Logam dikenal mempunyai sifat ulet, artinya mampu berferomasi plastik bila menerima gaya mekanik yang cukup besar. Gaya yang bekerja pada benda tentunya akan diterima juga oleh kristal, akan mendorong barisan atom dalam kristal, yang dapat memutus ikatan antar atom.
Gambar 1. Tahapan terjadinya slip: (a) gaya belum menimbulkan perubahan,
(b) satu baris atom tergeser; menimbulkan dislokasi, (c) dislokasi bergerak, dan akhirnya
(d) terjadi slip; bagian atas seluruhnya tergeser (slip) satu jarak atom.
Gambar 1 diatas menunjukkan tahapan terjadinya deformasi plastik pada logam, dalam hal ini kristalnya. Dalam logam, ikatan antar atom dapat terjadi antara atom yang saling berdekatan dan dapat terlepas bila jaraknya membesar. Gambar a. memperlihatkan bagian dari kristal yang menerima gaya-gaya. Gaya ini mendorong barisan atom terdepan ke kanan. Baris berikutnya juga terdorong ke kanan, tetapi dalam jumlah yang lebih sedikit. Dengan gaya yang cukup besar ikatan atom antara baris atom pertama dan kedua bagian atas terputus dengan bagian bawahnya, dan baris pertama bagian atas akam bersambung dengan baris kedua dari bagian bawah (b), sedang baris kedua bagian atas tidak ada sambungannya. Ini dinamakan dislokasi.
Dengan mekanisme yang sama, dislokasi ini akan bergeser terus (c), sehingga akhirnya dislokasi sampai ke ujung kristal, terjadi slip, seluruh bagian atas sudah bergeser satu jarak atom terhadap bagian bawah. Dengan bekerjanya gaya lebih lanjut dapat terjadi dislokasi dan slip baik pada bidang slip yang sama atau pada bidang lain. Karenanya bentuk kristal akan berubah menjadi lebih pipih dan panjang.
Dengan melakukan deformasi maka bentuk kristal akan berubah, yang tadinya equiaxed (gambar a) menjadi memanjang (gambar b).
Pengaruh Deformasi Plastik
Deformasi yang cukup berarti dapat terjadi karena terjadinya slip pada sejumlah besar bidang slip, dan pada setiap bidang slip tersisa banyak dislokasi. Padahal disekitar dislokasi selalu merupakan daerah yang tegang, karena susunan atom di daerah itu mengalami distorsi, karenanya deformasi akan menyebabkan logam menjadi lebih kuat/keras. Peristiwa ini dinamakan penguatan regang (strain hardening).
Perubahan sifat mekanik yang terjadi karena deformasi ini tergantung seberapa banyak deformasi yang dilakukan (derajat deformasi). Makin tinggi derajat deformasi yang dilakukan makin tinggi kekuatan dan kekerasan, makin besar penurunan keuletannya.
Pengaruh Pemanasan Terhadap Logam yang Terdeformasi
Logam yang terdeformasi kristalnya mengalami distorsi, di dalam kristal menjadi banyak slip dan terdapat banyak dislokasi, susunan atom tidak lagi teratur seperti yang seharusnya. Pada temperatur rendah atom-atom itu tidak dapat kembali pada posisi yang seharusnya.
Bila logam yang terdeformasi ini dipanaskan maka atom dalam butiran kristal yang terdistorsi tersebut akan memperoleh energi untuk menyusun diri kembali menjadi kristal yang sempurna. Secara bertahap atom-atom tersebut akan membentuk kristal baru yang tidak lagi terdistorsi, proses ini dinamakan rekristalisasi.
Seperti halnya kristalisasi, rekristalisasi berlangsung dengan mekanisme pengintian (nucleation) dan pertumbuhan (growth), dimulai dengan pengintian diikuti dengan pertumbuhan.
Mula-mula beberapa atom dari kristal yang terdistorsi akan membentuk inti kristal baru dengan susunan atom yang sempurna, tidak terdistorsi. Ini pada umumnya terjadi pada dislokasi dan/atau batas butir. Kemudian atom lain dari kristal lama mulai bergabung dalam susunan kristal baru, kristal tumbuh menjadi lebih besar. Bila semua atom kristal lama seluruhnya habis bergabung dalam kristal baru maka rekristalisasi sudah selesai.
Bila setelah rekristalisasi selesai dan pemanasan masih berlanjut maka akan terjadi pertumbuhan butir yang lebih besar, butir yang ada cenderung bergabung dengan butiran lain, sehingga terbentuk butiran dengan ukuran yang lebih besar.
Sebenarnya sebelum terjadi rekristalisasi terlebih dulu terjadi recovery, lepasnya tegangan dalam yang berupa tegangan elastis dalam kristal. Selama proses deformasi sebenarnya ada sebagian atom yang tergeser dari posisinya tetapi belum melepas ikatannya dengan atom pasangannya. Seharusnya atom-atom ini akan kembali ke posisinya semula bila pengerjaan selesai, tetapi ternyata tidak dapat kembali karena terkunci oleh kristal lain. Tegangan inilah yang akan hilang pada awal pemanasan (recovery).
Dengan berlangsungnya rekristalisasi selain terjadi perubahan kristal juga akan terjadi perubahan sifat mekanik. Pada tahap recovery belum tampak ada perubahan struktur kristal, sehingga juga belum ada perubahan sifat. Perubahan sifat mulai terjadi pada saat memasuki tahap rekristalisasi, kekuatan dan kekerasan mulai turun sedang keuletan akan naik (kekuatan, kekerasan dan keuletan ini adalah yang diukur setelah logam didinginkan). Perubahan tersebut masih berlangsung terus sampai tahap grain growth, tahapan dimana butiran baru berkembang jadi lebih besar.
Gambar diatas menunjukkan perubahan yang terjadi bila logam dipanaskan sampai suatu temperatur kemudian ditahan selama waktu tertentu kemudian didinginkan kembali dengan lambat. Proses diatas tidak tergantung hanya pada temperatur tetapi juga lamanya waktu penahanan. Hasil yang sama dapat diperoleh dengan temperatur yang lebih tinggi dan waktu tahan yang lebih singkat, atau temperatur lebih rendah waktu tahan lebih lama.
Temperatur rekristalisasi adalah temperatur pemanasan kembali dimana rekristalisasi tepat selesai dalam satu jam. Temperatur rekristalisasi selain tergantung pada jenis logamnya, juga tergantung pada derajat deformasi yang dialami sebelum pemanasan, makin tinggi derajat deformasi makin rendah temperatur rekristalisasinya.
__________
Referensi : Suherman, Wahid. 2003. Ilmu Logam I. Surabaya : Diktat Jurusan Teknik Mesin FTI ITS
Dengan mekanisme yang sama, dislokasi ini akan bergeser terus (c), sehingga akhirnya dislokasi sampai ke ujung kristal, terjadi slip, seluruh bagian atas sudah bergeser satu jarak atom terhadap bagian bawah. Dengan bekerjanya gaya lebih lanjut dapat terjadi dislokasi dan slip baik pada bidang slip yang sama atau pada bidang lain. Karenanya bentuk kristal akan berubah menjadi lebih pipih dan panjang.
Gambar 2. Ilustrasi terjadinya perubahan bentuk dengan slip
Gambar 3. Perubahan struktur mikro karena deformasi:
(a) sebelum deformasi - butiran equiaxed, dan (b) setelah deformasi - butiran memanjang/elongated
Pengaruh Deformasi Plastik
Deformasi yang cukup berarti dapat terjadi karena terjadinya slip pada sejumlah besar bidang slip, dan pada setiap bidang slip tersisa banyak dislokasi. Padahal disekitar dislokasi selalu merupakan daerah yang tegang, karena susunan atom di daerah itu mengalami distorsi, karenanya deformasi akan menyebabkan logam menjadi lebih kuat/keras. Peristiwa ini dinamakan penguatan regang (strain hardening).
Gambar 4. Susunan atom di sekitar dislokasi,
di bawah dislokasi terjadi tegangan tarik, diatasnya terjadi tegangan tekan
di bawah dislokasi terjadi tegangan tarik, diatasnya terjadi tegangan tekan
Perubahan sifat mekanik yang terjadi karena deformasi ini tergantung seberapa banyak deformasi yang dilakukan (derajat deformasi). Makin tinggi derajat deformasi yang dilakukan makin tinggi kekuatan dan kekerasan, makin besar penurunan keuletannya.
Pengaruh Pemanasan Terhadap Logam yang Terdeformasi
Logam yang terdeformasi kristalnya mengalami distorsi, di dalam kristal menjadi banyak slip dan terdapat banyak dislokasi, susunan atom tidak lagi teratur seperti yang seharusnya. Pada temperatur rendah atom-atom itu tidak dapat kembali pada posisi yang seharusnya.
Bila logam yang terdeformasi ini dipanaskan maka atom dalam butiran kristal yang terdistorsi tersebut akan memperoleh energi untuk menyusun diri kembali menjadi kristal yang sempurna. Secara bertahap atom-atom tersebut akan membentuk kristal baru yang tidak lagi terdistorsi, proses ini dinamakan rekristalisasi.
Seperti halnya kristalisasi, rekristalisasi berlangsung dengan mekanisme pengintian (nucleation) dan pertumbuhan (growth), dimulai dengan pengintian diikuti dengan pertumbuhan.
Mula-mula beberapa atom dari kristal yang terdistorsi akan membentuk inti kristal baru dengan susunan atom yang sempurna, tidak terdistorsi. Ini pada umumnya terjadi pada dislokasi dan/atau batas butir. Kemudian atom lain dari kristal lama mulai bergabung dalam susunan kristal baru, kristal tumbuh menjadi lebih besar. Bila semua atom kristal lama seluruhnya habis bergabung dalam kristal baru maka rekristalisasi sudah selesai.
Bila setelah rekristalisasi selesai dan pemanasan masih berlanjut maka akan terjadi pertumbuhan butir yang lebih besar, butir yang ada cenderung bergabung dengan butiran lain, sehingga terbentuk butiran dengan ukuran yang lebih besar.
Sebenarnya sebelum terjadi rekristalisasi terlebih dulu terjadi recovery, lepasnya tegangan dalam yang berupa tegangan elastis dalam kristal. Selama proses deformasi sebenarnya ada sebagian atom yang tergeser dari posisinya tetapi belum melepas ikatannya dengan atom pasangannya. Seharusnya atom-atom ini akan kembali ke posisinya semula bila pengerjaan selesai, tetapi ternyata tidak dapat kembali karena terkunci oleh kristal lain. Tegangan inilah yang akan hilang pada awal pemanasan (recovery).
Dengan berlangsungnya rekristalisasi selain terjadi perubahan kristal juga akan terjadi perubahan sifat mekanik. Pada tahap recovery belum tampak ada perubahan struktur kristal, sehingga juga belum ada perubahan sifat. Perubahan sifat mulai terjadi pada saat memasuki tahap rekristalisasi, kekuatan dan kekerasan mulai turun sedang keuletan akan naik (kekuatan, kekerasan dan keuletan ini adalah yang diukur setelah logam didinginkan). Perubahan tersebut masih berlangsung terus sampai tahap grain growth, tahapan dimana butiran baru berkembang jadi lebih besar.
Gambar 5. Pengaruh temperatur pemanasan terhadap perubahan sifat mekanik dan ukuran butir setelah logam yang terdeformasi dipanaskan kembali
Gambar diatas menunjukkan perubahan yang terjadi bila logam dipanaskan sampai suatu temperatur kemudian ditahan selama waktu tertentu kemudian didinginkan kembali dengan lambat. Proses diatas tidak tergantung hanya pada temperatur tetapi juga lamanya waktu penahanan. Hasil yang sama dapat diperoleh dengan temperatur yang lebih tinggi dan waktu tahan yang lebih singkat, atau temperatur lebih rendah waktu tahan lebih lama.
Temperatur rekristalisasi adalah temperatur pemanasan kembali dimana rekristalisasi tepat selesai dalam satu jam. Temperatur rekristalisasi selain tergantung pada jenis logamnya, juga tergantung pada derajat deformasi yang dialami sebelum pemanasan, makin tinggi derajat deformasi makin rendah temperatur rekristalisasinya.
__________
Referensi : Suherman, Wahid. 2003. Ilmu Logam I. Surabaya : Diktat Jurusan Teknik Mesin FTI ITS
0 comments:
Post a Comment