MATERIAL PAHAT BUBUT

Material Pahat Bubut

Mesin bubut merupakan salah satu mesin yang digunakan dalam proses pemesinan. Pekerjaan pemesinan umumnya mempertemukan dua jenis material yaitu material pahat dan material benda kerja. Karena pahat merupakan salah satu komponen utama yang memegang peranan penting dalam proses pembubutan, maka material pahat yang digunakan haruslah cocok. Untuk menjamin kelangsungan proses ini dengan baik maka diperlukan beberapa kriteria material pahat bubut yang akan digunakan untuk menyayat dan memotong benda kerja pada mesin bubut. Adapun kriteria material pahat bubut yang perlu diperhatikan antara lain:

Kekerasan

Material pahat bubut harus memiliki tingkat kekerasan yang cukup tinggi melebihi kekerasan benda kerja yang akan dibubut. Kekerasan material pahat bubut tidak hanya pada temperatur ruangan tapi harus mampu bertahan pada temperatur tinggi, dengan kata lain material pahat bubut harus memiliki hot hardness yang tinggi pada saat proses pembentukan geram berlangsung.

Keuletan

Keuletan pada material pahat bubut yang cukup besar berfungsi untuk menahan beban kejut yang terjadi sewaktu pembubutan  dengan interupsi maupun sewaktu memotong benda kerja yang mengandung partikel/bagian yang keras (Hard Spot).

Ketahanan Beban Kejut Termal

Ketahanan beban kejut termal diperlukan pada material pahat bubut bila terjadi perubahan temperatur yang cukup besar secara berkala/periodik.

Sifat Adhesi Yang Rendah

Material pahat bubut haruslah memiliki sifat adhesi yang rendah untnuk mengurangi afinitas benda kerja terhadap pahat, mengurangi laju keausan dan penurunan gaya pemotong.

Daya Larut Elemen/Komponen Material Pahat Rendah

Daya larut elemen material rendah dibutuhkan pada material pahat bubut untuk memperkecil laju keausan akibat mekanisme difusi.

Kekerasan yang rendah dan daya adhesi yang tinggi tidak diinginkan pada material pahat bubut, sebab pahat bubut akan terdeformasi, terjadi keausan tepi dan keausan kawah yang besar. Keuletan yang rendah serta ketahanan beban kejut termal yang kecil mengakibatkan rusaknya mata potong maupun retak mikro yang menimbulkan kerusakan fatal. Kriteria material pahat bubut seperti di atas memang perlu dipunyai oleh material pahat bubut. Tetapi, tidak semua sifat tersebut dapat dipenuhi secara berimbang. Pada umumnya kekerasan dan daya tahan termal yang dipertinggi selalu diikuti oleh penurun keuletan.

Secara berurutan, material pahat bubut tersebut dapat disusun mulai dari yang paling lunak tetapi ulet sampai yang paling keras tetapi getas sebagai berikut:

1. Pahat Baja Karbon (High Carbon Steels ; Carbon Steels ; CTS)

Baja dengan kandungan karbon yang relatif tinggi 9o,7% - 1,4%C) tanpa unsur lain atau dengan presentase unsur lain yang rendah 2%Mn, W, Cr) mempunyai kekrasan permukaan permukaan yang cukup tinggi. Dengan proses perlakuan panas, kekerasan yang tinggi ini (500 - 1000 HV) dicapai karena terjadi transformasi martenstit. Karena martenstit akan melunak pada temperatur sekitar 250^oC, maka baja karbon ini hanya digunakan pada kecepatan potong yang rendah (sekitar VC = 10mm/min). Pahat jenis ini hanya dapat memotong logam yang lunak ataupun kayu.

2. Pahat HSS (High Speed Steels ; Tools Steel)

Merupakan baja paduan tinggi dengan unsur paduan crom dan tungsten. Melalui proses penuangan (molten metalurgy) kemudian diikuti pengerolan ataupun penempaan baja dibentuk menjadi batang atau silindris. Pada kondisi lunak (Annealed) bahan tersebut dapat diproses secara permesinan menjadi berbagai bentuk pahat potong. Setelah dilakukan proses laku panas, kekerasannya akan cukup tinggi sehingga dapat digunakan pada kecepatan potong yang tinggi (sampai dengan tiga kali kecepatan potong untuk pahat CTS), sehingga dinamakan dengan Baja Kecepatan Tinggi (High Speed Steel/HSS). Apabila telah aus maka HSS dapat diasah sehingga mata potongnya tajam kembali karena sifat keuletan yang relatif baik. Pahat ini selain digunakan untuk pahat bubut biasanya juga digunakan untuk pahat gurdi dan skrap.

Hot hardness dan recovery hardness yang cukup tinggi dapat dicapai berkat adanya unsur paduan W, Cr, Mo, Co. Pengaruh unsur tersebut pada unsur dasar besi (Fe) dan karbon (C) adalah sebagai berikut:

Tungsten/Wolfram (W)

untuk mempertinggi hot hardness dimana terjadi pembentukan karbida, yaitu paduan yang sangat keras, yang menyebabkan kenaikan temperatur untuk proses hardening dan tempering.

Chromium (Cr)

Menaikan hardenability dan hot hardness. Crom merupakan elemen pembentuk karbida akan tetapi Cr menaikan sensitifitas terhadap over heating.

Vanadium (V)

Menurunkan sensitifitas terhadap over heating serta menghaluskan besar butir. Vanadium juga merupakan elemen pembentuk karbida.

Molibdenum (Mo)

Mempunyai efek yang sama seperti W, akan tetapi lebih terasa (2% W dapat digantikan oleh 1% Mo). Selain itu, Mo - HSS lebih liat, sehingga mampu menahan beban kejut. Kekuarangannya adalah lebih sensitif terhadap over heating (hangusnya ujung - ujung yang runcing sewaktu dilakukan proses Heat Treatment)

Cobalt (Co)

Bukan elemen pembentuk kerbida. Ditambahkan pada HSS untuk menaikan Hot Hardness dan tahanan keausan. Besar butir menjadi lebih halus sehingga ujung - ujung yang runcing tetap terpelihara selama proses Heat Treatment pada temperatur tinggi.

Klasifikasi pahat HSS menurut komposisinya yaitu:

• HSS Konvensional

   » Molybdenum HSS: standar AISI (American Iron and Stell Institute) M1;M2;M7;M10

   » Tungsten HSS: Standar AISI T1;T2

• HSS Special

• Cobalt Added HSS: Standar AISI M33;M36;T4;T5 dan T6

• High Vanadium HSS: Standar AISI M3-1;M3-2;M4;T15

• High Hardness Co. HSS: Standar AISI M42;M43;M44;M45;M46

   » Cast HSS

   » Powdered HSS

   » Coated HSS

3. Pahat Paduan Cor Non Ferro (Cast Nonferrous Alloys ; Cast Carbides)

Paduan cor non ferro (Stellite) adalah campuran (paduan) yang memiliki sifat antara HSS dan Carbida, digunakan dalam hal khusus diantara pilihan dimana karbida terlalu rapuh dan HSS mempunyai Hot Hardness dan Wear Resistance yang terlalu rendah. Material jenis ini dibentuk secara tuang menjadi bentuk yang tidak terlalu sulit msalnya tool bit (sisipan) yang kemudian diasah menurut dimensi yang dibutuhkan. Paduan nonferro terdiri atas empat elemen utama yaitu:

a. Cobalt sebagai pelarut bagi elemen - elemen yang lain.

b. Cr (10% - 35% berat) yang membentuk karbida.

c. W (10% - 25% berat) sebagai pembentuk karbida menaikan kekerasan secara menyeluruh.

d. Carbon (1% C membentuk jenis yang relatif lunak sedangkan 3% jenis yang keras serta tahan aus).

4. Pahat Karbida (Cemented Carbides)

Merupakan jenis pahat yang disemen (cemented carbides) dengan bahan padat yang dibuat dengan cara sintering serbuk karbida (nitrida oksida) dengan bahan pengikat yang umumnya dari kobalt (Co). Cara carbuzing  masing - masing bahan dasar (serbuk). Tungsten, titanium, tatalum yang dibuat menjadi karbida yang digiling dan disaring. Salah satu atau campuran karbida tersebut kemudian dicampur dengan bahan pengikat (Co) dan dicetak tekan dengan memakai bahan pelumas (lilin). Setelah itu dilakukan presintering (1000^oC pemanasan mula untuk menguapkan bahan pelumas) dan kemudian sintering (1600^oC). Hot hardness carbida yang disemen hanya akan menurun bila terjadi perlunakan elemen pengikat. Semakin besar presentase pengikat Co maka kekerasannya menurun dan sebaliknya keuletannya membaik. Modulus elastisitasnya sangat tinggi demikian pula berat jenisnya. Koefisien muainya 1/2 dari baja dan konduktivitas panasnya sekitar 2 atau 3 kali konduktivitas panas HSS. Ada tiga jenis utama pahat karbida sisipan, yaitu:

a. Karbida tungsten (WC+Co) yang merupakan jenis pahat karbida untuk memotong besi tuang (Cast Irong Cutting Grade)

b. Karbida Tungsten Paduan (WC-TiC+Co;WC-TaC-TiC+Co;WC-TaC+Co;WC-TiC-TiN+Co;TiC+Ni,Mo) merupakan jenis pahat karbida pemotong baja (Steel Cutting Grade)

c. Karbida lapis (Coated Cemented Carbides) merupakan jenis karbida tungsten yang dilapis beberapa lapis karbida, nitrida oksida lain yang lebih rapuh tetapi ihot hardness tinggi.

5. Pahat Keramik (Ceramics)

Merupakan paduan metalik dan non-metalik menurut definisi yang sempit, sedangkan menurut definisi yang luas merupakan paduan semua material kecuali metal dan organik. Keramik mempunyai sifat yang khas yaitu relatif rapuh sehingga membatasi/mempersulit kegunaannya. Salah satu usaha memperkecil sifat kerapuhan adalah dengan memanfaatkan kemajuan teknologi dalam pembuatan serbuk yang halus, murni, dan homogen.

Perambatan retak pada struktur keramik dihambat dengan cara sebagai berikut :        

a. Menyerap energi perambatan retak dengan menambahkan partikel   yang semi stabil.  

b. Mengarahkan dan menghambat perambatan retak dengan menambahkan serat halus.  

c. Menumbuhkan retak-retak mikro yang tak beraturan sehingga menghambat pertumbuhan retak besar, dengan cara menambahkan partikel yang mempunyai koefisien muai yang berbeda yang akan menimbulkan retak mikro sewaktu proses pendinginan berlangsung.

6. Pahat CBN (Cubic Boron Nitrides) 

CBN termasuk jenis keramik, dibuat dengan penekanan panas sehingga serbuk grafit putih nitrida boron dengan struktur atom heksagonal berubah menjadi struktur kubik. CBN dapat digunakan untuk proses pemesinan berbagai jenis baja dalam keadaan dikeraskan (hardenned steel), HSS, besi tuang, maupun karbida semen. Afinitas terhadap baja sangat kecil dan tahan terhadap baja sangat kecil dan tahan terhadap perubahan reaksi kimia sampai dengan temperatur pemotongan 1300^oC (kecepatan potong tinggi). Dibuat dalam bentuk sisipan dan mempunyai harga yang mahal. 

7. Pahat Intan (Sinterred Diamonds dan Natural Diamonds)

Sintered Diamond merupakan hasil proses sintering serbuk  intan tiruan dengan bahan pengikat Co (5% - 10%). Hot Hardness sangat tinggi dan tahan terhadap deformasi plastik. Sifat ini ditentukan oleh besar butir intan serta persentase dan komposisi material pengikat. Karena intan pada temperatur tinggi akan berubah menjadi grafit dan mudah terdifusi menjadi atom besi, mata pahat intan tidak digunakan untuk memotong bahan yang mengandung besi (ferrous). Cocok bagi Ultra highprecision dan mirror finishing bagi benda kerja non fero ( Al alloys, Cu alloys, Plastics, rubber).

Dalam proses pemesinan umumnya kita menggunakan jenis pahat HSS untuk mesin gurdi dan karbida untuk mesin frais dan bubut (dan dapat juga sebagai sisipan pada jenis pahat lainnya). Tabel di bawah ini merupakan tabel  perbedaan antara pahat HSS dan Karbida.