YOU ARE DOWNLOADING DOCUMENT

Please tick the box to continue:

Transcript
Page 1: teori-dislokasi (metalurgi)

TUGAS

METALURGI FISIK

TEORI DISLOKASI

Disusun Oleh :

Nama : Khaeridho

NPM : 20408494

Kelas : 2 IC 02

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

UNIVERSITAS GUNADARMA

BEKASI

2010

Page 2: teori-dislokasi (metalurgi)

KATA PENGAMTAR

Dengan mengucap puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, atas limpahan

rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan makalah ini.

Makalah ini disusun sebagai syarat untuk penambahan nilai dalam Mata Kuliah

Metalurgi Fisik serta membahas tentang dislokasi.

Makalah ini dapat terselesaikan tidak lepas karena bantuan dan dukungan dari

berbagai pihak yang dengan tulus dan sabar memberikan sumbangan baik berupa ide,

materi pembahasan dan juga bantuan lainnya yang tidak dapat dijelaskan satu persatu.

Makalah ini membahas tentang Teori Dislokasi. Diharapkan dengan hadirnya

Karya Tulis ini dapat memberikan gambaran tentang sebuah alat yang berasal dari buah

pikiran manusia dan memberikan pengetahuan yang lebih tentang teori dislokasi.

Akhirnya penulis menyadari sepenuhnya bahwa Makalah ini masih jauh dari

sempurna, oleh karena itu dengan segala kerendahan hati penulis mohon para pembaca

dan Dosen Metalurgi Fisik berkenan memberikan saran atau kritik demi perbaikan

Makalah berikutnya. Semoga Makalah ini dapat memberikan manfaat bagi pembaca dan

semua pihak yang terlibat dalam penulisannya.

Bekasi, Februari 2010

Penulis

Page 3: teori-dislokasi (metalurgi)

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL.................................................................................... i

KATA PENGANTAR.................................................................................. ii

DAFTAR ISI................................................................................................ iii

DAFTAR GAMBAR................................................................................... v

BAB I. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang.................................................................... 1

1.2 Teori Dislokasi.................................................................... 1

BAB II. MACAM-MACAM DISLOKASI

2.1 Dislokasi Geometri................................................................. 3

2.2. Dislokasi Sisi....................................................................... 3

2.3 Dislokasi Ulir...................................................................... 5

2.4 Dislokasi Campuran............................................................ 6

BAB III. OBSERVASI DISLOKASI

3.1 Observasi Dislokasi................................................................ 7

BAB IV. SUMBER DISLOKASI

4.1 Sumber Dislokasi.................................................................... 10

4.2 Dislokasi Terpeleset dan Plastisitas.................................... 11

4.3 Dislokasi Memanjat............................................................. 13

DAFTAR PUSTAKA

Page 4: teori-dislokasi (metalurgi)

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1.1 Ujung Dislokasi...................................................................... 1

Gambar 2.1 Crystal Kisi-Kisi Menunjukkan Atom dan Pesawat .............. 3

Gambar 2.2 Skema Diagram (kisi pesawat) menunjukkan dislokasi sisi.

Vektor Burgers hitam, garis dislokasi dengan warna biru... . . 3

Gambar 2.3 Dislokasi Ulir.......................................................................... 5

Gambar 2.4 Skema Diagram (kisi pesawat) menunjukkan Dislokasi Ulir. 5

Gambar 3.1 Transmisi Mikrograf Elektron Dislokasi................................ 7

Gambar 3.2 Transmisi mikrograf elektron Dislokasi................................. 8

Gambar 3.3 100 elips, 111 - segitiga / piramidal)........................................ 9

Page 5: teori-dislokasi (metalurgi)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dalam ilmu material, dislokasi adalah kristalografi cacat, atau ketidakteraturan,

dalam struktur kristal. Teori ini awalnya dikembangkan oleh Vito Volterra pada tahun

1905. Beberapa jenis dislokasi dapat digambarkan sebagai disebabkan oleh penghentian

pesawat dari atom di tengah-tengah sebuah kristal. Dalam kasus seperti itu, di sekitar

pesawat tidak lurus, tapi tekuk di sekitar tepi menghentikan pesawat sehingga struktur

kristal yang tertata dengan sempurna di kedua sisi. Analogi dengan tumpukan kertas

sangat tepat, jika setengah secarik kertas dimasukkan ke dalam tumpukan kertas, cacat

dalam tumpukan hanya terlihat di pinggir setengah lembar.

1.2 Teori Dislokasi

Dislokasi adalah suatu pergeseran atau pegerakan atom-atom di dalam sistem

kristal logam akibat tegangan mekanik yang dapat menciptakan deformasi plastis

(perubahan dimensi secara permanen). Kekuatan (strength) dan keuletan (ductility) atom

di dalam melalui tingkat kesulitan atau kemudahan gerakan dislokasi di dalam sistem

kristal logam. Misalya pada proses pengerjaan dingin (cold work) terjhadi peningkatan

dislokasi di dalam kristal logam sehingga kekuatan logam meningkat, namun keuletan

menurun. Ada dua tipe utama: dislokasi tepi dan dislokasi ulir. Mixed dislokasi penengah

antara ini.

Gambar 1.1 Ujung Dislokasi (b = Burgers vektor)

Page 7: teori-dislokasi (metalurgi)

BAB IIMACAM-MACAM DISLOKASI

2.1 Dislokasi Geometri

Gambar 2.1 Crystal Kisi-Kisi Menunjukkan Atom dan Pesawat

Dua jenis utama dislokasi adalah tepi dan sekrup. Dislokasi ditemukan dalam

bahan nyata biasanya dicampur, yang berarti bahwa mereka memiliki karakteristik dari

keduanya. Sebuah bahan kristal terdiri dari atom array biasa, disusun dalam bidang kisi.

Gambar 2.2 Skema Diagram (kisi pesawat) menunjukkan dislokasi sisi. Vektor

Burgers hitam, garis dislokasi dengan warna biru.

2.2 Dislokasi Sisi

Sebuah dislokasi sisi merupakan suatu cacat di mana setengah ekstra bidang atom

diperkenalkan pertengahan jalan melalui kristal, distorsi pesawat dekat atom. Bila

kekuatan yang cukup diberikan dari satu sisi struktur kristal, pesawat tambahan ini

Page 8: teori-dislokasi (metalurgi)

melewati atom pesawat pecah dan bergabung dengan ikatan bersama mereka sampai

mencapai batas butir. Sebuah diagram skematik sederhana seperti pesawat atom dapat

digunakan untuk menggambarkan cacat kisi seperti dislokasi. Dislokasi memiliki dua

sifat, garis arah, yang merupakan arah berjalan sepanjang dasar setengah ekstra pesawat,

dan vektor Burgers yang menggambarkan besar dan arah distorsi ke kisi. Dalam sebuah

dislokasi tepi, Burgers vektor tegak lurus terhadap arah garis.

Tekanan yang disebabkan oleh dislokasi sisi sangat kompleks karena asimetri yang

terkandung di dalamnya. Tegangan tersebut dijelaskan oleh tiga persamaan:

di mana:

μ = modulus geser dari bahan

b = adalah vektor Burgers

ν = adalah rasio Poisson

x dan y = koordinat

Persamaan ini menyarankan halter berorientasi vertikal tegangan yang

mengelilingi dislokasi, dengan kompresi yang dialami oleh atom dekat ekstra pesawat,

dan ketegangan yang dialami oleh orang-atom dekat hilang pesawat.

Page 9: teori-dislokasi (metalurgi)

2.3 Dislokasi Ulir

Gambar 2.3 Kanan Bawah Menunjukkan Dislokasi Ulir

Gambar 2.4 Skema Diagram (kisi pesawat) menunjukkan Dislokasi Ulir

Sebuah dislokasi ulir jauh lebih sulit untuk memvisualisasikan. Bayangkan

memotong kristal sepanjang pesawat dan tergelincir satu setengah melintasi kisi lain

dengan sebuah vektor, yang setengah-setengah akan cocok kembali bersama-sama tanpa

meninggalkan cacat. Jika hanya pergi bagian memotong jalan melalui kristal, dan

kemudian tergelincir, batas dari memotong adalah dislokasi ulir. Ini terdiri dari sebuah

struktur di mana heliks dilacak di sekitar jalan adalah cacat linear (garis dislokasi) oleh

pesawat atom dalam kisi kristal (Gambar 2.3). Mungkin analogi yang paling dekat adalah

spiral-iris ham. Dislokasi ulir murni, vektor Burgers sejajar dengan garis arah.

Meskipun kesulitan dalam visualisasi, tekanan yang disebabkan oleh dislokasi ulir kurang

kompleks daripada sebuah dislokasi sisi. Tegangan tersebut hanya perlu satu persamaan,

seperti simetri memungkinkan hanya satu koordinat radial untuk digunakan:

Page 10: teori-dislokasi (metalurgi)

di mana:

μ = modulus geser dari bahan

b = adalah vektor Burgers

r = koordinat

Persamaan ini menunjukkan silinder panjang stres yang memancar keluar dari

silinder dan menurun dengan jarak. Model sederhana ini menghasilkan nilai yang tak

terhingga untuk inti dislokasi pada r = 0 dan sehingga hanya berlaku untuk menekankan

di luar inti dislokasi.

2.4 Dislokasi Campuran

Dalam banyak bahan, dislokasi dapat ditemukan di mana garis arah dan Burgers

vektor yang tidak tegak lurus atau paralel dan dislokasi ini disebut dislokasi campuran,

yang terdiri dari karakter ulir dan karakter tepi.

Page 11: teori-dislokasi (metalurgi)

BAB IIIOBSERVASI DISLOKASI

3.1 Observasi Dislokasi

Gambar 3.1 Transmisi Mikrograf Elektron Dislokasi

Ketika garis dislokasi memotong permukaan bahan logam, medan regangan yang

terkait secara lokal meningkatkan kerentanan relatif dari material tersebut untuk asam

etsa dan lubang etch format geometris secara teratur. Jika bahan tegang (cacat) dan

berulang tergores, serangkaian etch lubang-lubang yang dapat diproduksi secara efektif

melacak gerakan dislokasi bersangkutan.

Mikroskopi elektron transmisi dapat digunakan untuk mengamati dislokasi dalam

mikrostruktur material. Foil tipis digunakan untuk membuat untuk membuat transparan

berkas elektron mikroskop. Elektron-elektron yang mengalami berkas difraksi oleh kisi

kristal reguler bidang atom logam, relatif berbeda sudut antara balok dan bidang kisi dari

setiap butir dalam mikrostruktur logam dan menghasilkan gambar kontras (antara butir

orientasi kristalografi yang berbeda). Struktur atom yang kurang teratur antara batas butir

dan medan regangan di sekitar garis dislokasi Diffractive berbeda sifat dari kisi biasa

dalam butir, dan karena itu efek kontras yang berbeda dalam mikrograf elektron.

(dislokasi dipandang sebagai garis gelap dalam terang, wilayah pusat mikrograf di

sebelah kanan). Transmisi mikrograf elektron dislokasi biasanya memanfaatkan

magnifications dari 50.000 sampai 300.000 kali.

Page 12: teori-dislokasi (metalurgi)

Gambar 3.2 Transmisi mikrograf elektron Dislokasi

Perhatikan karakteristik 'Wiggly' kontras pada garis dislokasi ketika mereka

melalui ketebalan material. Perhatikan juga bahwa dislokasi tidak berakhir dalam kristal,

garis dislokasi dalam gambar ini berakhir pada permukaan sampel. Dislokasi hanya dapat

terdapat dalam kristal sebagai sebuah loop.

Field ion microscope dan atom probe menawarkan metode teknik memproduksi

magnifications jauh lebih tinggi (biasanya 3 juta kali) dan memungkinkan pengamatan

dislokasi pada tingkat atom. Permukaan di mana bantuan dapat diselesaikan dengan

tingkat langkah atom, dislokasi ulir spiral yang muncul sebagai fitur unik

mengungkapkan mekanisme penting pertumbuhan kristal, ada langkah permukaan,

dimana atom dapat lebih mudah menambah kristal, dan permukaan langkah terkait

dengan dislokasi ulir tidak pernah hancur tidak peduli berapa banyak atom yang

ditambahkan ke dalamnya.

Setelah etsa kimia, terbentuk lubang-lubang kecil di mana solusi etsa serangan

preferentially permukaan sampel di mencegat dislokasi permukaan ini, karena keadaan

tegang lebih tinggi dari materi. Dengan demikian, fitur gambar yang menunjukkan titik-

titik di mencegat dislokasi permukaan sampel. Dengan cara ini, dislokasi dalam silikon,

misalnya, secara tidak langsung dapat diamati dengan menggunakan mikroskop

interferensi. Orientasi kristal dapat ditentukan dengan bentuk lubang-lubang etch terkait

dengan dislokasi.

Page 14: teori-dislokasi (metalurgi)

BAB IVSumber Dislokasi

4.1 Sumber Dislokasi

Kerapatan dislokasi dalam suatu material dapat ditingkatkan oleh deformasi

plastik oleh hubungan berikut:

Karena kerapatan dislokasi meningkat dengan deformasi plastik, sebuah

mekanisme untuk menciptakan dislokasi harus diaktifkan dalam materi. Tiga mekanisme

untuk pembentukan dislokasi dibentuk oleh homogen nukleasi, inisiasi batas butir, dan

interface kisi dan permukaan, presipitat, tersebar fase, atau memperkuat serat.

Penciptaan dislokasi oleh nukleasi homogen adalah hasil dari pecahnya ikatan atom

sepanjang garis dalam kisi. Sebuah pesawat dalam kisi dicukur, sehingga dihadapi

setengah pesawat atau dislokasi. Dislokasi ini menjauh antara yang satu dan lainnya

melalui kisi. Dalam homogen nukleasi bentuk kristal dislokasi dari sempurna dan

melewati simultan dari banyak ikatan, energi yang diperlukan untuk nukleasi homogen

tinggi. Misalnya stres diperlukan untuk homogen nukleasi tembaga

,

Di mana:

G = modulus geser tembaga (46 GPa)

= stres 3,4 Gpa

Oleh karena itu, dalam deformasi konvensional homogen nukleasi memerlukan

terkonsentrasi stres, dan sangat tidak mungkin. Batas butir inisiasi dan antarmuka

interaksi yang lebih umum sumber dislokasi.

Page 15: teori-dislokasi (metalurgi)

Langkah-langkah dan tepian di batas butir merupakan sumber penting dislokasi

pada tahap awal deformasi plastik, permukaan kristal dapat menghasilkan dislokasi di

dalam kristal. Karena langkah-langkah kecil di permukaan kristal, stres di daerah tertentu

di permukaan jauh lebih besar daripada rata-rata stres dalam kisi. Dislokasi kemudian

disebarkan ke kisi dengan cara yang sama seperti dalam batas butir inisiasi. Dalam

monocrystals, mayoritas dislokasi terbentuk di permukaan. Kerapatan dislokasi 200

mikrometer ke permukaan material, telah terbukti menjadi enam kali lebih tinggi

daripada kepadatan dalam massal. Namun, dalam bahan polikristalin sumber permukaan

tidak dapat memiliki pengaruh yang besar karena sebagian besar butir tidak berhubungan

dengan permukaan.

Batas antara logam dan oksida dapat sangat meningkatkan jumlah dislokasi yang

terjadi. Lapisan oksida menempatkan permukaan logam dalam ketegangan karena

memeras atom oksigen ke dalam kisi, dan atom oksigen di bawah kompresi. Hal ini

sangat meningkatkan tekanan pada permukaan logam dan akibatnya jumlah dislokasi

terbentuk pada permukaan. Tekanan yang dihasilkan oleh sumber dislokasi dapat

divisualisasikan dengan photoelasticity dalam Lif iradiasi gamma-kristal tunggal.

Tegangan tarik sepanjang bidang luncur merah. Stres kompresi hijau gelap.

4.2 Dislokasi Terpeleset dan Plastisitas

Salah satu tantangan dalam ilmu material adalah untuk menjelaskan plastisitas

dalam istilah mikroskopis. Sebuah usaha untuk menghitung tegangan geser pada bidang

yang atom tetangga dapat melewati satu sama lain dalam kristal yang sempurna

menunjukkan bahwa, untuk bahan dengan modulus geser G, kekuatan geser τ m diberikan

kira-kira oleh:

Modulus geser = 20.000-150.000 MPa,

Tegangan geser = 0,5-10 Mpa

Page 16: teori-dislokasi (metalurgi)

Pada tahun 1934, Egon Orowan, Michael Polanyi dan GI Taylor, secara simultan

menyadari bahwa deformasi plastis dapat dijelaskan dalam kerangka teori dislokasi.

Dislokasi dapat bergerak jika atom dari salah satu pesawat sekitar melanggar obligasi dan

rebond dengan atom di tepi terminating. Akibatnya, pesawat setengah atom bergerak

dalam menanggapi tegangan geser dengan melanggar dan mereformasi garis obligasi,

pada satu waktu. Energi yang dibutuhkan untuk memecahkan ikatan tunggal kurang dari

yang dibutuhkan untuk memutuskan semua ikatan pada seluruh bidang atom sekaligus.

Bahkan model sederhana ini gaya yang dibutuhkan untuk memindahkan dislokasi

plastisitas menunjukkan bahwa mungkin pada tegangan jauh lebih rendah dibandingkan

dengan kristal yang sempurna. Dalam banyak bahan, terutama bahan ulet, dislokasi

adalah pembawa deformasi plastik, dan energi yang dibutuhkan untuk memindahkan

kurang dari energi yang dibutuhkan untuk patah tulang material. Dislokasi menimbulkan

sifat lunak karakteristik logam.

Ketika logam menjadi sasaran untuk bekerja dingin (deformasi pada suhu yang

relatif rendah dibandingkan dengan bahan temperatur leleh absolut, T m, yaitu biasanya

kurang dari 0,3 T m) meningkatkan kerapatan dislokasi akibat pembentukan dislokasi baru

dan dislokasi perkalian. Akibatnya meningkatkan ketegangan tumpang tindih antara

bidang dislokasi yang berdekatan secara bertahap meningkatkan ketahanan terhadap

gerakan dislokasi lebih lanjut. Ini menyebabkan pengerasan logam sebagai deformasi

kemajuan. Efek ini dikenal sebagai pengerasan regangan. Kusut dislokasi ditemukan pada

tahap awal deformasi dan muncul sebagai non batas-batas yang terdefinisi dengan baik.

Proses dinamis pemulihan pada akhirnya mengarah pada pembentukan struktur selular

yang berisi batas-batas dengan salah orientasi lebih rendah dari 15°. Selain itu, menjepit

menambahkan poin yang menghambat gerak dislokasi, seperti elemen paduan, dapat

memperkenalkan bidang stres yang pada akhirnya memperkuat materi dengan

mengharuskan tegangan yang lebih tinggi untuk mengatasi stres dan terus menjepit

pergerakan dislokasi.

Page 17: teori-dislokasi (metalurgi)

Efek pengerasan regangan oleh akumulasi dislokasi dan struktur gandum

terbentuk pada tekanan tinggi dapat dihilangkan dengan perlakuan panas yang tepat (anil)

yang mendorong pemulihan dan selanjutnya recrystallisation material.

Gabungan teknik pemrosesan pekerjaan pengerasan dan anil memungkinkan untuk

mengontrol kerapatan dislokasi, dislokasi derajat keterlibatan, dan akhirnya kekuatan

luluh material.

4.3 Dislokasi Memanjat

Dislokasi dapat menyelinap dalam bidang yang mengandung dislokasi dan

Burgers Vector. Untuk dislokasi ulir, dislokasi dan vektor Burgers sejajar, sehingga

dislokasi mungkin akan terpeleset di setiap bidang yang mengandung dislokasi. Untuk

dislokasi sisi, dislokasi dan vektor Burgers tegak lurus, sehingga hanya ada satu pesawat

di mana dislokasi dapat tergelincir.

Ada mekanisme alternatif gerakan dislokasi, yang secara fundamental berbeda

dari slip, yang memungkinkan sebuah dislokasi tepi untuk bergerak keluar dari slip, yang

dikenal sebagai memanjat dislokasi. Memanjat memungkinkan dislokasi dislokasi sisi

untuk bergerak tegak lurus pada bidang slip. Kekuatan pendorong untuk mendaki

dislokasi adalah gerakan kekosongan melalui kisi-kisi kristal. Jika kekosongan bergerak

di samping batas bidang tambahan setengah atom yang membentuk dislokasi sisi, atom

dalam pesawat setengah terdekat dengan kekosongan dapat melompat dan mengisi

kekosongan. Pergeseran atom ini bergerak kekosongan sesuai dengan bidang setengah

atom, menyebabkan pergeseran, atau mendaki positif dari dislokasi. Proses kekosongan

terserap di batas setengah bidang atom, bukan diciptakan, dikenal sebagai memanjat

negatif. Sejak dislokasi memanjat hasil dari masing-masing atom melompat ke

kekosongan, memanjat terjadi pada diameter atom tunggal bertahap.

Selama memanjat positif, kristal menyusut dalam arah tegak lurus terhadap

bidang tambahan setengah atom atom karena dikeluarkan dari setengah pesawat. Sejak

negatif memanjat melibatkan penambahan atom untuk setengah pesawat, kristal tumbuh

Page 18: teori-dislokasi (metalurgi)

dalam arah tegak lurus terhadap pesawat setengah. Oleh karena itu, kompresi stres dalam

arah tegak lurus terhadap pesawat setengah mempromosikan memanjat positif, sedangkan

tegangan tarik mempromosikan memanjat negatif. Ini adalah salah satu perbedaan utama

antara slip dan memanjat, karena slip hanya disebabkan oleh tegangan geser.

Salah satu perbedaan tambahan antara dislokasi slip dan memanjat adalah

temperatur ketergantungan. Memanjat terjadi jauh lebih cepat pada temperatur tinggi

daripada suhu rendah akibat kenaikan kekosongan gerak. Slip, di sisi lain, hanya

memiliki sedikit ketergantungan pada suhu.