6.mekanisme Penguatan Logam [PDF]

Citation preview

MEKANISME PENGUATAN LOGAM Dr. Ir. Agus Mirwan, ST., MT., IPM.



1



Diinginkan logam yang berkekuatan tinggi dengan duktilitas dan ketangguhan tertentu Umumnya : kekuatan   duktilitas 



Pemilihan bahan tergantung pada kemampuan bahan untuk diubah sifat mekaniknya sesuai dengan penggunaan Mekanisme penguatan hubungan antara gerak dislokasi dengan sifat mekanik



Kemampuan suatu logam untuk mengalami deformasi plastik tergantung pada kesempatan dislokasi untuk bergerak dalam logam tersebut Kekerasan & kekuatan = f (kemudahan terjadi deformasi plastik)  kekuatan mekanik dapat ditingkatkan dengan mengurangi mobilitas dislokasi Prinsip teknik penguatan : menghambat gerak dislokasi akan menjadikan material lebih keras dan lebih kuat 2



Penguatan Dengan Reduksi Ukuran Butir Logam polikristal : ukuran butir mempengaruhi sifat mekanik 2 butir bertetangga, arah kristalografi berbeda, batas butir milik bersama batas butir



bidang slip



butir A



butir B 3



Selama deformasi plastik, gerak dislokasi (slip) harus melintasi batas butir  batas butir = penghalang slip, karena : a. orientasi kristal A  B  arah gerak dislokasi berubah saat melintasi batas butir



b. Susunan atom di sekitar batas butir tidak teratur  bidang slip diskontinyu saat melintas batas butir Batas butir bersudut besar  dislokasi tidak menyeberang batas butir ; konsentrasi tegangan pada butir I menghasilkan beberapa dislokasi pada butir II Material dengan butir halus lebih keras dan lebih kuat daripada material dengan butir kasar, karena butir halus  luas batas butir penghalang slip lebih besar



Hall-Petch equation : y = o + kyd-1/2 ; d = diameter butir rata-rata ; o dan ky = konstanta ukuran butir dapat diatur dengan laju pembekuan & deformasi plastik yang diikuti dengan heat treatment Batas butir bersudut kecil kurang berpengaruh terhadap proses slip Batas kembaran dan batas fasa : efektif menghalangi slip  penting untuk penguatan logam paduan 4



Penguatan Dengan Larutan Padat + atom pengotor  larutan padat substitusional/interstisial  lattice strain pada atom – atom bertetangga  membatasi gerak dislokasi Konsentrasi pengotor meningkatkan kekuatan dan menurunkan duktilitas logam paduan Paduan Cu-Ni



5



Atom pengotor < host atom regangan tarik



Atom pengotor > host atom  regangan tekan



Di atas bidang slip, di samping garis dislokasi  regangan tariknya menetralkan sebagian regangan tekan Di bawah bidang slip dislokasi Interaksi lattice strain dari atom pengotor dengan dislokasi yang bergerak  dibutuhkan tegangan lebih besar untuk memulai & meneruskan deformasi plastik pada paduan larutan padat  lebih kuat dan keras d/p logam murni 6



Pengerasan Dengan Regangan • • • •



= work hardening = cold working Suatu logam duktil menjadi lebih keras dan lebih kuat setelah mengalami deformasi plastik Deformasi berlangsung pada T kamar (  σ > untuk  yang sama







%CW



 9



PEMULIHAN REKRISTALISASI PERTUMBUHAN BUTIR Deformasi plastik pada spesimen logam polikristal pada T • Tiap logam punya % cold-work minimum untuk dapat di-rekristalisasi • Rekristalisasi pada logam murni lebih cepat daripada pada paduan • Trekristalisasi  0,3 Tm Trekristalisasi  0,7 Tm Hot Work :



deformasi plastik pada T > Trekristalisasi bahan tetap lunak dan duktil tidak mengalami pengerasan dengan regangan 12



Derajat rekristalisasi : meningkat dengan t dan T annealing T rekristalisasi = temperatur annealing yang memberikan waktu rekristalisasi 1 jam (pada gambar :  450°C)



13



logam



T rekristalisasi (°C)



T titik leleh (°C)



Timbal



327



Timah



-4 -4



Seng



10



420



Aluminium



80



660



Tembaga



120



1085



Kuningan (Zn 40%)



475



900



Nikel



370



1455



Besi



450



1538



wolfram



1200



3410



232



14



Pertumbuhan Butir



• Butir2 yang bebas regangan akan tumbuh jika logam disimpan pada T tinggi • Tidak selalu didahului dengan pemulihan & rekristalisasi • Butir bertambah besar  luas daerah batas butir berkurang  energi total berkurang  driving force untuk pertumbuhan butir • Pertumbuhan butir  pergerakan batas butir  difusi jarak pendek atom2 melintasi batas butir : • Ada butir2 yang mengecil (bahkan hilang) karena butir2 di sekitarnya membesar • Gerak batas butir berlawanan arah dengan perpindahan atom melintasi batas butir



Schematic representation of grain growth via atomic diffusion 15



* Pada T rendah : pertumbuhan butir linier dengan waktu * Pertumbuhan butir lebih cepat pada T lebih tinggi dn - do n = K.t d = diameter butir n = konstanta  2 K = konstanta t = waktu 0 = keadaan awal



* Sifat mekanik bahan berbutir halus lebih baik (lebih kuat dan tangguh) daripada bahan berbutir kasar  penghalusan butir dengan deformasi plastik dan rekristalisasi 16