39
MET.,\LLURGY
ORIDNTASI KRTSTAL TUNGGAL PADUAN ALUMINIUM 6061 I{arsono Wirjosurnarto
Bagian l\'{esin Departemen l\{csin & Elektro
ICHTISAR
K a z a a t - k a i t e t k r i s t ' a l t u n g g a l d a r i p a d u a n A l u n t i n i u m 6 0 6 1 j u n g dihasilkan dengan tjara ":truin-onnenl", nzempunjui orientast k r i s t a l j a . n g h a n r p i r s a r n a d e n g a n o r i e n t a s i p e n g e r d j u a n d i n g t n d a r i I o g a n t t e r s e b t t t p a d a i u a k t u p e n t b u a t a n k a o a t .
ABSTRAC'T
S i , n g l e c r y s t a l u , i r e s o f 6 0 6 1 ' A l u m i n i u r n a l l o y , u h i c h a r e p r o d u c e d by "strain-anncttl" methotl, neurly haue tlte sante orien-t a orien-t i o n a s orien-t h e c o l d - u o r k o r i e n orien-t a orien-t i o n o f orien-t h e z u i r e ,
1. PF]NCANTAII
Didalam tulisan ini jang diruaksud dengan orientasi krislal dari suatu kristal tunggal, ialah arah dari surrrbu_kristal tcrsebut rclatip tcriradap bidang klistal tertentr-r jang diberi indeks rnenurut sistinr Miller.
Orientasi kristal clari suatu logarn mempunjai p.ngii'th jang besar ter-hadap sifat-sifat logam tersebut. Pengaruh-pensaruh ini dapat dilihat didalarn beberapa hal dibawah ini:
@ P.ttguruh terhadap sifat fisika
Elektron-clcktron logarn akan lebih bcbas bcrgerak apabila logam tcrsebut mernpunjai orientasi kristal jang tertentu.
q!) P.rrgutrrlr terhadap sifat rcknoloqi
Pada proses "dcep drauinq", "eq$g.', jait,r benttrk jane nienjeruyrai ku-ping jang disebabkan karena deforrrrasi jang tidah saura, akan terdjadi apabila pelat-pelat logaru jang dipakai scbagai bahan dasar nrernpunjai orientasi jang tertentu.
@))Pengaruh terhadap sifat rnekanika
Pada logarn-loganr jang rrrcnipunjai orientasi kristal jang tcrtentu, ke-kuatannja akan berubah dengan berubahnja orientasi.
Didalarn artikel ini 'penulis nrencljelaslian hasil-hasil penjclidikannja jan3 dilakuliaq,diluar negeri tentang liristal tungual dali paduan alurriniurn 6061 jang dihasilkan dengan tjara "strain-anneal". Didalarn penjcliclikan tersebut penulis rnelnpergunahan sinar-X sebagai alat utama clalarn perrentuan orien-tasi kristal tunggal.
40
HensoNo Wrnyosuuenro
2. BAHAN DAN ALAT.ALAT
,a. Bahan-bahan
Bahan jang dipergunakan ialah kawat-kawat kristal tunggal dengan diameter 2 mm. dari paduan aluminium 6061 jang dihasilkan dengan tjara "strain-anneal". Tjara penumbuhan kristal tunggal sematjam ini telah di-uraikan. 2) I(omposi,si kimia dari paduan aluminium tersebut diatas adalah sebagai berikut: Mg. Si Fe Cu Cr 0,90o/a 0,57% 0,46% 0,26% 0,24%
Zn
Ti
Al
0,06% 0,02% sisa.
b. Alat-alatAlat jang terpenting ialah unit difraksi sinar-X dengan sasaran wolfram jang berkekuatan 50 KVA. Selain alat ini diperlukan pula kamar gelap jang lengkap dengan fasilitaluntuk mentjutji film hasil pemotretan dengan sinar-X tcrsebut.
3. TIARA MELAKUKAN PENJELIDIKAN
Hal-hal jang dilakukan didalam penjelidikan ini dapat dibagi dalam tiga bagian, jaitu : @ pembuatan kristal tunggal, Q,l pemotretan dengan si-nar-X. dan ()penentuan orientasi,.Pengerrdjaan setjara terperintji dari tiap-tiap bagian diterangkan berturut-turut dibawah ini:
@rl Pembuatan kristal tunggal 2)
Perlu ditjatat bahwa untuk paduan aluirninir"rrrn ini harus dipergunakan deforrnasi kritik sebesar 3,7o/o dan suhu pernanasan 550tC.
Bagan pemotretan .dengan sistim "Laue's Back Reflection"
,l
lir
t
t
t - : '
ORIENTASI KRISTAL TUNGGAL PADUAN ALUMINIUM 6061 41
b. Pemotretan dengan sinar-X'
Pemotretan ini dilakukan dengan sistirn "Laue's Back Reflection" jang susunannja dapat dilihat pada gambar no. I. Kemudian diambil pemotretan dengan kekuatan 35 KVA. dan waktu penjinaran selama 15 menit,
Hasil pernotretan j4g p_e1t35134lq_ IU1UI!{-rj? bglum d3p_a_t dipakai untuk menentukan orientasi dari kriital jang dipotret. _Gambar jang didapat clari pemotretan pertama ini biasanja akan' terlihat seperti gambar no. 2. Dari hasil ini dipilih satu bidang istirnewa, jaitu bidang jang diwa-kili oleh satu titik j?n{menjendiri jang menrpalk3n tftik potong dari deretan-deretan titik jang terdapat. Sesudah itu kedudukan bidang istimewa tersebut terhadap arah datangnja sinar-X diu,kur dengan mernpergunalkan diagram Greninger. Berdasarkan hasil pengukuran ini, kedudukan kawat diputar se-demikian rupa sehingga bidang istimewa jang dipilih menghadap ,kearah datangnja sinar-X, dengan d'idjaga ,agar kedudukan kawat tetap vertikal. Kemudian dilakukan pemotretan jang kedua dimana hasilnja dapat dilihat
pada garnbar no. 3.
Hasil pemotretan jang kedua inilah jang dipakai untuk menentukan orientasi dari kristal iang diselidiki. Pada pemotretan jang kedua ini dapat pula ditentukan bidang apa jang diwakili oleh bidang istirnewa tersebut, dengan melihat headaan simetri dari hasil pemotretannja. Bila terdjadi empat simetri seperti terlihat pada gambar no. 3, maka berarti bahrva bidang isti-mewa tersebut adalah bidang (100). Kalau terdjadi tiga simetri seperti terlihat pada gambar no. 4, berarti bahwa bidang istimewa jang dimaksud adalah bidang (111). Bila terdjadi dua simetri seperti garnbar no.5, berarti bahwa bidangnja adalah bidang (110).
c. Penentuan orientasi
Setelah rnengetahui kedudukan suatu bidang istimewa terhadap arah sinar-X, dengan djalan rr-rengukur besarnja sudut antara normal dari bi-dang tersebut dan arah sinar-X, rnaka kedudukan bibi-dang ini terhadap sumbu kristal dapat ditentuikan.
Kemudian dengan rnerupergunakan net stereografi dari Wulff, sumbu atau orientasi dari kristal tersebut dapat ditentukan kedudukannja clidalam segitiga standar dari projeksi stereografi.
+. HASIL-I{ASrL PERTJOBAAN
Orientasi
dari kristal-kristal
jang diselidiki,
setelah
diolah seperti
diterang-kan diatas,
digambar didalam segitiga
standar
dari projeksi
stereografi.
I
,
d
l , '
1tt'
1 l
o a
atb l d a n r l s t i n e v a
__---___\.
t
o f
' ,
-
-*r
i--l-$n-nt sinar X
d l' t t t
ct
g r
ol
d
f
fl
42
Hansoruo
Wrnyosulranro
Gambar no, 2. Hasil pcmotretan jang pertama.
Gambar no. 3. Hasil pemotretan kedua jang menundjukkan
adanja 4-simetri, jaitu bidang ( 100).
f I I
I
f
l r o o )
o
-L
I
(
0
ft
J t r D
t
* 1 t
t
)
ItJ
t
ORIENTASI KRISTAL TUNGGAL PADUAN ALUMINIUM 6061 43
t
3
o o o
o
t
, t
o
a t
o
o
t
It
Ir'
raa .
c
(rrr)
T.
I
T,
t 1l j 0 .a
Gambar no. 4. I{asii pemotretan dari bidang dengan 3 - s i m e t r i , i a i t u b i d a n g ( 1 1 1 ) .
Gambar no. 5. Hasil pemotretan dari bidang dengan
2-simetri, jaitu bidang (110).
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
I
If
c
I
a ,
I
t
{c Stl+,
o D
3 a
rf
at
10
I t
aa
I
r|
j l. a
44
HansoNo Wrnyosunn,rnto
hasil seluruhnja dapat dilihat pada gambar no. 6. Dari gambar tersebut dapat dilihat djelas bahwa orientasi dari kristal-kristal jang diperoleh berada dise-k i t a r a r a h [110].
[rrr]
[ry]
6 .
f l . L'.
t' 7 .'t ,I
t t2 a2.
o 9 o ta,[roo]
Gambar 'o' 6. Orientasi kristal daram segitiga standar dari projeksi stereografi. A n g k a , - a n g k a m e n u n d j u k k a n nomor kristal jang diselidiki.
5, PEMRAHASAN a. Pembahasan umum
struktur achir dari suatu logam sangat dipengaruhi oreh riwajat perlakuan jang telah diterima oleh logam jang bersangkutan. Ilerhubung dengan har tersebut, maka didalam tulisan ini akan dibahas selangkah demi selangkah tiap-tiap struktur jang dihasilkan dari tiap-tiap proses, jang dilakukan dida-lam pembuatan ikristal tunggal dengan tjara ,'strain_anneal', ini.
ORIENTASI KRISTAL TUNGGAL PADUAN ALUMINIUM 6061
45
Proses-proses jang dilakukan didalam pcmbuatan kristal tunggal ter-sebut dapat disimpulkan dalam tiga tahap, jaitu :
rt)
Pengerdjaan dingin dengan mesin rol jang dilakukan clalarn pe'Inbuatan kawat. Didalam proses ini logam mengalami reduksi luas penampang dari 25 rrim2 mendjadi 3 mmz, atau kira-kira 90% reduksi. Didalanr pem-bahasan selandjutnja proses ini akan disebut "cold-working".
2. P.-urlurun dari kawat.kawat hasil pengerdjaan tersebut diatas sampai 550oC ja.ng selandjutnja akatn diseb,ut "annealin,g".
I(awat-karvat jang sudah dipanaskan ditarik sehingga terdjadi regangan kritik sebesar 3,7/o dan kernudian dipanaskan lagi pada suhu 550oC. Proses inilah sebenarnja jang merubah kawat-kawat tersebut mendjadi kristal-kristal tunggal dan selandjutnja akan disebut dengan "strain-anneal".
Pernbahasan selandjutnja aikan disesuaikan dengan tahap-tahap penger-djaan seperti diatas, jaitu: orientasi hasil dari "cold-work", orientasi hasil dari "annealing", dan orientasi hasil dari "strain-anneal".
b. Orientasi dari hasil "cold-work"
"Cold-work" jang dilakukan disini ialah pengerolan melalui rol-rol se-perti terlihat pada gambar no. 7. Dari gambar tersebut dapat dilihat bahwa pengerolan sebenarnja adalah proses deformasi tekan.
Menurut Schmid dan Boas, apabila logam mengalami deformasi karena gaja tekan murni, rnaka arah slip dari logam tersebut akan berputar relatip terhadap sumbu gaja jang mernenuhi persamaan :
sin X
rin Xo
dengan
Xo : sudut antara arah slip dan arah gaja sebelum deformasi. X = sudut antara arah slip dan arah gaja sesudah deformasi. h0 : tebal logam pertjobaan sebelum deformasi.
h : tebal logam pertjobaan sesudah deformasi. ho h
46
I le,nsoNo
Wlnlosulr,tnro
G a m b a l n o . 7 . B a g a n p e n g e r o l a n k a w a t
Pcrllrtaran tclscbrrt daltat diiihat densan djelas didalam sambar no. B. Dari gambar ini dan dari pcrsamaan Sclimicl dan Boas, dapat diambil ke-siri'rpulan balrrva pada deforrnasi tckan arah slip akan bcrputar mendjauhi srrrnbtr eaja. l).je<li clriclalam proses penscrolan cljclaslah bahwa arah slip djug:r akan berprrtar mcncljauhi suntbu gaja atau berputar menclckati sumbu kawat. D i c l a l a r r r h a l a l r r n r i n i L n n , j a n g t c l m a s u i i d a l a m d j c n i s "Facc-centered Cubic Mctals" (logam "FCC"), tcranglah bahrva sesudah rnensalarni "cold-rvork". dcrlLi;an clcl'orrnasi scLl)cser kira-liira 90.o/o, kawat-karvat aluminium jang c l i l i a s i l l i a n a k a n r n c r n l ; L r n j a i o r i e n t a s i s e k i t a r [110], karena telah diketahui bahr,va arah slip clari log-arnr "FCC" adalah arah [i10].
b .
1 .
Orientasi hasil dari "anncaling"
Dua orier-itasi rn,trnqiiin terdjadi sebagai hasil "annealing", jaitu :
Dipertahankannja orientasi dari "cold-work".
Terdjadi orientasi bam jang sama dengan orientasi "cold-u'ork", diputar dengan sudut 30o sarnpai 40o dengan arah [111] sebagai sumbu putaran.
2.
ORIENTASI KRISTAL TUNGGAL PADUAN ALUMINIUM 606I
( . i a r n l r a r lo. [J. Bagan proses pcrrt:kanan. a . S c b e l r u n d e f o r r n a s i . b . S c s u d a h d c f o l n r a s i .
Didalarn penjelidikan ini, kecltra hal terscbut diatas ticlak besittr dibe-riakan. karr:rra "t'olcl-rvork" ticlark nrenjcbabkan orientasi tepat pada arah [110], melainkan disekitar arah.tersebut. Djadi sesudah proses "annealing", \\ralaul)un tcrdjadi oricntasi bam dengan perputaran sampai 40o, kawat-karvat aluttrinium tersebut nrasih akan tetap nrernpunjai orientasi disekitar arah [110], sebab hasil-hasil pertjobaan jang dilakukan masih berada didalam daerah perputaran 40o.
c. Orientasi hasil dari "strain anneal"
Didalanr proses "stLain-anneal" ini karvat alurninium tersebut ditarik dengan deforrnasi kritik sebesar 3,7'/o dan kernudian dipanaskan pada suhu 550oC dalanr rvaktu jang tjukup lama, Deformasi jang dilakukan disini tu-djuannja ialah untuk uremberiil<an energi eksitasi dalam pembentukan be-berapa inti jang stabil ; sedangkan pemanasan diperlukan untuk menurnbuh-kan inti-inti tersebut nrendjadi kristal-kristal. Karena inti jang terbentuk hanja beberapa, maka akan terdjadi kristal-kristal besar jang merupakan kristal-ikristal tunggal apabila kristal-kristal tersebut dipotong sendiri-sendiri.
47
erah sll
48
Hlnsoxo Wrn;osuulnro
Sesuai dengan persamaan Schmid dan Boas, regangan tarik kritik se-be.sar 3,7/o ini menjebabkan orientasi kawat berubah sedikit dari orientasi semula. Tetapi karena deformasi kritik tersebut (hanja) ketjil sekali, maka perubahan tersebut tidak membawa perubahan besar terhadap orientasi
se-:
. . 1 t t : , i
Djadi djelaslah bahwa kristal-kristal tunggal jang terdjadi akan tetap mempunjai orientasi disekitar arah [10], jaitu suatu orientasi jang hampir sama dengan orientasi hasil "cold-work".
6. KESIMPULAN
1. Pengerolan dingin dengart deformasi jang besar menjebabkan kawat alu-minium jang terdjadi mempunjai orientasi mendekati arah [110]. 2. Pemanasan hasil dari pengerdjaan dingin dengan deformasi jang besar
pada suhu jang relatip tinggi, tidak banjak merubah orientasi.
3. Kristal-kristal tunggal dari kawat alurninium jang dihasilkan dengan tjara "strain-anneal", mernpunjai orientasi hampir sama dengan orientasi dari kawat jang membentuknja.
7. ITEFERENSI
1. Harsono Wirjosumarto, "A Study of the Deformation Effect o{ Pre-strain-ing lPrior to the AgPre-strain-ing Process of SPre-strain-ingle Crystals of 6061 Alu-minium Alloy", Thesis, University of Kentucky 1963
2. Harsono Wirjosumarto, "To Grow Single Crystals of 6061 Aluminium Alloy", Proceedings ITB, 3 (4), 205 (1965)
3. Charles S. Barrett, "structure of Metals", Mc Graw Hill Book Company, Inc., New York; 1952, pp. 442-509
