KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-

Nya sehingga saya bisa menyelesaikan makalah ini. Makalah ini disusun dalam rangka

memenuhi tugas mata kuliah Proses Manufaktur pada Semester Genap Tahun Ajaran

2015/2016.

Proses penyusunan makalah ini tidak lepas dari bantuan, bimbingan, masukan, dan

dukungan dari berbagai pihak. Oleh karena itu pada kesempatan ini, saya mengucapkan

banyak terima kasih kepada semua pihak yang telah turut membantu dalam penyusunan

makalah ini.

Saya menyadari sepenuhnya bahwa makalah ini masih jauh dari sempurna. Oleh

karena itu dengan segala kerendahan hati, segala kritik dan saran yang membangun sangat

saya harapkan demi menyempurnakan makalah ini.

Semoga makalah ini dapat memberikan suatu manfaat bagi pembaca serta dapat

memenuhi kriteria tugas sehingga bisa bernilai baik.

Jakarta, 20 Oktober 2015

Silvester Mario Chaves

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Perkembangan zaman yang berpengaruh terhadap setiap aspek termasuk teknologi

seperti pada bidang industri rupanya semakin memacu industri kecil maupun besar untuk

mulai merintis atau bahkan sudah melebarkan sayapnya ke seluruh penjuru di dunia, tak

terkecuali di Indonesia. Dalam usahanya, industri kecil maupun besar terus berupaya untuk

menciptakan karya – karya baru dengan tingkat kerumitan, biaya, serta daya guna yang bisa

jadi semakin melambung dan juga bisa jadi semakin ekonomis. Namun rupanya, pemanfaatan

setiap sumber daya yang ada tidak begitu sempurna atau dirasa masih kurang, sehingga

banyak logam bekas yang terbuang.

Proses metalurgi serbuk relatif lebih baru dan memiliki beberapa kelebihan

dibandingkan dengan proses pengecoran logam. Namun demikian, proses ini tidak bisa

menggantikan sepenuhnya fungsi proses pengecoran karena masing – masing proses tentu

memiliki kelebihan dan kekurangan. Kelebihan proses metalurgi serbuk diantaranya adalah

efisiensi bahan tinggi, dapat membuat paduan dari bahan yang perbedaan densitas dan

temperatur leburnya cukup tinggi, porositas dan homogenitas produk terkontrol, mudah

mengatur komposisi paduan. Kekurangan proses metalurgi serbuk diantaranya adalah

keterbatasan bentuk dan ukuran benda yang dapat dibuat. Bagaimana mendapatkan serbuk

untuk bahan baku merupakan salah satu masalah yang mendasar yang harus dipecahkan. Jika

serbuk bahan sudah diperoleh, bagaimana langkah – langkah proses pengerjaannya, berapa

tekanan yang harus diberikan agar dapat menghasilkan produk yang cukup kuat, berapa

temperatur dan waktu sintering yang harus diberikan agar diperoleh ikatan atom yang

dianggap cukup kuat serta bagaimana pertimbangan desain benda kerja yang bisa diproses

dengan metalurgi serbuk. Tentu hal – hal tersebut berbeda disetiap bahannya. Pertanyaan –

pertanyaan itulah yang kemudian memberikan alasan perlunya pengetahuan mengenai proses

metalurgi serbuk.

1.2 Rumusan Masalah

Rumusan masalah yang akan dibahas dalam makalah ini adalah :

1. Apa yang dimaksud dengan metalurgi serbuk ?

2. Bagaimana langkah – langkah pembuatan metalurgi serbuk ?

3. Apa saja kelebihan dan kekurangan metalurgi serbuk ?

4. Bagaimana pertimbangan dalam desain metalurgi serbuk ?

1.3 Tujuan Penulisan

Adapun tujuan dari penulisan makalah ini adalah sebagai berikut :

1. Mengetahui pengertian metalurgi serbuk.

2. Mengetahui langkah – langkah pembuatan metalurgi serbuk.

3. Mengetahui kelebihan dan kekurangan metalurgi serbuk.

4. Mengetahui pertimbangan dalam desain metalurgi serbuk.

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Pengertian Metalurgi Serbuk

Proses produksi logam dengan metalurgi serbuk sudah cukup dikenal sekitar abad ke-

18. Awalnya metalurgi serbuk paling banyak memproduksi sebatas emas dan perak, karena

logam ini memiliki sifat komersial yang tinggi dan membutuhkan waktu yang paling lama

dalam proses pengerjaannya. Hingga sekitar tahun 1870 ketika mesin pres mulai digunakan,

metalurgi serbuk mulai memproses bahan – bahan logam lain.

Metalurgi serbuk merupakan proses pembentukan benda kerja komersial dari logam

dimana logam dihancurkan dahulu sampai berupa tepung, kemudian ditekan di dalam cetakan

(mold) dan dipanaskan dibawah temperatur leleh serbuk sehingga terbentuk benda kerja.

Sehingga partikel – partikel logam memadu karena mekanisme transportasi massa akibat

difusi atom antar permukaan partikel. Metode metalurgi serbuk memberikan kontrol yang

teliti terhadap komposisi dan penggunaan campuran yang tidak dapat difabrikasi dengan

proses lain. Sebagai ukuran ditentukan oleh cetakan dan penyelesaian akhir.

Produk hasil metalurgi serbuk dapat terdiri dari produk campuran serbuk berbagai

logam atau dapat pula terdiri dari campuran bahan bukan logam untuk meningkatkan ikatan

partikel dan mutu benda jadi secara keseluruhan. Kobalt atau jenis logam lainnya diperlukan

untuk mengikat partikel tungsten, sedang grafit ditambahkan pada serbuk logam bantalan

untuk meningkatkan kualitas bantalan.

Gambar 2.1 Pres Tekan yang digunakan sekitar tahun 1870

 

2.2 Langkah – langkah pembuatan metalurgi serbuk

Langkah-langkah yang harus dilalui pada metalurgi serbuk, antara lain:

1. Persiapan dan Pembuatan Serbuk

2. Pencampuran (mixing)

3. Penekanan (compaction)

4. Pemanasan (sintering)

Gambar 2.2 Skema Proses Metalurgi Serbuk

2.2.1 Persiapan dan Pembuatan Serbuk

Persiapan serbuk dilakukan dengan dua cara yaitu:

1. Serbuk paduan

Serbuk yang dihasilkan melalui pencampuran logam murni tidak akan mempunyai sifat yang

sama dengan serbuk paduan. Serbuk paduan lebih disukai karena lebih mudah dibuat dan hanya dengan

tekanan yang lebih rendah. Serbuk paduan yang dipadu selama proses pencairan menghasilkan sifat

produk yang hampir sama dengan paduan padatnya. Serbuk logam paduan bersifat tahan

korosi, kekuatan tinggi atau daya tahan terhadap suhu tinggi.

2. Serbuk berlapis

Serbuk logam dapat dilapisi dengan unsur tertentu, melalui cara mengalirkan gas

pembawa setiap partikel terlarut dengan rata sehingga menghasilkan produk yang bila

disinter akan mengikuti karakteristik tertentu dari sifat bahan pelapisnya. Hal ini

memungkinkan penggunaan serbuk murah dengan pengikat bahan aktif pada bagian

luarnya. Produk yang dibuat dari serbuk berlapis yang telah disinter, jauh lebih homogen

daripada produk yang dihasilkan dengan cara pencampuran.

Ada beberapa cara dalam pembuatan serbuk antara lain:

1. Decomposition, terjadi pada material yang berisikan elemen logam. Material akan

menguraikan/memisahkan elemen – elemennya jika dipanaskan pada temperatur yang

cukup tinggi. Proses ini melibatkan dua reaktan, yaitu senyawa metal dan reducing agent.

Kedua reaktan mungkin berwujud solid, liquid, atau gas.

2. Atomization of Liquid Metals, material cair dapat dijadikan powder (serbuk) dengan cara

menuangkan material cair dilewatan pada nozzel yang dialiri air bertekanan, sehingga

terbentuk butiran kecil-kecil.

3. Electrolytic Deposition, pembuatan serbuk dengan cara proses elektrolisis yang biasanya

menghasilkan serbuk yang sangat reaktif dan brittle. Untuk itu material hasil electrolytic

deposition perlu diberikan perlakuan annealing khusus. Bentuk butiran yang dihasilkan

oleh electolitic deposits berbentuk dendritik.

4. Mechanical Processing of Solid Materials, pembuatan serbuk dengan cara

menghancurkan material dengan ball milling. Material yang dibuat dengan mechanical

processing harus material yang mudah retak seperti logam murni, bismuth, antimony,

paduan logam yang relative keras dan britlle, dan keramik. Dari sekian proses pembuatan

serbuk, proses yang banyak dipakai adalah proses atomisasi.

2.2.2 Pencampuran (mixing)

Pencampuran serbuk dapat dilakukan dengan mencampurkan logam yang berbeda dan

material-material lain untuk memberikan sifat fisik dan mekanik yang lebih baik. Ada 2

macam pencampuran, yaitu:

1. Wet Mixing, yaitu proses pencampuaran dimana serbuk matrik dan filler dicampur

terlebih dahulu dengan pelarut polar. Metode ini dipakai apabila material (matrik dan

filler) yang digunakan mudah mengalami oksidasi. Tujuan pemberian pelarut adalah

untuk mempermudah proses pencampuaran material yang digunakan dan untuk melapisi

permukaan material supaya tidak berhubungan dengan udara luar sehingga mencegah

terjadinya oksidasi pada material yang digunakan.

2. Dry Mixing, yaitu proses pencampuran yang dilakukan tanpa menggunakan pelarut untuk

membantu melarutkan dan dilakukan di udara luar. Metode ini dipakai apabila material

yang digunakan tidak mudah mengalami oksidasi.

Faktor penentu kehomogenan distribusi partikel, diantaranya adalah kecepatan

pencampuran, lamanya waktu pencampuran, ukuran dan jenis partikel, temperatur serta

media pencampuran. Semakin besar kecepatan pencampuran, semakin lama waktu

pencampuran, dan semakin kecil ukuran partikel yang dicampur, maka distribusi partikel

semakin homogen. Kehomogenan campuran sangat berpengaruh pada proses penekanan

(kompaksi), karena gaya tekan yang diberikan pada saat kompaksi akan terdistribusi secara

merata sehingga kualitas ikatan antar partikel semakin baik.

2.2.3 Penekanan (compaction)

Kompaksi merupakan proses pemadatan serbuk menjadi bentuk yang diinginkan

sesuai cetakan. Ada 2 macam metode kompaksi, yaitu:

1. Cold compressing, yaitu penekanan dengan temperatur ruang dengan 100-900 Mpa untuk

menghasilkan green body. Metode ini dipakai apabila bahan yang digunakan mudah

teroksidasi, seperti Al. Proses cold pressing terdiri dari :

a. Die Pressing, yaitu penekanan yang dilakukan pada cetakan yang berisi serbuk

b. Cold isotactic pressing, yaitu penekanan pada serbuk pada temperature kamar yang

memiliki tekanan yang sama dari setiap arah.

c. Rolling, yaitu penekanan pada serbuk metal dengan memakai rolling mill.

Gambar 2.3 Die Pressing

2. Hot compressing, yaitu penekanan dengan temperatur di atas temperatur kamar. Metode

ini dipakai apabila material yang digunakan tidak mudah teroksidasi.

Penekanan terhadap serbuk dilakukan agar serbuk dapat menempel satu sama lain

sebelum ditingkatkan ikatannya dengan proses sintering. Dalam proses pembuatan suatu

paduan dengan metode metalurgi serbuk, terikatnya serbuk sebagai akibat adanya

interlocking antar permukaan, interaksi adesi-kohesi, dan difusi antar permukaan yang dapat

terjadi pada saat proses sintering. Bentuk benda yang dikeluarkan dari pressing, disebut

bahan kompak mentah, telah menyerupai produk akhir akan tetapi kekuatannya masih

rendah. Kekuatan akhir bahan diperoleh setelah proses sintering.

Untuk menghindari terjadinya perbedaan kerapatan, maka pada saat pressing

digunakan lubricant/pelumas yang bertujuan untuk mengurangi gesekan antara partikel dan

dinding cetakan. Dalam penggunaan lubricant/bahan pelumas, dipilih bahan pelumas yang

tidak reaktif terhadap campuran serbuk dan yang memiliki titik leleh rendah sehingga pada

proses sintering tingkat awal lubricant dapat menguap.

Tekait dengan pemberian lubricant pada proses kompaksi, maka terdapat 2 metode

kompaksi, yaitu:

1. Die-wall compressing → penekanan dengan memberikan lubricant pada dinding cetakan.

2. Internal lubricant compressing → penekanan dengan mencampurkan lubricant pada

material yang akan ditekan.

Pada proses kompaksi ada 3 kemungkinan model ikatan yang disebabkan oleh gaya

vanderwals:

1. Pola ikatan bola-bola. Terjadi bila besarnya gaya tekan yang diberikan lebih kecil dari

yield strength (ys) matrik dan filler sehingga serbuk tidak mengalami perubahan bentuk

secara permanen atau mengalami deformasi elasti baik pada matrik maupun filler

sehingga serbuk tetap berbentuk bola.

2. Pola ikatan bola-bidang. Terjadi bila besarnya gaya tekan yang diberikan diantara yield

strength (ys) dari matrik dan filler. Penekanan ini menyebabkan salah satu material

(matrik) terdeformasi plastis dan yang lain (filler) terdeformasielastis, sehingga berakibat

partikel seolah-olah berbentuk bola-bidang.

3. Pola ikatan bidang-bidang. Terjadi bila besarnya gaya tekan yang diberikan lebih besar

pada dari yield strength (ys) matrik dan filler. Penekanan ini menyebabkan kedua material

(matrik dan filler) terdeformasi plastis, sehingga berakibat partikel seolah-olah berbentuk

bidang-bidang.

Gambar 2.4 Pressing

2.2.4 Pemanasan (sintering)

Pemanasan pada temperatur di bawah titik leleh material komposit disebut dengan

sintering. Pada proses sinter, benda padat terjadi karena terbentuk ikatan – ikatan. Panas

menyebabkan bersatunya partikel dan efektivitas reaksi tegangan permukaan meningkat.

Dengan perkataan lain, proses sinter menyebabkan bersatunya partikel sedemikian rupa

sehingga kepadatan bertambah. Selama proses ini terbentuklah batas-batas butir, yang

merupakan tahap rekristalisasi. Disamping itu, gas yang ada menguap. Temperatur sinter

umumnya berada pada 0.7-0.9 dari temperatur cair serbuk utama. Waktu pemanasan berbeda

untuk jenis logam berlainan dan tidak diperoleh manfaat tambahan dengan diperpanjangnya

waktu pemanasan. Lingkungan sangat berpengaruh karena bahan mentah terdiri dari partikel

kecil yang mempunyai daerah permukaan yang luas. Oleh karena itu lingkungan harus terdiri

dari gas reduksi atau nitrogen untuk mencegah terbantuknya lapisan oksida pada permukaan

selama proses sinter. Parameter sintering meliputi temperatur, waktu, kecepatan pendinginan,

kecepatan pemanasan, atmosfer sintering, dan jenis material.

Gambar 2.5 Proses Sintering

Berdasarkan pola ikatan yang terjadi pada proses kompaksi, ada 2 fenomena yang

mungkin terjadi pada saat sintering, yaitu:

1. Penyusutan (shrinkage)

Apabila pada saat kompaksi terbentuk pola ikatan bola-bidang maka pada proses sintering

akan terbentuk shrinkage yang terjadi karena saat proses sintering gas (lubricant) yang

berada pada porositas mengalami degassing (peristiwa keluarnya gas pada saat sintering).

Dan apabila temperatur sinter terus dinaikkan akan terjadi difusi permukaan antar partikel

matrik dan filler yang akhirnya akan terbentuk liquid bridge/necking (mempunyai fasa

campuran antara matrik dan filler). Liquid bridge ini akan menutupi porositas sehingga

terjadi eleminasi porositas atau berkurangnya jumlah dan ukuran porositas. Penyusutan

dominan bila pemadatan belum mencapai kejenuhan.

2. Retak (cracking)

Apabila pada kompaksi terbentuk pola ikatan antar partikel berupa bidang – bidang,

sehingga menyebabkan adanya trapping gas (gas/lubricant terjebak di dalam material),

maka pada saat sintering gas yang terjebak belum sempat keluar tapi liquid bridge telah

terjadi, sehingga jalur porositasnya telah tertutup rapat. Gas yang terjebak ini akan

mendesak ke segala arah sehingga terjadi bloating (mengembang), sehingga tekanan di

porositas lebih tinggi dibanding tekanan di luar. Bila kualitas ikatan permukaan partikel

pada bahan komposit tersebut rendah, maka tidak akan mampu menahan tekanan yang

lebih besar sehingga menyebabkan retakan (cracking). Keretakan juga dapat diakibatkan

dari proses pemadatan yang kurang sempurna, adanya shock termal pada saat pemanasan

karena pemuaian dari matrik dan filler yang berbeda.

Proses sintering meliputi 3 tahap mekanisme pemanasan:

1. Presintering merupakan proses pemanasan yang bertujuan untuk:

a. Mengurangi residual stress akibat proses kompaksi (green density)

b. Pengeluaran gas dari atmosfer atau pelumas padat yang terjebak dalam porositas

bahan komposit (degassing)

c. Menghindari perubahan temperatur yang terlalu cepat pada saat proses sintering

(shock thermal). Temperatur presintering biasanya dilakukan pada 1/3 Tm (titik

leleh).

2. Difusi permukaan

Pada proses pemanasan untuk terjadinya transportasi massa pada permukaan antar

partikel serbuk yang saling berinteraksi, dilakukan pada temperatur sintering (2/3 Tm).

Atom-atom pada permukan partikel serbuk saling berdifusi antar permukaan sehingga

meningkatkan gaya kohesifitas antar partikel.

3. Eliminasi porositas

Tujuan akhir dari proses sintering pada bahan komposit berbasis metalurgi serbuk adalah

bahan yang mempunyai kompaktibilitas tinggi. Hal tersebut terjadi akibat adanya difusi

antar permukaan partikel serbuk, sehingga menyebabkan terjadinya leher (liquid bridge)

antar partikel dan proses akhir dari pemanasan sintering menyebabkan eliminasi porositas

(terbentuknya sinter density).

2.2.5 Finishing

Pada saat finishing porositas pada fully sintered masih signifikan (4-15%). Untuk

meningkatkan properties pada serbuk diperlukan resintering, dan heat treatment. (Hirschhorn,

1969)

2.3 Kelebihan dan Kekurangan Metalurgi Serbuk

Keuntungan proses metalurgi serbuk, antara lain:

a. Mampu melakukan kontrol kualitas dan kuantitas material

b. Mempunyai presisi yang tinggi

c. Selama pemrosesan menggunakan suhu yang rendah

d. Kecepatan produk tinggi

e. Sangat ekonomis karena tidak ada material yang terbuang selama pemrosesan

Kekurangan metalurgi serbuk, antara lain:

a. Biaya pembuatan yang mahal dan terkadang serbuk sulit penyimpanannya

b. Dimensi yang sulit tidak memungkinkan, karena selama penekanan serbuk logam tidak

mampu mengalir ke ruang cetakan

c. Sulit untuk mendapatkan kepadatan yang merata

2.4 Pertimbangan Dalam Desain Metalurgi Serbuk

Meskipun teknologi Metalurgi Serbuk menawarkan kebebasan desain yang cukup

besar, ada sejumlah yang hal perlu dilakukan dan tidak boleh dilakukan untuk diingat ketika

merancang produk dengan proses dalam pikiran. Hal ini dtunjukkan pada :

a. Aspek rasio

Rasio aspek ( yaitu panjang terhadap lebar ) - variasi kepadatan yang diciptakan oleh efek

gesekan (pergeseran) antara bahan baku bubuk dan perkakas yang dibuat mesin tersebut,

juga dengan kompaksi ganda, rasio aspek harus dibatasi tidak lebih dari 3:1 .

b. Fitur Peserta

Fitur peserta seperti alur , kemiringan terbalik atau lubang lateral, tidak bisa langsung

dibentuk oleh metalurgi serbuk karena mereka akan mencegah bagian dari yang

dikeluarkan dari cetakan . Jika diperlukan, fitur tersebut harus diperkenalkan dengan

mesin dari bagian sinter.

c. Bevels

Bevels akan membutuhkan pukulan/hantaman bulu bermata, yang harus dihindari . Jika

memungkinkan , tepi miring harus berakhir di sebuah flat kecil , sehingga menghindari

tepi bulu.

d. Chamfers

Chamfers lebih disukai untuk jari-jari pada tepi komponen, sekali lagi untuk menghindari

kebutuhan untuk pukulan/hantaman bulu bermata.

e. Perubahan mendadak dalam bagian

Perubahan mendadak (kasar) dalam bagian harus dihindari karena mereka memberikan

penekanan yang dapat menyebabkan retak karena springback di ejeksi.

f. Sudut tajam

Radius sudut tajam pada bagian pandangan rencana harus dimasukkan, sekali lagi untuk

menghindari penekanan.

Gambar 2.6 Desain Metalurgi Serbuk

DAFTAR PUSTAKA

Whittaker, Dr David. 2014. Introduction to Powder Metallurgy. [online]

http://www.ipmd.net/Introduction_to_powder_metallurgy [Diakses pada tanggal 18

Maret 2014]

Jurusan Teknik Material dan Metalurgy. 2007. Laporan Tugas Akhir Powder Metallurgy.

[online] Availabe at: http://digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-7197-

2702100009-bab2.pdf [Diakses pada tanggal 18 Maret 2014]

Nayiroh, Nurul. 2013. Metalurgi Serbuk. [online] Availabe at:

http://blog.uin-malang.ac.id/nurun/files/2013/03/METALURGI-SERBUK.pdf

[Diakses pada tanggal 18 Maret 2014]