Post on 07-Jul-2018
8/19/2019 Cacat Dalam Material
1/17
Nama : Fajar Frihdianto
NIM : K2514030
PRODI/SEMESTER : Pnd! T"ni" M#in / II
Mata K$%iah : I%m$ &ahan
Tan''a% : 2( )*ri% 2015
+a,a-an
1! .).)T D))M M)TERI)
Cacat pada material merupakan ketidaksempurnaan pada material. Berdasarkan
geometrinya, cacat/defect pada material dapat dibagi dalam 4 (empat) katagori , yaitu:
a. Cacat titik (cacat 0 dimensi Point Defect)
b. Cacat garis (cacat dimensi !ine Defect / Diclocation)
c. Cacat Bidang (cacat " diimensi Planar/ #urface Defect)
d. Cacat $olume (cacat % dimensi $olume Defect ($&'D)
a. Cacat titik
Cacat titik adalah cacat berupa titik pada material. Cacat titik terbagi atas :
1) $acancy (kekosongan), yaitu cacat yang terjadi akibat adanya kekosongan atom dalam
susunan atom.
2) Subtitusi/pergantian, yaitu cacat yang terjadi akibat adanya pergantian atom pada
susunan atom.
) !ntertisi adalah cacat yang terjadi akibat adanya atom lain yang menyusup dalam
susunan atom. !ntertisi terbagi atas:
• #elf 'ntertisi, yaitu cacat akibat adanya atom yang menyisip pada susunan
atom yang berasal dari atom itu sendiri.
• 'mpurity, yaitu adanya atom asing yang menyusup pada susunan atom yang
bersi"at mengganggu
b. Cacat #aris/$islokasi
Cacat garis adalah ketidaksempurnaan pada material akibat kekosongan pada sebarisatom. $islokasi terbagi atas dislokasi sisi dan dislokasi ulir.
8/19/2019 Cacat Dalam Material
2/17
1) $islokasi sisi, adalah cacat garis yang arah pergerakan atomnya tegak lurus terhadap
garis dislokasi. ( Dislocation line)
2) $islokasi %lir, yaitu cacat gais yang arah pergerakan atomnya sejajar terhadap arah
garis dislokasi ( Dislocation line).
c. Cacat &idang
Cacat bidang yaitu ketidak sempurnaan material pada sebidang struktur atom.
Contohnya'
1. *inning
2. &atas butir
d. Cacat uang
Cacat ruang adalah ketidaksempurnaan kristal pada seruang atom yaitu timbulnya
rongga antara batas butir karena orientasi butir dan dapat dilihat secara langsung.
Contohnya :
• orositas
• etak
• onngga
8/19/2019 Cacat Dalam Material
3/17
&erikut ini akan saya sedikit menjelaskan mengenai bentuk*bentuk cacat diatas :
a. CACAT TITIK
Cacat titik yang paling sederhana adalah kekosongan (+acancy) disini ada atom yang
hilang dalam kristal. Cacat titik ini merupakan hasil dari penumpukan yang salah seaktu
kristalisasi atau juga dapat terjadi pada suhu yang tinggi oleh karena energi thermal
meningkat. Bila energi t+ermal tinggi, ada kemungkinan bagi atomatom untuk melompat
meninggalkan tempatnya (dimana energi terenda+ akan ikut naik pula) -aka akan terdapat
kekosongan tunggal saat kristalisasi. $an bila terdapat kekosongan ada 2 (dua) maka dapat
disebut sebagai ""o#on'an 'anda . erhatikan gambar dibaah ini
8/19/2019 Cacat Dalam Material
4/17
&ila ketidak*sempurnaan seperti kekosongan jumlahnya meliputi 1 (satu) atau beberapa atom
maka ketidak sempurnaan tersebut biasa*nya disebut dengan nama cacat titik atau !0$C0.
oint de"ect dapat berupa :
a. 3acancy (kekosongan) akan :
1. atom pada tempatnya
2. pasangan ion (schottky)
b. Subsitusi oleh atom asing.
c. !ntertisi oleh atom asing dengan ukuran relati" kecil.
Sel" intertisial pada umumnya biasa dikenal sebagai renkel*de"ect dan +acancy akan
pasangan ion dikenal sebagai Schootky 4 $e"ect.
5ekosongan pasangan ion (disebut juga cacat schottky) terdapat pada senyaa yang harus
mempunyai keseimbangan muatan.
Cacat ini mencakup kekosongan pasangan ion berlaanan, kekosongan pasangan ion dan
""o#on'an t$n''a% mm*r*at di$#iita# atom
8/19/2019 Cacat Dalam Material
5/17
Cacat titik (point de"ect) menyebabkan distorsi lokal dalam kristal. -isalnya : 3acancy
dapat menyebabkan 5-SS!3 4 S0SS. Subsitusi oleh atom*atom yang lebih kecil
atau besar selalu dapat menyebabkan kompressi+e dan 0ensile Stress.
!ntertisi menyebabkan strain di sekitar tempat yang diduduki dengan kata lain, cacat titik
menyebabkan meningkatnya energi dalam material secara thermodinamik.
(Cacat tidak akan menyebabkan peningkatan besaran 06789 (6) -aterial).
b. .).)T GARIS / INE DEFE.T DISO.)TION
8ine de"ect yang paling banyak dijumpai adalah dislokasi. Secara geometris, dislokasi dapat
digambarkan seperti di baah ini :
8/19/2019 Cacat Dalam Material
6/17
$islokasi ini dapat digambarkan sebagai sisipan satu bidang atom tambahan dalam struktur
kristal. #aris dislokasi dalam gambar tersebut adalah garis tegak lurus ; pada bidang
gambar. $i daerah garis sekitar dislokasi terjadi distorsi kisi yang besi"at lokal. $aerah*
daerah yang jauh dari garis dislokasi, derajat distorsi lokalnya menurun dan susunan
atomnya kembali normal.
$istorsi kisi tersebut dapat berupa tekanan dan tegangan sehingga terdapat energi tambahan
sepanjang dislokasi tersebut. 4
$!S8C70! (dislokasi ulir)
8/19/2019 Cacat Dalam Material
7/17
$i dalam material biasanya ditemukan gabungan antara edge dislocation dan scre
diclocation yang biasa disebut dislokasi campuran. $islokasi dapat berpindah*pindah
ataupun bergerak. roses dimana de"ormasi plastis di*karenakan gerakan gerakan dislokasi
yang berpindah*pindah tersebut biasanya dinamakan dengan #!'P .
&idang, dimana garis dislokasi melintang disebut B'D-. #!'P , sedangkan arah gerakan
dislokasi disebut --1 #!'P . &ila ditinjau secara khusus , ternyata gerakan dislokasi pada
berbagai bidangn kritis adalah tidak sama sehingga dengan perkataan lain dapat dikatakan
baha terdapat arah dan bidang kristal yang meudahkan dislokasi terssebut bergerak yang
disebut dengan nama P23322D P!-.2 .
&idang*bidang dan arah bidang yang memudahkan dislokasi tersebut bergerak padaumumnya adalah bidang*bidang kristal yang memiliki planar density yang tinggi. Sedangkan
arah gerakan dislokasi pada bidang kristal dengan planar density yang tinggi merupakan arah
slip.
Dengan perkataan lain ara+ slip yang diinginkan adala+ ara+ dengnn !inier density yang
tinggi
c. SRF).E DEFE.TS P)N)R DEFE.TS
lanar de"ect (dapat berupa cacat pada permukaan*permukaan luar, tin boundary, batas*
batas "asa, batas butir) pada material (dimana) akan memisahkan material tersebut atas
beberapa bagian yang mana tiap*tiap bagian akan memiliki struktur kristal yang sama tetapi
berbeda arah kristalnya.
Prm$"aan Matria%
5etidak*sempurnaan kristal dalam dua dimensi merupakan suatu batas, dimana batas yang
nyata adalah permukaan luar. ermukaan dapat diilustrasikan sebagai batas struktur kristal
sehingga kita dapat melihat baha koordinasi atom pada permukaan tidak sama dengan
koordinasi atom dalam kristal. $engan kata lain : 7tom permukaan hanya mempunyai
tetangga pada satu sisi saja, sehingga memiliki energi yang lebih tinggi dimana ikatannya
menjadi kurang kuat. 5arena atom*atom ini tidak seluruhnya dikekelingi oleh atom lainnya,
maka energinya jadi lebih banyak dibandingkan dengan atom di dalamnya.
8/19/2019 Cacat Dalam Material
8/17
Contoh idealnya:
0etesan cairan yang berbentuk bulat maka luas permukaannya per satuan +olume tetesan
harus minimal (sehingga permukaannya minimmal). enyerapan permukaan merupakan
adanya perbedaan energi pada permukaan tersebut.
Batas Butir
8/19/2019 Cacat Dalam Material
9/17
&entuk butir dalam solid material biasanya diatur oleh adanya butir*butir lain di sekitarnya
dimana dalam setiap butir, semua selnya teratur dalam satu arah dan satu pola yang tertentu.
ada grain boundary (batas butir), antara dua butir yang berdekatan terdapat daerah transisi
yang tidak searah dengan pola dalam kedua butir tersebut.
d. OME $C0S
3olume de"ects pada material dapat berupa : crack (retak)/pori*pori, inklusi,
presipitat, "asa kedua dan lain sebagainya. 5ehadiran +olume de"ect di dalam
materiaal biasanya memberikan suatu implikasi (misalnya terhadap si"at
material) yang akan menyebabkan perubahan densitas material (terutama
dengan adanya pori*pori ataupun "asa kedua pada material).
8/19/2019 Cacat Dalam Material
10/17
Secara illustrati" akan ditinjau e"ek dari kehadiran cacat +olume tersebut (seperti retak)
terhadap kekuatan material, dimana ingin dilihat perban*dingan (kekuatan tarik retakan)
dengant+ (kekuatan tarik teoritis) suatu material yang sama.
8/19/2019 Cacat Dalam Material
11/17
2. engertian $islokasi $an $e"ormasi
a. $islokasi
8/19/2019 Cacat Dalam Material
12/17
$islokasi adalah suatu pergeseran atau pegerakan atom*atom di dalam sistem kristal
logam akibat tegangan mekanik yang dapat menciptakan de"ormasi plastis (perubahan
dimensi secara permanen). 5ekuatan ( strengt+) dan keuletan (ductility) atom di dalam
melalui tingkat kesulitan atau kemudahan gerakan dislokasi di dalam sistem kristal logam.
-isalya pada proses pengerjaan dingin (cold ork) terjadi peningkatan dislokasi di dalam
kristal logam sehingga kekuatan logam meningkat, namun keuletan menurun.
ada dasarnya dislokasi ada 2 yaitu edge dislocation and scre* dislocation. $islokasi
ulir menyerupai spiral dengan garis cacat sepanjang sumbu ulir. 3ektor gesernya sejajar
dengan garis cacat. 7tom*atom disekitar dislokasi ulir mengalami gaya geser, oleh karena itu
terdapat energi tambahan di sekitar dislokasi tersebut.
5edua jenis dislokasi garis terjadi karena adanya ketimpangan dalam orientasi
bagian*bagian yang berdekatan dalam kristal yang tumbuh sehingga ada suatu deretan atom
tambahan ataupun deretan yang kurang.
Semua cacat diatas dapat digeser dalam suatu lattice, baik karena pengaruh
thermodinamik maupun gaya mekanik.
#erakan dari edge dislocation dimulai dari tepi kristal dengan terbentuknya
dislocation line, sebagai akibat dari gaya geser ( s+ear force). #aris dislokasi ini berupa garis
lurus sepanjang kristal dan tegak lurus sepanjang kristal dan tegak lurus terhadap arah gaya
geser. #aya geser seterusnya akan mendorong garis dislokasi ini dari satu baris atom ke baris
atom berikutnya. &aris atom yang telah tergeser ini dikatakan telah mengalami slip dan
bidang tempat terjadinya pergeseran ini dinamakan bidang slip ( slip plane). Slip plane selalu
merupakan bidang yang padat atom. $ari gambar juga tampak baha baris atom yang telah
bergeser akan kembali memiliki ikatan antar atom seperti semula, hanya saja ikatan ini
sekarang terjadi dengan baris atom yang berbeda.
engertian mengenai dislokasi ini akan berman"aat untuk menjelaskan berbagai si"at
logam antara lain de"ormasinya, penguatan dan lain lain.
Cacat bidang yang selalu terdapat pada kristal logam adalah grain boundary (batas
butir) ada batas butir selalu terdapat distorsi baik karena pengaruh tegangan permukaan
maupun akibat dari interaksi dengan atom*atom kristal tetangganya. 5arena setiap butir
kristal mempunyai orientasi yanga berbeda satu sama lain, maka pada batas antara satu butir
dengan butir lain akan terjadi ketidakaturan susunan atom.
b. $-7S!
8/19/2019 Cacat Dalam Material
13/17
$e"ormasi ada 2 yaitu :
* de"ormasi plastik
* de"ormasi elastik
1) $e"ormasi plastik pada kristal
&ila suatu kristal mengalami tegangan maka susunan atom pada kristal itu akan
mengalami perubahan posisi, perubahan ini bersi"at sementara bila tegangan yang bekerja
tidak cukup besar dan akan bersi"at permanen bila tegangan sudah melampaui yield. &ila
tegangan telah melampaui yield maka garis dislokasi sudah bergeser dan mungkin telah
mencapai batas butir, sehingga butir kristal mengalami perubahan bentuk yang permanen.
erubahan bentuk pada butir kristal akibat terjadinya hal ini akan menyebabkan terjadinya
perubahan bentuk pada bentuk luar benda. $e"ormasi (perubahan bentuk) dapat terjadi
dengan terjadinya slip atau tinning atau kombinasi keduanya.
$e"ormasi dengan slip
Slip merupakan mekanisme terjadinya de"ormasi yang paling sering dijumpai. Slip
terjadi bila sebagian dari kristal tergeser relati" terhadap bagian daari kristal lain sepanjang
bidang kristalogra"i tertentu. &idang tempat terjadinya slip ini dinamakan bidang slip ( slip
plane) dan arah pergeseran atom pada bidang slip dinamakan arah slip ( slip direction). Slip
terjadi pada bidang yang paling padat atom dan arah slip juga pada daerah yang paling padat
atom, karena untuk menggeser atom pada posisi ini memerlukan energi paling kecil.
Slip tidak terjadi dengan menggsernya seluruh atom pada bidang slip secara sekaligus.
Slip terjadi dengan bergesernya garis dislikasi sedikit demi sedikit. &ila slip terjadi dengan
pergeseran sekaligus seluruh atom pada bidang slip, maka akan dibutuhkan gaya yang sangat
besar. 5arena itulah kekuatan logam lebih rendah daripada kekuatannya yang dihitung
dengan menjumlahkan gaya yang perlu untuk memutuskan ikatan antar atomnya. %ntuk
dapat terjadinya slip harus ada gaya geser yang cukup, bila gaya geser itu belum cukup maka
distorsi yang ditimbulkan hanya bersi"at sementara, elastik.
$e"ormasi dengan tinning
$e"ormasi dengan tinning dapat terjadi bila satu bagian dari butir kristal berubah
orientasinya sedemikian rupa sehingga susunan atom di bagian tersebut akan membentuk
simetri dengan bagian kristal yang lain yang tidak mengalami tinning. Susunan atom pada
8/19/2019 Cacat Dalam Material
14/17
bagian yang mengalami tinning disebut ?mirror image@ dari bagian yang tidak mengalami
tinning. &idang yang menjadi pusat simetri antara kedua bagian itu dinamakan ?t*inning
plane@.
7da beberapa perbedaan antara slip dan tinning, yaitu baha pada slip orientasi
seluruh kristal tetap sama, sedang pada tinning sebagian kristal akan berubah orientasinya.
8/19/2019 Cacat Dalam Material
15/17
8/19/2019 Cacat Dalam Material
16/17
dan keuletan tertentu sesuai dengan kebutuhan, setelah proses pengerjaan
dingin. Dalam proses rekristalisasi terdiri dari beberapa tahap, dimana tahap-
tahap tersebut ada yang bisa di amati dan ada tahap yang tidak bisa di amati
secara langsung. #erdapat tahap antara yang tidak dapat diamati dengan
mikroskop optik. Pada tahap ini rangkaian dislokasi membentuk batas
butir bersudut kecil, dan disebut tahap pemulihan. Meskipun sifat mekanik
hampir tak berubah, tetapi terjadi pengaturan kembali struktur pada skala
atom, mendahului perubahan struktur mikro di atas.
%ambar &.'( Perubahan struktur mikro dan sifat mekanik logam
#erdeformasi selama proses rekristalisasi
8/19/2019 Cacat Dalam Material
17/17
#emperatur rekristalisasi biasanya sekitar ).& * ).+ #m . Proses
rekristalisasi bergantung pada waktu dan temperatur, biasanya
dipilih suhu sekitar ).+ #m agar proses berlangsung lebih cepat.
Pengerjaan mekanik mempunyai efek yang sangat berbeda biladilakukan di atas atau di bawah daerah rekristalisasi. ila di bawah
suhu rekristalisasi, struktur yang dihasilkan terdistorsi, mengandung
energi, dan disebut struktur pengerjaan dingin.
ila deformasi dilakukan di atas suhu rekristalisasi, struktur yang
dihasilkan lebih lunak, mempunyai sifat mekanik yang sama dengan
logam awal, dan disebut struktur pengerjaan panas. Perlu dicatat
bahwa istilah panas atau dingin berkaitan suhu kerja yang
dihubungkan dengan ).+ #m atau suhu rekristalisasi.
ekristalisasi logam pengerjaan dingin belum tentu menghasilkan
produk akhir yang stabil. ila logam dipanaskan terus setelah proses
rekristalisasi berakhir, butir yang besar akan memakan butir yang
kecil sehingga batas butir keseluruhan sistem berkurang. Dengan
pengerjaan dingin sebesar ' * / 0 diperoleh beberapa daerah
berenergi regangan tinggi, yang kemudian menjadi inti.