01. Penguatan Solusi Padat
Definisi
Penguatan larutan padat adalah fenomena dimana unsur-unsur paduan larut ke dalam logam dasar, menyebabkan distorsi kisi dan meningkatkan kekuatan paduan.
Prinsip
Atom terlarut yang larut ke dalam larutan padat menciptakan distorsi kisi, yang meningkatkan resistensi terhadap gerakan dislokasi, sehingga membuat slip lebih sulit. Akibatnya, kekuatan dan kekerasan larutan padat paduan meningkat. Mekanisme penguatan ini bergantung pada pelarutan atom zat terlarut untuk membentuk larutan padat. Dengan konsentrasi zat terlarut yang tepat, kekuatan dan kekerasan material meningkat, meskipun ketangguhan dan keuletannya mungkin menurun.
Faktor yang Mempengaruhi
Semakin tinggi fraksi atom atom terlarut, semakin kuat efek penguatannya, terutama pada konsentrasi rendah.
Semakin besar perbedaan ukuran antara atom zat terlarut dan logam dasar, semakin besar pula penguatannya.
Atom zat terlarut interstisial memiliki efek penguatan yang lebih kuat dibandingkan atom substitusi. Pada kristal kubik yang berpusat pada tubuh, atom interstisial menyebabkan distorsi kisi asimetris, sehingga menghasilkan penguatan yang lebih besar dibandingkan pada kristal kubik yang berpusat pada permukaan. Namun, kelarutan atom interstisial terbatas.
Semakin besar perbedaan jumlah elektron valensi antara atom terlarut dan basa, semakin kuat efek penguatannya. Kekuatan luluh meningkat seiring dengan konsentrasi elektron.
Tingkat Penguatan Tergantung Pada:
Perbedaan ukuran antara atom terlarut dan basa: Ketidaksesuaian ukuran yang lebih besar meningkatkan resistensi dislokasi.
Jumlah elemen paduan: Paduan yang lebih banyak=memiliki efek yang lebih kuat, namun jumlah yang berlebihan dapat melebihi batas kelarutan dan memerlukan metode penguatan lain seperti penguatan fase kedua.
Atom interstisial lebih kuat dibandingkan atom substitusi.
Perbedaan elektron valensi antara zat terlarut dan logam matriks meningkatkan penguatan.
Efek
Kekuatan hasil, kekuatan tarik, dan kekerasan melebihi logam murni.
Umumnya keuletannya lebih rendah dibandingkan logam murni.
Konduktivitas listrik lebih rendah dibandingkan logam murni.
Peningkatan ketahanan terhadap mulur dan-kekuatan suhu tinggi.
02. Pengerasan Kerja (Strain Hardening)
Definisi
Ketika deformasi dingin meningkat, kekuatan dan kekerasan logam meningkat, sedangkan plastisitas dan ketangguhan menurun.
Ringkasan
Ketika logam mengalami deformasi plastis di bawah suhu rekristalisasinya, logam tersebut menjadi lebih kuat dan keras tetapi kurang ulet dan tangguh. Juga dikenal sebagai pengerasan kerja dingin. Selama deformasi plastis, dislokasi terjerat, butiran memanjang, pecah, dan menjadi berserat. Stres sisa muncul. Derajat pengerasan biasanya diukur dengan perbandingan kekerasan mikro permukaan sebelum dan sesudah deformasi serta kedalaman lapisan yang mengeras.
Penjelasan Teori Dislokasi
Dislokasi berpotongan dan membentuk langkah-seperti hambatan gerak.
Dislokasi bereaksi membentuk dislokasi tidak bergerak yang menghambat pergerakan.
Perkalian dislokasi meningkatkan kepadatan, sehingga semakin menghambat pergerakan.
Kekurangan
Pengerasan kerja mempersulit pemrosesan lebih lanjut. Misalnya, baja canai dingin-menjadi semakin keras dan tidak dapat dikerjakan, sehingga memerlukan proses anil tingkat menengah untuk melunakkannya. Dalam pemesinan, pengerasan permukaan meningkatkan gaya potong dan keausan pahat.
Manfaat
Meningkatkan kekuatan, kekerasan, dan ketahanan aus logam, terutama untuk logam murni dan paduan yang tidak dapat diperkuat dengan perlakuan panas (misalnya, kabel berkekuatan tinggi-ditarik dingin,-pegas canai dingin, jalur tangki, rahang penghancur, saklar kereta api).
Aplikasi di bidang Teknik Mesin
Cold drawing, rolling, dan shot peening sangat meningkatkan kekuatan permukaan material dan komponen.
Deformasi plastis lokal akibat tekanan dapat dibatasi karena pengerasan kerja, sehingga meningkatkan keamanan komponen.
Dalam stamping, area yang mengeras mengarahkan deformasi ke area yang lebih lunak, sehingga memungkinkan deformasi yang seragam di seluruh bagian.
Meningkatkan kemampuan mesin-baja karbon rendah dengan membuat chip lebih mudah dipisahkan. Namun, hal ini meningkatkan konsumsi energi dalam pemrosesan lebih lanjut dan keausan pahat dalam pemesinan.
03. Penguatan Pemurnian Gandum
Definisi
Penguatan penghalusan butir meningkatkan sifat mekanik dengan mengurangi ukuran butir.
Prinsip
Logam bersifat polikristalin. Butir yang lebih kecil (yaitu, lebih banyak butir per satuan volume) menghasilkan kekuatan, kekerasan, plastisitas, dan ketangguhan yang lebih tinggi. Butiran yang lebih halus mendistribusikan deformasi secara lebih merata, mengurangi konsentrasi tegangan, dan menghambat perambatan retak. Dengan demikian, pemurnian biji-bijian meningkatkan kekuatan.
Efek
Butir yang lebih halus mengurangi tegangan-tumpukan dislokasi, sehingga meningkatkan kekuatan.
Berdasarkan hubungan Hall–Petch, ukuran butir yang lebih kecil ddd menyebabkan kekuatan luluh yang lebih tinggi.
Metode untuk Menghaluskan Biji-bijian
Tingkatkan pendinginan bawah.
Perawatan inokulasi.
Getaran dan pengadukan selama pemadatan.
Pada logam-deformasi dingin: mengontrol tingkat deformasi dan suhu anil.
04. Penguatan Tahap Kedua
Definisi
Dalam paduan multifasa, selain fase matriks, terdapat fase kedua. Ketika partikel fase kedua-tersebar secara merata dalam matriks, partikel tersebut memperkuat paduan secara signifikan. Ini dikenal sebagai penguatan-fase kedua.
Jenis
Dari sudut pandang pergerakan dislokasi,-partikel fase kedua diklasifikasikan menjadi:
Partikel yang tidak-dapat dideformasi: penguatan melalui mekanisme bypass (mekanisme Orowan).
Partikel yang dapat dideformasi: diperkuat melalui mekanisme pemotongan.
Penguatan dispersioid dan pengerasan presipitasi adalah bentuk spesifik dari penguatan-fase kedua.
Efek
Partikel-fasa kedua berinteraksi dengan dislokasi, menghambat pergerakannya dan meningkatkan ketahanan paduan terhadap deformasi.
Faktor Lain yang Mempengaruhi Kekuatan
Komposisi paduan, struktur mikro, dan keadaan permukaan.
Kondisi pembebanan: laju, mode (tarik vs. siklik).
Geometri sampel dan lingkungan pengujian (misalnya, penggetasan hidrogen dapat mengurangi kekuatan secara drastis).
Ringkasan Penguatan Pendekatan
Dua jalur utama untuk memperkuat logam:
Meningkatkan kekuatan ikatan atom dan menciptakan-kristal bebas cacat (misalnya kumis).
Memperkenalkan cacat (dislokasi, atom terlarut, batas butir, dll.) untuk menghambat pergerakan dislokasi - terbukti merupakan metode yang paling efektif.
Material teknik biasanya mengandalkan kombinasi mekanisme penguatan untuk mencapai kinerja optimal.
