MAKALAH METALURGI FISIK MENGENAI
METODE PENGUATAN LOGAM
Dosen :
Harnowo Supriadi, ST, MT
Oleh :
Nama : Okta Syahputra Sembiring NPM : 1415021065
LABORATORIUM MEKATRONIKA JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMPUNG
KATA PENGANTAR
Dengan memanjatkan puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena atas rahmat serta izin-Nya lah kami dapat menyelesaikan makalah metalurgi fisik mengenai “Penguatan Logam” untuk menyelesaikan makalah ini untuk penyelesaian tugas dari mata kuliah Metalurgi Fisik.
Makalah ini dapat terselesaikan tidak lepas karena bantuan dan dukungan dari berbagai pihak yang dengan tulus dan sabar memberikan sumbangsih berupa ide-ide dan bahan tambahan yang menunjang pembuatan makalah ini. Makalah ini kami susun untuk membantu proses pembelajaran mahasiswa khususnya untuk mahasiswa Teknik Mesin.
Kami menyadari bahwa masih terdapat banyak kekurangan yang terdapat dalam makalah yang kami buat. Oleh karena itu kami meminta saran dari bapak Dosen untuk penyempurnaan makalah ini. Sebagai penulis, Kami berharap semoga makalah ini dapat memberikan manfaat bagi pembaca.
Bandar Lampung, 13 Juni 2015
BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Logam merupakan bahan material yang memiliki ketahanan yang lebih kuat dibandingkan dengan bahan material lainnya. Logam juga merupakan konduktor terhadap listrik serta panas yang sangat baik. Pemakaian kogam diperkirakan pada masa mendatang masih terbuka luas baik sebagai material utama maupun material pendukung dengan ketersediaan bijih logam di bumi yang melimpah. Dalam kehidupan sehari-hari, banyak peralatan disekitar kita yang menggunakan material-material seperti logam sebagai bahan baku utamanya. Seperti baterai, kompor, penyangga bangunan dll. Bahan Logam dipilih untuk digunakan sebagai salah satu bahan baku utama dikarenakan memiliki tekstur yang lebih kuat karena mampu menahan beban yang berat serta memiliki kekerasan diatas bahan material yang lain seperti plastik, karet, polymer dsb.
B. Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang diuraikan diatas, kita dapat mendapatkan masalah :
1. Bagaimana cara sifat logam diubah menjadi sifat yang lebih baik dari yang sebelumnya.
2. Metode apa saja yang dapat digunakan untuk menambah kekuatan suatu logam.
3. Bagaimana mendapatkan keuntungan yang lebih besar dengan perlakuan pada logam yang diuji.
C. Tujuan
Adapun tujuan dari makalah ini adalah :
1. Dapat mengetahui langkah serta prosedur untuk merubah sifat logam. 2. Mengetahui pengerjaan yang tepat untuk mendapatkan hasil yang
diinginkan.
BAB II PEMBAHASAN
A. Logam
Logam merupakan pali kristal yang terdiri dari banyak kristal yang tersusun secara teratur. Logam memiliki berbagai jenis sesuai unsur penyusunnya. Logam dibuat dari bijih besi yang dijumpai di alam.
1. Pengertian Logam.
Logam merupakan unsur kimia yang memiliki sifat kuat, keras, liat, merupakan penghantar panas dan listrik, serta mempunyai titik lebur tinggi. Benda logam pada awalnya dibuat dari bijih logam, dimana bijih logam dapat diperolah dengan cara menambang baik yang berupa bijih logam murni maupun yang bercampur dengan materi lain. Bijih logam yang diambil dalam keadaan murni diantaranya adalah emas, platina, perak, bismus dll. Sedangkan ada juga bijih logam yang bercampur dengan unsur lain seperti tanah liat, fosfor, silikon, karbon, serta pasir.
2. Sifat dan Fungsi Logam.
Fungsi logam adalah digunakan untuk bahan-bahan teknik yang penting, dipakai untuk kontruksi mesin, kendaraan jembatan, bangunan dan pesawat terbang.
Sifat-sifat logam di antaranya adalah a) Tahan panas.
3. Macam-macam Logam.
Logam terdiri dari dua macam:
a) Logam ferro yaitu logam yang mengandung unsur-unsur besi dan baja. Sifat-sifatnya: 6) Mempunya titik cair yang tinggi.
b) Logam Non Ferro yaitu logam yang tidak mengandung unsur besi dan baja. Logam non ferro terdiri dari tiga macam:
1) Logam berat.
Contoh ; tenbaga (Cu), nikel (Ni), seng (Zn), dll 2) Logam ringan.
Contoh ; allumanium (Al), timah (T) 3) Logam mulia.
Contoh ; emas (Au), mangan (Mn).
4. Sifat Fisik Logam
Logam mempunyai sifat fisik yang menyatakan kemampuan suatu logam dalam menerima suatu beban atau gaya tanpa mengalami kerusakan pada logam tersebut:
a) Kekuatan (strength).
Kemampuan material logam dalam menerima gaya berupa tegangan tanpa mengalami patah. Ada beberapa jenis kekuatan tergantung jenis bahan yang dipakai diantaranya ; kekuatan tekan, tarik, kerja dan geser.
b) Kekerasan (hardness).
Kemampuan material logam dalam menerima gaya berupa penetrasi pengikisan dan pergeseran sifat ini berhubungan dengan sifat
c) Kekakuan (stiffness). gaya dihilangkan. Hal ini terjadi sebelum masuk wilayah plastis. f) Plastisitas (plasticity).
Kemampuan bahan dalam mengalami sejumblah deformasi permanen sebelum terjadi patah, hal ini setelh masuk wilayah plastis. g) Mulur (creep).
Menyatakan kecendrungan logam mengalami deformasi plastis apabila diberi gaya dalam jangka waktu tertentu.
h) Kelelahan (fatigue).
Merupakan kemampuan material dalam menahan beban secara terus menerus.
B. Mekanisme Penguatan Logam
kemudahan yang bergerak dislokasi. Menjepit poin, atau lokasi dalam kristal yang menentang gerakan dislokasi dapat diperkenalkan ke dalam kisi untuk mengurangi mobilitas dislokasi , dengan demikian kekuatan mekanik meningkat. Mekanisme penguatan pada material logam merupakan hubungan antar pergerakan dislokasi dan sifat mekanik dari logam. Kemampuan suatu material logam untuk di ubah secara plastis tergantung pada kemampuan dislokasi untuk dapat bergerak. Denagn mengurangi pergerakan dislokasi, kekuatan mekanik dapat di tingkatkan, dimana di sebabkan energi mekanik yang di butuhkan untuk membuat deformasi plastis akan semakin besar. Sebaliknya apabila pergerakan dislokasi tidak ada yang menahan, logam akan lebih mudah untuk terdeformasi. Secara umum mekanisme penguatan yang di gunakan pada material logam adalah melalui pengerasan regang, penguatan larutan padat, penguatan presipitasi, dan penguatan batas butir. Mekanisme penguatan memiliki 3 metode yaitu Pengerasan Tegangan (Strain Hardening), Penguatan Larutan Padat (Solid-Solution Strengthening), Penghalusan Butin (Grain-Size Reduction).
1. Grain-size reduction (penghalusan butir).
Penghalusan butir adalah salah satu cara yang efektif bagi penguatan yang dihasilkan dengan menghalangi pergerakan dislokasi di sekitar batas butir. Dengan mengecilnya ukuran dari butir akan meningkatkan batas butir per unit volume dan mengurangi garis edar bebas dari slip yang berkelanjutan. Pergerakan selanjutnya membutuhkan tegangan yang tinggi untuk membuka atau menghasilkan suatu dislokasi baru pada butir berikutnya.
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. 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.
Gambar 2.2 Grafik perubahan Grain size terhadap yield strength dan diameter butir pada paduan kuningan 70Cu–30 Zn.
Penurunan ukuran butir biasanya lebih baik dalam meningkatkan ketangguhan. Dalam banyak hal, variasi yield strength dengan ukuran butir mengacu pada persamaan Hall-Petch:
σ y = σ 0 + k y d...(2.1) Keterangan:
σ0 adalah tegangan geser yang berlawanan arah dengan pergerakan dislokasi pada butir.
Walaupun demikian, pengaruh ukuran butir terhadap sifat mekanis memiliki batasan dimana butir yang terlalu halus (<10nm) akan menurunkan sifat mekanis akibat grain boundary sliding. Diameter ukuran butir d dapat di kontrol melalui :
a) Laju pembekuan (solidification), b) Deformasi plastis,
c) Perlakuan panas (heat treatment) yang sesuai.
Struktur butir dengan kehalusan tinggi pada material baja dapat diperoleh dengan kombinasi dari proses pengerjaan panas dan pendinginan terkendali serta pengaruh penambahan paduan. Dalam hal ini ukuran butir dikendalikan melalui pengaturan temperatur dan besar deformasi dalam suatu konsep perlakuan thermomekanik atau TMCP.
2. Pengerasan Endapan (Precepitation Hardening )
Agar sistem paduan untuk dapat menjadi presipitasi-diperkuat, harus ada solusi yang solid terminal yang memiliki kelarutan padat menurun karena penurunan suhu. Al-Cu (Duralumin adalah paduan aluminium kelompok 2XXX) Dalam upaya untuk memahami penguatan dramatis paduan ini , Paul D. Merica dan rekan -rekannya mempelajari kedua pengaruh berbagai perlakuan panas pada kekerasan alloy dan pengaruh komposisi kimia pada kekerasan . Di antara yang paling penting dari temuan mereka adalah pengamatan bahwa kelarutan CuAl2 dalam aluminium meningkat dengan meningkatnya suhu .
Meskipun fase tertentu yang bertanggung jawab untuk pengerasan ternyata terlalu kecil untuk diamati secara langsung , pemeriksaan optik mikro memberikan identifikasi beberapa tahapan lain yang hadir . Para penulis melanjutkan untuk mengembangkan penjelasan mendalam untuk perilaku pengerasan Duralumin yang cepat menjadi model yang tak terhitung yang modern paduan kekuatan tinggi telah dikembangkan .
Mereka meringkas empat fitur utama dari teori Duralumin asli :
a) Usia - pengerasan ini dimungkinkan karena hubungan - suhu kelarutan konstituen pengerasan dalam aluminium.
b) Konstituen pengerasan adalah CuAl2.
c) Pengerasan disebabkan oleh pengendapan konstituen dalam bentuk lain daripada dispersi atom , dan mungkin dalam bentuk molekul , koloid atau kristal halus.
d) Efek pengerasan CuAl2 dalam aluminium dianggap berkaitan dengan ukuran partikel nya .
Proses presipitasi - pengerasan melibatkan tiga langkah dasar :
homogen ( α ) diproduksi . Presipitat θ dilarutkan dalam langkah ini dan setiap segregasi hadir dalam paduan asli berkurang .
b) Quenching adalah langkah kedua di mana α padat didinginkan secara cepat membentuk larutan padat jenuh dari αSS yang berisi kelebihan tembaga dan bukan merupakan struktur keseimbangan . Atom tidak punya waktu untuk berdifusi ke situs nukleasi potensial dan dengan demikian presipitat θ tidak membentuk .
c) Aging adalah langkah ketiga dimana α jenuh , αSS , dipanaskan di bawah suhu solvus untuk menghasilkan endapan terdispersi halus . Atom berdifusi hanya jarak pendek pada suhu penuaan ini. Karena α jenuh tidak stabil , atom tembaga ekstra menyebar ke berbagai situs nukleasi dan presipitat tumbuh. Pembentukan endapan terdispersi halus dalam paduan adalah tujuan dari proses presipitasi -pengerasan . Presipitat baik dalam paduan menghambat pergerakan dislokasi dengan memaksa dislokasi baik memotong melalui partikel yang diendapkan atau pergi di sekitar mereka . Dengan membatasi gerakan dislokasi selama deformasi , paduan diperkuat .
3. Solid-solution alloying (paduan larutan padat)
Gambar 2.3 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 2.4 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 .
4. Pengerasan Tegangan (Strain Hardening )
Strain hardening (pengerasan regangan) adalah penguatan logam untuk deformasi plastik (perubahan bentuk secara permanen atau tidak dapat kembali seperti semula). Penguatan ini terjadi karena dislokasi gerakan dalam struktur kristal dari material. Deformasi bahan disebabkan oleh slip (pergeseran) pada bidang kristal tertentu. Jika gaya yang menyebabkan slip ditentukan dengan pengandaian bahwa seluruh atom pada bidang slip kristal serempak bergeser, maka gaya tersebut akan besar sekali. Dalam kristal terdapat cacat kisi yang dinamakan dislokasi. Dengan pergerakan dislokasi pada bidang slip yang menyebabkan deformasi dengan memerlukan tegangan yang sangat kecil. Kalau kristal dipotong menjadi pelat tipis dan dipoles secara elektrolisa, maka akan terlihat di bawah mikroskop elektron, sejumlah cacat yang disebut dislokasi. Dislokasi merupakan cacat kisi yang menentukan kekuatan bahan berkristal. Karena adanya tegangan dari luars, dislokasi akan bergerak kepermukaan luar, sehingga terjadi deformasi. Selama bergerak dislokasi bereaksi satu sama lain. Hasil reaksi ada yang mudah bergerak dan ada yang sulit bergerak. Yang sulit bergerak berfungsi sebagai sumber dislokasi baru (multiplikasi dislokasi). Sehingga kerapatan dislokasi semakin tinggi. Semakin tinggi kerapatan dislokasi, maka semakin sulit dislokasi bergerak sehingga kekuatan logam akan naik.
Tegangan di daerah elastis sampai sekitar titik mulur didapat dengan jalan membagi beban oleh luas penampang asal batang uji, biasanya dipakai pada perencanaan mesin – mesin. Tegangan ini dinamakan tegangan teknis atau tegangan nominal. Ketika deformasi bertambah, maka luas penampang batang uji menjadi lebih kecil sehingga tegangan dapat dinyatakan dalam tegangan sebenarnya. Kekuatan tarik atau kekuatan maksimum yang dinyatakan dalam tegangan teknis atau tegangan nominal sering dipakai dalam bidang teknik. Hubungan antara tegangan sebenarnya dan regangan sebenarnya didekati oleh persamaan
ε’ = ln ( l / lo ) ε’ = ln ( 1 + ε )
σ’ = K ε’ n...(2.2) Keterangan:
n = eksponen pengerasan regangan (ukuran pengerasan) 1 = koefisien kekuatan
K dan n adalah konstanta yang ditentukan oleh jenis bahan dan keadaan deformasi tertentu.
Gambar 2.6 Grafik Stress dan Strain terhadap deformasi plastis dan pengerjaan dingin.
Berikut adalah nilai K dan n. Hubungan antara elastisitas dan strain hardening. Pada daerah elastic bahan mengikuti Hukum Hook.
( E = σ / ε)...(2.3)
Kemudian setelah melewati titik luluh Y akan mengalami deformasi plastis. Seperti yang telah dijelaskan, deformasi berlanjut jika tegangan bertambah sehingga K lebih besar dari Y dan n lebih dari 0. Flow curve biasanya dinyatakan dalam sebagai fungsi linier dengan sumbu logaritma. Kebanyakan logam ulet (ductile) bersifat seperti ini
1. Factor yg mempengaruhi 2. Dengan dislokasi
3. Dengan perlakuan panas 4. Contoh pengerjaannya d roll
5. Data yang mendukung contohnya material apa,kekuatannya brp,dll.
Persentase cold work (%CW) sering digunakan untuk menyatakan tingkat deformasi plastis. Yield strength selanjutnya (σy0) lebih tinggi
dibandingkan inisial yield strength (σyi). Ini adalah alasan untuk pengaruh
BAB III PENUTUP
A. Kesimpulan
Logam Merupakan bahan material yang memiliki ketahanan yang lebih kuat dibandingkan dengan bahan material lainnya. Kekuatan logam tersebut ada yang didapat dengan cara alami dan juga ada yang diberi perlakuan yang dapat menguatkan logam. Penguatan pada logam merupakan sebuah perlakuan untuk menambahkan sifat logam menjadi sifat yang lebih baik dibandingkan sifat aslinya. Penguatan pada logam dapat dilakukan dengan cara Grain-size reduction (penghalusan butir), Solid-solution alloying (paduan larutan padat) dan Strain hardening (pengerasan tegangan).
Penguatan pada logam tersebut dilakukan supaya produsen mendapatkan keuntungan yang lebih baik dan konsumen juga mendapatkan kualitas yang lebih baik dari sifat asli logam tersebut.
B. Saran
DAFTAR PUSTAKA
Rosdiana. 2014 “Makalah material teknik”. Dapat diakses pada http://www.slideshare.net/herarosdiana9/makalah-tentang-mekanisme-penguatan-material. Diakses pada 19 Juni 2015 pada pukul 14.00 WIB.
Widyastuti. 2009. “Rekayasa proses penguatan material”. Dapat diakses pada http://lib.ui.ac.id/file?file=digital/129830D%2000933%20%20 Rekayasa % 20proses--Pendahuluan.pdf. Diakses pada tanggal 19 Juni 2015 pada pukul 14.30 WIB.
Febriyan, 2010. “ Penguatan Logam” Dapat diakses pada http://s3. amazonaws.com/academia.edu.documents/3689794/14092706penguatan logam.pdf.html. Diakses pada tanggal 20 Juni 2015 pada pukul 10.00 WIB.
Erikson, 2010. “Mekanika Penguatan pada Logam”. Dapat diakses pada http://daviderikson.blogspot.com/2010/02/ mekanika – penguatan - pada-logam.html. Diakses pada tanggal 20 Juni 2015 pada pukul 11.00 WIB
