4. sifat-sifat logam pada suhu...

4. Sifat-sifat Logam pada Suhu Rendah

�Deformasi pada suhu di bawah suhu rekristalisasi menyebabkan:

- Naiknya kekerasan dan kekuatan

�Suhu rendah : suhu di bawah temperatur rekristalisasi

Suhu rekristalisasi , TR= 0.4~0.5Tcair (Kelvin)

Suhu Kelvin (K) = (Suhu Celcius + 273 )K

4.1 Pengaruh Pengerjaan Dingin terhadap Sifat Logam

- Naiknya kekerasan dan kekuatan

- Menurunnya keuletan

�Penyebabnya: naiknya kerapatan dislokasi akibat pengerjaan dingin

Bila terlalu rapuh

(menurun keuletannya)

Logam tidak dapat

dideformasi

Bila dianil/dipanaskan di

atas suhu rekristalisasi

Logam dapat

dideformasi

Proses Manufaktur IIIProses Manufaktur III�YudySuryaIrawan�YudySuryaIrawan

-Property: sifat-sifat

-Reduction by cold work, %: pengurangan

dengan pengerjaan dingin

-Tensile strength: kekuatan tarik

-Yield strength: kekuatan luluh

-Reduction in area: pengurangan luas

penampang

Gbr.4.1 Perubahan sifat-sifat mekanis logam akibat

pengerjaan dingin

penampang

-Elongation: penambagan, L1-L0


4.2 Pengaruh Pemanasan setelah Pengerjaan Dingin

Gbr.4.2 Perubahan sifat-sifat mekanis logam akibat

-Recovery: pulihnya sifat-sifat fisik logam

yang telah dideformasi tanpa ada

perubahan mikrostruktur yang berarti.

-Recrystallization= rekristalisasi: proses

pengaturan dan pembentukan kembali

kristal-kristal

-Grain growth=pertumbuhan butir: terjadi

bila dipanaskan lama di atas suhu

rekristalisasi. Gbr.4.2 Perubahan sifat-sifat mekanis logam akibat

pemanasan: recovery dan rekristalisasi

rekristalisasi.

Dengan adanya pemanasan maka kerapatan dislokasi menurun

yang mana derajat penurunan tergantung pada suhu

�Bila pemanasan berada pada suhu recovery (di bawah suhu rekristalisasi)

maka:

- kerapatan dislokasi berkurang sangat sedikit

- terjadi penurunan regangan internal dalam butiran krital/mikrostruktur


4.2.1 Bila pemanasan berada pada suhu recovery (di bawah suhu

rekristalisasi) akan terjadi:

1. Gerakan dislokasi difusi atau disebut climb,

- pada peristiwa ini kerapatan dislokasi tidak menurun.

Gerakan climb negatif dari suatu dislokasi sisi

Gerakan climb positif dari suatu dislokasi sisi


4.2.1 Bila pemanasan berada pada suhu recovery (di bawah suhu

rekristalisasi) akan terjadi:

2. Poligonisasi,

yaitu pengaturan kembali susunan dislokasi sehingga menjadi teratur.

- memulihkan sifat-sifat fisik logam

Pengaturan kembali dislokasi sisi setelah poligonisasi(A) Dislokasi berlebihan yang tersisa pada bidang selip setelah

kristal dibengkokkan.(B) Pengaturan kembali dislokasi-dislokasi setelah poligonisasi


4.2.2 Bila pemanasan berada pada suhu rekristalisasi akan terjadi proses sebagai berikut:

Pengerolan dingin

1st

2nd

Naiknya kerapatan dislokasi

Inti baru tumbuh saat panas dinaikkan di

atas suhu rekristalisasi dan

menggantikan butir-butir lama

3rd

4th

Pemanasan: terjadi pengintian butir

Pertumbuhan butir

Rekristalisasi usai (butir seragam)

- Kerapatan dislokasi rendah shg menjadi lunak

- Hasil pengerjaan dingin yang getas dapat

dilunakkan kembali sehingga dapat

dideformasi lagi hingga mencapai ukuran yang

diinginkan.


4.3 Pengaruh Deformasi terhadap Suhu Rekristalisasi

Deformasi plastis � peningkatan energi dalam logam

(naiknya kerapatan dislokasi)

Pemanasan menjadi masukan energi aktifasi yang akan

dipakai untuk mengubah dari suatu keadaan menjadi

keadaan dengan tingkat energinya lebih rendahkeadaan dengan tingkat energinya lebih rendah

Logam yang tingkat energinya lebih tinggi perlu energi

aktifasi lebih sedikit ke arah yang lebih stabil strukturnya.

Bila derajat deformasi naik, suhu rekristalisasi menurun.


4.4 Pengaruh Deformasi dan Pemanasan terhadap Besar Butir

Proses perubahan butir:

Deformasi � � Energi dalam ��Banyak titik-titik

Berenergi tinggi�

Pemanasan di atas

Suhu rekristalisasi

Nukleasi inti-inti

dari titik-titik tsb.

Inti berkembang

Menjadi butir

Butir saling

bertemuButir-butir

homogen

Rekristalisasi

usai

“Makin banyak butir, makin cepat butir saling bertemu dan makin halus”

Regangan kritis terjadinya

rekristalisasi Grafik pengaruh deformasi dan suhu proses rekristalisasi terhadap besar butir.

TR=suhu rekristalisasi


Rekristalisasi primer adalah

proses pengintian butir-butir baru yang tumbuh sampai menggantikan butir-butir yang terdeformasi.- Terjadi umum pada logam.

Rekristalisasi sekunderRekristalisasi sekunder adalah

proses penggantian butir-butir halus oleh butir-butir kasarakibat proses anil dengan suhu lebih tinggi sehingga mengurangi energi batas butir dengan mengurangi luar permukaan butir.- Seperti pada Al, Cu


4.5 Pengaruh Pemanasan terhadap Sifat Mekanik

Bila logam dikerjakan dingin Keras, kuat dan getas

Dinyatakan dengan:“Cold drawn”

“Hard” , “Extra Hard”

Dianil dengan suhu tinggi(suhu rekristalisasi)

Lunak, Ulet

Bergrade “fully annealed”

Dianil dengan suhu sedikit rendah

Bergrade “1/4 hard”

Dianil dengan suhu lebih rendah

Bergrade “1/2 hard”


Contoh

Stainless

steel

AISI 201

KondisiσU (103

psi)σy(103

psi)ε (%)

Annealed 115 55 55

¼ hard 125 75 20

½ hard 150 110 10AISI 201 ½ hard 150 110 10

¾ hard 174 135 5

Full hard 185 140 4Catatan: 1 psi: 6.89x103 Pa


5. Sifat-sifat Logam pada Suhu Tinggi

Proses pemanasanpada benda kerja(sebelum dan saat

deformasi)

Perbaikan Struktur MikroContoh:

Pada hasil coran terdapat cacat segregasi (tidak homogennya komposisi kimia), struktur pilar (columnar structure) dan cacat rongga yang mana menjadi lebih

homogen dan baik kualitasnya

KomposisiSegregasi dipanasi Proses difusi

lebih mudah

KomposisiKimia homogen (proses

homogenisasi)

Baja cor dalam bentuk ingot/billet akan bersifat lebih baik setelah dikerjakan panas


(a)Gambar skema struktur butir membeku yang menggunakan cetakan dingin.(b)Potongan melintang dari ingot aluminium paduan 1100 (99% Al).Catatan:- Butir kolom tumbuh tegak lurus permukaan cetakan karena pendinginan yang lambat dengan inti butir yang sedikit.

- Butir halus terjadi karena pendinginan yang cepat dengan inti butir yang banyak.


Mekanisme Pelunakan pada Pengerjaan Panas

Selama deformasi pada suhu tinggi, akan terjadi rekristalisasi :1. Dinamis (dynamic recrystalization): terjadi saat proses deformasi2. Statis (static recrystalization): terjadi setelah proses deformasiKedua kondisi ini terjadi pada material yang memilik energi salah tumpuk.

Energi salah tumpuk (stacking fault energy, SFE) adalahEnergi bebas di daerah salah tumpuk dari atom-atom.“Bila stacking fault mudah terjadi dalam material tersebut maka logam “Bila stacking fault mudah terjadi dalam material tersebut maka logam

memiliki energi stacking fault yang rendah”


Contoh: Ekstrusi Panas (Hot Extrusion) dengan reduksi 99%

a. Logam dengan SFE tinggi spt. Aluminium (SFE= ~200 mJ/m2)

Dengan SFE tinggi

Energi dalam danKerapatan dislokasi

menurun

Energi dorong RAM tidakcukup untuk rekristalisasi

Energi hanya cukupuntuk dynamic recovery tetapi

tidak cukup untuk dynamic

recrystalization

Static Recrystalization


Contoh: Ekstrusi Panas (Hot Extrusion) dengan reduksi 99%

b. Logam dengan SFE rendah spt. Baja (SFE= 8~45 mJ/m2)

Dengan SFE Energi dalam dan

Kerapatan dislokasiEnergi dorong RAMDengan SFE

rendahKerapatan dislokasi

meningkat

Energi dorong RAMcukup untuk rekristalisasi

Dynamic dan static

recrystalization

Karena suhu pengerjaan panas diatas suhu rekristalisasi dan

maksimum 50 ~100°°°°C di bawah suhu cair, maka didapatkan struktur yang halus (bersifat lunak, tanpa pengerasan regangan)


4. sifat-sifat logam pada suhu...

Documents