Mekanisme Penguatan Dalam MetalOleh:Okta Abdul Choir (3335131284)Aprilianti Melinda (3335132582)Febrina Ramadiandari (3335132228)

Ellyawan Arbintarso

Mekanisme PenguatanMekanisme penguatan pada material logam merupakan hubungan antara pergerakan dislokasi dan sifat mekanik dari logam. Kemampuan suatu material logam untuk diubah secara plastis tergantung pada kemampuan dislokasi untuk dapat bergerak. *

Mekanisme Penguatan*

Grain-Size Reduction (penghalusan butir)

Penghalusan butir adalah suatu proses yang melibatkan kecepatan pengintian dan pertumbuhan butir atau kristal suatu logam dalam proses pembekuan dimulai dari fasa cair sehingga membentuk kristal, membutuhkan waktu dalam pendinginan (cooling rate) dan untuk ukuran besar butir tergantung laju pengintian dan pertumbuhannya*

Solid-Solution Strengthening (Paduan Larutan-Padat) Solid Solution strengthening adalah proses penguatan pada larutan padat. Pada umumnya logam paduan lebih kuat dibandingkan dengan logam murni, karena impuritas atom yang masuk kedalam larutan padat memaksakan tegangan kisi disekeliling atom induknya. Interstisisal atau impuritas subtitusi dalam sebuah larutan akan mengakibatkan regangan kisi. Dan hasilnya impuritas ini akan berinteraksi dengan bidang dislokasi regangan dan menghambat pergerakan dislokasi. *

Strain Hardening (pengerasan regangan)Pengerasan regangan (strain hardening) adalah meningkatkan kerapatan dislokasi dengan deformasi plastik. jarak rata-rata antara penurunan dislokasi dan dislokasi mulai memblokir gerakan satu sama lain.Ellyawan Arbintarso*

Ellyawan Arbintarso

Recovery (Pemulihan)Selama pemulihan, sebagian energi regangannya disimpan logam dilepaskan akibat dari peningkatan difusi atom pada suhu yang dinaikkan. Karena energi tersebut,dislokasi yang semula saling menghambat, mulai bergerak membentuk susunan stabil sehingga terjadi pengurangan jumlah dislokasi. Dislokasi yang terbentuk pada tahap ini memiliki energi regang yang kecil, dalam proses ini tidak mengubah struktur butir logam.*

RekritalisasiRekritalisasi merupakan proses pembentukan dan jumlah butir baru yang rata fisi, bebas energi regangan dan kepadatan dislokasinya cukup rendah. Kondisi tersebut memiliki ketika deformasi plastis belum dilakukan. Selama proses ini berlangsung, sifat-sifat mekanis, seperti kekerasan dan kekuatan menurun, serta kembali seperti kondisi sebelum pengerjaan dingin. Pada proses ini, atom-atom bergerak dan menata kembali dan penataan ini lebih mudah pada suhu tinggi. Suhu rekritalisasi didefinisikan sebagai suhu dimana butiran baru mulai muncul pada butiran yang lama.*

Perpatahan dan Kelelahan(Fracture and Fatigue)Oleh:Okta Abdul Choir (3335131284)Aprilianti Melinda (3335132582)Febrina Ramadiandari (3335132228)

Ellyawan Arbintarso

Apa itu perpatahan ?Perpatahan adalah pemisahan atau pemecahan suatu benda padat menjadi 2 (dua) bagian atau lebih yang diakibatkan oleh adanya tegangan *

*Mengapa perlu mempelajari Mekanika Perpatahan?Bahan yang mempunyai kekuatan tinggi dapat gagal dengan beban yang rendahBanyak penyebab kegagalan produk yang tidak bisa dijelaskan dengan teori elastisitas dan plastisitasPerancangan struktur mesin perlu menambahkan aspek kemungkinan terjadi retak

Mekanisme Perpatahan*

Tahapan Kerusakan*neckingfractureCrack propagationCoalescence of cavities

Jenis-Jenis Perpatahan Pada Logam* Adanya kecepatan penjalaran retak yang tinggi, tanpa terjadi deformasi kasar. Adanya deformasi plastik yang cukup besar sebelum dan selama proses penjalaran retak

*Evolusi Rancangan StrukturAdaptasi Empiris dariRancangan yg Sukses:Prosedur coba-cobaPendekatan kekuatan bahanDengan teori Elastisitas dgnFaktor keamanan yg besarPengenalan KonsentrasiTegangan = nom [1+2 (a/R)1/2]Piramid di Mesir dan Katedral Agung di EropaPenemuan abad 19 oleh Cauchy dllInglis (1913, USA)Kolosov (USSR)Paradok:Pd R = 0, nom 0

*Evolusi Rancangan StrukturMekanika PerpatahanBesar toleransi serabut retak untuk beban ygDiberikan/beban aman operasi untuk Ukuran serabut yang diberikanDengan menggunakan LEFMK(a, , B) = KIcPendekatan Toleransi RusakLaju pertumbuhan serabut Ukuran kritis dlm perawatanGriffith (1922) Teori Pecah/Remuk (Theory of Rupture)Perkembangan lanjut oleh:Obriemoff (1930)Westerfaard (1939)Irwin dan Orowan (1948)Rice dan Cherepanov, (1960)

*Sifat-sifat kristal dapat dihitung berdasarkan sifat latis-latisKekuatan teoritis Dimana E = modulus elastisitas, b = jarak atom atom seimbang, = Energi total pemisahan antar atomUntuk banyak bahan = Eb/40Teg. Luluh th = E/6(a) Teori Kekuatan Antar Atom

*(b) Teori PerpatahanMenggunakan persamaan matematika Inglis untuk konsentrasi tegangan, ditunjukkan untuk bahan seperti kaca Energi permukaan yang dihamburkan oleh pembentukan permukaan retak baru adalah setara dengan ketahanan pertumbuhan retak

*- Westergaard melanjutkan teori Griffith dan menunjukkan bahwa kekuatan patah dari bentuk retak adalahdimana a adalah panjang retakBatasan-batasan:1. adalah valid untuk bahan getas2. Perhitungan tidak jelas3. Nilai lebih besar untuk bahan teknik

*1948 George Irwin (Lab. Riset AL USA)Melanjutkan teori Griffith untuk logamMengembangkan metode matematika untuk menghitung parameter patah dan mengukur parameter patah kritis (ketangguhan)

p = energi plastis pada ujung retak

*Karena pembilang adalah sifat bahan, kita dapat mendifinisikan sebagai

Dimana K = faktor intensitas tegangan pada ujung retak, adalah tegangan yg kecilKita dapat menghubungkan K dan G, laju perubahan energi total potensial w.r.t. panjang retak a.G = K2/E*E* = modulus elastis efektifTeori ini disebut Teori Perpatahan Griffith-Irwin-Orowan

*Sejarah Perkembangan Mekanika PerpatahanJames Rice (1967) dan Cherepanov (1966)Mekanika Perpatahan Non-linier

J = /a

Dimana (pi) adalah energi potensial total dari bahan (elastis-plastis) non-linier yang mempunyai retak

*Matematika Definisi dari RetakDefinisiRetak adalah suatu takikan elips dengan sumbu panjang a yang agak besar (panjang retak) dan sumbu pendek b adalah nol. Dengan kata lain, jari-jari kelengkungan pada ujung retak adalah nol.Takikan elipsRetak

*Matematika Definisi dari RetakAliran Tegangan sekitar Takikan dan RetakPembebanan melintang thd sumbu utamaTakikanKonsentrasi Tegangan (Kt); = nom (1+2 (a/Rmin)1/2)Rmin adalah jari-jari kelengkungan ujung sumbu utamaRetakFaktor Intensitas Tegangan (K); K = nom (a)1/2

*Pembebanan sejajar thd sumbu utamaTakikanKonsentrasi Tegangan (Kt); = nom (1+2 (a/Rmak)1/2)Rmak adalah jari-jari kelengkungan ujung sumbu utamaRetakFaktor Intensitas Tegangan (K); K = 0 shg = nom

*Pengaruh Retak pada StrukturPembebanan StatisGrafik Kekuatan Sisa

*Pengaruh Retak pada StrukturPembebanan FatikSpektrum beban

KELELAHAN / FATIQUE Kelelahan merupakan suatu kegagalan lelah terjadi ketika sebuah bahan telah mengalami silus tegangan & regangan yang menghasilkan kerusakan yang permanan, juga dapat terjadi dibawah atau diatas tegangan luluh. Kegagalan lelah pada umumnya meliputi pertumbuhan inti dan penebaran dari sebuah retak.

Penyebab Kelelahan - Kelelahan yang dikontrol oleh tegangan. 1. Lengkung rotasi (rotating bending) 2. Getaran (vibration) 3. Penekanan(presuriation) 4. Kontak Gelinding (Rolling Contacts)

Penyebab Kelelahan- Kelelahan yang dikontrol oleh regangan. 1. Siklus (thermal Cyclus) 2. Tarikan besar (secerv notehes) 3. Terbuka / Tertutup (opened / closed) Umur lelah / fatique life, biasanya 107 siklus perkiraan dari jumlah siklus yang dialami oleh suatu piston mobil dari 100.000 mil (~330.000).

Fase-Fase Kelelahan

*PustakaColangelo, VJ., Heiser, FA., 1974, Analysis of Metallurgical Failures, John Wiley & Son, USADieter, (alih bahasa Djaprie), 1989, Metalurgi Mekanik, jilid 1, Erlangga, JakartaDieter, (alih bahasa Djaprie), 1989, Metalurgi Mekanik, jilid 2, Erlangga, JakartaErwalds, Wanhill, 2001, Fracture Mechanic, John Wiley & Son, LondonSmallman RE, alih bahasa Djaprie Sriati, Metalurgi Fisik Modern, Gramedia Pustaka Utama, Jakarta, 1985

*