A. Teori Dasar Metalurgi Fisik

October 6, 2017 | Author: januar efendy | Category: N/A
Share Embed Donate


Short Description

ddw...

Description

BAGIAN A TEORI DASAR

ASISTEN : DAFMIKO

Laporan Akhir Praktikum Metalurgi Fisik 2013/2014

LEMBAR ASISTENSI

Kelompok 17

Perlakuan Panas

Laporan Akhir Praktikum Metalurgi Fisik 2013/2014

Perlakuan Panas

TEORI DASAR METALURGI FISIK 1.1

Struktur Mikro Material Material adalah segala sesuatu yang mempunyai massa dan menempati

ruang. Material Teknik adalah segala bahan yang digunakan dalam bidang keteknikan (kerekayasaan). Struktur mikro material adalah gambaran komposisi dan distribusi dari fasa-fasa material yang hanya dapat dilihat dengan metalografi. Struktur mikro material terbagi atas : a. Atom Atom merupakan suatu unsur terkecil dari material yang tidak dapat dibagi lagi dengan reaksi kimia biasa. b. Sel Satuan Merupakan susunan dari beberapa atom yang teratur dan mempunyai pola yang berulang. Sel satuan terdiri dari kubus (BCC, FCC, dan HCP), hexagonal, tetragonal, triklin, monoklin, dan sebagainya. Adapun sel satuan yang berbentuk kubus antara lain : 1. BCC (Body Centered Cubic) Adanya pemusatan satu atom di tengah-tengah kubus.

Gambar A.1 sel satuan BCC

Jumlah atom (n) = (1/8) x 8 + 1 = 2 4R = a√3 a = (4/√3) R

Kelompok 17

Laporan Akhir Praktikum Metalurgi Fisik 2013/2014

APF (Atomic Packing Factor) APF  

n . Volume atom Volume sel satuan 2 . 4/3 . R 3

 4/

3 .R



3

3  0.68 8  68% 

2. FCC (Face Centered Cubic) Adanya pemusatan satu atom di setiap sisi kubus.

Gambar A.2 sel satuan FCC

Jumlah atom (n) = 1/8 x (8) + ½ x (6) = 4 4R = a√2 a = 4/√2 x R APF (Atomic Packing Factor) APF  

n . Volume atom Volume sel satuan 4 . 4/3 . R 3

 4/

2 .R



3

2  0.74 6  74% 

3. HCP (Hexagonal Closed Package)

Kelompok 17

Perlakuan Panas

Laporan Akhir Praktikum Metalurgi Fisik 2013/2014

Perlakuan Panas

Gambar A.3 sel satuan HCP

Jumlah atom (n) = (3x1) + (12 x 1/6) + (2 x ½) = 6 Tinggi = 1,633 a Luas alas = 6 x luas segitiga = 6 x (1/2 a x a sin 60) = 3a2 sin 60 Volume sel satuan = a x t = 3a2 sin 60 x 1,633 a = 4,24 a3

;a=2R

= 4,24 (2R)3 = 33,94 R3 APF (Atomic Packing Factor) n . Volume atom Volume sel satuan 6 . 4/3 . R 3  33,94 R 3  0.74  74%

APF 

Adapun bentuk sel satuan yang lainnya dapat kita lihat melalui tabel dibawah ini :

Kelompok 17

Laporan Akhir Praktikum Metalurgi Fisik 2013/2014

Tabel A.1 Sel satuan

c.

Kelompok 17

Butir

Perlakuan Panas

Laporan Akhir Praktikum Metalurgi Fisik 2013/2014

Perlakuan Panas

Merupakan kumpulan dari sel satuan yang memiliki arah dan orientasi sama dalam 2 dimensi.

Gambar A.4 Butir

d.

Kristal

Merupakan kumpulan dari sel satuan yang memiliki arah dan orientasi sama dalam 3 dimensi.

Gambar A.5 Kristal

1.2 Cacat-cacat pada Material Cacat pada material merupakan ketidaksempurnaan pada material. Cacat pada material terbagi atas : 1.

Cacat titik Cacat titik adalah cacat berupa titik pada material dalam skala atomik.

Cacat titik terbagi atas : a. Vacancy (kekosongan), yaitu cacat yang terjadi akibat adanya kekosongan atom dalam susunan atom. b. Subtitusi/pergantian, yaitu cacat yang terjadi akibat adanya pergantian atom pada susunan atom. c. Intertisi adalah cacat yang terjadi akibat adanya atom lain yang menyusup dalam susunan atom. Intertisi terbagi atas: 

Self Intertisi, yaitu cacat akibat adanya atom yang menyisip pada susunan atom yang berasal dari atom itu sendiri.

Kelompok 17

Laporan Akhir Praktikum Metalurgi Fisik 2013/2014



Perlakuan Panas

Impurity, yaitu adanya atom asing yang menyusup pada susunan atom yang bersifat mengganggu.

Gambar A.11 cacat titik pada material

2.

Cacat Garis/Dislokasi Cacat garis adalah ketidaksempurnaan pada material akibat kekosongan

pada sebaris atom. Dislokasi terbagi atas dislokasi sisi dan dislokasi ulir. a. Dislokasi sisi (Edge Dislocation), adalah cacat garis yang arah pergerakan atomnya tegak lurus terhadap garis dislokasi.

Gambar A.12 dislokasi sisi

b. Dislokasi Ulir (Screw Dislocation), yaitu cacat gais yang arah pergerakan atomnya sejajar terhadap arah garis dislokasi.

Kelompok 17

Laporan Akhir Praktikum Metalurgi Fisik 2013/2014

Perlakuan Panas

Gambar A.13 dislokasi ulir

3.

Cacat Bidang Cacat bidang yaitu ketidak sempurnaan material pada sebidang struktur

atom. Contohnya;  

Twinning Batas butir

Gambar A.14 cacat bidang

4.

Cacat Ruang Cacat ruang adalah ketidaksempurnaan kristal pada seruang atom yaitu

timbulnya rongga antara batas butir karena orientasi butir dan dapat dilihat secara langsung. Contohnya :

Kelompok 17

Laporan Akhir Praktikum Metalurgi Fisik 2013/2014

  

Perlakuan Panas

Porositas Retak Rongga

Gambar A.15 cacat ruang

1.3 Diagram Fasa Diagram fasa merupakan diagram yang memperlihatkan fasa yang terbentuk bila dua fasa dipadukan. Fasa adalah sistem yang mempunyai karakteristik fisik dan kimia yang sama. Pada diagram fasa dapat dilihat fasa-fasa yang ada, temperatur material, komposisi masing-masing fasa, dan fraksi fasa. Reaksi invariant adalah reaksi yang melibatkan tiga fasa dimana dua fasa menjadi satu fasa atau sebaliknya. Terdapat tiga titik invariant yang penting yaitu : 1. Titik eutectoid Dimana pada titik ini terjadi perubahan satu fasa padat menjadi dua fasa padat, atau sebaliknya. γ(s)

α(s) + Fe3C(s)

2. Titik eutectic Dimana pada titik ini terjadi perubahan satu fasa cair menjadi dua fasa padat, atau sebaliknya. L(c)

γ(s) + Fe3C(s)

Pada kadar C 4,3% dan suhu 1148oC terjadi reaksi eutektik yaitu pembentukan fasa austenit (2,11% C), cementit (6,67% C) dari fasa cair (4,3% C). Campuran antara austenit dengan sementit disebut ledeburit.

Kelompok 17

Laporan Akhir Praktikum Metalurgi Fisik 2013/2014

Perlakuan Panas

3. Titik peritectic Diman pada titik ini terjadi perubahan satu fasa cair ditambah satu fasa padat menjadi satu fasa padat, atau sebaliknya. L(c) + δ(s)

γ(s)

Pembentukan besi-dendrit dan liquid dari fasa austenit. Selubility limit merupakan batas karbon maksimum didalam paduan Fe3C yaitu 6,67%, jika tidak larut maka akan timbul grafit (karbon bebas, tidak berikatan dengan Fe)

Gambar A.16 Diagram Fasa Fe-Fe3C

Fasa terbagi tiga, yaitu : 1. Fasa tunggal a.

Liquid (L)

Dalam diagram fasa, semua karbon larut padat dalam Fe ketika fasanya liquid. b. Ferrit (α) 

mempunyai kelarutan karbon maksimum 0.025 % pada 727 oC



mempunyai sel satuan BCC



terbentuk pada temperatur ruang sampai 910 oC

c. Austenit (γ)

Kelompok 17

Laporan Akhir Praktikum Metalurgi Fisik 2013/2014

Perlakuan Panas



mempunyai kelarutan C maksimum 2,1 % pada 910 oC



mempunyai sel satuan FCC

d. Besi-dendrit (δ) Sama dengan ferrit, hanya temperatur yang berbeda. 2. Fasa Ganda Fasa yang terdiri dari dua buah fasa tunggal, contoh : α + γ, α + δ, dan γ + δ. 3. Fasa Campuran Gabungan antara fasa tunggal dengan fasa sementit(Fe 3C), contoh : α + Fe3C, δ + Fe3C, dan γ + Fe3C. 1.4 Sifat-sifat Material Sifat material secara umum dapat diklasifikasikan seperti di bawah ini : 1.

Sifat Fisik Sifat yang telah ada pada material, contoh : warna, massa jenis, dimensi, bau, dan lain-lain.

2.

Sifat Kimia Sifat material yang berhubungan dengan komposisi kimia, contoh : kemolaran, kemolalan, dan konsentrasi.

3.

Sifat Teknologi Sifat material yang muncul akibat mengalami proses pemesinan, contoh : mampu tempa.

4.

Sifat Termal Sifat material yang dipengaruhi oleh temperatur, contoh : konduktifitas termal, titik beku dan titik didih.

5.

Sifat Optik Sifat material yang berhubungan dengan pencahayaan, contoh : sifat mapu bias dan mampu dibiaskan.

6.

Sifat Akustik

Kelompok 17

Laporan Akhir Praktikum Metalurgi Fisik 2013/2014

Perlakuan Panas

Sifat material yang berhubungan dengan bunyi, contoh : mampu meredam bunyi. 7.

Sifat Magnetik Sifat material untuk merespon medan magnet, contoh : mampu menyimpan magnet.

8.

Sifat Mekanik Sifat material yang muncul akibat pembebanan mekanik. Adapun sifat mekanik pada material antara lain : a.

Kekerasan Kemapuan material untuk menahan deformasi plastis lokal akibat penetrasi di permukaan.

b.

Kekuatan Kemapuan material untuk menahan deformasi plastis secara menyeluruh.

Gambar A.6 kurva kekuatan

c.

Keuletan Kemampuan material untuk menahan deformasi plastis maksimum sampai material itu patah.

Gambar A.7 kurva keuletan

Kelompok 17

Laporan Akhir Praktikum Metalurgi Fisik 2013/2014

d.

Perlakuan Panas

Kelentingan Besarnya energi yang diserap material selama deformasi elastis berlangsung.

Gambar A.8 kurva kelentingan

e.

Ketangguhan Besarnya energi yang diserap material sampai material tersebut patah.

Gambar A.9 kurva ketangguhan

f.

Modulus Elastisitas Merupakan ukuran kekakuan material.

Kelompok 17

Laporan Akhir Praktikum Metalurgi Fisik 2013/2014

Perlakuan Panas

Gambar A.10 kurva modulus elastisitas

1.5 Mekanisme Penguatan Material 1. Penguatan Larut Padat Penguatan dengan cara menambahkan sejumlah atom lain (atom asing) ke dalam sebuah gugusan atom induk. Pemaduan dalam jumlah tertentu dimana semua unsur pemadu terlarut padat dalam logam induk. Atom atom asing tersebut dapat larut padat intertisi atau substitusi tergantung pada ukurannya. Bila atom asing berukuran besar (d > 0.15D), maka larut padat substitusi. Kalau berukuran kecil (d < 0.15D) akan larut padat interstisi (d = diameter atom terlarut, D = diameter atom pelarut (atom induk).

Gambar A.17 penguatan larut padat

2. Penguatan dengan Fasa Kedua Penguatan fasa kedua terjadi ketika penambahan unsur paduan menghasilkan fasa kedua (second phase) atau fasa sekunder.

Fasa kedua

bersifat keras (kuat) dan getas. Kekerasan (kekuatan) material

meningkat dengan bertambahnya jumlah (fraksi berat) fasa kedua. Contoh paduan yang menghasilkan (memiliki) fasa kedua: Kelompok 17

Laporan Akhir Praktikum Metalurgi Fisik 2013/2014

Perlakuan Panas

 Baja (Steel)

Besi

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

senyawa Fe3C (sementit) disamping fasa utama ferrit (α) larut padat dalam (Fe) . Fasa ferrit bersifat lebih lunak dan ulet sedangkan sementit sangat keras tapi rapuh.

Gambar A.18 roda gigi dengan penguatan fasa kedua

3. Penguatan Presipitat Merupakan penambahan atom asing ke material utama. Keberadaan persipitat akan menghambat pergerakan dari dislokasi

Gambar A.19 penguatan presipitat

4.

Penguatan Dispersi Logam paduan bisa ditingkatkan kekerasannya dengan penambahan

partikel oksida yang akan menghalangi pergerakan dari dislokasi. Partikel oksida Kelompok 17

Laporan Akhir Praktikum Metalurgi Fisik 2013/2014

Perlakuan Panas

tidak larut dalam matriknya pada suhu tinggi. Penambahan partikel Al2O3 pada produk SAP (Sintered Aluminium Product) akan memberikan kekuatan yang lebih tinggi dibandingkan padual Al biasa pada suhu tinggi.

Gambar A.20 penguatan dispersi

5.

Penguatan dengan Penghalusan Butir/Sub-butir Batas butir adalah penghalang dislokasi atau disebut juga penghalang

terjadinya slip. Kemampuan menghalangi bertambah dengan peningkatan sudut mis-orientasi butir (angle of misorientation). Butir halus mempunyai batas butir lebih banyak sehingga penghalang dislokasi lebih banyak dan lebih susah terjadinya slip akhirnya material menjadi lebih kuat. Makin halus ukuran butir maka bidang slip akan semakin pendek sehingga dislokasi akan cepat sampai ke batas butir. Semakin halus ukuran butir maka material akan semakin kuat.

Gambar A.21 penguatan penghalusan butir

6.

Pengerasan Regangan

Kelompok 17

Laporan Akhir Praktikum Metalurgi Fisik 2013/2014

Perlakuan Panas

Untuk masing masing kenaikan regangan plastis, dibutuhkan tegangan yang lebih besar untuk menggerakkan dislokasi dibandingkan sebelumya karena dislokasi telah banyak yang sampai kebatas butir. Ini berarti logam bertambah kekerasan dan kekuatannya.

Gambar A.22 penguatan regangan

7.

Penguatan dengan Tekstur Proses defornasi akan menyebabkan butir-butir dari logam mengarah pada

orientasi tertentu. Logam yang orientasi kristalnya mengarah pada orientasi tertentu dikatakan memiliki tekstur kristalografis. Dengan adanya orientasi yang tertentu tersebut, maka logam tidak lagi bersifat isotrop melainkan justru bersifat anisotrop khususnya dalam hal kekuatannya

isotropi

anisotropi Gambar A.23 penguatan dengan tekstur

Kelompok 17

Laporan Akhir Praktikum Metalurgi Fisik 2013/2014

8.

Perlakuan Panas

Pengerasan Martensit Martensit memiliki susunan atom BCT sehingga dislokasi menjadi susah

untuk bergerak. Baja dipanaskan sampai fasa austenit lalu dilakukan pendinginan cepat sehingga atom-atom karbon pada austenit tidak sempat berdifusi keluar, akibatnya austenit akan bertransformasi menjadi martensit yang memiliki sel satuan BCT. Kekerasan martensit akan semakin tinggi dengan semakin banyaknya atom karbon yang larut didalamnya.

Gambar A.24 penguatan martensit

Kelompok 17

View more...

Comments

Copyright ©2017 KUPDF Inc.
SUPPORT KUPDF