Permukaan Logam: Arti. Jenis dan Pemilihan | Metalurgi

Setelah membaca artikel ini Anda akan belajar tentang:- 1. Arti Permukaan 2. Jenis Permukaan 3. Pemilihan Proses Permukaan 4. Bahan Substrat 5. Pemilihan Bahan Permukaan 6. Aplikasi.

Arti permukaan:

Permukaan adalah proses pengendapan satu logam atau paduan di atas yang lain (logam dasar atau substrat) untuk meningkatkan sifat tahan ausnya seperti ketahanan terhadap abrasi, korosi, gesekan, atau untuk mencapai kontrol dimensi, dan memenuhi ­kebutuhan allurgical.

Proses yang biasa digunakan untuk pelapisan adalah proses fusion-welding seperti las gas, las busur, dll. Proses pelapisan tampaknya awalnya dikembangkan untuk kebutuhan industri pengeboran sumur minyak tetapi sekarang banyak digunakan pada semua jenis peralatan , peralatan, dan wadah untuk meningkatkan kehidupan mereka terhadap keausan dan aksi kimia.

Permukaan sama-sama berlaku untuk pembuatan produk baru dan reklamasi produk usang. Dalam kedua kasus, ini memperpanjang masa pakai produk dan menghemat bahan yang mahal. Hal ini menghasilkan ­keuntungan ekonomi yang cukup besar.

Jenis Permukaan:

Permukaan terdiri dari berbagai jenis yaitu, kelongsong, permukaan keras, penumpukan, dan mentega untuk mencapai ketahanan korosi (untuk keausan kimiawi), ketahanan aus (untuk keausan fisik), kontrol dimensi (untuk membangun kembali komponen yang aus), dan kebutuhan metalurgi masing-masing.

Keempat jenis metode permukaan dibahas secara singkat di bagian ini:

1. Kelongsong:

Dalam kelongsong, lapisan tebal dari beberapa logam las seperti baja tahan karat diletakkan di atas pelat baja karbon atau paduan rendah untuk membuatnya tahan korosi. Kelongsong juga harus tahan terhadap korosi lokal seperti pitting, korosi celah, korosi inter granular, dan retak korosi tegangan.

Untuk kelongsong, baja tahan karat atau salah satu paduan berbahan dasar nikel ­biasanya digunakan meskipun paduan berbahan dasar tembaga, perak, dan timah juga digunakan untuk beberapa aplikasi khusus.

Meskipun keuntungan utama dari kelongsong adalah pembuatan permukaan tahan korosi yang murah tetapi juga menggabungkan bahan berkekuatan tinggi seperti baja paduan rendah untuk penopang dengan bahan tahan korosi seperti baja tahan karat. Namun, sebagai aturan umum, kekuatan bahan kelongsong tidak diperhitungkan dalam desain komponen.

Penggunaan utama kelongsong dibuat dalam produksi kapal untuk bahan kimia, pabrik kertas, penyulingan minyak bumi, dan pembangkit listrik tenaga nuklir. Reaktor berlapis tembaga digunakan untuk produksi bir yang juga bersifat korosif sementara pabrik pengolahan dan pengemasan makanan banyak menggunakan baja tahan karat untuk menghindari aksi korosif pada makanan.

2. Hardfacing:

Dalam hardfacing, logam diendapkan di atas permukaan lain untuk meningkatkan kekerasan permukaan dan membuatnya tahan terhadap abrasi, benturan, erosi, galling, dan kavitasi. Seperti pada cladding, kekuatan lapisan hardfacing tidak termasuk dalam desain komponen.

Ketahanan abrasi adalah aplikasi hardfacing yang paling penting. Secara umum, maksimal tiga lapis paduan hardfacing diendapkan. Karena ­pengenceran yang berlebihan mengurangi keefektifan hardfacing, oleh karena itu penting untuk menghindari penetrasi yang berlebihan dan pengikatan yang buruk pada manik-manik yang berdekatan. Desainnya harus sedemikian rupa untuk memberikan dukungan yang memadai untuk permukaan dan sejauh mungkin harus dibebani dalam kompresi daripada tegangan atau geser. Dalam kondisi seperti ini, hardfacing dapat membuktikan keuntungan ekonominya secara efektif.

Hardfacing banyak digunakan dalam peralatan konstruksi termasuk bilah buldoser, bilah pengikis, dan peluncuran batu serta untuk ­peralatan tekstil dan permukaan katup engine.

3. Peningkatan:

Build-up overlay adalah pembangunan kembali bagian-bagian yang aus untuk mengembalikannya ke bentuk dan dimensi aslinya. Tidak seperti kelongsong dan pengerasan, kekuatan logam las yang membentuk penumpukan merupakan pertimbangan yang perlu dalam ­desain komponen karena material tersebut harus mengganti beberapa bagian asli komponen yang telah aus.

Itulah sebabnya komposisi dan sifat logam las yang diendapkan biasanya mirip dengan logam induk yang akan dibangun.

Metode build-up permukaan banyak digunakan dalam peralatan pemindah tanah, misalnya gigi bucket dragline, tepi bilah buldoser, dan scraper direklamasi dengan cara build-up. Perkeretaapian juga memanfaatkan penumpukan untuk memulihkan keausan roda kereta api serta titik dan persimpangan rel.

4. Mentega:

Mentega adalah proses pengendapan satu atau lebih lapisan bahan di antara bahan-bahan yang tidak kompatibel secara metalurgi yang secara individual memiliki kompatibilitas dengan bahan yang membentuk lapisan mentega. Ini digunakan terutama untuk menggabungkan baja tahan karat ke logam dasar baja karbon atau baja paduan rendah.

Jika tidak ada lapisan mentega yang digunakan, ketahanan korosi baja tahan karat akan berkurang tetapi jika lapisan bahan nikel atau Ni-Cr yang tinggi diendapkan pada logam bass sebelum menyimpan baja tahan karat paduan tinggi, tidak ada penurunan ketahanan korosi yang diamati.

Contoh umum dari proses ini ditemukan di pembangkit listrik tenaga nuklir untuk penyambungan nosel baja tahan karat dengan baja paduan rendah yang diolesi mentega dengan paduan Ni-Cr-Fe ke pipa baja tahan karat menggunakan logam pengisi Ni-Cr-Fe. Ini juga dapat digunakan untuk menggabungkan baja karbon ke baja paduan rendah ketika pelepasan tegangan dari las yang telah selesai harus dihindari.

Komponen dapat diberi perlakuan panas setelah diolesi mentega. Kekuatan lapisan mentega harus dipertimbangkan saat merancang sambungan.

Meskipun penumpukan dan mentega adalah istilah yang umum digunakan tetapi tidak memiliki status resmi; permukaan atau istilah kelongsong yang lebih sering digunakan seharusnya menyertakannya.

Pemilihan Proses Permukaan:

Pemilihan proses permukaan tergantung pada bahan substrat, jenis dan sifat endapan yang diperlukan, laju produksi, ukuran dan bentuk komponen yang akan diratakan, kondisi layanan yang akan dipasang dan ketersediaan peralatan.

Permukaan oxy-acetylene digunakan untuk banyak aplikasi baik di bengkel maupun di lapangan, di mana pengambilan karbon tidak menjadi masalah. Proses ini menghasilkan pemanasan dan pendinginan substrat yang lambat sehingga kemungkinan pengembangan tegangan dan retakan lebih kecil. Biaya peralatan rendah. Biasanya digunakan untuk penerapan paduan kobalt khusus pada tepi yang relatif tipis; bit pemotong batu bara, misalnya, sering dikeraskan dengan proses pelapisan oxy-acetylene.

Permukaan dengan proses las busur logam terlindung lebih cepat dan secara keseluruhan lebih murah jika melibatkan sejumlah besar komponen. Keterampilan yang dibutuhkan lebih rendah daripada dalam kasus proses permukaan gas oxy-fuel. Namun, karena laju pemanasan dan pendinginan yang lebih cepat, tekanan termal yang terjadi pada logam dasar dan pelapisan cukup tinggi sehingga meningkatkan kerentanan terhadap retak.

Proses ini banyak digunakan untuk tujuan umum perbaikan dan pembangunan dimana elektroda yang diinginkan tersedia. Prosesnya ­ekonomis dan mudah tersedia di sebagian besar toko dan bengkel lapangan. Ini menemukan penggunaan yang luas dalam komponen berbentuk permukaan, bagian yang bergerak bumi, kepala pemotong kapal keruk, poros, dan alat, dll.

Permukaan busur terendam digunakan di toko dan bukan di lapangan. Ini paling cocok untuk aplikasi pencabutan ketika bagian yang sama atau mirip ­dihadapkan secara rutin, misalnya, roller track shoe, drum, power shovel ring gear. Proses busur terendam yang menggunakan elektroda strip baja tahan karat sering digunakan untuk melapisi bejana nuklir guna meningkatkan masa pakainya dan untuk mengurangi biaya awal.

Pelapisan dengan proses FCAW dapat digunakan untuk aplikasi di mana SMAW biasanya digunakan, namun membutuhkan ketersediaan kawat tubular flux-cored dalam bentuk spooled. Ini dapat digunakan baik di toko maupun tugas lapangan seperti untuk melapisi bibir gayung.

GMAW sering digunakan untuk membangun aplikasi seperti poros kecil baik dalam mode semi-otomatis dan otomatis. Hal ini juga terutama digunakan untuk melapisi komponen kecil dengan bentuk kompleks yang sulit ditangani jika terak perlu dihilangkan di antara proses yang berbeda. Permukaan dengan ­busur hubung singkat yaitu teknik transfer celup dapat menguntungkan diterapkan pada komponen silinder dengan diameter 8 sampai 200 mm.

Proses GTAW digunakan untuk permukaan untuk meletakkan endapan berkualitas tinggi yang membutuhkan pemesinan pasca-proses paling sedikit, misalnya perkakas dan cetakan.

Metode permukaan busur plasma digunakan untuk aplikasi yang mirip dengan yang ditangani oleh proses GTAW. Namun, karena suhu plasma yang sangat tinggi, ini dapat digunakan dalam kasus di mana pemukaan oleh GTAW tidak ­memungkinkan.

Metode permukaan Electroslag digunakan untuk menyimpan logam dalam jumlah besar atau untuk aplikasi khusus, misalnya digunakan secara luas untuk membangun kembali palu penghancur. Untuk aplikasi perlengkapan khusus digunakan untuk mempercepat penyelesaian pekerjaan dalam waktu singkat.

Pekerjaan darurat paling baik ditangani dengan peleburan tungku asalkan tersedia tungku yang sesuai ­untuk melakukan operasi.

Bahan Substrat di Permukaan:

Sementara pemilihan bahan permukaan didasarkan pada layanan yang dimaksudkan ­, pemilihan bahan dasar untuk bertindak sebagai substrat tidak hanya ditentukan oleh kemampuan las dan sifat mekaniknya tetapi juga oleh desain struktural atau pertimbangan pembentukan.

Untuk aplikasi tujuan umum, bahan dasar terbaik biasanya adalah ­baja karbon unalloyed dengan kandungan karbon 0,20 hingga 0,95 persen yang mencakup sebagian besar baja karbon rendah dan menengah, dan baja karbon tinggi kelas rendah. Logam dasar baja karbon polos dengan kandungan karbon 0,45% cukup populer karena kemampuan las dan kekuatannya yang baik setelah dipermukaan.

Baja dengan kandungan karbon 0,50% atau lebih dapat dilapisi dengan proses oxy-acetylene secara memuaskan karena masukan panas yang rendah dan siklus pendinginan yang berkepanjangan karena penyebaran panas. Pemanasan awal hingga suhu 260 hingga 315°C sangat penting untuk menghindari kejutan termal dari pemanasan awal dan pelepasan panas yang cepat saat pelapisan dilakukan dengan proses las busur logam berpelindung.

Komponen baja paduan rendah dapat dipermukaan dengan mengikuti prosedur yang hampir sama seperti yang digunakan untuk baja karbon biasa yang memiliki kecenderungan serupa untuk mengeras.

Untuk substrat yang sangat keras, baja mangan austenitik yang dikenal sebagai baja Hadfield mungkin adalah yang paling keras yang tersedia dan cukup murah dalam bentuk coran. Dapat dilas dan memiliki kekuatan luluh sekitar 380 MPa.

Besi tuang abu-abu karena kerapuhannya memerlukan tindakan pencegahan khusus dalam melapisi dengan paduan dasar baja; namun beberapa paduan austenitik titik leleh rendah, paduan dasar kobalt, dan paduan dasar nikel dan tembaga dapat diterapkan.

Besi cor putih dan besi cor lunak tidak direkomendasikan untuk digunakan sebagai substrat untuk permukaan karena kehilangan karakteristik dasarnya karena pemanasan. Tembaga, kuningan, dan perunggu juga tidak cocok sebagai substrat untuk permukaan.

Pemilihan Bahan Permukaan:

Pilihan paduan permukaan tergantung pada sifat keausan yang dialami komponen permukaan selama servis.

Kondisi produksi keausan ini biasanya dihasilkan dari enam jenis kombinasi berikut ­:

1. Abrasi tanpa benturan keras,
2. Gabungan abrasi dan benturan keras,
3. Rolling, sliding, dan metal-to-metal contact,
4. Erosi dan korosi,
5. Cutting edge beroperasi pada temperatur normal, dan
6. Permukaan yang mengalami layanan pada suhu tinggi.

Permukaan yang mengalami abrasi tanpa benturan berat seperti bagian bajak, sekop, roller traktor, bit sumur minyak rotor, papan cetakan, klem tiang keruk, dan saluran untuk menyampaikan material curah dilapis dengan material seperti kromium karbida.

Gabungan abrasi dan benturan berat ditemui pada peralatan seperti gayung dan gigi power shovel, kerucut penghancur batu, bibir buldoser, gigi cangkang kerang, dan seluncuran di mana potongan berat dibuang. Bahan yang paling cocok untuk melapisi komponen ini adalah baja semi-austenitik dan baja ­mangan.

Konveyor sekrup dan alat bor tanah umumnya dilindungi oleh bahan keras seperti karbida. Baja tahan karat digunakan untuk memberikan ketahanan korosi dan perlindungan terhadap erosi pada pompa air dan implikasinya membutuhkan ketahanan benturan yang baik.

Permukaan yang mengalami gelindingan, geseran, dan kontak logam-ke-logam pada bagian-bagian seperti gigi sproket, selongsong dan busing, permukaan gelindingan, roda derek dan poros yang beroperasi dengan pelumasan dapat dilapis dengan baja Mn austenitik atau baja tahan karat austenitik sedangkan bantalan yang dioperasikan pada suhu tinggi dilapisi dengan karbida kromium, baja tahan karat, dan paduan kromium dan Ni tinggi.

Efek gabungan atau erosi dan korosi seperti yang ditemui pada katup dan tempat duduknya untuk mengontrol uap, air, oli, dll., dapat dikurangi dan dikompensasi ­oleh endapan yang dibuat dengan melapisinya dengan paduan baja tahan karat austenitik.

Pinggiran tajam yang beroperasi pada suhu normal seperti gunting logam, pelubang, pencacah umpan (untuk pakan ternak), alat pengikis tanah, mata bor tanah, bilah penghancur, dll., harus dilapisi dengan bahan yang memiliki sifat mengasah sendiri; endapan karbida tungsten melayani kondisi ini dengan baik.

Permukaan yang dikenai layanan panas seperti dudukan katup engine, hot drawing atau hot forming die, dll., memerlukan ketangguhan, kekuatan panas, ketahanan mulur ­, ketahanan oksidasi, dan ketahanan erosi gas buang. Bahan permukaan yang paling cocok untuk aplikasi ini adalah paduan Cr-Co-W, baja austenitik, baja karbon sedang martensit, dan paduan tipe Ni-Cr-Mo.

Aplikasi Permukaan:

Permukaan sama-sama berlaku untuk pembuatan baru dan reklamasi ­komponen aus. Dalam kedua kasus, ini memperpanjang masa pakai produk dan menghemat bahan yang mahal.

Ada banyak sekali produk rekayasa yang muncul secara teratur ­untuk menjaga mereka tetap beroperasi sampai layak secara ekonomi.

Lebih khusus lagi, permukaan digunakan dalam pembuatan atau reklamasi jenis peralatan berikut:

1. Bagian dari peralatan pertanian dan pemindah tanah seperti gulungan pendukung traktor, gigi gayung, bagian bajak, kerucut bor, trunion buldoser, ember dragline, sapuan pembudidaya, penggalian anus, dll.
2. Peralatan penghancur batu bara dan semen dan pabrik metalurgi seperti cetakan, rahang penghancur, kerucut tanur sembur, gulungan dan palu penghancur, sekrup konveyor, auger pemulihan batubara, dayung pencampur aspal, dll.
3. Menempa dan menekan komponen seperti cetakan, pukulan, dll.
4. Rig bor dan pemotong batu bara, misalnya mata bor, gigi pemotong, dll.
5. Alat potong seperti blooming mill share, alat potong, bor, reaming dan milling, dan sebagainya.
6. Gulungan pabrik bergulir.
7. Pelek roda kereta api, titik rel, persimpangan, dan kodok.
8. Katup dan dudukan katup untuk mesin pembakaran dalam.
9. Bejana tekan dan tangki penyimpanan.
10. Pisau dan pemotong seperti pencacah pakan (untuk pakan ternak), pisau grader, pisau pug mill, dll.