Tujuan
Praktikum
a. Mengetahui pengaruh
parameter-parameter pada proses penarikan kawat
b. Mengetahui perubahan sifat
mekanik dan struktur mikro akibat proses pengerjaan
dingin serta proses rekristalisasi
II. Teori Dasar
Wire
drawing adalah proses mereduksi diameter suatu batang kawat dari yang tadinya
berdiameter besar menjadi lebih kecil.
Keberhasilan proses wire drawing dipengaruhi oleh :
1. Material kawat
2. Geometri dies
3. Kontak antara kawat dengan dies
4. Spesifikasi produk yang
dihasilkan.
Penarikan
kawat adalah proses pengerjaan dingin dimana kawat dilewatkan pada dies dan
ditarik sehingga terjadi pengecilan diameter.
Seperti proses cold working lainnya, pada
wire drawing terjadi kenaikan kekerasan dan kekuatan yang dikenal dengan
sebutan strain hardening. Proses ini
akan menurunkan keuletan material yang bersangkutan. Dalam prakteknya untuk
menghilangkan kegetasan atau berkurangnya keuletan tersebut dilakukan proses
annealing. Proses annealing adalah pemanasan diatas temperatur rekristalisasi
yang dilanjutkan dengan pendinginan secara perlahan (laju pendinginan
lambat).Proses annealing ini melibatkan perubahan struktur mikro, konfigurasi
internal stress, dan dislokasi.
III. Data Praktikum
1.
Pengujian Puntir
Material : ST-37
Diameter kawat : 5 mm
Panjang kawat :
80 mm
MT
maksimum : 16446.875 Nmm
Putaran maksimal : 5.71
posisi
|
n
|
M(Nmm)
|
f
|
f'
|
t
|
g
|
strue
|
ε
|
ε(%)
|
ln strue
|
ln ε (%)
|
1
|
0.053571
|
2.000E+03
|
0.336599
|
0.004207
|
81.48732
|
0.010519
|
141.1402
|
0.006073
|
0.607299
|
4.949754
|
-0.49873
|
2
|
0.107143
|
4.000E+03
|
0.673199
|
0.008415
|
162.9746
|
0.021037
|
282.2804
|
0.012146
|
1.214598
|
5.642901
|
0.194413
|
3
|
0.125
|
6.000E+03
|
0.785398
|
0.009817
|
244.462
|
0.024544
|
423.4205
|
0.01417
|
1.417031
|
6.048366
|
0.348564
|
4
|
0.25
|
8.000E+03
|
1.570797
|
0.019635
|
325.9493
|
0.049087
|
564.5607
|
0.028341
|
2.834062
|
6.336048
|
1.041711
|
5
|
0.5
|
1.200E+04
|
3.141593
|
0.03927
|
395.7956
|
0.098175
|
685.538
|
0.056681
|
5.668124
|
6.530204
|
1.734858
|
6
|
0.973214
|
1.300E+04
|
6.114886
|
0.076436
|
426.3533
|
0.19109
|
738.4656
|
0.110326
|
11.0326
|
6.604575
|
2.400854
|
7
|
1.535714
|
1.400E+04
|
9.649179
|
0.120615
|
455.4559
|
0.301537
|
788.8728
|
0.174092
|
17.40924
|
6.670605
|
2.857001
|
8
|
2.178571
|
1.457E+04
|
13.68837
|
0.171105
|
472.1899
|
0.427762
|
817.8569
|
0.246968
|
24.69682
|
6.706687
|
3.206675
|
9
|
2.660714
|
1.496E+04
|
16.71776
|
0.208972
|
457.2748
|
0.52243
|
792.0233
|
0.301625
|
30.16252
|
6.674591
|
3.4066
|
10
|
3.633929
|
1.536E+04
|
22.83265
|
0.285408
|
486.7412
|
0.71352
|
843.0605
|
0.411951
|
41.19511
|
6.737039
|
3.71832
|
11
|
4.839286
|
16000
|
30.40613
|
0.380077
|
504.9304
|
0.950192
|
874.5651
|
0.548593
|
54.85934
|
6.773727
|
4.004772
|
12
|
5.303571
|
1.629E+04
|
33.32333
|
0.416542
|
506.3855
|
1.041354
|
877.0854
|
0.601226
|
60.1226
|
6.776604
|
4.096386
|
Pengolahan Data
Tegangan
geser dan regangan geser
- daerah elastis
t= 16
MT/πD3 g = R*f’
Contoh : (titik
1)
t = 16 * 2000 / π *153 g =
2.5 mm * 0.004247
= 81.48732 MPa =
0.010519
- daerah plastis
t = (f’d MT/df’ + 3
MT)/2πR3
Tegangan
sebenarnya dan regangan sebenarnya
# criteria Von misces
strue = 30.5 x t ε = g/30.5
Contoh titik 1 :
strue =
30.5 x t
=
30.5 x 81.48732 MPa =
141.1402 MPa
ε
= 0.010519/30.5 = 0.0060
Berikut kurva
hubungan antara strue
dengan ε dengan menggunakan criteria Von misces.
Tegangan alir
strue = k εn
log strue = log k + n log ε
dengn memplotkan log strue terhadap log ε kita
dapat menghitung harga n dari gradient persamaannya serta harga k dari intersep
persamaan tersebut.
Dari kurva hubungan diatas diperoleh persamaan y = 0.1018x
+ 6.3608
Maka harga n = 0.10118
Ln k = 6.3608
K = 578.7.9
Karena harga k dan n yang didapat
jauh dari data yang telah ada pada literature maka untuk perhitungan
selanjutnya digunakan harga n dan k dari literature yang ada.
1.
Penarikan kawat
Material :
ST- 37
Semi cone angle :
7º = 0.121730611 rad
Koefisien gesek :
0.1
Diameter
Awal : 4.9 mm
Kekerasan awal :
20 Hra
Tahap
|
Dm
|
Dk
|
εm
|
εk
|
εi
|
sym
|
syk
|
1
|
4.9
|
4.4
|
0
|
0.2152613
|
0.215261
|
0
|
355.5061
|
2
|
4.4
|
3.9
|
0.215261
|
0.4565173
|
0.241256
|
355.5061
|
366.2015
|
3
|
3.9
|
3.34
|
0.456517
|
0.7665288
|
0.310011
|
432.2498
|
390.8716
|
4
|
3.34
|
3.05
|
0.766529
|
0.9481872
|
0.181658
|
494.599
|
340.1593
|
5
|
3.05
|
2.7
|
0.948187
|
1.1919669
|
0.24378
|
522.7191
|
367.1937
|
tahap
|
so
|
F ideal
|
F gesekan
|
F geseran
|
Ftot
|
sP TP
|
V (TP)
|
Load TP
|
V ( DP)
|
Load DP
|
F terukur
|
h
|
εdraw/εten
|
|
F TP
|
F DP
|
|||||||||||||
1
|
282.1477
|
923.5019
|
755.8965
|
349.4266
|
2028.825
|
133.4287
|
2.4
|
500
|
2.2
|
455.555
|
4905
|
4468.995
|
0.455191
|
2.205923
|
2
|
397.4004
|
1145.317
|
937.4542
|
386.66214
|
2469.433
|
206.7179
|
2.3
|
477.778
|
2.1
|
427.778
|
4687.002
|
4196.502
|
0.463797
|
2.247634
|
3
|
465.4075
|
1264.137
|
1034.71
|
332.12415
|
2630.971
|
300.2847
|
2.2
|
455.555
|
2
|
388.889
|
4468.995
|
3815.001
|
0.480483
|
2.328495
|
4
|
509.0276
|
675.5951
|
552.982
|
302.91104
|
1531.488
|
209.6158
|
1.6
|
311.111
|
1.5
|
294.444
|
3051.999
|
2888.496
|
0.441136
|
2.137815
|
5
|
539.1908
|
752.5881
|
616.0017
|
251.44566
|
1620.036
|
282.9483
|
1.7
|
327.778
|
1.6
|
311.111
|
3215.502
|
3051.999
|
0.46455
|
2.251283
|
Tahap
|
Reduksi (%)
|
HRA
|
0
|
0
|
20
|
1
|
10.20408
|
29
|
2
|
20.40816
|
34
|
3
|
31.83673
|
37
|
4
|
37.7551
|
35
|
5
|
44.89796
|
34
|
VI. ANALISIS
& PEMBAHASAN
Pengolahan data pada praktikum ini menggunakan data hasil uji puntir . Hal ini disebabkan state of stress yang bekerja pada proses penarikan kawat sama dengan state of stress pada uji tarik.
Harga n dan K yang diperoleh dari
data uji puntir adalah masing-masing 0.10118
dan 578.7.9. Untuk harga n yang didapat
relative jauh dari literatur yang ada (0.26), namun untuk harga K harga yang
didapatkan tidak terlalu signifikan
perbedaanya (530). Perbedaan ini dapat terjadi karena pengmbilan serta
penarikan garis singgung untuk menghitung tegangan geser pada daerah plastis
tidaklah akurat. Selain itu ada juga pengaruh Kesalahan pembacaan alat pengukuran (disebut kesalahan paralaks).
Kriteria yang digunakan dalam praktikum kali ini adalah
criteria Von Misces. Penggunaan criteria von misces disebabkan karena tingkat
keakuratan krietria tegangn von misces lebih akurat , yakni karena memperhitungkan
tegangan pada tiga sumbu.
Pada praktikum
penarikan kawat baja ini, sebelum dilakukan proses penarikan specimen mula-mula
diukur kekerasan awalnya. Hal tersebut dituukan untuk membandingkan kekerasan
kawat untuk tiap tahap reduksi terhadap kekerasan awal. Berikut kurva hubungan
antara kekerasan terhadap reduksi :
Secara umum kekerasan specimen untuk semakin besarnya reduksi
mengalami pengerasan. Hal ini disebabkan oleh pengaruh strain hardening.
Mekanisme yang terjadi pada saat terjadi strain hardening sbb :
1.
Tegangan yang diberikan kepada benda kerja (cold
Working) , menyebabkan dislokasi bergerak pada bidang gesernya.
2.
Akibat gerakan dislokasi tersebut , dapat terjadi
interaksi dislokasi dengan :
·
Dislokasi lain , sehingga menghasilkan dislokasi
terkunci, atau bias juga malah saling menghilangkan (anihilasi).
·
Partikel asing, menghasilkan dislokasi terkunci
atau perbanyakan dislokasi (multiplikasi).
·
Batas butir, menghasilkan penumpukan dislokasi
atau atu berpindahny dislokasi ke bidang geser tetangganya (dislocation glide).
3.
Gerakan dislokasi yng mencapai permukaan disebut
deformasi plastis.
4.
Fenomena yang bertanggung jawab terhadap naiknya
kekerasan akibat pergerakan dislokasi adalah bertambah banyaknya jumlah
dislokasi (multiplikasi). Meningkatnya kerapatan dislokasi ini akan menyebabkan
dislokasi tersebut makin sulit untuk digerakan.
Namun demikian pada kurva hubungan tersebut terlihat pada
tahap ke 4 dan ke 5, terlihat kekeran specimen malah menurun. Hal tersebut
dapat terjadi karena telah hilangnya oksida pada permukaan specimen akibat
proses penarikan kawat tadi. Selain itu makin kecilnya dimensi specimen agaknya
juga berpengaruh terhadap kekerasannya. Namun demikian hal ini telah
diminimalisir oleh beban minor pada uji keras Rockweld A. Pada pengukuran kekerasan specimen (ST 37),
kemungkinan banyak terjadi kesalahan . Hal ini disebabkan karena bentuk
penampang dari specimen yang berbentuk tabung sehingga sulit untuk memposisikan
indentor tepat berada di tengah-tengahnya.
Jika kita melihat kurva hubungan antara gaya penarikan terhadap reduksi kawat , maka
kita akan melihat pengaruh pelumas pada proses penarikan.
Pada
kurva diatas terlihat bahwa gaya
terukur dengan menggunakan pelumas lebih kecil daripada tanpa pelumas. Hal ini
disebabkan karena pengaruh gaya
geseknya. Proses penarikan tanpa pelumas lebih besar karena terdapat gaya gesekan yang lebih besar, hal ini mengharuskan kita
untuk memberi gaya
deformasi (tarikan) pada specimen yang lebih besar. Pada proses penarikan
dengan pelumas, secara teoritis gaya gesekan
dianggap tidak ada sehingga gaya
deformasi yang harus kita berikan lebih kecil. Namun demikian pada prakteknya gaya gesek tersebut tidak
dapat sepenuhnya hilang.
Sedangkan perbedaan antara gaya terukur dan gaya
tehitung (terlihat dari kurva hubungan diatas ), dapat terjadi karena :
·
Harga n dan k pada specimen tidaklah sama dengan
yang ada pada literature atau tidak sama dengan pada data uji punter yang
diberikan (Faktor material).
·
Koefisien gesek dies yang tidak sama dengan 0.1
untuk setiap bagian specimen.
·
Kurang tepatnya sudut dies yang disebabkan
karena dies sudah mulai aus.
·
Kekurangakuratan pada saat pembacaan voltase
yang terjadi. Hal ini terjadi karena harganya senantiasa berubah-ubah.
Jadi dapat diketahui
parameter-parameter yang berpengaruh pada proses wire drawing ini adalah:
·
Material
kawat
Penarikan
kawat ditentukan oleh seberapa mudahnya material tersebut dapat dideformasi
plastis. Setiap material memiliki nilai kekuatan tertentu, demikian pula dengan
nilai n dan K nya.
·
Kecepatan
penarikan
Kecepatan
penarikan tidak boleh terlalu cepat atapun lambat. Bila terlalu cepat, maka
kecepatan penarikan tidak seimbang dengan gaya gesekan dan dapat menimbulkan
necking pada kawat yang dihasilkan.
·
Kerja
yang berlebihan (Redundant Work)
Jika
sudut dies semakin besar, maka gaya akan lebih besar pula. Pada pemberian gaya
ini akan ada kerja yang berlebihan yang dapat menyebabkan keretakan. Kerja yang
berlebihan terjadi karena adanya gaya geseran. Geseran ini dapat terjadi karena kecepatan di tiap titik pada daerah
terdeformasi berbeda.
·
Temperatur
Semakin
tinggi temperatur yang diterapkan maka gaya penarikan yang dibutuhkan semakin
kecil Temperatur kerja adalah di bawah temperatur rekristalisasi.
Dan butir yang dihasilkan adalah elongated grain.
Wire
Drawing tidak dilakukan di atas temperatur rekristalisasi karena :
o
Toleransi
dimensi yang dihasilkan kurang baik.
o
Reduksi
yang dihasilkan dalam proses hot working terlalu besar untuk ukuran kawat yang
hanya berdiameter 5mm.
·
Gaya
gesekan
Gaya
gesekan yang terjadi adalah antara dies dengan kawat. Gaya gesek ini
mempengaruhi besar gaya penarikan. Gesekan ini bisa dikurangi dengan adanya
pemberian pelumas pada dies secara
merata.
Fenomena yang terjadi pada annealing :
- Recovery:
Penyusunan dislokasi menjadi lebih teratur, belum terjadi perubahan butir
- Rekristalisasi:
Pengintian butir baru
- Grain
Growth:
Butir tumbuh
equiaksial dan lebih halus dari butir awal
V. KESIMPULAN
- Parameter-parameter
proses penarikan kawat :
·
jenis
material (faktor material)
·
Kecepatan
penarikan
·
Gesekan
antara dies dan benda kerja
·
Geometri
dies
·
Temperatur
·
Kerja
berlebihan
·
Tahap
reduksi
·
Spesifikasi
produk yang dihasilkan
- Proses penarikan kawat (cold working) kekerasan spesimen/benda kerja meningkat setelah pengerjaan karena fenomena strain hardening.
VI. DAFTAR PUSTAKA
- Callister,
William D., Material Science and Engineering an Intoduction, New York,
1940.
Dieter, George E., Mechanical Metallurgy, 2nd
Edition, New York, 1986
0 komentar:
Posting Komentar