View
79
Download
13
Category
Preview:
DESCRIPTION
Material
Citation preview
Kuliah-4
Pre-kompaksi dan kompaksi
Kerangka kuliah:
Pengadukan dan pencampuran (mixing and
blending)
Friksi Serbuk:
Efisiensi pencampuran
Pelumasan serbuk
Fenomena kompaksi
Teori kompaksi
Teknologi kompaksi
1-Pengadukan dan pencampuran
Pengadukan dan pencampuran proses pra kompaksi
Serbuk dicampur untuk diperoleh kontrol distribusi ukuran dan upaya memudahkan proses pemaduan melalui serbuk logam.
Hal penting dalam pra-kompaksi agar terhindar dari permasalahan di fabrikasi:
Jangan menggunakan serbuk setelah transportasi tanpa pencampuran ulang.
Jangan mem-vibrasi serbuk.
Jangan mengumpankan serbuk secara jatuh bebas, dimana serbuk halus dan kasar dapat bersegregasi karena perbedaan laju settling.
2-Mekanisme pencampuran
Proses pencampuran serbuk didasarkan pada mekanisme berikut:
Difusi pergerakan partikel ke tumpukan serbuk
Konveksi pencampuran dengan transfer sekelompok serbuk ke lokasi yg berdekatan
Geser pencampuran melalui pembagian dan pengaliran serbuk secara kontinu melalui bidang geser.
3 – Peralatan aduk dan
campur
Beberapa contoh peralatan pengadukan dan pencampuran
serbuk
4 – Efek kondisi proses
Volume serbuk sangat menentukan proses pengadukan dan pencampuran. Volume sekitar 20-40% optimal!
Kecepatan rotasi juga sangat berpengaruh terhadap efisiensi pencampuran.
Rotasi lambat perlu waktu untuk pencampuran yang memadai.
Rotasi cepat menghasilkan gaya sentrifugal serbuk yang mengganggu aliran selama proses.
Pencampuran terbaik terjadi jika gaya sentrifugal kecil, tapi tdk terlalu kecil untuk terjadinya turbulensi.
5 – Friksi serbuk:
Efisiensi pencampuran
Pengadukdan dan pencampuran ditentukan oleh aliran serbuk satu sama lain. Makin tinggi gesekan interpartikel akan menjadikan proses pencampuran makin sulit.
Friksi akan meningkat oleh:
Ukuran yang makin kecil
Bentuk partikel tidak beraturan
Koefisien gesek partikel yang makin tinggi
Pada pengaduk silindris, efisiensi bervariasi dengan karakteristik serbuk dan karakteristik operasi pengadukan. Kec putar yg diinginkan adalah perpaduan keseimbangan gaya gravitasi dan sentrifugal.
Estimasi kec putar optimal serbuk pada pengaduk silindris oleh Sundrica: No = 32/d1/2
dimana:
No = kec putar optimal dalam RPM
d = diameter drum pengaduk dalam meter.
Makin kecil diameter drum, makin cepat putaran yg diperlukan untuk mencapai pencampuran optimal.
5 – Friksi serbuk:
Pelumasan serbuk Permasalahan dasar dalam kompaksi adalah gesekan antara serbuk
dengan cetakan dan antar serbuk.
Pelumas digunakan untuk meminimalisasi keausan dan memudahkan
pengeluaran hasil cetak dari cetakan. Terdapat 2 jenis pelumasan :
pelumasan dinding cetakan dan pelumasan serbuk.
Pelumas biasa dicampur dengan serbuk sbg langkah akhir sebelum
penekanan. Untuk logam, senyawa berbasis stearat Al, Zn, Li, Mg dan Ca
biasa digunakan. Senyawa dengan atom karbon 12-22.
Berbentuk butiran halus, dengan ukuran rata2: 30 mikron
KOnsentrasi penambahan: s.d. 2.0 wt%.
Jenis lainnya: lilin atau aditif selulosa.
6. Efek pelumasan (1)
‘Apparent density’ SS 316L hasil
atomisasi air turun dengan
penambahan Li-stearat, dengan
kondisi pengadukan:
60 vol%
50 rpm
Disebabkan: peningkatan volume
terjadi karena adanya pelumas
yang bermassa jenis lebih
rendah.
6. Efek pelumasan (2)
Waktu alir menjadi lebih cepat
(Hall flowmeter, 50 g) jika jumlah
pelumas ditambahkan.
Dalam kondisi basah (setelah
penekanan sebelum sinter)
pelumasan dapat menurunkan
kekuatan.
6. Efek pelumasan (3)
Gaya yang diperlukan untuk
mendorong serbuk yang
dicetak, keluar dari cetakan,
turun dengan penambahan
pelumasan.
Keausan cetakan dapat
dikurangi dengan pelumasan.
8. Kompaksi
Tumpukan makin padat terjadi saat penekanan. Selanjutnya titik kontak
terdeformasi dengan meningkatnya tekanan. Akhirnya, partikel
mengalami deformasi plastis secara ekstensif.
9. Kompaksi konvensional
•Terdapat beberapa mode penekanan:
•Hidrolik
•Mekanik
•Rotari
•isostatik
Mesin kompaksi
10. Teori kompaksi (1)
10. Teori kompaksi (2)
Faktor rasio tegangan (z) kecil diinginkan untuk keseragaman kompaksi
friksi inter partikel yang tinggi akan membantu homogenitas dalam operasi
penekanan.
Kompaksi dan pelumasan
Ada 3 efek penting dari hasil
percobaan Tabata et al.:
Friksi dinding cetakan (u)
bergantung pada jumlah
pelumas;
Friksi dinding cetakan
turun dengan
meningkatnya tekanan
kompaksi;
Rasio tekanan (z)
mendekati akar kuadrat
tekanan yang diberikan.
Kompaksi:
1- Densiti bakalan vs tekanan
Ketika tekanan ditingkatkan, densiti bakalan meningkat, sebagai akibat berkurangnya porositas.
Kemampuan penekanan serbuk didefinisikan sebagai densiti yang dicapai pada tekanan kompaksi yang diberikan.
HUbungan densiti dengan tekanan di-gbr-kan sbb.:
de/dP = -Ke (1)
dimana, P: tekanan yg diberikan, e: fraksi pori dan K: konstanta.
Hasil integrasi:
ln (e/ea) = -KP (2)
dimana ea: apparent porosity pada awal kompaksi
#Persamaan di atas masih mengabaikan mekanisme kompaksi. Cukup layak utk penerapan pada tekanan 100 – 700 MPa.
1- Densiti bakalan vs
tekanan (2)
Modifikasi pers (2) dengan mempertimbangkan konsolidasi awal transien dan mekanisme ganda kompaksi, digbrkan pada pers. Berikut:
ln e = B – K1P – K2P (3)
dimana K1 dan K2 : karakteristik mekanisme densifikasi, B: konstanta untuk pengaturan
Perilaku kompaksi bergeser dari mekanisme kompaksi yg dikontrol peluluhan ke pengerasan kerja.
Pegaruh kekerasan material terhadap densiti bakalan
diperlihatkan gbr di atas. Ukuran partikel= 44-62 mikron.
Makin tinggi kekerasan, makin rendah densiti bakalan yg dicapai
pada tekanan tertentu. Pada material keras, perpatahan dan
deformasi terjadi selama kompaksi.
1- Densiti bakalan vs
tekanan (3)
K1 berhubungan scr signifikan dengan kekuatan luluh material,
pada tekanan kompaksi melebihi yg diperlukan untuk pengaturan
partikel.
Pada tekanan kompaksi yang lebih tinggi, laju densifikasi rendah.
Pada kondisi ini, pengerasan kerja menentukan kondisi
kompaksi.
1- Densiti bakalan vs
tekanan (4)
Kompaksi sangat bergantung pada beberapa hal berikut:
Ukuran partikel
Bentuk
Gesekan antar partikel
Pelumasan
Dimensi Kekuatan bakalan berhubungan dengan fraksi densiti.
s = C.so.f(r) (4)
dimana s: kekuatan, C: konstanta, so: kekuatan material; f(r): fungsi densiti
2- Kekuatan bakalan vs
densiti (1)
2- Kekuatan bakalan vs
densiti (2)
Pada banyak kasus, pers (4), di-gbrkan dalam pers. berikut:
s = C.so.r^m (5)
Makin kasar sebuah partikel dapat meningkatkan kekuatan bakalan dalam bentuk penguncian mekanik antar partikel.
Pada sisi lain, makin halus partikel memberikan ikatan antar partikel yang lebih banyak, pada suatu densiti bakalan, dan karenanya meningkatkan kekuatan bakalan.
3- Kekuatan bakalan vs
tekanan
Hubungan kekuatan – densiti – tekanan telah diberikan dalam beberapa pers. Maka hubungan kekuatan thd tekanan dapat ditelusuri.
Kombinasi per. (3) dan (5) dapat memberikan hubungan kekuatan – tekanan pada bakalan. Tapi, model yg dihasilkan terlalu kompleks.
Alternatif lain adalah pers. Berikut:
s = B’ so P (6)
dimana B’:konstanta material. Makin tinggi tekanan kompaksi yang diberikan, makin kuat bakalan yang dihasilkan.
11. Teknologi kompaksi
Klasifikasi komponen
metalurgi serbuk
Class 1: level tunggal, bentuk sederhana
Class 2: level tunggal, tekanan kompaksi diberikan dari 2
arah
Class 3: level ganda, arah tekanan dari 2 arah
Class 4: level jamak, tekanan diberikan dari beberapa
arah.
Klasifikasi komponen
Klasifikasi komponen
Beberapa contoh:
Tugas 2 (kelompok per 2 orang)
Buatlah proposal riset fabrikasi produk dengan metalurgi serbuk untuk:
Biomaterial
Porous material
Aircraft component
Magnetic material
Jelaskan
Bentuk dan fungsi
Material penyusunnya
Kerangka proses fabrikasinya
Karakterisasi
Paper 4-8 halaman A4
Recommended