Semua yang perlu Anda ketahui tentang metalurgi serbuk

Metalurgi serbuk adalah salah satu mata kuliah penting yang harus diketahui oleh para insinyur mesin. Produk yang terbuat dari bahan ini sangat umum di sekitar kita terutama suku cadang mobil. Metalurgi serbuk terdiri dari keluarga teknologi produksi, yang digunakan untuk memproduksi komponen dari berbagai jenis. Selain itu, metalurgi serbuk yang disingkat PM adalah istilah yang mencakup berbagai cara pembuatan bahan atau komponen dari serbuk logam.

Hari ini Anda akan mengetahui definisi, kepentingan, jenis, proses, aplikasi serta kelebihan dan kekurangan metalurgi serbuk dalam kehidupan modern kita.

Apa itu metalurgi serbuk?

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

Metalurgi serbuk adalah proses yang telah ada selama lebih dari 100 tahun, yaitu selama seperempat abad terakhir. Ini telah menjadi metode unggul dalam memproduksi suku cadang berkualitas tinggi untuk berbagai aplikasi penting. Proses ini berhasil karena menawarkan manfaat yang lebih besar dibandingkan proses pembentukan logam lainnya seperti penempaan dan pengecoran logam, dll. Manfaat ini lebih lanjut mencakup pemanfaatan material, kompleksitas bentuk, kontrol dimensi bentuk-dekat-jaring, antara lain. Karena itu, metalurgi serbuk diakui sebagai teknologi hijau.

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

Aplikasi metalurgi serbuk

Di bawah ini adalah aplikasi komponen metalurgi serbuk di berbagai bidang.

Aplikasi Otomotif

Sekitar 80% dari bagian metalurgi serbuk adalah untuk aplikasi otomotif. Sekitar 75% komponen tersebut untuk transmisi baik otomatis maupun manual dan suku cadang mesin. Aplikasi transmisi ini mencakup suku cadang sistem sinkronisasi, hub kopling, komponen pemindah gigi, pembawa roda gigi planetary, hub turbin, kopling, dan pelat saku. Bagian-bagian mesin yang dibuat dengan metalurgi serbuk meliputi puli, sproket, dan hub, terutama yang terkait dengan sistem timing belt mesin, pemandu katup, sisipan dudukan katup, lobus PM untuk poros bubungan yang dirakit, roda gigi penyeimbang, tutup bantalan poros bubungan, dan mesin. sensor manajemen berdering.

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

• Pompa oli, terutama roda gigi.
• Peredam kejut seperti pemandu batang piston, katup piston, katup ujung.
• Sistem pengereman anti-lock (ABS), sensornya berdering.
• Flensa, bos sensor oksigen pada sistem pembuangan.
• Sistem pengaturan waktu katup variabel.
• Turbocharger
• Sistem resirkulasi gas buang (EGR)
• Komponen sasis
• Transmisi variabel terus menerus.

Aplikasi lain dari metalurgi serbuk meliputi:

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

Dalam aplikasi pegangan cepat metalurgi serbuk adalah:

• Alat pemotong seperti alat karbida semen, alat keramik, dll. adalah produk metalurgi Serbuk.
• Semak listrik yang dibuat dengan mencampur Cu dan Ag dengan grafit adalah produk P/M.
• Nozel untuk roket dan rudal.
• Suku cadang kecil dalam aplikasi otomotif dan peralatan di mana kemampuan untuk menghasilkan bentuk yang hampir final membutuhkan pemesinan minimum, memberikan keuntungan ekonomi yang kuat.
• Bantalan, Semak, dll.
• Logam lunak magnetik seperti Fe, Fe-3Si, dll. mudah dibentuk menjadi bentuk akhir oleh P/M.

Proses metalurgi serbuk

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

Persiapan bubuk:

Sebelum suatu benda dapat diproduksi, bahan tersebut harus diubah menjadi tenaga. Berbagai proses produksi bubuk tersebut meliputi atomisasi, penggilingan, reaksi kimia, proses elektrolisis, dll.

Pencampuran dan pencampuran:

Proses metalurgi serbuk ini melibatkan pencampuran dua atau lebih kekuatan material untuk menghasilkan material paduan dengan kekuatan tinggi. Yah, tergantung pada kebutuhan produk. Langkah ini memastikan pemerataan bubuk dengan aditif, pengikat, dll. Untuk meningkatkan karakteristik aliran bubuk, terkadang ditambahkan pelumas dalam proses pencampuran.

Memadat:

Proses ini adalah untuk mengompres campuran bubuk yang telah disiapkan ke dalam cetakan yang telah ditentukan sebelumnya. Pemadatan memastikan rongga berkurang dan meningkatkan kepadatan produk. Bubuk dipadatkan ke dalam cetakan menggunakan tekanan untuk membentuk produk yang disebut green compact. Ini berarti produk dibentuk dengan pemadatan. Tekanan yang digunakan berkisar antara 80 hingga 1600 MPa. Meskipun tekanan tergantung pada sifat serbuk logam dan pengikat. yaitu, untuk tekanan pemadatan serbuk lunak sekitar 100 – 350 MPa, dan untuk baja, besi, dll. Tekanannya antara 400 – 700 MPa.

Sintering:

Karena green compact yang dihasilkan dari kompresi tidak terlalu kuat dan tidak dapat digunakan sebagai produk akhir, maka dilakukan sintering. Sintering berarti memanaskan kompak hijau pada suhu tinggi sehingga ikatan yang kuat permanen dapat diperoleh. Proses metalurgi serbuk memberikan kekuatan pada green compact dan mengubahnya menjadi produk akhir. Umumnya, suhu sintering sekitar 70 hingga 90 persen dari suhu leleh bubuk logam.

Operasi sekunder:

Karena objek yang disinter lebih berpori dibandingkan dengan material yang sepenuhnya padat. Kepadatan produk tergantung pada kapasitas tekan, suhu sintering, tekanan kompresi, dll. Terkadang, produk tidak membutuhkan kepadatan tinggi, membuat produk sinter digunakan langsung sebagai produk akhir. Meskipun terkadang diperlukan produk yang sangat padat (misalnya, produksi bantalan). Operasi sekunder diperlukan untuk membuat produk kepadatan 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 serbuk:

Jenis proses metalurgi serbuk

Proses metalurgi serbuk dapat dilakukan dengan berbagai cara, tergantung pada produk yang akan dihasilkan. Di bawah ini adalah berbagai jenis proses metalurgi serbuk yang ditemukan di industri serbuk logam.

Proses metalurgi serbuk konvensional:

Dengan diagram di bawah ini, jenis proses metalurgi serbuk konvensional dijelaskan. Ini melibatkan pencampuran bubuk unsur atau paduan, pemadatan campuran dalam cetakan, dan kemudian sintering atau pemanasan. Seperti yang dijelaskan di atas, bentuk yang dihasilkan dalam tungku yang dikendalikan atmosfer secara metalurgi mengikat partikel.

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

Metal Injection Moulding (MIM)

Cetakan injeksi logam memiliki kemampuan manufaktur untuk menghasilkan bentuk kompleks dalam jumlah besar. Serbuk logam halus biasanya kurang dari 20 mikron digunakan dalam proses ini. Bubuk logam ini diformulasikan khusus dengan pengikat (termoplastik yang berbeda, lilin, dan bahan lainnya) menjadi bahan baku. Bahan baku dimasukkan ke dalam rongga (beberapa rongga) dari mesin cetak injeksi konvensional. Ketika komponen "hijau" dihilangkan, hampir semua pengikat diekstraksi dengan pemrosesan termal atau pelarut. Sisa pengikat dikeluarkan selama proses sintering, yang dilakukan dalam tungku atmosfer terkendali.

Jenis proses metalurgi serbuk ini sangat mirip dengan cetakan injeksi plastik dan die casting bertekanan 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), bagian yang sangat kompleks yang membutuhkan pengerjaan akhir yang ekstensif. Keuntungan dari proses metalurgi ini adalah karena kemampuannya untuk menghasilkan sifat mekanik yang dekat dengan bahan tempa. Ini adalah teknologi proses bentuk jaring dengan kontrol toleransi dimensi yang baik. Akhirnya, bagian cetakan injeksi logam menawarkan bentuk yang hampir tak terbatas dan kemampuan fitur geometris. Ini juga memiliki kemampuan tingkat produksi yang tinggi melalui penggunaan perkakas multi-rongga.

Penekanan Isostatik

Pengepresan isostatik adalah jenis proses pembentukan metalurgi serbuk yang populer. Ini menerapkan tekanan yang sama ke segala arah pada bedak padat. Karena itu, pencapaian keseragaman densitas dan struktur mikro maksimum tanpa batasan geometris pengepresan uniaksial.

Pengepresan isostatik dapat dilakukan dingin atau panas. Diagram di bawah ini menjelaskan pengepresan isostatik dingin. Cold isostatic pressing (CIP) digunakan untuk memadatkan bagian hijau pada suhu sekitar. Namun, hot isostatic pressing (HIP) sepenuhnya mengkonsolidasikan bagian-bagian pada suhu tinggi melalui difusi solid-state. Proses hot-pressing ini juga dapat digunakan untuk menghilangkan sisa porositas dari bagian PM yang disinter.

Manufaktur Aditif Logam

Manufaktur aditif logam yang disingkat AM dan juga bisa disebut pencetakan 3D. Proses ini memiliki potensi untuk sangat mengubah produksi, waktu-ke-pasar, dan kesederhanaan komponen dan rakitan. Proses ini tidak bekerja seperti proses manufaktur konvensional atau subtraktif (misalnya, pemesinan bubut atau pengeboran). Proses-proses ini membuat bagian-bagian dengan menghilangkan bahan, yang tidak demikian dalam pembuatan aditif. Manufaktur aditif membuat komponen menggunakan proses lapis demi lapis langsung dari model digital.

Dalam proses ini, cetakan atau dies tidak digunakan sehingga tidak ada pemborosan banyak bahan yang menyebabkan biaya untuk proses manufaktur. Manufaktur aditif telah digunakan sebagai alat desain dan prototipe untuk waktu yang lama. Namun, fokusnya kini beralih ke produksi langsung komponen yang mencakup suku cadang mesin pesawat, implan medis, dan perhiasan.

Proses manufaktur ini bukanlah satu jenis teknologi atau proses. Namun, sementara semua sistem manufaktur aditif menggunakan pendekatan lapis demi lapis yang umum, mereka masih menggunakan berbagai macam bahan, teknologi, dan proses.

Teknologi Manufaktur Aditif yang menggunakan serbuk logam meliputi:

• Sintering laser (LM/SLS/SLFS)
• Penjilidan inkjet selektif (SIB)
• Pencairan berkas elektron (EBM)
• Pembentukan bubuk laser (LPF)
• Proses bedak tabur
• Pemodelan deposisi fusi (FDM)/Ekstrusi

Keuntungan dan Kerugian dari proses metalurgi serbuk

Keuntungan:

Di bawah ini adalah manfaat dari proses metalurgi serbuk:

• Efektifitas biaya untuk produksi massal karena tidak ada biaya pemesinan lebih lanjut, biaya tenaga kerja, dll.
• Operator berkeahlian tinggi tidak diperlukan.
• Beberapa paduan hanya dapat diproduksi oleh teknologi PM.
• Produk bimetalik dan laminasi mudah diproduksi dengan metode ini.
• Tingkat produksi tinggi. Hingga 500 hingga 1000 bagian dapat diproduksi dalam satu jam.
• Bentuk kompleks dapat dibuat dengan mudah.

Kekurangan:

Meskipun keuntungan besar dari proses metalurgi serbuk beberapa keterbatasan masih terjadi. di bawah ini adalah kerugian dari proses metalurgi serbuk:

• Biaya peralatan tinggi.
• mahal untuk sekali produksi.
• Desain yang rumit bisa jadi sulit untuk diproduksi karena bubuk logamnya kurang mudah mengalir.
• Produk padat seragam lengkap tidak dapat diproduksi.
• Ukuran produk dibatasi karena kapasitas pengepresan.
• Bubuk logam yang dapat menghasilkan ledakan tidak dapat digunakan.
• Sulit untuk membuang logam dengan titik leleh rendah dengan proses PM.
• Produk akhir dapat mengalami dampak rendah dan sifat kelelahan.

Kesimpulan

Metalurgi serbuk adalah proses yang membuat bagian produksi massal lebih mudah. Ini telah tersedia untuk sementara waktu sekarang tetapi masih maju karena teknologi terus meningkat. Hari ini kita telah mempelajari definisi, jenis, proses, aplikasi metalurgi serbuk. Kami juga telah memeriksa kelebihan dan kekurangannya.

Saya harap Anda mendapat banyak dari posting ini, jika demikian, silakan bagikan dengan mahasiswa teknik lainnya. Terima kasih sudah membaca! Sampai jumpa lagi.