JENIS DAN MATERIAL PEMBENTUK ALAT POTONG
TUGAS TEORI PEMESINAN
URUTAN MATERIAL ALAT POTONG PEMESINAN
Oleh :
Nama : Abu Sufyan
NIM : 17503241029
Kelas : A2.1
FAKULTAS TEKNIK
JURUSAN PENDIDIKAN TEKNIK MESIN
UNIVERSITAS NEGRI YOGYAKARTA
2017
MATERIAL ALAT PEMOTONGAN MESIN
Proses pemotongan logam merupakan kegiatan terbesar yang dilakukan pada industri
manufaktur, proses ini mampu menghasilkan komponen yang memiliki bentuk yang
komplek dengan akurasi geometri dan dimensi tinggi. Prinsip pemotongan logam dapat
defenisikan sebagai sebuah aksi dari sebuah alat potong yang dikontakkan dengan
sebuah benda kerja untuk membuang permukaan benda kerja tersebut dalam bentuk
geram. Meskipun definisinya sederhana akan tetapi proses pemotongan logam adalah
sangat komplek (Rochim, 1993).
Berikut ini adalah bahan atau material pada alat pemotongan mesin yang disajikan secara
urut dari yang paling lunak sampai yang keras tapi getas :
A. BAJA KARBON
Sering kali masyarakat awam salah kaprah dengan istilah besi dengan baja. Apakah yang
dimaksud dengan baja ? Baja merupakan perpaduan atara besi (Fe) dan Carbon (C), Besi
adalah elemen metal dan Carbon adalah elemen non metal.
Baja sendiri digolongkan menjadi dua golongan yaitu baja bukan paduan ( yang hanya
terpadu dengan Carbon saja ) dan baja paduan yaitu yang terpadu dengan elemen – elemen
lain sesuai dengan kebutuhan dan sifat yang dikehendaki. Elemen paduan yang ditambahkan
itu sendiri terdiri dari Mangan, Chrome, Nickel, Wolfram, Silisium, dan lainnya. Besi
Carbide/ Carbon juga dinamakan Zementit. Prosentase Jumlah karbon yang ada di besi
sangat berpengaruh juga terhadap kekerasan dari baja itu sendiri.
• Dengan naiknya kadar karbon (%C), maka bertambah besarlah flek hitam ( Flek-perlit )
dan bersama itu berkuranglah flek putih ( Ferrit atau besi murni )
• Pada kadar karbon mencapai 0.85%, maka besi dalam keadaan jenuh terhadap karbon.
Struktur tersebut dinamakan Perlit Lamelar, yaitu campuran yang sangat halus yang
berbentuk batang kristal. Campuran kristal tersebut terdiri dari Ferrit dan Zementit.
• Jika kadar karbon bertambah besar, zementit akan berkurang dan flek perlit akan
bertambah. Kadar jenuh karbon sebesar 0.85% yang berdampak bertambah juga
kekerasan dari baja.
Yang dimaksud dengan baja karbon adalah baja yang hanya terdiri dari besi ( Fe ) dan
karbon ( C ) saja tanpa adanya bahan pemadu dan unsure lain yang kadang terdapat pada baja
karbon seperti Si, Mn, P, P hanyalah dengan prosentase yang sangat kecil yang biasa
dinamakan impurities.
Pengaruh dari unsure diatas adalah sebagai berikut :
1. Si dan Mn
Biasanya kandungan paling banyak untuk Si adalah 0.4 % dan untuk Mn adalah 0.5 – 0.8
%. Kedua unsur ini tidak banyak berarti pengaruhnya terhadap sifat mekanik dari baja.
Mn dipakai untuk mengurangi sifat rapuh panas dan mampu menghilangkan lubanglubang pada saat proses penuangan/pembuatan baja.
2. Phosphor
Phosphor dalam baja karbon akan mengakibatkan kerapuhan dalam keadaan dingin.
Semakin besar prosentase phosphor semakin tinggi batas tegangan tariknya, tetapi impact
strength dan ductility nya turun. Prosentase phosphor pada baja paling tinggi 0.08 %,
tetapi pada baja karbon rendah prosentasenya 0.15 – 0.20 % untuk memperbaiki sifat
mach inability nya yaitu supaya chips/tatal yang terjadi tidak sambung-menyambung
melainkan dapat putus-putus.
3. Sulfur
Prosentasi sulfur pada baja karbon 0.04 %. Sulfur dapat mempengaruhi sifat rapuh-panas.
Baja Karbon berdasarkan prosentase kadar karbonnya dikelompokkan menjadi 3 Macam.
a. Baja Karbon Rendah.
Kandungan karbon pada baja ini antara 0.10 sampai 0.25 % . Karena kadar karbon yang
sangat rendah maka baja ini lunak dan tentu saja tidak dapat dikeraskan, dapat ditempa,
dituang, mudah dilas dan dapat dikeraskan permukaannya ( case hardening ) Baja dengan
prosentase karbon dibawah 0.15 % memiliki sifat mach ability yang rendah dan biasanya
digunakan untuk konstruksi jembatan, bangunan, dan lainnya.
b. Baja Karbon Menengah
Kandungan karbon pada baja ini antara 0.25 sampai 0.55 % . Baja jenis ini dapat
dikeraskan dan di tempering, dapat dilas dan mudah dikerjakan pada mesin dengan baik.
Penggunaan baja karbon menengah ini biasanya digunakan untuk poros / as, engkol dan
sparepart llainnya.
c. Baja Karbon Tinggi.
Kandungan karbon pada baja ini antara 0.55 sampai 0.70 % . Karena kadar karbon yang
tinggi maka baja ini lebih mudah dan cepat dikeraskan dari pada yang lainnya dan
memiliki kekerasan yang baik, tetapi susah dai bentuk pada mesin dan sangat susah untuk
dilas. Penggunaan baja ini untuk pegas/per, dan alat-alat pertanian.
BAJA PADUAN
Sifat mekanis dari baja dapat berubah jika kita menambahkan bahan paduan seperti
Mangan, Chrome, Nickel, Wolfram, Silisium, dan lainnya. Disebut baja paduan jika
elemen pemadu yang terkandung didalamnya mencapai 0.8 %.
PENGARUH DAN KEMAMPUAN ELEMEN PADUAN :
1. Belerang dan Phosphor
Semua baja mengandung belerang (S) dan phosphor (P) tapi dalam kadar yang kecil
sehingga tidak akan disebut elemen paduan. Kadar Belerang (S) yang terlalu tinggi akan
mengakibatkan baja bersifat rapuh jika dalam kedaan panas. Kadar Phosphor (P) yang
terlalu tinggi akan mengakibatkan baja bersifat rapuh jika dalam kedaan Dingin.
2. Silizium
Silizium (Si) terdapat dalam setiap baja tapi kandungannya kecil, namun baru dapat
dikatakan elemen paduan jika kadarnya lebih dari 0.5 %. Silizium berguna untuk
menaikkan kekuatan /batas mulur atau batas plastis. Akibat dari silizium ini baja menjadi
berbutir kasar dan berserat dan cocok untuk pegas ( Spring Steel) Silizium menurunkan
kecepatan pendinginan kritis. Baja paduan silizium dapat dikeraskan sampai intinya
dengan lebih baik.
3. Mangan
Mangan (Mn) juga terdapat dalam setiap baja tapi kandungannya kecil, namun baru dapat
dikatakan elemen paduan jika kadarnya lebih dari 0.6 %. Semakin tinggi kadar mangan,
semakin turun temperature ubah gama-alpha, sehingga baja dengan kadar mangan 1.2 %
pada temperarur kamar (20ºC) masih berstruktur austenit. Baja jenis ini sukar dikerjakan
tetapi tahan aus. Kadar mangan yang kecil sudah dapat menurunkan kecepatan
pendinginan kritis. Oleh sebab itu baja dengan kadar mangan 1.0 sampai 1.2 % sedah
dapat dikeraskan dengan pendinginan / quenching olie ( Baja keras oli )
4. Chrome
Chrome (Cr) berperan dalam pembentukan carbide . Senyawa carbide ini sangat keras
dan dengan sendirinya kekerasan baja akan naik. Adanya senyawa chrome ini
menyebabkan besi juga tahan aus. Chrome juga menyebabkan baja memiliki struktur
butiran yang lebih halus, dan chrome juga menyebabkan turunnya kecepatan pendinginan
kritis yang sangat besar. Kadar chrome ddalam besi mulai dari 1.5 % dan dikeraskan
dalam oli sampai intinya dengan baik. Baja dengan kadar chrome diatas 13 % dan kadar
karbon kurang dari 0.6 % bersifat anti karat atau disebut juga baja stainless steel.
5. Nickel
Nickel (Ni) menurunkan temperature ubah gamma-alpha dengan cepat. Baja dengan
kadar nickel yang tinggi berstruktur austenit. Baja ini anti karat, tahan panas, ketahanan
impact dan vatic tinggi tapi tidak dapat dikeraskan. Baja –Nickel dapat dikeraskan dalam
oli dan air.
6. Molybdenum
Molybdenum (Mo) sangat berperan dalam pembentukan carbide. Molybdenum
meningkatkan kekuatan,dan batas mulur baja, terutama terhadap pembebanan yang
continue dan juga menaikkan temperature tempering. Baja paduan molybdenum tidak
cenderung membentuk struktur butiran yang kasar sehingga lumayan tahan terhadap
panas.
7. Wolfram
Baja dengan kadar wolfram 18 % dan carbon 0.7 % sudah bersifat Eutectoid-atas,
meskipun sebagian carbon dipakai untuk pembentukan wolfram carbide. Kandungan
wolfram tinggi akan menaikkan kekerasan baja dan dengan sendirinya menaikkan
kemampuan potong dan tahan aus. Kecepatan pendinginan kritis tidak diturunkan secara
mencolok oleh wolfram jadi baja ini termasuk baja keras air. Wolfram memperhalus
struktur butiran yang akan menaikkan temperature tempering . Wolfram dipakai pada
HSS dan Hot Work Steel.
8. Vanadium
Pengaruh Vanadium (V) sama seperti Wolfram, tetapi Vanadium memiliki pengaruh yang
lebih besar dalam pembentukan carbide, oleh sebab itu dibutuhkan kadar carbon yang
tinggi.Vanadium membuat baja menjadi tahan panas, menaikkan kemampuan potong dan
tahan terhadap gesekan.
9. Cobalt
Sebagai elemen paduan Cobalt hanya digunakan jika bersenyawaan dengan elemen lain
karena cobalt tidak memiliki pengaruh yang besar terhadap struktur baja. Cobalt sangat
mempengaruhi sifat magnetic dari baja dan berperan pada pembentukan struktur butiran
kasar.
Contoh Baja Paduan
• Fe + Ni
Fe + 2 % Ni untuk baja keeling
Fe + 25 % Ni tak bekarat dan tak magnetik
Fe + 36 % Ni baja invar, sifat muai yang sangat kecil
• Fe + Cr
Kuat, Keras, dan Tahan Karat
Fe + Cr > 12 % dinamakan Stainless Steel ( Baja Tahan Karat )
Prosentase yang banyak digunakan adalah :
Fe + 0.1 sampai 0.4 % C + 12 sampai 14 % Cr
Fe + 0.9 sampai 1.0 % C + 17 sampai 19 % Cr
Sifat tahan karat ini disebabkan karena terjadinya lapisan chromoksida (Cr2O3) pada
permukaan baja yang menghalangi terjadinya karat. Bila prosentase C terlalu besar maka
sifat tahan karat akan menurun karena sebagian Cr akan diikat menjadi CrC. Prosentase
ideal adalah C < 0.1 %
• FE + Cr + Ni
Baja tahan asam (acid)
Contoh : baja 18/8 (18 % Cr + 8 % Ni) atau disebut juga baja Crupp
B. HSS (HIGH SPEED STEELS,TOOL STEELS)
Pahat jenis HSS merupakan salah satu pahat yang mempunyai kekerasan cukup
tinggi. Pahat ini merupakan pahat yang paling sering dijumpai di bengkel-bengkel bubut
bahkan industri sekalipun.
HSS terbagi menjadi dua jenis. Pertama adalah tungsten-type atau wolfram. Kedua
adalah molybdenum-type. Berikut penjelasan singkat dari kedua jenis HSS:
A. Tungsten-type HSS
Tungsten-type HSS ditunjukkan dengan T-grades oleh American Iron and Steel
Institute (AISI). Akan tetapi, ada juga yang menunjukkan tungsten-type HSS dengan
sebutan T-series. Tungsten-type HSS mengandung tungsten (W) sebagai komposisi
paduan utama, dengan paduan tambahan chromium (Cr), vanadium (V), dan cobalt (Co).
Kandungan tungsten biasanya berkisar antara 12%-18%. Jenis HSS yang dikenal baik
adalah T1, atau 18-4-1 High-speed Steel yang mengandung 18% W, 4% Cr, dan 1% V.
B. Molybdenum-type HSS
Molybdenum-type HSS ditunjukkan dengan M-grades oleh AISI. Akan tetapi, ada
pula yang menunjukkan molybdenum-type HSS dengan sebutan M-series. Molybdenumtype HSS mengandung molybdenum (Mo) sebagai komposisi paduan utama, dengan
paduan tambahan Cr, V, W, dan Co. Kandungan molybdenum yang digunakan biasanya
sampai dengan 10%. Molybdenum-type HSS umumnya memiliki ketahanan abrasi yang
tinggi daripada tungsten-type HSS. Distorsi yang terjadi akibat panas juga lebih kecil
pada HSS jenis molybdenum daripada jenis tungsten. Di samping itu, harga HSS jenis
molybdenum juga lebih murah. Oleh karena itu, 95% dari seluruh alat potong HSS adalah
jenis molybdenum. Pada uraian HSS di atas, dijelaskan bermacam-macam bahan paduan
yang terdapat pada HSS. Tentu saja bahan pokok yang terkandung dalam HSS adalah
baja.
Alat potong HSS biasanya tersedia dalam bentuk tempa (forged), tuang (cast), dan
powder-metallurgy (sintered). Untuk meningkatkan performa dari HSS tersebut, dapat
dilakukan pelapisan maupun perlakuan panas.
Pada tahun 1898 ditemukan jenis baja paduan tinggi dengan unsur paduan krom (Cr)
dan tungsten/wolfram (W). melalui proses penuangan (molten metallurgy) kemudian di
ikuti pengerolan ataupun penempaan baja ini di bentuk menjadi batang,atau silinder. Pada
kondisi lunak baja tersebut dapat diproses secara pemesinan menjadi berbagai bentuk
pahat potong. Setelah proses laku panas dilaksanakan, kekerasannya akan cukup tinggi
sehingga dapat digunakan untuk kecepataqn potong yang tinggi (sampai dengan 3 kali
kecepatan potong untuk pahat CTS yang dikenal pada saat itu sekitar 10 m/menit)
Pengaruh unsur-unsur tersebut pada unsure besi dan karbon adaah sebagai berikut
· Tungsten/Wolfram (W)
· Chromium (Cr)
· Vanadium (V)
· Molybdenum (Mo)
· Cobalt (Co)
HSS juga dikategorikan menurut komposisinya :
- HSS KONVENSIONAL
1. Molibdenum HSS
2. Tungsten HSS
- HSS SPECIAL
1. Cobalt Added HSS
2. High Vanadium HSS
3. High Hardess Co HSS
4. Cast HSS
5. Powdered HSS
6. Coated HSS
Pahat HSS banyak digunakan untuk memotong material-material, seperti baja
paduan, baja tahan karat (stainless steel), dan material-material yang tahan terhadap suhu
tinggi. Pada umumnya HSS dipakai sebagai alat potong dalam kondisi :
▪ Alat potong memiliki geometri yang kompleks
▪ Alat potong yang getas seperti yang terbuat dari keramik dan lain-lain tidak sesuai
digunakan di bawah pembebanan kejut.
▪ Alat potong dapat digunakan dengan beberapa kali pengasahan.
C. PADUAN COR NONFERRO
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
menpunyai hot hardness dan wear resistance yang terlalu rendah. Jenis material ini di
bentuk secara tuang menjadi bentuk-bentuk yang tidak terlampau sulit misalnya tool bit
(sisipan) yang kemudian diasah menurut geometri yang dibutuhkan. Paduan nonferro
terdiri dari 4 macam eleman utama adalah sebagai berikut :
1. Cobalt : sebagai pelarut bagi elemen-elemen lain.
2. Krom (Cr) : (10% s.d 35% berat) yang membentuk karbida
3. Tungsten/Wolfram (W) : (10% s.d 25% berat) sebagai pembentuk karbida menaikan
karbida secara menyeluruh.
4. Karbon : (1% C membentuk jenis yang relaitif lunak sedang 3% C menghasilkan jenis
yang keras serta tahan aus.
Unsur-unsur paduan pada material HSS, seperti kobalt, kromium, dan tungsten dapat
memperbaiki sifat-sifat pemotongan sehingga para akhli metalurgi mengembangkan
suatu paduan tuang bukan besi (non ferro). Komposisi khas dari paduan tuang ini adalah
kobalt 40% - 50%, kromium 27% - 32%, tungsten 14% - 29% dan karbon 2% - 4%.
Tujuannya adalah untuk memperoleh alat potong dengan kekerasan panas yang lebih baik
daripada HSS serta memiliki ketahanan aus yang tinggi. Pahat bubut yang terbuat dari
paduan tuang non ferro dapat bekerja dengan baik pada pemotongan yang terputus-putus
(interrupted cutting) dan pemotongan produk-produk coran.Paduan tuang bukan besi
memiliki kemampuan melumasi yang baik, tahan korosi serta dapat mencegah
pengelasan atau penempelan material benda kerja pada bagian tepi mata pemotong.
Secara umum, alat potong dari paduan tuang dapat beroperasi pada kecepatan potong 2
kali atau lebih daripada kecepatan potong HSS.
Alat potong dari paduan tuang non ferro ini dibuat dengan cara dicor secara presisi
sehingga hanya memerlukan sedikit pemesinan. Paduan tuang bukan besi ini dapat
digerinda dengan roda gerinda standar, meskipun prosesnya sedikit lebih lambat.
Dalam proses pembuatan alat potong dari paduan tuang ini, unsur-unsur paduan dilebur
dalam suatu tanur listrik, kemudian dituangkan dalam cetakan. Hasil pembekuan yang
cepat dari paduan yang dicor menghasilkan material yang memiliki kekerasan yang tinggi
dan struktur yang sangat halus.
Alat potong yang terbuat dari paduan tuang ditawarkan dalam berbagai nama dagang,
seperti stellite, tantung, black alloy 525 dan crobalt.
Pada suhu kamar, paduan tuang non ferro memiliki kekerasan yang kira-kira sama
dengan material HSS, tetapi paduan tuang dapat mempertahankan kekerasan dan
ketahanan ausnya pada suhu tinggi.
Gbr 3. Pahat bubut paduan tuang non ferro
Sumber : www.conradhoffman.com
Ketika menggerinda pahat bubut dari paduan tuang non ferro, harus diperhatikan bahwa
pahat paduan tuang jangan dicelupkan dingin (quenching) ke dalam air, karena dapat
menyebabkan keretakan mikroskopik pada pahat, tetapi harus dibiarkan dingin di udara.
Sewaktu membubut menggunakan pahat paduan tuang, maka sebaiknya membanjiri mata
pemotongnya dengan cairan pendingin secara terus menerus atau sama sekali tidak
menggunakan cairan pendingin.
Untuk membedakan pahat HSS dan pahat paduan tuang adalah cukup mudah, yaitu
dengan menggunakan sebuah magnet. Jika pahat tersebut dapat menempel pada magnet
berarti itu pahat HSS, sedangkan jika pahat tidak dapat menempel pada magnet itu berarti
pahat paduan tuang, karena material paduan tuang merupakan material non magnetik.
Alat potong paduan tuang non ferro sangat cocok untuk memotong material-material
seperti baja tahan karat, besi cor, baja karbon tinggi dan baja sangat liat. Pahat paduan
tuang juga cocok untuk memotong logam-logam non ferro, seperti aluminium, kuningan,
titanium dan perunggu.
D. KARBIDA
Pada masa sekarang ini alat potong karbida telah banyak menggantikan alat potong HSS.
Pahat karbida memiliki kecepatan potong 3 sampai 5 kali lebih cepat daripada kecepatan
potong HSS. Pahat karbida mempunyai sifat-sifat kekerasan yang tinggi pada berbagai
tingkatan suhu, konduktivitas termal yang tinggi serta modulus yang juga tinggi dan
ketahanan aus yang baik, sehingga alat potong yang terbuat dari karbida merupakan alat
potong yang efektif dan efisien. Karbida sementasi (cemented carbide) atau sering disebut
sebagai karbida saja dibuat dengan metode metalurgi serbuk. Proses pembuatan karbida
dilaksanakan dengan proses sintering atau hot isostatic pressing (HIP), di mana partikelpartikel karbida halus digabungkan dengan menggunakan suatu pengikat (binder). Karbida
yang pertama dikembangkan adalah tungsten karbida, di mana dalam pembuatannya
serbuk tungsten karbida diikat oleh suatu pengikat logam yang umumnya menggunakan
kobalt sebagai pengikat. Selama proses ini pengikat (kobalt) memasuki tahap mencair
sedangkan serbuk karbida akan tetap dalam wujud padat karena memiliki titik lebur yang
lebih tinggi. Hasilnya, pengikat akan menyemen atau menyatukan massa butiran karbida
dan membentuk komposit matriks logam. Alat potong karbida tersedia dalam bentuk mata
pemotong solid dan mata pemotong sisipan yang dilapisi yang disekrupkan atau yang
dibrasing pada ujung badan/tangkai pahat.
Gbr 4. Pahat dan mata pemotong sisipan karbida
Sumber : www.instructables.com
www.qumos.indiatrade.com
Alat potong karbida dapat dibedakan menjadi karbida kelas bukan baja dan karbida kelas
baja. Karbida kelas bukan baja harus memiliki sifat lebih tahan terhadap aus abrasif,
sedangkan karbida kelas baja harus lebih tahan terhadap keausan kawah (cratering) dan
lebih tahan panas. Karbida kelas bukan baja digunakan untuk memotong material-material
bukan baja terutama besi tuang dan logam non ferro, sedangkan karbida kelas baja
digunakan untuk memotong material-material baja. Karbida kelas bukan baja terbuat dari
tungsten karbida murni dan kobalt sebagai pengikat. Pada karbida kelas baja, selain
tungsten karbida dan kobalt sebagai dasar, juga ditambahkan titanium karbida (TiC) dan
tantalum karbida (TaC). Karbida kelas bukan baja dan kelas baja diklasifikasikan sebagai
karbida kelas-C. Pada pengelompokan karbida ini, kelas C1 sampai C4 merupakan karbida
kelas bukan baja dan kelas C5 sampai C8 merupakan karbida kelas baja.
Tabel 2. Pemakaian karbida kelas-C
Sementara itu, International Organization for Standardization (ISO) telah mengembangkan
standar-standar untuk pemgelompokan alat potong karbida, seperti pada tabel di bawah ini.
Tabel 3. Klasifikasi Alat Potong Karbida
Kecepatan potong pahat karbida yang tidak dilapisi berkisar antara 30 - 150 m/ menit dan
100 - 250 m/menit untuk karbida yang dilapisi.
Karbida yang Dilapisi
Alat-alat potong karbida tersedia dalam bentuk yang tidak dilapisi dan karbida yang
dilapisi. Di mana sekitar 2/3 dari alat potong karbida yang digunakan pada masa sekarang
merupakan alat potong karbida yang dilapisi.
Ada beberapa jenis pelapis alat potong karbida, tiga jenis pelapis karbida yang banyak
digunakan adalah,
▪ Titanium nitrida (TiN), pelapis TiN dapat memperkecil gesekan antara alat potong dan
benda kerja.
▪ Titanium karbida (TiC), pelapis TiC dapat memperkuat ikatan antara bahan pelapis dan
material yang dilapisi.
▪ Aluminium oksida (Al2O3), pelapis aluminium oksida bisa meningkatkan ketahanan aus
abrasif dari alat potong.
Pada umumnya proses pelapisan karbida dilakukan melalui proses pengendapan uap kimia
(chemical vapour deposition atau CVD) atau melalui proses PVD (physical vapour
deposition).
Gbr 5. Karbida yang dilapisi
Penambahan pelapis pada pahat karbida dimaksudkan untuk memperpanjang umur pahat
atau meningkatkan kecepatan potongnya. Pemakaian pelapis dapat memperpanjang hingga
10 kali umur pahat dengan meningkatkan kekerasan dan ketahanan aus serta memperkecil
gesekan. Dengan demikian pelapisan pada mata pemotong pahat karbida dapat
meningkatkan produktivitas pahat.
E. KERAMIK
Alat potong keramik merupakan bahan bukan logam yang keras, dan dapat
mempertahankan kekerasannya pada suhu tinggi, ketahanan aus abrasif dan aus kawah yang
sangat baik, konduktivitas termal rendah serta memiliki kecepatan potong yang tinggi, yaitu
sekitar 150 - 650 m/menit. Pahat keramik sangat cocok untuk memotong besi tuang, baja
yang keras, dan paduan-paduan super. Meskipun alat potong keramik lebih keras daripada
alat potong karbida, tetapi alat potong keramik tidaklah efektif sebagai alat potong serba
guna. Sifat kegetasannya (brittle) yang tinggi merupakan kelemahan terbesar dari alat
potong keramik. Oleh karena itu, alat potong keramik tidak cocok untuk pemotongan
terputus-putus (interrupted cutting) dan pemotongan berat.
Secara garis besar ada dua jenis material keramik yang digunakan untuk alat potong, yaitu
keramik berbasis aluminium oksida (Al2O3) dan keramik berbasis silikon nitrida (Si3N4).
Material keramik untuk alat potong dapat dibuat dengan proses pengepresan panas dan
pengepresan dingin. Bahan dasar keramik berupa serbuk aluminium oksida atau silikon
nitrida yang dipres dalam suatu cetakan berbentuk mata pemotong sisipan, kemudian
disinter pada suhu yang tinggi.
Keramik berbasis aluminium oksida umumnya digunakan untuk finishing logam-logam
ferro dan beberapa logam non ferro pada kecepatan sedang.
Keramik berbasis silikon nitrida umumnya digunakan untuk penyayatan kasar atau
penggasaran dan pemotongan berat besi tuang dan paduan-paduan super.
Mata pemotong keramik aluminium oksida memiliki ketahanan aus abrasif dan kekerasan
yang tinggi serta stabilitas kimia yang baik dibandingkan mata pemotong HSS dan karbida.
Gbr 6. Mata pemotong sisipan keramik
Sumber : www.ntkcuttingtools.com
www.toolingu.com
Penambahan zirconia (ZrO2) sekitar 15% pada keramik berbasis aluminium oksida,
menghasilkan material yang secara kimia sangat stabil, kekuatan dan ketangguhan yang
tinggi, memperkecil terjadinya retak, tetapi ketahanan kejut termalnya lebih rendah.
Penambahan titanium karbida (TiC) sekitar 30% pada keramik aluminium oksida yang
dipres panas atau dipres dingin, menghasilkan material yang memiliki kekuatan dan
ketangguhan yang baik yang cocok untuk memotong besi tuang keras dan baja paduan pada
kecepatan sekitar 150 sampai 200 m/menit.
Sifat, kinerja dan rentang pemakaian dari keramik berbasis aluminium oksida telah
diperbaiki secara signifikan melalui peningkatan ketangguhan patah hingga 2,5 kali,
kekuatan pecah melintang (transverse rupture strength) dan konduktivitas termal dengan
penguatan oleh serat-serat silikon karbida (SiC) yang sangat kuat dan kaku.
Mata pemotong keramik silikon nitrida merupakan mata pemotong yang lebih tahan patah
oleh kejutan mekanik dan kejutan tetmal karena memiliki kekuatan pengikatan yang lebih
baik, ketangguhan dan konduktivitas yang lebih tinggi, tetapi lebih sukar diproses dan
kekerasannya lebih rendah dibandingkan alat pemotong keramik aluminium oksida.
Keramik silikon nitrida yang diperkuat dengan serat silikon karbida (SiC) akan
meningkatkan ketangguhan, kekuatan dan konduktivitas termal keramik tanpa
Mengorbankan kekerasan dan ketahanan ausnya.
Penambahan serat SiC sekitar 5% - 25% pada keramik berbasis silikon nitrida akan
meningkatkan ketangguhan patah terutama melalui defleksi retak dan penjembatanan retak
(crack bridging).
Suatu keramik campuran antara silikon nitrida dan aluminium oksida yang dipres panas dan
disinter telah menghasilkan keramik komposit yang disebut sebagai SIALON. Keramik
SIALON memiliki sifat-sifat yang baik dari material penyusunnya, seperti kekerasan panas
yang tinggi, ketahanan aus yang baik, serta ketahanan kejut termal yang tinggi.
Pahat bubut SIALON dapat memotong baja dan besi tuang pada kecepatan potong yang
tinggi, yaitu sekitar 250 - 300 m/menit.
F. BORON NITRIDA KUBUS (CUBIC BORON NITRIDE)
Boron nitrida kubus atau Cubic Boron Nitride yang sering disingkat CBN merupakan
material yang sangat keras, hanya intan yang lebih keras daripada CBN. Material CBN dapat
mempertahankan kekerasannya ini pada suhu yang sangat tinggi sampai suhu 1000° C lebih.
Tabel 4 di bawah ini memperlihatkan perbandingan kekerasan dari berbagai material alat
potong.
Tabel 4. Kekerasan berbagai material
Pahat CBN dapat menyayat material benda kerja pada kecepatan potong hingga 5 kali lebih cepat
daripada pahat karbida. CBN memiliki kekuatan tekan sekitar 4800 MPa, konduktivitas
termalnya 2 kali tembaga, stabil secara termal dan tahan oksidasi hingga suhu 1900°C. Material
CBN dapat mempertahankan kekerasan dan ketangguhan patahnya pada kecepatan tinggi.
Gbr 8. Mata pemotong sisipan CBN
Sumber : www.ntkcuttingtools.com
Alat potong CBN dapat digunakan baik dalam bentuk mata pemotong solid atau mata
pemotong lapisan yang dibuat dengan pengikatan suatu lapisan (dengan ketebalan 0,5 mm
hingga 1 mm) polikristalin CBN pada lapisan dasar karbida berbasis kobalt pada suhu dan
tekanan yang sangat tinggi. Pahat CBN akan bekerja secara efektif sebagai alat potong untuk
material-material yang umum. Tetapi sebaiknya CBN digunakan untuk memotong materialmaterial yang sangat keras dan yang sukar dimesin. Material-material yang dianjurkan untuk
dipotong dengan CBN adalah : baja paduan, baja perkakas, HSS, besi tuang, baja tempa,
baja kromium, stellite, monel, inconel, waspoloy, nihard dan lain-lain. Pahat bubut CBN
merupakan alat potong yang mahal dibandingkan pahat bubut konvensional.
G. INTAN(DIAMONDS)
Intan merupakan material yang paling keras. Alat potong intan merupakan kombinasi alat
potong yang paling keras dengan ketahanan aus yang superior. Umur mata pemotong intan bisa
sampai 50 hingga 100 kali umur mata pemotong yang terbuat dari karbida. Kecepatan potong
pahat intan berkisar antara 200 hingga 2000 m/menit. Intan tersedia sebagai intan kristal
tunggal yang merupakan intan alam dan intan polikristalin (Polycrystalline diamond yang
sering disingkat PCD) yang merupakan intan buatan atau intan sintetis. PCD memiliki
kekerasan dan ketahanan aus yang hampir sama dengan intan alam.Intan sintetis memiliki
beberapa kelebihan dibandingkan intan alam, yaitu
▪ Intan sintetis lebih tahan kejut karena partikel-partikel intan sintetis mempunyai struktur
orientasi yang acak.
▪ Intan sintetis lebih tahan aus
▪ Intan sintetis tersedia banyak dalam berbagai bentuk dan ukuran.
URUTAN MATERIAL ALAT POTONG PEMESINAN
Oleh :
Nama : Abu Sufyan
NIM : 17503241029
Kelas : A2.1
FAKULTAS TEKNIK
JURUSAN PENDIDIKAN TEKNIK MESIN
UNIVERSITAS NEGRI YOGYAKARTA
2017
MATERIAL ALAT PEMOTONGAN MESIN
Proses pemotongan logam merupakan kegiatan terbesar yang dilakukan pada industri
manufaktur, proses ini mampu menghasilkan komponen yang memiliki bentuk yang
komplek dengan akurasi geometri dan dimensi tinggi. Prinsip pemotongan logam dapat
defenisikan sebagai sebuah aksi dari sebuah alat potong yang dikontakkan dengan
sebuah benda kerja untuk membuang permukaan benda kerja tersebut dalam bentuk
geram. Meskipun definisinya sederhana akan tetapi proses pemotongan logam adalah
sangat komplek (Rochim, 1993).
Berikut ini adalah bahan atau material pada alat pemotongan mesin yang disajikan secara
urut dari yang paling lunak sampai yang keras tapi getas :
A. BAJA KARBON
Sering kali masyarakat awam salah kaprah dengan istilah besi dengan baja. Apakah yang
dimaksud dengan baja ? Baja merupakan perpaduan atara besi (Fe) dan Carbon (C), Besi
adalah elemen metal dan Carbon adalah elemen non metal.
Baja sendiri digolongkan menjadi dua golongan yaitu baja bukan paduan ( yang hanya
terpadu dengan Carbon saja ) dan baja paduan yaitu yang terpadu dengan elemen – elemen
lain sesuai dengan kebutuhan dan sifat yang dikehendaki. Elemen paduan yang ditambahkan
itu sendiri terdiri dari Mangan, Chrome, Nickel, Wolfram, Silisium, dan lainnya. Besi
Carbide/ Carbon juga dinamakan Zementit. Prosentase Jumlah karbon yang ada di besi
sangat berpengaruh juga terhadap kekerasan dari baja itu sendiri.
• Dengan naiknya kadar karbon (%C), maka bertambah besarlah flek hitam ( Flek-perlit )
dan bersama itu berkuranglah flek putih ( Ferrit atau besi murni )
• Pada kadar karbon mencapai 0.85%, maka besi dalam keadaan jenuh terhadap karbon.
Struktur tersebut dinamakan Perlit Lamelar, yaitu campuran yang sangat halus yang
berbentuk batang kristal. Campuran kristal tersebut terdiri dari Ferrit dan Zementit.
• Jika kadar karbon bertambah besar, zementit akan berkurang dan flek perlit akan
bertambah. Kadar jenuh karbon sebesar 0.85% yang berdampak bertambah juga
kekerasan dari baja.
Yang dimaksud dengan baja karbon adalah baja yang hanya terdiri dari besi ( Fe ) dan
karbon ( C ) saja tanpa adanya bahan pemadu dan unsure lain yang kadang terdapat pada baja
karbon seperti Si, Mn, P, P hanyalah dengan prosentase yang sangat kecil yang biasa
dinamakan impurities.
Pengaruh dari unsure diatas adalah sebagai berikut :
1. Si dan Mn
Biasanya kandungan paling banyak untuk Si adalah 0.4 % dan untuk Mn adalah 0.5 – 0.8
%. Kedua unsur ini tidak banyak berarti pengaruhnya terhadap sifat mekanik dari baja.
Mn dipakai untuk mengurangi sifat rapuh panas dan mampu menghilangkan lubanglubang pada saat proses penuangan/pembuatan baja.
2. Phosphor
Phosphor dalam baja karbon akan mengakibatkan kerapuhan dalam keadaan dingin.
Semakin besar prosentase phosphor semakin tinggi batas tegangan tariknya, tetapi impact
strength dan ductility nya turun. Prosentase phosphor pada baja paling tinggi 0.08 %,
tetapi pada baja karbon rendah prosentasenya 0.15 – 0.20 % untuk memperbaiki sifat
mach inability nya yaitu supaya chips/tatal yang terjadi tidak sambung-menyambung
melainkan dapat putus-putus.
3. Sulfur
Prosentasi sulfur pada baja karbon 0.04 %. Sulfur dapat mempengaruhi sifat rapuh-panas.
Baja Karbon berdasarkan prosentase kadar karbonnya dikelompokkan menjadi 3 Macam.
a. Baja Karbon Rendah.
Kandungan karbon pada baja ini antara 0.10 sampai 0.25 % . Karena kadar karbon yang
sangat rendah maka baja ini lunak dan tentu saja tidak dapat dikeraskan, dapat ditempa,
dituang, mudah dilas dan dapat dikeraskan permukaannya ( case hardening ) Baja dengan
prosentase karbon dibawah 0.15 % memiliki sifat mach ability yang rendah dan biasanya
digunakan untuk konstruksi jembatan, bangunan, dan lainnya.
b. Baja Karbon Menengah
Kandungan karbon pada baja ini antara 0.25 sampai 0.55 % . Baja jenis ini dapat
dikeraskan dan di tempering, dapat dilas dan mudah dikerjakan pada mesin dengan baik.
Penggunaan baja karbon menengah ini biasanya digunakan untuk poros / as, engkol dan
sparepart llainnya.
c. Baja Karbon Tinggi.
Kandungan karbon pada baja ini antara 0.55 sampai 0.70 % . Karena kadar karbon yang
tinggi maka baja ini lebih mudah dan cepat dikeraskan dari pada yang lainnya dan
memiliki kekerasan yang baik, tetapi susah dai bentuk pada mesin dan sangat susah untuk
dilas. Penggunaan baja ini untuk pegas/per, dan alat-alat pertanian.
BAJA PADUAN
Sifat mekanis dari baja dapat berubah jika kita menambahkan bahan paduan seperti
Mangan, Chrome, Nickel, Wolfram, Silisium, dan lainnya. Disebut baja paduan jika
elemen pemadu yang terkandung didalamnya mencapai 0.8 %.
PENGARUH DAN KEMAMPUAN ELEMEN PADUAN :
1. Belerang dan Phosphor
Semua baja mengandung belerang (S) dan phosphor (P) tapi dalam kadar yang kecil
sehingga tidak akan disebut elemen paduan. Kadar Belerang (S) yang terlalu tinggi akan
mengakibatkan baja bersifat rapuh jika dalam kedaan panas. Kadar Phosphor (P) yang
terlalu tinggi akan mengakibatkan baja bersifat rapuh jika dalam kedaan Dingin.
2. Silizium
Silizium (Si) terdapat dalam setiap baja tapi kandungannya kecil, namun baru dapat
dikatakan elemen paduan jika kadarnya lebih dari 0.5 %. Silizium berguna untuk
menaikkan kekuatan /batas mulur atau batas plastis. Akibat dari silizium ini baja menjadi
berbutir kasar dan berserat dan cocok untuk pegas ( Spring Steel) Silizium menurunkan
kecepatan pendinginan kritis. Baja paduan silizium dapat dikeraskan sampai intinya
dengan lebih baik.
3. Mangan
Mangan (Mn) juga terdapat dalam setiap baja tapi kandungannya kecil, namun baru dapat
dikatakan elemen paduan jika kadarnya lebih dari 0.6 %. Semakin tinggi kadar mangan,
semakin turun temperature ubah gama-alpha, sehingga baja dengan kadar mangan 1.2 %
pada temperarur kamar (20ºC) masih berstruktur austenit. Baja jenis ini sukar dikerjakan
tetapi tahan aus. Kadar mangan yang kecil sudah dapat menurunkan kecepatan
pendinginan kritis. Oleh sebab itu baja dengan kadar mangan 1.0 sampai 1.2 % sedah
dapat dikeraskan dengan pendinginan / quenching olie ( Baja keras oli )
4. Chrome
Chrome (Cr) berperan dalam pembentukan carbide . Senyawa carbide ini sangat keras
dan dengan sendirinya kekerasan baja akan naik. Adanya senyawa chrome ini
menyebabkan besi juga tahan aus. Chrome juga menyebabkan baja memiliki struktur
butiran yang lebih halus, dan chrome juga menyebabkan turunnya kecepatan pendinginan
kritis yang sangat besar. Kadar chrome ddalam besi mulai dari 1.5 % dan dikeraskan
dalam oli sampai intinya dengan baik. Baja dengan kadar chrome diatas 13 % dan kadar
karbon kurang dari 0.6 % bersifat anti karat atau disebut juga baja stainless steel.
5. Nickel
Nickel (Ni) menurunkan temperature ubah gamma-alpha dengan cepat. Baja dengan
kadar nickel yang tinggi berstruktur austenit. Baja ini anti karat, tahan panas, ketahanan
impact dan vatic tinggi tapi tidak dapat dikeraskan. Baja –Nickel dapat dikeraskan dalam
oli dan air.
6. Molybdenum
Molybdenum (Mo) sangat berperan dalam pembentukan carbide. Molybdenum
meningkatkan kekuatan,dan batas mulur baja, terutama terhadap pembebanan yang
continue dan juga menaikkan temperature tempering. Baja paduan molybdenum tidak
cenderung membentuk struktur butiran yang kasar sehingga lumayan tahan terhadap
panas.
7. Wolfram
Baja dengan kadar wolfram 18 % dan carbon 0.7 % sudah bersifat Eutectoid-atas,
meskipun sebagian carbon dipakai untuk pembentukan wolfram carbide. Kandungan
wolfram tinggi akan menaikkan kekerasan baja dan dengan sendirinya menaikkan
kemampuan potong dan tahan aus. Kecepatan pendinginan kritis tidak diturunkan secara
mencolok oleh wolfram jadi baja ini termasuk baja keras air. Wolfram memperhalus
struktur butiran yang akan menaikkan temperature tempering . Wolfram dipakai pada
HSS dan Hot Work Steel.
8. Vanadium
Pengaruh Vanadium (V) sama seperti Wolfram, tetapi Vanadium memiliki pengaruh yang
lebih besar dalam pembentukan carbide, oleh sebab itu dibutuhkan kadar carbon yang
tinggi.Vanadium membuat baja menjadi tahan panas, menaikkan kemampuan potong dan
tahan terhadap gesekan.
9. Cobalt
Sebagai elemen paduan Cobalt hanya digunakan jika bersenyawaan dengan elemen lain
karena cobalt tidak memiliki pengaruh yang besar terhadap struktur baja. Cobalt sangat
mempengaruhi sifat magnetic dari baja dan berperan pada pembentukan struktur butiran
kasar.
Contoh Baja Paduan
• Fe + Ni
Fe + 2 % Ni untuk baja keeling
Fe + 25 % Ni tak bekarat dan tak magnetik
Fe + 36 % Ni baja invar, sifat muai yang sangat kecil
• Fe + Cr
Kuat, Keras, dan Tahan Karat
Fe + Cr > 12 % dinamakan Stainless Steel ( Baja Tahan Karat )
Prosentase yang banyak digunakan adalah :
Fe + 0.1 sampai 0.4 % C + 12 sampai 14 % Cr
Fe + 0.9 sampai 1.0 % C + 17 sampai 19 % Cr
Sifat tahan karat ini disebabkan karena terjadinya lapisan chromoksida (Cr2O3) pada
permukaan baja yang menghalangi terjadinya karat. Bila prosentase C terlalu besar maka
sifat tahan karat akan menurun karena sebagian Cr akan diikat menjadi CrC. Prosentase
ideal adalah C < 0.1 %
• FE + Cr + Ni
Baja tahan asam (acid)
Contoh : baja 18/8 (18 % Cr + 8 % Ni) atau disebut juga baja Crupp
B. HSS (HIGH SPEED STEELS,TOOL STEELS)
Pahat jenis HSS merupakan salah satu pahat yang mempunyai kekerasan cukup
tinggi. Pahat ini merupakan pahat yang paling sering dijumpai di bengkel-bengkel bubut
bahkan industri sekalipun.
HSS terbagi menjadi dua jenis. Pertama adalah tungsten-type atau wolfram. Kedua
adalah molybdenum-type. Berikut penjelasan singkat dari kedua jenis HSS:
A. Tungsten-type HSS
Tungsten-type HSS ditunjukkan dengan T-grades oleh American Iron and Steel
Institute (AISI). Akan tetapi, ada juga yang menunjukkan tungsten-type HSS dengan
sebutan T-series. Tungsten-type HSS mengandung tungsten (W) sebagai komposisi
paduan utama, dengan paduan tambahan chromium (Cr), vanadium (V), dan cobalt (Co).
Kandungan tungsten biasanya berkisar antara 12%-18%. Jenis HSS yang dikenal baik
adalah T1, atau 18-4-1 High-speed Steel yang mengandung 18% W, 4% Cr, dan 1% V.
B. Molybdenum-type HSS
Molybdenum-type HSS ditunjukkan dengan M-grades oleh AISI. Akan tetapi, ada
pula yang menunjukkan molybdenum-type HSS dengan sebutan M-series. Molybdenumtype HSS mengandung molybdenum (Mo) sebagai komposisi paduan utama, dengan
paduan tambahan Cr, V, W, dan Co. Kandungan molybdenum yang digunakan biasanya
sampai dengan 10%. Molybdenum-type HSS umumnya memiliki ketahanan abrasi yang
tinggi daripada tungsten-type HSS. Distorsi yang terjadi akibat panas juga lebih kecil
pada HSS jenis molybdenum daripada jenis tungsten. Di samping itu, harga HSS jenis
molybdenum juga lebih murah. Oleh karena itu, 95% dari seluruh alat potong HSS adalah
jenis molybdenum. Pada uraian HSS di atas, dijelaskan bermacam-macam bahan paduan
yang terdapat pada HSS. Tentu saja bahan pokok yang terkandung dalam HSS adalah
baja.
Alat potong HSS biasanya tersedia dalam bentuk tempa (forged), tuang (cast), dan
powder-metallurgy (sintered). Untuk meningkatkan performa dari HSS tersebut, dapat
dilakukan pelapisan maupun perlakuan panas.
Pada tahun 1898 ditemukan jenis baja paduan tinggi dengan unsur paduan krom (Cr)
dan tungsten/wolfram (W). melalui proses penuangan (molten metallurgy) kemudian di
ikuti pengerolan ataupun penempaan baja ini di bentuk menjadi batang,atau silinder. Pada
kondisi lunak baja tersebut dapat diproses secara pemesinan menjadi berbagai bentuk
pahat potong. Setelah proses laku panas dilaksanakan, kekerasannya akan cukup tinggi
sehingga dapat digunakan untuk kecepataqn potong yang tinggi (sampai dengan 3 kali
kecepatan potong untuk pahat CTS yang dikenal pada saat itu sekitar 10 m/menit)
Pengaruh unsur-unsur tersebut pada unsure besi dan karbon adaah sebagai berikut
· Tungsten/Wolfram (W)
· Chromium (Cr)
· Vanadium (V)
· Molybdenum (Mo)
· Cobalt (Co)
HSS juga dikategorikan menurut komposisinya :
- HSS KONVENSIONAL
1. Molibdenum HSS
2. Tungsten HSS
- HSS SPECIAL
1. Cobalt Added HSS
2. High Vanadium HSS
3. High Hardess Co HSS
4. Cast HSS
5. Powdered HSS
6. Coated HSS
Pahat HSS banyak digunakan untuk memotong material-material, seperti baja
paduan, baja tahan karat (stainless steel), dan material-material yang tahan terhadap suhu
tinggi. Pada umumnya HSS dipakai sebagai alat potong dalam kondisi :
▪ Alat potong memiliki geometri yang kompleks
▪ Alat potong yang getas seperti yang terbuat dari keramik dan lain-lain tidak sesuai
digunakan di bawah pembebanan kejut.
▪ Alat potong dapat digunakan dengan beberapa kali pengasahan.
C. PADUAN COR NONFERRO
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
menpunyai hot hardness dan wear resistance yang terlalu rendah. Jenis material ini di
bentuk secara tuang menjadi bentuk-bentuk yang tidak terlampau sulit misalnya tool bit
(sisipan) yang kemudian diasah menurut geometri yang dibutuhkan. Paduan nonferro
terdiri dari 4 macam eleman utama adalah sebagai berikut :
1. Cobalt : sebagai pelarut bagi elemen-elemen lain.
2. Krom (Cr) : (10% s.d 35% berat) yang membentuk karbida
3. Tungsten/Wolfram (W) : (10% s.d 25% berat) sebagai pembentuk karbida menaikan
karbida secara menyeluruh.
4. Karbon : (1% C membentuk jenis yang relaitif lunak sedang 3% C menghasilkan jenis
yang keras serta tahan aus.
Unsur-unsur paduan pada material HSS, seperti kobalt, kromium, dan tungsten dapat
memperbaiki sifat-sifat pemotongan sehingga para akhli metalurgi mengembangkan
suatu paduan tuang bukan besi (non ferro). Komposisi khas dari paduan tuang ini adalah
kobalt 40% - 50%, kromium 27% - 32%, tungsten 14% - 29% dan karbon 2% - 4%.
Tujuannya adalah untuk memperoleh alat potong dengan kekerasan panas yang lebih baik
daripada HSS serta memiliki ketahanan aus yang tinggi. Pahat bubut yang terbuat dari
paduan tuang non ferro dapat bekerja dengan baik pada pemotongan yang terputus-putus
(interrupted cutting) dan pemotongan produk-produk coran.Paduan tuang bukan besi
memiliki kemampuan melumasi yang baik, tahan korosi serta dapat mencegah
pengelasan atau penempelan material benda kerja pada bagian tepi mata pemotong.
Secara umum, alat potong dari paduan tuang dapat beroperasi pada kecepatan potong 2
kali atau lebih daripada kecepatan potong HSS.
Alat potong dari paduan tuang non ferro ini dibuat dengan cara dicor secara presisi
sehingga hanya memerlukan sedikit pemesinan. Paduan tuang bukan besi ini dapat
digerinda dengan roda gerinda standar, meskipun prosesnya sedikit lebih lambat.
Dalam proses pembuatan alat potong dari paduan tuang ini, unsur-unsur paduan dilebur
dalam suatu tanur listrik, kemudian dituangkan dalam cetakan. Hasil pembekuan yang
cepat dari paduan yang dicor menghasilkan material yang memiliki kekerasan yang tinggi
dan struktur yang sangat halus.
Alat potong yang terbuat dari paduan tuang ditawarkan dalam berbagai nama dagang,
seperti stellite, tantung, black alloy 525 dan crobalt.
Pada suhu kamar, paduan tuang non ferro memiliki kekerasan yang kira-kira sama
dengan material HSS, tetapi paduan tuang dapat mempertahankan kekerasan dan
ketahanan ausnya pada suhu tinggi.
Gbr 3. Pahat bubut paduan tuang non ferro
Sumber : www.conradhoffman.com
Ketika menggerinda pahat bubut dari paduan tuang non ferro, harus diperhatikan bahwa
pahat paduan tuang jangan dicelupkan dingin (quenching) ke dalam air, karena dapat
menyebabkan keretakan mikroskopik pada pahat, tetapi harus dibiarkan dingin di udara.
Sewaktu membubut menggunakan pahat paduan tuang, maka sebaiknya membanjiri mata
pemotongnya dengan cairan pendingin secara terus menerus atau sama sekali tidak
menggunakan cairan pendingin.
Untuk membedakan pahat HSS dan pahat paduan tuang adalah cukup mudah, yaitu
dengan menggunakan sebuah magnet. Jika pahat tersebut dapat menempel pada magnet
berarti itu pahat HSS, sedangkan jika pahat tidak dapat menempel pada magnet itu berarti
pahat paduan tuang, karena material paduan tuang merupakan material non magnetik.
Alat potong paduan tuang non ferro sangat cocok untuk memotong material-material
seperti baja tahan karat, besi cor, baja karbon tinggi dan baja sangat liat. Pahat paduan
tuang juga cocok untuk memotong logam-logam non ferro, seperti aluminium, kuningan,
titanium dan perunggu.
D. KARBIDA
Pada masa sekarang ini alat potong karbida telah banyak menggantikan alat potong HSS.
Pahat karbida memiliki kecepatan potong 3 sampai 5 kali lebih cepat daripada kecepatan
potong HSS. Pahat karbida mempunyai sifat-sifat kekerasan yang tinggi pada berbagai
tingkatan suhu, konduktivitas termal yang tinggi serta modulus yang juga tinggi dan
ketahanan aus yang baik, sehingga alat potong yang terbuat dari karbida merupakan alat
potong yang efektif dan efisien. Karbida sementasi (cemented carbide) atau sering disebut
sebagai karbida saja dibuat dengan metode metalurgi serbuk. Proses pembuatan karbida
dilaksanakan dengan proses sintering atau hot isostatic pressing (HIP), di mana partikelpartikel karbida halus digabungkan dengan menggunakan suatu pengikat (binder). Karbida
yang pertama dikembangkan adalah tungsten karbida, di mana dalam pembuatannya
serbuk tungsten karbida diikat oleh suatu pengikat logam yang umumnya menggunakan
kobalt sebagai pengikat. Selama proses ini pengikat (kobalt) memasuki tahap mencair
sedangkan serbuk karbida akan tetap dalam wujud padat karena memiliki titik lebur yang
lebih tinggi. Hasilnya, pengikat akan menyemen atau menyatukan massa butiran karbida
dan membentuk komposit matriks logam. Alat potong karbida tersedia dalam bentuk mata
pemotong solid dan mata pemotong sisipan yang dilapisi yang disekrupkan atau yang
dibrasing pada ujung badan/tangkai pahat.
Gbr 4. Pahat dan mata pemotong sisipan karbida
Sumber : www.instructables.com
www.qumos.indiatrade.com
Alat potong karbida dapat dibedakan menjadi karbida kelas bukan baja dan karbida kelas
baja. Karbida kelas bukan baja harus memiliki sifat lebih tahan terhadap aus abrasif,
sedangkan karbida kelas baja harus lebih tahan terhadap keausan kawah (cratering) dan
lebih tahan panas. Karbida kelas bukan baja digunakan untuk memotong material-material
bukan baja terutama besi tuang dan logam non ferro, sedangkan karbida kelas baja
digunakan untuk memotong material-material baja. Karbida kelas bukan baja terbuat dari
tungsten karbida murni dan kobalt sebagai pengikat. Pada karbida kelas baja, selain
tungsten karbida dan kobalt sebagai dasar, juga ditambahkan titanium karbida (TiC) dan
tantalum karbida (TaC). Karbida kelas bukan baja dan kelas baja diklasifikasikan sebagai
karbida kelas-C. Pada pengelompokan karbida ini, kelas C1 sampai C4 merupakan karbida
kelas bukan baja dan kelas C5 sampai C8 merupakan karbida kelas baja.
Tabel 2. Pemakaian karbida kelas-C
Sementara itu, International Organization for Standardization (ISO) telah mengembangkan
standar-standar untuk pemgelompokan alat potong karbida, seperti pada tabel di bawah ini.
Tabel 3. Klasifikasi Alat Potong Karbida
Kecepatan potong pahat karbida yang tidak dilapisi berkisar antara 30 - 150 m/ menit dan
100 - 250 m/menit untuk karbida yang dilapisi.
Karbida yang Dilapisi
Alat-alat potong karbida tersedia dalam bentuk yang tidak dilapisi dan karbida yang
dilapisi. Di mana sekitar 2/3 dari alat potong karbida yang digunakan pada masa sekarang
merupakan alat potong karbida yang dilapisi.
Ada beberapa jenis pelapis alat potong karbida, tiga jenis pelapis karbida yang banyak
digunakan adalah,
▪ Titanium nitrida (TiN), pelapis TiN dapat memperkecil gesekan antara alat potong dan
benda kerja.
▪ Titanium karbida (TiC), pelapis TiC dapat memperkuat ikatan antara bahan pelapis dan
material yang dilapisi.
▪ Aluminium oksida (Al2O3), pelapis aluminium oksida bisa meningkatkan ketahanan aus
abrasif dari alat potong.
Pada umumnya proses pelapisan karbida dilakukan melalui proses pengendapan uap kimia
(chemical vapour deposition atau CVD) atau melalui proses PVD (physical vapour
deposition).
Gbr 5. Karbida yang dilapisi
Penambahan pelapis pada pahat karbida dimaksudkan untuk memperpanjang umur pahat
atau meningkatkan kecepatan potongnya. Pemakaian pelapis dapat memperpanjang hingga
10 kali umur pahat dengan meningkatkan kekerasan dan ketahanan aus serta memperkecil
gesekan. Dengan demikian pelapisan pada mata pemotong pahat karbida dapat
meningkatkan produktivitas pahat.
E. KERAMIK
Alat potong keramik merupakan bahan bukan logam yang keras, dan dapat
mempertahankan kekerasannya pada suhu tinggi, ketahanan aus abrasif dan aus kawah yang
sangat baik, konduktivitas termal rendah serta memiliki kecepatan potong yang tinggi, yaitu
sekitar 150 - 650 m/menit. Pahat keramik sangat cocok untuk memotong besi tuang, baja
yang keras, dan paduan-paduan super. Meskipun alat potong keramik lebih keras daripada
alat potong karbida, tetapi alat potong keramik tidaklah efektif sebagai alat potong serba
guna. Sifat kegetasannya (brittle) yang tinggi merupakan kelemahan terbesar dari alat
potong keramik. Oleh karena itu, alat potong keramik tidak cocok untuk pemotongan
terputus-putus (interrupted cutting) dan pemotongan berat.
Secara garis besar ada dua jenis material keramik yang digunakan untuk alat potong, yaitu
keramik berbasis aluminium oksida (Al2O3) dan keramik berbasis silikon nitrida (Si3N4).
Material keramik untuk alat potong dapat dibuat dengan proses pengepresan panas dan
pengepresan dingin. Bahan dasar keramik berupa serbuk aluminium oksida atau silikon
nitrida yang dipres dalam suatu cetakan berbentuk mata pemotong sisipan, kemudian
disinter pada suhu yang tinggi.
Keramik berbasis aluminium oksida umumnya digunakan untuk finishing logam-logam
ferro dan beberapa logam non ferro pada kecepatan sedang.
Keramik berbasis silikon nitrida umumnya digunakan untuk penyayatan kasar atau
penggasaran dan pemotongan berat besi tuang dan paduan-paduan super.
Mata pemotong keramik aluminium oksida memiliki ketahanan aus abrasif dan kekerasan
yang tinggi serta stabilitas kimia yang baik dibandingkan mata pemotong HSS dan karbida.
Gbr 6. Mata pemotong sisipan keramik
Sumber : www.ntkcuttingtools.com
www.toolingu.com
Penambahan zirconia (ZrO2) sekitar 15% pada keramik berbasis aluminium oksida,
menghasilkan material yang secara kimia sangat stabil, kekuatan dan ketangguhan yang
tinggi, memperkecil terjadinya retak, tetapi ketahanan kejut termalnya lebih rendah.
Penambahan titanium karbida (TiC) sekitar 30% pada keramik aluminium oksida yang
dipres panas atau dipres dingin, menghasilkan material yang memiliki kekuatan dan
ketangguhan yang baik yang cocok untuk memotong besi tuang keras dan baja paduan pada
kecepatan sekitar 150 sampai 200 m/menit.
Sifat, kinerja dan rentang pemakaian dari keramik berbasis aluminium oksida telah
diperbaiki secara signifikan melalui peningkatan ketangguhan patah hingga 2,5 kali,
kekuatan pecah melintang (transverse rupture strength) dan konduktivitas termal dengan
penguatan oleh serat-serat silikon karbida (SiC) yang sangat kuat dan kaku.
Mata pemotong keramik silikon nitrida merupakan mata pemotong yang lebih tahan patah
oleh kejutan mekanik dan kejutan tetmal karena memiliki kekuatan pengikatan yang lebih
baik, ketangguhan dan konduktivitas yang lebih tinggi, tetapi lebih sukar diproses dan
kekerasannya lebih rendah dibandingkan alat pemotong keramik aluminium oksida.
Keramik silikon nitrida yang diperkuat dengan serat silikon karbida (SiC) akan
meningkatkan ketangguhan, kekuatan dan konduktivitas termal keramik tanpa
Mengorbankan kekerasan dan ketahanan ausnya.
Penambahan serat SiC sekitar 5% - 25% pada keramik berbasis silikon nitrida akan
meningkatkan ketangguhan patah terutama melalui defleksi retak dan penjembatanan retak
(crack bridging).
Suatu keramik campuran antara silikon nitrida dan aluminium oksida yang dipres panas dan
disinter telah menghasilkan keramik komposit yang disebut sebagai SIALON. Keramik
SIALON memiliki sifat-sifat yang baik dari material penyusunnya, seperti kekerasan panas
yang tinggi, ketahanan aus yang baik, serta ketahanan kejut termal yang tinggi.
Pahat bubut SIALON dapat memotong baja dan besi tuang pada kecepatan potong yang
tinggi, yaitu sekitar 250 - 300 m/menit.
F. BORON NITRIDA KUBUS (CUBIC BORON NITRIDE)
Boron nitrida kubus atau Cubic Boron Nitride yang sering disingkat CBN merupakan
material yang sangat keras, hanya intan yang lebih keras daripada CBN. Material CBN dapat
mempertahankan kekerasannya ini pada suhu yang sangat tinggi sampai suhu 1000° C lebih.
Tabel 4 di bawah ini memperlihatkan perbandingan kekerasan dari berbagai material alat
potong.
Tabel 4. Kekerasan berbagai material
Pahat CBN dapat menyayat material benda kerja pada kecepatan potong hingga 5 kali lebih cepat
daripada pahat karbida. CBN memiliki kekuatan tekan sekitar 4800 MPa, konduktivitas
termalnya 2 kali tembaga, stabil secara termal dan tahan oksidasi hingga suhu 1900°C. Material
CBN dapat mempertahankan kekerasan dan ketangguhan patahnya pada kecepatan tinggi.
Gbr 8. Mata pemotong sisipan CBN
Sumber : www.ntkcuttingtools.com
Alat potong CBN dapat digunakan baik dalam bentuk mata pemotong solid atau mata
pemotong lapisan yang dibuat dengan pengikatan suatu lapisan (dengan ketebalan 0,5 mm
hingga 1 mm) polikristalin CBN pada lapisan dasar karbida berbasis kobalt pada suhu dan
tekanan yang sangat tinggi. Pahat CBN akan bekerja secara efektif sebagai alat potong untuk
material-material yang umum. Tetapi sebaiknya CBN digunakan untuk memotong materialmaterial yang sangat keras dan yang sukar dimesin. Material-material yang dianjurkan untuk
dipotong dengan CBN adalah : baja paduan, baja perkakas, HSS, besi tuang, baja tempa,
baja kromium, stellite, monel, inconel, waspoloy, nihard dan lain-lain. Pahat bubut CBN
merupakan alat potong yang mahal dibandingkan pahat bubut konvensional.
G. INTAN(DIAMONDS)
Intan merupakan material yang paling keras. Alat potong intan merupakan kombinasi alat
potong yang paling keras dengan ketahanan aus yang superior. Umur mata pemotong intan bisa
sampai 50 hingga 100 kali umur mata pemotong yang terbuat dari karbida. Kecepatan potong
pahat intan berkisar antara 200 hingga 2000 m/menit. Intan tersedia sebagai intan kristal
tunggal yang merupakan intan alam dan intan polikristalin (Polycrystalline diamond yang
sering disingkat PCD) yang merupakan intan buatan atau intan sintetis. PCD memiliki
kekerasan dan ketahanan aus yang hampir sama dengan intan alam.Intan sintetis memiliki
beberapa kelebihan dibandingkan intan alam, yaitu
▪ Intan sintetis lebih tahan kejut karena partikel-partikel intan sintetis mempunyai struktur
orientasi yang acak.
▪ Intan sintetis lebih tahan aus
▪ Intan sintetis tersedia banyak dalam berbagai bentuk dan ukuran.