31
Politeknik Negeri Madura MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 www.poltera.ac.id

properties of metal alloys

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: properties of metal alloys

Politeknik Negeri Madura

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 www.poltera.ac.id

Page 2: properties of metal alloys

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 www.poltera.ac.id

STRUKTUR DAN SIFAT STRUKTUR DAN SIFAT LOGAMLOGAMSTRUKTUR DAN SIFAT STRUKTUR DAN SIFAT LOGAMLOGAM

INLASTEKSURABAYA 17 JANUARI 2009

INLASTEKSURABAYA 17 JANUARI 2009

Page 3: properties of metal alloys

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 www.poltera.ac.id

PENGETAHUAN BAHANPENGETAHUAN BAHAN

• PENGELOMPOKAN MATERIA• METALLIC MATERIAL

– Steel» High alloy steel (baja paduan tinggi)» Low alloy steel (baja paduan rendah)

– Cast Iron» White cast iron (besi cor putih)» Gray cast iron (besi cor kelabu)» Nodular cast iron (besi cor nodular)» Malleable cast iron(besi cor mampu

tempa)

• NON METALLIC MATERIAL

Page 4: properties of metal alloys

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 www.poltera.ac.id

KLASIFIKASI MATERIALKLASIFIKASI MATERIAL

Page 5: properties of metal alloys

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 www.poltera.ac.id

SIFAT MATERIALSIFAT MATERIAL

• SIFAT FISIK : Sifat yg dikaitkan dg kondisi/karakteristik material yg bersangkutan : titik cair, koefisien muai, konduktifitas panas, densitas dll

• SIFAT TEKNOLOGI : Sifat yg dikaitkan dg kemudahan material untuk diproses : machinability, castability, weldability, formability

• SIFAT MEKANIK : Sifat yang menunjukkan kelakuan material bila diberi beban mekanik : kekuatan, kekerasan, ketangguhan, kelelahan, kemuluran dll

Page 6: properties of metal alloys

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 www.poltera.ac.id

MECHANICAL TESTING (Untuk mengetahui sifat mekanik material)

• Uji Tarik :– UTS, Yield strength, elongation, – ductility, reduction of area, toughness– ASTM E8, ASTM D68, ASME IX

• UJI IMPAK :– Ketangguhan, Temperatur transisi, ductility– ASTM E23

– Prinsip energi potensial

Page 7: properties of metal alloys

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 www.poltera.ac.id

• Uji Kekerasan :• ASTM E 10, ASTM E92, ASTM E18, ASTM

E384• Brinnel hardness test• Meyer hardness test• Vickers hardness test• Knoop hardness test• Rockwell hardness test

• Uji Bending• Uji fatigue

Page 8: properties of metal alloys

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 www.poltera.ac.id

STRUKTUR KRISTAL DAN STRUKTUR KRISTAL DAN DEFORMASIDEFORMASI

• Semua zat terdiri dr atominti (proton & neutron)dikelilingi elektron

• Jumlah elektron pd sel terluar samamgrupnya sama, sifat2nya hampir sama

• Atom: bagian terkecil dr suatu material, membuat ikatan dg atom lain/sejenis molekul, ikatan yg terjadi:– Ikatan ionic– Ikatan Kovalent– Ikatan Logam

Ionic bonding

Atom bohr

Page 9: properties of metal alloys

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 www.poltera.ac.id

Page 10: properties of metal alloys

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 www.poltera.ac.id

• Atom pd logam menempati posisi tertentu relatif thd atom lain, mk atom tsb tersusun scr teratur dg pola tertentu

• Susunan atom dalam pola 3D yang teratur dalam pola tertentuKRISTAL

• Bila dr inti atom tsb ditarik garis-garis imajiner dari inti atom tetangganya, maka diperoleh susunan atom dg pola 3D yang teraturSPACE LATTICE

• UNIT CELL: bagian terkecil dari space lattice ( FCC, BCC, HCP dll)

Page 11: properties of metal alloys

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 www.poltera.ac.id

STRUKTUR KRISTAL

Page 12: properties of metal alloys

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 www.poltera.ac.id

Page 13: properties of metal alloys

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 www.poltera.ac.id

• Kebanyakan Logam mempunyai kristal dalam bentuk:

1. FCC (face centerd cubic)2. BCC (body centered cubic)3. HCP (hexagonal closed packed)

• Beberapa unsur memiliki beberapa space lattice yg berbedaPOLIMORFI

• Polimorfi yg reversibleALLOTREOPIC

Page 14: properties of metal alloys

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 www.poltera.ac.id

•BIDANG KRISTALOGRAFI : • Bidang dlm lattice kristal dimana tdp susunan atom

dinyatakan dalam tanda kurung ( ) keluarga bidang { }

• Untuk menggambarkan titik, arah, bidang pada sistem kristal, digunakan index miller

• INDEX MILLER : - Perpotongan dg sumbu- balikkan harga tersebut- sederhanakan- tulis bidang

kristalografinya

• Arah Kristalografi : arah dr pusat koordinat ke suatu titik yg memiliki koordinat x=u, y=v, z=w dinyatakan dg index Miller dalam square bracket [ ]

Page 15: properties of metal alloys

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 www.poltera.ac.id

• Kristalisasi : proses pembentukan kristalyg terjadi pd saat pemebekuanperubahan dr fasa cair ke fasa padat dg mekanisme:

1. Pembentukan inti (nucleation)2. Pertumbuhan kristal (grain growth)pertumbuhan

ini berlangsung dr tempat yg dingin ke tempat yg lebih panasbergerak tdk lurus bercabang-cabang membentu dendrit

• Pertemuan suatu dendrit kristal dg yang dendrit kristal lainnya batas butir kristal (grain boundary) dlm batas butir tdp ketidak beraturan susunan atom (mismatch) disamping mengandung impurity yg banyak.

Page 16: properties of metal alloys

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 www.poltera.ac.id

• CACAT KRISTALKRISTAL YG SEMPURNA KRISTAL YG SUSUNAN

ATOMNYA TERATUR MENGIKUTI POLA TERTENTU.

• Cacat kristal ketidak sempurnaan susunan atom dlm kristal/lattice:

1. Cacat titik (point defect)2. Cacat garis (line defect)3. Cacat bidang (interfacial defect)

Page 17: properties of metal alloys

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 www.poltera.ac.id

• CACAT TITIKdapat berupa vacant, interstitial, substitutional.

• Cacat ini akan menyebabkan terjadinya tegangan vacant menyebabkan atom2 disekitarnya tertarik mendekat, interstitial atom disekitarnya terdorong, substitutional, bila atom pengganti lebih kecil atom disekitarnya tertarik, bila pengganti lebih besar atom disekitarnya terdorong.

• CACAT GARIScacat yg menimbulkan distorsi yang berpusat pada suatu garisDISLOKASI

• CACAT BIDANGCacat bidang yg selalu ada pd logam adalah BATAS BUTIR (grain boundary)

• Pada batas butir selalu tdp distorsi, baik karena pengaruh tegangan permukaan, atau akibat interaksi dg atom dr kristal tetangganya.

• Setiap butir punya orientasi atom yg berbedapada batas butir tdp ketidak teraturan susuan atom, jd penuh dg dislokasi daerah yg penuh teganganmenyimpan banyak energibanyak peristiwa transformasi dimulai dr batas butir

Page 18: properties of metal alloys

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 www.poltera.ac.id

Page 19: properties of metal alloys

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 www.poltera.ac.id

Page 20: properties of metal alloys

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 www.poltera.ac.id

Page 21: properties of metal alloys

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 www.poltera.ac.id

DEFORMASIDEFORMASI• Bila kristal mengalami tegangansusunan atom akan

mengalami perubahan posisi, bersifat sementara (deformasi elastik) kalo tegangannya kecil dan permanen (deformasi plastik) bila tegangannya melebihi yieldnya.

• Bila tegangannya lebih besar dr yieldnya garis dislokasi sdh bergeser dan mungkin telah melampaui batas butirbutir kristal mengalami perubahan bentuk yg permanen, shg terjadi perubahan bentuk pada bentuk luar benda

• Deformasi dapat terjadi melalui mekanisme SLIP atau TWINNING atau kombinasi keduanya

DEFORMASI DENGAN SLIP• Slip terjadi bila sebagian dr kristal tergeser relatif thd kristal

lain sepanjang bidang kristalografi tertentu.• Bidang tempat terjadinya slipbidang slip (slip plane)• Arah pergeseran atom pada bidang sliparah slip (slip

direction)

Ada 3 kaidah yg mengendalikan SLIP– Terjadi pd arah yang tumpukan atomnya padat– Pada Bidang yang paling padat– Sistem dg tegangan geser terurai terbesar

• Slip tidak terjadi dengan menggesernya seluruh atom pada bidang slip secara bersamaan, tetapi dengan bergesernya garis dislokasi sedikit demi sedikit.

Page 22: properties of metal alloys

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 www.poltera.ac.id

• Bidang slip dibagi :• Daerah dg slip• Daerah tanpa slip

• Batas antara daerah slip dan tanpa slip disebut daerah terdislokasi biasanya disebut GARIS DISLOKASI / DISLOKASI

• Beberapa hal terkait dg Dislokasi :• Dislokasi bergerak pd bidang yang padat• Dislokasi tdk dpt berhenti di tengah daerah yg

bebas cacat kristal, dislokasi dpt berhenti pd permukaan kristal atau pd dislokasi yg lain

Page 23: properties of metal alloys

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 www.poltera.ac.id

Terkadinya slip dg cara bergesernya garis dislokasi dapat digambarkan dg analogi gerakan ulat, cacing atau permadani

Bila slip terjadi hingga ke seberang butir kristalmk slip ini akan diteruskan ke butir berikutnya.

Namun karena butir berikutnya orientasinya berbeda, arah bidang slip akan berbeda, maka dislokasi akan tertahan pada batas butir, dan untuk membuat slip berikutnya butuh gaya yg lebih besar.

Logam yg telah mengalami deformasi akan lebih kuat, dan juga butir yg halus jg lebih kuat

Page 24: properties of metal alloys

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 www.poltera.ac.id

Page 25: properties of metal alloys

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 www.poltera.ac.id

Page 26: properties of metal alloys

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 www.poltera.ac.id

Page 27: properties of metal alloys

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 www.poltera.ac.id

DEFORMASI DG TWINNING• Twinning terjadi bila satu bagian dari butir kristal

berubah orientasinya sedemikian rupa sehingga susuan atom dibagian tersebut akan membentuk simetri dengan bagian kristal lain yg tidak mengalami twinning

• Bidang yg menjadi pusat simetri antara kedua bagian itu dinamakan twinning plane

• Twinning dpt terjadi karena gaya mekanikmechanical twin, atau dapt terjadi pd kristal yg tlh dideformasi lalu di annealannealing twin

Page 28: properties of metal alloys

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 www.poltera.ac.id

PENGARUH PENGERJAAN DINGIN THD SIFAT MEKANIK

• Logam mengalami cold workbila butir2 kristalnya terdistorsi setelah mengalami deformasi plastikpada kristal terdapat berbagai dislokasi setelah terjadi slip/twinning

• Akibat cold work

Page 29: properties of metal alloys

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 www.poltera.ac.id

Page 30: properties of metal alloys

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 www.poltera.ac.id

• Logam yg telah mengalami Cold work kemudian dipanaskan, maka akan terjadi:

1. Recoveryterjadi pd awal pemanasan kembali, temperatur agak rendah masih blm terjadi perubahan sifat mekanik terjadi perubahan berkurangnya tegangan dalam.

2. Recristallizationpemanasan pd temperatur yg lebih tinggi akibatnya munculnya kristal baru

3. Grain growth

Page 31: properties of metal alloys

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 www.poltera.ac.id