88660348 deformasi plastis dan mekanisma penguatan

7/22/2019 88660348 Deformasi Plastis Dan Mekanisma Penguatan

1/110

DEFORMASI

PLASTIK


2/110


3/110

Deformasi pada logam dapat terjadi

karena dapat

terjadi deformasi pada kristalnya

Bila kristal menerima gaya (gambar a),barisan atom

bagian atas akan terdorong ke kanansedang bagian

bawah terdorong ke kiri

Bila gaya cukup kuat, barisan terdepanterdorong

sedemikian hingga ikatan atom antarabaris atas dan


4/110

bawah terputus. Baris tsb terdorong lebihjauh dan

barisan berikutnya juga terdorong sehinggaikatan

atomnya terlepas, baris pertama atas akanberikatan

dengan baris kedua bawah. Baris keduaatas tidakada sambungannya. Terjadi dislokasi

(gambar b)


5/110

Bila gaya terus bekerja maka dislokasiakan bergeser

(gambar c)

Bila dislokasi bergeser sampaimenyeberang butiranmaka dikatakan terjadi slip (gambar d).

Bidang dimana terjadi slip ini dinamakan

bidang slip.

Bila gaya masih terus bekerja maka slip-slip dapat

terjadi pada bidang slip yang lain


6/110

Ini dapat digambarkan seperti mendorongtumpukan

kartu (gambar e dan f)

Bila terjadi banyak slip maka deformasiakan tampak

pada bendanya.


7/110


8/110

Macam-macam dislokasi


9/110


10/110

Di


11/110

sekitar dislokasi, di bagian atas terjaditegangan tekan, di

bagian bawah terjadi tegangan tarik


12/110

411111,111VIRIP0

(b T

(a)

(c)


13/110

Ak

.-s-7.... ,7-vforv,TWASYNAM:51.72aS,M0:0'5%*."


14/110

Strukturmikro sebelum dan sesudah

deformasi plastis


15/110

Bila logam dideformasi maka:

Tampak bahwa butir kristalnya jadi

memanjang

Di dalam butir terdapat banyak bidangslip

Pada masing2 bidang slip terdapat

banyak dislokasi

Pada masing2 dislokasi, di sekitardislokasi terjadi

tegangan


16/110

Berarti logam yang terdeformasi

kristalnya akan

menjadi lebih tegang

Karenanya sebagai akibat dari deformasimaka logamakan menjadi lebih keras, lebih kuat,tetapi jugamenjadi lebih getas


17/110

Dera at


18/110

Bila logam yang terdeformasi dipanaskan kembali,

seiring dengan naiknya temperatur:

Atom2nya akan memiliki energi untuk mulai menata

diri agar dapat bebas dari tegangan, atom2 akanmembentuk kristal baru yang tidak terdistorsi

(rekristalis asi)

Sejumlah atom (terutama di sekitar dislokasi dan

batas butir) mulai membentukinti kristal baru

Kemudian atom lain ikut bergabung, inti menjadi

makin besar, kristal mengalami pertumbuhan

Dengan terjadinya rekristalisasi akan terjadi

penurunan kekerasan/ kekuatan dan naiknya keuletan


19/110


20/110

Cold worked Pengintian Inti mulai Rekristalisasi Kristal makinKristal lebih

mulai tumbuh selesaibesar besar lagi


21/110

Metalurgi Fisik

Dislokasi dan Deformasi


22/110

pada material

Cold worked PengintianInti mulai Rekristalisasi Kristal makin Kristallebih

mulai tumbuh selesai besarbesar lagi


23/110

Deformasi


24/110

Deformasielastis

= Perubahanbentuksementara

yang terjadipada materialyang

diberi gaya dariluar setelah gyadihilangkanmaterialkembali kebentuk awal

DeformasiPlastis

= Perubahanbentuk tetapyang

terjadi padamaterial yang

diberigaya dari luar


25/110

walaupunkemudian gaya

itu dihilangkan


26/110

Mekanisme deformasi


27/110


28/110

> Mekanisme deformasi

a.Mekanisme Kembaran ( terjadinyaperubahan orientsi dari suatu bagian kristal

membentuk kembaran yang simetristerhadap kisi semula )b.Mekanisme Slip ( pergeseran atom

berpindah menempati kedudukan yang

baru )


29/110

DislokasiDislokasi merupakan Cacat satu dimensi pada material dimanaterjadinya ketidak

teraturan susunan atom

Dislokasi pada material menentukan kekuatan dari material, Jika

dislokasi semakinsusah berpindah maka berarti material semakin kuat


30/110


31/110

Model dislokasi pada Deformasi Plastis


32/110


33/110

> Elastic stress and strain field around

screw dislocation:

= b/2 ,r

r = Gb/2,r


34/110


35/110

G b y G sin e

2

b 0

- 1 b

z

sin 0E X Z = E Z X =

cos 0

cy z = =


36/110

Stress field dari dislokasi si


37/110


38/110

Perbanyakan dislokasi

Frank read Mechanism

Stress field dari dislokasi si


39/110


40/110

Hubungan Dislokasi dan

Deformasi plastik

>Pemberian deformasi padamaterial akanmenggerakkan dislokasi sehingga

mencapaibatas butir. Makin banyak


41/110


42/110

Strain Energy

Perhatikan sistim pegas sederhana perpindahanx; F=kx.

kerja yang dilakukan ketikaF= F

o,

Energi iini tersimpan dalam pegas dan dilepaskan kembali


43/110

ketika Gaya kembali


44/110

Strain Energy Density

Where U is called the Strain Energy, and


45/110

Consider a cube of material acted upon

by a force, Fx, creating stresss

x=Fx/a2

causing an elastic displacement, d in the

x direction, and

strain ex=d/aa

a


46/110


47/110


48/110

Where U is called the Strain Energy, and


49/110

Consider elastic-perfectly plastic


50/110


51/110

Bidang Luncur Material


52/110

Bidang Luncur Material


53/110

Slip pada KristalTunggal


54/110


55/110

Mekanisme Penguatan

Logam

Mengapa Material harus

Kuat?

Menambah daya

dukung beban

Meningkatkan

ketahanan

dan umur pakai komponen


56/110

Mengurangi volume/tonase

bahan

(Membuat komponen lebih

ringan)

Mereduksi biaya bahan

Memenuhi sifat produk industri


57/110

Mekanisme Penguatan Logam


58/110

> Kunci dari mekanismepenguatan logam ialahbagaimanamenghalangipergerakandislokasi.

> Material dengan

dislokasiyang sukar bergerakmembutuhkanteganganyang besar untukmenggesernya ataudengan

kata lain material lebih kuat> Sebaliknya material yangmempunyai dislokasi yang

mudah bergerak lebih lunakdan lebih mudah dibentuk.

1. Penguatan Larut

Padat

2. Penguatan Fasa Ked

3. Pengerasan Presipit

4. Pengerasan Dispe5. Penguatan dengan

Penghalusan Butir


59/110

1. Penguatan Larut Padat(SOLID SOLUTION STRENGTHENING)

Penguatan dengan cara menambahkan sejumlah atom lain(atom asing) ke

dalam sebuah gugusan atom induk(Pemaduan dalam jumlah tertentu dimana semua unsurpemadu terlarutpadat dalam logam induk)

Atom atom asing tersebut dapat larut padat intertisi atausubstitusi

tergantung pada ukurannya. Bila atom asing berukuran


60/110

besar (d > 0.15D).maka la rut padat substitusi. Kalau berukuran kecil (d Atom asing yang larut padatakan menimbulkan medantegangandisekitarnya. Medan tegangantersebut akan menghambatpergerakan dislokasi, sehinggadibutuhkan tegangan yang lebih

besar untuk bisa mendeformasimaterial tersebut (logam lebihkuat)

-


63/110

Gerakan Dislokasi


64/110

Contoh Penguatan Larut Padat

Paduan Cu-Ni,keduanya

dapat saling larutadat


65/110

Sifat Mekanik Paduan dengan Penguatan LaruPadat

Untuk paduan yang saling larut sempurna spt Cu-Ni, kekuatan meningk(sebaliknya

keuletan menurun) dengan meningkatnya jumlah atom (unsu)r terlarut.Kondisi

kekuatan maksimum (keuletan minimum) adalah pada kondisi jumlahkomponenerlarut dan pelarut hampir sama (seimbang).


66/110


67/110

. Penguatan dengan Fasa Kedua

(Second Phase Strengthening)

> Penguatan fasa kedua terjadi ketika penambahan unsur

paduanmenghasilkan fasa kedua (second phase) atau fasasekunder.

A + B -* AxBy> Fasa kedua bersifat keras (kuat) dan getas

(Fasa kedua penghalang gerakan dislokasi )

> Kekerasan (kekuatan) material meningkat dengan bertam

jumlah (fraksi berat) fasa kedua

Contoh paduan yang menghasilkan (memiliki) fasa kedua:

1. Baja (Steel)Fe + C -* a + Fe3C


68/110

Besi (Fe) yang dipadu dengan karbon (C) menghasilkan fasa kedua

senyawa Fe3C(sementit) disamping fasa utama Ferit () larut padat dalam Fe) . Fasa

ferit bersifatlebih lunak dan ulet sedangkan sementit sangat keras tapi rapuh.


69/110

Dari segi aspek mikro, gerakan dislokasi lebih mudah terjadi padaferit, namun lebih

sulit pada Fe3C. Atau Fe3C penghalang gerakan dislokasi. Dengandemikian dapat

dimengerti bahwa baja dengan kadar karbon lebih tinggi memil

a teran utih Fe C ela


70/110

kekerasan (kekuatanyang lebih tinggi, karena memiliki Fe3C yang lebih banyak.


71/110

Sifat Mekanik Baja sebagai Fungsi Jumlah

Fasa Sementit


72/110


73/110

1. Paduan Aluminium-TembagaAl + C -* a + (CuAl3)

Aluminium (Al) yang dipadu dengan tembaga (Cu) menghasilkanfasa kedua senyawaCuAl3 () disamping fasa utama -Al (Cu larut padat dalam Al) . Fas bersifat lunakdan ulet sedangkan sangat keras tapi rapuh.

Paduan Al dengan 33% Cu akan lebih keras (kuat) dari paduan yanghanyamengandung 20% Cu. Karena paduan Al-33%Cu memiliki fasa keduyang lebihbanyak.


74/110

Tugas:Tentukan jumlah (fraksi

berat) fasa theta padapaduan Al-20Cu dan Al

33Cu.

Aluminium


75/110

3.Pengerasan Presipitasi(Precipitation Hardening)

Keberadaan persipitat

akanmenghambat pergerakandari


76/110


77/110

3. Precipitation Strengthening

Hard precipitates are difficult to shear. Ex: Ceramics in

metals (SiC in Iron

or Aluminum).


78/110


79/110

Side View

Top View Unslipped partof slip plane

S

Slipped part of slipplane

Large shear stress

needed to movedislocation towardprecipitate and shear

it.

Dislocationadvances butprecipitates act aspinning siteswith spacing S.whichmultipliesDislocationdensity


80/110

Result:


81/110

Application: PrecipitationStrengthening


82/110

Internal wing structure on Boeing

767


83/110

Adapted fromchapter- openinphotograph, Ch11, Callister 5e(courtesy of G.HNarayanan and

Miller, BoeingCommercial Air


84/110

Aluminum is strengthened with

precipitates formed by alloying & H.T.


85/110

Adapted from Fig. 11.26, Callister 7e. (Fig. 11.26 is courtesy of G.H.Narayanan and A.G. Miller, Boeing Commercial Airplane Company.)


86/110

4.Pengerasan Dispersi(Dispersion Hardening)

Logam paduan bisa ditingkatkankekerasannya dengan

penambahan partikel oksida yangakan menghalangi pergerakandari dislokasi

Partikel oksida tidak larut dalammatriknya pada suhutinggi.

Penambahan partikel Al2O3 padaproduk SAP (sintered aluminium

product) akan memberikankekuatan yang lebih tinggidibandingkan padual Al biasa

pada suhu tinggi.


87/110

5. Penguatan dengan PenghalusanButir/Sub-butir

(STRENGTHENING BY GRAIN AND SUB GRAINBOUNDARIES)


88/110

Batas butir

adalah

penghalang

dislokasi -*penghalang slip Kemampuanmenghalangi

bertambahdenganpeningkatan

sudut mis-orientasi butir

(angle ofmisorientation).

Butir halus

mempunyai

batas

butir lebihbanyak -*penghalang

dislokasi lebihbanyak -* lebihsusah slip

-*

lebih kuat

Persamaan

Hall-Petch:


89/110

Adapted from Fig.7.14, Callister 7e.(Fig. 7.14 is fromATextbook of

MaterialsTechnology, by

Van Vlack,PearsonEducation, Inc.,Upper Saddle

River, NJ.)


90/110

> Makin halus ukuran butir maka bidang slip akansemakin

pendek sehingga dislokasi akan cepat sampaikebatas butir

> Semakin halus ukuran butir maka material akan

semakin kuat.


91/110


92/110

kunin an 70 Cu

Diameter butir meningkat dari


93/110


94/110

Cara menghaluskan

Butir

Increase Rate of solidification from the liquid phase.

Perform Plastic deformation followed by an appropriate

heattreatment.

Notes:

>Grain size reduction also improves toughness of manyalloys.

> Small-angle grain boundaries are not effective in

interfering with the slip process because of the

small crystallographic misalignment across the

boundary.


95/110

>Boundaries between two different phases are alsoimpediments to movements of dislocations.


96/110

6. Pengerasan Regangan(STRAIN HARDENING)

> Pengerasan

Reganganadalah pengerasan logam

yang terjadi akibatpenerapan deformasi plastis

ketika pengerjaandingin(cold work).

>Pengerasan terjadi karenapeningkatan jumlahdislokasi sehingga dislokasi

bertumpuk

>Tumpukan dislokasi


97/110

inimenghalangi gerakandislokasi selanjutnya


98/110

6. Pengerasan Regangan(STRAIN HARDENING)


99/110

> Untuk masing

masingkenaikanreganganplastis,dibutuhkantegangan

yanglebih besaruntukmenggerakkan dislokasidibandingkan

sebelumyakarenadislokasi telah

banyak yangsampai kebatasbutir. Ini

berarti logambertambah

kekerasan dankekuatannya


100/110


101/110

During Cold Work


102/110

Ti alloy after

cold working: Dislocations

entangle andmultiply

Th

us,

Dislocationmotion

becomes moredifficult.


103/110

Adapt

edfromFig.4.6,Cal

lister7e.

(F

ig

.

4.

6

isc

o

ur

te

sy

of

M.R

.

Pli

c

ht

a,

M

ic

hi

ga

n

Te

c

h

n

ol

o

gi

c

alUniversity.)


104/110

Impact of Cold Work


105/110

As cold work is increased

Yield strength(s } , )

increases.Tensile strength (TS ) increases.

Ductility (%EL or %AR)

decreases.

Lo-Carbon StAdapted from 7.20, Callister


106/110

> 7. Penguatan dengan tekstur> Proses defornasi akan menyebabkan butir-butir dari logam

mengarah padaorientasi tertentu. Logam yang orientasi kristalnya mengarah

pada orientasitertentu dikatakan memiliki tekstur kristalografis.

>Dengan adanya orientasi yang tertentu tersebut, maka logamtidak lagi

bersifat isotrop melainkan justru bersifat anisotropkhususnya dalam halkekuatannya


107/110

ANISOTROPI


108/110

ISOTROPI


109/110

8. Pengerasan Martensit(Martensite HARDENING)


110/110

Martensit memilikisusunan atom

BCT sehinggadislokasi menjadisusah untukbergerak

Baja dipanaskansampai fasa

austenit laludilakukan

pendinginancepat sehingga

atom-atom karbonpada austenit

tidak sempatberdifusi keluar,akibatnyaaustenit akanbertransformasimenjadimartensit yangmemiliki sel

88660348 deformasi plastis dan mekanisma penguatan

Documents