fe033 sem 3 minggu 1 pendahuluan

7/23/2019 FE033 Sem 3 Minggu 1 Pendahuluan

http://slidepdf.com/reader/full/fe033-sem-3-minggu-1-pendahuluan 1/11

1

FE – 034: METALLOGRAFI 1

PERTEMUAN MINGGU 1

1.

Pendahuluan.

Ilmu metalografi adalah bagian dari ilmu pengetahuan bahan, yaitu suatu

pengetahuan tentang struktur mikro logam, sifat-sifat logam dan bahan-bahan

paduan yang dianalisis melalui diagram biner.

Tujuan dari metalografi adalah memprakirakan sifat-sifat maupun perilaku teknis

suatu bahan logam paduan dengan komposisi tertentu melalui gambar struktur mikro

ataupun makronya. Dengan demikian dapat ditentukan proses-proses yang harus

diterapkan terhadap bahan maupun aplikasinya. Disamping itu metalografi juga

menjadi suatu alat kontrol terpenting untuk mengendalikan kualitas suatu proses

pengerjaan logam yang berkaitan dengan kesalahan-kesalahan pada bahan tersebut.

Namun demikian bagaimanapun metalografi memiliki keterbatasan-keterbatasan,

dimana hubungan antara struktur mikro dengan sifat-sifat material belum

sepenuhnya diketahui sehingga kasus-kasus nyata yang dihadapi seringkali harus

dianalisis secara ideal dengan mengabaikan hal-hal yang kadang-kadang

berlawanan.

Disisi lain keterbatasan analisis juga sangat ditentukan oleh kemampuan mikroskop

dalam menampilkan gambar-gambar yang mudah diinterpretasi. Perbesaran standar

sesuai dengan lensa yang tersedia kadang-kadang meresolusikan gambar yang

terlalu kecil untuk sustu struktur tertentu namun pada perbesaran berikutnya justru

terlalu besar.

Namun demikian, walaupun memiliki keterbatasan, metalografi tidak dapat

dipisahkan dari penelitian-penelitian bidang pengembangan maupun pengujian

bahan moderen. Dan perkembangan ilmu metalografi sendiri telah maju dan akat

terus maju dengan pesat mengikuti tuntutan kemajuan ilmu pengetahuan bahan.



2

2. Struktur Kristal Logam.

Logam adalah suatu bahan dengan elekton terluar atomnya dapat bergerak dalam

keadaan bebas, yang dengan demikian memiliki karakter yang khas antara lain:

a. Memliki kekuatan, kemampuan bentuk dan ketermesinan yang baik.

b. Memiliki bangun kristalin.

c. Memiliki konduktifitas thermal maupun listrik yang baik.

d. Memiliki kilap metalik dan memantulkan cahaya.

e. Melalui pelepasan electron dapat memiliki ikatan ion positip (kation) yang

ringan.

f. Larut didalam asam dan membentuk garam.

Ikatan logam terutama disebabkan oleh gaya tarik menarik antara ion-ion positip dan

elektron-elektron bebas. Salah satu akibet yang paling penting dari bentuk ikatan ini

adalah bahwa gaya ikat (bonding force) tidak mengikuti arah yang tertentu sehingga

ion-ion akan mengelompok menurut bentuk geometri yang paling memungkinkan.

Bagaimanapun p[erlu diingat, bahwa apabila dua ion saling mendekati maka akan

terjadi gaya tolak menolak antara keduanya. Gaya ini membatasi derajat

kerapatannya, sehingga ion-ion logam dapat dipandang sebagai bola-bola keras.

Dengan demikian susunan ion-ion tersebut dalam membentuk struktur kristal logam

identik dengan pengepakan sejumlah bola berukuran sama.

Ion logam memiliki diameter hanya beberapa kali 10-10 mm, atau kurang dari satu

nanometer. Dengan demikian setiap 1 mm3 logam diperkirakan mengandung ion

sebanyak 1022. Mengingat susunan ion logam tertata sedemikian rupa secara

beraturan hingga volume yang paling kecil, maka akan terjadi geometri-geometri

sederhana yang untuk setiap unit terkecilnya disebut sebagai unit sel. Bila unit sel ini

disusun dan ditata secara teratur dan berulang-ulang diseluruh badan logam, maka

posisi semua ion akan memenuhi semua kristal logam bersangkutan.



3

Gambar 1 merupakan ilustrasi dari susunan atom yang paling populer dimana

penataan bola-bola yang memungkinkan volume minimum. Gambar 1a adalah FCC

(Face Centered Cubic = Kubus Pusat Muka) dan ganbar 1b adalah CPH (ClosedPaced Hexagonal = Heksagonal Susunan Rapat). Susunan lain yang walaupun tidak

terlalu rapat namun dianut oleh banyak logam dapat dilihat pada gambar 1c, yaitu

susunan BCC (Body Centered Cubic = Kubus Pusat Ruang).

Gambar 1. Susunan atom yang

membentuk unit sel.

(a) FCC, (b) CPH dan (c) BCC.



4

Gambar 2. Jenis-jenis unit sel. Titik tebal mengindikasikan posisi dari atom.



5

Secara umum logam mengikuti 7 jenis susunan atom dalam unit sel sebagai berikut:

Sistem Kristal Konstanta sisi Sudut

Kubus a = b = c = = = 90o

Tetragonal a = b 8 c = = = 90o

Ortorombik a 8 b 8 c = = = 90o

Rombohedral a = b 8 c = = 8 90o

Heksagonal a = b 8 c = = 90o; = 120o

Monoklinik a 8 b 8 c = = 90o; ;8 90o

Triklinik a 8 b 8 c 8 90o

Tabel 1. Susunan atom dalam unit sel.

Secara grafis unit sel sebagaimana table diatas dapat dilihat pada gambar 2,

sedangkan tabel 2 memperlihatkan unit sel yang dianut oleh sejumlah logam pada

temperatur kamar.

Tabel 2. Unit Sel beberapa logam pada suhu ruang.



6

3. Pertumbuhan Butiran.

Pada proses pembekuan, inti (sebagai awal pembekuan) akan terbentuk ketika jarakatom yang saling mendekatkan diri akibat pendinginan, dimana pada saat tersebut

enerji potensial akibat gaya tolak maupun gaya tarik antar atom telah mencapai

harga terkecil (gambar 3).

Gambar 3. Perubahan enerji potensial berbanding dengan jarak atom.

Jumlah inti yang terbentuk ditentukan oleh kecepatan pendinginan, dimana semakin

cepat pendinginan akan menghasilkan inti dalam jumlah yang lebih banyak. Unit-unit

sel yang terjadi berikutnya akan menempatkan diri pada inti, sehingga inti kemudian

tumbuh membesar menjadi butiran kristal dengan orientasi pertumbuhan tertentu.

Gambar 4 dan gambar 5 mengilustrasikan proses pertumbuhan butiran.



7

Gambar 4. Pertumbuhan inti menjadi butiran

Gambar 5. Tahap-tahap pembekuan logam.

Besar dari butiran tergantung dari jumlah inti yang terbentuk selama proses

pembekuan. Sedangkan banyaknya inti merupakan akibat langsung dari undercooling

maupun banyaknya partikel asing didalam cairan.

4.

Peristiwa-peristiwa pada proses pemanasan, pencairan danpendinginan.

Pada temperatur T = 0 K (absolut) atau -273 oC, atom berada diam pada tempatnya.

Atom-atom mulai bergerak dengan kecepatan meningkat serta saling menjauh

sejalan dengan naiknya temperatur. Akibat dari saling menjauhnya atom-atom

tersebut terjadi pemuaian.

(a) Pengintian (b) Pertumbuhan (c) Akhir pertumbuhan



8

Dari gambar 6, dimana pemanasan dilakukan terhadap bahan tembaga, pada

temperature perubahan fasa dari padat menjadi cair terjadi lonjakan volume spesifik

yang cukup tajam. Hal ini terjadi kareda pada saat tersebut atom-atom harus menata

dirinya menjadi tatanan struktur yang lain.

Pada saat yang sama kenaikan temperature juga mengalami hambatan (terjadi

temperatur isothermal) selama beberapa saat dimana enerji pemanasan yang

diberikan digunakan oleh atom-atom untuk menata diri (gambar 7).

Gambar 6. Pemuaian Cu akibat pemanasan.

Gambar 7. Temperatur isothermal pada perubahan fasa

Pada proses pendinginan peristiwa temperatur isothermal juga terjadi. Pada

temperatur ini cairan tertransformasi menjadi padatan (gambar 8). Kecepatan

pendinginan yang sangat lambat secara praktis sulit dilakukan, sehingga pada

akhirnya proses kristalisasi terjadi agak terlambat (pendinginan lebih cepat dari pada

pembentukan inti)k Kelambatan ini menyebabkan baha masih tetap cair walaupun



9

temperaturnya telah berada dibawah temperatur pembekuan. Fenomena ini disebut

undercooling. Dan cairan akan menyimpan enerji potensial yang besar.

Gambar 8. Kurva Pendinginan

v B 0

Gambar 9. Kurva pendinginan

dengan udercooling

Pada saat akhirnya kristalisasi terjadi, enerji potensial akan dilepaskan. Sedemikian

besarnya enerji ini sehingga akan memanaskan kembali cairan kembali ke

temperatur kristalisasinya (gambar 9).



10

Pertumbuhan kristal selalu berawal dari inti (kecambah). Inti ini dapat berasal dari

partikel asing atau unit sel tunggal sebagai molekul baik material itu sediri unsur

bahan asing, misalnya Al2O3 dalam baja yang secara sengaja diberikan pada saatproses peleburan. Bentuk maupun jenis kristal ditentukan oleh jumlah maupun jenis

inti yang terbentuk.

Gambar 10. Pengaruh kecepatan pengintian dan jumlah inti

terhadap kekasaran butiran.a) JI > KP: Strutur halus.b) JI < KP Struktur kasar.

Jumlah inti yang terbentuk dapat dikendalikan dengan mengatur proses peleburan

maupun penuangan, sehingga dengan demikian dapat pula dibuat material dengan

struktur yang direncanakan. Secara kualitativ proses pembekuan dapat didefinisikan

sebagai Kecepatan Pengkristalan (KP) dan Jumlah Inti (JI).

Kecepatan Pengkristalan (KP) adalah perpanjangan kristal kesalah satu arah setiap

satuan waktu, dengan satuan mm/menit. Sedangkan Jumlah Inti (JI) adalah jumlah

inti kristal yang terbentuk dalam setiap satuan waktu dalam 1 cm3 cairan, dengan

satuan cm-3min-1. KP dan JI tidak berhubungan satu sama lain, sebab pada proses

kristalisasi, sisa cairan, dimana masih dapat terbentuk inti-inti baru volumenya terus

menyusut.



11

KP dan JI juga bukan merupakan besaran konstan, melainkan dipengaruhi oleh

adanya Undercooling ( F T = TR – T0) dimana TR = Temperatur actual cairan dan T0

= Temperatur pembekuan ideal. Pada titik cair/beku ideal dimana F T = 0, maka baik

KP maupun JI sama dengan nol. Pembentukan inti yang merupakan reaksieksotermal kemudian memberikan enerji yang dilepaskannya sehingga

mengakibatkan tejadi pemanasan kembali cairan yang sedang didinginkan.

Dengan demikian semakin bertambahnya undercooling meningkat pula KP dan JI

proporsional dengan F T. Struktur mikro yang terbentuk kemudian sangat

dipengaruhi oleh bagaimana hubungan antara F T disalah satu pihak dengan KP dan

JI pada pihak yang lain, serta undercooling yang terjadi.

Gambar 10 memperlihatkan 2 kemungkinan terjadinya undercooling. Bila JI untuk

setiap undercooling lebih besar dari KP akan terbentuk struktur yang halus a).

Sedangkan bila KP lebih besar dari JI maka akan didapatkan struktur yang kasar.

fe033 sem 3 minggu 1 pendahuluan

Documents