MODUL 9 Peningkatan Kekuatan dan Ketangguhan Memproduksi material yang memiliki kekuatan tinggi pada temperature ruang maupun temperatur tinggi sangat penting. Telah kita ketahui bahwa perpaduan, interaksi dislokasi-atom terlarut, pengendalian ukuran butir dan pengerjaan-dingin dapat meningkatkan tegangan Auh. Di antara metode tersebut, penghalusan ukuran --utir adalah metode yang paling banyak diterapkan ,ada material karena tegangan luluh sangat --ergantung pada ukuran butir. Pada sistern. paduan .nentu, dapat dihasilkan peningkatan kekuatan dan cekerasan melalui perlakuan-panas saja. Metode ;cperti ini memiliki banyak keuntungan, karena cckuatan dapat ditingkatkan sesuai kebutuhan pada chap produksi atau fabrikasi yang memerlukannya. Sclain itu, komponen tidak digunakan dalam keadaan xrtegangan tinggi atau terdeformasi secara plastis. ?persyaratan dasar untuk paduan khusus seperti ini adalah paduan harus mengalami transformasi fasa "am keadaan padat. Salah satu ripe paduan yang memenuhi persyaratan ini adalah paduan yang !nemiliki kemampuan reaksi tertata-tak-tertata; dan pengerasan yang mengiringi proses ini (sangat mirip jengan pengerasan-presipitasi) disebut pengerasan- -2mnan. Namun, kondisi untuk pengerasan ini cukup Ketat sehingga kedua metode pengerasan utamanya, .azim diterapkan pada paduan, dilandaskan pada (1) presipitasi dari larutan padat lewat-jenuh dan (2) dekomposisi eutektoid. Tidak perlu diragukan lagi bahwa untuk aplikasi mdustri, kekuatan merupakan parameter yang penang. Namun, kekuatan bukan satu-satunya parameter yang penting dan umurnnya material harus memi-& kombinasi beberapa sifat. Keuletan diperlukan mar material dapat membebaskan konsentrasi tegangan melalui deformasi plastis dan untuk dapat bertahan :erhadap perpatahan. Ketahanan material terhadap perambatan retak, yang dikenal dengan sebutan ketangguhan akan dibahas dalam bab ini. perpatahan memiliki banyak bentuk, dan akan kita telaah satu persatu, meliputi perpatahan getas karena belch (rengkah), perpatahan ulet karena koalesensi mikro void, perpatahan creep karena retak titik-tripel dan perpatahan fatik. Modul ini terutama membahas perilaku paduan, sebagian karena kemampuan inheren dari sistem paduan dan sebagian karena latar belakang penelitian mengenai pemahaman terkini mengenai kekuatan, ketangguhan http://www.mercubuana.ac.id dan perpatahan pada

presipitat. Jika, pada temperatur tertentu, penuaan dibiarkan berlanjut, maka akan terjadi pengkasaran partikel (partikel yang kecil cenderung larut kembali, dan partikel yang besar bertambah besar. Partikel kecil yang banyak jumlahnya dan terdispersi halus secara bertahap digantikan oleh partikel yang lebih kasar dengan jarak dispersi yang besar. Pada keadaan ini paduan bertambah lunak, dan material dikatakan berada dalam kondisi penuaan lewat. Perlakuan kuens meningkatkan berbagai sifat mekanik dan fisik paduan karena baik atom terlarut dan cacat titik yang melebihi konsentrasi kesetimbangan dipertahankan selama proses ini, dan juga karena perlakuan kuens itu sendiri seringkali menghasilkan regangan kisi. Sifat yang paling banyak mengalami perubahan adalah resistansi listrik di mana biasanya terjadi peningkatan yang sangat besar. Sebaliknya sifat mekanik relatif tidak terlalu terpengaruh. Perubahan sifat pada material yang dikuens set penuaan lebih jelas, khususnya sifat mekanik ngalami modifikasi yang menonjol. Sebagai contoh, kekuatan tarik Duralumin (paduan aluminium - 4% tembaga yang mengandung magnesium, silikon, mangan) dapat ditingkatkan dari 0,21 menjadi 0,41 GN/m2 sedangkan kekuatan tarik paduan Cu-2Be dapat ditingkatkan dari 0,46 menjadi 1,23 GN/m2 Sifat peka- struktur seperti kekerasan, tegangan luluh dan sebagainya, tentunya sangat bergantung pada distribusi struktural fasa, sehingga paduan seperti ini mengalami pelunakan ketika presipitat yang terdispersi halus mengalami pengasaran. 2.Perubahan struktural selama presipitasi Penelitian metalografi terdahulu menunjukkan bahwa perubahan mikrostruktur yang terjadi pada tahap awal penuaan memiliki skala yang terlalu halus untuk dapat diamati dengan mikroskop optik. Justru pada tahap awal inilah terjadi perubahan sifat yang paling berarti. Oleh karena itu, untuk mempelajari proses ini dimanfaatkan teknik difraksi sinar-X dan mikroskop elektron mutakhir. Dua teknik dasar sinar-X, yang diterapkan untuk mempelajari pengelompokan atom pada tahap awal penuaan, bergantung pada deteksi hamburan berkas radiasi menjauhi garis difraksi atau titik difraksi utama (lihat Bab 5). Pada teknik pertama yang dikembangkan secara terpisah oleh Guinier clan Preston pada tahun 1938, digunakan metode Laue. Mereka menemukan bahwa pola difraksi kristal-tunggal paduan aluminium-tembaga menghasilkan bercak yang berasal dari refleksi kisi aluminium http://www.mercubuana.ac.id

energi antarmuk-- tinggi (yaitu apabila terdapat diskontinuitas p - struktur atomik yang mirip batas butir di antarm antara nukleus dan matriks), sehingga untuk presip tipe inkoheren nuklei harus lebih besar dari uk-Lminimum tertentu sebelum terbentuk fasa b_ Untuk menghindari mode presipitasi yang lambaT dibuatlah tipe presipitat yang koheren di mans ur. - presipitat ini efek ukuran relatif tidak pent: Koherensi biasanya diperlukan oleh presipitat un-.— merentangkan kisi kesetimbangan agar sesuai dengan matriks atau mengadopsi kisi metastabil. Nam meski memiliki volume energi-bebas yang lebih tir dan energi regangan yang lebih tinggi, struktur trailebih stabil pada tahap awal presipitasi karena en: antarmukanya yang lebih rendah. Apabila presipitat berubah menjadi inkoheren paduan cenderung mengurangi energi permukaannya sebanyak mungkin dengan mengatur hubungan orientasi antara matriks dan presipitat, sedemikian rum sehingga bidang kristal yang sejajar dan dipisah- oleh permukaan-antara memiliki jarak atom yam sama. Jelas bahwa untuk bidang habit ini berlak--- bahwa semakin balk kesesuaian kristalografi, semakikecil distorsi di antarmuka dan semakin rendah enerz permukaan. Prinsip ini menentukan presipitasi dari berbagai fasa paduan, yang ditunjukkan dengan terbentuknya struktur Widmanstdtten. StruktuWidmanstdtten adalah presipitat berbentuk pelat yan.: terletak di bidang metalografi utama dari matriks Kebanyakan presipitat berbentuk pelat karena fakto- energi regangannya paling rendah. Kurva penuaan dan seringkali menghasilkan dua tahap pengerasan seperti diperlihatkan pada Gambar 8.2. Zona, sesuai definisi, koheren dengan matriks, dan paduan mengalami pengerasan ketika zona terbentuk. Presipitat intermediat mungkin koheren dengan matriks, di sini peningkatan kekerasan berlanjut, dan Dilamana presipitat bersifat koheren parsial, dapat :erjadi pengerasan atau pelunakan. Presipitat kesetim-ungan bersifat inkoheren dan pembentukannya selalu --,erakhir dengan pelunakan. Ciri-ciri ini dapat dijelasKan dengan membahas sistem pengerasan- penuaan vang aktual. Reaksi presipitasi terjadi pada berbagai jenis sistem paduan seperti diperlihatkan dalam Tabel 8.1. Proses presipitasi sistem paduan aluminium-tembaga memiliki jumlah tahapan intermediat yang paling nanyak, dan mungkin merupakan proses yang paling ,.mng diteliti. Apabila kandungan tembaga tinggi dan wmperatur penuaan rendah, urutan tahapan yang likuti adalah GP [1], GP [2], 0' dan 0 (CuAl2)' \amun demikian, pada temperatur penuaan yang icb1h tinggi, satu atau lebih tahapan http://www.mercubuana.ac.id