Material Pahat

Material Pahat

Pemgertian Pahat atau perkakas potong (Cutting Tool) adalah alat atau benda yang digunakan untuk memotong material atau benda kerja dalam proses pemesinan.

Pahat yang baik harus memiliki sifat-sifat tertentu, sehingga nantinya dapat menghasilkan produk yang berkualitas baik (ukuran tepat) dan ekonomis (waktu yang diperlukan pendek). Kekerasan dan kekuatan pahat harus tetap bertahan meskipun pada temperatur tinggi, sifat ini dinamakan Hot Hardness

. Ketangguhan (toughness) dari pahat diperlukan, sehingga pahat tidak akan pecah atau retak terutama pada saat melakukan pemotongan dengan beban kejut. Ketahanan aus sangat dibutuhkan yaitu ketahanan pahat melakukan pemotongan tanpa terjadi keausan yang cepat. Penentuan material pahat didasarkan pada jenis material benda kerja dan kondisi pemotongan (pengasaran, adanya beban kejut,penghalusan). Material pahat yang ada ialah baja karbon sampai dengan keramik dan intan. Sifat hot hardness dari beberapa material pahat ditunjukkan pada Gambar 6.12.

Gambar 6.12. 

(a) Kekerasan dari beberapa macam material pahatsebagai fungsi dari temperatur,

(b) jangkauan sifat material pahat. Material pahat dari baja karbon (baja dengan kandungan karbon1,05%) pada saat ini sudah jarang digunakan untuk proses pemesinan,karena bahan ini tidak tahan panas (melunak pada suhu 300-500°F). Baja karbon ini sekarang hanya digunakan untuk kikir, bilah gergaji, dan pahat tangan.Material pahat dari HSS (High Speed Steel ) dapat dipilih jenis Matau T. Jenis M berarti pahat HSS yang mengandung unsur 

Molibdenum

,dan jenis T berarti pahat HSS yang mengandung unsur  Tungsten

.Beberapa jenis HSS dapat dilihat pada Tabel 6.1

Pahat dari HSS biasanya dipilih jika pada proses pemesinansering terjadi beban kejut, atau proses pemesinan yang sering dilakukaninterupsi (terputus-putus). Hal tersebut misalnya membubut benda segiempat menjadi silinder, membubut bahan benda kerja hasil prosespenuangan, membubut eksentris (proses pengasarannya).Pahat dari karbida dibagi dalam dua kelompok tergantungpenggunaannya. Bila digunakan untuk benda kerja besi tuang yang tidakliat dinamakan

cast iron cutting grade

. Pahat jenis ini diberi kode huruf K(atau C1 sampai C4) dan kode warna merah. Apabila digunakan untukmenyayat baja yang liat dinamakan

steel cutting grade

. Pahat jenis inidiberi kode huruf P (atau C5 sampai C8) dan kode warna biru. Selainkedua jenis tersebut ada pahat karbida yang diberi kode huruf M, dankode warna kuning. Pahat karbida ini digunakan untuk menyayatberbagai jenis baja, besi tuang dan non ferro yang mempunyai sifatmampu mesin yang baik. Contoh pahat karbida untuk menyayat berbagaibahan dapat dilihat pada Tabel 6.2

MATERIAL PAHAT

Proses pembentukan geram dengan cara pemesinana berlangsung, dengan cara mempertemukan dua jenis material. Untuk menjamin kelangsungan proses ini maka jelas di perlukan material pahat yang lebih unggul daripada material benda kerja. Keuunggulan tersebut dapat di capai karena pahat di buat dengan memperhatikan berbagai segi yaitu :

- Keras : kekerasan yang cukup tinggi melebihi kekerasan benda kerja tidak saja pada temperature ruang melainkan juga pada temperature tinggi pada saat proses pembentukan geram berlangsung.

- Keuletan :yang cukup besar untuk menahan beban kejut yang yerjadi sewaktu peseninan dengan interupsimaupun sewaktu enda kerja memotong yang mengandung partikel atau bagian yang keras (hard spot).

- Tahan beban kejut termal: ketahanan ini diperlukan bila terjadi perubahan temperature yang cukup besar secara berkala atau periodic.

- Sifat adhesi yang rendah : diperlukan untuk mengurangi avinitas benja kerja terhadap pahat, mengurangi laju keausan, serta penurunan gaya pemotongan.

- Daya larut elemen /komponen material pahat yang rendah : di butuhkan demi untuk memperkecil laju keausan akibat mekanisme difusi.

Pada mulanya untuk memotong baja digunakan baja karbon tinggi sebagai bahan perkakas pemotong dimana kecepatan potong pada waktu itu hanya bisa mencapai sekitar 10 m/menit. Berkat kemajuan teknologi, kecepatan potong ini dapat dinaikkan sehingga mencapai sekitar 700 m/menit yaitu dengan menggunakan CBN (Cubic Boron Nitride).

Secara berurutan material-material tersebut akan dibahas mulai dari yang paling “lunak” tetapi “ulet” sampai yang paling “keras” tetapi “getas” yaitu :

1. Baja karbon (high Carbon Steel; Carbon Tool Steels; CTS

2. HSS (High Speed Steels; Tool Steels)

3. Paduan cor nonferro (cast nonferrous alloys; cast carbides)

4. Karbida (cemented carbides; hardmetals)

5. Keramik (ceramics)

6. CBN (cubic boron nitrides), dan

7. Intan (sintered diamonds & natural diamond)

 BAJA KARBON

Baja dengan kandungan karbon yang relative tinggi (0,7% - 1,4% C) tanpa unsure lain dengan prosentasi unsure lain yang rendah (2% Mn, W, Cr) mampu mempunyai kekerasan permukaan yang cukup tinggi. Dengan proses laku panas kekerasan yang tinggi ini (500 – 1000 HV)dicapai akan menjadi transformasi martensitik. Karena mertensitik akan melunak pada temperature sekitar 250°C maka hanya karbon ini hanya bisa digunakan pada kecepatan potong yang rendah. Pahat jenis ini hanya dapat digunakan untuk memotong logam yang lunak ataupun kayu.

 HSS

Pada tahun 1898 ditemukan jenis baja paduan tinggi dengan unsur paduan krom (Cr) dan tungsten/wolfram (W). melalui proses penuangan (molten metallurgy) kemudian di ikuti pengerolan ataupun penempaan baja ini di bentuk menjadi batang,atau silinder. Pada kondisi lunak baja tersebut dapat diproses secara pemesinan menjadi berbagai bentuk pahat potong. Setelah proses laku panas dilaksanakan, kekerasannya akan cukup tinggi sehingga dapat digunakan untuk kecepatan potong yang tinggi (sampai dengan 3 kali kecepatan potong untuk pahat CTS yang dikenal pada saat itu sekitar 10 m/menit)

Pengaruh unsur-unsur tersebut pada unsure besi dan karbon adaah sebagai berikut

 Tungsten/Wolfram (W)

 Chromium (Cr)

 Vanadium (V)

 Molybdenum (Mo)

 Cobalt (Co)

HSS juga dikategorikan menurut komposisinya :

- HSS KONVENSIONAL

1. Molibdenum HSS

2. Tungsten HSS

- HSS SPECIAL

1. Cobalt Added HSS

2. High Vanadium HSS

3. High Hardess Co HSS

4. Cast HSS

5. Powdered HSS

6. Coated HSS

 PADUAN COR NONFERRO

Sifat-sifat paduan cor nonferro adalah diantara HSS dan Karbida (Cemented Carbide) dan digunakan dalam hal khusus diantara pilihan dimana karbida terlalu rapuh dan HSS menpunyai hot hardness dan wear resistance yang terlalu rendah.

Jenis material ini di bentuk secara tuang menjadi bentuk-bentuk yang tidak terlampau sulit misalnya tool bit (sisipan) yang kemudian diasah menurut geometri yang dibutuhkan.

Paduan nonferro terdiri dari 4 macam eleman utama adalah sebagai berikut :

1. Cobalt : sebagai pelarut bagi elemen-elemen lain.

2. Krom (Cr) : (10% s.d 35% berat) yang membentuk karbida

3. Tungsten/Wolfram (W) : (10% s.d 25% berat) sebagai pembentuk karbida menaikan karbida secara menyeluruh.

4. Karbon : (1% C membentuk jenis yang relaitif lunak sedang 3% C menghasilkan jenis yang keras serta tahan aus.

 KARBIDA

Jenis karbida yang “disemen” (Comented Carbides) merupakan bahan pahat yang dibuat dengan cara menyinter (sintering) serbuk karbida (Nitrida,Oksida) dengan bahan pengikat yang umumnya dari Cobalt (Co). dengan cara Carburizing masing-masing bahan dasar (serbuk) Tungsten (Wolfram,W) Tintanium (Ti), Tantalum (Ta) dibuat menjadi karbida yang kemudian digiling (ball mill) dan disaring. Salah satu atau campuaran serbuk karbida tersebut kemudian di campur dengan bahan pengikat (Co) dan dicetak tekan dengan memakai bahan pelumas (lilin). Setelah itu dilakukan presintering (1000C pemanasan mula untuk menguapkan bahan pelumas) dan kemudian sintering (1600C) sehingga bentuk keeping (sisipan) sebagai hasil proses cetak tekan ( Cold, atau HIP) akan menyusut menjadi sekitar 80% dari volume semula.

Hot Hardness karbida yang disemen (diikat) ini hanya akan menurun bila terjadi pelunakan elemen pengikat. Semakin besar prosentase pengikat Co maka kekerasannya menurun dan sebaliknya keuletannya membaik.

Ada tiga jenis utama pahat karbida sisipan, yaitu :

1. Karbida Tungsten (WC + Co) yang merupakan jenis pahat karbida untuk memotong besi tuang.

2. Karbida Tungsten Paduan (WC – TiC + Co ; WC – TaC –TiC + Co ; WC – TaC + Co ; WC - Tic – TiN + Co ; TiC + Ni, Mo) merupakan jenis karbida untuk pememotongan baja.

3. Karbida Lapis yang merupakan jenis karbida tungsten yang di lapis (satu atau beberapa lapisan) karbida, nitride, atau oksida lain yang lebih rapuh tetapi hot hardnessnya tinggi.

 KERAMIK

Keramik menurut definisi yang sempit adalah material paduan metalik dan nonmetalik. Sedangkan menurut definisi yang luas adalah semua material selain metal atau material organic, yang mencakup juga berbagai jenis karbida, nitride, oksida, boride dan silicon serta karbon.

Keramik dapat di bedakan menjadi dua jenis utama :

1. Keramik tradisional yang merupakan barang pecah belah peralatan rumah tangga

2. Keramik industry digunakan untuk berbagai untuk berbagai keperluan ssebagai komponen dari peralatan, mesin dan perkakas termasuk perkakas potong atau pahat.

Keramik mempunyai karakteristik yang lain daripada metal atau polimer (plastic, karet) karena perbedaan ikatan atom-atomnya, ikatannya dapat berupaikatan kovalen, ionic, gabungan kovalen & ionic, ataupaun sekunder.

Selain ssebagai perkakas potong, beberapa contoh jenis keramik adalah sebagai berikut :

- Kertamik tradisional (dari ubin sampai dengan keramik untuk menambal gigi)

- Gelas (gelas optic, lensa, serat)

- Bahan tahan api (bata pelindung tandur/tungku)

- Keramik oksida (pahat potong, isolator, besi, lempengan untuk mikroelektronik dan kapasitor)

- Karemik oksida paduan

- Karbida, nitride, boride dan silica

- Karbon

 CBN (CUBIC BORON NITRIDE)

CBN termasuk jenis keramik. Di buat dengan penkanan panas (HIP, 60kbar, 1500C) sehingga bentuk grafhit putih nitride boron dengan strukrur atom heksagonal berubah menjadi struktur kubik. Pahat sisipan CBN dapat di buat dengan menyinter serbuk BN tanpa atau dengan material pengikat, TiN atau Co. hot hardness CBN ini sangat tinggi disbanding dengan jenis pahat yang lain.

 INTAN

Sintered Diamond merupakan hasil proses sintering serbuk intan tiruan dengan pengikat Co (5%-10%). Hot hardness ssasngat tinggi dan tahan terhadap deformasi plastic. Sifat ini ditentukan oleh besar butir intan serta prosentase dan komposisi material pengikat. Karena intan pada temperature tinggi akan berubah menjadi graphit dan mudah terdifusi dengan atom besi, maka pahat intan tidak dapat di gunakan untuk memotong bahan yang mengadung besi (ferros). Cocok untuk “ultra high precision & mirror finish cutting” bagi benda kerja nonferro (Al Alloys, Cu Alloys, plastics, Rubber).