PENGERJAAN PANAS

Baja atau besi ingot, pada umumnya masih memerlukakan pengerjaan lanjut, yakni untuk membentuk nya menjadi benda yang lebih bermanfaat atau disebut benda siap pakai. Bila ingot sudah dingin (suhu kamar), maka akan sulit untuk membentuk nya secara mekanis, menjadi lembaran, batang, atau profil. Ingot yang masih panas, jauh lebih mudah untuk dibentuk (walaupun lebih mungkin timbul pengaruh negatif), baik melalui proses penempaan, pres, tekan, giling atau ekstrusi.

Umum nya untuk menghindarkan pengaruh negatif yang mungkin terjadi pada pengerjaan dengan suhu tinggi, maka kebanyakan logam ferrous dibentuk lebih lanjut melalui pengerjaan dingin atau penyelesaian dingin, agar dengan demikian diperoleh penyelesaian permukaan yang halus, keakurasian dimensi dan peningkatan sifat-sifat mekanik bahan.

Proses penempaan, adalah salah satu proses pengerjaan panas yang sudah dikenal orang sejak dahulu kala, yang walaupun dewasa ini telah mengalami kemajuan teknologi yang signifikan, namun prinsip dasar nya masih tetap sama.

11.1. DEFORMASI  PLASTIS

             Ada terdapat 2 (dua) jenis pengerjaan mekanik, dimana logam mengalami deformasi plastik dan perubahan bentuk, yakni:

a). pengerjaan panas

b). pengerjaan dingin

Walaupun dikatakan ada dua jenis, namun dari sudut pandang metalurgis, perbedaan antara pengerjaan panas dan pengerjaan dingin, sangat sulit untuk di definisikan.

Pada pengerjaan panas, gaya deformasi yang diperlukan adalah lebih kecil, sementara itu, perubahan sifat mekanik tidak terlalu signifikan. Sedangkan pada pengerjaan dingin, diperlukan gaya yang lebih besar, akan tetapi kekuatan logam tersebut dapat meningkat dengan signifikan.

Suhu rekristalisasi, merupakan salah satu indikator untuk menentukan batas antara pengerjaan panas dan pengerjaan dingin, dimana untuk pengerjaan panas logam, dilakukan diatas suhu rekristalisasi atau disebut juga diatas daerah pengerasan kerja. Sementara itu, pengerjaan dingin dilakukan dibawah suhu rekristalisasi, bahkan sering dilakukan pada suhu kamar (ambiance temperature), sebagai contoh: suhu rekristalisasi baja berkisar antara 500 °C sampai dengan 700 °C., namun untuk pengerjaan panas, sering dilakukan diatas suhu tersebut. Pengerasan kerja sesungguhnya baru akan terjadi, ketika batas bawah daerah rekristalisasi tersebut di capai.

Beberapa jenis logam bukan besi, seperti timah hitam atau timah putih, mempunyai daerah rekristalisasi yang rendah, sehingga pengerjaan pada suhu kamar pun dapat di anggap sebagai pengerjaan panas. Daerah pengerasan kerja, pada prinsipnya dipengaruhi oleh komposisi paduan nya, khususnya pada suhu rekristalisasi, sementara itu, daerah pengerasan kerja, juga tergantung pada pengerjaan dingin yang mungkin telah pernah dilakukan sebelum nya pada logam yang ditinjau.

Perlu juga diketahui, bahwa selama operasi pengerjaan panas, logam berada dalam keadaan plastis, sehingga mudah untuk dibentuk dengan tekanan.

Dibawah ini dapat dilihat beberapa keuntungan-keuntungan akibat pengerjaan panas, yakni:

a. Logam ingot setelah dicor, umumnya mengandung banyak lubang-lubang hembus yang kecil-kecil.

    Lubang-lubang tersebut (porosity) dapat hilang oleh karena pengaruh tekanan kerja yang tinggi.

b. Butir-butir kristal yang kasar atau berbentuk kolom, dapat  diperhalus, sebab  hal ini berlangsung di

    daerah  rekristalisasi. Pengerjaan  panas  terus  berlangsung, sampai  batas  bawahnya  tercapai  dan

    akhir nya menghasilkan struktur dengasn butir-butir yang halus.

c. Sifat-sifat  fisis  logam  akan  meningkat,  sebab  terjadi penghalusan  butir-butir  struktur. Keuletan  

    dan ketahanan terhadap impak meningkat, kekuatan juga bertambah dan homogenitas dalam logam

    juga meningkat.

d. Dalam  keadaan  plastis, jumlah  energi  yang  dibutuhkan  untuk mengubah bentuk baja, jauh lebih    

    rendah dibandingkan dengan energi yang dibutuhkan pada pengerjaan dingin.

Walaupun terlihat ada banyak keunggulan dengan proses pengerjaan panas ini, namun segi-segi negatif yang dapat ditimbulkan nya, juga tidak kurang banyak nya, antara lain:

a. Akan dapat terjadi oksidasi yang dapat merugikan logam tersebut

b. Akan  terjadi  pembentukan  “kerak”  pada  permukaan  logam, sehingga tidak dapat dipertahankan   

    toleransi yang ketat.

c. Peralatan  dan  perkakas  pengerjaan  panas  serta  biaya  pemeliharaan  nya  cukup  tinggi.  Namun 

   demikian, masih tetap lebih ekonomis melakukan pengerjaan panas dari pada pengerjaan dingin.

Ada dikenal istilah pada pengerjaan panas, yakni: “penyelesaian panas”, hal ini terutama digunakan untuk batang baja, plat baja atau bentuk profil dalam keadaan “as rolled” setelah pengerjaan panas.

Ada banyak jenis proses utama pengerjaan panas logam yang umum dilakukan, antara lain:

1. Pengerolan (Rolling)

2. Penempaan (Forging), yakni: - penempaan palu

                                                   - penempaan timpa

                                                   - penempaan upset

                                                   - penempaan tekan (pres)

                                                   - penempaan rol

                                                   - penempaan dingin

3. Ekstrusi

4. Pembuatan pipa dan tabung

5. Penarikan

6. Pemutaran panas dan Cara khusus.

11.1.a.  Proses Pengerolan (Rolling)

             Baja ingot yang tidak dilebur kembali atau dituang kedalam cetakan, dapat diubah bentuk nya kedalam dua tahap, yakni: a. Pengerolan baja menjadi barang setengah jadi

                                           b. Pemrosesan selanjut nya

 Proses pengerolan baja akan menghasilkan barang “setengah jadi”, yang disebut dengan: “bloom”, “bilet” dan “slab”.

Dari bloom, bilet dan slab ini, bisa dihasilkan: plat, lembaran, batangan, profil, lembaran tipis atau disebut “foil”.

Tidak semua bja batangan siap untuk di rol, diperlukan beberapa syarat. Untuk mendapat kan bahan yang siap di rol, maka perhatikan tahapan-tahapan berikut ini:

Baja cair  dimasukkan ke dalam cetakan ingot  di diamkan, hingga mencapai “proses solidifikasi” lengkap (± 700 °C)  dikeluarkan  ingot dimasukkan ke dalam dapur gas (pit rendam)  dibiarkan beberapa saat hingga mencapai suhu ± 1200 °C ingot siap untuk di giling (rolling).

¨ Ukuran

- Bloom  : minimal (150 x 150) mm

- Billet    :  bloom dan bentuk nya persegi; (40 x 40) mm s/d (150 x 150) mm

- Bloom dan bilet bila di giling, akan  menghasil kan slab, dengan lebar minimal 250 mm dan

  tebal minimal 40 mm  ( L  ± 3 x t ).

- Sebagai contoh: plat, setrip tipis, dihasilkan dari slab yang di rol.

¨ Efek pengerjaan panas.

       

Salah satu efek operasi pengerjaan panas ini adalah: penghalusan butir-butir, yang disebabkan oleh proses “rekristalisasi” (lihat gambar diatas).

Akibat penggilingan, maka terlihat struktur butir yang tadinya kasar, menjadi lonjong dan memanjang dan karena temperatur masih tinggi, maka terjadilah rekristalisasi  yang ditandai oleh mulai terbentuk nya butir-butir yang halus.

Ketebalan benda kerja akan mengalami deformasi yang besar, sementara lebar nya hanya bertambah sedikit.

Temperatur benda kerja, harus di usahakan seragam selama operasi penge-rol-an, sebab hal ini sangat berpengaruh terhadap aliran logam dan “plastisitas” nya.

Catatan:

a). Lihat gambar, Busur AB dan A’B’, merupakan daerah kontak benda kerja dengan roller.

                                            =

     Beberapa contoh kecepatan mesin rol yang di anjurkan, misal nya:

-          Untuk bahan-bahan lunak                        =  5

-          Untuk bahan-bahan logam yang lebar     = 10

-          Untuk batang kawat baja                         = 12

b). Mesin rolling, biasanya dapat berputar bulak-balik, karena untuk menghasilkan benda akhir sering sekali diperlukan proses penggilingan yang ber ulang-ulang (pas).

11.1.b. Proses Penempaan

¨ Penempaan Palu

             Untuk melkukan proses penempaan, logam terlebih dahulu dipanaskan, kemudian ditempa dengan mesin tempa uap diantara perkakas tangan dan die datar. Penempaan tangan yang dilakukan oleh se orang pandai besi, dikenal sebagai proses penempaan yang paling tua, kekurangan nya adalah: tidak dapat diperoleh ketelitian yang tinggi dan untuk benda-benda kerja dengan bentuk yang rumit, umum nya tidak dapat dilakukan.

Mesin tempa ringan, mempunyai rangka terbuka atau rangka yang sederhana, sedangkan untuk rangka majemuk, biasanya digunakan untuk menempa benda-benda yang lebih besar dan berbobot cukup berat.

Dibawah ini dapat dilihat gambar mesin tempa dengan rangka terbuka:

Mesin tempa diatas, menggunakan tenaga dari uap, sehingga disebut juga mesin tempa uap.

Besarnya gaya tempa, dapat diatur oleh seorang operator, sedangkan untuk meng-operasikan mesin tersebut, diperlukan suatu keakhlian khusus.

¨ Penempaan Timpa

Penempaan palu dan penempan timpa, hanya dibedakan pada die yang digunakan,   untuk penempaan timpa,  dipergunakan die tertutup, dimana benda kerja terbentuk akibat impak atau tekanan yang memaksa logam dalam keadaan panas dan plastis, memenuhi seluruh rongga cetakan (mengisi bentuk dari die yang digunakan). Prinsip kerja nya, dapat dijelaskan melalui gambar dibawah ini:

           

Pada operasi ini, ada aliran logam di dalam die yang disebabkan oleh adanya gaya timpaan yang berlangsung bertubi-tubi. Untuk mengatur aliran logam selama proses timpaan berlangsung, maka operasi ini dibagi atas beberapa langkah, dimana setiap langkah, akan merubah bentuk benda kerja secara bertahap, dengan demikian aliran aliran logam dapat diatur sampai benda karja nya terbentuk dengan baik. Banyak nya langkah, tergantung pada ukuran dan bentuk benda kerja, kwalitas tempa logam dan toleransi yang dituntut/dipersyaratkan, namun biasanya untuk benda kerja yang bentuk nya rumit, diperlukan tahap penempaan terlebih dahulu.

Beberapa jenis logam dengan suhu penempaan nya, dapat dilihat dibawah ini.

- Baja                                     = 1100 °C s/d 1250 °C

- Tembaga dan paduan nya   = 750 °C s/d 925 °C

- Magnesium                         = 315 °C

- Aluminium                          = 370 °C s/d 450 °C

Benda tempa yang menggunakan die tertutup, biasanya mempunyai bobot antara beberapa gram sampai dengan sekitar 10 ton.

Penempaan jenis ini banyak digunakan pada industri perkakas tangan, gunting, sendok-garpu, suku cadang kendaraan bermotor dan bagian-bagian pesawat terbang.

Keuntungan operasi penempaan adalah:

- struktur kristal yang halus

- tertutup nya lubang-lubang

- waktu pengerjaan relatif singkat

- meningkatnya sifat-sifat fisis tertentu dari logam.

Kerugian operasi penempaan adalah:

- dapat timbul “kerak-kerak” pada permukaan logam

- harga die cukup mahal, sehingga tidak ekonomis untuk pengerjaan dengan jumlah terbatas.

Keunggulan die tertutup dibandingkan dengan panempaan menggunakan die terbuka adalah:

- praktis tidak ada bahan yang terbuang

- kapasitas produksi lebih banyak dan tidak memerlukan operator dengan keakhlian khusus.

Logam-logam yang sering ditempa adalah:

- baja karbon

- baja paduan

- besi tempa

- tembaga

- paduan aluminium

- paduan magnesium

¨ Penempaan Upset

             Pada penempaan ini, batang berpenampang rata, dijepit di dalam die dan ujung yang dipanaskan ditekan sedemikian rupa sehingga mengalami perubahan bentuk permanen. Hal ini dapat dilihat pada gambar ilustrasi dibawah ini:

Biasanya panjang dari benda upset, bisa 2 sampai 3 kali diameter benda, hal ini untuk menghindarkan bengkok nya benda kerja, dan umum nya benda hasil penempaan upset ini tidak perlu dibersihkan (dipangkas) lagi. Sebenarnya, mesin penempaan upset merupakan pangembangan design dari mesin tempa pembuat kepala palu (martil) dan kepala baut pada opersi pengerjaan dingin.

Melubangi benda tempa secara progresif sering dilakukan dengan menggunakan mesin tempa upset ini, misal nya: untuk membuat selongsong peluru artleri atau silinder mesin radial. Urutan operasi pengerjaan untuk menghasilkan benda tempa silinder, dapat dilihat pada gambar dibawah ini:

Potongan bahan bulat dengan panjang tertentu, dipanaskan sampai mencapai suhu tempa nya, dan untuk memudahkan operasi, maka batang pembawa ditekankan pada ujung sisi yang satu. Bahan awal ditekan dan secara progresif dilubangi, sehingga menghasilkan bentuk tabung. Pada tahap akhir, pelubang berujung tirus melebarkan dan meregang logam sampai ke ujung die, kemudian batang pem bawa dilepaskan dan benda tempa dikeluarkan dari cetakan.

Selain untuk upset, die dapat juga digunakan untuk menusuk, melubangi, pemangkasan atau ekstrusi. Untuk produksi massal, telah diciptakan mesin tempa upset kontinu, dimana benda awal yang berupa poros, dipanaskan secara induksi, diumpankan ke dalam rongga, sehingga dapat dihasilkan benda panjang berpenampang tetap.

¨ Penempaan Tekan

             Pada penempaan tekan, deformasi plastik logam melalui penekanan berlangsung dengan lambat, namun penekanan mengenai secara merata pada benda kerja, termasuk bagian tengah nya.

Mesin tekan vertikal dapat digerakkan secara mekanik maupun hidrolik, biasanya yang mekanik lebih cepat dan dapat menghasilkan gaya antara N sampai N, sedangkan tekanan yang diperlukan untuk membentuk baja (misalnya) pada suhu tempa adalah bervariasi antara 20 MPa hingga 190 MPa dan untuk benda yang besar, sering dibutuhkan pembenturan berkali-kali. Sedangkan untuk benda yang kecil, hanya memerlukan langkah pembenturan satu kali saja dan umum nya, tekanan maksimum diberikan pada langkah akhir, untuk memaksa dan membentuk logam.

Karena paduan tembaga mempunyai mampu alir yang baik, maka benda kerja tembaga dapat dibuat tirus yang lebih kecil dibandingkan dengan baja, hal ini berarti juga untuk paduan tembaga, bentuk benda nya dapat dibuat yang lebih rumit.

Reduksi dari benda kerja berlangsung jauh lebih cepat, oleh karena itu biaya operasi dapat lebih murah. Umumnya mesin tempa tekan berbentuk simetris dengan permukaan die yang halus, sehingga toleransi nya lebih ketat. Keunggulan mesin tempa tekan ini adalah dapat digunakan untuk menepatkan dimensi suatu benda kerja yang diproduksi oleh mesin lain.

¨ Penempaan Rol

             Mesin tempa rol biasanya digunakan untuk mengecilkan suatu penampang batang bulat yang pendek atau membentuknya menjadi tirus. Misalkan dinginkan benda seperti terlihat pada gambar dibawah ini, yakni suatu batang dimana diameter nya tidak seragam, dibagian tengah dari batang mempunyai diameter lebih kecil dari diameter di ujung-ujung nya.

Bila mesin rol berada dalam posisi terbuka, maka operator akan menempatkan batang yang dipanas kan diantara rol-rol nya, seperti terlihat pada gambar. Ketika rol berputar, batang dijepit oleh alur rol dan didorong kearah operator, bila rol terbuka, batang didorong kembali dan digiling lagi, atau dipindah kan ke alur rol berikutnya untuk langkah selanjutnya. Agar lebih jelas, lihat gambar berikut:

Dengan memutar batang sebesar 90° untuk setiap langkah (pas), maka umum nya tidak akan terbentuk sirip (sirip ini perlu dibersihkan kemudian).

Mesin tempa rol ini juga dapat digunakan untuk membuat ban logam, namun mesin rol nya harus dimodifikasi, seperti yang terlihat pada gambar berikut ini.

Gambar menunjukkan suatu benda awal tempa yang kasar, dapat dibentuk menjadi roda yang licin dengan menggunakan rol-rol lain nya, yang dipasangkan disekeliling roda tersebut. Bila roda berputar maka diameter benda ber angsur-angsur bertambah besar, sedangkan pelat dan rim nya makin tipis, setelah sesuai dimensi, maka benda dipindah ke mesin lain nya untuk proses pembentukan akhir.

Mesin jenis ini biasanya digunakan untuk membuat:

- gandar kendaraan bermotor

- sudu baling-baling pesawat terbang, turbin

- linggis

- mata pisau pahat

- tabung tirus

- ujung per daun

- dll.

11.1.c. Ekstrusi

               Prinsip ekstrusi adalah menekan/mendesak benda dalam keadaan panas secara seragam dengan profil tertentu, prinsip ini juga dapat menghasilkan batu bata, bata berongga, pipa tanah, bahkan untuk membuat makaroni, profil tertentu, patron kuningan dan kabel berselongsong timah hitam. Selain timah hitam, timah putih dan aluminium, maka benda awal dipanaskan lebih dulu.

Macam-macam ekstrusi:

1. Ekstrusi Langsung

                

2. Ekstrusi Tak Langsung

                     

3. Ekstrusi Impak: prinsipnya adalah pengerjaan dingin, dimana  slag ditekan dengan gaya  yang   

besar, sehingga slag terdorong keatas dan ke sekeliling die, biasanya  untuk  membuat  tabung

             berdinding tipis. Namun untuk dinding tebal, maka slag harus dipanaskan terlebih dahulu.

11.1.d. Pembuatan Pipa Dan Tabung

                  Pembuatan pipa dan tabung, dapat dilakukan dengan pengelasan tumpu atau pengelasan listrik, untuk itu masalah ini akan dijelaskan pada BAB PENGELASAN tersendiri.

11.1.e. Penarikan

Proses penarikan biasanya digunakan, bila benda tidak dapat dibuat dengan mesin rol tanpa kampuh, seperti terlihat pada gambar dibawah ini.

                         

Dalam hal ini, bloom yang dipanaskan pada suhu tempa nya dipasangkan pada mesin pres vertikal oleh alat pelubang tembus, bloom tersebut dibentuk menjadi benda tempa berongga dengan alas tertutup. Benda tempa dipanaskan dan diletakkan kembali pada mesin pres dengan die dimana diameternya akan semakin kecil. Untuk silinder tipis atau tabung, pemanasan dan penarikan perlu dilakukan beberapa kali. Umum nya bila membuat pipa, maka ujung yang tertutup harus dipotong dan di rol kembali untuk mendapatkan ukuran dan penyelesaian yang tepat

11.1.f. Pemutaran Panas

                 Proses ini dilakukan untuk membentuk plat bulat yang tebal atau besar atau untuk mengecilkan atau menutup ujung dari pipa. Benda kerja dipasangkan pada semacam mesin bubut (turning machine), kemudian diputar dengan cepat. Pembentukan dilakukan dengan cara menekankan alat yang tumpul atau rol tekan langsung pada permukaan benda kerja yang berputar tersebut. Akibat gesekan, logam akan panas sehingga mengalami deformasi plastis, bentuk sesuai dengan mandril nya.