SIFAT ALAMI METAL DAN PADUAN · PDF fileSifat-sifat bahan pada dasarnya terdiri dari sifat...

11
Pertemuan ke 3 SIFAT ALAMI METAL DAN PADUAN Hubungan antara struktur dan sifat-sifat bahan Perkembangan kebutuhan bahan sebenarnya sudah dimulai sejak manusia ada, hal ini dikarenakan, kebutuhan manusia untuk menyejahterakan hidupnya. Hal ini dapat diketahui dari alat alat kebutuhan hidup yang digunakan selama sejarah manusia itu sendiri. Contohnya adanya pemakaian batu untuk alat perburuan, tombak untuk mencari ikan dan lain sebagainya. Pada perkembangan saat ini, engineer berkreasi menciptakan bahan-bahan baru yang dapat digunakan untuk mensejahterakan kehidupan manusia, dengan memanfaatkan bahan2 yang ada. Hingga terbentuklah material-materila baru seperti composit (carbon fiber composite, natural fiber composite, dan lain sebagainya). Pemilihan material dalam engineering activity merupakan hal yang sangat menentukan, karena dalam rekayasa engineering salah satu keberhasilannya ditentukan oleh ketepatan dalam memilih bahan. Pada prinsipnya segala macam bahan pada dasarnya tersusun oleh proton, neutron, dan electron. Dimana ketiga unsur ini membentuk struktur yang stabil. Bahan apapun pada dasarnya tersusun oleh ketiga unsur ini. Sifat-sifat bahan pada dasarnya terdiri dari sifat physical dan mechanicalnya, dimana sifat-sifat ini tentunya tidak lepas dari sifat-sifat struktur atom penyusunya. Struktur Atom Struktur atom merupakan satuan dasar materi yang terdiri dari inti atom beserta awan elektron bermuatan negatif yang mengelilinginya. Inti atom mengandung campuran proton yang bermuatan positif dan neutron yang bermuatan netral (terkecuali pada Hidrogen-1 yang tidak memiliki neutron). Elektron-elektron pada sebuah atom terikat pada inti atom oleh gaya elektromagnetik. Demikian pula sekumpulan atom dapat berikatan satu sama lainnya membentuk sebuah molekul. Atom yang mengandung jumlah proton dan elektron yang sama bersifat netral, sedangkan yang mengandung jumlah proton dan elektron yang berbeda bersifat positif atau negatif dan merupakan ion. Atom dikelompokkan berdasarkan jumlah proton dan neutron pada inti atom tersebut. Jumlah proton pada atom menentukan unsur kimia atom tersebut, dan jumlah neutron menentukan isotop unsur tersebut. Istilah atom berasal dari Bahasa Yunani, yang berarti tidak dapat dipotong ataupun sesuatu yang tidak dapat dibagi-bagi lagi. Konsep atom sebagai komponen yang tak dapat dibagi-bagi lagi pertama kali diajukan oleh para filsuf India dan Yunani. Pada abad ke-17 dan ke-18, para kimiawan meletakkan dasar-dasar pemikiran ini dengan menunjukkan bahwa zat-zat tertentu tidak dapat dibagi-bagi lebih jauh lagi menggunakan metode-metode kimia. Selama akhir abad ke-19 dan awal abad ke-20, para fisikawan berhasil menemukan struktur dan komponen-komponen subatom di dalam atom, membuktikan bahwa 'atom' tidaklah tak dapat dibagi-bagi lagi. Prinsip-prinsip mekanika kuantum yang digunakan para fisikawan kemudian berhasil memodelkan atom.

Transcript of SIFAT ALAMI METAL DAN PADUAN · PDF fileSifat-sifat bahan pada dasarnya terdiri dari sifat...

Page 1: SIFAT ALAMI METAL DAN PADUAN · PDF fileSifat-sifat bahan pada dasarnya terdiri dari sifat physical dan ... Ikatan hidrogen menjelaskan titik didih zat cair yang relatif tinggi seperti

Pertemuan ke 3

SIFAT ALAMI METAL DAN PADUAN

Hubungan antara struktur dan sifat-sifat bahan

Perkembangan kebutuhan bahan sebenarnya sudah dimulai sejak manusia ada, hal ini

dikarenakan, kebutuhan manusia untuk menyejahterakan hidupnya. Hal ini dapat diketahui dari alat

alat kebutuhan hidup yang digunakan selama sejarah manusia itu sendiri. Contohnya adanya

pemakaian batu untuk alat perburuan, tombak untuk mencari ikan dan lain sebagainya.

Pada perkembangan saat ini, engineer berkreasi menciptakan bahan-bahan baru yang dapat

digunakan untuk mensejahterakan kehidupan manusia, dengan memanfaatkan bahan2 yang ada.

Hingga terbentuklah material-materila baru seperti composit (carbon fiber composite, natural fiber

composite, dan lain sebagainya).

Pemilihan material dalam engineering activity merupakan hal yang sangat menentukan,

karena dalam rekayasa engineering salah satu keberhasilannya ditentukan oleh ketepatan dalam

memilih bahan.

Pada prinsipnya segala macam bahan pada dasarnya tersusun oleh proton, neutron, dan

electron. Dimana ketiga unsur ini membentuk struktur yang stabil. Bahan apapun pada dasarnya

tersusun oleh ketiga unsur ini. Sifat-sifat bahan pada dasarnya terdiri dari sifat physical dan

mechanicalnya, dimana sifat-sifat ini tentunya tidak lepas dari sifat-sifat struktur atom penyusunya.

Struktur Atom

Struktur atom merupakan satuan dasar materi yang terdiri dari inti atom beserta awan

elektron bermuatan negatif yang mengelilinginya. Inti atom mengandung campuran proton

yang bermuatan positif dan neutron yang bermuatan netral (terkecuali pada Hidrogen-1 yang

tidak memiliki neutron). Elektron-elektron pada sebuah atom terikat pada inti atom oleh gaya

elektromagnetik. Demikian pula sekumpulan atom dapat berikatan satu sama lainnya

membentuk sebuah molekul. Atom yang mengandung jumlah proton dan elektron yang sama

bersifat netral, sedangkan yang mengandung jumlah proton dan elektron yang berbeda

bersifat positif atau negatif dan merupakan ion. Atom dikelompokkan berdasarkan jumlah

proton dan neutron pada inti atom tersebut. Jumlah proton pada atom menentukan unsur

kimia atom tersebut, dan jumlah neutron menentukan isotop unsur tersebut.

Istilah atom berasal dari Bahasa Yunani, yang berarti tidak dapat dipotong ataupun sesuatu

yang tidak dapat dibagi-bagi lagi. Konsep atom sebagai komponen yang tak dapat dibagi-bagi

lagi pertama kali diajukan oleh para filsuf India dan Yunani. Pada abad ke-17 dan ke-18, para

kimiawan meletakkan dasar-dasar pemikiran ini dengan menunjukkan bahwa zat-zat tertentu

tidak dapat dibagi-bagi lebih jauh lagi menggunakan metode-metode kimia. Selama akhir

abad ke-19 dan awal abad ke-20, para fisikawan berhasil menemukan struktur dan

komponen-komponen subatom di dalam atom, membuktikan bahwa 'atom' tidaklah tak dapat

dibagi-bagi lagi. Prinsip-prinsip mekanika kuantum yang digunakan para fisikawan kemudian

berhasil memodelkan atom.

Page 2: SIFAT ALAMI METAL DAN PADUAN · PDF fileSifat-sifat bahan pada dasarnya terdiri dari sifat physical dan ... Ikatan hidrogen menjelaskan titik didih zat cair yang relatif tinggi seperti

Relatif terhadap pengamatan sehari-hari, atom merupakan objek yang sangat kecil dengan

massa yang sama kecilnya pula. Atom hanya dapat dipantau menggunakan peralatan khusus

seperti mikroskop penerowongan payaran. Lebih dari 99,9% massa atom berpusat pada inti

atom, dengan proton dan neutron yang bermassa hampir sama. Setiap unsur paling tidak

memiliki satu isotop dengan inti yang tidak stabil yang dapat mengalami peluruhan

radioaktif. Hal ini dapat mengakibatkan transmutasi yang mengubah jumlah proton dan

neutron pada inti. Elektron yang terikat pada atom mengandung sejumlah aras energi,

ataupun orbital, yang stabil dan dapat mengalami transisi di antara aras tersebut dengan

menyerap ataupun memancarkan foton yang sesuai dengan perbedaan energi antara aras.

Elektron pada atom menentukan sifat-sifat kimiawi sebuah unsur dan memengaruhi sifat-sifat

magnetis atom tersebut.

Perkembangan Model Atom

Seorang filsuf Yunani yang bernama Democritus berpendapat bahwa jika suatu benda dibelah

terus menerus, maka pada saat tertentu akan didapat akan didapat bagian yang tidak dapat

dibelah lagi. Bagian seperti ini oleh Democritus disebut atom.[1]

Istilah atom berasal dari

bahasa yunani “a” yang artinya tidak, sedangkan “tomos” yang artinya dibagi. Jadi, atom

artinya tidak dapat dibagi lagi. Pengertian ini kemudian disempurnakan menjadi, atom adalah

bagian terkecil dari suatu unsur yang tidak dapat dibelah lagi namun namun masih memiliki

sifat kimia dan sifat fisika benda asalnya.

Atom dilambangkan dengan ZXA, dimana A = nomor massa (menunjukkan massa atom,

merupakan jumlah proton dan neutron), Z = nomor atom (menunjukkan jumlah elektron atau

proton). Proton bermuatan positif, neutron tidak bermuatan (netral), dan elektron bermuatan

negatif. Massa proton = massa neutron = 1.800 kali massa elektron. Atom-atom yang

memiliki nomor atom sama dan nomor massa berbeda disebut isotop, atom-atom yang

memiliki nomor massa sama dan nomor atom berbeda dinamakan isobar, atom-atom yang

memiliiki jumlah neutron yang sama dinamakan isoton.

Macam-macam Model Atom

1. Model Atom John Dalton

Pada tahun 1808, John Dalton yang merupakan seorang guru di Inggris, melakukan

perenungan tentang atom. Hasil perenungan Dalton menyempurnakan teori atom Democritus.

Bayangan Dalton dan Democritus adalah bahwa atom berbentuk pejal. Dalam renungannya

Dalton mengemukakan postulatnya tentang atom:

1. Setiap unsur terdiri dari partikel yang sangat kecil yang dinamakan dengan atom

2. Atom dari unsur yang sama memiliiki sifat yang sama

3. Atom dari unsur berbeda memiliki sifat yang berbeda pula

4. Atom dari suatu unsur tidak dapat diubah menjadi atom unsur lain dengan reaksi

kimia, atom tidak dapat dimusnahkan dan atom juga tidak dapat dihancurkan

5. Atom-atom dapat bergabung membentuk gabungan atom yang disebut molekul

6. Dalam senyawa, perbandingan massa masing-masing unsur adalah tetap

Teori atom Dalton mulai membangkitkan minat terhadap penelitian mengenai model atom.

Namun, teori atom Dalton memiliki kekurangan, yaitu tidak dapat menerangkan suatu larutan

dapat menghantarkan arus listrik. Bagaimana mungkin bola pejal dapat menghantarkan arus

Page 3: SIFAT ALAMI METAL DAN PADUAN · PDF fileSifat-sifat bahan pada dasarnya terdiri dari sifat physical dan ... Ikatan hidrogen menjelaskan titik didih zat cair yang relatif tinggi seperti

listrik padahal listrik adalah elektron yang bergerak. Berarti ada partikel lain yang dapat

menghantarkan arus listrik.

2. Model Atom J.J. Thomson

Pada tahun 1897, J.J Thomson mengamati elektron. Dia menemukan bahwa semua atom

berisi elektron yang bermuatan negatif. Dikarenakan atom bermuatan netral, maka setiap

atom harus berisikan partikel bermuatan positif agar dapat menyeimbangkan muatan negatif

dari elektron.

Kelebihan model atom Thomson

Membuktikan adanya partikel lain yang bermuatan negatif dalam atom. Berarti atom bukan

merupakan bagian terkecil dari suatu unsur.

Kelemahan model atom Thomson

Model Thomson ini tidak dapat menjelaskan susunan muatan positif dan negatif dalam bola

atom tersebut.

3. Model Atom Rutherford

Model atom Rutherford

Rutherford melakukan penelitian tentang hamburan sinar α pada lempeng emas. Hasil

pengamatan tersebut dikembangkan dalam hipotesis model atom Rutherford.

a. Sebagian besar dari atom merupakan permukaan kosong.

b. Atom memiliki inti atom bermuatan positif yang merupakan pusat massa atom.

c. Elektron bergerak mengelilingi inti dengan kecepatan yanga sangat tinggi.

Page 4: SIFAT ALAMI METAL DAN PADUAN · PDF fileSifat-sifat bahan pada dasarnya terdiri dari sifat physical dan ... Ikatan hidrogen menjelaskan titik didih zat cair yang relatif tinggi seperti

d. Sebagian besar partikel α lewat tanpa mengalami pembelokkan/hambatan. Sebagian kecil

dibelokkan, dan sedikit sekali yang dipantulkan.

Kelemahan Model Atom Rutherford

a. Menurut hukum fisika klasik, elektron yang bergerak mengelilingi inti memancarkan

energi dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Akibatnya, lama-kelamaan elektron itu

akan kehabisan energi dan akhirnya menempel pada inti.

b. Model atom rutherford ini belum mampu menjelaskan dimana letak elektron dan cara

rotasinya terhadap ini atom.

c. Elektron memancarkan energi ketika bergerak, sehingga energi atom menjadi tidak stabil.

d. Tidak dapat menjelaskan spektrum garis pada atom hidrogen (H).

4. Model Atom Niels Bohr

Model Atom Niels Bohr

Pada tahun 1913, Niels Bohr mengemukakan pendapatnya bahwa elektron bergerak

mengelilingi inti atom pada lintasan-lintasan tertentu yang disebut kulit atom. [5]

Model atom

Bohr merupakan penyempurnaan dari model atom Rutherford.

Kelemahan teori atom Rutherford diperbaiki oleh Neils Bohr dengan postulat bohr :

a. Elektron-elektron yang mengelilingi inti mempunyai lintasan dan energi tertentu.

b. Dalam orbital tertentu, energi elektron adalah tetap. Elektron akan menyerap energi jika

berpindah ke orbit yang lebih luar dan akan membebaskan energi jika berpindah ke orbit

yang lebih dalam

Page 5: SIFAT ALAMI METAL DAN PADUAN · PDF fileSifat-sifat bahan pada dasarnya terdiri dari sifat physical dan ... Ikatan hidrogen menjelaskan titik didih zat cair yang relatif tinggi seperti

Kelebihan model atom Bohr

atom terdiri dari beberapa kulit untuk tempat berpindahnya elektron.

Kelemahan model atom Bohr

a. tidak dapat menjelaskan efek Zeeman dan efek Strack.

b. Tidak dapat menerangkan kejadian-kejadian dalam ikatan kimia dengan baik, pengaruh

medan magnet terhadap atom-atom, dan spektrum atom yang berelektron lebih banyak.

Ikatan Atom

Ikatan atom teridiri dari 2 macam, yaitu primary bonding dan secondary bonding.

Primary bonding, meliputi :

1. Ionic Bonding

2. Covalen Bonding

3. Metalic Bonding

Secondary Bonding

1. Vander Waals

2. Hydrogen Bond

Ionic Bonding

Ikatan ion merupakan sejenis interaksi elektrostatik antara dua atom yang memiliki

perbedaan elektronegativitas yang besar. Tidaklah terdapat nilai-nilai yang pasti yang

membedakan ikatan ion dan ikatan kovalen, namun perbedaan elektronegativitas yang lebih

besar dari 2,0 bisanya disebut ikatan ion, sedangkan perbedaan yang lebih kecil dari 1,5

biasanya disebut ikatan kovalen. Ikatan ion menghasilkan ion-ion positif dan negatif yang

berpisah. Muatan-muatan ion ini umumnya berkisar antara -3 e sampai dengan +3e.

Covalen Bonding

Ikatan kovalen adalah ikatan yang umumnya sering dijumpai, yaitu ikatan yang

perbedaan elektronegativitas (negatif dan positif) di antara atom-atom yang berikat

sangatlah kecil atau hampir tidak ada. Ikatan-ikatan yang terdapat pada

kebanyakan senyawa organik dapat dikatakan sebagai ikatan kovalen.

Metalic Bonding

Pada ikatan logam, elektron-elektron ikatan terdelokalisasi pada kekisi (lattice) atom.

Berbeda dengan senyawa organik, lokasi elektron yang berikat dan muatannya adalah

Page 6: SIFAT ALAMI METAL DAN PADUAN · PDF fileSifat-sifat bahan pada dasarnya terdiri dari sifat physical dan ... Ikatan hidrogen menjelaskan titik didih zat cair yang relatif tinggi seperti

statik. Oleh karena delokalisai yang menyebabkan elektron-elektron dapat bergerak bebas,

senyawa ini memiliki sifat-sifat mirip logam dalam hal konduktivitas, duktilitas, dan

kekerasan.

VanDer Walls Bonding

Dipol seketika ke dipol terimbas, atau gaya van der Waals, adalah ikatan yang paling

lemah, namun sering dijumpai di antara semua zat-zat kimia. Misalnya atom helium, pada

satu titik waktu, awan elektronnya akan terlihat tidak seimbang dengan salah satu muatan

negatif berada di sisi tertentu. Hal ini disebut sebagai dipol seketika (dwikutub seketika).

Dipol ini dapat menarik maupun menolak elektron-elektron helium lainnya, dan

menyebabkan dipol lainnya. Kedua atom akan seketika saling menarik sebelum muatannya

diseimbangkan kembali untuk kemudian berpisah.

Hydrogen Bonding

Ikatan hidrogen bisa dikatakan sebagai dipol permanen yang sangat kuat seperti

yang dijelaskan di atas. Namun, pada ikatan hidrogen, proton hidrogen berada sangat dekat

dengan atom penderma elektron dan mirip dengan ikatan tiga-pusat dua-elektron seperti

pada diborana. Ikatan hidrogen menjelaskan titik didih zat cair yang relatif tinggi seperti air,

ammonia, dan hidrogen fluorida jika dibandingkan dengan senyawa-senyawa yang lebih

berat lainnya pada kolom tabel periodik yang sama.

ATOM DAN SUSUNANNYA DALAM MATERIALS

Ikatan atom secara bersama-sama akan membentuk struktur benda memberikan pengaruh

pada sifat-sifat bendanya. Berdasarkan pada pengelompokan atomnya, material

diklasifikasikan sebagai molekul struktur , crystal structure atau amorphous structure.

Molekul struktur memiliki sejumlah atom yang terikat bersama sebagai ikatan utama. Hanya

ada gaya tarik ikatan yang lemah, contoh dari molekul meliputi : O2, H2O, dan C2H4 (etyline).

Tiap molekul ini bebas bergerak sehingga material ini memiliki tingkat titik lebur dan didih

yang rendah. Kecenderungan molecular material adalah lemah. Perubahan keadaan dari solid

ke cair atau dari cair ke gas molekul-molekul relative as a disstict entities.

Solid material dan kebanyakkan mineral memiliki struktur crystal. Pada struktur ini atom-

atom disusun secara teratur dalam geometri yang dinamakan lattice. Kumpulan lattice-lattice

ini membentuk blok-blok yang dikenal dengan unit cell.

Contoh material yang berbentuk amorphous adalah glass.

Page 7: SIFAT ALAMI METAL DAN PADUAN · PDF fileSifat-sifat bahan pada dasarnya terdiri dari sifat physical dan ... Ikatan hidrogen menjelaskan titik didih zat cair yang relatif tinggi seperti

STRUCTURE CRYSTAL DARI METAL

Stuktur crystal terdiri dari 4 macam stuktur lattice, yaitu

1. FCC

2. BCC

3. HCP

4. Simple Cubic

FCC (Face Centered Cubic)

BCC (Body Center Cubic)

HCP (Hexagonal Close Packed)

Dari sudut manufaktur, metal merupakan klas material yang penting, lebih dari 50 metal yang

dikenal tetapi dalam kebutuhan komersial ada 40 yang sering dipergunakan. Karakteristik

metal adalah ikatannya merupakan ikatan metallic. Kekuatannya tinggi, memiliki sifat

konduktivitas elektrikal dan termal yang bagus, serta memiliki kemampuan untuk mengalami

deformasi plastis yang yang baik sebelum fracture, serta memiliki density yang relative tinggi

dibandingkan non metals.

Pada saat proses pembekuan metal struktur atomnya adalah crystalline. Ada yang dalam

bentuk satu lattice dan ada yang tersusun oleh beberapa lattice. Beberapa metal dikatakan

allotropic atau polymorphic, dan perubahan dari satu bentuk lattice ke bentuk yang lainnya

dinamakan allotropic transformations.

Struktur crystal yang paling sederhana adalah simple cubic. Dimana pada sisi cornernya

terdapat single atom yang saling dihubungkan dengan atom-atom yang lainnya.

DEVELOPMENT OF A GRAIN STRUCTURE

Volume solid yang paling kecil dikenal sebagai crystal atau grain, dan permukaan yang

membagi mereka dinamakan grainboundaries. Proses dimana grain structure dihasilkan

selama solidifikasi adalah pengintian dan pertumbuhan.

Grains merupakan unit struktur yang paling kecil dalam metals yang dapat diamati oleh

microskup. Bila metal yang dipolish hingga seperti cermin, setelah mengalami serangkaian

abrasive dan diberi larutan kimia(etched), maka grain struktur akan dapat dilihat dibawah

mikroskup. Atom2 dalam grain boundaries kehilangan ikatannya dan cenderung bereaksi

dengan bahan kimia.Bila dilihat dibawah cahaya lampu akan terlihat sebagai garis yang

gelap.

Jumlah dan ukuran dari grains dalam metal bervariasi dengan kecepatan pengintian dan

pertumbuhannya. Bila kecepatan pengintian lebih besar , maka hasil grains akan lebih kecil.

Sehingga laju pertumbuhan yang lebih besar akan menghasilkan grain yang lebih besar.

Karena hasil dari grain struktur akan mempengaruhi mechanical dan physical properties.

Sehingga hal ini penting bagi engineer untuk mengontrol pertumbuhannya.

Page 8: SIFAT ALAMI METAL DAN PADUAN · PDF fileSifat-sifat bahan pada dasarnya terdiri dari sifat physical dan ... Ikatan hidrogen menjelaskan titik didih zat cair yang relatif tinggi seperti

ELASTIC DEFORMATION

Sifat-sifat material sangat ditentukan oleh struktur kristalnya. Hal ini berdasarkan pada study

pemberian beban pada single Kristal, jika beban yang diberikan relative rendah maka respons

Kristal adalah terengang atau menekan jarak antar atomnya. Basic lattice unit tidak berubah

dan posisi atom relative tetap antara atom satu dan lainnya. Jika load di hilangkan maka

posisi aton akan kembali ke posisi semula seperti sebelum diberi beban. Raksi seperti inilah

yang dinamakan elastic deformation. Berdasarkan studi ini dapat diperoleh hasil sebagai

berikut: mechanical behavior tergantung pada

1. Tipe lattice

2. Interatomic forces

3. Jarak diantara bidang atom

4. Density dari atom

PLASTIC DEFORMATION

Jika gaya pada struktur Kristal terus diperbesar maka akan terjadi

1. Terputusnya ikatan atom dan menghasilkan patah

2. slip atom-atom satu sama lain

Pada material metal fenomena yang kedua sering terjadi, yaitu bidang atom menggeser

bidang atom lainya, sehingga menghasilkan displacement atau permanent slip posisi

atomnya. Fenomena inilah yang dinamakan plastic deformation.

DISLOCATION THEORY DARI SLIPPAGE

Kekuatan material secara teoritis berdasarkan pada sliding dari satu bidang atom ke bidang

atom yang lainnya. Deformasi plastis tidak terjadi pada seluruh atom pada bidang

slip.Deformation adalah hasil dari progressive slip dari kerusakkan local yang dikenal sebagai

dislocation. Analogi dari persoalan ini adalah karpet yang digulung dilantai. Kemudian ada

seseorang yang ingin menggeser karpet ini, salah satu caranya adalah dengan menarik karpet

ini pada ujungnya, dan menggeser karpet ini pada penampang melintang lantai, sehingga

menimbulkan ketahan gesek pada seluruh area kontak. Hal ini membutuhkan gaya kerja yang

besar. Methoda lainnya untuk mengerjakan tugas ini (menggelar karpet) adalah dengan

membuat lipatan pada salah satu ujungnya kemudian mendorong lipatan tersebut ke seluruh

lantai, hal ini hanya membutuhkan gaya yang relative lebih kecil, (atau seperti gerakkan ulat).

Elektron mikroskup menunjukkan bahwa crystal metal tidak memiliki susunan atom yang

sempurna, tiga macam ketidaksempurnaan tersebut adalah edge dislocation dan screw

dislocation serta kombinasi dari kesuanya. Ketiganya dapat dilihat pada gambar berikut

Page 9: SIFAT ALAMI METAL DAN PADUAN · PDF fileSifat-sifat bahan pada dasarnya terdiri dari sifat physical dan ... Ikatan hidrogen menjelaskan titik didih zat cair yang relatif tinggi seperti

Edge dislocation Screw dislocation Mixdislocation

Dislocation ini menyebabkan berkurangnya kekuatan dari metal, sehingga perlindungan

untuk mencegah terjadinya dislocation ini berkecenderungan untuk meningkatkan kekuatan

metal.

STRAIN HARDENING ATAU WORK HARDENING

Pada metal, plastic deformation merupakan hasil dari pergerakan dislokasi, atau cacat crystal

yang menyebabkan ketahanan terhadap gerakan plastis lebih jauh. Efek dari strain hardening

menjadi lebih berdaya guna bila kita melakukan pekerjaan pembentukan.

PLASTIC DEFORMATION PADA POLYCRISTALLINE METAL

Metal pada dasarnya tidak hanya tersusun oleh satu jenis Kristal saja tetapi biasanya tersusun

oleh sejumlah tipe Kristal, sehingga metal seperti ini dinamakan polycrystalline. Variasi grain

yang terbentuk di metal tentunya akan menyebabkan perbedaan orientasi demikian pula bila

gaya di terapkan ke material ini akan terjadi deformasi yang berbeda pula.

GRAIN SHAPE DAN ANISOTROPIC MATERIALS

Metal yang mengalami deformasi, grain akan memiliki kecenderungan untuk memanjang

dalam arah aliran metalnya. Mechanical properties dan physical properties materials akan

akan merupakan fungsi dari arah. Sifat material yang tergantung arahnya dinamakan dengan

anisotropic, yaitu sifat-sifat material yang berbeda pada setiap arahnya. Sedangkan material

yang memiliki sifat-sifat sama pada setiap arahnya dinamakan isotropic.

COLD WORKING ?

Suatu logam dikatakan mengalami pengerjaan dingin bila butir-butir kristalnya berada dalam

keadaan terdistorsi setelah mengalami deformasi plastis. Dalam keadaan ini pada Kristal

terdapat berbagai dislokasi setelah terjadi slip.

Sebagai akibat pengerjaan dingin ini adalah

1. Tensile strength, yield strength, dan kekerasan akan meningkat

2. Ductility menurun dengan semakin naiknya derajat deformasi dingin yang dialami.

3. Sifat penghantaran listrik akan menurun

Page 10: SIFAT ALAMI METAL DAN PADUAN · PDF fileSifat-sifat bahan pada dasarnya terdiri dari sifat physical dan ... Ikatan hidrogen menjelaskan titik didih zat cair yang relatif tinggi seperti

Contoh pengerjaan dingin:

1. Cold rolling

2. Cold drawing

3. Dll.

RECRYSTALLIZATION ?

Sebagai akibat pengerjaan dingin terjadi peningkatan jumlah dislokasi yang besar dan

bidang-bidang kristalogafik tertentu akan mengalami distorsi yang hebat. Sebagaian dari

energy yang diberikan untuk mendeformasi logam itu dikeluarkan sebagai panas dan

sebagian tersimpan sebagai energy dalam di dalam struktur Kristal, hal ini berkaitan dengan

cacat Kristal yang terjadi sebagai akibat dari deformasi. Bila logam yang telah mengalami

pengerjaan dingin ini dipanaskan kembali maka atom-atom akan menerima sejumlah panas

yang dapat dipakai kembali untuk bergerak membentuk sejumlah Kristal yang lebih bebas

cacat, serta bebas tegangan dalam. Peristiwa perubahan yang terjadi selama proses

pemanasan kembali ini dibagi menjadi tiga tahapan yaitu:

1. Recovery

2. Recrystallization

3. Grain growth

1. Recovery

Peristiwa ini terjadi pada awal pemanasan kembali, pada temperature yang rendah dan

perubahan yang terjadi tidak diikuti dengan perubahan struktur makro serta belum

terjadi perubahan sifat mekanik. Perubahan yang terjadi hanya perubahan energy

dalamnya saja (berkurang nilainya).

Perlunya mengurangi tegangan Dalam ini, adalah untk mencegah terjadinya distorsi

pada benda kerja yang mengalami pengerjaan dingin sebagai akibat tegangan sisa itu,

dan juga untuk mencegah stress corrosion cracking atau retak karena korosi pada

logam yang mengalami tegangan. Proses laku panas yang memanfaatkan hal ini

dinamakan stress relief annealing.

2. Recystallisation

Pemanasan lebih lanjut akan menyebabkan munculnya Kristal baru dari Kristal yang

terdistorsi dengan struktur lattice dan komposisi kimia yang sama seperti sebelum

pengerjaan dingin.

Rekristalisasi terjadi melalui proses pengintian dan pertumbuhan. Lajunya mula-mula

rendah dan kemudian sangat cepat dan selanjutnya melambat kembali menjelang

akhir proses.

Temperature dimana rekristalisasi terjadi dinamakan temperature rekristalisasi yaitu

temperature dimana logam yang dideformasi dingin akan mengalami rekristalisasi.

Page 11: SIFAT ALAMI METAL DAN PADUAN · PDF fileSifat-sifat bahan pada dasarnya terdiri dari sifat physical dan ... Ikatan hidrogen menjelaskan titik didih zat cair yang relatif tinggi seperti

Logam yang dideformasi pada temperature diatas tempertaur rekristalisasi nya akan

langsung mengalami rekristalisasi dan setelah selesai akan diperoleh Kristal yang

sama dengan Kristal sebelum mengalami deformasi. Pengerjaan seperti ini dinamakan

pengerjaan panas (Hot working)

3. Grain growth

Butir Kristal yang besar akan memiliki free energy yang lebih rendah karenanya butir

Kristal cenderung untuk tumbuh lebih besar hingga mencapai ukuran maksimunya

pada temperature tersebut. Makin tinggi temperature pemanasan makin besar pula

ukuran besar butir. Bahkan laju pertumbuhan butir ini makin tinggi dengan makin

tingginya temperature pemanasan.Bila setelah pemanasan hingga temperature yang

dianggap cukup kemudian logam didinginkan kembali dengan lambat maka besar

butir setelah mencapai temperature kamar tidak berseda jauh dengan besar butir saat

sebelum didinginkan (asalkan selama pendinginan tidak terjadi perubahan fase).