Menguasai Metalurgi Bubuk: Panduan Lengkap untuk Insinyur

Metalurgi bubuk adalah salah satu kursus penting yang harus diketahui oleh insinyur mekanik. Produk yang terbuat dari material ini umum di sekitar kita terutama bagian otomotif. Metalurgi bubuk mencakup keluarga teknologi produksi, yang digunakan untuk manufaktur komponen berbagai jenis. Selain itu, metalurgi bubuk yang disingkat sebagai PM adalah istilah yang mencakup berbagai cara di mana material atau komponen dibuat dari serbuk logam.

Hari ini Anda akan mengetahui definisi, pentingnya, tipe, proses, aplikasi serta keuntungan dan kerugian metalurgi bubuk dalam kehidupan modern kita.

Apa itu metalurgi bubuk?

Metalurgi bubuk adalah proses manufaktur yang digunakan untuk menghasilkan objek jadi atau setengah jadi. Ini dilakukan dengan menekan serbuk logam ke dalam cetakan yang sesuai. Proses metalurgi ini adalah salah satu yang termurah yang menawarkan kualitas dan kekuatan tinggi. Digunakan juga untuk mendapatkan bentuk kompleks dengan tingkat akurasi yang tinggi. Karena itu, proses ini cocok untuk produksi massal. Metalurgi bubuk terutama melibatkan empat langkah dasar yang meliputi persiapan serbuk, pencampuran dan pencairan, kompaksi, dan sintering. Semua ini akan dijelaskan lebih lanjut dalam artikel ini.

Metalurgi bubuk adalah proses yang ada lebih dari 100 tahun, yaitu selama kuartal abad terakhir. Ini telah menjadi metode yang unggul untuk menghasilkan bagian berkualitas tinggi untuk berbagai aplikasi penting. Proses berhasil karena menawarkan manfaat yang lebih besar dibandingkan proses pembentukan logam lain seperti forging dan pengecoran logam, dll. Manfaat ini meliputi pemanfaatan material, kompleksitas bentuk, kontrol dimensi near-net-shape, di antaranya. Karena itu, metalurgi bubuk diakui sebagai teknologi hijau.

Selanjutnya, metalurgi bubuk digunakan untuk membuat komponen unik yang tidak dapat diperoleh dari peleburan atau pembentukan. Produk penting yang sangat mirip adalah tungsten carbide (WC). Digunakan untuk memotong dan membentuk logam lain dan dibuat dari partikel WC yang terikat dengan kobalt. Proses ini sebagian besar digunakan di industri untuk alat berbagai jenis dan secara global ~50.000 ton/tahun (t/y) dibuat oleh PM.

Aplikasi metalurgi bubuk

Berikut adalah aplikasi komponen metalurgi bubuk di berbagai bidang.

Aplikasi otomotif

Lebih dari 80% bagian metalurgi bubuk adalah untuk aplikasi otomotif. Sekitar 75% komponen ini adalah untuk transmisi baik otomatis maupun manual dan bagian mesin. Aplikasi transmisi ini mencakup bagian sistem sinkronisasi, hub kopling, komponen perpindahan gigi, carrier gear planet, hub turbin, kopling, dan plat kantong. Bagian mesin yang dibuat dengan metalurgi bubuk termasuk pulley, sprocket, dan hub, terutama yang terkait dengan sistem timing belt mesin, panduan klep, insert kursi klep, lobe PM untuk camshaft yang dirangkaikan, gear penyeimbang, cap bearing camstack, dan ring sensor manajemen mesin.

Beberapa sistem otomotif lainnya menggunakan metalurgi bubuk di beberapa bagiannya yang meliputi:

• Pompa oli, terutama gigi.
• Absorber kejut seperti panduan poros piston, klep piston, klep akhir.
• Sistem pencegah rem berkunci (ABS), ring sensornya.
• Flange, boss sensor oksigen pada sistem exhaust.
• Sistem variable valve timing.
• Turbocharger
• Sistem exhaust gas recirculation (EGR)
• Komponen chassis
• Transmisi continuously variable.

Aplikasi lainnya metalurgi bubuk meliputi:

• Aplikasi penerbangan angkasa
• Industri minyak dan gas.
• Sektor perawatan kesehatan, dll.

Dalam panduan cepat aplikasi metalurgi bubuk adalah:

• Alat potong seperti alat carbide semen, alat keramik, dll. adalah produk metalurgi bubuk.
• Bush listrik yang dibuat dengan mencampur Cu dan Ag dengan graphite adalah produk P/M.
• Nozzle untuk roket dan misil.
• Bagian kecil dalam aplikasi otomotif dan peralatan rumah tangga di mana kemampuan untuk menghasilkan bentuk hampir akhir yang memerlukan machining minimum, memberikan keuntungan ekonomis yang kuat.
• Bearing, Bush, dll.
• Logam magnetik lunak seperti Fe, Fe-3Si, dll. mudah dibentuk menjadi bentuk akhir oleh P/M.

Proses metalurgi bubuk

Seperti yang dinyatakan sebelumnya, metalurgi bubuk memiliki empat proses dasar yang meliputi:

Persiapan serbuk:

Sebelum objek dapat dibuat, material harus diubah menjadi serbuk. Berbagai proses untuk menghasilkan serbuk tersebut meliputi atomisasi, grinding, reaksi kimia, proses elektrolisis, dll.

Pencampuran dan pencairan:

Proses metalurgi bubuk ini melibatkan pencampuran dua atau lebih serbuk material untuk menghasilkan material alloy dengan kekuatan tinggi. Nah, tergantung pada persyaratan produk. Langkah ini memastikan distribusi yang merata serbuk dengan additive, pengikat, dll. untuk meningkatkan karakteristik aliran serbuk, pelumas terkadang ditambahkan dalam proses pencairan.

Kompaksi:

Proses ini adalah untuk menekan campuran serbuk yang telah disiapkan ke dalam cetakan yang telah ditentukan sebelumnya. Kompaksi memastikan void dikurangi dan meningkatkan densitas produk. Serbuk dikompresi ke dalam cetakan menggunakan tekanan untuk membentuk produk yang disebut green compact. Ini berarti produk dibentuk dengan kompaksi. Tekanan yang digunakan berkisar dari 80 hingga 1600 MPa. Meskipun tekanan bergantung pada properti serbuk logam dan pengikat. i.e., untuk serbuk lunak tekanan kompaksi sekitar 100 – 350 MPa, dan untuk baja, besi, dll. Tekanan antara 400 – 700 MPa.

Sintering:

Karena green compact yang dihasilkan dengan kompresi tidak cukup kuat dan tidak dapat digunakan sebagai produk akhir, sintering dilakukan. Sintering berarti memanaskan green compact pada suhu yang lebih tinggi sehingga ikatan kuat permanen dapat diperoleh. Proses metalurgi bubuk memberikan kekuatan pada green compact dan mengubahnya menjadi produk akhir. Secara umum, suhu sintering sekitar 70 hingga 90 persen dari suhu peleburan serbuk logam.

Operasi sekunder:

Karena objek yang telah disinter lebih porus dibandingkan material padat penuh. Densitas produk tergantung pada kapasitas press, suhu sintering, tekanan kompresi, dll. Kadang-kadang produk tidak memerlukan densitas tinggi, sehingga produk sinter dapat digunakan langsung sebagai produk akhir. Meskipun, produk yang sangat padat terkadang diperlukan (misalnya, produksi bearing). Operasi sekunder diperlukan untuk membuat produk dengan densitas tinggi dan akurasi dimensi yang tinggi. Operasi sekunder yang umum dilakukan meliputi sizing, coining, infiltrasi, hot forging, impregnation, dll.

Tonton video di bawah ini untuk mempelajari tentang proses metalurgi bubuk:

Tipe proses metalurgi bubuk

Proses metalurgi bubuk dapat dilakukan dengan berbagai cara, tergantung pada produk yang akan dihasilkan. Berikut adalah berbagai tipe proses metalurgi bubuk yang ditemukan di industri serbuk logam.

Proses metalurgi bubuk konvensional:

Dengan diagram di bawah ini, tipe konvensional proses metalurgi bubuk dijelaskan. Ini melibatkan pencampuran serbuk elemen atau alloy, kompaksi campuran dalam cetakan, dan kemudian sintering atau pemanasan. Seperti yang dijelaskan di atas, bentuk yang dihasilkan dalam furnace dengan atmosfer yang terkontrol melekat metalurgi partikel.

Seperti yang disebutkan sebelumnya, sebagian besar bagian metalurgi bubuk berat kurang dari 5lb. (2,27 kg), meskipun beberapa bagian yang berat 35 lb. (15,89 kg) dapat dibuat dalam alat PM konvensional. Bagian seperti bush dan bearing memiliki bentuk sederhana. Nah, ada proses PM yang canggih saat ini yang dapat menghasilkan komponen dengan kontur kompleks dan beberapa level. Mesin ini cukup ekonomis.

Metal Injection Molding (MIM)

Metal injection molding memiliki kemampuan manufaktur untuk menghasilkan bentuk kompleks dalam kuantitas besar. Serbuk logam halus biasanya kurang dari 20 mikron digunakan dalam proses ini. Serbuk logam ini dikustom-formulasikan dengan pengikat (beberapa termoplastik, lilin, dan bahan lain) menjadi feedstock. Feedstock diisi ke dalam cavitasi (beberapa cavitasi) dari mesin injection molding konvensional. Ketika komponen “green” dikeluarkan, hampir semua pengikat diekstrak oleh pemanasan atau pemrosesan pelarut. Sisa pengikat dihilangkan selama proses sintering, yang dilakukan dalam furnace dengan atmosfer yang terkontrol.

Tipe proses metalurgi bubuk ini sangat mirip dengan injection molding plastik dan pengecoran tekanan tinggi. Mereka juga dapat menghasilkan banyak bentuk dan fitur konfigurasi yang sama. Namun, mereka terbatas pada bagian yang relatif kecil (biasanya kurang dari 250 gram), sangat kompleks yang sebaliknya akan memerlukan finishing machining yang luas. Manfaat proses metalurgi ini adalah karena kemampuannya untuk menghasilkan properti mekanis yang dekat dengan material wrought. Ini adalah teknologi proses net-shape dengan kontrol toleransi dimensi yang baik. Akhirnya, bagian metal injection molding menawarkan kemampuan bentuk dan fitur geometri yang hampir tidak terbatas. Ini juga memiliki kemampuan tingkat produksi tinggi melalui penggunaan alat multi-cavity.

Isostatic Pressing

Isostatic pressing adalah tipe populer dari proses pembentukan metalurgi bubuk. Ini memberikan tekanan yang sama ke semua arah pada kompak serbuk. Karena itu, pencapaian keseragaman maksimum densitas dan mikrostruktur tanpa keterbatasan geometris dari uniaxial pressing.

Isostatic pressing dapat dilakukan dingin atau panas. Diagram di bawah ini menggambarkan cold isostatic pressing. Cold isostatic pressing (CIP) digunakan untuk mengompres bagian green pada suhu lingkungan. Namun, hot isostatic pressing (HIP) sepenuhnya mengkonsolidasikan bagian pada suhu yang lebih tinggi melalui difusi padat. Proses pemanasan panas ini juga dapat digunakan untuk menghilangkan porositas sisa dari bagian sinter PM.

Metal Additive Manufacturing

Metal additive manufacturing yang disingkat sebagai AM dan juga dapat disebut 3D printing. Proses ini memiliki potensi untuk mengubah secara mendalam produksi, waktu ke pasar, dan kesederhanaan komponen dan rangkaian. Proses ini tidak bekerja seperti proses manufaktur konvensional atau subtraktif (misalnya, machining bor atau bor). Proses ini membuat bagian dengan menghapus material, yang tidak demikian dalam additive manufacturing. Additive manufacturing membangun bagian menggunakan proses lapis demi lapis secara langsung dari model digital.

Dalam proses ini, cetakan atau die tidak digunakan sehingga tidak ada pemborosan material yang banyak yang mengakibatkan biaya pada proses manufaktur. Additive manufacturing telah digunakan sebagai alat desain dan prototip untuk jangka waktu panjang. Namun, fokusnya sekarang berubah menjadi produksi langsung komponen yang termasuk bagian mesin pesawat, implant medis, dan perhiasan.

Proses manufaktur ini bukan satu tipe teknologi atau proses. Namun, sementara semua sistem additive manufacturing menggunakan pendekatan lapis demi lapis yang sama, mereka masih menggunakan berbagai macam material, teknologi, dan proses.

Teknologi Additive Manufacturing yang menggunakan serbuk logam meliputi:

• Laser sintering (LM/SLS/SLFS)
• Selective inkjet binding (SIB)
• Electron beam melting (EBM)
• Laser powder forming (LPF)
• Powder bed process
• Fused deposition modeling (FDM)/Extrusion

Kelebihan dan kekurangan proses metalurgi bubuk

Kelebihan:

Berikut adalah manfaat proses metalurgi bubuk:

• Efektivitas biaya untuk produksi massal karena tidak ada biaya machining lanjutan, biaya tenaga kerja, dll.
• Operator yang terampil tinggi tidak diperlukan.
• Beberapa alloy hanya dapat dihasilkan oleh teknologi PM.
• Produk bimetalik dan berlapis mudah diproduksi dengan metode ini.
• Tingkat produksi tinggi. Hingga 500 hingga 1000 potongan bagian dapat diproduksi dalam satu jam.
• Bentuk kompleks dapat dengan mudah diproduksi.

Kekurangan:

Meskipun keuntungan besar dari proses metalurgi bubuk beberapa keterbatasan masih terjadi. berikut adalah kekurangan dari proses metalurgi bubuk:

• Biaya peralatan tinggi.
• Mahal untuk produksi tunggal.
• Desain yang rumit dapat sulit diproduksi karena aliran serbuk logam yang kurang.
• Produk padat seragam lengkap tidak dapat diproduksi.
• Ukuran produk dibatasi karena kapasitas press.
• Serbuk logam yang dapat menyebabkan ledakan tidak dapat digunakan.
• Sulit untuk melebur logam titik leleh rendah dengan proses PM.
• Produk akhir dapat mengalami properti impact dan fatigue yang rendah.

Kesimpulan

Metalurgi bubuk adalah proses yang telah membuat produksi bagian massal lebih mudah. Ini telah ada untuk sementara waktu tetapi masih berkembang seiring dengan peningkatan teknologi. Hari ini kita telah mempelajari definisi, tipe, proses, aplikasi metalurgi bubuk. Kami juga telah memeriksa keuntungan dan kekurangannya.

Saya harap Anda mendapat banyak dari posting ini, jika ya, silakan bagikan dengan siswa teknis lainnya. Terima kasih telah membaca! Sampai jumpa lain waktu.