Penjelasan Penempaan Logam: Apa Itu Logam, Jenis Baja & Cara Kerjanya

Penempaan logam adalah proses pembentukan logam menggunakan gaya tekan — melalui pemukulan, pengepresan, atau penggulungan — biasanya saat logam dipanaskan agar lebih mudah dibentuk. Hampir semua logam yang dapat dipanaskan tanpa menjadi terlalu rapuh secara teknis dapat ditempa, namun dalam praktiknya, baja karbon, baja paduan, aluminium, titanium, dan paduan tembaga mendominasi penempaan industri karena menawarkan kombinasi terbaik antara kemampuan kerja dan peningkatan sifat mekanik yang dihasilkan oleh penempaan.

Logam Apa yang Dapat Ditempa dan Mengapa Beberapa Logam Dapat Ditempa Lebih Baik Dibandingkan Logam Lainnya

Daya tempa suatu logam bergantung pada keuletannya pada suhu tempa dan bagaimana struktur butirannya merespons deformasi. Baja dengan struktur kristal face-centered cube (FCC) pada suhu tinggi mengalami deformasi lebih seragam saat ditekan, yang merupakan alasan mengapa baja merupakan logam yang paling sering ditempa dalam lingkungan industri.

Logam dengan kandungan karbon tinggi diatas kira-kira 0,6% , serta besi tuang, umumnya dianggap sebagai kandidat yang buruk untuk ditempa karena tidak memiliki keuletan yang cukup bahkan pada suhu tinggi dan cenderung retak daripada berubah bentuk akibat tekanan palu atau tekanan.

Bagaimana Anda Menempa Baja: Proses Dasar Dijelaskan

Penempaan baja mengikuti urutan yang tidak berubah secara mendasar sejak pandai besi tradisional, meskipun skala dan peralatan telah berkembang secara dramatis dalam lingkungan industri.

1. Pemanasan: Baja dipanaskan di dalam tempa - yang biasanya berbahan bakar batu bara atau kokas, sekarang sering kali dipanaskan dengan gas atau induksi - hingga suhu tempanya, biasanya antara 1.100°C dan 1.250°C (2.000°F hingga 2.300°F) untuk sebagian besar baja karbon, dapat dikenali dari warna oranye terang hingga kuning.
2. Deformasi: Gaya tekan diterapkan melalui pemukulan, pengepresan, atau penggulungan untuk membentuk baja yang dipanaskan — dapat berupa cetakan terbuka (pembentukan bentuk bebas) atau cetakan tertutup (memaksa logam masuk ke dalam rongga berbentuk).
3. Pemanasan ulang sesuai kebutuhan: Baja mendingin dengan cepat setelah dikeluarkan dari bengkel, dan karena suhunya turun di bawah kisaran suhu penempaan, baja tersebut harus dikembalikan ke sumber panas sebelum melanjutkan — baja yang dikerjakan dengan suhu terlalu dingin berisiko retak daripada berubah bentuk.
4. Normalisasi atau anil: Setelah dibentuk, potongan yang ditempa sering kali dipanaskan kembali hingga suhu terkontrol dan didinginkan secara perlahan untuk menghilangkan tekanan internal yang timbul selama penempaan dan menyempurnakan struktur butiran.
5. Penyelesaian: Bahan berlebih (flash, dalam penempaan cetakan tertutup) dipangkas, dan bagian tersebut mungkin menjalani perlakuan panas tambahan, pemesinan, atau penyelesaian permukaan tergantung pada aplikasi akhir.

Jenis Proses Penempaan Logam

Penempaan industri umumnya dikategorikan berdasarkan suhu dan konfigurasi cetakan yang digunakan, dan pilihan antara metode ini bergantung pada kompleksitas bagian, volume produksi, dan sifat mekanik yang diperlukan.

• Penempaan panas: Dilakukan di atas suhu rekristalisasi logam, memungkinkan perubahan bentuk yang signifikan dengan gaya yang relatif rendah dan mengurangi risiko retak — metode yang paling umum untuk baja.
• Penempaan dingin: Dilakukan pada atau mendekati suhu kamar, menghasilkan komponen dengan toleransi dimensi yang lebih ketat dan permukaan akhir yang lebih halus, namun memerlukan gaya yang jauh lebih tinggi dan membatasi jumlah deformasi yang mungkin terjadi tanpa retak.
• Penempaan hangat: Jalan tengah yang dilakukan pada suhu menengah, menyeimbangkan kebutuhan gaya yang lebih rendah pada penempaan panas dengan beberapa manfaat presisi dari penempaan dingin.
• Penempaan mati terbuka: Logam ini dibentuk di antara cetakan datar atau berbentuk sederhana yang tidak menutup seluruhnya, sehingga memungkinkan logam mengalir kecuali di tempat cetakan tersebut bersentuhan — digunakan untuk bentuk yang besar dan sederhana seperti poros dan cakram.
• Penempaan cetakan tertutup (cetakan tayangan): Logam tersebut dipaksa masuk ke dalam rongga cetakan yang menutupinya sepenuhnya, menghasilkan bentuk yang lebih kompleks dengan toleransi yang lebih ketat — digunakan untuk suku cadang bervolume tinggi seperti komponen otomotif.
• Jatuhkan penempaan: Metode penempaan berbasis palu khusus di mana beban berat dijatuhkan ke benda kerja yang ditempatkan di dalam atau di atas cetakan, biasanya dikaitkan dengan operasi penempaan industri tradisional.

Apa Itu Baja Tempa dan Bagaimana Kandungan Karbon Mempengaruhi Hasilnya

"Baja tempa" mengacu pada baja yang dibentuk melalui penempaan, bukan pengecoran (menuangkan logam cair ke dalam cetakan) atau permesinan (memotong bahan dari balok padat). Proses penempaan memampatkan dan menyelaraskan struktur butiran internal baja sepanjang arah deformasi, yang umumnya menghasilkan peningkatan kekuatan, ketangguhan, dan ketahanan lelah dibandingkan dengan bagian cor dengan komposisi yang sama — inilah sebabnya komponen yang ditempa sering kali dikhususkan untuk bagian yang mengalami tegangan atau benturan tinggi, seperti poros engkol, roda gigi, dan alat kelengkapan struktural.

Kandungan karbon adalah faktor utama yang membedakan berbagai tingkatan baja tempa dan menentukan keseimbangan antara kekuatan, kekerasan, dan keuletan setelah penempaan:

Kandungan karbon yang lebih tinggi memungkinkan bagian yang ditempa mencapai kekerasan yang lebih besar melalui perlakuan panas berikutnya, namun hal ini juga mempersempit jendela suhu di mana baja dapat ditempa dengan aman tanpa retak — itulah sebabnya baja karbon tinggi ditempa dengan kontrol suhu yang lebih ketat dan pemanasan ulang yang lebih sering.

Apa yang Digunakan Pandai Besi: Peralatan dan Perlengkapan untuk Menempa Tangan

Meskipun penempaan industri bergantung pada pengepres hidrolik dan palu mekanis, peralatan inti yang digunakan oleh pandai besi untuk penempaan tangan sebagian besar tetap konsisten dengan praktik tradisional, yang disesuaikan dengan ukuran pekerjaan yang dilakukan.

• menempa: Sumber panas — yang biasanya berupa bengkel berbahan bakar batu bara atau kokas, sekarang sudah umum menggunakan bengkel propana dan induksi — yang digunakan untuk menaikkan suhu tempa baja
• landasan: Balok baja berat yang memberikan permukaan stabil dan kaku untuk dipalu, dengan berbagai fitur (tanduk, lubang keras, lubang pritchel) yang digunakan untuk berbagai teknik pembentukan
• Palu: Berbagai bobot palu dan bentuk muka untuk berbagai tugas — palu dengan peen silang untuk menggambar logam, palu ball-peen, dan palu bundar untuk membuat tekstur dan membentuk
• Penjepit: Digunakan untuk menahan benda kerja panas dengan aman, dengan bentuk rahang berbeda yang dirancang untuk stok bulat, stok datar, atau geometri bagian tertentu
• Pahat dan pukulan: Digunakan saat logam masih panas untuk memotong, menusuk, atau membuat tekstur dekoratif
• Tangki pendinginan: Wadah berisi air, minyak, atau quenchant lainnya yang digunakan untuk mendinginkan baja dengan cepat untuk pengerasan, dengan pilihan quenchant mempengaruhi kekerasan yang dihasilkan dan risiko retak

Baik untuk penempaan tangan maupun industri, warna merupakan indikator tradisional suhu — warna kuning-oranye cerah umumnya sesuai dengan rentang penempaan optimal untuk sebagian besar baja karbon, sedangkan warna merah kusam menunjukkan baja telah mendingin di bawah rentang kerja aman dan berisiko retak jika terkena benturan.