6 6 2 3 -T a u fi q u r R a ch m a n h t t p : / / t a u f i q u r r a c h m a n . w e b l o g . e s a u n g g u l . a c . i d
TIN107 – Material Teknik
Materi #3
1 TIN107 - Material Teknik
h t t p : / / t a u f i q u r r a c h m a n . w e b l o g . e s a u n g g u l . a c . i d 6 6 2 3 -T a u fi q u r R a ch m a n
Dislokasi
2 Logam terdiri dari kristal yang merupakan susunan atom
yang beraturan
Dalam kristal terdapat cacat kisi yang dinamakan dislokasi Pergerakan dislokasi ke permukaan akan menjadi
deformasi
Suatu kristal logam tanpa dislokasi akan berkekuatan
10.000 kali kekuatan sesungguhnya
Kristal logam umumnya mengandung 105~108 cm/cm3
dislokasi
Pemberian deformasi plastis atau pengerjaan dingin akan
h t t p : / / t a u f i q u r r a c h m a n . w e b l o g . e s a u n g g u l . a c . i d 6 6 2 3 -T a u fi q u r R a ch m a n
Mekanisme Deformasi Logam
Materi #3 TIN107 - Material Teknik
3
Kekuatan teoritis dari kristal yang sempurna jauh
lebih tinggi dari pada yang sebenarnya diukur.
Perbedaan
dalam
kekuatan
mekanis
dapat
dijelaskan oleh dislokasi.
Pada
skala
makroskopik,
deformasi
plastis
berhubungan dengan gerakan sejumlah besar atom
sebagai respons terhadap tekanan yang diberikan.
Ikatan yang ada dalam atom pecah dan melakukan
reformasi.
h t t p : / / t a u f i q u r r a c h m a n . w e b l o g . e s a u n g g u l . a c . i d 6 6 2 3 -T a u fi q u r R a ch m a nJenis Dislokasi
41.
Edge Dislocation
(dislokasi tepi), penyimpangan
kisi lokal yang terjadi disekitar akhir daerah
extra half-plane
(setengah bidang tambahan)
dari atom.
2.
Screw Dislocation
(dislokasi ulir), dislokasi yang
dihasilkan dari penyimpangan geser.
3.
Mixed
Dislocation
(dislokasi
campuran),
dislokasi pada material kristalin (
crystalline
)
yang memiliki keduanya (komponen
edge
dan
h t t p : / / t a u f i q u r r a c h m a n . w e b l o g . e s a u n g g u l . a c . i d 6 6 2 3 -T a u fi q u r R a ch m a n
Edge Dislocation
(Dislokasi Tepi)
Garis dislokasi tepi:
searah dengan bidang
Atom di atas garis
dislokasi berada dalam kompresi (tekanan), dan yang di bawah dalam tegangan.
Materi #3
5
TIN107 - Material Teknik
Extra half-plane(tambahan setengah bidang) dari atom
Sumber:
A. G. Guy, Essentials of Materials Sciences
Simbol h t t p : / / t a u f i q u r r a c h m a n . w e b l o g . e s a u n g g u l . a c . i d 6 6 2 3 -T a u fi q u r R a ch m a n
Screw Dislocation
(Dislokasi Ulir)
6
Dislokasi ulir (screw dislocation) dalam sebuah
kristal
Tampak atas dislokasi ulir (screw dislocation), AB adalah garis dislokasi ulir
Simbol
h t t p : / / t a u f i q u r r a c h m a n . w e b l o g . e s a u n g g u l . a c . i d 6 6 2 3 -T a u fi q u r R a ch m a n
Gerak Dislokasi
Secara bertahap memecahkan ikatan.
Jika dislokasi tidak bergerak, deformasi tidak
akan terjadi, namun akan terjadi retakan
(
fracture
) seperti keramik.
Materi #3
7
TIN107 - Material Teknik
Gambaran persamaan antara ulat dan gerak dislokasi
h t t p : / / t a u f i q u r r a c h m a n . w e b l o g . e s a u n g g u l . a c . i d 6 6 2 3 -T a u fi q u r R a ch m a n
Penggolongan Dislokasi & Material
(1)
Metals (Logam):
Logam: gerak dislokasi lebih mudah
Tidak ada arah ikatan
Arah tumpukan-padat untuk slip.
8
Ion Cores (Inti Ion) Electron Cloud (Awan Elektron)
h t t p : / / t a u f i q u r r a c h m a n . w e b l o g . e s a u n g g u l . a c . i d 6 6 2 3 -T a u fi q u r R a ch m a n
Penggolongan Dislokasi & Material
(2)
Covalent Ceramics (Si, Diamond):
Sulit bergerak.
Arah ikatan angular/membentuk sudut.
Materi #3
9
TIN107 - Material Teknik
h t t p : / / t a u f i q u r r a c h m a n . w e b l o g . e s a u n g g u l . a c . i d 6 6 2 3 -T a u fi q u r R a ch m a n
Penggolongan Dislokasi & Material
(3)
Ionic Ceramics (NaCl):
Sulit bergerak.
Perlu untuk menghindari ++ dan – saling
berdekatan.
10h t t p : / / t a u f i q u r r a c h m a n . w e b l o g . e s a u n g g u l . a c . i d 6 6 2 3 -T a u fi q u r R a ch m a n
Density
(Kepadatan) Dislokasi
Materi #3 TIN107 - Material Teknik
11
Total panjang dislokasi per satuan volume material.
Atau, jumlah dislokasi yang bersinggungan dengan satuan
luas sebuah bagian secara acak.
Umumnya menentukan kekuatan material.
Metals (dipadatkan) : 103 mm-2 Metals (dideformasi/berubah bentuk) : 109-1010 mm-2 Metals (dipanaskan) : 105-106 mm-2
Keramik : 102-104 mm-2
Silikon kristal tunggal : 0.1-1 mm-2
h t t p : / / t a u f i q u r r a c h m a n . w e b l o g . e s a u n g g u l . a c . i d 6 6 2 3 -T a u fi q u r R a ch m a n
Daerah Bidang Regangan
Edge dislocation
(disloksai tepi): kompresi/tekanan (di atas garis dislokasi) & tegangan (di
bawah garis dislokasi)
Screw dislocation
(dislokasi ulir): pergeseran bidang tekanan & regangan menurun dengan jarak radial dari garis dislokasi
12
Sumber:
W. G. Moffat, G. W. Pearsall, dan J. Wulff, The Structure and Properties of Materials
h t t p : / / t a u f i q u r r a c h m a n . w e b l o g . e s a u n g g u l . a c . i d 6 6 2 3 -T a u fi q u r R a ch m a n
Interaksi Dislokasi
Materi #3 13TIN107 - Material Teknik
Bidang regangan dari satu dislokasi dapat
mempengaruhi dislokasi sekitarnya.
Dua dislokasi yang serupa dapat saling tolak.
Dislokasi yang berbeda dapat saling menarik dan
memusnahkan satu sama lain.
h t t p : / / t a u f i q u r r a c h m a n . w e b l o g . e s a u n g g u l . a c . i d 6 6 2 3 -T a u fi q u r R a ch m a n
Sistem Slip
14 Dislokasi tidak bergerak dengan tingkat kemudahan
yang sama pada semua bidang dan arah kristalografi.
Ada bidang yang lebih disukai (bidang slip) dan
arah yang diinginkan (arah slip).
Bidang slip adalah bidang dengan kepadatan planar
yang lebih tinggi dari atom.
Arah slip adalah garis linier dengan kepadatan yang
tinggi.
h t t p : / / t a u f i q u r r a c h m a n . w e b l o g . e s a u n g g u l . a c . i d 6 6 2 3 -T a u fi q u r R a ch m a n
Sistem Slip – Contoh FCC
Materi #3
15
TIN107 - Material Teknik
Bidang Slip {111}:
Balutan atom yang padat,
Arah Slip ‹110›:
Kepadatan linier tertinggi,
h t t p : / / t a u f i q u r r a c h m a n . w e b l o g . e s a u n g g u l . a c . i d 6 6 2 3 -T a u fi q u r R a ch m a n
Slip Dalam Kristal Tunggal
16
Kristal tunggal mudah untuk dikondisikan, dapat digeneralisasi menjadi polycrystal.
Terlepas dari jenis tekanan yang diberikan pada material, deformasi plastis atau gerak dislokasi terjadi karena tegangan geser.
Beberapa komponen tekanan yang diberikan merupakan tegangan geser pada sepanjang bidang slip dan arah slip.
Komponen ini disebut penyelesaian (resolved) tegangan geser
h t t p : / / t a u f i q u r r a c h m a n . w e b l o g . e s a u n g g u l . a c . i d 6 6 2 3 -T a u fi q u r R a ch m a n
σcosλcosυ
=
A/cosυ
Fcosλ
=
τ
RResolved
(Penyelesaian) Tegangan Geser (
R)
Materi #3 TIN107 - Material Teknik
17 slip plane normal, ns
ns
A
As
h t t p : / / t a u f i q u r r a c h m a n . w e b l o g . e s a u n g g u l . a c . i d 6 6 2 3 -T a u fi q u r R a ch m a nCritical Resolved Shear Stress
(CRSS)
Kondisi untuk gerak dislokasi:
R>
CRSS
Orientasi kristal dapat membuat gerak dislokasi
menjadi mudah atau sulit.
R=
cos λ cos f
Kemungkinan
maksimum:
R=
/2
sehingga
y= 2
CRSS 18h t t p : / / t a u f i q u r r a c h m a n . w e b l o g . e s a u n g g u l . a c . i d 6 6 2 3 -T a u fi q u r R a ch m a n
Contoh BCC
Sistem Slip : {110}<111>𝜙 = 45° dan 𝜆 = tan-1(a2/a) = 54.7°
𝜏 atau 𝜎 dapat dihitung jika salah satu dari 𝜙 atau 𝜆 telah
diketahui
Materi #3
19
TIN107 - Material Teknik
h t t p : / / t a u f i q u r r a c h m a n . w e b l o g . e s a u n g g u l . a c . i d 6 6 2 3 -T a u fi q u r R a ch m a n
Gerak Dislokasi
Polycrystals
Bidang dan arah slip (𝜆, 𝜙) berubah dari
satu kristal ke kristal lain.
𝜏Rakan bervariasi dari satu kristal dengan
kristal lain.
Pertama kristal dengan 𝜏Ryields tertinggi. Kemudian kristal lainnya yang yield kurang
baik.
Material Polycrystalline umumnya lebih
kuat dibanding kristal tunggal, karena kendala geometris dan kebutuhan tekanan yield yang lebih besar.
20
66 23 -T au fiq ur R ac hm an Materi #3 TIN107 - Material Teknik
21
