tahan korosi, termal yang tinggi, konduktivitas elektrik, sifat mekanik yang rendah dan ketermesinan yang baik.

2. Seri 2000

Elemen paduan utamanya tembaga 4.5 % yang memiliki sifat mekanis dan ketermesinan yang baik tapi mampu cor yang buruk. Paduan ini butuh laku panas untuk dapat sifat yang optimum. Paduan ini memiliki ketahanan korosi yang paling buruk di antara paduan seri lainnya. Paduan yang terkenal adalah 2024 yang digunakan pada industri penambangan. 3. Seri 3000

(45)

Mn elemen utama paduan yang biasanya tak dilaku panas. Tetapi dengan penambahan Mn sampai optimal (15 %) untuk mendapatkan sifat ketermesinan yang baik. Contoh seri 3003.

4. Seri 4000

Elemen utama dalam paduannya adalah Si yang dapat menurunkan titik lebur tanpa menyebabkan kegetasan. Sebagai contoh, AL-Si digunakan sebagai elektroda las dan paduan Brazing. Paduan ini biasanya tak dilaku panas.

5. Seri 5000

Mg adalah elemen paduan terbaik untuk Al. Mg dianggap lebih efektif dari Mn. Sebagai pengeras (0.8 % Mg = 1.25 % Mn). Paduan ini memiliki sifat mampu las dan ketahanan korosi yang baik. Penambahan kandungan Mg lebih banyak 3.5 % akan menaikkan temperatur operasi samapai 150 0

6. Seri 6000

Paduan ini dari Mg dan Si yang membentuk MgSi sehingga mampu mengalami laku panas. Paduan yang terkenal adalah 6061, paduan yang paling mampu dilaku panas walaupun kurang kuat dibanding seri 2000 atau 4000. paduan ini memiliki mampu bentuk dan ketahanan yang baik dengan kekuatan menengah.

7. Seri 7000

Zinc adalah paduan utama dan ketika dicampur dengan persentase Mg yang kecil menghasilkan paduan yang mampu laku panas dengan kekuatan yang sangat tinggi, paduan yang terkenal yaitu 7075, yaitu paduan dengan kekuatan yang sangat tinggi.

(46)

2.4. Aus Pahat dan Mekanismenya. 2.4.1. Aus Pahat

Dalam prakteknya umur pahat tidak hanya dipengaruhi oleh geometri pahat saja melainkan juga oleh semua faktor yang berkaitan dengan proses pemesinan, yaitu antara lain jenis material benda kerja dan pahat, kondisi pemotongan (kecepatan potong, kedalaman potong, dan gerak makan), cairan pendingin dan jenis proses pemesinan. Dalam berbagai situasi seperti ini proses pemesinan tidak akan berlangsung terus sebagaimana yang dikehendaki karena makin lama pahat akan menunjukkan tanda-tanda yang menjurus kepada kegagalan proses pemesinan. Kerusakan atau keausan pahat akan terjadi dan penyebabnya harus diketahui untuk menentukan tindakan koreksi sehingga dalam proses pemesinan selanjutnya umur pahat diharapkan menjadi lebih tinggi.

Selama proses pembentukan geram berlangsung, pahat dapat mengalami kegagalan dari fungsinya yang normal karena berbagai sebab, diantaranya :

1. Keausan yang secara bertahap membesar (tumbuh) pada bidang aktif pahat.

2. Retak yang menjalar sehingga menimbulkan patahan pada mata potong pahat.

3. Deformasi plastik yang akan mengubah bentuk/geometri pahat.

Jenis kerusakan yang terakhir di atas jelas disebabkan tekanan temperatur yang tinggi pada bidang aktif pahat, dimana kekerasan dan kekuatan material pahat akan turun bersama dengan naiknya temperatur. Keausan dapat terjadi pada bidang geram (A ) atau pada bidang utama pahat (A )

(47)

33 1. Aus Tepi (Flank Wear)

Aus tepi yaitu keausan pada bidang utama/mayor. Keausan tepi dapat diukur menggunakan mikroskop, dimana bidang mata potong diatur sehingga tegak lurus sumbu optik. Dalam hal ini besarnya keausan tepi dapat diketahui dengan mengukur panjang VB (mm), yaitu jarak antara mata potong sebelum terjadi keausan sampai ke garis rata-rata bekas keausan pada bidang utama. Untuk jelasnya ditunjukkan pada Gambar 2.11.

Gambar 2.11. Aus Tepi (Flank Wear)

2. Deformasi Plastis

Aus pahat berupa deformasi plastis disebabkan tekanan temperatur yang tinggi pada bidang aktif pahat, dimana kekerasan dan kekuatan material pahat akan turun bersama dengan naiknya temperatur. Karakteristik aus pahat berupa deformasi plastis dapat ditunjukkan pada Gambar 2.12.

(48)

Gambar 2.12. Deformasi Plastis (Plastic Deformation) 3. Aus Kawah (Crater Wear)

Keausan pada bidang geram disebut dengan keausan kawah (Crater

Wear). Keausan kawah hanya dapat diukur dengan mudah dengan

memakai alat ukur kekasaran permukaan. Dalam hal ini jarum /sensor alat ukur digeserkan pada bidang geram dengan sumbu pergeseran diatur sehingga sejajar bidang geram. Dari grafik profil permukaan yang diperoleh dapat diukur jarak/kedalaman yang paling besar yang menyatakan harga KT (mm). Sebagaimana ditunnjukkan pada Gambar 2.13.

Gambar 2.13. Aus Kawah (Crater Wear)

Selama proses pemotongan berlangsung, keausan tepi (VB) dan juga keausan kawah KT akan membesar (tumbuh) setaraf dengan bertambahnya waktu pemotongan tc (min). Kecepatan pertumbuhan keausan tersebut dipengaruhi oleh berbagai faktor (jenis material benda kerja, material pahat, dan pemakaian cairan pendingin). Untuk suatu keadaan tertentu keausan kawah dapat bertumbuh dengan cepat, dan pada keadaaan lain tidak terjadi keausan kawah. Mungkin pula pada situasi tertentu permukaan aktif pahat tidak menunjukkan tanda-tanda keausan yang berarti, tetapi dalam pemakaian selanjutnya mata potong tersebut tiba-tiba

(49)

rusak sama sekali. Hal ini merupakan suatu faktor yang unik yang selalu sama tetapi sangat tergantung pada kondisi proses pemotongan.

4. Pengelupasan (Flaking)

Pengelupasan merupakan bentuk aus pahat yang letaknya sama dengan aus tepi (flank wear),tetapi bentuknya lebih kecil atau lebih halus. Seperti ditunjukkan pada Gambar 2.14.

Gambar 2.14. Flaking paper 5. Penyerpihan (Chipping)

Penyerpihan merupakan bentuk cacat kecil pada pahat yang terletak pada sisi mata pahat (cutting edge). Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.15.

Gambar 2.15. Penyerpihan (Chipping) 6. Built Up Edge

Built Up Edge terjadi karena material benda kerja menyatu dengan mata pahat. Dapat dilihat pada Gambar 2.16.

(50)

Gambar 2.16. Built Up Edge

2.4.2. Mekanism

e Keausan dan Kerusakan Pahat

Berdasarkan hasil-hasil penelitian mengenai keausan dan

kerusakan pahat dapat disimpulkan bahwa penyebab keausan

dan kerusakan pahat dapat merupakan suatu faktor yang

dominan atau gabungan dari beberapa faktor yang tertentu.

Faktor-faktor penyebab tersebut antara lain :

1. Proses Abrasif

2. Proses Kimiawi

3. Proses Adhesi

4. Proses Difusi

5. Proses oksidasi

6. Proses Deformasi Plastik

(51)

1. Proses Abrasif

Permukaa

n dapat rusak/ aus karena adanya partikel yang keras pada benda

kerja yang menggesek bersama-sama dengan aliran material

benda kerja pada bidang geram dan bidang utama pahat. Proses

abrasif merupakan faktor dominan sebagai penyebab keausan

pada pahat HSS dengan kecepatan potong yang relatif rendah

sekitar 10 s.d 20 m/min (Rochim. 1993). Bagi pahat karbida

pengaruh proses abrasif ini tidak begitu mencolok karena

sebagian besar struktur pahat karbida merupakan

karbida-karbida yang sangat keras.

2. Proses Kimiawi

Dua

permukaan yang saling bergesekan dengan tekanan yang cukup

besar beserta lingkungan kimiawi yang aktif (udara maupun

cairan pendingin tertentu) dapat menyebabkan interaksi antara

material pahat dengan benda kerja. Permukaan material benda

kerja yang baru terbentuk (permukaan geram dan permukaan

benda kerja yang telah terpotong) sangat kimia aktif sehingga

mudah bereaksi kembali dan menempel pada permukaan pahat.

Pada kecepatan potong yang rendah, oksigen dalam udara pada

(52)

celah-celah di antara pahat dengan geram atau benda kerja

mempunyai kesempatan/peluang untuk bereaksi dengan material

benda kerja sehingga akan mengurangi derajad penyatuan

(afinitas) dengan permukaan pahat. Akibatnya daerah kontak

dimana pergeseran antara metal dengan metal (pahat dengan

geram/benda kerja) akan lebih luas sehingga proses keausan

karena gesekan akan terjadi lebih cepat. Pada kecepatan potong

yang rendah, temperatur pemotongan mesin cukup tinggi untuk

mengubah air atau cairan pendingin menjadi uap yang dapat

berfungsi sebagai oksigen. Dengan demikian pelumas sangat

diperlukan untuk mengurangi kontak antar metal dengan metal

(Boundary lubrication).

3. Proses Adhesi

Pada

tekanan dan temperatur yang relatif tinggi, permukaan metal

yang baru saja terbentuk akan menempel (bersatu seolah-olah

dilas) dengan permukaan metal yang lain. Proses adhesi tersebut

terjadi disekitar mata potong pada bidang geram dan bidang

utama pahat. Dengan demikian permukaan bidang geram dan

bidang utama di dekat mata potong tidak pernah megalami

gesekan langsung dngan aliran material benda kerja (geram).

(53)

Kontak hanya mungkin terjadi pada daerah disebelah belakang

daerah penempelan tersebut.

Karena

pada semua keadaan/kondisi pemotongan, proses adhesi didaerah

dekat mata potong hampir selalu terjadi, maka pada daerah

tersebut dapat dinamakan sebagai daerah aliran (Flow Zone). Hal

ini dapat diumpamakan sebagai aliran fluida yang mempunyai

kecepatan aliran nol pada batas pemisah (dinding pipa). Bentuk

dan distribusi kecepatan aliran metal tergantung pada jenis

material benda kerja dan kondisi pemotongan. Sebagai contoh :

a.

Benda kerja Nikel dan paduannya dengan pahat Karbida

(Cemented carbide) mempunyai affinitas yang besar

sehingga geram akan menempel dengan kuat, sebaliknya

benda kerja magnesium mempunyai afinitas yang lemah

terhadap pahat HSS.

b.

Pada kecepatan potong rendah aliran metal (lapisan tipis

diatas daerah penempelan) akan kurang teratur (irreguler),

sedangkan pada kecepatan potong yang tinggi aliranmetal

tersebut lebih teratur. Mekanisme keausan akibat gesekan

yangterjadi pada bidang utama pahat dapat ditunjukkan

pada Gambar 2.17 dan 2.18.

(54)

Gambar 2.17. Keausan

karena gesekan pada daerah

dimana geram

panjang berkesinambungan

mempu- nyai kesempatan

untuk bergesekan dengan

permukaan bidang geram

pahat karbida.

Gambar 2.18. Daerah

penempelan material benda

kerja pada bidang geram

pahat (BC) dan bidang

mayor pahat (BG) dan

daerah kontak antara geram

dan bidang geram pahat (CD,

terjadi gerakan relative yang

berupa gesekan).

(55)

Karena aliran metal yang kurang teratur pada kecepatan

potong yang rendah dan bila daya adhesi atau afinitas antar

material benda kerja dan material pahat cukup kuat maka akan

terjadi proses penumpukan lapisan material benda kerja pada

bidang geram di daerah dekat mata potong. Penumpukan lapisan

material tersebut dalam proses pemesinan terkenal dengan nama

BUE (Built Up Edge) yang mengubah geometri pahat (sudut

geram

γ

) karena berfungsi sebagai mata potong yang baru dari

pahat yang bersagkutan. BUE merupakan struktur yang dinamik,

sebab selama proses pemotongan pada kecepatan rendah

berlangsung, BUE akan tumbuh dan pada suatu saat lapisan atas

atau seluruh BUE akan tergeser/terkelupas dan berulang dengan

proses penumpukan lapisan metal yang baru. Karena telah

mengalami regangan yang tinggi, BUE pada pemotongan baja

akan menjadi sangat keras dengan kekerasan antara 600 s.d. 700

HV.

Ditinjau dari kekasaran permukaan hasil pemotongan, jelas

BUE akan merugikan. Dalam proses pemotongan terputus atau

bila geteran cukup besar, pada saat beban kejut terjadi seluruh

struktur BUE dapat terkelupas dan akan membawa sebagian

(56)

lapisan terluar material pahat yaitu pada butir martensif pada

pahat HSS atau butir karbida (pahat karbida). Proses

pertumbuhan dan pengelupasan BUE tersebut terjadi secara

periodik sehingga mata potong pahat akan cepat aus dan pada

suatu saat ujung pahat tidak kuat lagi untuk menahan gaya

pemotongan yang makin membesar sehingga terjadi kerusakan

fatal. Untuk pemotongan dengan kecepatan rendah dengan

kondisi tanpa beban kejut, BUE akan lebih stabil. Pengelupasan

hanya terjadi pada lapisan atas BUE sehingga permukaan pahat

justru akan terlindungai. Jikalau geram mempunyai bentuk

serpihan dengan adanya BUE yang stabil umur pahat akan

sangat panjang dan hal ini kadangkala dimanfaatkan dalam

praktek terutama dalam proses pemesinan dengan mesin

perkakas otomatik dimana ongkos perkakas relatif mahal. Proses

pembentukan BUE dapat ditunjukkan pada Gambar 2.19 dan

2.20.

(57)

Gambar 2.19. Penumpukan metal pada mata potong pahat (BUE)

dalam proses pemesinan baja. Foto metalografik spesimen yang

diambil dari benda kerja pada lokasi bekas pemotongan.

Gambar 2.20. Dengan bertambahnya kecepatan potong maka

BUE akan lenyap dan diganti dengan daerah aliran.

4. Proses Difusi

Pada

daerah dimana terjadi pelekatan (adhesi) antara material benda

kerja dengan pahat dibawah tekanan dan temperatur yang tinggi

serta adanya aliran metal (geram dan permukaan terpotong

relatif terhadap pahat) akan menyebabkan timbulnya proses

difusi. Dalam hal ini terjadi perpindahan atom metal dan karbon

dari daerah dengan konsentrasi tinggi menuju daerah dengan

konsentrasi rendah. Kecepatan keausan karena proses difusi

tergantung pada beberapa faktor, antara lain:

a.

Daya larut (Solubility) dari berbagai fasa dalam bentuk

struktur pahat terhadap material benda kerja.

(58)

b.

Temperatur

c.

Kecepatan aliran metal yang melarutkan.

Pada pahat Karbida (Cemented carbide) cobalt sebagai

pengikat karbida akan terdifusi, akan tetapi butiran karbida

tidak mudah terkelupas. Hal ini disebabkan oleh dua faktor,

pertama karena ikatan antara butiran karbida cukup kompak (80

% volumenya terdiri atas butiran karbida) dan kedua karena

atom besi dari benda kerja akan terdifusi kedalam struktur pahat

sehingga menggantikan Cobalt sebagai pengikat. Atom karbon

dalam karbida sendiri tidak mudah terdifusi, karena ikatan

karbon dalam karbida sangat kuat dan stabil. Apabila

temperatur dan kecepatan aliran metal yang melarutkan makin

tinggi, karbon dalam karbida akan terdifusi. Karbida titanium

tidak mudah terdifusi bila dibandingkan dengan karbida

tungsten, akan tetapi jikalau benda kerja merupakan paduan

titanium hal sebaliknya akan terjadi.

Kecepatan difusi dipengaruhi oleh temperatur, dengan

demikian bidang pahat yang mempunyai temperatur yang tinggi

akan mengalami keausan karena proses difusi. Pada pemotongan

hampir semua jenis benda kerja akan mengalami distribusi

(59)

kawah (crater wear) pada bidang geram akan timbul yang dimulai

dengan terjadinya mekanisme difusi. Dalam hal yang khusus

yaitu pada pemotongan nikel dan paduannya, mata potong

menderita temperatur yang tertinggi sehingga tidak terjadi

keausan kawah melainkan keausan mata potong.

Kecepatan aliran metal menentukan kecepatan proses

difusi. Hal ini ditunjukkan oleh kenyataan bahwa meskipun

temperatur bidang utama (mayor) pahat jauh lebih rendah dari

pada temperatur bidang geram yang sangat dekat dengan mata

potong akan tetapi justru keausan karena difusi terjadi pada

bidang utama. Bidang geram di dekat mata potong tersebut

berhadapan dengan aliran metal dengan kecepatan (kecepatan

geram) yang selalu lebih rendah daripada kecepatan aliran metal

di atas bidang utama dekat mata potong.

5. Proses Oksidasi

Pada

kecepatan potong yang tinggi (temperatur yang tinggi) ketahan

karbida atas proses oksidasi akan menurun. Karbida dapat

teroksidasi bila temperaturnya cukup tinggi dan tak ada

perlindungan terhadap serangan oksigen dalam atmosfir.

(60)

akan deformasi yang disebabkan oleh gaya pemotongan. Cairan

pendingin pada batas-batas tertentu mampu mencegah terjadinya

oksidasi.

6. Proses Deformasi Plastik

Kekuatan

pahat untuk menahan tegangan tekan (Compressive strees)

merupakan sifat material pahat yang dipengaruhi oleh

temperatur. Hal inilah yang merupakan faktor utama yang

membatasi kecepatan penghasilan geram bagi suatu jenis pahat.

Penampang geram harus direncanakan supaya tekanan yang

diderita ujung/pojok pahat tidak melebihi batas kekuatan pahat

untuk menghindari terjadinya deformasi plastik. Pahat HSS jauh

lebih lemah dibandingkan dengan pahat karbida, sehingga

kekerasan benda kerja yang dapat dipotong HSS umumnya tidak

lebih dari 350 HV (mungkin juga sampai 450 HV asalkan

kecepatan potong dan penampang geram diperkecil). Pojok pahat

harus diberi radius yang disesuaikan dengan besarnya

penampang geram, sebab deformasi akibat tegangan akan

dimulai pada pojok pahat.

Selain

deformasi akibat beban tekan yang dibahas di atas, deformasi

(61)

plastik dapat terjadi pada lapisan terluar suatu pahat HSS. Hal

ini diakibatkan oleh tegangan geser yang sangat tinggi dari

material benda kerja yang mengalami regangan dengan

kecepatan tinggi (High Strain Rate). Seperti diketahui bahwa yield

stress suatu metal akan tinggi sekali bila mengalami strain dengan

kecepatan yang tinggi. Deformasi plastic yang dialami pahat HSS

dapat ditunjukkan pada Gambar 2.21.

Gambar 2.21.

Deformasi

plastik yang dialami pahat

a)

Deformasi mata potong pahat HSS yang telah

digunakan untuk memotong besi cor.

(62)

b)

Hasil pemeriksaan dengan teknik interferensi optik

pada bidang utama (mayor) pahat karbida. Karena

telah dipakai untuk memotong baja maka bidang

mayor yang sebelumnya diasah rata menunjukkan

adanya ketidakrataan akibat deformasi plastik.

c)

Deformasi plastik pada bidang geram pahat yang

ditandai dengan adanya lapisan yang tergeser. Hal ini

disebabkan oleh regangan geser dengan kecepatan

regangan yang tinggi pada daerah aliran. Deformasi

ini menimbulkan keausan kawah pada bidang geram

pahat.

7. Proses Keretakan dan Kelelahan

Umur

paha mungkin sangat singkat karena diakibatkan oleh karena

patahnya pojok pahat sebelum timbul tanda terjadinya keausan.

Hal ini umumnya terjadi bila pojok pahat menderita beban kejut

(Impact load) seperti halnya yang sering terjadi pada proses

permulaan pemotongan dengan gerak makan atau kedalaman

potong yang besar. Untuk itu perlu dipilih pahat dari jenis yang

lebih ulet (ductile, misalnya pahat karbida denga persentase Co

yang besar atau dipilih pahat HSS) atau digunakan geometri yang

cocok (sudut penampang dan/atau sudut miring yang besar

dengan sudut potong utama yang kecil dan radius pojok yang

besar).

(63)

Retak

yang sangat lembut (micro crack) dapat terjadi pada mata potong

atau pojok pahat. Retak tersebut makin lama makin besar

(menjalar) sampai akhirnya terjadi konsentrasi tegangan (Strees

concentration) yang sangat besar sehingga pahat akan patah.

Gejala ini sering disebut kelelahan (fatique). Kelelahan dapat

dianggap kelelahan mekanik atau kelelahan termik ataupun

gabungan dari kedua hal tersebut. Kelelahan mekanik akibat

beban yang berfluktuasi. Kelelahan termik terjadi akibat

tegangan yang berfluktuasi yang disebabkan oleh fluktuasi

temperatur.

BUE pada

pahat karbida dapat menyebabkan terjadinya keretakan. Karena

koefisien muai material karbida lebih rendah daripada koefisien

muai baja (BUE) maka suatu pendingin yang tiba-tiba (pada

langkah akhir pemotongan dengan cairan pendingin) akan

menyebabkan cairan BUE mengkerut lebih banyak daripada

pengkerutan permukaan pahat, akibatnya dapat terjadi keretan.

Seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2.22.

(64)

b

Gambar 2.22. a. Retak pada mata potong pahat freis karbida

setelah digunakan untuk memotong baja.

b. Retak yang diakibatkan oleh perbedaan koefisien

pemuaian antara BUE (baja) dengan pahat

(65)

12 BAB III

METODE PENELITIAN

3.1. Bahan dan Alat

3.1.1. Bahan.

Benda kerja yang digunakan pada penelitian ini terdiri dari 2

jenis yaitu :

1. Baja karbon (AISI 1045)

Faktor utama yang mempengaruhi sifat dari baja karbon

adalah kandungan karbon dan mikrostruktur yang ditentukan

oleh komposisi baja, seperti : C, Mn, Si, P, S, dan elemen sisanya :

O

H

dan N. Dan dengan pengerjaan akhir, pengerolan,

Penempaan dan perlakuan panas. Sifat-sifat mekanis dari Baja

Karbon AISI 1045 seperti pada Tabel 3.1 dan komposisi kimianya

seperti Tabel 3.2.

Tabel 3.1. Sifat-sifat mekanis Baja Karbon AISI 1045

Sumber : www.eFunda.com

Sifat Mekanis

Baja Karbon AISI 1045

Berat spesifik ( )

7.7 – 8.03 (x1000 kg/m

)

Modulus elastisitas (E)

190 – 210 GPa

Kekuatan geser

505 MPa

Kekuatan tarik

585 MPa

Kekerasan

179,8 BHN

(66)

Tabel 3.2. Komposisi kimia Baja Karbon AISI 1045

Unsur

C

Mn

P

S

Fe

%

0.43 -

0.50 0.60 –

0.90

0.04 max

0.050 max

sisa

Sumber :

Untuk jenis material benda kerja Baja Karbon AISI 1045

dapat ditunjukkan pada Gambar. 3.1.

Gambar 3.1. Gambar Baja Karbon AISI 1045

2. Alumunium 6061

Aluminium mempunyai sifat tahan karat yang baik selain itu juga sebagai penghantar listrik yang baik dan mudah ditempa. Pada umumnya, aluminium digunakan sebagai paduan dari logam murni karena bersifat lunak, yaitu 20 BHN (Kalpakjian, 1995). Unsur-unsur lain ditambahkan untuk meningkatkan sifat-sifat Al. Pengaruh dari elemen paduan akan menentukan karakteristik Al, untuk Aluminium seri 6000 terdiri dari paduan Mg dan Si yang membentuk MgSi sehingga mampu mengalami laku panas. Paduan yang terkenal adalah 6061 sebagaimana bahan yang digunakan dalam penelitian ini, paduan yang paling

(67)

mampu dilaku panas walaupun kurang kuat dibanding seri 2000 atau 4000, paduan ini memiliki mampu bentuk dan ketahanan yang baik dengan kekuatan menengah

Sifat-sifat mekanis dari Paduan Aluminum 6061 seperti pada

Tabel 3.3 dan komposisi kimianya seperti Tabel 3.4.

Tabel.3.3. Sifat mekanik material benda kerja

Sifat Mekanis

Aluminum 6061

Tegangan leleh (

)

270 MPa

Tegangan batas (

)

310 MPa

Kekuatan tarik

245 N/mm

Kekerasan

117 BHN

Modulus elastisitas geser (G)

26 GPa

Modulus elastisitas (E)

70 GPa

Kerapatan massa ( )

2700 kg/m

Berat spesifik ( )

26 KN/m

Kapasitas panas

0.896 J/g-

C

Konduktifitas panas

167 W/m-K

Kekuatan geser

207 MPa

Sumber : Timoshenko (1996)

Tabel 3.4. komposisi kimia Paduan Aluminum 6061

Unsu

r

Si

Fe

Cu Mn

Mg Cr

Zn Ti

Pb

Al

%

0.6

5

0.67

7

0.2

5

0.11

3

0.9

3

0.10

1

0.1

5

0.18

1

0.00

7 Sis

a

Sumber : Cakra Compact Alumunium (2004)

(68)

Untuk jenis material benda kerja Aluminium 6061 dapat

ditunjukkan pada Gambar. 3.5.

Gambar 3.5. Gambar Paduan Aluminum 6061

3.1.2. Pahat Potong

Pahat potong yang digunakan adalah pahat Karbida Berlapis dengan geometri, komposisi kimia, dan sifat mekanis sebagai berikut:

Tabel 3.5. Geometri Pahat Karbida

Geometri Pahat

Satuan

Sudut Potong

Utama

( Nose Angle )

80 Sudut Geram

( Relief Angle )

0 Toleransi

( Tolerance )

d = 0.05-0.10 mm;

m = 0.08-0.20 mm; s = 0.13 mm

Bentuk

Permukaan Atas

( Form of Top

Surface )

IK

≥ ¼ inc

Panjang Sisi

Potong

( Cutting Edge

Length)

(69)

Tebal

MataPahat

( Insert

Thickness )

s = 4.76 mm

Radius Pojok

( Corner Radius

)

r = 1,2 mm

Sumber : Tools and inserts for turning ( Ceratizit)

Tabel 3.6. Komposisi kimia dan sifat mekanis pahat karbida

Lapisan Pahat

Al

O

/ TiCN / TiN

Komposisi Pahat

WC-Co

Tebal Lapisan

12 m

kekerasan

2000-2475 BHN

Young Modulus

53 103 kgf/mm2

Koefisien Panas

5.2 106/ oC

Sumber : Tools and inserts for turning ( Ceratizit)

Mata pahat jenis Karbida Berlapis dapat ditunjukkan pada

Gambar 3.3.

Sumber : Tools and inserts for turning ( Ceratizit)

Gambar 3.3.Mata Pahat Karbida Berlapis beserta lapisannya

3.1.3. Pemegang pahat

Al2O3 TiC TiN Substrate

(1)

keausan ini disebabkan karena pada tekanan dan temperatur yang relatif tinggi menyebabkan permukaan logam yang baru terbentuk menempel dengan permukaan logam yang lain setelah terlebih dahulu terjadi proses oksidasi.

Mekanisme adhesi yang mengakibatkan terjadinya BUE (Built Up Edge) merupakan penumpukkan lapisan material pada bidang geram dekat mata potong. Pada kasus ini BUE terbentuk pada kecepatan potong tinggi dan kecepatan potong rendah yang lama kelamaan akan semakin membesar dan menghilang seiring berjalannya pemotongan.

Akibat adanya gaya adhesi maka BUE yang terbentuk sangat besar. Pada kecepatan inilah keausan tepi dan penumpukan metal pada mata potong (BUE) terbentuk lebih cepat hingga mencapai batas kritis keausan tepi maksimal. Proses pemotongan ini sangat kimiawi aktif yaitu material benda kerja yang baru saja terpotong langsung menempel pada bidang geram dan bidang utama pahat di dekat mata potong. Mekanisme kimiawi ini terjadi karena permukaan material benda kerja yang baru saja terbentuk (permukaan geram dan permukaan benda kerja yang telah terpotong) sangat kimiawi aktif sehingga mudah bereaksi kembali dengan udara dan menempel pada permukaan pahat sehingga akan mengurangi derajat penyatuan (afinitas) dengan permukaan pahat. Akibatnya proses keausan karena gesekan akan terjadi lebih cepat.

Pada kecepatan ini keausan yang terjadi disebabkan oleh proses abrasif, adhesi dan kimiawi. Pada awal pemotongan mata potong pahat terlihat seperti terbakar. Hal tersebut mengacu kepada suatu kenyataan bahwa proses tersebut mengakibatkan keadaan aliran panas sepanjang lapisan penyalut beserta kadar pahat akan mengalami proses difusi pada permukaan pahat, dimana unsur-unsur

(2)

Co tidak stabil; seperti, permukaan yang mengalami proses adhesi pada kadar permukaan pahat dan lapisan penyalut yang secara berangsur-angsur berubah. Pada waktu yang sama, suatu peristiwa yang serupa pula terjadi pada lapisan material dan lapisan geram pahat karbida berlapis. Retakan dapat dilihat pada lapisan penyalut pahat karbida berlapis pada kondisi pemesinan Baja karbon AISI 1045. Retakan secara acak menyebar dan pada permukaan yang mengalami proses adhesi pada permukaan lapisan penyalut dan kadar permukaan pahat menjadi tidak stabil.

(3)

48 BAB VI

KESIMPULAN DAN SARAN

6.1. Kesimpulan

Setelah menyelesaikan hasil dan pembahasan yang telah dijelaskan pada Bab-bab sebelumnya maka dapat diperoleh beberapa kesimpulan sebagai berikut : 1. Pada kecepatan potong (v) = 238.6 m/min, karakteristik aus yang terjadi pada pahat adalah aus tepi,aus hujung pahat dan aus takik (notch). Untuk mekanisme ausnya pada kondisi ini mengalami proses abrasif.

2. Pada kecepatan potong (v) = 193.9 m/min, karakteristik aus yang terjadi pada pahat adalah aus tepi, aus takik (notch) dan pengelupasan lapisan. Pada kondisi ini mekanisme aus yang dialami pahat adalah proses abrasif dan kimiawi.

3. Pada kondisi pemotongan yang ketiga Baja karbon AISI 1045 v = 163.28 m/min, karakteristik berupa kegagalan katastropik yang disebabkan oleh proses keretakan dan kelelahan.

4. Kondisi keempat untuk Baja karbon AISI 1045 didapati jenis karakteristik aus yang terjadi pada pahat adalah aus tepi hal ini diakibat oleh proses abrasif. 5. Untuk kondisi pada Aluminium 6061 dengan nilai kecepatan v = 565.2 m/min,

v = 364.3 m/min, v = 381.51 m/min memiliki jenis karakteristik aus yang sama yaitu aus tepi dan aus hujung pahat yang disebabkan oleh proses abrasif, pada masing-masing kondisinya juga mengalami proses penumpukan geram (BUE) hal ini disebabkan oleh proses oksidasi dan adhesi.

(4)

6. Apabila Pahat tersebut masih digunakan maka pertumbuhan keausan pahat akan semakin cepat, akan tetapi bukan berarti pahat tersebut tidak dapat digunakan lagi melainkan masih dapat digunakan tetapi tidak untuk proses penyelesaian (finishing).

6.2 Saran

1. Untuk penelitian seperti ini seharusnya menggunakan mesin-mesin produksi yang memiliki kemampumesinan yang baik seperti mesin CNC, karena disamping memiliki spesifikasi yang sesuai dengan skala industri juga memiliki sistem perawatan yang baik, ini bertujuan untuk mendapatkan hasil yang baik.

2. Perlu adanya kajian penilitian yang lebih mendalam untuk dapat mengetahui ragam karakteristik dan mekanisme aus yang terjadi pada pahat Karbida berlapis.

3. Dalam melakukan penelitian seperti ini dan juga untuk

penelitian selanjutnya sebaiknya menggunakan mikroskop

optik berupa SEM(Scanning Microskop Elektron). Hal ini

bertujuan untuk mendapatkan hasil yang baik dalam

menentukan ragam karakteristik dan mekanisme aus pahat

Karbida berlapis.

(5)

DAFTAR PUSTAKA

1. A. Ginting, M. Nouari, Wear Characteristics and Performance of Multi-layer CVD-Coated Alloyed Tool in Dry Milling of Titanium Alloy : Experiment Reports on Collaboration Research With ENSAM CER Bordeaux, France, 2005.

2. Boothroyd, Geoffrey and Winston A. Knight, Fundamental of Metal Machining and machine Tools, 2nd Ed. Marcel Dekker Inc. New York and Basel, 1989.

3. C.H. Che Haron, A. Ginting, J.H.Goh, Wear of Coated Carbides in Turning Tool Steel, Malaysia 2001.

4. Kalpakjian S, Manufacturing Processes For Engineering Material, Addison-Wesley Publishing Company, New York, USA, 1985.

5. Rochim, Taufiq, Teori dan Teknologi Proses Pemesinan, HEDS, Jakarta, 1993.

6. Surdia dan Saito, Pengetahuan Bahan Teknik, Penerbit PT.Pradnya Paramita, Jakarta, 2000.

7. Timoshenko, S, Strength of Material, Robert E.Kreiger Publishing Company Huntington, New York, USA, 1958.

8. Zaldiansyah, Analisa Gaya, Daya, dan Suhu Pemotongan dan Hubungannya dengan Beban Geram pada Pemesinan Kering (Paduan Aluminium

(6)

6061-Pahat Karbida), Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU, Medan, 2008.