4. Sifat-sifat Logam pada Suhu Rendah

Transkripsi

1 4. Sifat-sifat Logam pada Suhu Rendah Suhu rendah : suhu di bawah temperatur rekristalisasi Suhu rekristalisasi, T R = 0.4~0.5T cair (Kelvin) Suhu Kelvin (K) = (Suhu Celcius )K 4.1 Pengaruh Pengerjaan Dingin terhadap Sifat Logam Deformasi pada suhu di bawah suhu rekristalisasi menyebabkan: - Naiknya kekerasan dan kekuatan - Menurunnya keuletan Penyebabnya: naiknya kerapatan dislokasi akibat pengerjaan dingin Bila terlalu rapuh (menurun keuletannya) Logam tidak dapat dideformasi Bila dianil/dipanaskan di atas suhu rekristalisasi Logam dapat dideformasi

2 Gbr.4.1 Perubahan sifat-sifat mekanis logam akibat pengerjaan dingin -Property: sifat-sifat -Reduction by cold work, %: pengurangan dengan pengerjaan dingin -Tensile strength: kekuatan tarik -Yield strength: kekuatan luluh -Reduction in area: pengurangan luas penampang -Elongation: penambagan, L 1 -L 0

3 4.2 Pengaruh Pemanasan setelah Pengerjaan Dingin Gbr.4.2 Perubahan sifat-sifat mekanis logam akibat pemanasan: recovery dan rekristalisasi -Recovery: pulihnya sifat-sifat fisik logam yang telah dideformasi tanpa ada perubahan mikrostruktur yang berarti. -Recrystallization= rekristalisasi: proses pengaturan dan pembentukan kembali kristal-kristal -Grain growth=pertumbuhan butir: terjadi bila dipanaskan lama di atas suhu rekristalisasi. Dengan adanya pemanasan maka kerapatan dislokasi menurun yang mana derajat penurunan tergantung pada suhu Bila pemanasan berada pada suhu recovery (di bawah suhu rekristalisasi) maka: - kerapatan dislokasi berkurang sangat sedikit - terjadi penurunan regangan internal dalam butiran krital/mikrostruktur

4 4.2.1 Bila pemanasan berada pada suhu recovery (di bawah suhu rekristalisasi) akan terjadi: 1. Gerakan dislokasi difusi atau disebut climb, - pada peristiwa ini kerapatan dislokasi tidak menurun. Gerakan climb positif dari suatu dislokasi sisi Gerakan climb negatif dari suatu dislokasi sisi

5 4.2.1 Bila pemanasan berada pada suhu recovery (di bawah suhu rekristalisasi) akan terjadi: 2. Poligonisasi, yaitu pengaturan kembali susunan dislokasi sehingga menjadi teratur. - memulihkan sifat-sifat fisik logam Pengaturan kembali dislokasi sisi setelah poligonisasi (A) Dislokasi berlebihan yang tersisa pada bidang selip setelah kristal dibengkokkan. (B) Pengaturan kembali dislokasi-dislokasi setelah poligonisasi

6 4.2.2 Bila pemanasan berada pada suhu rekristalisasi akan terjadi proses sebagai berikut: 1st Naiknya kerapatan dislokasi 2nd 3rd 4th Pengerolan dingin Pemanasan: terjadi pengintian butir Pertumbuhan butir Rekristalisasi usai (butir seragam) Inti baru tumbuh saat panas dinaikkan di atas suhu rekristalisasi dan menggantikan butir-butir lama - Kerapatan dislokasi rendah shg menjadi lunak - Hasil pengerjaan dingin yang getas dapat dilunakkan kembali sehingga dapat dideformasi lagi hingga mencapai ukuran yang diinginkan.

7 4.3 Pengaruh Deformasi terhadap Suhu Rekristalisasi Deformasi plastis peningkatan energi dalam logam (naiknya kerapatan dislokasi) Pemanasan menjadi masukan energi aktifasi yang akan dipakai untuk mengubah dari suatu keadaan menjadi keadaan dengan tingkat energinya lebih rendah Logam yang tingkat energinya lebih tinggi perlu energi aktifasi lebih sedikit ke arah yang lebih stabil strukturnya. Bila derajat deformasi naik, suhu rekristalisasi menurun.

8 4.4 Pengaruh Deformasi dan Pemanasan terhadap Besar Butir Proses perubahan butir: Deformasi Energi dalam Banyak titik-titik Berenergi tinggi Pemanasan di atas Suhu rekristalisasi Rekristalisasi usai Butir-butir homogen Butir saling bertemu Inti berkembang Menjadi butir Nukleasi inti-inti dari titik-titik tsb. Makin banyak butir, makin cepat butir saling bertemu dan makin halus Regangan kritis terjadinya rekristalisasi Grafik pengaruh deformasi dan suhu proses rekristalisasi terhadap besar butir. T R =suhu rekristalisasi

9 Rekristalisasi primer adalah proses pengintian butir-butir baru yang tumbuh sampai menggantikan butir-butir yang terdeformasi. - Terjadi umum pada logam. Rekristalisasi sekunder adalah proses penggantian butir-butir halus oleh butir-butir kasar akibat proses anil dengan suhu lebih tinggi sehingga mengurangi energi batas butir dengan mengurangi luar permukaan butir. - Seperti pada Al, Cu

10 4.5 Pengaruh Pemanasan terhadap Sifat Mekanik Bila logam dikerjakan dingin Dianil dengan suhu tinggi (suhu rekristalisasi) Lunak, Ulet Keras, kuat dan getas Dinyatakan dengan: Cold drawn Hard, Extra Hard Bergrade fully annealed Dianil dengan suhu sedikit rendah Bergrade 1/4 hard Dianil dengan suhu lebih rendah Bergrade 1/2 hard

11 Contoh Kondisi σ U (10 3 psi) σ y (10 3 psi) ε (%) Stainless steel AISI 201 Annealed ¼ hard ½ hard ¾ hard Full hard Catatan: 1 psi: 6.89x10 3 Pa

12 5. Sifat-sifat Logam pada Suhu Tinggi Proses pemanasan pada benda kerja (sebelum dan saat deformasi) Segregasi dipanasi Perbaikan Struktur Mikro Contoh: Pada hasil coran terdapat cacat segregasi (tidak homogennya komposisi kimia), struktur pilar (columnar structure) dan cacat rongga yang mana menjadi lebih homogen dan baik kualitasnya Proses difusi lebih mudah Komposisi Kimia homogen (proses homogenisasi) Baja cor dalam bentuk ingot/billet akan bersifat lebih baik setelah dikerjakan panas

13 (a)gambar skema struktur butir membeku yang menggunakan cetakan dingin. (b)potongan melintang dari ingot aluminium paduan 1100 (99% Al). Catatan: - Butir kolom tumbuh tegak lurus permukaan cetakan karena pendinginan yang lambat dengan inti butir yang sedikit. - Butir halus terjadi karena pendinginan yang cepat dengan inti butir yang banyak.

14 Mekanisme Pelunakan pada Pengerjaan Panas Selama deformasi pada suhu tinggi, akan terjadi rekristalisasi : 1. Dinamis (dynamic recrystalization): terjadi saat proses deformasi 2. Statis (static recrystalization): terjadi setelah proses deformasi Kedua kondisi ini terjadi pada material yang memilik energi salah tumpuk. Energi salah tumpuk (stacking fault energy, SFE) adalah Energi bebas di daerah salah tumpuk dari atom-atom. Bila stacking fault mudah terjadi dalam material tersebut maka logam memiliki energi stacking fault yang rendah

15 Contoh: Ekstrusi Panas (Hot Extrusion) dengan reduksi 99% a. Logam dengan SFE tinggi spt. Aluminium (SFE= ~200 mj/m 2 ) Dengan SFE tinggi Energi dalam dan Kerapatan dislokasi menurun Energi dorong RAM tidak cukup untuk rekristalisasi Static Recrystalization Energi hanya cukup untuk dynamic recovery tetapi tidak cukup untuk dynamic recrystalization

16 Contoh: Ekstrusi Panas (Hot Extrusion) dengan reduksi 99% b. Logam dengan SFE rendah spt. Baja (SFE= 8~45 mj/m 2 ) Dengan SFE rendah Energi dalam dan Kerapatan dislokasi meningkat Dynamic dan static recrystalization Energi dorong RAM cukup untuk rekristalisasi Karena suhu pengerjaan panas diatas suhu rekristalisasi dan maksimum 50 ~100 C di bawah suhu cair, maka didapatkan struktur yang halus (bersifat lunak, tanpa pengerasan regangan)