Cacat Dalam Material

8/19/2019 Cacat Dalam Material

1/17

Nama : Fajar Frihdianto

NIM : K2514030

PRODI/SEMESTER : Pnd! T"ni" M#in / II

Mata K$%iah : I%m$ &ahan

Tan''a% : 2( )*ri% 2015

+a,a-an

1! .).)T D))M M)TERI)

Cacat pada material merupakan ketidaksempurnaan pada material. Berdasarkan

geometrinya, cacat/defect pada material dapat dibagi dalam 4 (empat) katagori , yaitu:

a. Cacat titik (cacat 0 dimensi Point Defect)

b. Cacat garis (cacat dimensi !ine Defect / Diclocation)

c. Cacat Bidang (cacat " diimensi Planar/ #urface Defect)

d. Cacat $olume (cacat % dimensi $olume Defect ($&'D)

a. Cacat titik

Cacat titik adalah cacat berupa titik pada material. Cacat titik terbagi atas :

1) $acancy (kekosongan), yaitu cacat yang terjadi akibat adanya kekosongan atom dalam

susunan atom.

2) Subtitusi/pergantian, yaitu cacat yang terjadi akibat adanya pergantian atom pada

susunan atom.

) !ntertisi adalah cacat yang terjadi akibat adanya atom lain yang menyusup dalam

susunan atom. !ntertisi terbagi atas:

• #elf 'ntertisi, yaitu cacat akibat adanya atom yang menyisip pada susunan

atom yang berasal dari atom itu sendiri.

• 'mpurity, yaitu adanya atom asing yang menyusup pada susunan atom yang

bersi"at mengganggu

b. Cacat #aris/$islokasi

Cacat garis adalah ketidaksempurnaan pada material akibat kekosongan pada sebarisatom. $islokasi terbagi atas dislokasi sisi dan dislokasi ulir.


2/17

1) $islokasi sisi, adalah cacat garis yang arah pergerakan atomnya tegak lurus terhadap

garis dislokasi. ( Dislocation line)

2) $islokasi %lir, yaitu cacat gais yang arah pergerakan atomnya sejajar terhadap arah

garis dislokasi ( Dislocation line).

c. Cacat &idang

Cacat bidang yaitu ketidak sempurnaan material pada sebidang struktur atom.

Contohnya'

1. *inning

2. &atas butir

d. Cacat uang

Cacat ruang adalah ketidaksempurnaan kristal pada seruang atom yaitu timbulnya

rongga antara batas butir karena orientasi butir dan dapat dilihat secara langsung.

Contohnya :

• orositas

• etak

• onngga


3/17

&erikut ini akan saya sedikit menjelaskan mengenai bentuk*bentuk cacat diatas :

a. CACAT TITIK

Cacat titik yang paling sederhana adalah kekosongan (+acancy) disini ada atom yang

hilang dalam kristal. Cacat titik ini merupakan hasil dari penumpukan yang salah seaktu

kristalisasi atau juga dapat terjadi pada suhu yang tinggi oleh karena energi thermal

meningkat. Bila energi t+ermal tinggi, ada kemungkinan bagi atomatom untuk melompat

meninggalkan tempatnya (dimana energi terenda+ akan ikut naik pula) -aka akan terdapat

kekosongan tunggal saat kristalisasi. $an bila terdapat kekosongan ada 2 (dua) maka dapat

disebut sebagai ""o#on'an 'anda . erhatikan gambar dibaah ini


4/17

&ila ketidak*sempurnaan seperti kekosongan jumlahnya meliputi 1 (satu) atau beberapa atom

maka ketidak sempurnaan tersebut biasa*nya disebut dengan nama cacat titik atau !0$C0.

oint de"ect dapat berupa :

a. 3acancy (kekosongan) akan :

1. atom pada tempatnya

2. pasangan ion (schottky)

b. Subsitusi oleh atom asing.

c. !ntertisi oleh atom asing dengan ukuran relati" kecil.

Sel" intertisial pada umumnya biasa dikenal sebagai renkel*de"ect dan +acancy akan

pasangan ion dikenal sebagai Schootky 4 $e"ect.

5ekosongan pasangan ion (disebut juga cacat schottky) terdapat pada senyaa yang harus

mempunyai keseimbangan muatan.

Cacat ini mencakup kekosongan pasangan ion berlaanan, kekosongan pasangan ion dan

""o#on'an t$n''a% mm*r*at di$#iita# atom


5/17

Cacat titik (point de"ect) menyebabkan distorsi lokal dalam kristal. -isalnya : 3acancy

dapat menyebabkan 5-SS!3 4 S0SS. Subsitusi oleh atom*atom yang lebih kecil

atau besar selalu dapat menyebabkan kompressi+e dan 0ensile Stress.

!ntertisi menyebabkan strain di sekitar tempat yang diduduki dengan kata lain, cacat titik

menyebabkan meningkatnya energi dalam material secara thermodinamik.

(Cacat tidak akan menyebabkan peningkatan besaran 06789 (6) -aterial).

b. .).)T GARIS / INE DEFE.T DISO.)TION

8ine de"ect yang paling banyak dijumpai adalah dislokasi. Secara geometris, dislokasi dapat

digambarkan seperti di baah ini :


6/17

$islokasi ini dapat digambarkan sebagai sisipan satu bidang atom tambahan dalam struktur

kristal. #aris dislokasi dalam gambar tersebut adalah garis tegak lurus ; pada bidang

gambar. $i daerah garis sekitar dislokasi terjadi distorsi kisi yang besi"at lokal. $aerah*

daerah yang jauh dari garis dislokasi, derajat distorsi lokalnya menurun dan susunan

atomnya kembali normal.

$istorsi kisi tersebut dapat berupa tekanan dan tegangan sehingga terdapat energi tambahan

sepanjang dislokasi tersebut. 4

$!S8C70! (dislokasi ulir)


7/17

$i dalam material biasanya ditemukan gabungan antara edge dislocation dan scre

diclocation yang biasa disebut dislokasi campuran. $islokasi dapat berpindah*pindah

ataupun bergerak. roses dimana de"ormasi plastis di*karenakan gerakan gerakan dislokasi

yang berpindah*pindah tersebut biasanya dinamakan dengan #!'P .

&idang, dimana garis dislokasi melintang disebut B'D-. #!'P , sedangkan arah gerakan

dislokasi disebut --1 #!'P . &ila ditinjau secara khusus , ternyata gerakan dislokasi pada

berbagai bidangn kritis adalah tidak sama sehingga dengan perkataan lain dapat dikatakan

baha terdapat arah dan bidang kristal yang meudahkan dislokasi terssebut bergerak yang

disebut dengan nama P23322D P!-.2 .

&idang*bidang dan arah bidang yang memudahkan dislokasi tersebut bergerak padaumumnya adalah bidang*bidang kristal yang memiliki planar density yang tinggi. Sedangkan

arah gerakan dislokasi pada bidang kristal dengan planar density yang tinggi merupakan arah

slip.

Dengan perkataan lain ara+ slip yang diinginkan adala+ ara+ dengnn !inier density yang

tinggi

c. SRF).E DEFE.TS P)N)R DEFE.TS

lanar de"ect (dapat berupa cacat pada permukaan*permukaan luar, tin boundary, batas*

batas "asa, batas butir) pada material (dimana) akan memisahkan material tersebut atas

beberapa bagian yang mana tiap*tiap bagian akan memiliki struktur kristal yang sama tetapi

berbeda arah kristalnya.

Prm$"aan Matria%

5etidak*sempurnaan kristal dalam dua dimensi merupakan suatu batas, dimana batas yang

nyata adalah permukaan luar. ermukaan dapat diilustrasikan sebagai batas struktur kristal

sehingga kita dapat melihat baha koordinasi atom pada permukaan tidak sama dengan

koordinasi atom dalam kristal. $engan kata lain : 7tom permukaan hanya mempunyai

tetangga pada satu sisi saja, sehingga memiliki energi yang lebih tinggi dimana ikatannya

menjadi kurang kuat. 5arena atom*atom ini tidak seluruhnya dikekelingi oleh atom lainnya,

maka energinya jadi lebih banyak dibandingkan dengan atom di dalamnya.


8/17

Contoh idealnya:

0etesan cairan yang berbentuk bulat maka luas permukaannya per satuan +olume tetesan

harus minimal (sehingga permukaannya minimmal). enyerapan permukaan merupakan

adanya perbedaan energi pada permukaan tersebut.

Batas Butir


9/17

&entuk butir dalam solid material biasanya diatur oleh adanya butir*butir lain di sekitarnya

dimana dalam setiap butir, semua selnya teratur dalam satu arah dan satu pola yang tertentu.

ada grain boundary (batas butir), antara dua butir yang berdekatan terdapat daerah transisi

yang tidak searah dengan pola dalam kedua butir tersebut.

d. OME $C0S

3olume de"ects pada material dapat berupa : crack (retak)/pori*pori, inklusi,

presipitat, "asa kedua dan lain sebagainya. 5ehadiran +olume de"ect di dalam

materiaal biasanya memberikan suatu implikasi (misalnya terhadap si"at

material) yang akan menyebabkan perubahan densitas material (terutama

dengan adanya pori*pori ataupun "asa kedua pada material).


10/17

Secara illustrati" akan ditinjau e"ek dari kehadiran cacat +olume tersebut (seperti retak)

terhadap kekuatan material, dimana ingin dilihat perban*dingan (kekuatan tarik retakan)

dengant+ (kekuatan tarik teoritis) suatu material yang sama.


11/17

2. engertian $islokasi $an $e"ormasi

a. $islokasi


12/17

$islokasi adalah suatu pergeseran atau pegerakan atom*atom di dalam sistem kristal

logam akibat tegangan mekanik yang dapat menciptakan de"ormasi plastis (perubahan

dimensi secara permanen). 5ekuatan ( strengt+) dan keuletan (ductility) atom di dalam

melalui tingkat kesulitan atau kemudahan gerakan dislokasi di dalam sistem kristal logam.

-isalya pada proses pengerjaan dingin (cold ork) terjadi peningkatan dislokasi di dalam

kristal logam sehingga kekuatan logam meningkat, namun keuletan menurun.

ada dasarnya dislokasi ada 2 yaitu edge dislocation and scre* dislocation. $islokasi

ulir menyerupai spiral dengan garis cacat sepanjang sumbu ulir. 3ektor gesernya sejajar

dengan garis cacat. 7tom*atom disekitar dislokasi ulir mengalami gaya geser, oleh karena itu

terdapat energi tambahan di sekitar dislokasi tersebut.

5edua jenis dislokasi garis terjadi karena adanya ketimpangan dalam orientasi

bagian*bagian yang berdekatan dalam kristal yang tumbuh sehingga ada suatu deretan atom

tambahan ataupun deretan yang kurang.

Semua cacat diatas dapat digeser dalam suatu lattice, baik karena pengaruh

thermodinamik maupun gaya mekanik.

#erakan dari edge dislocation dimulai dari tepi kristal dengan terbentuknya

dislocation line, sebagai akibat dari gaya geser ( s+ear force). #aris dislokasi ini berupa garis

lurus sepanjang kristal dan tegak lurus sepanjang kristal dan tegak lurus terhadap arah gaya

geser. #aya geser seterusnya akan mendorong garis dislokasi ini dari satu baris atom ke baris

atom berikutnya. &aris atom yang telah tergeser ini dikatakan telah mengalami slip dan

bidang tempat terjadinya pergeseran ini dinamakan bidang slip ( slip plane). Slip plane selalu

merupakan bidang yang padat atom. $ari gambar juga tampak baha baris atom yang telah

bergeser akan kembali memiliki ikatan antar atom seperti semula, hanya saja ikatan ini

sekarang terjadi dengan baris atom yang berbeda.

engertian mengenai dislokasi ini akan berman"aat untuk menjelaskan berbagai si"at

logam antara lain de"ormasinya, penguatan dan lain lain.

Cacat bidang yang selalu terdapat pada kristal logam adalah grain boundary (batas

butir) ada batas butir selalu terdapat distorsi baik karena pengaruh tegangan permukaan

maupun akibat dari interaksi dengan atom*atom kristal tetangganya. 5arena setiap butir

kristal mempunyai orientasi yanga berbeda satu sama lain, maka pada batas antara satu butir

dengan butir lain akan terjadi ketidakaturan susunan atom.

b. $-7S!


13/17

$e"ormasi ada 2 yaitu :

* de"ormasi plastik

* de"ormasi elastik

1) $e"ormasi plastik pada kristal

&ila suatu kristal mengalami tegangan maka susunan atom pada kristal itu akan

mengalami perubahan posisi, perubahan ini bersi"at sementara bila tegangan yang bekerja

tidak cukup besar dan akan bersi"at permanen bila tegangan sudah melampaui yield. &ila

tegangan telah melampaui yield maka garis dislokasi sudah bergeser dan mungkin telah

mencapai batas butir, sehingga butir kristal mengalami perubahan bentuk yang permanen.

erubahan bentuk pada butir kristal akibat terjadinya hal ini akan menyebabkan terjadinya

perubahan bentuk pada bentuk luar benda. $e"ormasi (perubahan bentuk) dapat terjadi

dengan terjadinya slip atau tinning atau kombinasi keduanya.

$e"ormasi dengan slip

Slip merupakan mekanisme terjadinya de"ormasi yang paling sering dijumpai. Slip

terjadi bila sebagian dari kristal tergeser relati" terhadap bagian daari kristal lain sepanjang

bidang kristalogra"i tertentu. &idang tempat terjadinya slip ini dinamakan bidang slip ( slip

plane) dan arah pergeseran atom pada bidang slip dinamakan arah slip ( slip direction). Slip

terjadi pada bidang yang paling padat atom dan arah slip juga pada daerah yang paling padat

atom, karena untuk menggeser atom pada posisi ini memerlukan energi paling kecil.

Slip tidak terjadi dengan menggsernya seluruh atom pada bidang slip secara sekaligus.

Slip terjadi dengan bergesernya garis dislikasi sedikit demi sedikit. &ila slip terjadi dengan

pergeseran sekaligus seluruh atom pada bidang slip, maka akan dibutuhkan gaya yang sangat

besar. 5arena itulah kekuatan logam lebih rendah daripada kekuatannya yang dihitung

dengan menjumlahkan gaya yang perlu untuk memutuskan ikatan antar atomnya. %ntuk

dapat terjadinya slip harus ada gaya geser yang cukup, bila gaya geser itu belum cukup maka

distorsi yang ditimbulkan hanya bersi"at sementara, elastik.

$e"ormasi dengan tinning

$e"ormasi dengan tinning dapat terjadi bila satu bagian dari butir kristal berubah

orientasinya sedemikian rupa sehingga susunan atom di bagian tersebut akan membentuk

simetri dengan bagian kristal yang lain yang tidak mengalami tinning. Susunan atom pada


14/17

bagian yang mengalami tinning disebut ?mirror image@ dari bagian yang tidak mengalami

tinning. &idang yang menjadi pusat simetri antara kedua bagian itu dinamakan ?t*inning

plane@.

7da beberapa perbedaan antara slip dan tinning, yaitu baha pada slip orientasi

seluruh kristal tetap sama, sedang pada tinning sebagian kristal akan berubah orientasinya.


15/17


16/17

dan keuletan tertentu sesuai dengan kebutuhan, setelah proses pengerjaan

dingin. Dalam proses rekristalisasi terdiri dari beberapa tahap, dimana tahap-

tahap tersebut ada yang bisa di amati dan ada tahap yang tidak bisa di amati

secara langsung. #erdapat tahap antara yang tidak dapat diamati dengan

mikroskop optik. Pada tahap ini rangkaian dislokasi membentuk batas

butir bersudut kecil, dan disebut tahap pemulihan. Meskipun sifat mekanik

hampir tak berubah, tetapi terjadi pengaturan kembali struktur pada skala

atom, mendahului perubahan struktur mikro di atas.

%ambar &.'( Perubahan struktur mikro dan sifat mekanik logam

#erdeformasi selama proses rekristalisasi


17/17

#emperatur rekristalisasi biasanya sekitar ).& * ).+ #m . Proses

rekristalisasi bergantung pada waktu dan temperatur, biasanya

dipilih suhu sekitar ).+ #m agar proses berlangsung lebih cepat.

Pengerjaan mekanik mempunyai efek yang sangat berbeda biladilakukan di atas atau di bawah daerah rekristalisasi. ila di bawah

suhu rekristalisasi, struktur yang dihasilkan terdistorsi, mengandung

energi, dan disebut struktur pengerjaan dingin.

ila deformasi dilakukan di atas suhu rekristalisasi, struktur yang

dihasilkan lebih lunak, mempunyai sifat mekanik yang sama dengan

logam awal, dan disebut struktur pengerjaan panas. Perlu dicatat

bahwa istilah panas atau dingin berkaitan suhu kerja yang

dihubungkan dengan ).+ #m atau suhu rekristalisasi.

ekristalisasi logam pengerjaan dingin belum tentu menghasilkan

produk akhir yang stabil. ila logam dipanaskan terus setelah proses

rekristalisasi berakhir, butir yang besar akan memakan butir yang

kecil sehingga batas butir keseluruhan sistem berkurang. Dengan

pengerjaan dingin sebesar ' * / 0 diperoleh beberapa daerah

berenergi regangan tinggi, yang kemudian menjadi inti.

Cacat Dalam Material

Documents