PENGUATAN LOGAM

MEKANISME PENGUATAN LOGAM

1.

PENGUATAN REGANGAN

Logam akan

naik kekerasannya kekerasannya bila logam tersebut tersebut mengalami mengalami deformasi plastis akibat akibat

pengerjaan dingin (cold work). Fenomena ini disebut pengerasan regangan (strain hardening) atau penguatan regangan (strain stengthening). Dislokasi pada logam akan sulit bergerak akibat deformasi plastis.hal ini disebabkan disebabkan karena kerapatan dislokasi dislokasi naik akibat terjadi terjadi regangan. Sebelum diilakukan pergerjaan dingin kerapatan dislokasi adalah 10 8/cm3, namun setelah dideformasi plastis, kerapatan dislokasi menjadi 10 13/cm3.

Penguatan regangan merupakan proses industri penting yang dipakai untuk mengeraskan logam atau paduan yang tidak bereaksi terhadap perlakuan panas. Laju pengerasan regangan dapat diukur dari kemiringan kurva alir. Temperature yang dinaikkkan juga merendahkan laju pengerasan regang untuk paduan yang diperkuat oleh penambahan larutan padat. Laju pengerasan logam dapat meningkat ataupun berkurang dibandingkan dengan logam murninya. Tetapi, kekuatan akhir paduan logam padat pengerjaan dingin hampir selalu lebih besar daripada kekuatan akhir logam murni yang mengalami pengerjaan dingin sampai tingkat yang sama. Gambar di bawah ini memperlihatkan kekuatan dan parameter kekuatan dengan meningkatnya jumlah pengerjaan dingin. Karena pada sebagian besar proses pengerjaan dingin, satu atau dua ukuran logam berkurang diiringi dengan peningkatan dengan ukuran lainnya, pengerjaan ingin menghasilkan perpanjangan butir dalam arah utama kerja. Deformasi yang berat menghasilkan reorientasi butir dalam orintasi pilihan. Di samping perubahan dalam sifat tarik yang diperlihatkan, pengerjaan dingin menghasilkan perubahan dalam sifat fisik lainnya. Biasanya ada penurunan kerapatansebanyak kurang lebih beberapa per-sepuluh persen, pengurangan yang lumayan dalam konduktifitas listrik disebabkan oleh kenaikan koefisien muai thermal. Disebabkan oleh kenaikan energi intern keadaan pengerjaan dingin, meningkatkan reaktifitas kimia. Ini menjurus ke pengurangan umum tahanan korosi dan dalam paduan tertentu, kekemungkinan keretakan korosi tegangan laju pengerasan regang yang tinggi mengisyaratkan adanya rintangan terhadap slip dislokasi pada system yang berpotongan ini dapat terjadi karena : 1. Melalui interaksi medan tegangan dislokasi 2. Melalui interaksi yang menghasilkan kunci permanent 3. Melalui saling susuk suatu system slip oleh yang lain ( seperti menebang pohon di hutan ) yang berakibat pembentukan jog dislokasi. Persamaan dasar yang menghubungkan tegangan alir ( pengerasan regang ) dengan struktur ialah

i + α.Gb.ρ1/2

σ0 = σ

Banyak perhatian diberikan untuk mengembangkan teori pengerasan regang yang didasarkan atas model dislokasi.

The world's largest digital library

Try Scribd FREE for 30 days to access over 125 million titles without ads or interruptions! Start Free Trial Cancel Anytime.



Dalam logam yang telah dideformasi regang secara plastis beberapa persen, terdapat 50 km atau lebih garis dislokasi tiap-tiap cm3. selain itu kalau cm3 ini diperluas sampai ukuran ruang diperbesar, dislokasi ini akan tampak bersusun sebagai jarring laba-laba 3D, tak teratur dan luar biasa halusnya. Dengan jenis struktur ini, dislokasi yang bergerak hamper tidak dapat menghindari pemotongan dislokasi lainnya dan melewati medan tegangan dislokasi tegangan lainnya.

2.

PENGUATAN DENGAN TRANSFORMASI MA RTENSIT

Transformasi martensit adalah transformasi tanpa difusi, oleh karena itu martensit terbentuk tanpa pertukaran posisi atom bertetangga. Sehubungan dengan itu, hubungan orientasi yang diamati adalah akibat langsung dari pergerakan atom yang terjadi pada waktu transformasi. Sekalipun martensit terjadi dalam sejumlah system metalurgis hanya paduan berdasarkan besi dan karbon yang memperlihatkan dampak penguatan menonjol.

Gambar Kekerasan berbagai produk transformasi dalam baja

Gambar di atas memperlihatkan perubahan kekerasan martensit dengan kadar karbon dan membandingkannya dengan derajat kekuatan yang dicapai dalam agregat besi dan sementit yang tersebar. Kekuatan tinggi martensit berarti bahwa dalam sturuktur ini terdapat banyak penghalang kuat terhadap gerakan dislokasi. Kerumitan system memu memungkinkan ngkinkan berbagai berbagai kontrofersi kontrofersi dan mekanisme pengeras, pengeras, tetapi tamp tampaknya aknya ada ada dua kontribusi kontribusi utam untuk kekuatan tinggi martensit. Suatu percobaan mengidentifikasikan dua stuktur dalam dua paduan besi karbon yang dicelup dengan menggunakan bantuan mikroskop electron transmisi. Martensit konvensional mempunyai struktur pelat dengan bidang habit yang khas dan struktur intern terdiri dari bentuk kembar sejajar, masing-masing tebalnya kurang lebih 0,1 μm di dalam plat. Jenis lain struktur martensit ialah blok martensit, yang di dalamnya terdapat kerapatan dislokasi yang tinggi, sebanyak 1011 – 1012 dislokasi tiap cm2 yang dapat dipersamakan dengan logam yang mengalami deformasi yang sangat banyak. Jadi, sebagian kekuatan martensit yang tinggi timbul dari penghalang berhasil guna terhadap luncur oleh struktur bentuk kembar halus atau oleh kerapatan dislokasi yang tinggi. Kontribusi kedua yang penting untuk kekuatan martensit datang dari atom karbon. Gambar yang di atas



pembentukan kelompok ( cluster ) atom karbon bidang {100}. Kontribusi untuk kekuatan dari penghalang dalam struktur martensit pada pokoknya tidak bergantung dari kadar karbon, sedang penguatan sebagai akibat pengelompokkanatom karbon serta interaksi dislokasi, meningkat secara linear bersama dengan kadar karbon. Suatu bidang yang amat menarik ialah pengembangan proses thermal mekanis dimana martensit dibentuk dari matriks austenit yang sebelumnya diperkuat oleh deformasi plastis. Proses ini disebut ausformiong. Deformasi plastis austenit harus dilaksanakan tanpa transformasi ke perlit atau bainit. Jadi, perlu untuk bekerja dengan baja paduan yang mempunyai daerah austenit yang mantap. Kekuatan tertinggi dicapai oleh deformasi yang terbesar pada temperature terendah dimana tidak terjadi deformasi. Kerapatan dislokasi martensit “ausform” sangat tinggi ( 1013 cm-2 ) dan dislokasi biasanya didistribusi secara merata. Pengendapan lebih penting daripada dalam martensit celup biasa, endapan merupakan tempat untuk penggandaan dan penjepitan dislokasi. Sebagai hasil mekanisme penguat ini, baja ausform dapat mencapai kekuatan luluh yang tinggi yaitu 300.000 Psi – 400.000 Psi yang berkisar antara 40 – 20 %.

3.

PENGUATAN DENGAN PENGHALUSA PENGHALUSA N BUTIR

Salah satu metode penguatan pada logam dengan memperkecil atau memperhalus struktur mikronya. Hubungan antara kekuatan luluh dan diameter butir dijelaskan oleh persamaan hallpetch berikut : σy = σi

+ kd-1/2

Dimana σy adalah kekuatan luluh, σi dan k adalah konstanta bahan dan d adalah diameter butir. Jika diameter d diperkecil maka σy akan meningkat sesuai dengan persamaan diatas. Butir yang semakin kecil akan memperbanyak batas butir, sehingga batas butir akan menghambat gerakan dislokasi. Juga akibat banyaknya batas butir akan merubah arah bidang slip sehingga tidak mudah slip akhirnya tidak mudah terdeformasi. Seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Gambar Penguatan batas butir

4.

PENGUATAN LARUTAN PADAT

Pada penguatan ini dimana logam murni yang bersifat sangat lunak. Penambahan atom asing yang larut



padat substitusi. Kalau atom larut jauh lebih kecil dari pada atom pelarut, atom larut menduduki posisi sisipan dalam kisi pelarut. Karbon, nitrogen, oksigen, hydrogen dan boron merupakan elem yang biasanya membentuk larutan padat sisipan atau intertisi ( interstitial solid solution ). Logam yang tidak memiliki gaya gabung kimia yang kuat satu sama lainnya, cenderung membentuk larutan padat, sedang logam yang terpisah jauh dalam seri elektromotif cenderung membentuk senyawa antara logam ( intermetalic compound ). Valensi relative zat yang melarut ( solute ) dan zat pelarut ( solvent ) juga penting. Larutan logam dengan valensi lebih tinggi dalam zat pelarut dengan valensi lebih rendah, lebih dimungkinkan daripada untuk situasi sebaliknya. Contohnya seng lebih mudah dilarutkan dalam tembaga dibandingkan tembaga dalam seng. Untuk logam pelarut tertentu, batas kelarutan terjadi sekitar harga perbandingan electron atom yang sama untuk atom larut dengan valensi yang berbeda. Akhirnya, untuk kelarutan padat yang sempurna pada keseluruhan daerah komposisi, atom zat larut dan atom zat pelarut harus mempunyai struktur kristal yang sama.

5.

PENGUATAN FASA KEDUA

Penambahan unsur paduan pada suatu logam seringkali menghasilkan fasa kedua yang berupa senyawa. Contohnya besi yang dipadu dengan karbon akan memiliki fasa ferit ( α ) dan senyawa Fe3C ( sementit ). Ferit bersifat lunak sedangkan sementit bersifat keras dan rapuh. Dari aspek mikro maka gerakan dislokasi yang relative mudah pada fasa ferit akan terhambat oleh fasa sementit sehingga baja dengan kadar karbon yang lebih banyak akan lebih banyak mengandung sementin dan menjadi lebih keras. Hanya sejumlah panduan terbatas mempunyai kelarutan padat yang luas antara dua elemen atau lebih dan hanya efek pengerasan yang relative kecil dapat dihasilkan dalam sebagian besar system paduan oleh tanbahan larutan padat. Karena itu, banyak paduan komersial mempunyai struktur mikro heterogen yang



Gambar tersebut menggambarkan jenis bahan struktur dua fase dimana ukuran partikel kedua fase kurang lebih sama dengan ukuran butir matriks. Ini dilambangkan oleh partikel kuningan beta dalam matriks kuningan alfa atau oleh koloid perlit dalam matriks ferit dalam baja anil. Jenis umum struktur lainnya ialah dua fase tersebar tersebar seperti seperti yang ditunjukkan ditunjukkan dalam gambar gambar (b) dimana dimana tiap tiap tiap partikel partikel dikelili dikelilingi ngi oleh matri matriks ks oriental tung tunggal gal ( butir ). Biasanya, ukuran partikel fase kedua jauh lebih halus untuk struktur tersebar hingga ukuran submikroskopis pada tahap awal pengendapan; teori penguatan dalam system yang dikeraskan penyebaran telah dipelajari. Penguatan yang dihasilkan oleh partikel fase kedua biasanya merupakan tambahan penguatan larutan padat yang dibuat dalam matriks adanya partikel fasa kedua dalam fase matriks continu, mengakibatkan tegangan intern yang terlokalisir, yang memodifikasi sifat plastic fase kontiniu. Banyak factor yang harus dipertimbangkan untuk mendapatkan pengertian lengkap tentang penguatan dari partikel fase kedua. Factor ini mencakup ukuran, bentuk, jumlah dan distribusi partikel fasa kedua, kekuatan, keuletan dan prilaku pengerasan regang matriks serta fase kedua, suaian kristalografis antara fase, serta energi bidang pisah dan ikatan bidang pisah antar fase.

6.

PENGUATAN DENGAN DISPERSE

Penguatan dispersi terjadi pada peroses metalurgi serbuk/powder metalurgi dimana proses komposisi yang dii diikuti kuti oleh oleh proses sintering sintering dilakukan dilakukan pada pada pencam pencampuran puran serbuk kertas kertas kepada serbuk matri matriks ks yang bersif bersifat at ulet. Akibatnya partikel keras tadi akan memicu gerakan dislokasi dan menghambat gerakannya. Akibatnya terjadi dislokasi dan terjadilah perbanyakan dislokasi sehingga kekerasan dan kekuatannya meningkat. Sebagai contoh adalah SAP ( Sintered Aluminium Product ), yang dibuat dari serbuk aluminium yang dicampur dengan partikel H2O3 yang kemudian diperoses lagi dengan metalurgi serbuk. Sehingga sifat mekanik Al kompaksi, lalu disinter. Maka difusi atom pada antar butir yang halus dari serbuk akan menghalangi pergerakan dislokasi dan meningkatkan meningkatkan kekerasan logam logam.. Pada pengerasan dispersei, dianggap bahwa presipitat tidak mengikuti perubahan bentuk matriks dan tegangan yang diperlukan untuk merentang roop disloksi antara ppresipitat. Besarnya adalah sama dengan tegangan Orowan, τ

=

αμb/L

Dimana L adalah jarak presipitat. Sesui dengan pemmbahasan diatas, proses ini penting artinya pada tahapan terakhir dari presipitasi ketika presipitat berubah menjadi inkoheren dan regangan ketidak cocokan lenyap. Dislokasi yang bergerak akan mampu melewati hambatan, dan bergerak didaerah kristal yang bersih , diantara partikel partikel presipitat. presipitat. Jelaslah, Jelaslah, bahwa bahwa tegangan alir alir akan berkurang apabila jarak antara ham hambatan batan bertambah, bertambah,



7.

PENGUATAN ENDAPAN

Usaha penguatan dengan fasa kedua dapat ditingkatkam lagi dengan mengusahakan agar fasa kedua yang terjadi berbentuk halus dan tersebar merata sehingga kekuatannya meningkat. Penguatan jenis ini paling banyak dilakukan pada paduan Cu dan Al. bila pemanasan Cu dan Al melewati garis kelarutan maka CuAl2 akan terurai dan larut padat bila pemanasan tersebut didindinkan cepat, maka atom-atom Cu tidak sempat berdifusi keluar dari fasa alpha dan dalam kondisi lewat lewat jenuh (Super Saturated Soli Solid d Soluti Solution). on). Kondisi lewat jenuh ini tidak ti dak stabil pada suhu kamar kamar (300 K). atom atom-- atom Cu berdifusi keluar dan membentuk membentuk endapan endapan yang halus dan tersebar merata. Endapan dari presipitat ini mengalami dislokasi sehingga kekerasan meningkat. Oleh karena itiu penguatan cara ini disebut dengan precipitation hardening. Penguatan dengan adanya endapan jenuh pada suatu paduan seperti Al-Cu atau tembaga-berillium. Dimana larutan padat jenuh sebagai fasa kedua akan terjadi bila suatu paduan tersebut dipanaskan pada suatu temperature elevasi dan kemudian di quench ke dalam air. Seperti pada Al-Cu, endapan jenuh CuAl2 terbentuk dalam keadaan jenuh.

8.

PENGUATAN DENGAN TEXTURE

Proses deformasi seperti Roling Extrusi dan proses penarikan kawat akan menyebabkan butir-butir logam mengarah pada orientasi tertentu. Kondisi ini disebut freferet orientasi. Orientasi-orientasi butirnya tidak acak lagi, melainkan mengrah pada orientasi tertentu. Logam yang orientasi kristal-kristalnya mengarah dikatakan memiliki textur kristalografi. logam yang pernah mengalami deformasi atau seperti dirol atau ketika penarikan kawat, akan mengembangkan oreantasi pilihan atau texture, dimana bidang kristalografis tertentu cenderung mengoreintasikan dirinya dengan cara yang diutamakannya terhadap arah regangan maksimum. Kecendrungan klip kristal tunggal berotasi sejajar dengan sumbu regangan utama. Situasi itu juga terdapat dalam agregat polikristalin, tetapi interaksi rumit antara system slip ganda membuat analisa situasi polykristalin menjadi lebih sulit karena butir individual dalam agregat polykristalin tidak dapat bergerak dengan bebas, akan terjadi pelengkungan kisi dan fragmentasi.

PENGUATAN LOGAM

Recommend Documents