Secara garis besar tujuan pengerjaan logam adalah memproduksi material dengan ukuran dan bentuk yang diinginkan, tetapi material ini akan mempunyai daya jual yang kecil bila tidak memenuhi karakteristik seperti sifat kekuatan dan keuletannya. Pada umumnya karakteristik ini ditentukan besarnya tergantung dari tujuan pemakain material tersebut
ini sangat penting untuk memberikan suatu pemahaman terhadap sifat alami dan karakteristik secara metalurgis dari suatu benda kerja. Walaupun beberapa logam murrni mempunyai sifat ulet pada temperatur kamar dimana logam tersebut dapat dibentuk tanpa masalah.
Metalurgical condition , mengenai kekuatan dan keuletan suatu produk dari material adalah yang utama yang dapat dipengaruhi oleh jumlah dan distribusi komposisi dan pengotor, atau cacat secara macroskopik pada material. Akan tetapi karakteristik material tersebut dapat juga dipengaruhi dengan perlakuan tempertur atau perlakuan panas.
Bila diasumsikan bahwa kondisi alat dan benda kerja sangat baik, pengontrolan dalam aspek metalurgis juga baik , pengaruh temperatur juga dijaga, maka hanya untuk dua tujuan yaitu menjaga karakteristik benda kerja selama pengerjaan dan memenuhi karakteristik akhir dari produk material.
Karakteristik Dari Pengerjaan Panas Dan Dingin
perbedaan antara pengerjaan panas dan pengerjaan dingin sulit didefinisikan secara metalurgis. Pada pengerjaan panas, gaya deformasi yang diperlukan adalah lebih rendah dan perubahan sifat mekanik tidak seberapa. Pada pengerjaan dingin, diperlukan gaya yang lebih besar, akan tetapi kekuatan logam tersebut meningkat dengan cukup berarti
suhu rekristalisasi logam menentukan batas antara pengerjaan panas dan dingin. Pengerjaan panas logam dilakukan di atas temperatut rekristalisasi atau di atas daerah pengerasan benda kerja. Pengerjaan dingin dilakukan di bawah suhu rekristalisasi dan kadang-kadang berlangsung pada suhu kamar. Suhu rekristalisasi baja berkisar antara 500-700 0C. Pengerasn benda kerja baru mulai terjadi ketika limit bawah daerah tercapai.
1.1 pengerjaan panas
Contoh baja paduan rendah kekuatan tinggi yang di rol adalah bentuk plat. Untuk contoh. diperoleh peningkatan baja paduan rendah ini melalui kontrol suhu sebelum dan sesudah rol (diatas Ac3),
Dari pengamatan strukturmikro pada benda kerja setelah mengalami pengerjaan panas dapat diterangkan sebagai berikut :
Struktur mikro pada pendinginan langsung di udara terbuka setelah rol panas, terdiri atas ferit-perlit, dan matriknya : ferit
Strukturmikro setelah perlakuan kontrol suhu dan pendinginan setelah rol panas adalah tipe bainit
Dari inilah maka bisa diperkirakan mengenai sifat mekanik logam akibat pengerjaan panas dimana sifatnya sangat ulet
1.2 Pengerjaan dingin
Untuk pengerjaan dingin diperlukan tekanan yang lebih besar daripada pengerjaan panas. Logam mengalami deformasi tetap bila tegangan melebihi batas elastik. Karena tidak mungkin terjadi rekristalisasi selama pengerjaan dingin, tidak terjadi pemulihan dari butir yang mengalami distorsi atau perpwecahan.
Dengan meningkatnya deformasi butir, tahanan deformasi meningkat sehingga logam mengalami peningkatan kekuatan dan kekerasan. Dapat dikatakan bahwa logam mengalami pengerasan regangan. Untuk logam yang tidak dapat diperlakupanaskan , hal ini merupoakan satu-satunya cara untuk mengubah sifat fisis seperti kekerasan dan kekuatan. Peningkatan tahanan terhadap deformasi ditimbulkan oleh terjadinya dislokasi atom dalam butir, perpecahan atau distorsi kisi atau kombinasi dari ketiga gejala tersebut.
Adanya unsur paduan
Bila suatu unsur paduan ditambahkan ke dalam baja, kemungkinan yang terjadi atau dapat dikatakan Purpose of alloying:
suatu material harus mempunyai sifat mampu untuk pengerjaan logam, jadi bila suatu logam mempynayi sifat workability yang baik maka logam tersebut dapat dikatakan mempunyai perfomansi yang baik dalam pengerjaan logam
4. Cacat Dalam Pengerjaan Logam
Kristal adalah kumpulan dari atom – atom yang tersusun secara teratur dalam tiga dimensi membentuk pola tertentu secara berulang – ulang. Diantara kedua kristal sempurna (tunggal) di satu pihak, dan keadaan omorf di pihak lain, terdapat keadaan yang disebut polikristal (kristal jamak). Zat padat pada keadaan initersusun oleh kristal-kistal kecil. Bila ukuran kristalnya dalam ukuran orde mikrometer, bahan yang bersangkutan termasuk kristal mikro (microcrystalline); dan bila ukuran kristalnya dalam orde nanometer, maka bahannya digolongkan sebagai kristal nano (nanocrystalline).
Cacat Kristal
Sejauh yang telah diuraikan pada bagian-bagian terdahulu, kristal terdiri dari susunanatom yang teratur dan periodik. Tetapi, ternyata tidak ada kristal yang sempurna. Setiapkristal mengandung cacat (defect). Cacat kristal ini besar kemungkinannya untuk terjadiselama proses pertumbuhan kristal, proses pemurnian atau proses laku (treatment), dan bahkan sering kali cacat kristal sengaja diciptakan untuk menghasilkan sifat – sifat tertentu. Cacat kristal dapat dibedakan menjadi cacat titik, cacat garis, cacat bidang, cacat ruang.
Deformasi Plastis dan Hubungan antara Slip dengan Struktur Kristal
Batas rentang elastis sulit didefinisikan dengan tepat. Di bawah suatu nilai tegangan batas elastis tertentu , jumlah plastisitas ( deformasi irreversibel ) dapat diabaikan , dan diatas nilai tersebut jumlah deformasi plastis jauh lebih besar daripada deformasi elastis.
Fakta bahwa kristal dapat dideformasi plastis dengan mudah pada tegangan yang jauh lebih rendah dari kekuatan teoritis ( τt = μb / 2πa ) cukup mencengangkan> Hal ini mungkin terjadi berkat mobilitas dislokasi. Ketika sebuah dislokasi meluncur pada kisi, dislokasi tersebut bergerak dari posisi simetris ke posisi lain, dan pada setiap posisi dislokasi berada dalam posisi ketimbangan netral , karena gaya atom yang bekerja padanya pada setiap sisi berimbang. Ketika dislokasi bergerak dari posisi kisi simetris tersebut terjadi ketidaksetimbangan gaya atomik, dan tegangan yang bekerja harus mengatasi gesekan kisi. Perpindahan dislokasi intermediet dari dislokasi juga akan menghasilkan keseimbangan sistem gaya.
Gesekan kisi ternyata peka terhadap dislokasi w dan oleh Peierls dan Nabarro telah diperlihatkan bahwa
Τ ≈μ exp ( -2πw/b )
Oleh karena itu , tegangan gesekan sering disebut tegangan Peierls –Nabarro. Dua faktor berlawanan yang mempengaruhi w adalah energi elastisitas kristal yang berkurang dengan penyebaran regangan elastis dan energi ketidakcocokan yang bergantung pada jumlah atom salah letak yang melintasi bidang slip. Logam – logam dengan struktur tumpukan padat mempunyai dislokasi diperluas sehingga w nya besar.
Gambar diatas adalah tekstur dari polikristal Al dengan ukuran butir 30 nm dan mengalami deformasi plastis pada tegangan 2,3 Gpa pada temperatur kamar. Bila dilihat pada butir no 2 terjadi dislokasi melintang pada butir.
Gambar diatas adalh formasi deformasi twinning. Deformasi twinning terjadi bila satu bagian dari butir kristal berubah orientasinya sedemikian rupa sehingga susunan atom di bagian tersebut akan membentuk simetri dengan bagian kristal yang lain yang tidak mengalami twinning. Diameter butir gamabar diatas adallah 45 nm atom yang digambarkan merah menggambarkan letak atom yang sempurna sedangkan yang berwarna biru merupakan atom yang mengalami dislokasi.
Proses dengan heat treatment
Perlakuan panas atau heat treatment dapat didefinisikan sebagai kombinasi operasi pemanasan dan pendinginan terhadap logam atau paduan dalam keadaan padat dengan waktu tertentu, dimaksutkan untuk memperoleh sifat tertentu. Proses laku panas yang terjadi dalam heat treatment pada dasarnya adalah pemanasan logam atau paduan sampai temperatur tertentu, lalu ditahan beberapa saat, dan proses pendinginan dengan laju tertentu. Selama proses pemanasan dan pendinginan ini akanterjadi perubahan struktur mikro sehingga akan mempengaruhi sifat mekanik suatu logam atau paduan.
Selain dipengaruhi oleh komposisi kimia logam atau paduan dan proses laku pans yang dialami, struktur mikro yang terjadi pada akhir proses laku panas juga ditentukan oleh kondisi awal benda kerja. Paduan dengan komposisi kimia yang sama, mengalami proses laku panas yang sama, mungkin akan mmenghasilkan strukturmikro dan sifat yang berbeda bila struktur atau kondisi awalnya berbeda. Struktur awal ini banyak ditentukan oleh pengujian atau laku panas yang dialami sebelumnya. Dari sini dapat disimpulkan bahwa suatu proses laku panas tidak dapat dipandang sebagai suatu proses tersendiri, namun merupakan salah satu rangkaian proses produksi. (Thelning,1984) Kurva berikut ini menunjukkan transformasi yang terjadi pada baja 0.45%C.
Di bawah ini adalah beberapa tipe dari perlakuan panas :
1. Aniling adalah proses laku panas yang dilakukan dengan memanaskan baja sampai temperatur tertentu, lalu menahannya, dan mendinginkannya secara perlahan.
2. Normalizing adalah proses laku panas yang dilakukan dengan pemanasan, penahanan dan pendinginan pada udara diam.
3. Hardening adalah proses panas yang dilakukan dengan memanaskan baja ke daerah austenit kemudian mendinginkannya dengan cepat.
4. Tempering adalah proses laku panas yang dilakukan dengan memanaskan kembali baja yang telah mengalami pengerasan,hingga ke tempratur dibawah austenisasi, menahan dan mendinginkannya.
Hal dasar yang harus dipahami dalam perlakuan panas terhadap baja adalah diagram fase Fe-C karena telah banyak buku yang membahasnya. Gambar 2.1 adalah gambar diagram fase Fe-C yang dapat digunakan sebagai acuan dalam proses hardening dan tempering untuk baja karbon. Diagram fase Fe-C ini menunjukan fase-fase yang terjadi untuk kombinasi yang berbeda antara temperatur dan prosentase kandungan karbon dalam baja pada kondisi equilibrium
ini sangat penting untuk memberikan suatu pemahaman terhadap sifat alami dan karakteristik secara metalurgis dari suatu benda kerja. Walaupun beberapa logam murrni mempunyai sifat ulet pada temperatur kamar dimana logam tersebut dapat dibentuk tanpa masalah.
Metalurgical condition , mengenai kekuatan dan keuletan suatu produk dari material adalah yang utama yang dapat dipengaruhi oleh jumlah dan distribusi komposisi dan pengotor, atau cacat secara macroskopik pada material. Akan tetapi karakteristik material tersebut dapat juga dipengaruhi dengan perlakuan tempertur atau perlakuan panas.
Bila diasumsikan bahwa kondisi alat dan benda kerja sangat baik, pengontrolan dalam aspek metalurgis juga baik , pengaruh temperatur juga dijaga, maka hanya untuk dua tujuan yaitu menjaga karakteristik benda kerja selama pengerjaan dan memenuhi karakteristik akhir dari produk material.
Karakteristik Dari Pengerjaan Panas Dan Dingin
perbedaan antara pengerjaan panas dan pengerjaan dingin sulit didefinisikan secara metalurgis. Pada pengerjaan panas, gaya deformasi yang diperlukan adalah lebih rendah dan perubahan sifat mekanik tidak seberapa. Pada pengerjaan dingin, diperlukan gaya yang lebih besar, akan tetapi kekuatan logam tersebut meningkat dengan cukup berarti
suhu rekristalisasi logam menentukan batas antara pengerjaan panas dan dingin. Pengerjaan panas logam dilakukan di atas temperatut rekristalisasi atau di atas daerah pengerasan benda kerja. Pengerjaan dingin dilakukan di bawah suhu rekristalisasi dan kadang-kadang berlangsung pada suhu kamar. Suhu rekristalisasi baja berkisar antara 500-700 0C. Pengerasn benda kerja baru mulai terjadi ketika limit bawah daerah tercapai.
1.1 pengerjaan panas
Contoh baja paduan rendah kekuatan tinggi yang di rol adalah bentuk plat. Untuk contoh. diperoleh peningkatan baja paduan rendah ini melalui kontrol suhu sebelum dan sesudah rol (diatas Ac3),
Dari pengamatan strukturmikro pada benda kerja setelah mengalami pengerjaan panas dapat diterangkan sebagai berikut :
Struktur mikro pada pendinginan langsung di udara terbuka setelah rol panas, terdiri atas ferit-perlit, dan matriknya : ferit
Strukturmikro setelah perlakuan kontrol suhu dan pendinginan setelah rol panas adalah tipe bainit
Dari inilah maka bisa diperkirakan mengenai sifat mekanik logam akibat pengerjaan panas dimana sifatnya sangat ulet
1.2 Pengerjaan dingin
Untuk pengerjaan dingin diperlukan tekanan yang lebih besar daripada pengerjaan panas. Logam mengalami deformasi tetap bila tegangan melebihi batas elastik. Karena tidak mungkin terjadi rekristalisasi selama pengerjaan dingin, tidak terjadi pemulihan dari butir yang mengalami distorsi atau perpwecahan.
Dengan meningkatnya deformasi butir, tahanan deformasi meningkat sehingga logam mengalami peningkatan kekuatan dan kekerasan. Dapat dikatakan bahwa logam mengalami pengerasan regangan. Untuk logam yang tidak dapat diperlakupanaskan , hal ini merupoakan satu-satunya cara untuk mengubah sifat fisis seperti kekerasan dan kekuatan. Peningkatan tahanan terhadap deformasi ditimbulkan oleh terjadinya dislokasi atom dalam butir, perpecahan atau distorsi kisi atau kombinasi dari ketiga gejala tersebut.
Adanya unsur paduan
Bila suatu unsur paduan ditambahkan ke dalam baja, kemungkinan yang terjadi atau dapat dikatakan Purpose of alloying:
- Increase hardenability
- Improve strength at ordinary temperatures
- Improve mechanical properties at either high or low temperatures
- Improve toughness at any minimum hardness or strength
- Increase wear resistance
- Increase corrosion resistance
- Improve magnetic properties
suatu material harus mempunyai sifat mampu untuk pengerjaan logam, jadi bila suatu logam mempynayi sifat workability yang baik maka logam tersebut dapat dikatakan mempunyai perfomansi yang baik dalam pengerjaan logam
4. Cacat Dalam Pengerjaan Logam
Kristal adalah kumpulan dari atom – atom yang tersusun secara teratur dalam tiga dimensi membentuk pola tertentu secara berulang – ulang. Diantara kedua kristal sempurna (tunggal) di satu pihak, dan keadaan omorf di pihak lain, terdapat keadaan yang disebut polikristal (kristal jamak). Zat padat pada keadaan initersusun oleh kristal-kistal kecil. Bila ukuran kristalnya dalam ukuran orde mikrometer, bahan yang bersangkutan termasuk kristal mikro (microcrystalline); dan bila ukuran kristalnya dalam orde nanometer, maka bahannya digolongkan sebagai kristal nano (nanocrystalline).
Cacat Kristal
Sejauh yang telah diuraikan pada bagian-bagian terdahulu, kristal terdiri dari susunanatom yang teratur dan periodik. Tetapi, ternyata tidak ada kristal yang sempurna. Setiapkristal mengandung cacat (defect). Cacat kristal ini besar kemungkinannya untuk terjadiselama proses pertumbuhan kristal, proses pemurnian atau proses laku (treatment), dan bahkan sering kali cacat kristal sengaja diciptakan untuk menghasilkan sifat – sifat tertentu. Cacat kristal dapat dibedakan menjadi cacat titik, cacat garis, cacat bidang, cacat ruang.
Deformasi Plastis dan Hubungan antara Slip dengan Struktur Kristal
Batas rentang elastis sulit didefinisikan dengan tepat. Di bawah suatu nilai tegangan batas elastis tertentu , jumlah plastisitas ( deformasi irreversibel ) dapat diabaikan , dan diatas nilai tersebut jumlah deformasi plastis jauh lebih besar daripada deformasi elastis.
Fakta bahwa kristal dapat dideformasi plastis dengan mudah pada tegangan yang jauh lebih rendah dari kekuatan teoritis ( τt = μb / 2πa ) cukup mencengangkan> Hal ini mungkin terjadi berkat mobilitas dislokasi. Ketika sebuah dislokasi meluncur pada kisi, dislokasi tersebut bergerak dari posisi simetris ke posisi lain, dan pada setiap posisi dislokasi berada dalam posisi ketimbangan netral , karena gaya atom yang bekerja padanya pada setiap sisi berimbang. Ketika dislokasi bergerak dari posisi kisi simetris tersebut terjadi ketidaksetimbangan gaya atomik, dan tegangan yang bekerja harus mengatasi gesekan kisi. Perpindahan dislokasi intermediet dari dislokasi juga akan menghasilkan keseimbangan sistem gaya.
Gesekan kisi ternyata peka terhadap dislokasi w dan oleh Peierls dan Nabarro telah diperlihatkan bahwa
Τ ≈μ exp ( -2πw/b )
Oleh karena itu , tegangan gesekan sering disebut tegangan Peierls –Nabarro. Dua faktor berlawanan yang mempengaruhi w adalah energi elastisitas kristal yang berkurang dengan penyebaran regangan elastis dan energi ketidakcocokan yang bergantung pada jumlah atom salah letak yang melintasi bidang slip. Logam – logam dengan struktur tumpukan padat mempunyai dislokasi diperluas sehingga w nya besar.
Gambar diatas adalah tekstur dari polikristal Al dengan ukuran butir 30 nm dan mengalami deformasi plastis pada tegangan 2,3 Gpa pada temperatur kamar. Bila dilihat pada butir no 2 terjadi dislokasi melintang pada butir.
Gambar diatas adalh formasi deformasi twinning. Deformasi twinning terjadi bila satu bagian dari butir kristal berubah orientasinya sedemikian rupa sehingga susunan atom di bagian tersebut akan membentuk simetri dengan bagian kristal yang lain yang tidak mengalami twinning. Diameter butir gamabar diatas adallah 45 nm atom yang digambarkan merah menggambarkan letak atom yang sempurna sedangkan yang berwarna biru merupakan atom yang mengalami dislokasi.
Proses dengan heat treatment
Perlakuan panas atau heat treatment dapat didefinisikan sebagai kombinasi operasi pemanasan dan pendinginan terhadap logam atau paduan dalam keadaan padat dengan waktu tertentu, dimaksutkan untuk memperoleh sifat tertentu. Proses laku panas yang terjadi dalam heat treatment pada dasarnya adalah pemanasan logam atau paduan sampai temperatur tertentu, lalu ditahan beberapa saat, dan proses pendinginan dengan laju tertentu. Selama proses pemanasan dan pendinginan ini akanterjadi perubahan struktur mikro sehingga akan mempengaruhi sifat mekanik suatu logam atau paduan.
Selain dipengaruhi oleh komposisi kimia logam atau paduan dan proses laku pans yang dialami, struktur mikro yang terjadi pada akhir proses laku panas juga ditentukan oleh kondisi awal benda kerja. Paduan dengan komposisi kimia yang sama, mengalami proses laku panas yang sama, mungkin akan mmenghasilkan strukturmikro dan sifat yang berbeda bila struktur atau kondisi awalnya berbeda. Struktur awal ini banyak ditentukan oleh pengujian atau laku panas yang dialami sebelumnya. Dari sini dapat disimpulkan bahwa suatu proses laku panas tidak dapat dipandang sebagai suatu proses tersendiri, namun merupakan salah satu rangkaian proses produksi. (Thelning,1984) Kurva berikut ini menunjukkan transformasi yang terjadi pada baja 0.45%C.
Di bawah ini adalah beberapa tipe dari perlakuan panas :
1. Aniling adalah proses laku panas yang dilakukan dengan memanaskan baja sampai temperatur tertentu, lalu menahannya, dan mendinginkannya secara perlahan.
2. Normalizing adalah proses laku panas yang dilakukan dengan pemanasan, penahanan dan pendinginan pada udara diam.
3. Hardening adalah proses panas yang dilakukan dengan memanaskan baja ke daerah austenit kemudian mendinginkannya dengan cepat.
4. Tempering adalah proses laku panas yang dilakukan dengan memanaskan kembali baja yang telah mengalami pengerasan,hingga ke tempratur dibawah austenisasi, menahan dan mendinginkannya.
Hal dasar yang harus dipahami dalam perlakuan panas terhadap baja adalah diagram fase Fe-C karena telah banyak buku yang membahasnya. Gambar 2.1 adalah gambar diagram fase Fe-C yang dapat digunakan sebagai acuan dalam proses hardening dan tempering untuk baja karbon. Diagram fase Fe-C ini menunjukan fase-fase yang terjadi untuk kombinasi yang berbeda antara temperatur dan prosentase kandungan karbon dalam baja pada kondisi equilibrium
Tidak ada komentar:
Posting Komentar