PEMBUATAN BUSHING DENGAN PROSES METALURGI SERBUK1. Pengertian Metalurgi SerbukBushingadalahbantalanjenissilinder bercelahyangberfungsi untuk menumpu poros. Bushing dapat dibuat dengan proses metalurgi serbuk. Metalurgi serbukmerupakansuatupengembanganteknologi yangcepat dan terus menerus padapengolahanlogamdanpaduanlogamdi bidangmetalforming. Metalurgi serbuk adalah suatu metode manufaktur logamyang menjadi pilihanberbagai industri pembentukanlogam. Proses pembentukan logam menggunakan metalurgi serbuk dilakukan dengan mencampurkan unsur-unsurserbuklogamyangdipadukankemudiandilakukanpemadatandengan menggunakan dies untuk meningkatkan sifat mekanis dari logamtersebut. Setelah proses pemadatan, dilakukan proses sintering di dalam furnance.Metalurgi serbuk dapat menjadi salah satu metode proses produksi alternatif yang memiliki keunggulan dalam bidang ekonomi dan performa dari produk hasil produksi. Keunggulan dalam bidang ekonomi di antaranya adalah proses manufakturing yang lebih murah, penggunaan bahan mentah yang lebih efisien, peningkatankapasitasproduksi, danhasil produksi yanglebihtahan lama.Sedangkan keunggulan dalam hal performa produk logam paduan hasil produksi antara lain: kekuatan impact dari logamhasil produksi dapat ditingkatkan dengan cara meningkatkan densitas serta dengan mencampur denganlogamlain,tensilestrengthdapat ditingkatkandenganmenggunakan kempaisostatikpanas, danmodulus elastisitas yanglebihbaikdari proses pembentukan logam lain. (Ederer, leslie 1999). Beberapa pengertian harus dipahami sebelum mengawali diskusi mengenai metalurgi serbuk. Pertama, suatu serbuk didefinisikan sebagai pembagiandengansempurnapadatandenganukuranlebihkecil dari 1mm. Pada sebagian besar kasus, serbuk dibentuk dari logam, walaupun dalam banyak kejadian dikombinasikan dengan bentuk material lain seperti keramik dan polimer. Salah satu karakteristik penting dari serbuk adalah rasio relative besar luas permukaan dengan volume. Perilaku yang ditunjukkan partikel adalahpertengahanantarapadat dancair. Serbukakanmengalir di bawah pengaruh gravitasi mengisi cetakan. Pada kompresi dari serbuk logam bersifat irreversibel seperti defomasi plastik.Metalurgi serbuk adalah mempelajari proses pada serbuk logam, termasuk fabrikasi, karakterisasi, dankonversi dari serbuklogammenjadi komponen teknik yang berguna.Urut-urutan proses berhubungan dengan penerapan dari dasar pemanasan, kerja, dan deformasi pada serbuk. Tiga langkah utama pada skema metalurgi serbuk adalah seperti gambar 1.Gambar 1. Aliran Konsep Untuk Metalurgi Serbuk Dari Serbuk Melalui Proses Menjadi Produk Akhir2. Proses Pembentukan pada Metalurgi SerbukAda beberapa cara yang digunakan untuk proses pembentukan pada metalurgi serbuk. Seperti yang telah dijelaskan pada gambar 2.1 yaitu sintering, molding, extrude, forging, rolling, hot pressing. a.sinterigSinteringadalahprosesdimanaserbukyangdipadatkan(atauserbuklogam bebas) dirubahmenjadi padatanyangkoherenpadatempertur dibawahtitik lelehnya. Selama sintering, partikel-partikel serbuk diikat secara bersama-sama oleh difusi dan mekanisme transport atomik lain sehingga menghasilkan kekuatan mekanik tertentu.b.hot pressingHot pressingadalah suatumanifestasi dari densifikasi denganpeningkatan tekanan pada serbuk logam. Hot pressing dapat dilakukan pada dies yang kaku menggunakan penekananuniaksial. Dies biasanya terbuat dari grafit untuk memungkinkanterjadi pemanasaninduksi eksternal.Hot pressingdilakukan dengan pengepresan pada serbuk di dalamcetakan bersamaan dengannya dilakukan pemanasan. Pada umunya proses penekanan dilakukan dengan tekanan 50 MPa. c.forgingForging adalah proses deformasi tingkat tegangan tinggi, khususnya dilakukan pada temperatur yang ditingkatkan dimana material mempunyai kekuatan rendahdanduktilitas yangtinggi.Forgingkonvensional dari material hasil tuangperlubeberapalangkahuntukmerubahsuatutingkat kedalambentuk akhir. Tujuandariforgingadalah mendapatkan tingkatdensitasdari material hasil sintering yang lebih baik hingga mencapai 100%.d.moldingPeralatan yangdigunakanuntukpembentukan padatanadalahsama seperti peralatan yangdigunakan untukinjektion moldingpada polimer. Langkah-langkahinjectionmoldingmelibatkan pemanasan danpenekananpada bahan baku. Keberhasilan memerlukan perhatian pada sejumlah variabel di antaranya kecepatan pengisian cetakan, tekanan maksimum, temperatur campuran, lama waktudi bawahtekanan.injektionmoldingserbukdigunakanpadaproduksi dengan bentuk yang kompleks dan performa yang tinggi.e.extrusionExtrusion sangat sesuai untuk mendapatkan produk hasil yang panjang seperti pipa. Pada proses extrusi material serbukditempatkan ke dalamkontainer dengannozzel berukurantertentu. Serbukdalamkontainer didorongdengan tekanan tertentu melalui nozzel, sehingga menghasilkan produk yang panjang yang memiliki ukuran melintang konstan. Proses ekstrusi adalah pada gambar 2. Gambar 2. Proses Extrusi pada Metalurgi Serbukf.rollingTeknologirollingkonvensional digunakanuntukpemadatansuatumeterial. Prosesini dilakukandenganmelewatkanserbukbebasmelalui duarol yang menghasilkan lembaran awal kemudian lembaran tersebut dilewatkan melalui dapur sinter.pada proses rolling ini, produk yang dihasilkan memiliki keterbatasan geometri.3.Karakteristik SerbukSerbuk dengankarakteristik yang baik mungkin mempunyai biaya awal yanglebihmahal akantetapi padaprosesberikutnyabiayayangdigunakan akanlebihefektif. Padaumunyadasar karakteristikyangdigunakanadalah ukuran, distribusi ukuran, bentuk, luas permukaan spesifik, aliran, karakteristik packing, kemampuankompresi, dan karakterisasi kimia.(Ederer, leslie 1999, 13)a. Besar partikel dan distribusi bartikelInformasi dari besar partikel dari serbuk pada umunya melibatkan penetapan distribusi besar dari serbuk yang berguna untuk menentukan karakteristikpackingserbukseperti menetapkantemperatur danwaktuyang dibutuhkanuntukkonsolidasi akhir. Khususnya, rentangdari besar partikel-partikel digunakan untuk membantu konsolidasipackingpartikel yang dimaksimalkan, sedangbesar-besar partikelyang lebihbaikdigunakanuntuk mengurangi waktudantemperatur yangdibutuhkanuntukakhirkonsolidasi. Ukuran-ukuran dari besar dan distribusi partikel sering dianggap sebagai bulatandanukuranpartikel didefinisikansebagai diameterbulatanekuivalen yangmempunyai sifat-sifat fisikyangsama. Ukuranpartikel aktual hanya merupakan suatu perkiraan relatif pada metode pengujian spesifik.b. Bentuk partikelKemampuanuntukmenggunakanteknik-teknikperekatansangat perlu untukmenentukanbentukdaripartikel. Bentukadalahsifat-sifat relatifyang lebihsulit diukurdansebagiandihilangkanmenjadi suatuparametertunggal untuk pengukuran suatu ukuran. Untuk mengkarakteristikkan, bentuk umumnya diuraikanmenurut kualitatifnya. Prosesfabrikasi serbuknyadapat digunakan untukmemprediksikanbentukdari partikel. Bentukbergantungpadaenergi permukaandari partikel yangdapat divariasikandari komposisi kimiadari lelehan dan energi input dari proses.Bentuk akhir dari partikel dapat dibandingkan seperti pada gambar 3.Gambar 3. Klasifikasi Bentuk Kulitatif Umumc. Aliran partikelKemampuan dari suatu serbuk untuk mengalir adalah sangat penting jika serbukmengisi suatuvolumespesifikdengansuatukecepatan. Unsur-unsur yang mempengaruhi aliran adalah bentuk, besar dan distribusi besar dari partikel serbuk. Unsur-unsur ini mempengaruhi friksi interpartikel sehingga dapat menghambat aliran. Unsur-unsur yang menghilangkan friksi inter-partikel adalah kekasaran, bentuk bulatan yang lebih halus, dan lubrikasi sehingga aliran dapat lebih diperbaiki. d. Packing SerbukKlasifikasi besar dan bentuk dari serbuk digunakan untuk densitas packingjugamenunjukkan densitas nyata. Densitas nyata dinyatakan sebagai berat per satuanvolume dari serbukdalamkeadaanbebas. Densitas nyata merupakan nilai penting karenahal ini berguna untuk mengontrol volume atau berat dari padatanhasil kompaksi. Jikaberat serbukberubahuntukvolume yang tetap, hasilnya adalah perubahan densitas dalam padatan hasil kompaksi yang disebut green density.Salahsatupengaruhdari besar dan bentuk terhadap aliran adalah friksi interpartikel. Jika gesekan ini bertambah, densitas nyata berkurang dalam kaitannya dengan aliran yang lemah melalui partikel-partikel yang berdekatan. Olehkarenaitudensitasnyata bergantung pada keadaan friksi antar partikel. Selain itu densitas nyata juga dipengaruhi oleh jumlah koordinasi packing yaitu jumlah partikel serbuk yang bersentuhan yang didapat dari bulk powder. Jumlah koordinasi lebih besar, Nc, densitas serbuk akan lebih besar. Hubungan antara jumlah koordinasi dengan densitas nyata dinyatakan sebagai berikut( )1]1

ccNN 1Dimana: fraksi densitas dan juga disebut fakor packingNc: jumlah partikel serbuk yang bersentuhanPencampuranserbukdengandistribusi besar berbedadapat menambah fraksi densitas menjadi 0,98 karena partikel-partikel yang lebih kecil mengisi celah-celah dari partikel yang lebih besar, seperti pada gambar 4. Gambar 4. Penambahan Partikel Kecile.Kemampuan kompresi dan rasio kompresiKemampuankompresi adalahukurandari besar dari suatupemadatan serbuk di bawah tekanan. Kompresibilitas sangat dipengaruhi oleh friksi interpartikel dan juga struktur internal dari partikel. Ukuran lain dari kompresibilitas adalah parameter densifikasidensity l theoreticadensity apparent density greenparameter ion densificatParameter densifikasi digunakan untuk menunjukkan fraksi dari kemungkinandensitasterbesaruntukmendapatkandensitasnyata. Parameter ini juga digunakan untuk membandingkan densifikasi dari serbuk-serbuk yang berbeda untuk memberikan green density dan penekanan.Rasio kompresi adalah perbandingan dari densitas nyata dengan densitas awal untukmemberikanpenekanan. Perbandinganini harusdiketahui untuk mendapatkan perencanaan peralatan kompaksi yang baikdensity apparentdensity greenratio n compressio 4. Pencampuran Serbuk Sebelum SinteringTiga jenis struktur hasil sinter, yaitu: kualitas besar partikel campuran, larutan padat, dan komposit, yang mungkin dari pencampuran serbuk. Pertama dipertemukanketikapengepakantinggi densitaspaduandigunakan. Keadaan yang kedua melibatkan homogenisasi pencampuran serbuk oleh proses difusi. Kondisi yang terakhir melibatkan co-sinteringdua fasa yang berbeda. Paduan serbuk yang memiliki komposisi yang sama, tetapi memiliki ukuran yang berbeda, sering kali menghasilkangreen densityyang lebih tinggi. Besar partikel rata-rata bertambah, pengaruh sintering akan menurun. Akibatnya, dua situasi berbeda dapat terjadi.Homogenisasi selama sintering adalah suatu alternatif untuk pembentukan padatan dariprealloyed powder. Keuntungan-keuntungan menggunakan pencampuran powder pengganti prealloyed powder adalah:1. mengurangi perubahan komposisi2. pengurangan pada penekanan3. green density dan kekuatan yang lebih besar4. memungkinkan formasi mikrostruktur yang lebih khusus5. perbaikan densifikasiPencampuran fasa pada sintering memiliki beberapa masalah dan memerlukanwaktudankontrol temperatur untukmemastikanhomogenisasi. Pencampuran fasa pada saat sintering bekerja baik jika partikel dan jarak difusi yang kecil. Jika kecepatan difusi dua komponen berbeda, maka formasi rongga terjadi karena ketidaksamaan difusifitas. Sebagai akibatnya,swellingmungkin terjadi, khususnya jika titik melting sangat berbeda.5. Kompaksia. Fenomenologi kompaksiBinder-assistedprocessmenggunakansifat kemudahanalir dari binder untuk melumasi pada saat proses pembentukan. Meski demikian, partikel-partikel tidak dapat dipadatkan dengan sejumlah pengisi secara bersamaan dari kira-kira tap density. Untuk mendapatkan densitas yang lebih besar diperlukan external pressure. Penambahan tekanan dapat memberikan susunan yang lebih baikdanberperanpadapenguranganporositas denganmemperbaiki kontak antar partikel. Seperti pada gambar 5. Gambar 2.6 Hubungan antara Tekanan dengan Porositas, Banyaknya Kontak, dan Luas Daerah KontakDari grafik dapat dilihat bahwa porositas berkurang dengan bertambahnya jumlah kontak dan luasan kontak antar partikel. Titik kontak mengalami deformasi elastis dan pada semua titik pada siklus kompaksi suatu energi elastis sisa disimpan pada padatan. Penekanan yang sangat besar menambah pemadatan dengan memperluas daerah kontak melalui deformasi plastis. Penekanan mengakibatkan perubahan bentuk yang dilokalisir, memberikan strainhardeningdanmemberikankontakbaruuntukmenyeragamkancelah antara partikel. Skematik dari kompaksi powder pada proses pembentukan logam adalah seperti gambar 6.Gambar 8.Skema Poses Kompaksi pada Pembentukan LogamDaeahkontakinterpartikel berakibat padapenampakanyangmeratadengan bentuk melingkar. Densitas awal dan diameter dari profil lingkaran adalah X maka dapat dihubungkan sebagai berikut( ) [ ]2 / 13 / 20/ 1 D XDimana D adalah diameter partikel dan0adalah densitas awal yang disesuaikan dengan X = 0. Berikutnya kekuatan ikatan bergantung pada jumlah dari pergeseran kontak antar partikel. Tegangan geser maksimum terjadi pada pusat kontakdanterbesar ketika kontakyangterjadi sangat kecil. Selama deformasi,cold welding pada kontak interpartikel berperan dalam membangun kekuatan pada padatan.Pada kompaksi dengan tekanan yang sangat besar (di atas 1 GPa), terjadi deformasi yang sangat besar sehingga menyisakan rongga yang kecil. Pelepasan dari hasil penekanan pada relaksasi dari material dengan pelepasan dari energi elastikyangtersimpandapat dilihat darispringbackdimensional. Relaksasi elasti diperlihatkan dengan kegagalan pamadatan pada fitback dalam die cavity setelahejection. Tingkat darispringbackdiperkirakansamadengantekanan kompaksi.Selama pressurisasi, langkah-langkah densifikasi dapat dituliskan seperti skema di bawah ini:penyusunan kembaliDeformasi elasticDeformasi plastikFragmentasi (getas)strain hardening (ulet)Deformasi akhirSecara teori penyusunan kembali terjadi di bawah tekanan 0,03 MPa. Perubahan karakteristik akibat rearrangement (penyusunan kembali) bergantung terhadapkarakteristikserbuklogam. Pengurangan5sampai 10%porositas dapat diketahui padarearrangement. Padatekanantinggi deformasi plastik utamaterbentukdaridensifikasi untukserbuklogam. Porositasberkurangdi bawah 10% pada taraf plastic flow. Work hardening awal terjadi pada tekanan 50 sampai 100 MPa pada sebagian besar logam. Oleh karena work hardening, penekananpemadatandi atas 90%sulit untukdicapai. Jikakekerasanawal sebukbertambahdankemampuanuntukdikeraskanberkurang, fragmentasi mungkin terjadi. Kesemuanya tersebut tidak dapat dipisahkan dengan sifat-sifat material yang dihubungkan dengan kristalografi, ikatan kimia, friksi, keadaan permukaan untuk menentukan dampak pada kompaksi.Variabel-variabel ekstrinsik seperti ukuran partikel dan bentuk partikel dapat berpengaruh besar pada kompaksi.b. Dasar kompaksiFriksi padadindingdies denganserbukadalahmasalahutama dalam kompaksi serbuk uniaksial. Friksi menyebabkan tekanan yang dilakukan pada serbukmenjadi berkurang. Banyakkarakteristikintrinsikpentingdariserbuk berpengaruh pada hubungan tekanan-kepadatan-kekuatan pada padatan. Hal itu termasuk sifat-sifat material seperti kekerasan, tingkatstrain hardening, friksi padapermukaan, danikatankimiadi antarapartikel. Selainitujugafaktor ekstrinsik seperti ukuran serbuk, bentuk, pelumasan, dan cara pemadatan. Denganmengasumsikan padatan silinder dengandiameter Ddantinggi H seperti ditunjukkan seperti pada gambar 2.8.Gambar 9. Gaya Yang Bekerja pada Proses KompaksiDenganmenganalisisbagianyangpalingtipisadalahdHketikaterjadi gaya penekanan dari luar, tekanan dari atas P dan tekanan yang diteruskan adalah Pb akanberbedaolehgayanormalyangberlawanandengan gayagesek.Secara matematis dapat ditulis sebagai berikutn buF P P A F + ) ( 0Dimana Fnadalah gaya normal, uadalah koefisien gesekan antara serbuk dengan dinding dies, A adalah luas permukaan. Gaya normal dapat ditunjukkan dalambentukpersamaanlaindari tekananyangdilakukandengankonstanta yangsesuaizyangsebenarnyabervariasikepadatan padatan.Faktortersebut mewakili rasio dari tegangan radial dengan tegangan aksial, dengan begituzPDdH Fn Gaya gesek dapat diperhitungkan dari gaya normal dan koefisien gesek u sebagai uzPDdH Ff Penggabungan persamaan memberikan perbedaan tekanan antara atas dan bawah dari elemen serbuk dP sebagaiuzPdH A F P P dPf h4 / Pengitegrasian dari persamaan di atas terhadap tinggi dari padatan menunjukkan tekanan pada setiap posisi x sebagai berikut( ) D uzx P Px/ 4 exp Persamaantersebut dapat digunakanpadapenekanandari satuarah(single action pressing). Untuk penekanan dari dua arah (double action pressing) akan mempunyai bentukpenekanandari punchatasdanbawahsecarabersamaan. Untukkasusdoubleactionpressing, persamaandi atastidakberlaku, tetapi jarakxsekarangadalahjaeakterdekat dari puch. Hasilnyaadalahdistribusi penekanan pada padatan. Pada kedua kasus tersebut, kehilangan tekanan tergantung pada perbandingan tinggi padatan dengan diameter, dengan pengurangandiameter, pengurangantekananlebihcepat dengankedalaman. Oleh karena itu, untuk kompaksi homogen, perbandingan tinggi dengan diameter sangat diinginkan. Single-endedcompactionterbataspadageometri yang sederhana.Untuksingle-ended compaction, tegangan kompaksi rata-rata dapat diperkirakan dengan persamaan( ) [ ] D H uz P / 2 1 danuntukdouble endedcompaction, teganganrata-rata dapat diperkirakan dengan persamaan( ) [ ] D H uz P / 1 Tegangan rata-rata bergantung pada kedua geometri (H/D), distribusi penekananaksial keradial(z), dan friksi pada dinding dies. Puncak rata-rata tinggi dicapai pada pemadatan singkat dengan diameter yang besar dan pelumasanpadadindingdies. Friksipadadindingdiesmenurunkanefisiensi dari kompaksi sehinggapadatanmempunyai kepadatanyangtidakhomogen karena ketingian kepadatanawal bergantungpada tekananyangdilakukan. Selain itu ukuran spesifik dan bentuk dari padatan dapat mempengaruhi distribusi dari kepadatan. Untuk beberapa aplikasi melibatkan beberapa bagian proses yang panjang. Selain itu beberapa teknologi seperti kompaksi isostatik dingin mempunyai perkembangan untuk menghindari masalah gesekan.Perbandingan antara tingi dan diameter penting untuk mendapatkan sifat-sifat padatan yang seragam. Pada umumnya ketika perbandingan antara tinggi dan diameter melebihi dies kompaksi akan gagal. Perbandingan uzH/D adalah ukuran yang sangat sensitif dari operasi pengepresan. Hasil penekanan terbaik diperoleh ketika perbandingan tinggi (H) dan diamter (D) sangat kecil. Bertambanhnya perbandingan, gradien kepadatan bertambah dan densitas padatan menyeluruh bertambahc. Binder dan pelumasPada proses kompaksi dari metalurgi serbuk sangat bergantung pada kemampuan alir. Kemampuan alir dari serbuk digambarkan sebagai waktu yang diperlukan dari jumlah spesifik dari serbuk untuk mengalir melalui die cavity. Padaserbukalumuniummemiliki kemampuanalir yangkurangbagus jugasifatyangsangatpekaterhadapadanyabahan tambahan non-metalik di dalam serbuk permulaan. Oleh sebab itu, pemilihan binder yang tidak berpengaruhterhadaphasil akhir adalahsangarsulit padapenerapamproses manufaktur. Binder adalah campuran termoplastik dari waxes, polimer, minyak, pelumas, dansurfaktan. Binder tersusundari 70%parafinwaxdan30% propilen. Polimer memberikan karakteristik aliran viskos pada campuran untuk membantu pembentukan, pengisian cetakan, dan keseragaman packing. Binder akanhabisterbakarpadasuhudibawah4500Cuntukmenghindari bereaksi dari dekomposisi atau sisa produk dengan matrik aluminium.Untuk kompaksi dari serbuk menggunakan teknik metalurgi serbuk (P/M), pelumasanjugadiperlukanuntukmeringankankompaksi dari serbuk danejeksi dari fabrikasi part. Persyaratan-persyaratanuntukpelumasanjuga sama dengan persyaratan pada binder, pelumas tidak akan berpengaruh terhadap sifat-sifat akhir dari material.Wax sintetik amida, sepertiethylene-bis-stearamidesering digunakan sebagai pelumasdari untukkompaksi alumuniumdansintering. Delubrikasi dari padatan serbuk alumunium dalam udara lembam pada suhu di bawah 450 0Cbergantungpadaudaradelubrikasi, material, ukuranpart, dangeometri. Lamanya delubrikasi dapat bervariasi dari 10 menit sampai 2 jam, lebih spesifik antara 20 menit sampai 90 menit. (www.patentstorm.us)2.4.4 Kompaksi konvensionalKompaksi serbuk uniaksial konvensional dilakukan dengan memberikan penekanan sepanang satu sumbu menggunakan tool yang sangat keras. Pergerakan dari perlengkapan tool selama penekanan seperti diperlihatkan pada gambar 8.Gambar 8. Pergerakan Tool Selama Siklus KompaksiDiesmenyediakancavityuntukserbukyangditekandanmemberikanbatas secara lateral pada serbuk. Posisi lower punch pada saat serbuk dimasukkan ke dalam dies disebut fill posisi atau packing. Serbuk dimasukkan ke dalam dies menggunakan suatu external feed shoe dan banyak variasi pada proses packing denganvariasiberat dalampenekanan part.Packingmembedakan dari posisi lower punch selama pressurisasi untuk mendapatkan penekanan yang tepat pada pusat dies. Posisilower punchdapat berubah selamapackinguntuk mempermudah penyeragaman penempatanserbuk pada cavity.Jenis pressurization yang dilakukan pada powder selama proses kompaksi dapat mempengaruhi pemadatan. Tekanan yang dialirkan dari satu arah menyebabkan pembesaran densitas danproperty gradients, khususnya jika terjadi pembesaran perbandingan diameter. Dowble-acting pressurization memberikan keseragaman tegangan yang lebih baik. Penekanan pada perbandingan diameter yang lebih kecil cukup menggunakan single-ended compaction. 6. Proses Sinteringa. Keadaan-keadaan dalam sinteringSinteringmerupakanprosespemanasanserbukdengancaradipadatkan padatemperatur dibawahtitiklelehnyauntukbeberapalamadengantujuan untuk mendapatkan tingkat densifikasi produk yang lebih tinggi. Peningkatan ini dimungkinkan dengan adanya peristiwa perpindahan massa dari butiran ke daerah pori-pori yang masih tersisa. Selama prosessinteringberlangsung, sejalan dengan pengurangan pori-pori ini, pada produk sinter terjadi penyusutan. Sintering pada dasarnya adalah pengikatan antar partikel oleh gaya atomik. Gaya sintering cenderung berkurang dengan bertambahnya temperatur, tetapipenghalangpada proses sintering seperti kontak permukaan yang tidak penuh, adanya lapisan pada permukaan partikel, dan sifat plastis yang rendah, lebih cepat berkuramg dengan bertambahnya temperatur. Peningkatan temperatur ini canderung memperbaiki proses sintering. Waktu pemanasan yang lama atau meningkatkan temperatur akan meningkatkan ikatan antar partikel dan menghasilkan kekuatan tarik yang lebih baik.Selama sintering, material mengalami tiga tahapan, yaitu:1. sintering tahap awalPada tahap ini ditandai dengan pertumbuhan yang sangat cepat dari neck interpartikel. Sinteringpadatahapawal ini dapat digambarkanseperti pada gambar 2.10 dimana R adalah jari-jari partikelGambar 9. Sintering pada Tahap Awal Perubahan dimensional digunakan untuk mengikuti proses sintering karena perubahan dimensional menghilangkan pengukuran ukuran neck individu.Shrinkagedipandang dalamdua cara padapowder metallurgy. Banyak proses manufaktur komponen yang membutuhkan kepresisian berusaha untuk menghilangkan shrinkage selama sintering. Apabilashrinkagedapat dihindari maka dimensi hasil penekanan dengan cara kompaksi dapat dilakukan dengan tingkat kepresisian yang baik.Terjadinyashrinkagemenunjukkan suatu pembesarantoolingyang memberikan bagian akhirsinteringke dalambatasan-batasan yang dapat diterima. Hal ini dapat menjadi sulit apabilagradiendensitas padapowder kompaksi berubah dalam shrinkage yang berbedaselama sintering. Akibarnya pada temperatur tinggi terjadiwarpage. Karena itu, penyinteran dalam waktu yangpendekdikombinasikandengansinteringpadatemperatur rendahdan penekanan kompaksi yang tinggi untuk meminimalkan perubahan dimensi.2. sintering tahap antaraSinteringtingkat antara sangat penting untuk menentukan sifat-sifat pemadatanpada sintering.Tingkatan ini dikarakteristikan dengan pembulatan rongga, densifikasi dan pertumbuhan butir. Sketsa tahap antara adalah ditunjukkam pada gambar 2.11Gambar 10. Sketsa Sintering Tahap AntaraGeometrisinteringdiasumsikan sebagai penempatan rongga silinder pada pemisah butir. Densifikasi pada tingkat antara dicapai oleh difusi volume dan batas butir. Penempatanronggapadabatas butir lenyaplebihcepat dari isolasi rongga. Surface transport aktif selama sintering tingkat antara seperti ditunjukkan oleh pembulatan rongga dan migrasi rongga dengan batas butir selama pertumbuhan butir. Bagaimanapun, prosessurface transporttidak mendukung pada densifikasi dan shrinkage.Waktusinteringyang lama diperlukan untuk perubahan sifat yang signifikandanperubahandensitas. Kecepatandifusi, pertumbuhanbutir, dan pergerakan rongga yang merupakan proses yang berhubungan dengan aktivitas termal dan pada banyak material hal-hal tersebut berpengaruh pada morfologi spesifik.(ukuran butir, ukuran rongga, dan jarak antar rongga). Ketika berubah secara kontinyu, temperatur mempunyai pengaruh yang kompleks pada proses sintering.3. sintering tahap akhirSinteringtahap akhir merupakan proses yang sangat lambat dimana terjadi pengisolasian, rongga spherical menyusut oleh suatu mekanisme bulk difusion.Rongga-ronggamenjadi terisolasi pada sudut-sudut butir pada sintering tingkat akhir. Untuk penempatan rongga pada batas butir, kesetimbangan antara energi batas butir dan energisolid-vaporpermukaan dapat menyebabkan terbentuknyaalur yangdisebut sudut dihedral. Ronggaspherical diharapkan lepas setelah terjadi batas butir. Kemudian, rongga harus mendifusi kekosongan pada batas butir yang jauh untuk melanjutkan penyusutan dimana proses terjadi sangatlambat. Jugadenganpemanasan yang diperpanjang.Pengasaran ronga akan menyebabkan ukuran pori rata-rata bertambah sehingga terjadi pengurangan jumlah rongga. Jika pada rongga terdapat gas yang terperangkap, maka daya larut gas pada matriks akan berpengaruh pada kecepatan eliminasi rongga. Gambaran sintering tahap akhir adalah ditunjukkan pada gambar 2.12Gambar 2.12 Sketsa Tahap AkhirKetidakstabilan terjadi pada porositas kira-kira 8%. Pori-pori yang dihasilkan diharapkan menjadi spherical melalui proses surface transport, dengan jari-jari akhir sebesar 1,88r. (German, Randal M 1994,250).Ikatan antarpartikel pada sintering dipengaruhi oleh lapisan permukaan pada partikel sehingga formasi permukaan dari partikel yang tidak diinginkan seperti oksida harus dihilangkan. Hal ini dapat dipenuhi dengan menggunakan controlled atmosphere protectiv. Selain itu juga berfungsi untuk menghilangkan setiap lapisan di permukaan partikel serbuk sebelumpencampuran atau pemadatan. Udara terlindung tidak akan berisi sejumlah oksigen bebas dan akan menjadi netral atau menghilang pada logam yang disinter.b. Gaya pemicu dan mekanisme transportGaya pemicu yang sangat penting dikaitkan dengan prinsip termodinamika. Kemampuanuntukterjadi proses sinteringbergantungpada perubahan energi bebas, F. Perubahan energi bebas termodinamika berhubungan dengan reaksi kimia yang digambarkan sebagai perubahan kimia volume energi bebas,Fc.massa hasil sintering mengalami perubahan dalam hal penyusutan luas permukaan. Pengurangan kontribusi dari permukaan disebut Fs dalam persamaan energi bebas adalah F = Fc + Fs menghasilkan dalam energi bebas total yang lebih rendah yang merupakan gaya pemicu untuk proses ini. Oleh karena itu, jumlah luas permukaan yang lebih besar pada massa awal memperbesar gaya pemicu dalamproses sintering. Selama sintering, aktivitasdariserbukbergantung padaenergi bebasyangada,luasarea yang tidak terlindung, dan jumlah dari kekosongan kisi atau cacat. Dua mekanisme transport yang terjadi dalam reaksi dengan aktivitas dari serbuk yaitu surface transportdanbulktransportsebagaimandiperlihatkandalamgambar 2.13. (Ederer, leslie 1999, 30)Gambar 12.Surface Transport dan Bulk Transport1. Mekanisme surface transportMekanisme transfer permukaan adalah langkah-langkah awal yang mendominasi dari pertumbuhanneckyang berkaitan dengan peningkatan gradienkelengkungandarineckinter-partikel yangberdekatan. Mekanisme surface transport ini adalah evaporasi-kondensasi, difusi permukaan, dan difusi volume. Evaporasi-kondensasi dan difusi permukaan adalah hasil dari tekanan udara yang lebih besar dan tegangan permukaan yang lebih rendah pada permukaan convexdari luas neck concave. Hal ini menimbulkan gaya pemicu untuk aliran massa kedalam daerah neck. Pada awalnya, berhubungan dengan peningkatan gradien kelengkungan dan besar luas permukaan yang ada, evaporasi-kondensasi dan difusi permukaan adalah mekanisme transfer permukaanyangutama. Difusi volumebergantungpadabesar gradiendari kekosongan-kekosongan yang didapat di dalamdaerah neck. Konsentrasi bertambah dengan bertambahnya tegangan permukaan dan kecekungan lengkungan. Bagaimanapun, karena transfer permukaan olehdifusi volume terjadi karena pergerakan atom-atom dari sumber permukaan menuju pemasukkan permukaan melalui struktur geometri padatan, hal ini adalah pentingpalingsedikit dari mekanismesurfacetransport.Surface transport mendukung terjadinya necking.2. Mekanisme bulk transportBulk transportterjadi pada keadaan selanjutnya dari sintering yang berkaitan dengan besarnya tegangan permukaan pada perekatan neck. Langkah-langkahdaritransportyangmeningkatkan pertumbuhan neckdan penyusutan ronggayangmerupakanaliranplastis, difusi pertumbuhanbutir danvolume ataudifusi kisi. Karenadeformasi plastis terjadi akibat bebankonstandan peningkatan temperatur, pergerakan secara perlahan terjadi. Proses pergerakan yangterjadi adalah pemasukandanpeningkatan dari tepi dislokasi selama pemanasan. Oleh karena itu, aliran plastis tidak sangat berarti dengan pengaruh ini yangdibatasi denganperiodepemanasan. Untukpemberiantemperatur, difusi batas butir umunya lebih besar dari pada difusi volume. Hal ini berhubungan dengan volume batas butir lebih kecil dengan respek pada volume geometri dan energi aktivasi yang lebih rendah dari mekanisme difusibatas butir. Denganbertambahnyatemperatur, perbedaanantaradifusi volumedandifusi batasbutir berkurang. Padakeadaansintering selanjutnya, untuk setiap difusi batas butir terjadi, atom-atom harus bergerak melalui kisi dan volume difusi menjadi pengontrolan kecepatan. Cara-cara yang umum dari pergerakan otomik dari difusi volume adalah dengan vacancy exchange. Besarnya transport atom-atom ke dalam kekosongan diukur dengan tingkat difusi yaitu

,_

RTQD D exp0.(2.12)Dimana D0: ketetapan materialQ: energi aktivasiR: kontanta gasT: temperaturDifusi batas butir efektif selama pertumbuhan butir menyebabkanronggaterpojok. Hal ini membuatdensifikasi penuh menjadi sulit karena rongga harus menyebar kekosongan pada batas butir yang berjauhan. Bagaimanapun tidak seperti mekanisme surface transport, mekanismebulk transportmenghasilkan perubahan dimensional. (Ederer, leslie 1999)c. Variabel-variabel sinteringFaktor-faktor yang mempengaruhi efisiensi sintering adalah besar partikel, bentuk, struktur, dan komposisi seperti green density, temperatur, dan waktu. Pengurangan besar partikel menghasilkan dalam penambahan sintering. Hal ini berhubungan dengan peningkatan perbandingan luas permukaan dengan volume yang menghasilkan gaya pemicu yang lebih besar. Bentuk menghasilkan penambahan luas permukaan juga menambah kecepatan sintering. Kekasaran permukaan akan memperbesar luas kontak. Struktur butir dari serbuk-serbukkristalinmempunyai pengaruhyangsangat berarti pada sintering. Kecenderungan dalam struktur polikristalin adalah kepada besar butir yang sangat kecil untuk memperbaiki sifat mekanik seperti kekuatan tarik dan kestabilan dimensi. Struktur butir akhir memperbaiki pengaruh transport material yangpadagilirannyamemungkinkankelajuanyanglebihbesardari sintering. Setelah sintering, besar butir cenderung menyisakan kecil meskipun pertumbuhan butir selama sintering mungkin terjadi. Biasanya besar butir akhir bergantungpadabesaar butir awal. Besar butir awal yanglebihkecil dari partikel serbuk menghasilkan besar butir akhir yang lebih lembut.Struktur dari serbuk yang disinter cenderung stabil, karena gaya penggerak yang utama untuk rekristalisasi tidak muncul dalam serbuk. Struktur dengansejumlahbesar cacat, seperti dislokasi, meningkatkanproses difusi. Komposisi partikel seperti oksidasi permukaan menghilangkan energi permukaan dan bertindak sebagai penghalang dalammekanismesurface transport. Fasa terdispersi meningkatkansinteringdengan menambah kekosongan-kekosongan yang ada dan dengan menghilangkan pergerakan butir dengan membatasi pertumbuhan butir.Jikagreendensityawal besar, perubahandensitasakhirdankarenaitu shrinkagesetelahsinteringmenjadi kecil.Green densityyang besar juga menghasilkan sifat akhir yang lebih baik. Penambahangreen density mempunyai pengaruh yang sama seperti penambahan luas kontak. Cara-cara ini meningkatkan kecepatan dari sintering, mengurangi waktu sintering atau temperatur dan hal ini dapat mengurangi biaya produksi.6. Efek Kompaksi pada SinteringDalambeberapa peristiwa, tekanankompaksi diterapkanpadapowder sebelumsintering.Tetapi padaloose powder, terjadi ketika struktur porositas besar dicapai, seperti untuk filter, atau ketika struktur awal dibentuk menggunakan teknik binder-assisted seperti injection molding. Penekanan pada powder sebelum sintering mereduksi porositas pada saat penambahan dislokasi pada powder. Karena porositas yang lebih renda, shrinkage terjadi lebih sedikit selama sintering. Densitas dislokasi yang lebih besar membantu pada kecepatan sintering yang lebih cepat saat awal. Oleh karena itu, kompaksi meningkatkan kekuatan, densitas, dan kontrol dimensi.Ukuranneckyangtersintermenentukansifat-sifat seperti kekuatandan duktilitas. Dengan demikian, tekanan kompaksi yang lebih besar secara umum diinginkan. Penambahan tekanan kompaksi memberikan kontrol dimensi yang lebih baik, proses penyusutan sintering yang lebih sedikit, dan sifat-sifat akhir yang lebih baik.Kontrol dimensi selamasinteringmerupakansalahsatuhal yangharus diperhatikan selama fabrikasi suatu komponen. Pada saat proses sintering ukuranpart danukurandie kompaksi harus sama. Pada saat-saat tertentu, keseragamanshrinkagediinginkan pada prediksi sederhana dari perubahan dimensi dan bentuk akhir part. Shrinkage selama variasi sintering berkebalikan dengangreen density. Untuk alasan ini, gradien densitas dapat menjadi kesulitan karena ketidakseragaman penyusutan. Seperti ditunjukkan gambar di bawah ini pada gambar 2.14. Gambar 14. Shrinkage Setelah Sintering Seringkali shrinkageterjadi sebanyak16%padaproses sinteringdan distorsi terjadi sangat sedikit.Beberapa produk hanya dapat dibuat melalui proses serbuk, produk lainnya mampu bersaing dengan proses lainnya karena ketepatan ukuran sehingga tidak diperlukan penyeleseian lebih lanjut. Ini merupakan salah satu keunggulandariprosesserbuk metalurgiserbukdibandingkan denganproses lainnya. keuntungan dan keterbatasan metalurgi serbuk, metalurgi serbuk dapat menghasilkan produk yang lebih baik dan lebih ekonomis.Dibawah ini diterangkan keuntungan dan keterbatasan metalurgi serbuk.Proses ini dapat menghasilkan karbida sinter, bantalan poros dan produk bimetal yang terdiri dari lapisan serbuk logam yang berbeda. Proses ini dapat menghasilkan produk dengan porositas yang terkendali. Proses ini dapat menghasilkanbagianyangkecil dengantoleransi yangketat danpermukaan yang halus dalam jumlah yang banyak dan mampu bersaing dengan permesinan. Serbuk yang murni menghasilkan produk yang murni pula.Proses ini sangat ekonomis karena tidak ada bahan yangterbuang selama proses produksi. Tidak diperlukan keahlian khusus untuk menjalankan mesin pres dan mesin-mesin lainnya. keterbatasan metalurgi serbuk antara lain; serbuk logam mahal dan terkadang sulit penyimpanannya karena mudah terkontaminasi, alat peralatan mahal.Bahan yang digunakan dalam pembuatan bushing ini adalah aluminium serbuk. Kemudian dilakukan kompresi dengan mechanism seperti pada Gambar 8. Pada prosespembuatanbushing, kompaksi tekananyangdibutuhkanadalah5400 Kg.. Variasi suhu pressing T (suhu ruang) 100 C, 200 C, 300 C, pemanasan danpengepresanmenggunakan alat cetakan hot pressingmetalurgi serbuk. Dimensi ukuran bussing yang akan dibuat adalah diameter luar D2= 14 mm, diameter dalam D1= 8 mm, dan tinggi (h) = 9 mm.Peralatan hot pressing yang digunakan seperti pada Gambar 15. Cetakan terbuat dari bahan baja dengan diberi pemanasan sekelilingnya. Pres dilakukan setelah temperatur tercapai sesuai denhgan yang diinginkan.Gambar 15. Cetakan Hot Pressing Metalurgi SerbukSetelah proses kompaksi specimen dilakukan proses sinter muffle furnance, dengan temperatur 450 0C selama 60 menit. Setelah proses sintering selesai, specimendikeluarkandari dalamdapur denganpendinginanudara. Pengujian sifat fisik meliputi struktur mikro dan berat jenis.sedang sifat mekanis meliputi pengujian kekerasan metode Rockwell A, dan keausan mengunakan mesin ogoshi high speed univaersal wear testing machine.Produk hot pressing yang dihasilkan berupa bushing seperti pada Gambar 16, bushing dapat digunakan sebagai bahan bantalan luncur pada elemen mesin.Gambar 16. Bushing Hasil PengepresanPEMBUATAN BUSHING DENGAN CARA METALURGI SERBUKDiajukan Guna Melengkapi Tugas Mata Kuliah Metalurgi SerbukOleh Kumaranata Kusumaning AsmaraNIM 081910101010PROGRAM STUDI STRATA 1 JURUSAN TEKNIK MESINFAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS JEMBER2011