Bab 6: Kawat baja menjadi lebih tipis, kondisi material pun berubah
Di lokasi cold heading sering terjadi suatu kejadian yang umum:
Meskipun nomor grade material sama, pabrik baja sama, dan spesifikasi akhir setelah penarikan juga sama, tetapi setelah dimasukkan ke mesin cold heading, satu batch produksi berjalan lancar, sementara batch lainnya mengalami ketidakstabilan pembentukan, kepala tidak terisi penuh, bahkan kadang-kadang retak.
Di mana letak masalahnya?
Banyak orang beranggapan bahwa proses penarikan hanya bertujuan mengecilkan diameter kawat baja hingga memenuhi ukuran yang ditetapkan.
Pada kenyataannya, semudah itu bukanlah persoalannya.
Penarikan tidak hanya mengubah diameter, tetapi juga memengaruhi seberapa baik material tersebut dapat dibentuk dengan metode cold heading nantinya.
I. Tujuan Akhir Sama Tidak Berarti Jalur yang Ditempuh Juga Sama
Meskipun kedua kawat diakhir dengan ukuran 10 mm, satu batch mungkin dimulai dari diameter 11 mm, sedangkan batch lainnya mungkin dimulai dari 13 mm.
Kendati diameter akhirnya sama, deformasi yang dialami oleh batch kedua jelas lebih besar.
Semakin banyak kawat ditarik, biasanya ia akan menjadi lebih keras dan memiliki kekuatan yang lebih tinggi; sehingga pada saat dilanjutkan dengan proses cold heading, gaya pembentukan yang dibutuhkan pun akan berubah.
Oleh karena itu, untuk menilai apakah sebuah material cocok untuk cold heading atau tidak, tidak cukup hanya melihat spesifikasi akhirnya saja, tetapi juga harus memperhatikan:
Seberapa tebal awalnya dan berapa total panjang penarikan yang telah dilakukan.
Hal ini ibarat dua orang yang tiba di puncak gunung secara bersamaan: satu naik menggunakan kereta gantung, sementara yang lain mendaki dengan berjalan kaki. Meskipun mereka berdiri di tempat yang sama, kondisi fisik keduanya justru sangat berbeda.
II. Penarikan Sekaligus Terlalu Banyak atau Bertahap Juga Memberikan Hasil yang Berbeda
Sebuah kawat baja yang semula berdiameter besar kemudian ditarik hingga mencapai diameter yang lebih kecil, bisa dilakukan sekaligus dengan pengurangan yang signifikan, atau secara bertahap melalui beberapa kali proses penarikan.
Jika penarikan dilakukan sekaligus dalam jumlah besar, maka tekanan, gesekan, serta suhu antara kawat dan cetakan akan meningkat, sehingga perubahan pada lapisan permukaan material maupun bagian dalamnya pun mungkin tidak seragam.
Namun demikian, frekuensi penarikan yang terlalu sering juga tidak selalu memberikan hasil yang lebih baik.
Terlalu sering melakukan penarikan justru akan menyebabkan akumulasi gesekan dan efek deformasi secara terus-menerus.
Yang benar-benar penting adalah bagaimana setiap tahap penarikan disusun, terutama apakah tahap penarikan terakhir sudah tepat atau belum.
Total panjang penarikan sangat penting, begitu pula cara terakhir penarikan dilakukan.
Inilah sebabnya mengapa pabrik-pabrik modifikasi yang menggunakan kawat gulungan (coils) dengan spesifikasi yang sama, pada akhirnya masih dapat menghasilkan material dengan performa cold heading yang berbeda-beda.
III. Kawat baja juga dapat "mengingat" arah gaya yang diterimanya
Selama proses penarikan, kawat baja terutama mengalami pemanjangan ke arah depan.
Saat pembentukan dingin dengan cara pemukulan, material tersebut kemudian mengalami kompresi dan bergerak menuju kepala serta ke arah samping.
Dengan kata lain, material tersebut baru saja mengalami gaya tarik, lalu segera setelahnya harus menahan gaya tekan.
Saat logam mengalami deformasi pada satu arah, kemudian menerima beban pada arah yang berlawanan, kondisi awal mulainya deformasi dapat berubah. Dalam teknik mesin, fenomena ini disebut sebagai efek Bauschinger.
Pengertian sederhananya adalah:
Kawat baja akan mengingat bagaimana ia sebelumnya ditarik.
Setelah proses penarikan, meskipun kekuatan tarik material meningkat, bukan berarti ketahanan deformasinya terhadap gaya kompresi dalam proses pembentukan dingin juga meningkat secara proporsional.
Oleh karena itu, dalam menilai material setelah penarikan, tidak cukup hanya melihat pada kekuatan tarik dan kekerasan; perlu juga mempertimbangkan arah deformasi apa yang akan dialaminya selanjutnya.
IV. “Pengerasan” dan “memori arah” pasca penarikan dapat terjadi bersamaan
Setelah penarikan, material biasanya menjadi lebih keras, yang disebut sebagai pengerasan akibat deformasi.
Namun, ketika material beralih dari kondisi tarik ke kondisi tekan, efek Bauschinger turut mempengaruhi.
Kedua efek ini berlangsung secara bersamaan:
- Semakin besar deformasi akibat penarikan, umumnya semakin besar pula tahanan material terhadap deformasi lanjutan;
- Setelah arah gaya berubah, material bisa jadi mulai mengalami deformasi kompresi lebih cepat.
Pada tahap awal, mana di antara kedua efek tersebut yang lebih dominan, serta efek mana yang akan mendominasi saat deformasi berlanjut, bergantung pada jenis material, kondisi awal, dan tingkat penarikan.
Oleh karena itu, tidak dapat disimpulkan secara sederhana bahwa “semakin sedikit penarikan maka semakin baik”, ataupun “dengan memanfaatkan efek Bauschinger, semakin banyak penarikan maka semakin baik”. Yang dibutuhkan sesungguhnya adalah rentang parameter yang tepat.
Namun, rentang yang dimaksud ini tidak sama untuk semua grade, semua spesifikasi, maupun semua produk.
V. Mengapa baja non-perlakuan termal bainitik lebih patut diperhatikan?
Pada beberapa jenis baja non-perlakuan termal berbasis bainitik dan berkekuatan tinggi, efek Bauschinger cenderung lebih nyata ketika material beralih dari “tarik” menjadi “kompresi” dalam proses pembentukan dingin dengan pemukulan.
Material-material tersebut memiliki kekuatan yang relatif tinggi. Setelah mengalami penarikan, meskipun kekuatan tariknya terus meningkat, ketahanan terhadap deformasi kompresi pada proses pembentukan dingin belum tentu meningkat secara proporsional.
Inilah salah satu karakteristik penting baja non-perlakuan termal bainitik yang membuatnya layak dipertimbangkan dalam proses penguatan dengan deformasi dingin dan pembentukan dingin dengan pemukulan.
Oleh karena itu, dalam mengevaluasi material jenis ini, tidak cukup hanya melihat pada kekuatan tarik dan kekerasan setelah penarikan; perlu juga dilakukan analisis menyeluruh dengan mempertimbangkan tingkat penarikan, waktu produksi, serta performa aktual dalam proses pembentukan dingin dengan pemukulan.
6. Mengapa kinerja material masih berubah setelah disimpan untuk beberapa waktu?
Beberapa material yang digunakan segera setelah proses penarikan tidak menimbulkan masalah produksi; namun, setelah disimpan selama beberapa waktu dan baru diproduksi kembali, kinerjanya justru berubah.
Alasannya adalah bahwa setelah proses penarikan selesai, kondisi internal kawat baja belum tentu langsung stabil.
Dengan perubahan waktu penyimpanan dan suhu, kekuatan material serta karakteristik deformasi selanjutnya masih dapat terus mengalami penyesuaian.
Oleh karena itu, ketika membandingkan dua batch material, selain melihat nomor grade dan laporan pengujian, Anda juga harus memastikan:
- Kapan kedua batch material tersebut dilakukan proses penarikannya;
- Sudah berapa lama mereka disimpan setelah proses penarikan;
- Apakah ada perbedaan yang signifikan pada lingkungan penyimpanan.
Informasi ini mungkin tampak sederhana, tetapi kadang-kadang merupakan petunjuk penting untuk menemukan arah pemecahan masalah.
7. Saat menghadapi masalah, apa yang sebaiknya dibandingkan?
Jika material dengan grade dan spesifikasi yang sama menunjukkan kinerja cold heading yang berbeda, disarankan untuk membandingkan informasi berikut terlebih dahulu:
- Spesifikasi sebelum proses penarikan;
- Spesifikasi setelah proses penarikan;
- Jumlah tahap penarikan yang dilalui;
- Apakah tingkat reduksi pada tahap terakhir sama;
- Peralatan produksi dan waktu modifikasi dari kedua batch material;
- Jumlah waktu penyimpanan setelah proses penarikan;
- Apakah kelainan cold heading berubah sesuai dengan batch modifikasi yang berbeda.
Jika setelah mengganti batch modifikasi, kelainan tersebut ikut berubah, sementara peralatan cold heading, cetakan, dan produknya tidak berubah, maka perlu secara khusus memeriksa proses penarikan dari kedua batch material tersebut.
Namun, hanya dengan menemukan adanya perbedaan parameter saja belum cukup untuk langsung menyimpulkan sesuatu.
Penilaian yang sesungguhnya bergantung pada apakah perubahan dalam proses penarikan dapat dikaitkan dengan sifat material dan kelainan cold heading yang muncul.
Sudut Pandang Insinyur
Proses penarikan bukan sekadar mengubah diameter kawat baja dari besar menjadi kecil.
Ia juga mengubah kekuatan material, kemampuan deformasi selanjutnya, serta respons material saat beralih dari “tarik” menjadi “tekan”.
Bahan baku menentukan dasarnya, sedangkan proses penarikan menentukan kondisi akhir material saat memasuki mesin cold heading.
Jadi, meskipun material memiliki grade dan spesifikasi yang sama, ada yang mudah dibentuk dan ada pula yang sulit dibentuk; masalahnya belum tentu terletak pada sertifikat material, tetapi bisa jadi tersembunyi dalam proses penarikan itu sendiri.
Jika Anda juga menghadapi kasus di mana material dengan grade dan spesifikasi yang sama menunjukkan kinerja cold heading yang tidak konsisten, silakan kirimkan kepada saya nomor grade material, spesifikasi sebelum dan sesudah penarikan, jumlah tahap penarikan, waktu produksi, serta foto produk yang bermasalah.
Saya akan membantu Anda menilai terlebih dahulu apakah langkah pemecahan masalah sebaiknya dimulai dari aspek bahan baku, proses penarikan dan modifikasi, atau dari sisi proses cold heading.
Pengumuman Episode Berikutnya
Bab 7: “Meskipun Permukaan Terlihat Telah Difosfatkan dan Dilapisi Sabun, Mengapa Masih Muncul Masalah Saat Cold Heading?”
Pada bab berikutnya akan dibahas secara mendalam: mengapa meskipun permukaan material “terlihat sudah dilapisi film”, hal itu tidak menjamin adanya pelindung pelumas yang cukup selama proses deformasi cold heading.