mekanisme penguatan

8/19/2019 mekanisme penguatan

http://slidepdf.com/reader/full/mekanisme-penguatan 1/6

15: MEKANISME PENGUATAN

Deformasi plastik kristal tunggal alam !u"ungann#a engan gerakan islokasi an

engan mekanisme eformasi asar untuk lun$ur an untuk "entuk kem"aran kristal tunggal

menggam"arkan konisi paling ieal untuk kulia! le"i! menalam% Pen#eer!anaan #ang

iaki"atkan ole! konisi kristal tunggal ari segi "a!an mem"antu alam melukiskan

perilaku eformasi alam kaitann#a engan kristalografi an engan struktur $a$at%

Terke$uali untuk alat elektronik &at paat 'soli(state ele$troni$ e)i$es*+ kristal tunggal

,arang ipakai unluk penerapan reka#asa ise"a"kan ole! pem"atasan #ang meli"atkan

kekuatan+ ukuran an pem"uatann#a% Prouk logam komersial tanpa terke$uali tersusun ari

kristal ini)iual atau ari "utir ini)iual alam ,umla! sangat "an#ak% -utir ini)iual

agregat polikristalin tiak mengalami peru"a!an "entuk sesuai !ukum #ang relatif seer!ana+

#ang melukiskan eformasi plastik alam kristal ise"a"kan ole! ampak pena!anan "utir

#ang mengelilingin#a% Mem"a!as !u"ungan asar perilaku islokasi% Dari sini ,elas+ "a!.a

kekuatan "er"aning ter"alik engan mo"ilitas islokasi an "a!.a alam kristal tunggal

engan kemurnian tinggi terapat se,umla! faktor #ang mungkin+ apat mempengaru!i

kekuatan perilaku mekanis%

/ai+ struktur kristal menentukan ,umia! an ,enis sistem lun$ur+ menetapkan )ektor

-urgers an menentukan tegangan gesekan kisi 'tegangan Peierls* #ang mengatur tingkat

kekuatan asar an ketergantungan kekuatan ari temperatur% Dalam struktur paat+ energi

sala!(susun menentukan luasn#a isosiasi islokasi+ #ang mempengaru!i mua!n#a lun$ur(

silang an "esarn#a la,u penguatan(regang selan,utn#a% Kemurnian an metoe persiapan

menentukan kerapatan an islokasi a.al an su"struktur% 0aria"el #ang ter"atas ini

mengetenga!kan kepelikan "a!.a perilaku mekanis paa umumn#a tiak apat ikaitkan

se"agai fungsi regangan+ la,u regangan+ temperatur+ an la,u tegangan engan presisi tinggi%

Tetapi+ iperlukan kepelikan #ang semakin "esar untuk meng!asilkan "a!an engan kekuatan

serta kegunaan tertinggi% /ai "utir !alus sering ike!enaki untuk kekuatan tinggi+

penam"a!an atom(larut alam ,umla! "esar untuk meningkatkan kekuatan an transformasi

fase apat imanfaatkan untuk meningkatkan kekuatan%



15%1% -ATAS -UTI DAN DIS23KASI

-atas antara "utir("utir alam agregat polikristalin merupakan aera! kisi #ang

terganggu engan le"ar !an#a "e"erapa garis tenga! atom% Dalam !al umum+ orientasi

kristalografi "eru"a! engan ti"a(ti"a melintasi per"ata,san "utir ari satu "utir ke "utir

"erikutn#a% -atas "utir suut "esar "iasa menggam"arkan aera! sala!(suai ram"ang

'ranom misfit* antara kisi kristal i sekitarn#a% Selama per"eaan alam orientasi antara

"utir i kiri kanan per"atasan "erkurang+ keaaan terti" i per"atasan meningkat% Untuk !al

"atas "utir suut rena!+ i mana per"eaan orientasi sepan,ang per"atasan mungkin kurang

ari 14+ per"atasan teriri ari susunan islokasi #ang teratur% -atas "utir suut "esar

merupakan per"atasan engan energi permukaan #ang agak tinggi% Umpaman#a+ per"atasan

"utir alam% tem"aga mempun#ai energi permukaan antar "iang kira(kira se"esar 44

erg6$m7+ seang energi "atas "entuk kem"aran !an#a kira(kira 75 erg6$m7% Dise"a"kan ole!

energin#a #ang tinggi+ "atas "utir merupakan tempat prefensial untuk reaksi "a!an paat

'soli state rea$tions* seperti ifusi+ transformasi fase+ an reaksi pengenapan% Energi tinggi

ari "atas "utir "iasan#a mengaki"atkan konsentrasi atom #ang larut le"i! tinggi i

per"atasan aripaa i alam "utir% 8al ini men#ulitkan pemisa!an ampak mekanis murni

"atas "utir ter!aap sifat+ ari ampak #ang iaki"atkan ole! segregasi ketiakmumian%

-ilamana kristal tunggal mengalami eformasi tarik kristal terse"ut "iasan#a "e"as untuk

"eru"a! "entuk paa sistem lun$ur tunggal untuk "agian "esar eformasi an kristal apat

meru"a! orientasin#a le.at rotasi kisi ketik ter,ai perpan,angan% Tetapi+ "utir ini)iual

alarn "ena(u,i polikristalin tiak !arus mengalami sistem tegangan uniaksial tunggal+

"ilamana "ena(u,i mengalami eformasi tarik% Dalam polikristal+ kontinuitas !arus

iperta!ankan+ se!ingga "atas antara kristal #ang mengalami eformasi tetap tak "eru"a!%

Sekalipun tiap "utir men$o"a untuk "eru"a! "entuk engan !omogen sesuai engan

eformasi "ena(u,i se$ara keseluru!an+ keter"atasan #ang ipaksakan ole! kontinuitas

men#e"a"kan per"eaan #ang men#olok alam eformasi antara "utir("utir "erikutn#a #ang

"erekatan an i alam tiap "utir% Kulia! tentang eformasi alam aluminium "er"utir kasar

memperli!atkan "a!.a regangan i sekitar "atas "utir "iasan#a "er"ea antara "utir engan

men#olok ari regangan i tenga!(tenga! "utir% Sekalipun regangan "ersifat kontinu

sepan,ang per"atasan+ mungkin terapat graien regangan #ang ta,am i aera! ini% /ika

"esar "utir "erkurang an regangan meningkat+ eformasi men,ai le"i! !omogen%



Dise"a"kan ole! keter"atasan #ang ipaksakan ole! "atas "utir+ slip ter,ai paa "e"erapa

sistem+ kenati regangan rena!% 8al ini men,ai pen#e"a" ter,ain#a slip i "iang tak paat

alam aera! ekat "atas "utir% -ila garis tenga! "utir "erkurang+ le"i! "an#ak ampak "atas

"utir irasakan i tenga! "utir% /ai+ pengerasan regangan logam "er"utir !alus akan "esar

aripaa alam agregat polikristalin "er"utir kasar% Paa temperatur i atas setenga! titik

lumer+ eformasi apat ter,ai karena menggelin$ir sepan,ang "atas "utir% Penggelin$iran

"atas "utir men,ai le"i! menon,ol kalau temperatur naik an la,u regangan "erkurang+

seperti alarn $reep% Pemusatan eformasi paa aera! "atas("utir merupakan sala! satu

sum"er penting "agi pata!(temperatur tinggi% 3le! karena kotoran $enerung memisa! ke

"atas "utir+ pata! antar("utir 'intergrannular fra$ture* sangat ipengaru!i ole! kornposisi%

9ara kasar untuk mem"ea("eakan "ila penggelin$iran "atas("utir memegang peran iala!

engan temperatur san.(lekat 'eui$o!esi)e temperature*% Di atas temperatur ini aera!

"atas "utir le"i! lema! aripaa "agian alarn "utir an kekuatan meningkat engan

"ertam"a! "esarn#a "utir% Di "a.a! temperatur sama(lekat+ aera! "atas "utir le"ili kuat ari

"agian alarn "utir an kekuatan "ertam"a! "esar engan "erkurangn#a ukuran "utir

'meningkatn#a aera! per"atasan "utir*% Mekanisme penguatan #ang i"a!as alam "a" ini

termasuk kelompok #ang meng!am"at pergerakan konser)atif islokasi% Mekanisme ini

"erlangsung paa temperatur sekitar 4+5 Tm+ i mana Tm aala! temperatur le"ur alarn

era,at Kel)in%

15%7% Mekanisme Penguatan :

15%7%1% Penguatan -utir

-ukti langsung untuk penguatan mekanik "atas "utir i"erikan ole! eksperimen paa

"ikristal i mana per"eaan orientasi antara "atas "utir mem"u,ur iu"a!(u"a! se$ara

sistematik% Tegangan lulu! "ikristal "ertam"a! se$ara linear engan meningkatn#a sala!

orientasi sepan,ang "atas("utir an ekstrapolasi !ingga suut(sala!(orientasi(nol '&ero

misorientation angle* mem"erikan !arga menekati engan !arga tegangan lulu! kristal

tunggal% 8asil ini menganung makna "a!.a penguatan se"agai aki"at "atas "utir merupakan

!asil interferensi "ersama ter!aap slip i alarn "utir% Tela! ilakukan "e"erapa usa!a untuk

mengkalkulasi kur)a



tegangan(regangan untuk po!kristal "erasarkan kur)a tegangan(regangan untuk kristal

tunggal%

8u"ungan 8all(Pet$! 5

8all mengusulkan suatu !u"ungan umumn antara tegangan lulu! 'an sifat mekanik lainn#a*

engan "esar "utir% 8u"ungan ini kemuian ikem"angkan ole! Pet$!%

;o < ;i = kD ( 167*

i mana :

;o < tegangan lulu!

;i < >tegangan gesekan> #ang merupakan keta!anan kisi kristal ter!aap pergerakan

islokasi

k < >parameter pengan$ing> #ang men,ai ukuran kontri"usi pengerasan relatif ole! "atas

"utir

D < iameter "utir

Persarnaari 8all(Pet$! mula(mula isusun "erasarkan pengukuran titik lulu! "a,a kar"on

rena!% Dan tela! ter"ukti apat menggam"arkan !u"ungan antara "esar "utir an tegang alir

paa "er"agai !arga regang plastik !ingga perpata!an rapu!% Selain itu apat pula

menggam"arkan )arlasi tegangan perpata!an rapu! engan "esar "utir an ketergantungan

kekuatan fatik paa "esar "utir% Persamaan 8al(Pet$! ,uga "erlaku untuk ,enis "atas lainn#a

seperti "atas ferit an perlit alam perlit+ kem"aran mekanik an pelat martensit%

Pengukuran Ukuran(-utir

Ukuran("utir iukur engan mikroskop $a!a#a engan meng!itung ,umla! "utir paa luas

#ang itentukan+ engan menentukan ,umla! "utir 'atau "atas "utir* #ang "erpotongan

engan pan,ang garis sem"arang #ang iketa!ui+ atau engan mem"aningkann#a engan

kartu '$!art* ukuran "utir "aku% Se"agian "esar pengukuran ukuran("utir memerlukan

pemisalan relatif ter!aap "entuk an istri"usi ukuran "utir an karena itu+ !arus itafsirkan

engan !ati(!ati% Seperti #ang itun,ukkan ole! De 8off an !ines+? teknik #ang paling

mua! penerapann#a iala! teknik #ang men#eiakan informasi struktur #ang apat

mem"erikan korelasi engan ata sifat 'propert# ata* an #ang apat ilaksanakan engan



pengukuran relatif seer!ana paa permukaan #ang ipoles% Se"agian "esar pengukuran

ukuran("utir "ertu,uan urituk men$ari !u"ungan antara "atas("utir engan sifat mekanis

spesiflk% /ai+ pengukuran "atas "utir tiap satuan )olume S)+ iala! parameter #ang "erguna%

Smit! an Guttman? memperli!atkan "a!.a S) apat i!itung tanpa permsalan #ang

"erkaitan engan "entuk "utir an istri"usi ukuran ari pengukuran ,umla! rata(rata intersep

garis u,i ram"ang engan "atas "utir tiap pan,ang satuan garis u,i N2%

S) < 7N2

Kalau ari S) iperlukan garis tenga! "utir rata(rata D+ garis tenga! ini apat

iperole! engan memisalkan "a!.a "utir "er"entuk "ulat an "erukuran konstan an

men$atat "a!.a tiap per"atasan ter"agi rata ole! ua "utir #ang "erekatan -an#ak ka,ian

tela! mempergunakan pan,ang intersep rata(rata garis u,i ram"ang se"agai ukuran "esam#a

"utir% Penentuan ini i"uat engan mem"agi pan,ang total garis u,i ole! ,umla! "utir #ang

ipotong(silang% Metoe #ang la&im igunakan untuk mengukur ukuran("utir i Amerika

Serikat iala! mem"aningkan "utir paa pern"esaran #ang itentukan engan kartu ukuran

"utir Ameri$an So$iet# for Testing an Materials 'ASTM*% 8u"ungan antara "ilangan ukuran

"utir ASTM n an N@+ #aitu ,urnla! "utir tiap in$i kuarat paa pern"esaran 144

in#atakan ole! persamaant "erikut: N@ < 7 n(1

15%7%7% Penguatan egangan

Pengerasan regangan 'strain !arening* aala! penguatan #ang ter,ai apa"ila logam

ieformasi plastik% Apa"ila logam iregang sampai ter,ai eformasi plastis+ maka logam

terse"ut akan mengalami pengerasan regangan

15%7%B% Penguatan 2arutan Paat

Penguatan larutan paat 'soli solution streng !arening* aala! penguatan #ang

ter,ai aki"at penam"a!an unsur pauan+ #ang larut alam "entuk larutan paat su"situsi atau

larutan paat intertisi%

15%7%C% Penguatan asa Keua

Pengerasan fasa keua 'se$ong p!ase !arening* aala! penguatan #ang ter,ai

melalui melarutkan an menistri"usikan fasa keua alam matrik%



15%7%5% Penguatan Presipitasi

Pengerasan presipitasi 'presipitation !arening* aala! penguatan #ang ter,ai aki"at

mun$uln#a fasa "aru "erupa sen#a.a antar logam 'intermetali$*% Pem"entukan fasa "aru

ipi$u ole! penam"a!an unsur pauan paa logam #ang mem"entuk larutan paat% Aapun

,enis mekanisme penguatan lainn#a termasuk Penguatan Dispersi+ Penguatan Martensit+

Penguatan Tekstur

mekanisme penguatan

Documents

Transcript of mekanisme penguatan