MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 ILMU BAHAN-PPNS

STRUKTUR DAN SIFAT LOGAMSTRUKTUR DAN SIFAT LOGAM

INLASTEKSURABAYA 17 JANUARI 2009

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 ILMU BAHAN-PPNS

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

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 ILMU BAHAN-PPNS

KLASIFIKASI MATERIALKLASIFIKASI MATERIAL

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 ILMU BAHAN-PPNS

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

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 ILMU BAHAN-PPNS

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

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 ILMU BAHAN-PPNS

• 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

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 ILMU BAHAN-PPNS

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

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 ILMU BAHAN-PPNS

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 ILMU BAHAN-PPNS

• 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)

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 ILMU BAHAN-PPNS

STRUKTUR KRISTAL

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 ILMU BAHAN-PPNS

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 ILMU BAHAN-PPNS

• 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

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 ILMU BAHAN-PPNS

• 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 [ ]

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 ILMU BAHAN-PPNS

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

• Pembentukan inti (nucleation)• 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.

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 ILMU BAHAN-PPNS

• 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)

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 ILMU BAHAN-PPNS

• 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

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 ILMU BAHAN-PPNS

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 ILMU BAHAN-PPNS

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 ILMU BAHAN-PPNS

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 ILMU BAHAN-PPNS

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.

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 ILMU BAHAN-PPNS

• 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

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 ILMU BAHAN-PPNS

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

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 ILMU BAHAN-PPNS

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 ILMU BAHAN-PPNS

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 ILMU BAHAN-PPNS

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 ILMU BAHAN-PPNS

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

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 ILMU BAHAN-PPNS

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

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 ILMU BAHAN-PPNS

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 ILMU BAHAN-PPNS

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

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

• Recristallizationpemanasan pd temperatur yg lebih tinggi akibatnya munculnya kristal baru

• Grain growth

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 ILMU BAHAN-PPNS

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 ILMU BAHAN-PPNS

DIAGRAM FASA

• TYPE I• TYPE II• Type III• Type IV• Type V

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 ILMU BAHAN-PPNS

PEGARUH STRUKTUR MKRO THD SIFAT MEKANIKPEGARUH STRUKTUR MKRO THD SIFAT MEKANIK

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 ILMU BAHAN-PPNS

HEAT TREATMENT HEAT TREATMENT (Perlakuan Panas)(Perlakuan Panas)

• Definisi:Definisi: Kombinasi antara pemanasan dan pendinginan yang dilakukan pada temperatur,waktu, dan laju pendinginan terentu untuk mendapat kan sifat yang kita inginkan

• Macam-macam Heat Treatment:• Annealing - Tempering• Normalizing - Stress relief annealing• Hardening - Surface hardening, dll

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 ILMU BAHAN-PPNS

A1A3A3A3

A1A1

Time (s)Time (s) Time (s)

Suhu (oC)

AnnealingNormalizing Hardening & Tempering

DIAGRAM FASA DIAGRAM FASA

BESI-KARBON/FeBESI-KARBON/Fe33CC

DIAGRAM PROSES DIAGRAM PROSES

HEAT TREATMENTHEAT TREATMENT

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 ILMU BAHAN-PPNS

MEKANISME PENGUATANMEKANISME PENGUATAN

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 ILMU BAHAN-PPNS

DIAGRAM FASE BESI-KARBONDIAGRAM FASE BESI-KARBONDANDAN

TRANSFORMASI EQUILIBRIUMTRANSFORMASI EQUILIBRIUM

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 ILMU BAHAN-PPNS

DIAGRAM FASA BESI-KARBON/FeDIAGRAM FASA BESI-KARBON/Fe33CC

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 ILMU BAHAN-PPNS

TRANSFORMASI FASATRANSFORMASI FASA

• ISOTHERMAL TRANSFORMATION• CONTINUOUS COOLING

TRANSFORMATION

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 ILMU BAHAN-PPNS

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 ILMU BAHAN-PPNS

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 ILMU BAHAN-PPNS

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 ILMU BAHAN-PPNS

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 ILMU BAHAN-PPNS

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 ILMU BAHAN-PPNS

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 ILMU BAHAN-PPNS

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 ILMU BAHAN-PPNS

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 ILMU BAHAN-PPNS

STRUKTUR MIKRO CAST IRONSTRUKTUR MIKRO CAST IRON

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 ILMU BAHAN-PPNS

MUNIR-T.LAS SEMESTER GANJIL 2009 ILMU BAHAN-PPNS

DATA-DATA MATERIAL