MEKANISME PENGUATAN (STRENGTHENING MECHANISM)

MEKANISME PENGUATAN

(STRENGTHENING MECHANISM)

PENDAHULUAN

Kemampuan dari logam untuk mengalami deformasi tergantung pada kemampuan pergerakan dislokasi. Membatasi gerakan dislokasi akan membuat material menjadi lebih kuat.

Terdapat tiga metode mekanisme penguatan dalam Logam phasa tunggal yaitu :

Ø  grain-size reduction (penghalusan butir)

Ø  solid-solution alloying (paduan larutan padat)

Ø  strain hardening (pengerasan tegangan)

Namun biasanya, Penguatan dapat menurunkan ductilitas.

1.    GRAIN-SIZE REDUCTION

Grain boundary barrier terhadap pergerakan  dislokasi : Slip plane tidak berlanjut atau mengalami perubahan arah. Sudut yang kecil dari lapisan butir tidak efektif dalam menahan dislokasi.Sudut yang besar dari lapisan butir mampu menahan block slip dan meningkatkan kekuatan pada material. Konsentrasi tegangan di ujung slip plane kemungkinan akan memicu dislokasi baru dalam pertambahan butir.

Gambar 1. Dislokasi butir.

Material dengan butir yang halus akan lebih keras dan kuat dibanding butiran yang kasar, disebabkan karena mempunyai jumlah permukaan lebih besar pada total area lapisan butir yang akan menghambat pergerakan dislokasi. Penurunan ukuran butir biasanya lebih baik dalam meningkatkan ketangguhan. Dalam banyak hal, variasi yield strength dengan ukuran butir mengacu pada persamaan Hall-Petch:

Persamaan Hall-Petch

dimana σ_o dan k_y adalah konstan untuk material particular, sedangkan d  adalah rata-rata diameter butir.

Diameter ukuran butir d dapat di kontrol melalui :

Ø  laju pembekuan (solidification),

Ø  deformasi plastis,  dan

Ø  Perlakuan panas (heat treatment) yang sesuai.

 

Gambar 2.  grafik perubahan Grain size terhadap yield strength dan diameter butir pada paduan kuningan 70Cu–30 Zn.

2.    SOLID-SOLUTION STRENGTHENING

Paduan umumnya logam paduan lebih kuat dibandingkan dengan logam murni, karena impuritas atom yang masuk ke dalam larutan padat memaksakan tegangan kisi di sekeliling atom induknya.

Interstisial atau impuritas substitusi dalam sebuah larutan akan mengakibatkan regangan kisi. Dan hasilnya impuritas ini akan berinteraksi dengan bidang dislokasi regangan dan menghambat pergerakan dislokasi.

Impuritas cenderung menyebar dan memisah di sekitar inti (core) dislokasi untuk menemukan atom yang sesuai dengan radiusnya. Hal ini akan menurunkan tegangan energi keseluruhan dan “jangkar” dislokasi.

 

Gambar 3. Pergerakan inti dislokasi menjauh dari gerakan impuritas ke daerah kisi dimana tegangan atom lebih besar (daerah tegangan dislokasi yang tidak terkompensasi oleh impuritas atom). 

 Gambar 4. Impuritas penyebab dislokasi.

Impuritas substitutional lebih kecil dan lebih besar cenderung untuk menyebar ke area  tegangan sekitar dislokasi yang menyebabkan penghapusan impuritas dislokasi tegangan kisi .

Gambar 5. Grafik perbandingan konsentrasi Nikel terhadap Tensile Strength dan Elongation.

3.    STRAIN HARDENING

Logam ulet akan lebih kuat ketika mereka terdeformasi plastis pada temperatur di bawah titik leleh ( ≤ 723⁰ C ).

Alasan untuk pengerasan regangan (strain hardening) adalah meningkatkan kerapatan dislokasi dengan deformasi plastik. Jarak rata-rata antara penurunan dislokasi dan dislokasi mulai memblokir gerakan satu sama lain.

Persentase cold work (%CW) sering digunakan untuk menyatakan tingkat deformasi plastis.

 

dimana A₀ adalah area penampang melintang awal, A_d adalah area setelah mengalami deformasi. %CW untuk mengukur tingkat deformasi plastis, digunakan juga untuk regangan.

 

Gambar 6. Grafik Stress dan Strain terhadap deformasi plastis dan pengerjaan dingin.

Yield strength selanjutnya (σ_y0) lebih tinggi dibandingkan inisial yield strength (σ_yi). Ini adalah alasan untuk pengaruh terhadap strain hardening. Yield strength dan hardness akan meningkat  sebagai akibat strain hardening tetapi ductility (keuletan) akan menurun (material menjadi lebih brittle (getas)). Efek Strain Hardening dapat dihilangkan dengan perlakuan panas annealing.

 

Grafik percent cold work terhadap Yield strength, Tensile Strength,dan Ductility

pada 1040 Steel, Brass, dan Copper.

 

DAFTAR PUSTAKA
 

Callister.Jr, William. D, 2001, FUNDAMENTALS OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING, New York: John Wiley & Sons, Inc

Dosen S1 Teknik Mesin UNTAD, 2008, Hand Out Material Teknik, Palu: Universitas Tadulako