Laporan Praktikum Material Teknik - Pengerolan / Rolling

I.             TUJUAN PRAKTIKUM

• Mengetahui pengaruh parameter proses pengerolan
• Memahami perubahan sifat mekanik dan struktur mikro akibat proses cold working dan rekristalisasi

II.          TEORI DASAR

Rolling merupakan salah satu proses pembentukan logam. Dalam praktiknya rolling dibagi menjadi dua teknik, yaitu menurut temperatur kerjanya. Macam-macam rolling antara lain:

1.      Hot Rolling

Proses hot rolling dilakukan untuk mereduksi ketebalan pelat hingga sesuai dengan reduksi yang besar. Proses ini dapat dilakukan langsung pada ingot atau slab yang telah dipanaskan terkebih dahulu. Pada proses ini akan dohasilkan terak pada permukaan pelat (akibat oksidasi), sehingga pada akhir proses harus dibersihkan (proses descaling) dengan menggunakan asam (pickling). Bentuk produk hasil hot rolling antara lain: plate, rod, bar, profil, dan rail. Untuk mendapatkan reduksi yang besar, pada proses hot rolling dapat dilakukan dengan menggunakan roll yang lebih besar atau roll yang lebih kasar.

2.      Cold Rolling

Proses cold rolling dilakukan untuk mendapatkan pelat yang lebih tipis dibandingkan dengan proses hot rolling. Proses ini ditujukan untuk mencapai ketebalan akhir yang benar dan sesui dengan keinginan (presisi). Pada proses ini pelat mengalami peristiwa strain hardening sehingga pada prosesnya kadang dibituhkan proses annealing untuk mengurangi kegetasannya. Bentuk produk dari proses cold rolling adalah sheet, strip, dan foil.

            Ada beberapa parameter yang berpengaruh pada proses pengerolan, yaitu :

• Diameter roll
• Tegangan alir material (ketahanan logam yang dirol terhadap deformasi)
• Gesekan antara roll dengan benda kerja.
• Ada tidaknya front tension dan back tension pada pelat yang dirol.

Pada pengerolan pelat, kecepatan keluar pelat harus lebih besar daripada kecepatan masuk pelat. Titik netral (no-slip point) merupakan titik dimana kecepatan rol sama dengan kecepatan pelat. Sepanjang pelat pada proses pengerolan terjadi 2 macam gaya, yaitu gaya radial dan gaya gesek tangensial. Antara bidang masuk dan titik netral, kecepatan pelat lebih rendah daripada kecepatan rol dengan gaya gesek tangensial searah pengerolan. Begitu sebaliknya antara titik netral dan bidang keluar kecepatan pelat lebih tinggi dari pada kecepatan rol. Sementara gaya gesek tangensial berlawanan dengan arah pengerolan.

III. Data dan Pengolahan Data

Material                                  : Tembaga

            Panjang awal, P_o            : 101,5 mm

            Lebar awal, L_o             : 20 mm

            Ketebalan awal, h_o      : 5 mm

Diameter rol                            : 80 mm

            Kecepatan rol, n          : 33 rpm

            Lebar akhir, L`            : 20,7 mm

1. Pengujian Tarik

Data dari kurva uji tarik yang telah diberikan :

            Tebal = 5 mm              Lebar = 12,81 mm

            Luas = 64,05 mm²       Kekuatan Luluh, σ_y = 247,6 N/mm²

            Kekuatan tarik, σ_u = 256,3 N/mm²

            Elongation, e = 7,14 %

            Panjang awal = 101,5 mm

1. Perhitungan tegangan mekanik, σ_eng dan regangan mekanik, e

a.       σ_eng = F / A = P x 10 / 64,05  N/mm²

Contoh perhitungan :

σ_eng = 228,58 x 10 / 64,05 = 35,6877 N/mm²

b.      e = ΔL / L

Contoh perhitungan :

e = 0,54 / 101,5 = 0,00532

Dalam membuat kurva tegangan terhadap regangan, regangan harus diubah dalam bentuk persen. Berarti harga e seperti di contoh menjadi   0,532 %.

2. Perhitungan tegangan sebenarnya, σ_true dan regangan sebenarnya, ε

σ_true = σ_eng x (1+e)

ε = ln (1+e)

Contoh perhitungan :

σ_true = 35,6877 x (1 + 0,00532) = 35,8776 N/mm²

ε = ln (1 + 0,0532) = 0,0053

3. Perhitungan diagram alir tembaga

Diagram alir ditentukan dari grafik log σ_true terhadap log ε.

Berdasarkan kurva log σ_true terhadap ε didapatkan :

Log K = 8,0243

       K = 105,75 Mpa

 n = 0,6418

Diagram alir dari tembaga pada praktikum ini adalah :

σ = 105,75 x ε^0,6418

B. Kekerasan Mikro

Dari kurva ini kita bisa menyimpulkan bahwa semakin besar persen reduksi akibat pengerolan, semakin besar pula harga kekerasannya.

1. Pengerolan Pelat

Data dari pengerolan pelat :

Radius rol                    = 40 mm

Koefisien gesek, μ      = 0,1

 

 

IV. Analisis dan Pembahasan 

Proses pengerolan pelat dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu cara cold rolling dan cara hot rolling. Pada praktikum kali ini, cara yang digunakan adalah cold rolling. Cara ini dipilih karena pelat hasil dari cold rolling ini memiliki permukaan yang bagus, tidak seperti pelat hasil hot rolling. Pelat hasil hot rolling akan membentuk terak pada permukaannya sehingga permukaannya kasar. Selain itu, pelat hasil cold rolling akan lebih presisi jika dibandingkan dengan pelat hasil hot roling karena pelat yang dihasilkan hot rolling akan mengalami penyusutan setelah selesai pengerolan. Proses hot rolling memerlukan waktu yang lebih banyak daripada cold rolling karena benda kerja yang akan dirol harus dipanaskan terlebih dahulu.

Bentuk pelat setelah di rol seharusnya adalah lurus (tidak bengkok). Bentuk pelat hasil rol akan bengkok jika bidang ujung pelat sebelum dirol tegak lurus terhadap arah pengerolan. Oleh karena itu, bidang ujung pelat harus sejajar dengan arah pengerolan. Kesalahan bentuk-bentuk pelat juga dapat terjadi akibat adanya roll flattening dan roll bending. Akibat dari adanya kedua fenomena ini adalah terjadinya distribusi gaya yang tidak merata pada benda kerja sehingga bentuk kerja pun akan bergelombang atau bahkan ujung dari pelat akan terbelah dua membentuk mulut buaya (alligatoring). 

Hasil perhitungan harga K dan n dari tembaga pada praktikum ini adalah berturut-turut 105,75 Mpa dan 0,64. Harga K dan n dari literature adalah 320 Mpa dan 0,54 untuk tembaga yang telah mengalami proses annealing. Perbedaan harga K dan n ini disebabkan oleh kesalahan dalam perhitungan harga tegangan mekanik, regangan mekanik, tegangan sebenarnya dan regangan sebenarnya. 

Harga kekerasan pada tembaga hasil pengerolan akan bertambah besar seiring dengan bertambahnya persen reduksi dari ketebalan plat awal. Hal ini disebabkan oleh terjadinya strain hardening pada plat. Plat hasil cold rolling akan mengalami strain hardening yang mengakibatkan meningkatnya kekerasan plat setiap kali plat dirol. Perubahan harga kekerasan ini diakibatkan adanya dislokasi yang semakin lama semakin bertambah dan dislokasi tersebut menghadapi halangan (barrier). Agar dislokasi dapat melewati barrier tersebut dibutuhkan energi yang lebih besar. Hal inilah yang menyebabkan harga kekerasan meningkat. 

Pada cold rolling ini, deformasi yang diukur adalah deformasi plastis, sedangkan gaya yang terukur menunjukkan gaya pengerolan yang dibutuhkan untuk deformasi total. Hal ini disebabkan karena deformasi elastis yang terjadi bias diabaikan jika dibandingkan dengan deformasi plastis yang terjadi. Salah satu dari asumsi yang digunakan pada cold rolling adalah deformasi elastis bisa diabaikan jika dibandingkan dengan deformasi plastis yang terjadi pada plat.

V.          Kesimpulan 

1.      Parameter yang berpengaruh pada proses pengerolan pelat adalah diameter rol, tegangan alir material (ketahanan logam yang dirol terhadap deformasi), gesekan antara rol dengan benda kerja, dan ada tidaknya front tension dan back tension. 

2.      Harga kekerasan tembaga setelah mengalami cold rolling berbeda dengan sebelumnya. Harga kekerasan tersebut bertambah seiring dengan bertambahnya persen reduksi dari ketebalan awal pelat. 

3.      Persamaan tegangan alir dari tembaga yang didapat dari praktikum ini adalah

         σ =105,75 MPa x ε^0,64 

   4.      Harga K dan n yang didapat dari praktikum adalah 105,75 MPa dan 0,64 sedangkan harga K dan n dari literature adalah 320 Mpa dan 0,54.

VI.       Daftar Pustaka 

1. Dieter, G.E., Mechanical Metallurgy, second edition, Mc Graw Hill, New York, 1986. 

2. Siswosuwarno, M., Teknik Pembentukan, Jilid 1. Jurusan Teknik Mesin, ITB. 1986. 

3. Perangin-angin, R., Perancangan dan Pembuatan Load Cell untuk Mesin Rol, Tugas Sarjana. Jurusan Teknik Mesin ITB. 1985.

 

Share on :

Tweet