Tugas Mata Kuliah Teknologi Bahan [PDF]

Citation preview

Tugas Mata Kuliah Teknologi Bahan STRUKTUR LOGAM



Pembimbing : Yan K, MT



Disusun Oleh : Kelompok 3  Fikri Aulia A.H  Ikhsan Ramdhani



POLITEKNIK SUKABUMI TEKNIK MESIN A



KATA PENGANTAR Dengan menyebut nama Allah SWT yang Maha Pengasih lagi Maha Panyayang, Kami panjatkan puja dan puji syukur atas kehadirat-Nya, yang telah melimpahkan rahmat, dan hidayah-Nya kepada kami, sehingga kami dapat menyelesaikan makalah ilmiah tentang Logam Ferro. Makalah yang berjudul “ struktur logam ” disusun untuk memenuhi salah satu tugas mata kuliah Teknologi Bahan.



Makalah ini berisi tentang unit sellogam ferro dan non ferro, ketidak sempurnaan Kristal, cacat Kristal logam. Dalam penyusunannya penulis melibatkan berbagai pihak, baik dari dalam Kampus maupun luar Kampus. Oleh karena itu penulis mengucapkan banyak terima kasih atas segala dukungan yang diberikan untuk menyelesaikan makalah ini.



Meski telah disusun secara maksimal oleh penulis, akan tetapi penulis sebagai manusia biasa sangat menyadari bahwa makalah ini sangat banyak kekurangannya dan masih jauh dari kata sempurna. Karenanya penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari para pembaca.



Besar harapan penulis makalah ini dapat menjadi inspirasi atau sarana pembantu masyarakat dalam mengetahui perbedaan antara jenis- jenis besi dan baja.



Demikian yang dapat penulis sampaikan, semoga para pembaca dapat mengambil manfaat dan pelajaran dari makalah ini.



Sukabumi, 16 Oktober 2018



Struktur Logam SUSUNAN ATOM-ATOM Logam merupakan struktur raksasa dari atom-atom yang berikatan satu sama lain melalui ikatan logam. “Raksasa” menunjukkan jumlah yang sangat banyak tetapi jumlah atom yang terlibat sangat bervariasi – tergantung pada ukuran potongan logam. Kebanyakan logam adalah terjejal (close packed) – yakni, struktur tersebut memuat atom sebanyak mungkin pada volum yang tersedia. Setiap atom pada struktur mengalami 12 sentuhan dari atom tetangganya. Keadaan logam yang seperti ini digambarkan sebagai terkoordinasi 12. Tiap atom memiliki 6 sentuhan dari atom yang lain pada tiap lapisan.



Dan juga tiga atom yang menyentuhnya pada lapisan diatasnya dan tiga atom yang lain pada lapisan dibawahnya.



Diagram yang kedua tersebut menunjukkan lapisan yang terletak di atas lapisan yang pertama. Lapisan tersebut akan saling berhubungan dengan lapisan dibagian bawahnya. (Keduanya tersusun dengan cara penempatan yang berbeda dengan lapisan yang ketiga pada struktur terjejal, tetapi hal ini dipelajari pada pembahasan tingkat dasar) Beberapa logam (khususnya yang terletak pada golongan 1 pada tabel periodik) terjejal kurang efektif, atom-atom logam tersebut hanya memiliki 8 sentuhan atom tetangganya. Inilah yang disebut dengan terkoordinasi 8.



Diagram sebelah kiri menunjukkan bahwa tidak ada atom yang saling bersentuhan satu sama lain pada satu lapisan yang sama. Atom-atom tersebut hanya tersentuh oleh atom pada lapisan di atas dan dibawahnya. Diagram sebelah kanan menunjukkan 8 atom (4 di atas dan 4 di bawah) yang menyentuh atom yang berwarna gelap). I.



Karakteristik Struktur Logam



Karakteristik logam ini dipelajari dari struktur elektronnya atau dengan kata lain dari pemahaman struktur atom-atom yang membentuknya. Berikut ini karakteristik dari struktur logam murni. Ion logam berukuran relatif kecil, dengan diameter sekitar 0,25 nm. Ion-ion sejenis di dlam logam padat murni tertumpuk bersama secara teratur, dan sebagian besar logam tertumpuk secara kolektif ion-ion menempati volume minimum. Logam umumnya berbentuk kristal dan penumpukan ionnya tertutup atau terbuka. Susunan atomnya dapat ditentukan dan dinyatakan berdasarkan bentuk struktur selnya. Selain itu, karena ikatan metalik tidak bergantung pada arah. Contoh, baja yang memiliki butiran yang kasar cenderung kurang tangguh dibandingkan dengan baja yang memiliki butiran yang halus. Besar butir ini 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. a. 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. Kebanyakan bahan logam mempunyai tiga struktur kristal: ·



kubus berpusat muka (face-centered cubic).



·



kubus berpusat badan (body-centered cubic).



·



heksagonal tumpukan padat (hexagonal close-packed).



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 menempati dua sisi dan ketiga atom lagi menempati tengah. b. 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.



Struktur Molekul Halaman ini menggambarkan bagaimana sifat fisik suatu zat memiliki struktur molekul yang bervariasi dengan dayatarik antarmolekul – ikatan hidrogen dan gaya van der Waals. Sifat fisik substansi molekuler Molekul terdiri dari sejumlah atom yang bergabung melalui ikatan kovalen, dan atom tersebut berkisar dari jumlah yang sangat sedikit(dari atom tunggal, seperti gas mulia) sampai jumlah yang sangat banyak (seperti pada polimer, protein atau bahkan DNA). Ikatan kovalen yang mengikat molekul secara bersamaan dengan sangat kuat, tetapi hal itu tidak berhubungan dengan sifat fisik suatu zat. Sifat fisik suatu zat ditentukan oleh gaya antarmolekul – gaya tarik antara suatu molekul dengan tetangganya – dayatarik van der Waals atau ikatan hidrogen. Titik leleh dan titik didih Substansi molekuler cenderung untuk menjadi gas, cairan atau padatan yang bertitik leleh rendah, karena gayatarik antar-molekul terhitung lemah. Anda tidak harus memutus ikatan kovalen yang ada untuk melelehkan atau mendidihkan sebuah zat molekuler. Ukuran titik leleh dan titik didih akan tergantung pada kekuatan gaya antarmolekul. Kehadiran ikatan hidrogen akan meningkatkan titik leleh dan titik didih. Molekul yang berukuran lebih besar memungkinkan dayatarik van der Waals yang lebih besar pula – dan molekul tersebut akan lebih membutuhkan lebih banyak banyak energi untuk pemutusan ikatannya.



UNIT SEL LOGAM



Sebuah atom merupakan miniatur dari sistem solar yang memiliki orbit pada disekelilingnya. Inti atom terdiri dari proton dan neutron. Proton memiliki muatan positif sedang neutron tidak bermuatan/ netral. Partikel yang lebih kecil, elektron berevolusi dengan kecepatan tinggi disekitar inti. Setiap atom memiliki orbit atau lintasan elektron yang disebut shell. Tiap shell terdiri dari sejumlah elektron untuk tiap atom. Elektron pada shell terluar disebut elektron valensi, merupakan penentu sifat-sifat fisik maupun kimia. Jika shell valensi pada sebuah atom bebas memiliki full komplemen elektron, maka dikatakan memiliki zero valensi. Namun jika memiliki lebih sedikit atau lebih banyak elektron, maka dikatakan sebagai ion dan memiliki muatan listrik. Ikatan atom Ada empat dasar ikatan yang membuat atom – atom bisa berpasangan?  



ikatan ion. ikatan kovalen







ikatan logam  ikatan van der waals Sebuah molekul bisa terbentuk melalui kombinasi dari beberapa atau semua ikatan tersebut. Ikatan ion menahan atom yang berbeda dengan interaksi antara ion negatif dan positif, contohnya sodium chlorida (NaCl), muatan positif atom sodium dan muatan negatif atom chlorida bergabung menjadi senyawa netral.



Ikatan kovalen, adalah suatu ikatan atom yang kuat bergantung pada berapa jumlah elektron yang dipakai secara bersama-sama. Ikatan ini dijumpai pada unsur nonlogam, seperti karbon, oksigen.



Ikatan logam, terbentuk pada atom logam yang sama ketika beberapa elektron pada shell valensi terpisah dari atomnya dan berada disekeliling atom yang bermuatan positif, membentuk awan elektron.



Ikatan van der waals, ditemukan pada atom netral seperti pada gas – gas inert. Ikatan atom ini sangat lemah.



Struktur unit kristal Ketika logam membeku dari bentuk cair ke padat, atom mengatur dirinya dalam baris – baris yang rapi, sebuah susunan yang disebut space lattice. Space lattice dari kristal telah dapat ditentukan untuk logam-logam yang berbeda. Logam membeku membentuk 6 struktur lattice yang utama: 1. 2. 3. 4. 5. 6.



Body Centered Cubic (BCC) Face Centered Cubic (FCC) Hexagonal Close Packed (HCP) Cubic Body Centered Tetragonal (BCT) Rhombohedral







Body Centered Cubic (BCC) Unit struktur BCC sesuai namanya berbentuk bentuk kubus dimana terdapat atom-atom disetiap pojoknya dan satu berada ditengah. Pada temperatur dibawah 1333OF (723OC) struktur kristal besi berupa BCC dan dinamakan besi alpha atau ferrite. Logam lain yang mempunyai struktur seperti ini, yaitu : chromium, colombium, barium, vanadium, molybdenum dan tungsten.







Face Centered Cubic (FCC) Atom-atom kalsium, aluminium, tembaga, timbal, nickel, emas dan platina membentuk suatu struktur kristal dengan sebuah atom ditiap-tiap pojok kubus dan satu ditengah disetiap sisi kubus. Jika besi berada diatas temperatur kritis, maka susunan atomnya berbentuk FCC dan namakan besi gamma atau austenite







Hexagonal Closed Packed (HCP) Struktur HCP banyak ditemukan pada kebanyakan logam seperti berilium, seng, kobalt, titanium, magnesium, dan cadmium. Karena jarak dari struktur lattice, baris-baris atom tidak dapat bergerak dengan mudah, sehingga logam ini memiliki plastisitas dan keuletan yang lebih rendah dari struktur kubik.



Perubahan kristal – transformasi allotropik Ketika logam dipanaskan secara perlahan sampai melting point, terjadi perubahan tertentu. Kebanyakan logam non ferrous, seperti aluminium, copper, dan nickel, tidak mengalami perubahan struktur lattice kristalnya sebelum menjadi liquid, namun akan lain halnya pada besi dan beberapa paduan besi. Besi merupakan sebuah logam yang special yang mengalami 3 perubahan kristal jika dipanaskan dari temperatur kamar sampai keadaan liquid. Pada temperatur kamar berbentuk BCC, tetapi jika dipanaskan pada 16660 F berubah menjadi FCC. Larutan – liquid dan solid Jika dua atau lebih logam dipanaskan pada atau diatas titik cairnya dan dikombinasikan, maka akan membentuk suatu larutan (solution) yaitu paduan (alloy). Logam dengan persentase lebih besar disebut solvent (pelarut), sedang yang lebih kecil disebut solute(terlarut). Type solid solution Peristiwa pelarutan material ke material lainnya dapat terjadi melalui 2 cara : 1. substitutional Larutan padat substitutional yaitu satu dari dua atau lebih elemen dengan ukuran atom yang hampir sama. 1. interstitial Larutan padat interstitial terbentuk jika perbedaan ukuran elemen atau atom-atom paduan terpaut jauh. Atom-atom paduan harus cukup kecil, sekitar ½ dari atom material induknya, untuk mengisi atau menyusup kedalam sruktur lattice dari material induk.



SUMBER LOGAM Biji logam, yang diperoleh dari penambangan, biasanya masih bercampur dengan bahan-bahan ikutan lainnya. Presentase berat dari unsur-unsur yang terkandung di dalam biji-biji ini tergantung pada kedalaman lapisan tanah, darimana biji tersebut diperoleh, misalnya untuk lapisan tanah dengan kedalaman lapisan tanah 1,6 Km akan diperoleh biji dengan 46,59% oksigen , 27,72% silikon dan selebihnya termasuk unsur logam. Logam yang terdapat dalam biji ini biasanya masih dalam keadaan terikat dengan unsur-unsur lain ( berupa senyawa ) misalnya : 1. Berupa oksida-oksida ( biji Fe, Mn, Cr, Sn ) 2. Berupa karbonat-karbonat ( biji Zn, Cu, Fe ) 3. Berupa sulfida ( biji Pb, Zn, Cu, dan lain-lain ) SIFAT LOGAM Logam atau metal mememiliki beberapa karakter umum yaitu wujud padat, menunjukkan kilap, massa jenis tinggi, titik didih dan titik lebur tinggi, konduktor panas dan listrik yang baik, kuat atau keras namun mudah dibentuk misalnya dapat ditempa (malleable) dan direnggangkan (ductile). Walaupun demikian terdapat beberapa sifat yang menyimpang misalnya raksa pada suhu kamar merupakan satu-satunya logam yang berwujud padat dan hingga saat ini belum diketahui mengapa raksa berwujud cair A. Sifat Kimia Logam biasanya cenderung untuk membentuk kation dengan menghilangkan elektronnya, kemudian bereaksi dengan oksigen di udara untuk membentuk oksida basa. Contohnya: 4 Na + O 2 2 Na→ 2 O (natrium oksida) 2 Ca + O 2 2 CaO (kalsium oksida)→ 4 Al + 3 O 2 2 Al→



2 O 3 (aluminium oksida) Logam-logam transisi seperti besi, tembaga, seng, dan nikel, membutuhkan waktu lebih lama untuk teroksidasi. Lainnya, seperti palladium, platinum dan emas, tidak bereaksi dengan udara sama sekali. Beberapa logam seperti aluminium, magnesium, beberapa macam baja, dan titanium memiliki semacam "pelindung" di bagian paling luarnya, sehingga tidak dapat dimasuki oleh molekul oksigen. Proses pengecatan, anodisasi atau plating pada logam biasanya merupakan langkah-langkah terbaik untuk mencegah korosi. B. Sifat Fisis Logam pada umumnya mempunyai angka yang tinggi dalam konduktivitas listrik, konduktivitas termal, sifat luster dan massa jenis. Logam yang mempunyai massa jenis, tingkat kekerasan, dan titik lebur yang rendah (contohnya logam alkali dan logam alkali tanah) biasanya bersifat sangat reaktif. Jumlah elektron bebas yang tinggi di segala bentuk logam padat menyebabkan logam tidak pernah terlihat transparan. Mayoritas logam memiliki massa jenis yang lebih tinggi daripada nonlogam. Meski begitu, variasi massa jenis ini perbedaannya sangat besar, mulai dari litium sebagai logam dengan massa jenis paling kecil sampai osmium dengan logam dengan massa jenis paling besar. Titik didih dan titik lebur logam berkaitan langsung dengan kekuatan ikatan logamnya. Titik didih dan titik lebur logam makin tinggi bila ikatan logam yang dimiliki makin kuat. Dalam sistem periodik unsur, pada satu golongan dari atas kebawah, ukuran kation logam dan jari-jari atom logam makin besar. Hal ini menyebabkan jarak antara pusat kation-kation logam dengan awan elektronnya semakin jauh, sehingga gaya tarik elektrostatik antara kation-kation logam dengan awan elektronnya semakin lemah. Hal ini dapat dilihat pada titik didih dan titik lebur logam alkali. Dalam hal daya hantar listrik, sebelum logam diberi beda potensial, elektron valensi yang membentuk awan elektron bergerak ke segala arah dengan jumlah yang sama banyak. Apabila pada logam diberi beda potensial, dengan salah satu ujung logam ditempatkan elektroda positif (anoda) dan pada ujung yang lain ditempatkan ujung negatif (katoda), maka jumlah elektron yang bergerak ke anoda lebih banyak dibandingkan jumlah elektron yang bergerak ke katoda sehingga terjadi hantaran listrik. Berdasarkan model awan elektron, apabila salah satu ujung dari logam dipanaskan maka awan elektron ditempat tersebut mendapat tambahan energi termal. Karena awan elektron bersifat mobil, maka energi termal tersebut dapat ditransmisikan ke bagian-bagian lain dari logam yang memiliki temperatur lebih rendah sehingga bagian tersebut menjadi panas. Permukaan logam yang bersih dan halus akan memberikan kilap atau kilau (luster) tertentu. Kilau logam berbeda dengan kilau unsur nonlogam.



Kilau logam dapat dipandang dari segala sudut sedangkan kilau nonlogam hanya dipandang dari sudut tertentu. Logam akan tampak berkilau apabila sinar tampak mengenai permukaannya. Hal ini disebabkan sinar tampak akan menyebabkan terjadinya eksitasi elektron-elektron bebas pada permukaan logam. Eksitasi elektron yaitu perpindahan elektron dari keadaan dasar (tingkat energi terendah) menuju ke keadaan yang lebih



tinggi (tingkat energi lebih tinggi). Elektron yang tereksitasi dapat kembali ke keadaan dasar dengan memantulkan energi dalam bentuk radiasi elektromagnetik. Energi yang dipancarkan inilah yang menyebabkan logam tampak berkilau. C. Sifat Mekanis Sifat mekanis merupakan kemampuan atau kelakuan logam itu menahan beban yang dikenakan kepadanya. Baik pembenahan statis maupun dinamis pada suhu biasa, tinggi ataupun di bawah nol derajat celcius. Sering kali suatu bahan mempunyai sifat mekanis yang baik, tetapi kurang baik dalam sifat lainnya. Sifat mekanis tersebut adalah sebagai berikut : 1. Kekuatan (strength) : kemampuan bahan untuk menerima tegangan tanpa menyebabkan patah atau kerusakan pada bahan. 2. Kekerasan (hardness) : kemampuan bahan terhadap deformasi praktis berupa penggoresan, pengikisan (abrasi), dan identasi atau penetrasi. Sifat ini beriktan erat dengan sifat aus dan berkolerasi dengan kekuatan. 3. Kekenyalan (elasticity) : kemampuan bahan untuk kembali ke bentuk semula setelah diberi beban yang menyebabkan deformasi bila benda ditiadakan. 4. Kekakuan (stiffness) : keampuan bahan untuk menerima beban tanpa mengakibatkan terjadinya deformasi. Kekakuan terkadang lebih penting dari kekuatan. 5. Plastisitas ( plasticity) : kemampuan bahan untuk mengalami sejumlah deformasi permanen tanpa menajdi rusak,putus atau pecah. 6. Ketangguhan (toughness) : kemampuan bahan untuk menyerap sejumlah energy tanpa mengakibatkan terjadinya kerusakan atau jumlah energy yang dibutuhkan mematahkan benda kerja. tinggi (tingkat energi lebih tinggi). Elektron yang tereksitasi dapat kembali ke keadaan dasar dengan memantulkan energi dalam bentuk radiasi elektromagnetik. Energi yang dipancarkan inilah yang menyebabkan logam tampak berkilau. C. Sifat Mekanis Sifat mekanis merupakan kemampuan atau kelakuan logam itu



menahan beban yang dikenakan kepadanya. Baik pembenahan statis maupun dinamis pada suhu biasa, tinggi ataupun di bawah nol derajat celcius. Sering kali suatu bahan mempunyai sifat mekanis yang baik, tetapi kurang baik dalam sifat lainnya. Sifat mekanis tersebut adalah sebagai berikut : 1. Kekuatan (strength) : kemampuan bahan untuk menerima tegangan tanpa menyebabkan patah atau kerusakan pada bahan. 2. Kekerasan (hardness) : kemampuan bahan terhadap deformasi praktis berupa penggoresan, pengikisan (abrasi), dan identasi atau penetrasi. Sifat ini beriktan erat dengan sifat aus dan berkolerasi dengan kekuatan. 3. Kekenyalan (elasticity) : kemampuan bahan untuk kembali ke bentuk semula setelah diberi beban yang menyebabkan deformasi bila benda ditiadakan. 4. Kekakuan (stiffness) : keampuan bahan untuk menerima beban tanpa mengakibatkan terjadinya deformasi. Kekakuan terkadang lebih penting dari kekuatan. 5. Plastisitas ( plasticity) : kemampuan bahan untuk mengalami sejumlah deformasi permanen tanpa menajdi rusak,putus atau pecah. 6. Ketangguhan (toughness) : kemampuan bahan untuk menyerap sejumlah energy tanpa mengakibatkan terjadinya kerusakan atau jumlah energy yang dibutuhkan mematahkan benda kerja. 7. Kelelahan (fatigue) : kecenderungan dari logam untuk patah atau rusak bila menerima tegangan yang masih di bawah batas elastisnya, yang bekerja berulang-ulang IKATAN LOGAM Ikatan logam adalah ikatan yang terjadi jika antara dua atom saling meminjamkan electron. Hanya saja jumlah atom yang saling meminjamkan, electron valensinya tidak terbatas. Setiap atom akan memyerahkan electron valensinya untuk digunakan bersama. Dengan ini terjadilah ikatan. Inti-inti atom akan tertarik satu sama lain, tetapi tidak dapat lebih dekat dengan jarak tertentu. Bila atom saling mendekati dan melampaui jarak tertentu maka akan terjadi tolak menolak antara inti atom yang disebabkan oleh muatan inti atom yang sama-sama positif. Karenanya jarak antar inti-inti atom tersebut tetap terjaga konstan. Peristiwa ini bisa terjadi pada logam, sehingga disebut ikatan logam. Pada keadaan ini, jarak inti atom terletak teratur dengan jarak tertentu dan electron-elektron yang saling dipinjamkan seolah-olah membentuk kabut electron yang mengelilingi inti-inti logam tersebut. Electron-elektron tersebut tidak terikat pada salah satu atau beberapa atom tertentu saja. Tetapi, setiap electron dapat saja suatu saat berada pada sebuah atom dan pada saat berikutnya berada pada atom lain. Oleh karena itu, logam mudah mengalirkan listrik dan panas. Atom-atom pada logam akan menempati posisi tertentu dan tetap. Karena jarak antara atom satu dengan yang lainnya harus tetap, maka mudah dibayangkan bahwa atom logam ini tersusun secara teratur menurut suatu pola tertentu yang dinamakan kristal. Salah satu ciri dari logam adalah selalu berbentuk kristal. Atom-atomnya tersusun secara teratur dalam suatu kristal.



STRUKTUR KRISTAL LOGAM Kristal merupakan susunan atom-atom yang teratur dan berbentuk tatanan dimensi serta menurut suatu pola tertentu. Bila dari inti-inti atom pada suatu kristal ditarik garis-garis imajiner melalui inti-inti atom tetanggannya, maka akan Logam ferro disebut juga besi karbon atau baja karbon. Dimana unsur dasarnya terdiri atas besi (Fe) dan karbon (C). Namun, disamping itu masih terdapat unsur lain yang meliputi silisium (S), mangan (Mn), pospor (P) dan sulfur (S). Unsur-unsur campuran tersebut akan mempengaruhi sifat-sifat dan massa jenis dari logam ferro. Sehingga, presentase campurannya harus dibatasi sesuai dengan sifat dari logam yang akan dipergunakan. Jenis-jenis dari logam ferro yang terutama adalah : 1. Baja karbon : baja karbon rendah ( low carbon steel), baja karbon sedang (medium carbon steel), baja karbon kuat ( high carbon steel). 2. Besi Tuang : Pembuatan logam ferro dilakukan dengan memproses bijih-bijih besi di dalam dapur tinggi, sehingga menghasilkan besi kasar yang belum dapat dipergunakan sebagai bahan dasar untuk pembuatan jadi maupun setengah jadi. Oleh sebab itu, besi kasar diolah kembali ke dalam dapur baja. Contoh : convertor Bessemer atau convertor Thomas, dapur Siemen Martin, dapur listrik dan sebagainya. B. Logam Bukan Besi ( Non Ferro ) Logam non ferro adalah logam yang tidak mengandung besi (Fe) maupun karbon (C) sebagai unsure dasar. Jenis-jenis logam non ferro adalah sebagai berikut : 1. Logam berat : logam murni (contohnya : tembaga (Cu), chrom (Cr), nikel (Ni), silikon (Si)) dan logam paduan (contohnya : kuningan dan perunggu) 2. Logam ringan : logam murni (contohnya : aluminium (Al), magnesium (Mg), titanium (Ti), barium (Ba)) dan logam paduan (contohnya : anticorodal, alumina, avional) 3. Logam mulia : emas (Au), perak (Ag), dan plarina (Pt) 4. Logam refaktori : logam tahan api, yakni wolfram (W), molybden ( Mo), zirconium (Zr) 5. Logam radioaktif : uranium (U) dan radium (Ra)



Kristal yang sempurna adalah kristal yang susunan atomnya seluruhnya teratur mengikuti susunan atom dalam kristal pola tertentu. Cacat yang dimaksud disini adalah cacat ketidaksempurnaan susunan atom dalam kristal (lattice). Cacat dapat terjadi karena adanya solidifikasi (pendinginan) ataupun akibat dari luar. Dalam kenyataan kristal tidaklah selalu merupakan susunan atom-atom indentik yang tersusun secara berulang diseluruh volumenya. Kristal biasanya mengandung ketidaksempurnaan yang kebanyakan terjadi pada kisi-kisi 3 kristalnya. Karena kisikisi kristal merupakan suatu konsep geometris, maka ketidak-sempurnaan berdimensi nol (ketidaksempurnaan titik), ketidaksempurnaan berdimensi satu (ketidaksempurnaan garis), ketidak-sempurnaan berdimensi



dua (ketidaksempurnaan bidang), selain itu terjadi pula ketidak-sempurnaan volume.



Macam-Macam Cacat Kristal 1. Cacat Titik a) Vakansi dan Interstisi-Diri Vakansi adalah Kekosongan sisi kisi yaitu sisi yang seharusnya ditempati atom, kehilangan atomnya. Vakansi terbentuk selama proses pembentukan dan juga karena getaran atom yang mengakibatkan perpindahan atom dari sisi kisi normalnya.



Interstisi-Diri (self-interstitial) adalah sebuah atom dari bahan kristal yang berdesakan ke dalam sisi interstisi, yaitu ruang kosong kecil dimana dalam kondisi normal tidak diisi atom. Jenis cacat ini bisa dilihat pada logam, interstisi diri mengakibatkan distorsi yang relatif besar di sekitar kisi karena atom interstisi lebih besar dari ruang intertisi. Karena itu pembentukan cacat ini kemungkinannya kecil, dan juga konsentrasinya keci, diman konsentrasinya jauh lebih kecil dari cacat vakansi.



b) Impuritas Pada Bahan Padat Impuritas adalah atom asing yang hadir pada material. Logam murni yang hanya terdiri dari satu jenis atom adalah tidak mungkin. Impuritas bisa menyebab-kan cacat titik pada kristal. Ada paduan dimana atom impuritas sengaja ditambah-kan untuk mendapatkan karakteristik tertentu pada material seperti untuk meningkatkan kekuatan mekanik atau ketahanan korosi.



2. Dislokasi Cacat Linier Dislokasi adalah Cacat linier atau satu dimensi dimana didekatnya beberapa atom tidak segaris. Ada 3 jenis dislokasi yaitu : dislokasi sisi, dislokasi ulir, dan dislokasi campuran.



a) Dislokasi sisi Dislokasi sisi/pinggir adalah terdapatnya bidang atom ekstra atau setengah bidang, dimana sisinya terputus didalam kristal, memperlihatkan skematik dari dislokasi sisi.



b) Dislokasi Ulir Dislokasi ulir terbentuk karena gaya geser yang diberikan menghasilkan distorsi seperti yang ditunjukkan Gambar. Daerah depan bagian atas kristal tergeser sebesar satu atom kekanan relatif terhadap bagian bawah.



c. Dislokasi Campuran Jika pada material dijumpai kedua jenis dislokasi diatas maka disebut material mempunyai dislokasi campuran. Contoh dislokasi campuran bisa dilihat pada Gambar.



3. Cacat Antar Muka Cacat antar muka adalah batas yang mempunyai dua dimensi yang biasanya memisahkan daerahdaerah pada material yang mempunyai struktur kristal dan/atau orientasi kristalografi yang berada. Cacat jenis ini antara lain: permukaan luar, batas butir, batas kembar, kesalahan tumpukan dan batas fasa.



a) Permukaan Luar Satu dari batas yang paling jelas adalah permukaan luar/eksternal, dimana struktur kristal berakhir. Atom-atom permukaan tidak terikat ke semua atom terdekat, dan karenanya akan mempunyai tingkat energi yang lebih tinggi dari pada atom-atom dibagian dalam. b) Batas Butir. Batas butir memisahkan dua butir atau kristal kecil yang mempunyai orientasi kristalografi yang berbeda pada material polikristal. Batas butir secara skematik digambarkan pada Gambar. Didalam batas butir terdapat atom yang tak bersesuaian pada daerah transisi dari orientasi kristal butir satu ke butir lain didekatnya.



C. Batas Kembar. Batas kembar adalah batas butir tipe khusus dimana terdapat simetri kisi cermin, yaitu atom-atom pada sebuah sisi batas berada pada posisi cermin dari atom-atom pada sisi lainnya Gambar. Daerah antara batas butir ini disebut kembar/twin.



4. Cacat Bulk Atau Volume Cacat lainnya yang ada pada semua material padal dimana cacat ini lebih besar dari yang sudah dibicarakan adalah pori, retak, inklusi benda asing dan fasa-fasa lainnya. Cacat-cacat ini timbul biasanya selama tahap-tahap proses dan pabrikasi.