Ⅰ. Pendahuluan

Superalloy adalah bahan logam yang mempertahankan kekuatan, ketahanan oksidasi, dan ketahanan korosi yang sangat baik pada suhu tinggi. Mereka banyak digunakan dalam mesin pesawat terbang, turbin gas, industri nuklir, dan peralatan energi. Namun, sifat unggul mereka menimbulkan tantangan signifikan dalam pemesinan. Terutama saat menggunakan end mill untuk operasi penggilingan, masalah seperti keausan pahat yang cepat, suhu pemotongan yang tinggi, dan kualitas permukaan yang buruk sangat menonjol. Artikel ini mengeksplorasi masalah umum yang dihadapi saat end milling superalloy dan memberikan solusi yang sesuai.

Ⅱ. Apa itu Superalloy?

Superalloy (atau paduan suhu tinggi) adalah bahan logam yang mempertahankan kekuatan tinggi dan ketahanan oksidasi dan korosi yang luar biasa di lingkungan bersuhu tinggi. Mereka dapat beroperasi dengan andal di bawah tekanan kompleks dalam lingkungan oksidatif dan korosif gas dari 600°C hingga 1100°C. Superalloy terutama mencakup paduan berbasis nikel, berbasis kobalt, dan berbasis besi dan banyak digunakan dalam industri dirgantara, turbin gas, tenaga nuklir, otomotif, dan petrokimia.

Ⅲ. Karakteristik Superalloy

1.Kekuatan Tinggi pada Suhu Tinggi
Mampu menahan tekanan tinggi untuk jangka waktu yang lama pada suhu tinggi tanpa deformasi mulur yang signifikan.

2.Ketahanan Oksidasi dan Korosi yang Sangat Baik
Mempertahankan stabilitas struktural bahkan ketika terkena udara, gas pembakaran, atau media kimia pada suhu tinggi.

3.Ketangguhan Kelelahan dan Fraktur yang Baik
Mampu menahan siklus termal dan beban benturan di lingkungan ekstrem.

4.Mikrostruktur yang Stabil
Mengalami stabilitas struktural yang baik dan tahan terhadap degradasi kinerja selama penggunaan suhu tinggi jangka panjang.

Ⅳ. Bahan Superalloy Khas

1.Superalloy Berbasis Nikel
Nilai Umum Internasional:

2.Superalloy Berbasis Kobalt

Nilai Umum Internasional:

Nilai Umum China (dengan Ekuivalen Internasional):

3.Superalloy Berbasis Besi

Fitur: Biaya rendah, kemampuan mesin yang baik; cocok untuk lingkungan suhu sedang (≤700°C).

Nilai Umum Internasional:

Nilai Umum China (dengan Ekuivalen Internasional):

4.Perbandingan Superalloy Berbasis Nikel, Berbasis Kobalt, dan Berbasis Besi

Ⅴ. Contoh Aplikasi Superalloy

Ⅵ. Tantangan dalam Pemesinan Superalloy

1. Kekuatan dan Kekerasan Tinggi:

Superalloy mempertahankan kekuatan tinggi bahkan pada suhu kamar (misalnya, kekuatan tarik Inconel 718 melebihi 1000 MPa). Selama pemesinan, mereka cenderung membentuk lapisan yang dikeraskan (dengan kekerasan meningkat 2-3 kali), yang secara signifikan meningkatkan resistensi pemotongan dalam operasi selanjutnya. Dalam kondisi seperti itu, keausan pahat diperparah, gaya pemotongan berfluktuasi hebat, dan kemungkinan chipping pada ujung potong lebih mungkin terjadi.

2. Konduktivitas Termal yang Buruk dan Panas Pemotongan yang Terkonsentrasi:

Superalloy memiliki konduktivitas termal yang rendah (misalnya, konduktivitas termal Inconel 718 hanya 11,4 W/m·K, sekitar sepertiga dari baja). Panas pemotongan tidak dapat hilang dengan cepat, dan suhu ujung potong dapat melebihi 1000°C. Hal ini menyebabkan bahan pahat melunak (karena kekerasan merah yang tidak mencukupi) dan mempercepat keausan difusi.

3. Pengerasan Kerja yang Parah:

Permukaan material menjadi lebih keras setelah pemesinan, yang selanjutnya mengintensifkan keausan pahat.

4. Ketangguhan Tinggi dan Kesulitan dalam Pengendalian Chip:

Chip superalloy sangat tangguh dan tidak mudah putus, seringkali membentuk chip panjang yang dapat membungkus pahat atau menggores permukaan benda kerja. Hal ini memengaruhi stabilitas proses pemesinan dan meningkatkan keausan pahat.

5. Reaktivitas Kimia yang Tinggi:

Paduan berbasis nikel rentan terhadap reaksi difusi dengan bahan pahat (seperti karbida semen WC-Co), yang menyebabkan keausan perekat. Hal ini menyebabkan bahan permukaan pahat terkikis, membentuk kawah keausan berbentuk bulan sabit.

Ⅶ. Masalah Umum dalam Penggilingan Superalloy dengan End Mill

1. Keausan Pahat yang Parah

• Kekerasan dan kekuatan superalloy yang tinggi menyebabkan keausan cepat pada permukaan sisi garu dan sisi flank end mill.

• Suhu pemotongan yang tinggi dapat menyebabkan retakan kelelahan termal, deformasi plastik, dan keausan difusi pada pahat.

2. Suhu Pemotongan yang Berlebihan

• Konduktivitas termal superalloy yang buruk berarti bahwa sejumlah besar panas yang dihasilkan selama pemotongan tidak dapat hilang tepat waktu.

• Hal ini menyebabkan panas berlebih lokal pada pahat, yang dapat menyebabkan pahat terbakar atau chipping dalam kasus yang parah.

3. Pengerasan Kerja yang Parah

• Superalloy rentan terhadap pengerasan kerja selama pemesinan, dengan kekerasan permukaan meningkat dengan cepat.

• Lintasan pemotongan berikutnya menghadapi permukaan yang lebih keras, memperburuk keausan pahat dan meningkatkan gaya pemotongan.

4. Gaya Pemotongan yang Tinggi dan Getaran yang Parah

• Kekuatan material yang tinggi menghasilkan gaya pemotongan yang besar.

• Jika struktur pahat tidak dirancang dengan benar atau jika pahat tidak dijepit dengan aman, hal itu dapat menyebabkan getaran pemesinan dan obrolan, menyebabkan kerusakan pahat atau hasil akhir permukaan yang buruk.

5. Adhesi Pahat dan Built-Up Edge

• Pada suhu tinggi, material cenderung menempel pada ujung potong pahat, membentuk built-up edge.

• Hal ini dapat menyebabkan pemotongan yang tidak stabil, goresan permukaan pada benda kerja, atau dimensi yang tidak akurat.

6. Kualitas Permukaan yang Dimesin yang Buruk

• Cacat permukaan umum termasuk duri, goresan, bintik keras permukaan, dan perubahan warna di zona yang terkena panas.

• Kekasaran permukaan yang tinggi dapat memengaruhi masa pakai bagian tersebut.

7. Umur Pahat yang Pendek dan Biaya Pemesinan yang Tinggi

• Efek gabungan dari masalah di atas menghasilkan umur pahat yang jauh lebih pendek dibandingkan dengan bahan pemesinan seperti paduan aluminium atau baja karbon rendah.

• Penggantian pahat yang sering, efisiensi pemesinan yang rendah, dan biaya pemesinan yang tinggi adalah konsekuensinya. 8. Solusi & Optimasi

Ⅷ. Solusi dan Rekomendasi Optimasi

1. Solusi untuk Keausan Pahat yang Parah:

1.1. Pilih bahan karbida butiran ultrafine (Karbida butiran Submikron/Ultrafine), yang menawarkan ketahanan aus yang unggul dan kekuatan patah melintang.

*Karbida semen butiran ultrafine banyak digunakan dalam cetakan, alat potong, pemesinan presisi, komponen elektronik, dan bidang lainnya karena ketahanan aus yang sangat baik dan kekerasan yang tinggi. Ukuran butiran WC tipikal berkisar dari sekitar 0,2 hingga 0,6 μm. Menurut standar dari berbagai negara dan merek, nilai karbida semen butiran ultrafine yang umum digunakan adalah sebagai berikut:

A. Nilai Karbida Semen Butiran Ultrafine Umum China (misalnya XTC, Zhuzhou Cemented Carbide, Jiangxi Rare Earth, Meirgute, dll.)

B. Nilai Jerman (misalnya CERATIZIT, H.C. Starck, dll.)

C. Nilai Jepang (misalnya Mitsubishi, Sumitomo, Toshiba, dll.)

D. Nilai USA（Kennametal、Carbide USA）

1.2. Optimalkan geometri pahat, seperti mengurangi sudut garu dan mempertahankan sudut bebas sedang, untuk meningkatkan kekuatan tepi.

1.3. Lakukan pengasahan tepi untuk mencegah chipping dan perambatan retakan mikro.

2. Solusi untuk Suhu Pemotongan yang Berlebihan:

2.1 Gunakan lapisan tahan panas berkinerja tinggi, seperti AlTiN, SiAlN, atau nACo, yang mampu menahan suhu pemotongan 800–1000°C.

2.2 Terapkan sistem pendingin bertekanan tinggi (HPC) atau pelumasan kuantitas minimum (MQL) untuk menghilangkan panas pemotongan dengan cepat.

2.3 Kurangi kecepatan pemotongan (Vc) untuk meminimalkan pembangkitan panas.

3. Solusi untuk Pengerasan Kerja yang Parah:

3.1 Tingkatkan umpan per gigi (fz) untuk mengurangi waktu tinggal pahat di lapisan yang dikeraskan.

3.2 Pilih kedalaman pemotongan (ap) yang lebih kecil dan beberapa lintasan untuk menghilangkan lapisan yang dikeraskan secara bertahap.

3.3 Jaga agar pahat tetap tajam untuk menghindari pemotongan dengan tepi yang tumpul melalui lapisan yang dikeraskan.

4. Solusi untuk Gaya Pemotongan yang Tinggi dan Getaran yang Parah:

4.1 Gunakan pahat helix variabel dan pitch variabel (jarak yang tidak sama) untuk mengurangi resonansi.

4.2 Minimalkan panjang overhang pahat (pertahankan rasio L/D<4) untuk meningkatkan kekakuan.

4.3 Optimalkan desain perlengkapan untuk meningkatkan stabilitas benda kerja.

4.4 Rencanakan jalur pemotongan dengan bijak, menggunakan penggilingan periferal, bukan penggilingan permukaan jika memungkinkan.

5. Solusi untuk Adhesi Pahat dan Built-Up Edge:

5.1 Pilih lapisan dengan koefisien gesekan rendah (misalnya, TiB₂, DLC, nACo) untuk mengurangi kecenderungan adhesi.

5.2 Gunakan cairan pemotongan atau MQL untuk meningkatkan pelumasan.

5.3 Pertahankan tepi potong yang tajam untuk mencegah pengikisan dan penumpukan panas yang disebabkan oleh pahat yang tumpul.

6. Solusi untuk Kualitas Permukaan yang Dimesin yang Buruk:

6.1 Optimalkan sudut bebas dan perlakuan tepi untuk meningkatkan kelancaran pemotongan.

6.2 Kurangi laju umpan untuk meminimalkan getaran dan tanda pemotongan.

6.3 Gunakan pahat gerinda halus untuk pemesinan akhir, dan pertimbangkan beberapa lintasan: penggilingan kasar→penggilingan semi-akhir→penggilingan akhir.

6.4 Terapkan cairan pemotongan untuk mencegah panas berlebih lokal dan perubahan warna oksidasi.

7. Solusi untuk Umur Pahat yang Pendek dan Biaya Pemesinan yang Tinggi:

7.1 Terapkan strategi di atas secara komprehensif untuk memperpanjang masa pakai setiap pahat.

7.2 Pasang sistem pemantauan pahat (misalnya, deteksi perubahan/masa pakai pahat otomatis) untuk menghindari penggunaan berlebihan.

7.3 Pilih merek terkenal atau pahat berlapis kelas tinggi untuk meningkatkan efektivitas biaya secara keseluruhan.

7.4 Untuk pemesinan batch superalloy, disarankan untuk menggunakan pahat khusus untuk mengoptimalkan efisiensi dan biaya.

Ⅸ. Parameter Pemotongan yang Direkomendasikan

Contoh: Inconel 718

Catatan:

• Pendinginan Tekanan Tinggi: Metode ini efektif dalam menghilangkan panas dengan cepat dan mengurangi keausan pahat selama operasi pengasaran.

• Pelumasan Kuantitas Minimum (MQL): Ini dapat digunakan dalam pengasaran untuk meminimalkan dampak lingkungan sambil tetap memberikan pelumasan yang memadai.

• Operasi Finishing: Pendinginan tekanan tinggi direkomendasikan untuk finishing untuk memastikan kualitas permukaan dan mencegah kerusakan termal.

Parameter ini dioptimalkan untuk pemesinan Inconel 718, dengan mempertimbangkan sifat materialnya yang menantang seperti kekuatan tinggi, kekerasan, dan kecenderungan untuk mengeras. Penyesuaian mungkin diperlukan berdasarkan kemampuan mesin dan kondisi pahat tertentu.

Ⅹ. Kesimpulan

Meskipun menantang, pemesinan superalloy dapat dikelola dengan pemilihan pahat dan optimasi proses yang tepat. End mill memainkan peran penting, dan keberhasilan bergantung pada kombinasi pilihan material, geometri, lapisan, pendinginan, dan strategi.

Untuk kebutuhan pahat khusus atau solusi pemesinan superalloy tertentu, jangan ragu untuk menghubungi kami untuk dukungan teknis dan sampel.