metalurgi fisik.docx

30
sunday, december 9, 2007 Struktur Kristal Logam Logam adalah suatu unsur yang mempunyai sifat-sifat seperti : kuat, liat, keras, mengkilat, dan penghantar listrik dan panas. Sifat-sifat metal pada umumnya dapat digolongkan atas : a. Sifat-sifat Ekstraktif/kimia (Chemical Properties) Meliputi cirri-ciri dari komposisi kimia dan pengaruh unsur terhadap metal (logam) b. Sifat –sifat mekanik (Mechanical Properties) Yang disebut sifat mekanik ialah sifat bahan bilamana dipengaruhi gaya dari luar, yaitu : kekuatan tarik, kuat bengkok, kekerasan, kuat pukul, kuat geser, dan lain-lain. Sering pula dimasukkan sifat teknologi dari material ialah mampu mesin, mampu cor dan sebagainya. c. Sifat – sifat Fisik (Physical Properties) Meliputi sifat logam yang tidak dipengaruhi oleh tenaga luar, yaitu : berat jenis, daya hantar listrik dan panas, sifat magnet, dan struktur mikro logam Sifat a dan b sangat penting bagi perencana dalam menentukan dan memilih logam untuk keperluan konstruksi dan rancangan lain. Struktur Kristal Logam seperti bahan lainnya, terdiri dari susunan atom-atom. Untuk lebih memudahkan pengertian, maka dapat dikatakan bahwa atom-atom dalam kristal logam tersusun secara teratur dan susunan atom-atom tersebut menentukan struktur kristal dari logam. Susunan dari atom-atom tersebut disebut cell unit. Pada temperatur kamar, besi atau baja memiliki bentuk struktur BCC (Body Centered Cubic). Dalam hal ini cell unit dari atom-atom disusun sebagai sebuah kubus dengan atom-atom menempati kedelapan dari sudut kubus dan satu atom berada di pusat kubus. Pada temperatur yang tinggi, besi atau baja memiliki bentuk struktur FCC (Face Centered Cubic). Dalam hal ini, cell unit adalah sebuah kubus dengan atom-atom menempati kedelapan dari sudut kubus dan atom lainnya berada pada pusat masing-masing dari enam keenam bidang kubus. Disamping

Transcript of metalurgi fisik.docx

Page 1: metalurgi fisik.docx

sunday, december 9, 2007

Struktur Kristal Logam

Logam adalah suatu unsur yang mempunyai sifat-sifat seperti : kuat, liat, keras, mengkilat, dan penghantar

listrik dan panas. Sifat-sifat metal pada umumnya dapat digolongkan atas :

a. Sifat-sifat Ekstraktif/kimia (Chemical Properties)

Meliputi cirri-ciri dari komposisi kimia dan pengaruh unsur terhadap metal (logam)

b. Sifat –sifat mekanik (Mechanical Properties)

Yang disebut sifat mekanik ialah sifat bahan bilamana dipengaruhi gaya dari luar, yaitu : kekuatan tarik, kuat

bengkok, kekerasan, kuat pukul, kuat geser, dan lain-lain. Sering pula dimasukkan sifat teknologi dari

material ialah mampu mesin, mampu cor dan sebagainya.

c. Sifat – sifat Fisik (Physical Properties)

Meliputi sifat logam yang tidak dipengaruhi oleh tenaga luar, yaitu : berat jenis, daya hantar listrik dan

panas, sifat magnet, dan struktur mikro logam

Sifat a dan b sangat penting bagi perencana dalam menentukan dan memilih logam untuk keperluan

konstruksi dan rancangan lain.

Struktur Kristal

Logam seperti bahan lainnya, terdiri dari susunan atom-atom. Untuk lebih memudahkan pengertian, maka

dapat dikatakan bahwa atom-atom dalam kristal logam tersusun secara teratur dan susunan atom-atom

tersebut menentukan struktur kristal dari logam. Susunan dari atom-atom tersebut disebut cell unit.

Pada temperatur kamar, besi atau baja memiliki bentuk struktur BCC (Body Centered Cubic). Dalam hal ini

cell unit dari atom-atom disusun sebagai sebuah kubus dengan atom-atom menempati kedelapan dari sudut

kubus dan satu atom berada di pusat kubus. Pada temperatur yang tinggi, besi atau baja memiliki bentuk

struktur FCC (Face Centered Cubic). Dalam hal ini, cell unit adalah sebuah kubus dengan atom-atom

menempati kedelapan dari sudut kubus dan atom lainnya berada pada pusat masing-masing dari enam

keenam bidang kubus. Disamping berbentuk kubus, cell unit lainnya dapat berupa HCP (Hexagonal Close

Packed), seperti halnya pada logam seng. Dalam hal ini atom-atom menempati kedua belas sudut, atom lain

Page 2: metalurgi fisik.docx

menempati dua sisi dan ketiga atom lagi menempati tengah.

Susunan atom-atom dalam struktur kristal sangat menentukan sifat-sifat logamnya. Logam dengan struktur

kristal BCC mempunyai kerapatan atom yang lebih rendah dibandingkan logam dengan struktur kristal FCC.

Perbedaan kerapatan atom itu dapat dilihat dari jumlah bidang gesernya. Pada struktur kristal BCC, jumlah

bidang gesernya lebih sedikit dari struktur kristal FCC, sehingga kemampuan atom-atom untuk bergeser

lebih sulit. Dengan demikian, logam dengan struktur kristal BCC membutuhkan energi lebih besar untuk

mengerakkan dislokasi. Hal ini yang menyebabkan logam dengan struktur kristal BCC lebih sulit dibentuk

jika dibandingkan logam dengan struktur kristal FCC yang mempunyai kekuatan rendah tetapi memiliki

keliatan yang tinggi (ductility)

Struktur Mikro

Struktur mikro logam merupakan penggabungan dari satu atau lebih struktur kristal. Pada umumnya logam

terdiri dari banyak kristal (majemuk), walaupun ada diantaranya hanya terdiri dari satu kristal saja (tunggal).

Tetapi logam dengan kristal majemuk memungkinkan pengembangan berbagai sifat-sifat yang dapat

memperluas ruang lingkup pemakaiannya. Dalam logam, kristal sering disebut sebagai butiran. Batas

pemisah antara dua kristal pemisah antara dua kristal disebut batas butir (Grain Boundary).

Baja dengan butiran yang kasar cenderung kurang tangguh, namun baja jenis ini lebih mudah untuk

permesinan dan mempunyai kemampuan pengerasan yang lebih baik. Untuk baja yang berbutir halus,

disamping lebih tangguh juga lebih ulet dibandingkan dengan yang berbutir kasar.

Besar butir dapat dikendalikan melalui komposisi pada waktu proses pembuatan, akan tetapi setelah

menjadi baja, pengendalian dilakukan dengan proses perlakuan panas. Tidak semua baja mengalami

pertumbuhan butir yang berarti setelah pemanasan diatas daerah kritis, beberapa jenis baja dapat

dipanaskan pada suhu yang lebih tinggi tanpa mengalami perubahan ukuran butirnya. Hal ini merupakan

karakteristik baja karbon sedang, suhu pengkasarannya tidak tetap dan dapat berubah-ubah, tergantung

pada pengerjaan panas atau dingin sebelumnya.

diposting oleh edy-metalurgi di 1:16 am

no 2

Page 3: metalurgi fisik.docx

Terdapat beberapa jenis cacat Kristal pada susunan atom dalam Kristal. Kita perlu ketahui bahwa

kehadiran cacat Kristal yang sedikit memiliki pengaruh yang sangat besar dalam menentukan sifat

suatu bahan dan pengaturan cacat sangat penting dalam pemrosesan bahan.

Contoh relevansi cacat Kristal dalam kehidupan pada umumnya dan dalam bahan pada khususnya

yaitu, ketika kita membeli cincin berlian, sebenarnya kita membayar untuk tipe cacat pada Kristal

pada cincin berlian tersebut. Pembuatan device semikonduktor tidak hanya membutuhkan Silikon

murni tetapi juga meliputi cacat Kristal tertentu pada sample. Menempa suatu logam akan

menghasilkan cacat pada logam tersebut dan meningkatkan kekuatan dan kelenturan logam. Catatan,

sifat-sifat tersebut dicapai tanpa mengubah komposisi penyusun bahan tetapi hanya manipulasi cacat

Kristal.

Berikut ini merupakan jenis-jenis cacat Kristal

Cacat titik yaitu adanya atom yang hilang atau terdapat sisipan atom asing dalam kisi

(kekosongan, interstitial dan subtitutional , cacat Schottky dan cacat Frenkel)

Cacat Linear yaitu sekelompok atom berada pada posisi yang menyimpang ( dislokasi tepi dan

dislokasi screw)

Cacat interfacial  yaitu interface antara daerah sejenis pada bahan (permukaan eksternal, grain

boundaries, dan twin boundaries)

Page 4: metalurgi fisik.docx

gambar disamping merupakan

representasi dua dimensi kristal sempurna dengan susunan atom yang benar. Namun

kenyataannya tidak ada yan sempurna

Gambar disamping merupakan skematik polikristal dengan berbagai macam cacat. Kita dapat lihat

bahwa ada beberapa grain Kristal yang dipisahkan oleh batas-batas dan juga terdapat atom-atom

yang hilang dan ada juga atom tambahan. Gambar diatas dari Helmut Föll, University of Kiel, Germany

 

 

 

B.      Jenis-Jenis Cacat Kristal

Page 5: metalurgi fisik.docx

Berikut ini akan dijelaskan masing-masing cacat pada bahan padat.

1. Cacat Titik

Cacat titik terdiri dari kekosongan, interstisial dan subtitutional, cacat Schottky dan cacat Frenkel

a. Kekosongan

Di alam ini tidak terdapat Kristal yang sempurna dengan susunan atom yang teratur. Selalu terdapat

cacat dalam suatu Kristal, dan yang paling sering dijumpai adalah cacat titik. Hal ini terutama ketika

temperature Kristal cukup tinggi dimana atom-atom bergetar dengan frekuensi tertentu dan secara

acak dapat meninggalkan kisi, lokasi kisi yang ditinggalkan disebut vacancy atau kekosongan. Dalam

kebanyakan kasus difusi atau transportasi massa oleh gerak atom juga dapat disebabkan oleh

kekosongan.

Semakin tinggi suhu, semakin banyak atom yang dapat meninggalkan posisi kesetimbangannya dan

semakin banyak kekosongan yang dapat dijumpai pada Kristal. Banyaknya kekosongan yang terjadi Nv

meningkat dengan meningkatnya suhu Kristal dan banyaknya kekosongan ini dapat diperoleh dengan

persamaan berikut (distribusi Boltzman)

 Rj=Ro exp(-Em/kT)

         Dalam persamaan ini, N adalah banyaknya atom dalam Kristal, Qv adalah energy yang

dibutuhkan untuk membentuk vacancy atau kekosongan, T adalah suhu kristal dalam Kelvin, dan k

adalah konstanta Boltzman yang bernilai 1.38 x 10-23 J/atom-K, atau 8.62 x 10-5 eV/atom-K bergantung

pada satuan Qv. Dengan menggunakan persamaan tersebut kita dapat mengestimasi bahwa pada

suhu kamar terdapat satu kekosongan dalam 1015 kisi Kristal dan pada suhu tinggi atau suhu

mendekati titik leleh zat padat terdapat satu kekosongan dalam 10000 atom.

Pada Kristal,atom membutuhkan energy untuk bergerak ke posisi kekosongan (misalnya energi

termal) untuk lepas dari tetangga-tetangganya. Energi tersebut disebut energy aktivasi kekosongan,

Em. Energi termal rata-rata atom biasanya lebih kecil dari energy aktivasi Em  dan fluktuasi energy

yang besar  dibutuhkan untuk loncat. Peluang untuk fluktuasi atau frekuensi loncatan atom Rj,

tergantung secara eksponensial terhadap suhu dan dapat digambarkan oleh persamaan yang

ditemukan kimiawan Swedia Arrhenius:

Dimana R0 adalah frekuensi percobaan yang sebanding dengan frekuensi getaran atom

Page 6: metalurgi fisik.docx

(kiri) Skema representasi kekosongan pada Kristal dalam 2 dimensi.

(kanan)   Skema representasi difusi atom dari posisi asalnya ke posisi kosong. Energy aktivasi Em  telah

diberikan pada atom sehingga atom dapat memutuskan ikatan antar atom dan pindah ke posisi yang

baru

b. Interstitial dan Subtitutional

Interstitial yaitu Penekanan atau penumpukan antara tempat kisi teratur. Jika atom interstitial adalah

atom yang sejenis dengan atom-atom pada kisi maka disebut self interstitial. Terciptanya self-

interstitial menyebabkan distorsi besar disekeliling kisi dan membutuhkan energy lebih dibandingkan

dengan energy yang dibutuhkan untuk membuat vacancy atau kekosongan (Ei>Ev), dan dibawah

kondisi kesetimbangan, self-interstitial hadir dengan konsentrasi lebih rendah dari kekosongan. Jika

atom-atom interstitial adalah atom asing, biasanya lebih kecil ukurannya (karbon, nitrogen, hydrogen,

oksigen) disebut interstitial impurities. Mereka memperkenalkan distorsi kecil pada kisi dan banyak

terdapat pada material nyata. Subtitutional yaitu Penggantian atom pada matriks Kristal. Jika atom

asing mengganti atau mensubtitusi matriks atom, maka disebut subtitusional impurity

Page 7: metalurgi fisik.docx

Gambar disamping menunjukan skema representasi macam-macam cacat titik dalam Kristal (1)

kekosongan, (2) self-interstitial, (3) Interstitial impurity, (4) (5) subtitutional impurities. Tanda panah

menunjukan tekanan local yang dihasilkan oleh cacat titik.

c.  Cacat Schottky dan Cacat Frenkel

Dalam Kristal ionic (misalnya garam dapur- Na+Cl-), ikatannya disebabkan oleh gaya Coulomb antara

ion positif dan ion negatif. Cacat titik dalam Kristal ion adalah muatan itu sendiri. Gaya Coulomb

sangat besar dan setiap muatan yang tidak seimbang memiliki kecenderungan yang kuat untuk

menyeimbangkan diri. Untuk membuat muatan netral, beberapa cacat titik akan terbentuk. Cacat

Frenkel adalah kekosongan pasangan ion dan cation interstitial. Atau kekosongan pasangan ion dan

anion interstitial. Namun ukuran anion jauh lebih besar dari pada kation maka sangat sulit untuk

membentuk anion interstitial. Cacat Schottky adalah kekosongan pasangan kation dan anion.

Keduanya cacat Frenkel dan Schottky, pasangan cacat titik tetap berdekatan satu sama lain karena

tarikan coulomb yang kuat antara muatan yang berlawanan.

Gambar disamping merupakan skema representasi dari (1) cacat Frenkel (kekosongan dan pasangan

interstitial) dan cacat schottky (kekosongan pasangan kation dan anion) dalam Kristal ionic

2. Cacat Linear

Mengapa logam dapat terdeformasi plastis dan mengapa sifat deformasi plastis dapat diubah sangat

besar dengan ditempa tanpa mengubah komposisi kimia adalah sebuah misteri pada ribuan tahun

yang lalu. Hal ini menjadi misteri yang sangat besar ketika awal tahun 1900an para ilmuan

Page 8: metalurgi fisik.docx

memperkirakan bahwa logam mengalami deformasi plastis jika diberi gaya yang lebih kecil dari gaya

yang mengikat atom-atom logam bersama, .

Kejelasan muncul pada tahun 1934 ketika Taylor, Orowan dan Polyani menemukan dislokasi. Dislokasi

garis dapat dikenal dan dipikiran sebagai bidang kisi tambahan dimasukan kedalam Kristal, tetapi

tidak diperpanjang ke seluruh Kristal tapi berakhir di dislokasi garis.

Gambar tiga dimensi penyisipan setengah bidang tambahan melalui pusat gambar.

Dislokasi adalah cacat garis. Ikatan interatomik secara signifkan terdistorsi hanya dalam daerah

sekitar dislokasi garis yang cepat. Dislokasi juga membentuk deformasi elastic kecil kisi pada jarak

yang jauh. Untuk menggambarkan ukuran dan arah distorsi kisi utama disebabkan oleh dislokasi, kita

seharusnya memperkenalkan vector Burger b. Untuk menentukan vector burger , kita dapat membuat

lintasan dari atom ke atom dan menghitung  masing-masing jarak antar atom dalam segala arah. Jika

lintasan melingkupi dislokasi, lintasan tidak akan ditutup. Vektor yang menutup loop merupakan

vector  Burger b.

Dislokasi dengan arah vector Burger tegak lurus dengan dislokasi disebut dislokasi tepi atau dislokasi

edge. Ada tipe dislokasi kedua  yang disebut screw dislocation. Screw dislocation sejajar dengan arah

Kristal yang dipindahkan atau yang digeser (vector Burger sejajar dengan dislokasi garis). Hampir

seluruh dislokasi yang ditemukan pada Kristal bahan tidak terdiri daru edge dislocation saja atau screw

dislocation saja tetapi terdiri dari campuran keduanya atau disebut mix dislocation.

edge dislocation                        screw dislocation

Page 9: metalurgi fisik.docx

       Gerak dislokasi mengikuti slip-deformasi plastis ketika ikatan interatomik patah dan terbentuk

kembali. Sebenarnya, slip selalu terjadi melalui gerak dislokasi

Lihatlah pada diagram diatas, kita akan mengerti mengapa dislokasi mengijinkan slip pada tekanan

yang kecil yang diberikan pada Kristal yang sempurna. Jika setengah bagian atas Kristal di geser dan

pada saat itu hanya fraksi kecil dari ikatan yang patah dan hal ini membutuhkan gaya yang cukup

kecil. Pada proses pergeseran ini dislokasi terbentuk dan menyebar melalui Kristal. Penyebaran satu

dislokasi melalui bidang menyebabkan setengah bidang atas tersebut bergerak terhadap bagian

bawahnya tetapi kita tidak memecah semua ikatan pada tengah bidang secara simultan (dimana akan

membutuhkan gaya yang sangat besar). Gerak dislokasi dapat dianalogikan dengan perpindahan ulat

bulu. Ulat bulu harus mengadakan gaya yang besar untuk memindahkan seluruh tubuhnya pada waktu

yang sama. Untuk itu bagian belakang tubuh akan bergerak ke depan sedikit dan membentuk

punggung bukit. Punggung bukit lalu menyebar terus dan memindahkan ulat bulu. Cara yang sama

digunakan untuk memindahkan karpet yang besar. Daripada memindahkan seluruhnya pada waktu

yang bersamaan, kita dapat membuat punggung bukit pada karpet dan mendorongnya menyebarangi

lantai.

3. Cacat interfacial

Kristal tunggal terkadang dapat ditemukan dalam material nyata yang tidak sedikit kondisi

pertumbuhannya secara khusus di desain dan di atur sebagai contoh ketika memproduksi Kristal

tunggal silicon untuk device mikroelektronik atau bilah untuk turbin yang terbuat dari super alloy. Zat

padat pada umumnya terdiri dari beberapa Kristal-kristal kecil atau grain. Grain dapat berukuran dari

ordo nanometer hingga millimeter dan orientasi bidang atom diputar terhadap grain tetangganya.

Material ini disebut polikristal. Grain-grain tunggal dipisahkan oleh batas grain atau grain Boundaries,

yaitu daerah yang berdensitas kecil dan twin boundaries.

a. Permukaan eksternal

Salah satu batas yang selalu ada adalah permukaan luar atau permukaan eksternal, dimana

permukaan ada disetiap ujung Kristal. Di permukaan, atom tidak memiliki jumlah tetangga maksimum

sehingga jumlah ikatanya lebih kecil dan memiliki keadaan energy yang lebih besar dari atom atom

yang berada dibagian dalam. Ikatan atom pada permukaan Kristal yang tidak terikat memberikan

Page 10: metalurgi fisik.docx

energy permukaan yang diekspresikan dalam satuan energy persatuan luas permukaan (J/m2 atau

org/cm2). Untuk mengurangi energy tersebut, suatu bahan cenderung untuk memperkecil

permukaannya. Namun untuk zat padat hal ini sulit karena memiliki sifat yang kaku.

b. Grain Boundaries

Jenis lain dari cacat interfacial adalah grain boundaries yaitu batas yang memisahkan dua grain kecil

atau Kristal yang memiliki struktur Kristal yang berbeda dalam bahan polikristalin. Didalam daerah

batas, dimana terdapat jarak cukup lebar diantara atom, terdapat beberapa atom yang hilang dalam

transisi dari orientasi Kristal dalam satu grain ke grain yang berdekatan.

Bermacam-macam ketidak sejajaran kristalografi diantara grain yang berdekatan merupakan hal yang

mungkin. Ketika orientasi yang tidak cocok ini diabaikan atau derajatnya kecil maka bentuk sudut kecil

grain boundaries digunakan.Batas ini dapat digambarkan dalam bentuk susunan dislokasi. Salah satu

contoh sederhana dari sudut kecil grain boundaries dibentuk ketika dislokasi tepi disejajarkan  seperti

pada  gambar 1. Jenis ini disebut tilt boundaries atau batas kemiringan. Jika sudut kecil dibentuk dari

susunan dislokasi screw maka disebut twist boundaries.

Atom-atom disekitar batas diikat dengan jumlah kurang dari yang diperlukan dan konsekuensinya

terdapat energy grain boundary yang serupa dengan energy permukaan eksternal. Besarnya energy

ini merupakan fungsi dari derajat misorientasi dan menjadi besar jika sudut batasnya besar. Grain

boundaries sifat kimianya lebih reaktif dari grain-grain itu sendiri sebagai akibat dari kehadiran energy

tersebut. Lebih jauh lagi atom-atom yang tidak murni terpisahkan secara khusus karena tingkat

energinya yang lebih besar. Energi interfacial total material bergrain kasar lebih kecil daripada

material bergrain halus karena pada grain kasar memiliki area batas grain total yang kecil. Jumlah

grain meningkat dengan meningkatnya suhu untuk mengurangi energy total batas.

Kita dapat membedakan antara sudut batas grain kecil dan sudut batas grain besar. Hal ini mungkin

untuk menjelaskan sudut batas kecil grain sebagai kesatuan dislokasi. Gambar disamping merupakan

Page 11: metalurgi fisik.docx

transmisi mikroskop electron dari kemiringan sudut batas grain kecil silicon. Garis merah menandakan

dislokasi tepi atau edge dislocation dab garis biru mengindikasikan kemiringan sudut. Jenis lain dari

cacat permukaan dalam kisi adalah stacking fault dimana rentetan bidang atom memiliki kesalahan.

Walaupun susunan atom tidak teratur dan ikatan yang seharusnya sangat kurang, material

polikristalin sangat kuat. Gaya kohesif didalam dan sepanjang batas terbentuk. Lebih jauh, densitas 

polikristalin sebenarnya serupa dengan Kristal tunggal pada bahan yang sama

c. Twin Boundaries

Twin boundaries atau batas kembar merupakan jenis khusus dari grain boundaries dimana terdapat

cermin kisi yang simetri. Atom dalam satu sisi batas ditempatkan sebagai cermin atom pada sisi yang

lainnya. Daerah diantara dua sisi tersebut terbentuk bidang twin. Batas kembar dihasilkan dari

perpindahan atom yang diproduksi oleh gaya mekanik yang dikerjakan pada bahan (mechanic twin)

dan juga terbentuk selama proses annealing panas yang mengikuti deformasi (annealing twins).

Perkembaran terjadi pada bidang Kristal tertentu dan arah tertentu juga dan keduannya tergantung

pada struktur Kristal. Annealing twin adalah tipe  yang ditemukan dalam metal yang berstruktur FCC

dan mechanic twin dapat di observasi pada logam berstruktur BCC dan HCP.

4. Manfaat Cacat Kristal

Cacat pada Kristal dapat mengubah sifat listrik dan mekanik bahan. Kekosongan pada Kristal dapat

mengubah sifat listrik bahan. Sebagai contoh, kita memanfaatkan kekosongan pada Kristal silicon

untuk pendopingan oleh phospor sehingga terbentuk semikonduktor tipe n. Selain itu cacat Kristal

seperti kekosongan, dislokasi, dan boundaries dapat meingubah sifat mekanik bahan. Grain

Page 12: metalurgi fisik.docx

Boundaries dapat menghambat difusi atom dan gerak dislokasi sehingga deformasi bahan sulit terjadi.

Semakin kecil grain, semakin kuat bahan tersebut.

Ukuran grain dapat diatur dengan laju pendinginan. Laju pendinginan yang cepat menghasilkan grain-

grain yang kecil sedangkan proses-proses pendinginan yang lambat menghasilkan grain-gran yang

besar

No 3

Prinsip dasar pembentukan logam : melakukan perubahan bentuk pada benda kerja dengan cara

memberikan gaya luar sehingga terjadi deformasi plastis, contoh : pengerolan, tempa, ekstrusi,

penarikan kawan, penarikan dalam, dll.

Proses pemebentukan logam dengan pengerjaan Teknik pengecoran, Teknik pembentukan, Teknik

permesinan, Teknik pengelasan, merupakan proses yang mengubah bentuk benda kerja.

Proses pengerjaan panas, digunakan pemanasan, dimaksudkan untuk memudahkan terjadinya

deformasi plastis dalam pengerjaannya dan tidak untuk mencairkan logam benda kerja.

Tujuan proses pembentukan logam :

1. mengubah bentuk benda kerja menjadi bentuk yang diinginkan.

2. memperbaiki sifat logam dengan jalan memperbaiki struktur mikronya, misalnya dengan

menghomogenkan dan menghaluskan butir, memecah dan mendistribusikan inklusi, menutup

rongga cacat cor-an, serta memperkuat logam dengan mekanisme pengerasan regangan.

Proses pembentukan logam, yg diklasifikasikan dengan berbagai cara, yaitu dikarenakan :

1. berdasarkan daerah temperature pengerjaan

2. berdasarkan jenis gaya pembentukan

3. berdasarkan bentuk benda kerja

4. berdasarkan tahapan produk

Klasifikasi berdasarkan temperature pengerjaan :

1. Proses pengerjaan panas : proses pembentukan yang dilakukan pada daerah temperature

rekristalisasi logam yang diproses. Akibat konkretnya ialah logam bersifat lunak pada temperature

tinggi. Keuntungannya : bahwa deformasi yang diberikan kepada benda kerja dapat relative besar,

hal ini dikarenakan sifat lunak dan sifat ulet pada benda kerja, sehingga gaya pembentukan yang

dibutuhkan relative kecil, serta benda kerja mampu menerima perubahan bentuk yang besar tanpa

retak.

Page 13: metalurgi fisik.docx

2. Proses pengerjaan dingin : proses pembentukan yang dilakukan pada daerah temperature

dibawah temperature rekristalisasi, pada umumnya pengerjaan dingin dilakukan pada suhu

temperature kamar, atau tanpa pemanasan. Pada kondisi ini, logam yang dideformasi terjadi

peristiwa pengerasan regangan. Logam akan bersifat makin keras dan makin kuat, tetapi makin

getas bila mengalami deformasi, bila dipaksakan adanya suatu perubahan bentuk yang besar, maka

benda kerja akan retak akibat sifat getasnya. Keunggulan : kondisi permukaan benda kerja yang

lebih baik dari pada yang diproses dengan pengerjaan panas, hal ini dikarenakan tidak adanya

proses pemanasan yang dapat menimbulkan kerak pada permukaan. Contoh, proses penarikan

kawat, dan pembentukan pelat.

Klasifikasi berdasarkan gaya pembentukan :

1. pembentukan dengan tekanan, contoh tempa, pengerolan, ekstrusi, pukul putar.

2. pembentukan dengan tekanan dan tarikan, contoh : penarikan kawat, pipa, penarikan dalam, dan

penipisan dinding tabung.

3. pembentukan dengan tarikan, contoh : tarik regang, ekspansi.

4. pembentukan dengan tekukan, contoh : proses tekuk, proses rol tekuk.

5. pembentukan dengan geseran.

Klasifikasi berdasarkan bentuk benda kerja :

1. pembentukan benda kerja masif atau pejal, ciri : terjadinya perubahan tebal pada benda kerja

secara maksimal, atau mencolok selama diproses.

2. pembentukan benda kerja pelat, ciri : tebal dianggap tetap, karena perubahan tebal sangat kecil,

tetapi perubahan bentuk tertentu saat dideformasi.

Klasifikasi berdasarkan tahapan produk :

1. proses pembentukan primer, proses ini menghasilkan produk setengah jadi. Contoh : pelat dan

profil dari bahan baku berupa ingot, slab dan billet.

2. proses pembentukan sekunder, proses lebih lanjut yang dihasilkan oleh proses primer, atau

proses final. Contoh, penarikan kawat, penarikan dalam, dan pembuatan pipa dan plat.

Secara makrokopis, deformasi dapat dilihat sebagai perubahan bentuk dan ukuran. Deformasi

dibedakan atas deformasi elastis dan plastis. Deformasi elastis, perubahan bentuk yang terjadi bila

ada gaya yang berkerja, serta akan hilang bila bebannya ditiadakan (benda akan kembali kebentuk

dan ukuran semula). Deformasi plastis, perubahan bentuk yang permanen, meskipun bebannya

dihilangkan.

Page 14: metalurgi fisik.docx

Mekanisme deformasi secara mikro. Secara mikro, perubahan bentuk baik deformasi elastis

maupun plastis disebabkan oleh bergesernya kedudukan atom-atom dari tempatnya semula. Pada

deformasi elasitis adanya tegangan akan menggeser atom-atom ke tempat kedudukannya yang

baru, dan atom-atom tersebut akan kembali ke tempatnya yang semula bila tegangan tersebut

ditiadakan. Jarak pergeseran atom secara elastis, yaitu tidak kuran dari 0,5%. Pada deformasi

plastis, atom-atom yang bergeser menempati kedudukannya yang baru dan stabil, meskipun beban

(tegangan) dihilangkan, atom-atom tersebut tetap berada pada kedudukan yang baru. Model

pergeseran atom-atom tersebut disebut slip.

Mekanisme slip.

Atom-atom logam tersusun secara teratur mengikuti pola geometris yang tertentu. Adanya tegangan

geser yang cukup besar, maka atom akan bergeser dan berpindah serta menempati posisinya yang

baru. Bidang-bidang atom yang jaraknay berjauhan adalah yang kerapatan atomnya tinggi. Maka,

bidang slip adalah bidang yang rapat atomnya tinggi. Pergeseran atom-atom ini juga mempunyai

arah, yang disebut arah slip.

Hubungan antara deformasi dengan teori dislokasi.

Dislokasi yaitu, cacat bidang atau cata garis yang mempermudah terjadinya slip. Dengan demikian

adanya dislokasi akan menurunkan kekuatan logam. Hal ini disebabkan adanya tegangan geser.

Dislokasi yang mencapai permukaan luar dapat diartikan menimbulakan suatu deformasi, dalam

skala mikroskopis. Dislokasi dibedaka atas 2 jenis, secara model ekstrem :

1. dislokasi sisi, (garis dislokasi tegak lurus terhadap vektor slipnya, dan arah gerakan dislokasi

searah dengan vektor Burgernya).

2. dislokasi ulir, (garis dislokasi searah dengan vektor Burger, arah gerakan dislokasi tegak lurus

terhadap vektor Burger).

Pengaruh pengerjaan dingin terhadap sifat logam adalah, deformasi akan menyebabkan naiknya

kekerasan, naiknya kekuatan, tatapi disertai dengan turunyanya keuletan. Untuk mengembalikan

logam kesifat semula (lunak dan ulet) perlu dilakukan proses pemanasan terhadap benda kerja yang

telah mengalami pengerjaan dingin.

Pengaruh pemanasan setalah pegerjaan dingin, perubahan sifat akibat pemanasan tergantung pada

temperatur dan waktu pemanasan. Prinsip dasarnya ialah bahawa pemanasan terhadap benda

kerja yang telah mengalami deformasi akan menurunkan kerapatan dislokasinya. Pemanasan pada

daerah yang dibawah temperatur rekristalisasai akan menyebabkan dua hal :

1. terjadinya gerakan dislokasi difusi yang disebut gerakan memanjat (climb).

Page 15: metalurgi fisik.docx

2. adanya pengaturan kembali susunan dislokasi yang tadinya kurang teratur menajdi lebih teratur.

Peristiwa ini disebut poligonisasi.

Pengaruh deformasi terhadap temperatur rekristalisasi. Temperatur rekristalisasi, yaitu pada mulai

terjadinya nukleasi inti-inti baru, bukanlah suatu titik yang tetap sebagimana halnya titik cair logam.

Deformasi menyebabkan kenaikan energi dalam pada logam, yaitu dalam bentuk kerapatan

dislokasi yang lebih tinggi.

*Proses pembentukan selalu diberikan gaya pembentukan agar deformasi plastic terjadi. Gaya apa

saja yang menghasilkan deformasi plastic dan berikan contohnya !

Dalam grafik tegangan-regangan terdapat yang namanya batas luluh (yield strength). Deformasi

elastis berada dibawah batas luluh, sedangkan untuk deformasi plastis berada/melawati batas luluh

suatu material. Sedangkan pengertian batas luluh (Titik Luluh/Yield Point) adalah batas dimana

material akan terus mengalami deformasi tanpa adanya penambahan beban. Gaya yang

menghasilkan deformasi plastis adalah dilakukannya pembakaran dengan temperature pengerjaan,

baik panas maupun dingin serta perlakuan terhadap material dengan gaya tarik, dan gaya tekan.

Pipa jenis API 5L dimana yield strengthnya (kekuatan luluh) adalah 52000 psi yang artinya karakter

elastis pada material tersebut adalah 52000 psi.

*Mekanisme deformasi logam dalam kaitannya dengan teknik pembentukan logam, Deformasi dapat

dilihat sebagai perubahan bentuk dan ukuran, secara makroskopis. Perubahan tersebut dibedakan

atas deformasi elastis dan deformasi plastis. Sedangkan, hakekat proses pembentukan logam

adalah menggusahakan deformasi plastis yang terkontrol, namun dalam berbagai hal pengaruh

deformasi elastis cukup besar sehingga tidak dapat diabaikan begitu saja. Dari penjelasan awal

diatas, dapat dijelaskan mekanisme deformasi logam dalam kaitannya dengan teknik pembentukan

logam, yaitu : Perubahan bentuk, secara mikro, baik deformasi elastis maupun deformasi plastis,

disebabkan oleh bergesernya kedudukan atom-atom dari tempatnya yang semula.

*Pengaruh temperatur terhadap sifat mekanik material dalam proses pengerjaan panas,

dikarenakan temperatur dan waktu pemanasannya. Kekuatan dan keuletan logam yang telah

dideformasi dapat diukur dengan mengubah kondisi pemanasannya. Logam yang dikerjakan

dengan pengerjaan dingin, akan bersifat keras dan kuat, tetapi relatif getas. Sedangkan pengerjaan

panas pada logam akan bersifat lunak dan ulet, proses ini disebut dengan ”fully annealed”.

*Hubungan deformasi dengan dislokasi :

a. Akibat adanya tegangan, maka dislokasi akan bergerak menuju permukaan luar, sehingga terjadi

Page 16: metalurgi fisik.docx

deformasi.

b. Selama bergerak, dislokasi – dislokasi tersebut bereaksi satu dengan yang lainnya. Hasil

reaksinya ada yang mudah bergerak dan ada pula yang sukar bergerak.

c. Hasil reaksi yang sukar bergerak justru akan berfungsi sebagai sumber dislokasi baru, sehingga

kecepatan dislokasi akan bertambah (dari 106 : 108 dislokasi per cm2 dapat naik menjadi

1010 :1011 dislokasi per cm2 ).

d. Akibat naiknya kerapatan dislokasi, maka gerakan dislokasi akan lebih sulit akibat makin

banyaknya hasil reaksi yang sukar bergerak.

e. Akibat nyata dari sukarnya gerakan dislokasi adalah naiknya kekuatan logam.

1. Kenapa proses penempaan logam sangat banyak diaplikasikan di Industri, dikarenakan logam

memiliki ketangguhan (tough) serta sifat bahan yang “ulet” (ductile) sehingga dapat dibentuk melalui

proses penempaan. Proses tempa juga memiliki keunggulan berupa kekuatan dan ketangguhan

yang lebih baik dibanding dengan proses lainnya, sehingga sangat cocok untuk membuat komponen

yang aplikasinya handal terhadap tegangan yang tinggi ( highly stress ). Keuntungan dari operasi

penempaan lainnya yaitu struktur kristal yang halus dari logam, tertutup lubang-lubang, waktu

pemesinan yang menyebabkan meningkatnya sifat-sifat fisis.

Bagaimana proses penempaan digunakan di Industri, proses penempaan dilakukan dengan cara

menaikkan temperature dan tekanan yang bertujuan untuk menambah kekuatan ikatan antar benda

yang akan digabungkan.

2. Perbedaan antara penempaan dengan cetakan terbuka dan cetakan tertutup :

Penempaan dengan cetakan terbuka, dilakukan diantara dua cetakan datar atau cetakan yang

bentuknya sangat sederhana. Penempaan cetakan terbuka digunakan pada pembentukan awal

benda kerja untuk penempaan cetakan tertutup.

Sedangkan penempaan dengan cetakan tertutup, benda kerja dibentuk diantara dua pasang

cetakan yang akan menghasilkan bentuk akhir yang diinginkan. Benda kerja dibentuk dibawah

tekanan tinggi dalam suatu rongga tertutup, dan demikian dapat dihasilkan produk yang mempunyai

dimensi yang ketat. Pada penempaan cetakan tertutup, semula bilet-bilet tempa diatur pinggirannya

agar dapat diletakkan di tempat yang tepat untuk proses penenmpaan berikutnya.

3. Pemahaman saya tentang penempaan metalurgi serbuk,, adalah penempaan yang menggunakan

serbuk metal (powder) yang dimana logam lebih tercampur secara homogeny dalam pemaduaan

beberapa material yang tidak sama dan lebih mampu untuk mengendalikan porositas.

4. Mengapa proses pengerolan sangat banyak digunakan di Industri.

Rolling adalah proses pembentukan logam dengan cara menggiling logam tersebut di antara dua

Page 17: metalurgi fisik.docx

atau lebih rol-rol penggiling yang berputar. Penggunaan rolling dalam dunia Industri dikarenakan,

sebuah kemudahan dalam proses pengerjaan untuk mengurangi ketebalan logam dan kemudahan

dalam membentuk suatu logam. Rolling Mill bisa dilakukan dengan pengerjaan panas maupun

pengerjaan dingin. Mesin pembentukan rol terdiri dari pasangan rol yang secara progresif memberi

bentuk pada lembaran logam yang diumpankan secara continue. Salah satu akibat dari proses dari

pengolahan adalah penghalusan butir yang disebabkan rekristalisasi. Struktur yang kasar, kembali

menjadi struktur memanjang akibat pengaruh penggilingan. Pada proses pengerolan suatu logam,

ketebalan logam mengalami deformasi terbanyak. Adapun lebarnya hanya bertambah sedikit. Pada

operasi pengerolan, keseragaman suhu sangat penting karena berpengaruh pada aliran logam dan

plastisitas. Proses pengerjaan panas dengan pengerolan ini biasanya digunakan untuk membuat rel,

bentuk profil, pelat dan batang. Keuntungan dari pengerolan adalah benda kerja memiliki strength

tinggi, biaya cost produksi lebih rendah dan laju produksi lebih tinggi dibanding dengan proses cuttin

5. Perbedaan antara pengerolan panas dan pengerolan dingin.

Pengerjaan panas ialah proses pembentukan logam di atas dari suhu rekristalisasi. Pada proses

pengerjaan ini tidak terjadi kenaikan tegangan lulur, kekerasan dan penurunan keuletan bahan,

contohnya Shape Rolling dan Rolling Forging Shape Rolling yang umumnya mengerjakan bagian-

bagian yang kecil, misalnya ulir dan dikerjakan pada pengerjaan panas. Sedangkan pengerolan

dingin logam berada dibawah suhu rekristalisasi, pengerolan logam dengan proses seperti ini

menggunakan gaya yang lebih besar dari pengerolan panas. Biasanya, pengerolan dingin dilakukan

pada baja karbon rendah, contoh Rolling Forging yang dikhususkan pada pengerjaan dingin dan

bagian yang besar.

Roll Bending biasanya digunakan untuk membentuk silinder. Bentuk-bentuk lengkung atau lingkaran

dari pelat logam.

1. Kriteria Luluh :

Suatu logam terdeformasi merupakan hal yang penting dari proses pembentukan logam, menuju

deformasi plastis. Secara umum, titik luluh tergantung pada material berhubungan dengan mobilitas

geser dari atom-atom.

Kriteria luluh dalam proses pembentukan logam, secara umum adalah peristiwa penyusunan

kembali atom-atom atau molekul secara permanen. Penyusunan kembali atom-atom ditandai

dengan adanya tegangan luluh, (yield) yaitu tegangan dimana logam mulai terdeformasi plastis,

yang merupakan salah satu sifat material yang sensitive terhadap mikrostruktur. Pada logam

khususnya, kekuatan luluh tergantung pada susunan-susunan atom di dalam Kristal dan mekanisme

deformasi geser yang terjadi.

Page 18: metalurgi fisik.docx

Fakta penting dari kriteria luluh, adalah tidak boleh tergantungnya sumbu atau orientasi bidang

terhadap bahan isotropis. Artinya, kriteria luluh haruslah merupakan fungsi invariant tegangan yang

tidak tergantun pada pilihan sumbu atau bidang orientasi yang kita pilih. Untuk logam ulet (ductile)

terdapat dua buah kriteria luluh yang penting, yaitu Kriteria Von Mises dan Kriteria Tresca.

2. Kriterial luluh Tresca :

Teori Tegangan Geser Maksimum, atau Tresca berisi bahwa luluh akan terjadi pada saat tegangan

geser maksimum (terbesar) mencapai nilai kritisnya. Criteria luluh tresca tidak semata-mata

tergantung pada nilai tegangan normal, tetapi tergantung pada tegangan geser maksimum yang

dihasilkan oleh suatu system tegangan tertentu.

Kriteria luluh tresca dengan mudah dijelaskan menggunakan lingkaran Mohr dari suatu system

tegangan. Peluluhan akan tergantun pada ukuran dari lingkaran Mohr, tidak pada posisinya.

3. Kriteria luluh Von Mises :

Pada tahun 1913 Von Mises mengajukan pendapatnya bahwa luluh pada system tegangan yang

kompleks akan terjadi pada saat deviator kedua dari invariant tegangannya melewati suatu nilai

kritis tertentu. Persamaan ini adalah persamaan matematis yang ternyata konsisten dengan fakta

empiris. Hasil percobaan menunjukkan bahwa material yang bersifat anisotropis, kriteria luluh tidak

tergantung pada sumbu atau orientasi bidang, atau dengan kata lain merupakan suatu fungsi

invarian dari tegangan.

Sedangkan, Hencky (1924) memberikan tafsir persamaan matematis yang telah diajukan oleh Von

Mises tersebut. Hencky mengajukan pendapatnya bahwa luluh akan terjadi pada saat energi distorsi

atau energi regangan geser dari material mencapai suatu nilai kritis tertentu. Secara sederhana

dapat dikatakan bahwa energi distorsi adalah bagian dari energi regangan total per unit volume

yang terlibat di dalam perubahan bentuk. Bagian lain adalah bagian yang berhubungan dengan

perubahan volume.

4. Perbedaan Antara Kriteria Luluh Tresca Dengan Kriteria Von Mises :

Perbandingan/perbedaan keduanya secara umum dapat dilihat dari superposisi lokus luluh untuk

kedua kriteria tersebut. Walaupun pada beberapa titik kedua kurva tersebut saling berhimpit, tampak

bahwa titik-titik luluh untuk Tresca lebih kecil nilainya pada titiktitik yang lain jika dibandingkan

dengan Von Mises. Dengan selisih terbesar pada keadaan tegangan geser murni, yaitu sebesar

115.5%.

Secara umum di dalam konteks desain, dapat dikatakan bahwa kriteria Tresca lebih bersifat

konservatif, karena memprediksi luluh pada nilai yang sama atau lebih rendah dari pada criteria Von

Mises. Atau dengan kata lain, di dalam desain, di mana tidak diharapkan terjadi luluh, kriteria Tresca

Page 19: metalurgi fisik.docx

lebih memberikan ’jaminan’. Namun sebaliknya, di dalam proses pembentukan logam, di mana yang

diharapkan adalah deformasi plastis, terlihat bahwa kriteria Von Mises akan lebih memberikan

kepastian.

About these ads

Beri rating:

No 4

Tranformasi fasaFasa adalah daerah  materi dari suatu sistem  yang secara fisis  dapat dibedakan dari daerah materi yang lain dalam sistem tersebut;  fasa memiliki struktur atom dan sifat, sifat sendiri yang apabila terjadi  perubahan  temperatur,  komposisi,  atau  peubah  thermodinamik  yang  lain, akan berubah  secara kontinyu (tidak berubah  mendadak). Pada  dasarnya  berbagai  fasa  yang  hadir  dalam  suatu  sistem  dapat  dipisahkan secara mekanis.

Transformasi  fasa adalah proses perubahan struktur atau keadaan dari suatu keadaan awal (fasa

pertama) menjadi  struktur yang berbeda (fasa selanjutnya) dengan perubahan karakteristik dan sifat

yang berbeda.

Sedangkan  Transformasi fasa padat adalah proses perubahan berbagai fase ke fase padat, bisa

dengan system  multi-fasa ataupun system satu fasa.

Transformasi fasa dapaat dilakukan  dengan  memvariasikan  temperatur  , komposisi dan tekanan.

Perubahan panas yang terjadi bisa dilihat pada diagram fasa.  Namun  kecepatan  perubahan 

temperatur  berpengaruh  terhadap perkembangan  pembentukan  struktur  mikro.

Sebagian besar transformasi bahan padat tidak terjadi terus menerus sebab ada hambatan yang

menghalangi jalannya reaksi dan bergantung terhadap waktu. Contoh : umumnya transformasi

membentuk minimal satu fase baru yang mempunyai komposisi atau struktur kristal yang berbeda

dengan bahan induk (bahan sebelum terjadinya transformasi). Pengaturan susunan atom tejadi karena

proses difusi.

Secara stuktur mikro, proses pertama yang terjadi pada transformasi fasa adalah nukleasi yaitu

pembentukan partikel sangat kecil atau nuklei dari fase baru. Nuklei ini akhirnya tumbuh membesar

membentuk fasa baru. Pertumbuhan fase ini akan selesai jika pertumbuhan tersebut berjalan sampai

tercapai fraksi kesetimbangan.

Fraksi transformasi , y di rumuskan:

Page 20: metalurgi fisik.docx

Laju transformasi , r diambil pada waktu  ½  dari proses berakhir :

t 5,0  = waktu  ½ proses

Laju transformasi , r terhadap jangkauan temperatur dirumuskan :

R = konstanta  gas

T = temperatur mutlak

A = konstanta , tidak tergantun waktu.

Q = Energi aktivasi untuk reaksi tertentu

No 6

Perlakuan panasDari Wikipedia bahasa Indonesia, ensiklopedia bebas

Belum Diperiksa

Page 21: metalurgi fisik.docx

Tungku perlakuan panas pada suhu 1.800 °F (980 °C)

Perlakuan panas adalah suatu metode yang digunakan untuk mengubah sifat fisik, dan kadang-kadang sifat kimia dari suatu material. Aplikasi yang paling umum adalah untuk material logam walaupun perlakuan panas juga digunakan dalam pembuatan berbagai materi lain, seperti kaca. Secara umum perlakuan panas adalah memanaskan atau mendinginkan material, biasanya dalam suhu ekstrem, untuk mencapai hasil yang diinginkan seperti pengerasan atau pelunakan material. Yang termasuk Teknik Perlakuan Panas adalah Annealing, caseHardening, precipitation Strengthening, Tempering dan Quenching. Perlu dicatat bahwa walaupun perlakuan panas sengaja dilakukan untuk untuk tujuan mengubah sifat secara khusus, di mana pemanasan dan pendinginan dilakukan untuk tujuan mengubah sifat, pemanasan dan pendinginan sering terjadi secara kebetulan selama proses manufaktur lain seperti pembentukan panas (Hot forming) atau Pengelasan.

Proses[sunting | sunting sumber]

Material logam itu terdiri dari struktur mikro berupa kristal-kristal kecil yang disebut "butir" atau kristalit. Sifat butir (yaitu ukuran butir dan komposisi) adalah salah satu faktor paling penting yang dapat menentukan sifat mekanis logam secara keseluruhan. perlakuan panas menyediakan cara yang efisien untuk memanipulasi sifat dari logam dengan mengendalikan laju difusi, dan tingkat pendinginan dalam struktur mikro tersebut.

Proses perlakuan panas yang Kompleks sering dijadwalkan oleh Ahli logam (metallurgists) untuk mengoptimalkan sifat mekanis dari Logam paduan. Dalam Industri antariksa(aerospace), logam paduan super (superalloy) mungkin mengalami lebih dari lima macam panas temperatur yang berbeda untuk mengembangkan sifat yang diinginkan. Hal ini dapat mengakibatkan masalah kualitas tergantung pada akurasi kontrol suhu tungku dan penanda waktu (timer) .

No 7

Proses Perlakuan Permukaan (Surface TReatment)

Proses Perlakuan permukaan (Surface treatment)

Dalam beberapa penggunaan material, sering diperlukan material yang tidak seragam sifatnya. Misalnya pada roda gigi dimana permukaannya diharapkan keras untuk mengurangi gesekan dan aus, sedangkan bagian dalamnya diharapkan ulet agar lebih tahan terhadap beban dinamik dan impak. Beberapa jenis perlakuan permukaan yang umum dilakukan adalah sebagai berikut :

Page 22: metalurgi fisik.docx

Carburizing

Proses ini dilakukan dengan memanaskan baja karbon rendah di dalam lingkungan gas monoksida, sehingga baja akan menyerap karbon dari gas CO.

Nitriding

Proses ini dilakukan dengan memanaskan baja karon rendah di dalam lingkungan gas Nitrogen sehingga terbentuk lapisan besi nitrida yang keras pada permukaannya.

Cyaniding

Proses ini dilakukan dengan memanaskan komponen yang akan diproses, kedalam larutan garam sianida dengan temperatur sekitar 800°C sehingga baja karbon rendah akan membentuk lapisan karbida dan nitrida.

Flame hardening

Proses flame hardening dan induction hardening biasa dilakukan pada baja karbon sedang atau tinggi. Flame hardening dilakukan dengan memanaskan permukaan yang akan dikeraskan dengan nyala api oxyacetylene yang dilanjutkan dengan semprotan air untukquenching.

Induction hardening

Proses ini prinsipnya sama dengan flame hardening tetapi pemanasannya tidak dilakukan dengan menggunakan nyala api tetapi dengan menggunakan kumparan listrik.

Diposkan oleh Ria Inus   di 20.47

Kirimkan Ini lewat  

No 8

Deformasi plastis terjadi ketika banyak dislokasi bergerak dan berkembang biak sehingga mengakibatkan deformasi makroskopik. Dengan kata lain, itu adalah gerakan dislokasi dalam materi yang memungkinkan untuk deformasi. Jika kita ingin untuk meningkatkan sifat mekanik bahan (yaitu meningkatkan hasil dan kekuatan tarik), kita hanya perlu memperkenalkan suatu mekanisme yang melarang mobilitas dislokasi ini. Apa pun mekanisme mungkin, (bekerja pengerasan, ukuran butir, pengurangan, dll) mereka semua dislokasi menghambat gerak dan membuat materi lebih kuat daripada sebelumnya.Tekanan yang diperlukan untuk menimbulkan gerakan dislokasi lipat lebih rendah daripada tegangan teoritis yang diperlukan untuk memindahkan seluruh bidang atom, sehingga mode ini stres lega adalah menguntungkan dengan penuh semangat. Oleh karena itu, kekerasan dan kekuatan (baik hasil dan tarik) secara kritis tergantung pada kemudahan yang bergerak

Page 23: metalurgi fisik.docx

dislokasi. Menjepit poin, atau lokasi dalam kristal yang menentang gerakan dislokasi dapat diperkenalkan ke dalam kisi untuk mengurangi mobilitas dislokasi , dengan demikian meningkatkan kekuatan mekanik.Dislokasi dapat disematkan karena lapangan stres interaksi dengan dislokasi dan partikel terlarut, atau hambatan fisik dari batas butir dan tahap kedua presipitat. Ada empat utama mekanisme penguatan logam, namun konsep kunci yang harus diingat tentang penguatan bahan logam adalah bahwa hal itu adalah tentang gerak dan mencegah dislokasi propagasi; Anda tidak menguntungkan sehingga bersemangat untuk dislokasi bergerak atau menyebarkan. Untuk materi yang telah diperkuat, dengan beberapa metode pengolahan, jumlah gaya yang dibutuhkan untuk memulai ireversibel (plastik) deformasi lebih besar daripada itu untuk bahan asli. Dalam amorf bahan-bahan seperti polimer, keramik amorf (kaca), dan logam amorf, tidak adanya tatanan rentang panjang mengarah ke menghasilkan melalui mekanisme seperti patah getas, krasing, dan geser band pembentukan. Dalam sistem ini, penguatan mekanisme tidak melibatkan dislokasi, melainkan terdiri dari modifikasi struktur kimia dan pengolahan bahan utamanya. Sayangnya, kekuatan bahan baku tidak dapat jauh meningkat. Masing-masing dari mekanisme diuraikan di bawah ini melibatkan beberapa trade off dengan yang lain properti materi dikompromikan dalam proses penguatan. 

Penguatan Mekanisme di Metals Kerja pengerasan Artikel utama: Pekerjaan pengerasan Spesies utama yang bertanggung jawab untuk bekerja pengerasan adalah dislokasi. Dislokasi berinteraksi satu sama lain dengan menghasilkan medan tegangan dalam materi. Interaksi antara medan tegangan dislokasi dislokasi dapat menghambat gerak oleh menjijikkan atau interaksi menarik. Selain itu, jika dua dislokasi lintas, garis dislokasi belitan terjadi, menyebabkan pembentukan jogging yang menentang pergerakan dislokasi. Jog keterbelitan ini dan bertindak sebagai poin menjepit, yang menentang gerak dislokasi. Sebagai proses kedua lebih mungkin terjadi ketika lebih dislokasi hadir, ada korelasi antara kerapatan dislokasi dan kekuatan luluh, di mana G adalah modulus geser, b adalah vektor Burgers, dan adalah kerapatan dislokasi. Meningkatkan kerapatan dislokasi meningkatkan kekuatan luluh yang menghasilkan tegangan geser yang lebih tinggi diperlukan untuk memindahkan dislokasi. Proses ini mudah diamati saat bekerja suatu material. Secara teoritis, kekuatan dari suatu material tanpa dislokasi akan sangat tinggi (τ = G / 2) karena deformasi plastis akan memerlukan pemecahan banyak ikatan secara bersamaan. Namun, pada nilai-nilai kerapatan dislokasi moderat sekitar 10 7 -10 9 dislokasi / m 2, material akan memperlihatkan jauh lebih rendah kekuatan mekanik. Analog, lebih mudah untuk memindahkan karpet karet di permukaan dengan menyebarkan beriak kecil daripada dengan menyeret seluruh karpet. Pada kepadatan dislokasi 10 14 dislokasi / m 2 atau lebih tinggi, kekuatan bahan menjadi tinggi sekali lagi. Perlu dicatat bahwa kerapatan dislokasi tidak bisa jauh tinggi karena materi maka akan kehilangan struktur kristal. 

Page 24: metalurgi fisik.docx

Gambar 1: Ini adalah skema menggambarkan bagaimana kisi tegang dengan penambahan zat terlarut substitusi dan interstisial. Perhatikan ketegangan dalam kisi bahwa atom terlarut penyebabnya. Interstisial terlarut dapat karbon dalam besi misalnya. Atom karbon dalam situs interstisial kisi menciptakan lapangan stres yang menghambat gerakan dislokasi. 

Solid Solution Penguatan / paduan Artikel utama: penguatan larutan padat Untuk memperkuat mekanisme ini, terlarut atom dari satu elemen yang ditambahkan ke yang lain, sehingga baik substitusi atau interstisial cacat titik dalam kristal (lihat Gambar 1). Atom terlarut kisi menyebabkan dislokasi distorsi yang menghalangi gerak, meningkatkan tegangan luluh bahan. Terlarut atom memiliki ladang di sekitar mereka stres yang dapat berinteraksi dengan orang-orang dislokasi. Kehadiran atom terlarut menanamkan tegangan tekan atau tarik ke kisi, tergantung pada ukuran zat terlarut, yang mengganggu dengan dislokasi dekat, yang menyebabkan atom terlarut bertindak sebagai hambatan potensial dislokasi propagasi dan / atau perkalian. 

Tegangan geser yang diperlukan untuk bergerak dislokasi dalam suatu material adalah: 

di mana c adalah konsentrasi zat terlarut dan ε adalah regangan pada bahan yang disebabkan oleh zat terlarut. Meningkatkan konsentrasi atom terlarut akan meningkatkan kekuatan luluh material, namun ada batasan untuk jumlah zat terlarut yang dapat ditambahkan, dan satu harus melihat pada diagram fase untuk material dan paduan untuk memastikan bahwa fase kedua tidak diciptakan. Secara umum, penguatan larutan padat tergantung pada konsentrasi zat terlarut atom, modulus geser terlarut atom, ukuran atom terlarut, valensi atom terlarut (untuk bahan ionik), dan simetri stres terlarut lapangan. Perhatikan bahwa besarnya penguatan yang lebih tinggi untuk non-simetris bidang stres karena zat terlarut ini dapat berinteraksi dengan kedua tepi dan dislokasi ulir sedangkan medan tegangan simetris, yang hanya menyebabkan perubahan volume dan bentuk tidak berubah, hanya dapat berinteraksi dengan dislokasi sisi. 

Page 25: metalurgi fisik.docx

Gambar 2: Ini adalah skema menggambarkan bagaimana dislokasi dapat berinteraksi dengan sebuah partikel. Ini dapat menembus partikel atau busur sekitar partikel dan membuat loop dislokasi ketika bergerak atas partikel. 

Air hujan Pengerasan Artikel utama: Air hujan penguatan Pada kebanyakan sistem biner, paduan atas konsentrasi yang diberikan oleh diagram fase akan menyebabkan pembentukan tahap kedua. Tahap kedua juga dapat diciptakan oleh mekanik atau termal perawatan. Partikel yang membentuk presipitat tahap kedua bertindak sebagai poin menjepit dengan cara yang sama untuk zat terlarut, meskipun tidak selalu partikel atom tunggal. Dislokasi dalam suatu material dapat berinteraksi dengan atom presipitat dalam salah satu dari dua cara (lihat Gambar 2). presipitat atom kecil, dislokasi akan memotong melalui mereka. Akibatnya, permukaan baru (b pada Gambar 2) dari partikel akan terkena matriks dan partikel / energi antarmuka matriks akan meningkat. Mengendapkan partikel yang lebih besar, memutar atau membungkuk dislokasi akan terjadi yang mengakibatkan dislokasi semakin panjang. Oleh karena itu, pada jari-jari kritis sekitar 5 nm, dislokasi akan lebih baik melintasi rintangan sedangkan untuk radius 30 nm, akan mudah dislokasi membungkuk atau loop untuk mengatasi rintangan. Deskripsi matematika adalah sebagai berikut: Untuk Particle Membungkuk - Untuk Particle Cutting - 

Gambar 3: Ini adalah kira-kira skema yang menggambarkan konsep dislokasi menumpuk dan bagaimana efek kekuatan material. Sebuah material dengan ukuran butir lebih besar

Page 26: metalurgi fisik.docx

dapat memiliki lebih banyak dislokasi menumpuk menuju kekuatan pendorong yang lebih besar untuk dislokasi untuk berpindah dari satu butir yang lain. Dengan demikian Anda akan memiliki kurang menerapkan kekuatan untuk memindahkan dislokasi dari yang lebih besar daripada dari biji-bijian yang lebih kecil, bahan terkemuka dengan biji-bijian yang lebih kecil untuk memperlihatkan hasil yang lebih tinggi stres. 

Grain Boundary Penguatan Artikel utama: Penguatan batas butir Dalam polikristalin logam, ukuran butir mempunyai pengaruh yang sangat besar pada sifat mekanik. Karena biji-bijian biasanya memiliki orientasi kristalografi yang berbeda-beda, batas butir muncul. Sementara yang mengalami deformasi, slip gerakan akan terjadi. Batas butir bertindak sebagai penghambat gerakan dislokasi untuk dua alasan berikut: 1. Dislokasi harus mengubah arah gerak karena orientasi yang berbeda butir.2. Diskontinuitas slip pesawat dari butir 1 sampai butir 2. Tegangan yang diperlukan untuk memindahkan sebuah dislokasi dari satu butir lain untuk terdeformasi plastis bahan tergantung pada ukuran butir. Jumlah rata-rata per butir dislokasi berkurang dengan rata-rata ukuran butir (lihat Gambar 3). Jumlah yang lebih rendah dislokasi per butir hasil dislokasi yang lebih rendah 'tekanan' membangun pada batas butir. Hal ini membuat lebih sulit bagi dislokasi untuk pindah ke butir berdekatan. Hubungan ini adalah Hall-Petch Hubungan dan dapat matematis digambarkan sebagai berikut: , , di mana k adalah konstanta, d adalah diameter butir rata-rata dan σ y, 0 adalah hasil asli stres. Kenyataan bahwa kekuatan luluh meningkat dengan penurunan ukuran butir tersebut dibarengi dengan peringatan bahwa ukuran butir tidak dapat berkurang jauh. Sebagai ukuran butir menurun, lebih bebas dihasilkan volume kisi mengakibatkan ketidakcocokan. Namun, di bawah ini kira-kira 10 nm, batas butir akan cenderung slide instead; sebuah fenomena yang dikenal sebagai butir-batas geser. Jika ukuran butir terlalu kecil, menjadi lebih sulit untuk sesuai dengan dislokasi dalam gandum dan stres diperlukan untuk memindahkan mereka kurang. Tidak mungkin untuk memproduksi bahan-bahan dengan ukuran butir di bawah 10 nm sampai baru-baru ini, sehingga penemuan bahwa kekuatan berkurang di bawah ukuran butir kritis masih menarik.