1 TIN107 Material Teknik Mekanisme Penguatan 2 Deformasi plastis makroskopik berhubungan dengan gerakan sejumlah besar dislokasi. Kemampuan logam untuk berubah bentuk secara plastis tergantung pada kemampuan gerak dislokasi. Hampir semua teknik penguatan mengandalkan pada membatasi atau menghalangi gerak dislokasi. Terdapat 4 mekanisme, antara lain: 1) Reduce grain size (mengurangi ukuran butir) 2) Solid-solution strengthening (penguatan larutan padat) 3) Precipitation strengthening (penguatan pengendapan) 4) Strain hardening or cold working (pengerasan regangan atau pengerjaan dingin) 6623 - Taufiqur Rachman 1
Strategi Penguatan 1: Reduce Grain Size 3 Batas butir merupakan hambatan untuk slip. Dislokasi telah mengubah arah. Daerah batas butir yang tidak teratur, menyebabkan ketidaksinambungan dalam bidang slip. Kekuatan hambatan bertambah dengan miss-orientation (salah arah). Lebih kecil ukuran butir: lebih banyak hambatan untuk slip. Persamaan Hall-Petch: σ yield σ o k y d 1 2 Sumber: Callister, A Textbook of Materials Technology Contoh Penguatan Reduce Grain Size 4 Ukuran butir (grain size) dikendalikan oleh perlakuan panas (misalnya: laju pendinginan selama pemadatan, pendinginan/ annealing) σ yield σ o k y d 1 / 2 6623 - Taufiqur Rachman 2
Anisotropy dalam yield 5 Dapat disebabkan dengan me-rolling logam polycrystalline Sebelum di rolling Setelah di rolling Arah rolling Isotropik Butir kurang lebih berbentuk bola & berorientasi secara acak. Anisotropic Karena proses rolling berpengaruh terhadap orientasi butir & bentuk. Strateg Penguatan 2: Solid-solution 6 Atom Impurity mengetarkan kisi & menghasilkan tekanan. Tekanan dapat menghasilkan penghalang untuk gerak dislokasi. Substitusi atom impurity yang lebih kecil Substitusi atom impurity yang lebih besar Atom impurity menghasilkan pergeseran lokal di A dan B yang melawan gerak dislokasi ke kanan. Atom impurity menghasilkan pergeseran lokal di C dan D yang melawan gerak dislokasi ke kanan. 6623 - Taufiqur Rachman 3
Penguatan Solid-Solution 7 Atom impurity tertarik dislokasi sehingga dapat mengurangi energi regangan secara keseluruhan, yaitu untuk membatalkan sebagian regangan dalam kisi di sekitar dislokasi. Jika dislokasi ingin bergerak, ia harus melepaskan dirinya dari atom impurity yang membutuhkan energi. Atom impurity yang lebih kecil di atas garis dislokasi Atom impurity yang lebih besar di bawah garis dislokasi Contoh Penguatan Solid-solution 8 Pengaruh Nikel (zat terlarut) pada Copper (a) Kekuatan tarik, (b) Kekuatan yield, dan (c) Keuletan (% elongation - pemanjangan). 6623 - Taufiqur Rachman 4
Strategi Penguatan 3: Precipitation 9 Pengendapan yang keras sulit untuk di geser. Contoh: Keramik dalam logam (SiC dalam Besi atau alumunium). Hasilnya: 1 y~ S Aplikasi Penguatan Precipitation 10 Struktur sayap Boeing 767 Aluminium diperkuat dengan pembentukan endapan (precipitation) oleh paduan 1.5mm 6623 - Taufiqur Rachman 5
Strategi Penguatan 4: Cold Work (%CW) 11 Deformasi suhu ruang. Umumnya operasi pembentukan mengubah luas penampang. Ao die blank Forging force force Ad Rolling %CW A o A o A d x100 Extrusion Ao Drawing die Ad die tensile force Dislokasi Selama Cold Work 12 Paduan Tisetelah cold working: Dislokasi melibatkan satu sama lain selama cold work. Gerak dislokasi menjadi lebih sulit. 6623 - Taufiqur Rachman 6
Hasil Cold Work 13 Kepadatan dislokasi (ρd) berubah naik menjadi: Sampel Carefully prepared: ρd ~ 103 mm/mm3 Sampel Heavily deformed: ρd ~ 1010 mm/mm3 Cara mengukur kepadatan dislokasi: Atau 40mm Area, A dislocation pit d N A N dislocation pits (revealed by etching) Hasil Cold Work 14 Tekanan yield meningkat sejalan dengan peningkatan ρ d : 6623 - Taufiqur Rachman 7
Dislocation Trapping 15 Dislokasi menghasilkan tekanan. Ini merupakan perangkap untuk dislokasi lain. Dampak Cold Work 16 Meningkatkan tekanan yield. Kekuatan tarik (tensile strength/ TS) meningkat. Keuletan (%EL or %AR) berkurang secara drastis. 6623 - Taufiqur Rachman 8
Analisa Cold Work 17 Berapa kekuatan tarik & keuletan setelah bekerja dingin? %CW r o 2 2 r d x100 35.6% r 2 o Pengaruh Pemanasan Setelah %CW 18 1 jam perlakuan pada T annealing menurunkan TS & mengingkatkan %EL. Pengaruhnya adalah berbanding terbalik. 6623 - Taufiqur Rachman 9
6623 - Taufiqur Rachman T A U F I Q U R R A C H M A N 19 6623 - Taufiqur Rachman 10