sunday, december 9, 2007 Struktur Kristal Logam Logam adalah suatu unsur yang mempunyai sifat-sifat seperti : kuat, liat, keras, mengkilat, dan penghantar listrik dan panas. Sifat-sifat metal pada umumnya dapat digolongkan atas : a. Sifat-sifat Ekstraktif/kimia (Chemical Properties) Meliputi cirri-ciri dari komposisi kimia dan pengaruh unsur terhadap metal (logam) b. Sifat –sifat mekanik (Mechanical Properties) Yang disebut sifat mekanik ialah sifat bahan bilamana dipengaruhi gaya dari luar, yaitu : kekuatan tarik, kuat bengkok, kekerasan, kuat pukul, kuat geser, dan lain-lain. Sering pula dimasukkan sifat teknologi dari material ialah mampu mesin, mampu cor dan sebagainya. c. Sifat – sifat Fisik (Physical Properties) Meliputi sifat logam yang tidak dipengaruhi oleh tenaga luar, yaitu : berat jenis, daya hantar listrik dan panas, sifat magnet, dan struktur mikro logam Sifat a dan b sangat penting bagi perencana dalam menentukan dan memilih logam untuk keperluan konstruksi dan rancangan lain. 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. 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
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
sunday, december 9, 2007
Struktur Kristal Logam
Logam adalah suatu unsur yang mempunyai sifat-sifat seperti : kuat, liat, keras, mengkilat, dan penghantar
listrik dan panas. Sifat-sifat metal pada umumnya dapat digolongkan atas :
a. Sifat-sifat Ekstraktif/kimia (Chemical Properties)
Meliputi cirri-ciri dari komposisi kimia dan pengaruh unsur terhadap metal (logam)
b. Sifat –sifat mekanik (Mechanical Properties)
Yang disebut sifat mekanik ialah sifat bahan bilamana dipengaruhi gaya dari luar, yaitu : kekuatan tarik, kuat
bengkok, kekerasan, kuat pukul, kuat geser, dan lain-lain. Sering pula dimasukkan sifat teknologi dari
material ialah mampu mesin, mampu cor dan sebagainya.
c. Sifat – sifat Fisik (Physical Properties)
Meliputi sifat logam yang tidak dipengaruhi oleh tenaga luar, yaitu : berat jenis, daya hantar listrik dan
panas, sifat magnet, dan struktur mikro logam
Sifat a dan b sangat penting bagi perencana dalam menentukan dan memilih logam untuk keperluan
konstruksi dan rancangan lain.
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.
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.
Susunan atom-atom dalam struktur kristal sangat menentukan sifat-sifat logamnya. Logam dengan struktur
kristal BCC mempunyai kerapatan atom yang lebih rendah dibandingkan logam dengan struktur kristal FCC.
Perbedaan kerapatan atom itu dapat dilihat dari jumlah bidang gesernya. Pada struktur kristal BCC, jumlah
bidang gesernya lebih sedikit dari struktur kristal FCC, sehingga kemampuan atom-atom untuk bergeser
lebih sulit. Dengan demikian, logam dengan struktur kristal BCC membutuhkan energi lebih besar untuk
mengerakkan dislokasi. Hal ini yang menyebabkan logam dengan struktur kristal BCC lebih sulit dibentuk
jika dibandingkan logam dengan struktur kristal FCC yang mempunyai kekuatan rendah tetapi memiliki
keliatan yang tinggi (ductility)
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.
diposting oleh edy-metalurgi di 1:16 am
no 2
Terdapat beberapa jenis cacat Kristal pada susunan atom dalam Kristal. Kita perlu ketahui bahwa
kehadiran cacat Kristal yang sedikit memiliki pengaruh yang sangat besar dalam menentukan sifat
suatu bahan dan pengaturan cacat sangat penting dalam pemrosesan bahan.
Contoh relevansi cacat Kristal dalam kehidupan pada umumnya dan dalam bahan pada khususnya
yaitu, ketika kita membeli cincin berlian, sebenarnya kita membayar untuk tipe cacat pada Kristal
pada cincin berlian tersebut. Pembuatan device semikonduktor tidak hanya membutuhkan Silikon
murni tetapi juga meliputi cacat Kristal tertentu pada sample. Menempa suatu logam akan
menghasilkan cacat pada logam tersebut dan meningkatkan kekuatan dan kelenturan logam. Catatan,
sifat-sifat tersebut dicapai tanpa mengubah komposisi penyusun bahan tetapi hanya manipulasi cacat
Kristal.
Berikut ini merupakan jenis-jenis cacat Kristal
Cacat titik yaitu adanya atom yang hilang atau terdapat sisipan atom asing dalam kisi
(kekosongan, interstitial dan subtitutional , cacat Schottky dan cacat Frenkel)
Cacat Linear yaitu sekelompok atom berada pada posisi yang menyimpang ( dislokasi tepi dan
dislokasi screw)
Cacat interfacial yaitu interface antara daerah sejenis pada bahan (permukaan eksternal, grain
boundaries, dan twin boundaries)
gambar disamping merupakan
representasi dua dimensi kristal sempurna dengan susunan atom yang benar. Namun
kenyataannya tidak ada yan sempurna
Gambar disamping merupakan skematik polikristal dengan berbagai macam cacat. Kita dapat lihat
bahwa ada beberapa grain Kristal yang dipisahkan oleh batas-batas dan juga terdapat atom-atom
yang hilang dan ada juga atom tambahan. Gambar diatas dari Helmut Föll, University of Kiel, Germany
Boundaries dapat menghambat difusi atom dan gerak dislokasi sehingga deformasi bahan sulit terjadi.
Semakin kecil grain, semakin kuat bahan tersebut.
Ukuran grain dapat diatur dengan laju pendinginan. Laju pendinginan yang cepat menghasilkan grain-
grain yang kecil sedangkan proses-proses pendinginan yang lambat menghasilkan grain-gran yang
besar
No 3
Prinsip dasar pembentukan logam : melakukan perubahan bentuk pada benda kerja dengan cara
memberikan gaya luar sehingga terjadi deformasi plastis, contoh : pengerolan, tempa, ekstrusi,
penarikan kawan, penarikan dalam, dll.
Proses pemebentukan logam dengan pengerjaan Teknik pengecoran, Teknik pembentukan, Teknik
permesinan, Teknik pengelasan, merupakan proses yang mengubah bentuk benda kerja.
Proses pengerjaan panas, digunakan pemanasan, dimaksudkan untuk memudahkan terjadinya
deformasi plastis dalam pengerjaannya dan tidak untuk mencairkan logam benda kerja.
Tujuan proses pembentukan logam :
1. mengubah bentuk benda kerja menjadi bentuk yang diinginkan.
2. memperbaiki sifat logam dengan jalan memperbaiki struktur mikronya, misalnya dengan
menghomogenkan dan menghaluskan butir, memecah dan mendistribusikan inklusi, menutup
rongga cacat cor-an, serta memperkuat logam dengan mekanisme pengerasan regangan.
Proses pembentukan logam, yg diklasifikasikan dengan berbagai cara, yaitu dikarenakan :
1. berdasarkan daerah temperature pengerjaan
2. berdasarkan jenis gaya pembentukan
3. berdasarkan bentuk benda kerja
4. berdasarkan tahapan produk
Klasifikasi berdasarkan temperature pengerjaan :
1. Proses pengerjaan panas : proses pembentukan yang dilakukan pada daerah temperature
rekristalisasi logam yang diproses. Akibat konkretnya ialah logam bersifat lunak pada temperature
tinggi. Keuntungannya : bahwa deformasi yang diberikan kepada benda kerja dapat relative besar,
hal ini dikarenakan sifat lunak dan sifat ulet pada benda kerja, sehingga gaya pembentukan yang
dibutuhkan relative kecil, serta benda kerja mampu menerima perubahan bentuk yang besar tanpa
retak.
2. Proses pengerjaan dingin : proses pembentukan yang dilakukan pada daerah temperature
dibawah temperature rekristalisasi, pada umumnya pengerjaan dingin dilakukan pada suhu
temperature kamar, atau tanpa pemanasan. Pada kondisi ini, logam yang dideformasi terjadi
peristiwa pengerasan regangan. Logam akan bersifat makin keras dan makin kuat, tetapi makin
getas bila mengalami deformasi, bila dipaksakan adanya suatu perubahan bentuk yang besar, maka
benda kerja akan retak akibat sifat getasnya. Keunggulan : kondisi permukaan benda kerja yang
lebih baik dari pada yang diproses dengan pengerjaan panas, hal ini dikarenakan tidak adanya
proses pemanasan yang dapat menimbulkan kerak pada permukaan. Contoh, proses penarikan
kawat, dan pembentukan pelat.
Klasifikasi berdasarkan gaya pembentukan :
1. pembentukan dengan tekanan, contoh tempa, pengerolan, ekstrusi, pukul putar.
2. pembentukan dengan tekanan dan tarikan, contoh : penarikan kawat, pipa, penarikan dalam, dan
penipisan dinding tabung.
3. pembentukan dengan tarikan, contoh : tarik regang, ekspansi.
4. pembentukan dengan tekukan, contoh : proses tekuk, proses rol tekuk.
5. pembentukan dengan geseran.
Klasifikasi berdasarkan bentuk benda kerja :
1. pembentukan benda kerja masif atau pejal, ciri : terjadinya perubahan tebal pada benda kerja
secara maksimal, atau mencolok selama diproses.
2. pembentukan benda kerja pelat, ciri : tebal dianggap tetap, karena perubahan tebal sangat kecil,
tetapi perubahan bentuk tertentu saat dideformasi.
Klasifikasi berdasarkan tahapan produk :
1. proses pembentukan primer, proses ini menghasilkan produk setengah jadi. Contoh : pelat dan
profil dari bahan baku berupa ingot, slab dan billet.
2. proses pembentukan sekunder, proses lebih lanjut yang dihasilkan oleh proses primer, atau
proses final. Contoh, penarikan kawat, penarikan dalam, dan pembuatan pipa dan plat.
Secara makrokopis, deformasi dapat dilihat sebagai perubahan bentuk dan ukuran. Deformasi
dibedakan atas deformasi elastis dan plastis. Deformasi elastis, perubahan bentuk yang terjadi bila
ada gaya yang berkerja, serta akan hilang bila bebannya ditiadakan (benda akan kembali kebentuk
dan ukuran semula). Deformasi plastis, perubahan bentuk yang permanen, meskipun bebannya
dihilangkan.
Mekanisme deformasi secara mikro. Secara mikro, perubahan bentuk baik deformasi elastis
maupun plastis disebabkan oleh bergesernya kedudukan atom-atom dari tempatnya semula. Pada
deformasi elasitis adanya tegangan akan menggeser atom-atom ke tempat kedudukannya yang
baru, dan atom-atom tersebut akan kembali ke tempatnya yang semula bila tegangan tersebut
ditiadakan. Jarak pergeseran atom secara elastis, yaitu tidak kuran dari 0,5%. Pada deformasi
plastis, atom-atom yang bergeser menempati kedudukannya yang baru dan stabil, meskipun beban
(tegangan) dihilangkan, atom-atom tersebut tetap berada pada kedudukan yang baru. Model
pergeseran atom-atom tersebut disebut slip.
Mekanisme slip.
Atom-atom logam tersusun secara teratur mengikuti pola geometris yang tertentu. Adanya tegangan
geser yang cukup besar, maka atom akan bergeser dan berpindah serta menempati posisinya yang
baru. Bidang-bidang atom yang jaraknay berjauhan adalah yang kerapatan atomnya tinggi. Maka,
bidang slip adalah bidang yang rapat atomnya tinggi. Pergeseran atom-atom ini juga mempunyai
arah, yang disebut arah slip.
Hubungan antara deformasi dengan teori dislokasi.
Dislokasi yaitu, cacat bidang atau cata garis yang mempermudah terjadinya slip. Dengan demikian
adanya dislokasi akan menurunkan kekuatan logam. Hal ini disebabkan adanya tegangan geser.
Dislokasi yang mencapai permukaan luar dapat diartikan menimbulakan suatu deformasi, dalam
skala mikroskopis. Dislokasi dibedaka atas 2 jenis, secara model ekstrem :
1. dislokasi sisi, (garis dislokasi tegak lurus terhadap vektor slipnya, dan arah gerakan dislokasi
searah dengan vektor Burgernya).
2. dislokasi ulir, (garis dislokasi searah dengan vektor Burger, arah gerakan dislokasi tegak lurus
terhadap vektor Burger).
Pengaruh pengerjaan dingin terhadap sifat logam adalah, deformasi akan menyebabkan naiknya
kekerasan, naiknya kekuatan, tatapi disertai dengan turunyanya keuletan. Untuk mengembalikan
logam kesifat semula (lunak dan ulet) perlu dilakukan proses pemanasan terhadap benda kerja yang
telah mengalami pengerjaan dingin.
Pengaruh pemanasan setalah pegerjaan dingin, perubahan sifat akibat pemanasan tergantung pada
temperatur dan waktu pemanasan. Prinsip dasarnya ialah bahawa pemanasan terhadap benda
kerja yang telah mengalami deformasi akan menurunkan kerapatan dislokasinya. Pemanasan pada
daerah yang dibawah temperatur rekristalisasai akan menyebabkan dua hal :
1. terjadinya gerakan dislokasi difusi yang disebut gerakan memanjat (climb).
2. adanya pengaturan kembali susunan dislokasi yang tadinya kurang teratur menajdi lebih teratur.
Peristiwa ini disebut poligonisasi.
Pengaruh deformasi terhadap temperatur rekristalisasi. Temperatur rekristalisasi, yaitu pada mulai
terjadinya nukleasi inti-inti baru, bukanlah suatu titik yang tetap sebagimana halnya titik cair logam.
Deformasi menyebabkan kenaikan energi dalam pada logam, yaitu dalam bentuk kerapatan
dislokasi yang lebih tinggi.
*Proses pembentukan selalu diberikan gaya pembentukan agar deformasi plastic terjadi. Gaya apa
saja yang menghasilkan deformasi plastic dan berikan contohnya !
Dalam grafik tegangan-regangan terdapat yang namanya batas luluh (yield strength). Deformasi
elastis berada dibawah batas luluh, sedangkan untuk deformasi plastis berada/melawati batas luluh
suatu material. Sedangkan pengertian batas luluh (Titik Luluh/Yield Point) adalah batas dimana
material akan terus mengalami deformasi tanpa adanya penambahan beban. Gaya yang
menghasilkan deformasi plastis adalah dilakukannya pembakaran dengan temperature pengerjaan,
baik panas maupun dingin serta perlakuan terhadap material dengan gaya tarik, dan gaya tekan.
Pipa jenis API 5L dimana yield strengthnya (kekuatan luluh) adalah 52000 psi yang artinya karakter
elastis pada material tersebut adalah 52000 psi.
*Mekanisme deformasi logam dalam kaitannya dengan teknik pembentukan logam, Deformasi dapat
dilihat sebagai perubahan bentuk dan ukuran, secara makroskopis. Perubahan tersebut dibedakan
atas deformasi elastis dan deformasi plastis. Sedangkan, hakekat proses pembentukan logam
adalah menggusahakan deformasi plastis yang terkontrol, namun dalam berbagai hal pengaruh
deformasi elastis cukup besar sehingga tidak dapat diabaikan begitu saja. Dari penjelasan awal
diatas, dapat dijelaskan mekanisme deformasi logam dalam kaitannya dengan teknik pembentukan
logam, yaitu : Perubahan bentuk, secara mikro, baik deformasi elastis maupun deformasi plastis,
disebabkan oleh bergesernya kedudukan atom-atom dari tempatnya yang semula.
*Pengaruh temperatur terhadap sifat mekanik material dalam proses pengerjaan panas,
dikarenakan temperatur dan waktu pemanasannya. Kekuatan dan keuletan logam yang telah
dideformasi dapat diukur dengan mengubah kondisi pemanasannya. Logam yang dikerjakan
dengan pengerjaan dingin, akan bersifat keras dan kuat, tetapi relatif getas. Sedangkan pengerjaan
panas pada logam akan bersifat lunak dan ulet, proses ini disebut dengan ”fully annealed”.
*Hubungan deformasi dengan dislokasi :
a. Akibat adanya tegangan, maka dislokasi akan bergerak menuju permukaan luar, sehingga terjadi
deformasi.
b. Selama bergerak, dislokasi – dislokasi tersebut bereaksi satu dengan yang lainnya. Hasil
reaksinya ada yang mudah bergerak dan ada pula yang sukar bergerak.
c. Hasil reaksi yang sukar bergerak justru akan berfungsi sebagai sumber dislokasi baru, sehingga
kecepatan dislokasi akan bertambah (dari 106 : 108 dislokasi per cm2 dapat naik menjadi
1010 :1011 dislokasi per cm2 ).
d. Akibat naiknya kerapatan dislokasi, maka gerakan dislokasi akan lebih sulit akibat makin
banyaknya hasil reaksi yang sukar bergerak.
e. Akibat nyata dari sukarnya gerakan dislokasi adalah naiknya kekuatan logam.
1. Kenapa proses penempaan logam sangat banyak diaplikasikan di Industri, dikarenakan logam
memiliki ketangguhan (tough) serta sifat bahan yang “ulet” (ductile) sehingga dapat dibentuk melalui
proses penempaan. Proses tempa juga memiliki keunggulan berupa kekuatan dan ketangguhan
yang lebih baik dibanding dengan proses lainnya, sehingga sangat cocok untuk membuat komponen
yang aplikasinya handal terhadap tegangan yang tinggi ( highly stress ). Keuntungan dari operasi
penempaan lainnya yaitu struktur kristal yang halus dari logam, tertutup lubang-lubang, waktu
pemesinan yang menyebabkan meningkatnya sifat-sifat fisis.
Bagaimana proses penempaan digunakan di Industri, proses penempaan dilakukan dengan cara
menaikkan temperature dan tekanan yang bertujuan untuk menambah kekuatan ikatan antar benda
yang akan digabungkan.
2. Perbedaan antara penempaan dengan cetakan terbuka dan cetakan tertutup :
Penempaan dengan cetakan terbuka, dilakukan diantara dua cetakan datar atau cetakan yang
bentuknya sangat sederhana. Penempaan cetakan terbuka digunakan pada pembentukan awal
benda kerja untuk penempaan cetakan tertutup.
Sedangkan penempaan dengan cetakan tertutup, benda kerja dibentuk diantara dua pasang
cetakan yang akan menghasilkan bentuk akhir yang diinginkan. Benda kerja dibentuk dibawah
tekanan tinggi dalam suatu rongga tertutup, dan demikian dapat dihasilkan produk yang mempunyai
dimensi yang ketat. Pada penempaan cetakan tertutup, semula bilet-bilet tempa diatur pinggirannya
agar dapat diletakkan di tempat yang tepat untuk proses penenmpaan berikutnya.
3. Pemahaman saya tentang penempaan metalurgi serbuk,, adalah penempaan yang menggunakan
serbuk metal (powder) yang dimana logam lebih tercampur secara homogeny dalam pemaduaan
beberapa material yang tidak sama dan lebih mampu untuk mengendalikan porositas.
4. Mengapa proses pengerolan sangat banyak digunakan di Industri.
Rolling adalah proses pembentukan logam dengan cara menggiling logam tersebut di antara dua
atau lebih rol-rol penggiling yang berputar. Penggunaan rolling dalam dunia Industri dikarenakan,
sebuah kemudahan dalam proses pengerjaan untuk mengurangi ketebalan logam dan kemudahan
dalam membentuk suatu logam. Rolling Mill bisa dilakukan dengan pengerjaan panas maupun
pengerjaan dingin. Mesin pembentukan rol terdiri dari pasangan rol yang secara progresif memberi
bentuk pada lembaran logam yang diumpankan secara continue. Salah satu akibat dari proses dari
pengolahan adalah penghalusan butir yang disebabkan rekristalisasi. Struktur yang kasar, kembali
menjadi struktur memanjang akibat pengaruh penggilingan. Pada proses pengerolan suatu logam,
ketebalan logam mengalami deformasi terbanyak. Adapun lebarnya hanya bertambah sedikit. Pada
operasi pengerolan, keseragaman suhu sangat penting karena berpengaruh pada aliran logam dan
plastisitas. Proses pengerjaan panas dengan pengerolan ini biasanya digunakan untuk membuat rel,
bentuk profil, pelat dan batang. Keuntungan dari pengerolan adalah benda kerja memiliki strength
tinggi, biaya cost produksi lebih rendah dan laju produksi lebih tinggi dibanding dengan proses cuttin
5. Perbedaan antara pengerolan panas dan pengerolan dingin.
Pengerjaan panas ialah proses pembentukan logam di atas dari suhu rekristalisasi. Pada proses
pengerjaan ini tidak terjadi kenaikan tegangan lulur, kekerasan dan penurunan keuletan bahan,
contohnya Shape Rolling dan Rolling Forging Shape Rolling yang umumnya mengerjakan bagian-
bagian yang kecil, misalnya ulir dan dikerjakan pada pengerjaan panas. Sedangkan pengerolan
dingin logam berada dibawah suhu rekristalisasi, pengerolan logam dengan proses seperti ini
menggunakan gaya yang lebih besar dari pengerolan panas. Biasanya, pengerolan dingin dilakukan
pada baja karbon rendah, contoh Rolling Forging yang dikhususkan pada pengerjaan dingin dan
bagian yang besar.
Roll Bending biasanya digunakan untuk membentuk silinder. Bentuk-bentuk lengkung atau lingkaran
dari pelat logam.
1. Kriteria Luluh :
Suatu logam terdeformasi merupakan hal yang penting dari proses pembentukan logam, menuju
deformasi plastis. Secara umum, titik luluh tergantung pada material berhubungan dengan mobilitas
geser dari atom-atom.
Kriteria luluh dalam proses pembentukan logam, secara umum adalah peristiwa penyusunan
kembali atom-atom atau molekul secara permanen. Penyusunan kembali atom-atom ditandai
dengan adanya tegangan luluh, (yield) yaitu tegangan dimana logam mulai terdeformasi plastis,
yang merupakan salah satu sifat material yang sensitive terhadap mikrostruktur. Pada logam
khususnya, kekuatan luluh tergantung pada susunan-susunan atom di dalam Kristal dan mekanisme
deformasi geser yang terjadi.
Fakta penting dari kriteria luluh, adalah tidak boleh tergantungnya sumbu atau orientasi bidang
terhadap bahan isotropis. Artinya, kriteria luluh haruslah merupakan fungsi invariant tegangan yang
tidak tergantun pada pilihan sumbu atau bidang orientasi yang kita pilih. Untuk logam ulet (ductile)
terdapat dua buah kriteria luluh yang penting, yaitu Kriteria Von Mises dan Kriteria Tresca.
2. Kriterial luluh Tresca :
Teori Tegangan Geser Maksimum, atau Tresca berisi bahwa luluh akan terjadi pada saat tegangan
geser maksimum (terbesar) mencapai nilai kritisnya. Criteria luluh tresca tidak semata-mata
tergantung pada nilai tegangan normal, tetapi tergantung pada tegangan geser maksimum yang
dihasilkan oleh suatu system tegangan tertentu.
Kriteria luluh tresca dengan mudah dijelaskan menggunakan lingkaran Mohr dari suatu system
tegangan. Peluluhan akan tergantun pada ukuran dari lingkaran Mohr, tidak pada posisinya.
3. Kriteria luluh Von Mises :
Pada tahun 1913 Von Mises mengajukan pendapatnya bahwa luluh pada system tegangan yang
kompleks akan terjadi pada saat deviator kedua dari invariant tegangannya melewati suatu nilai
kritis tertentu. Persamaan ini adalah persamaan matematis yang ternyata konsisten dengan fakta
empiris. Hasil percobaan menunjukkan bahwa material yang bersifat anisotropis, kriteria luluh tidak
tergantung pada sumbu atau orientasi bidang, atau dengan kata lain merupakan suatu fungsi
invarian dari tegangan.
Sedangkan, Hencky (1924) memberikan tafsir persamaan matematis yang telah diajukan oleh Von
Mises tersebut. Hencky mengajukan pendapatnya bahwa luluh akan terjadi pada saat energi distorsi
atau energi regangan geser dari material mencapai suatu nilai kritis tertentu. Secara sederhana
dapat dikatakan bahwa energi distorsi adalah bagian dari energi regangan total per unit volume
yang terlibat di dalam perubahan bentuk. Bagian lain adalah bagian yang berhubungan dengan
perubahan volume.
4. Perbedaan Antara Kriteria Luluh Tresca Dengan Kriteria Von Mises :
Perbandingan/perbedaan keduanya secara umum dapat dilihat dari superposisi lokus luluh untuk
kedua kriteria tersebut. Walaupun pada beberapa titik kedua kurva tersebut saling berhimpit, tampak
bahwa titik-titik luluh untuk Tresca lebih kecil nilainya pada titiktitik yang lain jika dibandingkan
dengan Von Mises. Dengan selisih terbesar pada keadaan tegangan geser murni, yaitu sebesar
115.5%.
Secara umum di dalam konteks desain, dapat dikatakan bahwa kriteria Tresca lebih bersifat
konservatif, karena memprediksi luluh pada nilai yang sama atau lebih rendah dari pada criteria Von
Mises. Atau dengan kata lain, di dalam desain, di mana tidak diharapkan terjadi luluh, kriteria Tresca
lebih memberikan ’jaminan’. Namun sebaliknya, di dalam proses pembentukan logam, di mana yang
diharapkan adalah deformasi plastis, terlihat bahwa kriteria Von Mises akan lebih memberikan
kepastian.
About these ads
Beri rating:
No 4
Tranformasi fasaFasa adalah daerah materi dari suatu sistem yang secara fisis dapat dibedakan dari daerah materi yang lain dalam sistem tersebut; fasa memiliki struktur atom dan sifat, sifat sendiri yang apabila terjadi perubahan temperatur, komposisi, atau peubah thermodinamik yang lain, akan berubah secara kontinyu (tidak berubah mendadak). Pada dasarnya berbagai fasa yang hadir dalam suatu sistem dapat dipisahkan secara mekanis.
Transformasi fasa adalah proses perubahan struktur atau keadaan dari suatu keadaan awal (fasa
pertama) menjadi struktur yang berbeda (fasa selanjutnya) dengan perubahan karakteristik dan sifat
yang berbeda.
Sedangkan Transformasi fasa padat adalah proses perubahan berbagai fase ke fase padat, bisa
dengan system multi-fasa ataupun system satu fasa.
Transformasi fasa dapaat dilakukan dengan memvariasikan temperatur , komposisi dan tekanan.
Perubahan panas yang terjadi bisa dilihat pada diagram fasa. Namun kecepatan perubahan
temperatur berpengaruh terhadap perkembangan pembentukan struktur mikro.
Sebagian besar transformasi bahan padat tidak terjadi terus menerus sebab ada hambatan yang
menghalangi jalannya reaksi dan bergantung terhadap waktu. Contoh : umumnya transformasi
membentuk minimal satu fase baru yang mempunyai komposisi atau struktur kristal yang berbeda
dengan bahan induk (bahan sebelum terjadinya transformasi). Pengaturan susunan atom tejadi karena
proses difusi.
Secara stuktur mikro, proses pertama yang terjadi pada transformasi fasa adalah nukleasi yaitu
pembentukan partikel sangat kecil atau nuklei dari fase baru. Nuklei ini akhirnya tumbuh membesar
membentuk fasa baru. Pertumbuhan fase ini akan selesai jika pertumbuhan tersebut berjalan sampai
Tungku perlakuan panas pada suhu 1.800 °F (980 °C)
Perlakuan panas adalah suatu metode yang digunakan untuk mengubah sifat fisik, dan kadang-kadang sifat kimia dari suatu material. Aplikasi yang paling umum adalah untuk material logam walaupun perlakuan panas juga digunakan dalam pembuatan berbagai materi lain, seperti kaca. Secara umum perlakuan panas adalah memanaskan atau mendinginkan material, biasanya dalam suhu ekstrem, untuk mencapai hasil yang diinginkan seperti pengerasan atau pelunakan material. Yang termasuk Teknik Perlakuan Panas adalah Annealing, caseHardening, precipitation Strengthening, Tempering dan Quenching. Perlu dicatat bahwa walaupun perlakuan panas sengaja dilakukan untuk untuk tujuan mengubah sifat secara khusus, di mana pemanasan dan pendinginan dilakukan untuk tujuan mengubah sifat, pemanasan dan pendinginan sering terjadi secara kebetulan selama proses manufaktur lain seperti pembentukan panas (Hot forming) atau Pengelasan.
Proses[sunting | sunting sumber]
Material logam itu terdiri dari struktur mikro berupa kristal-kristal kecil yang disebut "butir" atau kristalit. Sifat butir (yaitu ukuran butir dan komposisi) adalah salah satu faktor paling penting yang dapat menentukan sifat mekanis logam secara keseluruhan. perlakuan panas menyediakan cara yang efisien untuk memanipulasi sifat dari logam dengan mengendalikan laju difusi, dan tingkat pendinginan dalam struktur mikro tersebut.
Proses perlakuan panas yang Kompleks sering dijadwalkan oleh Ahli logam (metallurgists) untuk mengoptimalkan sifat mekanis dari Logam paduan. Dalam Industri antariksa(aerospace), logam paduan super (superalloy) mungkin mengalami lebih dari lima macam panas temperatur yang berbeda untuk mengembangkan sifat yang diinginkan. Hal ini dapat mengakibatkan masalah kualitas tergantung pada akurasi kontrol suhu tungku dan penanda waktu (timer) .
No 7
Proses Perlakuan Permukaan (Surface TReatment)
Proses Perlakuan permukaan (Surface treatment)
Dalam beberapa penggunaan material, sering diperlukan material yang tidak seragam sifatnya. Misalnya pada roda gigi dimana permukaannya diharapkan keras untuk mengurangi gesekan dan aus, sedangkan bagian dalamnya diharapkan ulet agar lebih tahan terhadap beban dinamik dan impak. Beberapa jenis perlakuan permukaan yang umum dilakukan adalah sebagai berikut :
Proses ini dilakukan dengan memanaskan baja karbon rendah di dalam lingkungan gas monoksida, sehingga baja akan menyerap karbon dari gas CO.
Nitriding
Proses ini dilakukan dengan memanaskan baja karon rendah di dalam lingkungan gas Nitrogen sehingga terbentuk lapisan besi nitrida yang keras pada permukaannya.
Cyaniding
Proses ini dilakukan dengan memanaskan komponen yang akan diproses, kedalam larutan garam sianida dengan temperatur sekitar 800°C sehingga baja karbon rendah akan membentuk lapisan karbida dan nitrida.
Flame hardening
Proses flame hardening dan induction hardening biasa dilakukan pada baja karbon sedang atau tinggi. Flame hardening dilakukan dengan memanaskan permukaan yang akan dikeraskan dengan nyala api oxyacetylene yang dilanjutkan dengan semprotan air untukquenching.
Induction hardening
Proses ini prinsipnya sama dengan flame hardening tetapi pemanasannya tidak dilakukan dengan menggunakan nyala api tetapi dengan menggunakan kumparan listrik.
Diposkan oleh Ria Inus di 20.47
Kirimkan Ini lewat
No 8
Deformasi plastis terjadi ketika banyak dislokasi bergerak dan berkembang biak sehingga mengakibatkan deformasi makroskopik. Dengan kata lain, itu adalah gerakan dislokasi dalam materi yang memungkinkan untuk deformasi. Jika kita ingin untuk meningkatkan sifat mekanik bahan (yaitu meningkatkan hasil dan kekuatan tarik), kita hanya perlu memperkenalkan suatu mekanisme yang melarang mobilitas dislokasi ini. Apa pun mekanisme mungkin, (bekerja pengerasan, ukuran butir, pengurangan, dll) mereka semua dislokasi menghambat gerak dan membuat materi lebih kuat daripada sebelumnya.Tekanan yang diperlukan untuk menimbulkan gerakan dislokasi lipat lebih rendah daripada tegangan teoritis yang diperlukan untuk memindahkan seluruh bidang atom, sehingga mode ini stres lega adalah menguntungkan dengan penuh semangat. Oleh karena itu, kekerasan dan kekuatan (baik hasil dan tarik) secara kritis tergantung pada kemudahan yang bergerak
dislokasi. Menjepit poin, atau lokasi dalam kristal yang menentang gerakan dislokasi dapat diperkenalkan ke dalam kisi untuk mengurangi mobilitas dislokasi , dengan demikian meningkatkan kekuatan mekanik.Dislokasi dapat disematkan karena lapangan stres interaksi dengan dislokasi dan partikel terlarut, atau hambatan fisik dari batas butir dan tahap kedua presipitat. Ada empat utama mekanisme penguatan logam, namun konsep kunci yang harus diingat tentang penguatan bahan logam adalah bahwa hal itu adalah tentang gerak dan mencegah dislokasi propagasi; Anda tidak menguntungkan sehingga bersemangat untuk dislokasi bergerak atau menyebarkan. Untuk materi yang telah diperkuat, dengan beberapa metode pengolahan, jumlah gaya yang dibutuhkan untuk memulai ireversibel (plastik) deformasi lebih besar daripada itu untuk bahan asli. Dalam amorf bahan-bahan seperti polimer, keramik amorf (kaca), dan logam amorf, tidak adanya tatanan rentang panjang mengarah ke menghasilkan melalui mekanisme seperti patah getas, krasing, dan geser band pembentukan. Dalam sistem ini, penguatan mekanisme tidak melibatkan dislokasi, melainkan terdiri dari modifikasi struktur kimia dan pengolahan bahan utamanya. Sayangnya, kekuatan bahan baku tidak dapat jauh meningkat. Masing-masing dari mekanisme diuraikan di bawah ini melibatkan beberapa trade off dengan yang lain properti materi dikompromikan dalam proses penguatan.
Penguatan Mekanisme di Metals Kerja pengerasan Artikel utama: Pekerjaan pengerasan Spesies utama yang bertanggung jawab untuk bekerja pengerasan adalah dislokasi. Dislokasi berinteraksi satu sama lain dengan menghasilkan medan tegangan dalam materi. Interaksi antara medan tegangan dislokasi dislokasi dapat menghambat gerak oleh menjijikkan atau interaksi menarik. Selain itu, jika dua dislokasi lintas, garis dislokasi belitan terjadi, menyebabkan pembentukan jogging yang menentang pergerakan dislokasi. Jog keterbelitan ini dan bertindak sebagai poin menjepit, yang menentang gerak dislokasi. Sebagai proses kedua lebih mungkin terjadi ketika lebih dislokasi hadir, ada korelasi antara kerapatan dislokasi dan kekuatan luluh, di mana G adalah modulus geser, b adalah vektor Burgers, dan adalah kerapatan dislokasi. Meningkatkan kerapatan dislokasi meningkatkan kekuatan luluh yang menghasilkan tegangan geser yang lebih tinggi diperlukan untuk memindahkan dislokasi. Proses ini mudah diamati saat bekerja suatu material. Secara teoritis, kekuatan dari suatu material tanpa dislokasi akan sangat tinggi (τ = G / 2) karena deformasi plastis akan memerlukan pemecahan banyak ikatan secara bersamaan. Namun, pada nilai-nilai kerapatan dislokasi moderat sekitar 10 7 -10 9 dislokasi / m 2, material akan memperlihatkan jauh lebih rendah kekuatan mekanik. Analog, lebih mudah untuk memindahkan karpet karet di permukaan dengan menyebarkan beriak kecil daripada dengan menyeret seluruh karpet. Pada kepadatan dislokasi 10 14 dislokasi / m 2 atau lebih tinggi, kekuatan bahan menjadi tinggi sekali lagi. Perlu dicatat bahwa kerapatan dislokasi tidak bisa jauh tinggi karena materi maka akan kehilangan struktur kristal.
Gambar 1: Ini adalah skema menggambarkan bagaimana kisi tegang dengan penambahan zat terlarut substitusi dan interstisial. Perhatikan ketegangan dalam kisi bahwa atom terlarut penyebabnya. Interstisial terlarut dapat karbon dalam besi misalnya. Atom karbon dalam situs interstisial kisi menciptakan lapangan stres yang menghambat gerakan dislokasi.
Solid Solution Penguatan / paduan Artikel utama: penguatan larutan padat Untuk memperkuat mekanisme ini, terlarut atom dari satu elemen yang ditambahkan ke yang lain, sehingga baik substitusi atau interstisial cacat titik dalam kristal (lihat Gambar 1). Atom terlarut kisi menyebabkan dislokasi distorsi yang menghalangi gerak, meningkatkan tegangan luluh bahan. Terlarut atom memiliki ladang di sekitar mereka stres yang dapat berinteraksi dengan orang-orang dislokasi. Kehadiran atom terlarut menanamkan tegangan tekan atau tarik ke kisi, tergantung pada ukuran zat terlarut, yang mengganggu dengan dislokasi dekat, yang menyebabkan atom terlarut bertindak sebagai hambatan potensial dislokasi propagasi dan / atau perkalian.
Tegangan geser yang diperlukan untuk bergerak dislokasi dalam suatu material adalah:
di mana c adalah konsentrasi zat terlarut dan ε adalah regangan pada bahan yang disebabkan oleh zat terlarut. Meningkatkan konsentrasi atom terlarut akan meningkatkan kekuatan luluh material, namun ada batasan untuk jumlah zat terlarut yang dapat ditambahkan, dan satu harus melihat pada diagram fase untuk material dan paduan untuk memastikan bahwa fase kedua tidak diciptakan. Secara umum, penguatan larutan padat tergantung pada konsentrasi zat terlarut atom, modulus geser terlarut atom, ukuran atom terlarut, valensi atom terlarut (untuk bahan ionik), dan simetri stres terlarut lapangan. Perhatikan bahwa besarnya penguatan yang lebih tinggi untuk non-simetris bidang stres karena zat terlarut ini dapat berinteraksi dengan kedua tepi dan dislokasi ulir sedangkan medan tegangan simetris, yang hanya menyebabkan perubahan volume dan bentuk tidak berubah, hanya dapat berinteraksi dengan dislokasi sisi.
Gambar 2: Ini adalah skema menggambarkan bagaimana dislokasi dapat berinteraksi dengan sebuah partikel. Ini dapat menembus partikel atau busur sekitar partikel dan membuat loop dislokasi ketika bergerak atas partikel.
Air hujan Pengerasan Artikel utama: Air hujan penguatan Pada kebanyakan sistem biner, paduan atas konsentrasi yang diberikan oleh diagram fase akan menyebabkan pembentukan tahap kedua. Tahap kedua juga dapat diciptakan oleh mekanik atau termal perawatan. Partikel yang membentuk presipitat tahap kedua bertindak sebagai poin menjepit dengan cara yang sama untuk zat terlarut, meskipun tidak selalu partikel atom tunggal. Dislokasi dalam suatu material dapat berinteraksi dengan atom presipitat dalam salah satu dari dua cara (lihat Gambar 2). presipitat atom kecil, dislokasi akan memotong melalui mereka. Akibatnya, permukaan baru (b pada Gambar 2) dari partikel akan terkena matriks dan partikel / energi antarmuka matriks akan meningkat. Mengendapkan partikel yang lebih besar, memutar atau membungkuk dislokasi akan terjadi yang mengakibatkan dislokasi semakin panjang. Oleh karena itu, pada jari-jari kritis sekitar 5 nm, dislokasi akan lebih baik melintasi rintangan sedangkan untuk radius 30 nm, akan mudah dislokasi membungkuk atau loop untuk mengatasi rintangan. Deskripsi matematika adalah sebagai berikut: Untuk Particle Membungkuk - Untuk Particle Cutting -
Gambar 3: Ini adalah kira-kira skema yang menggambarkan konsep dislokasi menumpuk dan bagaimana efek kekuatan material. Sebuah material dengan ukuran butir lebih besar
dapat memiliki lebih banyak dislokasi menumpuk menuju kekuatan pendorong yang lebih besar untuk dislokasi untuk berpindah dari satu butir yang lain. Dengan demikian Anda akan memiliki kurang menerapkan kekuatan untuk memindahkan dislokasi dari yang lebih besar daripada dari biji-bijian yang lebih kecil, bahan terkemuka dengan biji-bijian yang lebih kecil untuk memperlihatkan hasil yang lebih tinggi stres.
Grain Boundary Penguatan Artikel utama: Penguatan batas butir Dalam polikristalin logam, ukuran butir mempunyai pengaruh yang sangat besar pada sifat mekanik. Karena biji-bijian biasanya memiliki orientasi kristalografi yang berbeda-beda, batas butir muncul. Sementara yang mengalami deformasi, slip gerakan akan terjadi. Batas butir bertindak sebagai penghambat gerakan dislokasi untuk dua alasan berikut: 1. Dislokasi harus mengubah arah gerak karena orientasi yang berbeda butir.2. Diskontinuitas slip pesawat dari butir 1 sampai butir 2. Tegangan yang diperlukan untuk memindahkan sebuah dislokasi dari satu butir lain untuk terdeformasi plastis bahan tergantung pada ukuran butir. Jumlah rata-rata per butir dislokasi berkurang dengan rata-rata ukuran butir (lihat Gambar 3). Jumlah yang lebih rendah dislokasi per butir hasil dislokasi yang lebih rendah 'tekanan' membangun pada batas butir. Hal ini membuat lebih sulit bagi dislokasi untuk pindah ke butir berdekatan. Hubungan ini adalah Hall-Petch Hubungan dan dapat matematis digambarkan sebagai berikut: , , di mana k adalah konstanta, d adalah diameter butir rata-rata dan σ y, 0 adalah hasil asli stres. Kenyataan bahwa kekuatan luluh meningkat dengan penurunan ukuran butir tersebut dibarengi dengan peringatan bahwa ukuran butir tidak dapat berkurang jauh. Sebagai ukuran butir menurun, lebih bebas dihasilkan volume kisi mengakibatkan ketidakcocokan. Namun, di bawah ini kira-kira 10 nm, batas butir akan cenderung slide instead; sebuah fenomena yang dikenal sebagai butir-batas geser. Jika ukuran butir terlalu kecil, menjadi lebih sulit untuk sesuai dengan dislokasi dalam gandum dan stres diperlukan untuk memindahkan mereka kurang. Tidak mungkin untuk memproduksi bahan-bahan dengan ukuran butir di bawah 10 nm sampai baru-baru ini, sehingga penemuan bahwa kekuatan berkurang di bawah ukuran butir kritis masih menarik.