Konsep_dislokasi.docx

1. Konsep Dislokasi Dislokasi adalah suatu pergeseran atau pegerakan atom-atom di dalam sistem kristal logam akibat tegangan mekanik yang dapat menciptakan deformasi plastis (perubahan dimensi secara permanen). Pada saat terjadinya deformasi plastis maka melibatkan pergerakan sejumlah besar dislokasi, sebuah dislokasi sisi bergerak sebagai respons terhadap tegangan geser yang diterapkan hingga akhirnya menimbulkan deformasi plastis seperti ditunjukan pada gambaar 1. Dimana sebuah dislokasi berada dibidang A, dan pada saat tegangan geser diberikan dilokasi pada bidang A dipaksa kekanan kearah bidang B dan seterusnya hingga akirnya membentuk Kristal yang sempurna. . Proses di mana deformasi plastis dihasilkan oleh gerakan dislokasi disebut Slip; bidang kristalografi sepanjang yang melintasi dislokasi garis adalah bidang slip, seperti ditunjukkan pada Gambar 3. Dislokasi bisa mudah bergerak dan juga bisa sulit bergerak. Misalya pada proses pengerjaan dingin (cold work) terjadi peningkatan dislokasi di dalam kristal logam sehingga kekuatan logam meningkat, namun keuletan menurun. Pada dasarnya dislokasi itu ada dua, yaitu dislokasi sisi dan dislokasi ulir namun ada juga dislokasi campuran yaitu kombinasi antara dislokasi sisi dan dislokasi ulir. Mekanisme Dislokasi

Gambar 1. Dislokasi diatas merupakan dislokasi sisi. Yang bergerak akibat adanya energi mekanik yang diberikan oleh tegangan. Arahnya sesuai dengan arah tegangan tersebut. Sehingga dislokasi bergerak seperti pada gambar A sampai dengan gambar C yang membentuk kirstal yang sempurna dan tidak memiliki dislokasi. Gerakan disklokasi juga dianalogikan dengan gerakan seekor ulat seperti gambar dibawah ini:

2.

Karakteristik Dislokasi

Beberapa karakteristik dislokasi berpengaruh kepada sifat mekanik material . Termasuk medan regangan yang berada disekitar dislokasi yang akan menentukan mobilitas dislokasi dan kemampuan untuk bertambahnya dislokasi. Jika logam mengalami deformasi , 5% energi deformasi tetap berada pada material , sisanya menjadi panas. Sebagian besar energi yang disimpan tersebut berupa energi regangan dan berada disekitar dislokasi . Energi regangan berupa :tekan , tarik dan geser.

Energi regangan disekitar dislokasi bias berinteraksi dengan dislokasi tetangga berupa tarik-menarik atau tolak menolak dan sebaliknya. Ilustrasinya diperlihatkan pada gambar disamping.

(a) Dua dislokasi dengan tanda yang sama pada sebuah bidang slip saling mendesak dan akhirnya terjadi gaya tolak-menolak. C menunjukan tegangan tekan dan T menyatakan tegangan tarik (b) Sebuah dislokasi sisi dengan tanda yang berlawanan pada bidang slip saling mendesak dan terjadi gaya tarikmenarik, dan keduanya bertemu dan memusnahkan dislokasi hingga akhirnya membentuk kristal yang sempurna 3. Sistem Slip Gerakan dislokasi pada suatu bahan tidak sama kesetiap arah , ada bidang yang disukai (prefer plane) untuk terjadi gerakan dislokasi . Bidang ini disebut bidang slip Sedangkan arah gerakan disebut arah slip. Gabungan dari keduanya disebut sistem slip. Slip biasanya terjadi pada bidang terpadat dan slip juga tergantung pada struktur Kristal logam

4. Slip dalam Kristal tunggal Walaupun tegangan yang diberikan ke bahan murni tegangan tarik (atau tekan ), komponen geser tetap timbul tetapi tegak lurus terhadap arah tegangan. Hal ini disebut tegangan geser putus (resolved shear stress). Tegangan geser ini bergantung pada tegangan yang diberikan, dan orientasi bidang slip serta arah slip.

Pada logam kristal tunggal mempunyai sejumlah sistem slip yang berbeda. Tegangan geser putus besarnya akan berbeda pada setiap sistem slip karena besar f dan l juga berbeda. Tapi ada satu bidang yang lebih disukai untuk terjadinya slip, biasanya pada bidang yang t r paling besar atau disebut juga tr(max).

Karena tegangan tarik atau tekan maka slip pada kristal tunggal dimulai pada bidang yang mempunyai tr ( max ) .

Tegangan geser putus kritis, tCRSS Adalah minimum tegangan geser yang diperlukan untuk mulai terjadinya slip. Pada sifat mekanik material titik dimana luluh mulai terjadi. Titik luluh terjadi bila tR( max) =tCRSS

Minimum tegangan untuk terjadinya luluh adalah jika l = f = 45° sehingga, tY = 2 tCRSS

CACAT GARIS / LINE DEFECT (DISLOCATION) Line defect yang paling banyak dijumpai adalah dislokasi. Secara geometris, dislokasi dapat digambarkan seperti di bawah ini :

Dislokasi ini dapat digambarkan sebagai sisipan satu bidang atom tambahan dalam struktur kristal. Garis dislokasi dalam gambar tersebut adalah garis tegak lurus (^) pada bidang gambar. Di daerah garis sekitar dislokasi terjadi distorsi kisi yang besifat lokal. Daerah-daerah yang jauh dari garis dislokasi, derajat distorsi lokalnya menurun dan susunan atomnya kembali normal. Distorsi kisi tersebut dapat berupa tekanan dan tegangan sehingga terdapat energi tambahan sepanjang dislokasi tersebut. Jarak geser atom di sekitar dislokasi disebut vektor geser b* (burger vectors) yang mana tegak lurus pad garis dislokasi.

Jenis- jenis dislokasi, yaitu : 

Dislokasi Geometri

Gambar 2.1 Crystal Kisi-Kisi Menunjukkan Atom dan Pesawat

Dua jenis utama dislokasi adalah tepi dan sekrup. Dislokasi ditemukan dalam bahan nyata biasanya dicampur, yang berarti bahwa mereka memiliki karakteristik dari keduanya. Sebuah bahan kristal terdiri dari atom array biasa, disusun dalam bidang kisi.

Gambar 2.2 Skema Diagram (kisi pesawat) menunjukkan dislokasi sisi. Vektor Burgers hitam, garis dislokasi dengan warna biru.



Dislokasi Sisi

Sebuah dislokasi sisi merupakan suatu cacat di mana setengah ekstra bidang atom diperkenalkan pertengahan jalan melalui kristal, distorsi pesawat dekat atom. Bila kekuatan yang cukup diberikan dari satu sisi struktur kristal, pesawat tambahan ini melewati atom pesawat pecah dan bergabung dengan ikatan bersama mereka sampai mencapai batas butir. Sebuah diagram skematik sederhana seperti pesawat atom dapat digunakan untuk menggambarkan cacat kisi seperti dislokasi. Dislokasi memiliki dua sifat, garis arah, yang merupakan arah berjalan sepanjang dasar setengah ekstra pesawat, dan vektor Burgers yang menggambarkan besar dan arah distorsi ke kisi. Dalam sebuah dislokasi tepi, Burgers vektor tegak lurus terhadap arah garis. Tekanan yang disebabkan oleh dislokasi sisi sangat kompleks karena asimetri yang terkandung di dalamnya. Tegangan tersebut dijelaskan oleh tiga persamaan:

di mana: μ = modulus geser dari bahan b = adalah vektor Burgers ν = adalah rasio Poisson x dan y = koordinat

Persamaan ini menyarankan halter berorientasi vertikal tegangan yang mengelilingi dislokasi, dengan kompresi yang dialami oleh atom dekat ekstra pesawat, dan ketegangan yang dialami oleh orang-atom dekat hilang pesawat.



Dislokasi Ulir

Gambar 2.3 Kanan Bawah Menunjukkan Dislokasi Ulir

Gambar 2.4 Skema Diagram (kisi pesawat) menunjukkan Dislokasi Ulir

Sebuah dislokasi ulir jauh lebih sulit untuk memvisualisasikan. Bayangkan memotong kristal sepanjang pesawat dan tergelincir satu setengah melintasi kisi lain dengan sebuah vektor, yang setengah-setengah akan cocok kembali bersama-sama tanpa meninggalkan cacat. Jika hanya pergi bagian memotong jalan melalui kristal, dan kemudian tergelincir, batas dari memotong adalah dislokasi ulir. Ini terdiri dari sebuah struktur di mana heliks dilacak di sekitar jalan adalah cacat linear (garis dislokasi) oleh pesawat atom dalam kisi kristal (Gambar 2.3). Mungkin analogi yang paling dekat adalah spiral-iris ham. Dislokasi ulir murni, vektor Burgers sejajar dengan garis arah. Meskipun kesulitan dalam visualisasi, tekanan yang disebabkan oleh dislokasi ulir kurang kompleks daripada sebuah dislokasi sisi. Tegangan tersebut hanya perlu satu persamaan, seperti simetri memungkinkan hanya satu koordinat radial untuk digunakan:

di mana: μ = modulus geser dari bahan b = adalah vektor Burgers r = koordinat

Persamaan ini menunjukkan silinder panjang stres yang memancar keluar dari silinder dan menurun dengan jarak. Model sederhana ini menghasilkan nilai yang tak terhingga untuk inti dislokasi pada r = 0 dan sehingga hanya berlaku untuk menekankan di luar inti dislokasi. 

Dislokasi Campuran

Dalam banyak bahan, dislokasi dapat ditemukan di mana garis arah dan Burgers vektor yang tidak tegak lurus atau paralel dan dislokasi ini disebut dislokasi campuran, yang terdiri dari karakter ulir dan karakter tepi.

Observasi Dislokasi

Gambar Transmisi Mikrograf Elektron Dislokasi

Ketika garis dislokasi memotong permukaan bahan logam, medan regangan yang terkait secara lokal meningkatkan kerentanan relatif dari material tersebut untuk asam etsa dan lubang etch format geometris secara teratur. Jika bahan tegang (cacat) dan berulang tergores, serangkaian etch lubang-lubang yang dapat diproduksi secara efektif melacak gerakan dislokasi bersangkutan.

Mikroskopi elektron transmisi dapat digunakan untuk mengamati dislokasi dalam mikrostruktur material. Foil tipis digunakan untuk membuat untuk membuat transparan berkas elektron mikroskop. Elektron-elektron yang mengalami berkas difraksi oleh kisi kristal reguler bidang atom logam, relatif berbeda sudut antara balok dan bidang kisi dari setiap butir dalam mikrostruktur logam dan menghasilkan gambar kontras (antara butir orientasi kristalografi yang berbeda). Struktur atom yang kurang teratur antara batas butir dan medan regangan di sekitar garis dislokasi Diffractive berbeda sifat dari kisi biasa dalam butir, dan karena itu efek kontras yang berbeda dalam mikrograf elektron. (dislokasi dipandang sebagai garis gelap dalam terang, wilayah pusat mikrograf di sebelah kanan). Transmisi mikrograf elektron dislokasi biasanya memanfaatkan magnifications dari 50.000 sampai 300.000 kali.

Gambar Transmisi mikrograf elektron Dislokasi

Perhatikan karakteristik 'Wiggly' kontras pada garis dislokasi ketika mereka melalui ketebalan material. Perhatikan juga bahwa dislokasi tidak berakhir dalam kristal, garis dislokasi dalam gambar ini berakhir pada permukaan sampel. Dislokasi hanya dapat terdapat dalam kristal sebagai sebuah loop.

Field ion microscope dan atom probe menawarkan metode teknik memproduksi magnifications jauh lebih tinggi (biasanya 3 juta kali) dan memungkinkan pengamatan dislokasi pada tingkat atom. Permukaan di mana bantuan dapat diselesaikan dengan tingkat langkah atom, dislokasi ulir spiral yang muncul sebagai fitur unik mengungkapkan mekanisme penting pertumbuhan kristal, ada langkah permukaan, dimana atom dapat lebih mudah menambah kristal, dan permukaan langkah terkait dengan dislokasi ulir tidak pernah hancur tidak peduli berapa banyak atom yang ditambahkan ke dalamnya.

Setelah etsa kimia, terbentuk lubang-lubang kecil di mana solusi etsa serangan preferentially permukaan sampel di mencegat dislokasi permukaan ini, karena keadaan tegang lebih tinggi dari materi. Dengan demikian, fitur gambar yang menunjukkan titik-titik di mencegat dislokasi permukaan sampel. Dengan cara ini, dislokasi dalam silikon, misalnya, secara tidak langsung dapat diamati dengan menggunakan mikroskop interferensi. Orientasi kristal dapat ditentukan dengan bentuk lubang-lubang etch terkait dengan dislokasi.

Dislokasi dalam silikon,

Dislokasi dalam silikon,

Dislokasi di silikon,

orientasi 100

orientasi 111

orientasi 111

Gambar 100 elips, 111 - segitiga / piramidal

Di dalam material biasanya ditemukan gabungan antara edge dislocation dan screw diclocation yang biasa disebut dislokasi campuran.

Dislokasi dapat berpindah-pindah ataupun bergerak.

Proses dimana deformasi plastis di-karenakan gerakan gerakan dislokasi yang berpindah-pindah tersebut biasanya dinamakan dengan SLIP. Bidang, dimana garis dislokasi melintang disebut BIDANG SLIP, sedangkan arah gerakan dislokasi disebut ARAH SLIP. Bila ditinjau secara khusus , ternyata gerakan dislokasi pada berbagai bidangn kritis adalah tidak sama sehingga dengan perkataan lain dapat dikatakan bahwa terdapat arah dan bidang kristal yang meudahkan dislokasi terssebut bergerak yang disebut dengan nama PREFFERED – PLANE. Bidang-bidang dan arah bidang yang memudahkan dislokasi tersebut bergerak pada umumnya adalah bidang-bidang kristal yang memiliki planar density yang tinggi. Sedangkan arah gerakan dislokasi pada bidang kristal dengan planar density yang tinggi merupakan arah slip. Dengan perkataan lain arah slip yang diinginkan adalah arah dengnn Linier density yang tinggi. Sumber Dislokasi Kerapatan dislokasi dalam suatu material dapat ditingkatkan oleh deformasi plastik oleh hubungan berikut:

Karena kerapatan dislokasi meningkat dengan deformasi plastik, sebuah mekanisme untuk menciptakan dislokasi harus diaktifkan dalam materi. Tiga mekanisme untuk pembentukan dislokasi dibentuk oleh homogen nukleasi, inisiasi batas butir, dan interface kisi dan permukaan, presipitat, tersebar fase, atau memperkuat serat. Penciptaan dislokasi oleh nukleasi homogen adalah hasil dari pecahnya ikatan atom sepanjang garis dalam kisi. Sebuah pesawat dalam kisi dicukur, sehingga dihadapi setengah pesawat atau dislokasi. Dislokasi ini menjauh antara yang satu dan lainnya melalui kisi. Dalam homogen nukleasi bentuk kristal dislokasi dari sempurna dan melewati simultan dari banyak ikatan, energi yang diperlukan untuk nukleasi homogen tinggi. Misalnya stres diperlukan untuk homogen nukleasi tembaga

,

Di mana: G = modulus geser tembaga (46 GPa) = stres 3,4 Gpa

Oleh karena itu, dalam deformasi konvensional homogen nukleasi memerlukan terkonsentrasi stres, dan sangat tidak mungkin. Batas butir inisiasi dan antarmuka interaksi yang lebih umum sumber dislokasi. Langkah-langkah dan tepian di batas butir merupakan sumber penting dislokasi pada tahap awal deformasi plastik, permukaan kristal dapat menghasilkan dislokasi di dalam kristal. Karena langkah-langkah kecil di permukaan kristal, stres di daerah tertentu di permukaan jauh lebih besar daripada rata-rata stres dalam kisi. Dislokasi kemudian disebarkan ke kisi dengan cara yang sama seperti dalam batas butir inisiasi. Dalam monocrystals, mayoritas dislokasi terbentuk di permukaan. Kerapatan dislokasi 200 mikrometer ke permukaan material, telah terbukti menjadi enam kali lebih tinggi daripada kepadatan dalam massal. Namun, dalam bahan polikristalin sumber permukaan tidak dapat memiliki pengaruh yang besar karena sebagian besar butir tidak berhubungan dengan permukaan.

Batas antara logam dan oksida dapat sangat meningkatkan jumlah dislokasi yang terjadi. Lapisan oksida menempatkan permukaan logam dalam ketegangan karena memeras atom oksigen ke dalam kisi, dan atom oksigen di bawah kompresi. Hal ini sangat meningkatkan tekanan pada permukaan logam dan akibatnya jumlah dislokasi terbentuk pada permukaan. Tekanan yang dihasilkan oleh sumber dislokasi dapat divisualisasikan dengan photoelasticity dalam Lif iradiasi gamma-kristal tunggal. Tegangan tarik sepanjang bidang luncur merah. Stres kompresi hijau gelap.

Salah satu tantangan dalam ilmu material adalah untuk menjelaskan plastisitas dalam istilah mikroskopis. Sebuah usaha untuk menghitung tegangan geser pada bidang yang atom tetangga dapat melewati satu sama lain dalam kristal yang sempurna menunjukkan bahwa, untuk bahan dengan modulus geser G, kekuatan geser τ m diberikan kira-kira oleh:

Modulus geser = 20.000-150.000 MPa, Tegangan geser = 0,5-10 Mpa Pada tahun 1934, Egon Orowan, Michael Polanyi dan GI Taylor, secara simultan menyadari bahwa deformasi plastis dapat dijelaskan dalam kerangka teori dislokasi. Dislokasi dapat bergerak jika atom dari salah satu pesawat sekitar melanggar obligasi dan rebond dengan atom di tepi terminating. Akibatnya, pesawat setengah atom bergerak dalam menanggapi tegangan geser dengan melanggar dan mereformasi garis obligasi, pada satu waktu. Energi yang dibutuhkan untuk memecahkan ikatan tunggal kurang dari yang dibutuhkan untuk memutuskan semua ikatan pada seluruh bidang atom sekaligus. Bahkan model sederhana ini gaya yang dibutuhkan untuk memindahkan dislokasi plastisitas menunjukkan bahwa mungkin pada tegangan jauh lebih rendah dibandingkan dengan kristal yang sempurna. Dalam banyak bahan, terutama bahan ulet, dislokasi adalah pembawa deformasi plastik, dan energi yang dibutuhkan untuk memindahkan kurang dari energi yang dibutuhkan untuk patah tulang material. Dislokasi menimbulkan sifat lunak karakteristik logam.

Ketika logam menjadi sasaran untuk bekerja dingin (deformasi pada suhu yang relatif rendah dibandingkan dengan bahan temperatur leleh absolut, T T

m)

m,

yaitu biasanya kurang dari 0,3

meningkatkan kerapatan dislokasi akibat pembentukan dislokasi baru dan dislokasi

perkalian. Akibatnya meningkatkan ketegangan tumpang tindih antara bidang dislokasi yang berdekatan secara bertahap meningkatkan ketahanan terhadap gerakan dislokasi lebih lanjut. Ini menyebabkan pengerasan logam sebagai deformasi kemajuan. Efek ini dikenal sebagai pengerasan regangan. Kusut dislokasi ditemukan pada tahap awal deformasi dan muncul sebagai non batas-batas yang terdefinisi dengan baik. Proses dinamis pemulihan pada akhirnya mengarah pada pembentukan struktur selular yang berisi batas-batas dengan salah orientasi lebih rendah dari 15°. Selain itu, menjepit menambahkan poin yang menghambat gerak dislokasi, seperti elemen paduan, dapat memperkenalkan bidang stres yang pada akhirnya memperkuat materi dengan mengharuskan tegangan yang lebih tinggi untuk mengatasi stres dan terus menjepit pergerakan dislokasi.

Efek pengerasan regangan oleh akumulasi dislokasi dan struktur gandum terbentuk pada tekanan tinggi dapat dihilangkan dengan perlakuan panas yang tepat (anil) yang mendorong pemulihan dan selanjutnya recrystallisation material. Gabungan teknik pemrosesan pekerjaan pengerasan dan anil memungkinkan untuk mengontrol kerapatan dislokasi, dislokasi derajat keterlibatan, dan akhirnya kekuatan luluh material. Dislokasi dapat menyelinap dalam bidang yang mengandung dislokasi dan Burgers Vector. Untuk dislokasi ulir, dislokasi dan vektor Burgers sejajar, sehingga dislokasi mungkin akan terpeleset di setiap bidang yang mengandung dislokasi. Untuk dislokasi sisi, dislokasi dan vektor Burgers tegak lurus, sehingga hanya ada satu pesawat di mana dislokasi dapat tergelincir.

Ada mekanisme alternatif gerakan dislokasi, yang secara fundamental berbeda dari slip, yang memungkinkan sebuah dislokasi tepi untuk bergerak keluar dari slip, yang dikenal sebagai memanjat dislokasi. Memanjat memungkinkan dislokasi dislokasi sisi untuk bergerak tegak lurus pada bidang slip. Kekuatan pendorong untuk mendaki dislokasi adalah gerakan kekosongan melalui kisi-kisi kristal. Jika kekosongan bergerak di samping batas bidang tambahan setengah atom yang membentuk dislokasi sisi, atom dalam pesawat setengah terdekat dengan kekosongan dapat melompat dan mengisi kekosongan. Pergeseran atom ini bergerak kekosongan sesuai dengan bidang setengah atom, menyebabkan pergeseran, atau mendaki positif dari dislokasi. Proses kekosongan terserap di batas setengah bidang atom, bukan diciptakan, dikenal sebagai memanjat negatif. Sejak dislokasi memanjat hasil dari masing-masing atom melompat ke kekosongan, memanjat terjadi pada diameter atom tunggal bertahap.

Selama memanjat positif, kristal menyusut dalam arah tegak lurus terhadap bidang tambahan setengah atom atom karena dikeluarkan dari setengah pesawat. Sejak negatif memanjat melibatkan penambahan atom untuk setengah pesawat, kristal tumbuh dalam arah tegak lurus terhadap pesawat setengah. Oleh karena itu, kompresi stres dalam arah tegak lurus terhadap pesawat setengah mempromosikan memanjat positif, sedangkan tegangan tarik mempromosikan memanjat negatif. Ini adalah salah satu perbedaan utama antara slip dan memanjat, karena slip hanya disebabkan oleh tegangan geser.

Salah satu perbedaan tambahan antara dislokasi slip dan memanjat adalah temperatur ketergantungan. Memanjat terjadi jauh lebih cepat pada temperatur tinggi daripada suhu rendah akibat kenaikan kekosongan gerak. Slip, di sisi lain, hanya memiliki sedikit ketergantungan pada suhu. 3. SURFACE DEFECTS (PLANAR DEFECTS) Planar defect (dapat berupa cacat pada permukaan-permukaan luar, twin boundary, batas-batas fasa, batas butir) pada material (dimana) akan memisahkan material tersebut atas beberapa bagian yang mana tiap-tiap bagian akan memiliki struktur kristal yang sama tetapi berbeda arah kristalnya.

Permukaan Material Ketidak-sempurnaan kristal dalam dua dimensi merupakan suatu batas, dimana batas yang nyata adalah permukaan luar. Permukaan dapat diilustrasikan sebagai batas struktur kristal sehingga kita dapat melihat bahwa koordinasi atom pada permukaan tidak sama dengan koordinasi atom dalam kristal. Dengan kata lain : Atom permukaan hanya mempunyai tetangga pada satu sisi saja, sehingga memiliki energi yang lebih tinggi dimana ikatannya menjadi kurang kuat. Karena atomatom ini tidak seluruhnya dikekelingi oleh atom lainnya, maka energinya jadi lebih banyak dibandingkan dengan atom di dalamnya.

Contoh idealnya: Tetesan cairan yang berbentuk bulat maka luas permukaannya per satuan volume tetesan harus minimal (sehingga E permukaannya minimmal). Penyerapan permukaan merupakan adanya perbedaan energi pada permukaan tersebut. Batas Butir Bentuk butir dalam solid material biasanya diatur oleh adanya butir-butir lain di sekitarnya dimana dalam setiap butir, semua selnya teratur dalam satu arah dan satu pola yang tertentu. Pada grain boundary (batas butir), antara dua butir yang berdekatan terdapat daerah transisi yang tidak searah dengan pola dalam kedua butir tersebut.

4. VOLUME DEFECTS Volume defects pada material dapat berupa : crack (retak)/pori-pori, inklusi, presipitat, fasa kedua dan lain sebagainya. Kehadiran volume defect di dalam materiaal biasanya memberikan suatu implikasi (misalnya terhadap sifat material) yang akan menyebabkan perubahan densitas material (terutama dengan adanya pori-pori ataupun fasa kedua pada material). Dengan adanya pori-pori maka : rmaterial r = m

<

rtheoritisnya

dimana dengan adanya pori-pori massa

V Dengan adanya fasa kedua maka : rmaterial Dimana

= r1 V1 + r2 V2

r1 = densitas fasa utama (1) V1 = fraksi volume fasa utama r2 = densitas fasa kedua V2 = fraksi volume fasa kedua

Secara illustratif akan ditinjau efek dari kehadiran cacat volume tersebut (seperti retak) terhadap kekuatan material, dimana ingin dilihat perban-dingan s (kekuatan tarik retakan) dengan sth (kekuatan tarik teoritis) suatu material yang sama.

MEKANISME PENGUATAN Apa itu Penguatan? Deformasi plastis terjadi ketika banyak dislokasi bergerak dan berkembang biak sehingga mengakibatkan deformasi makroskopik. Dengan kata lain, itu adalah gerakan dislokasi dalam materi yang memungkinkan untuk deformasi. Jika kita ingin untuk meningkatkan sifat mekanik bahan (yaitu meningkatkan hasil dan kekuatan tarik), kita hanya perlu memperkenalkan suatu mekanisme yang melarang mobilitas dislokasi ini. Apa pun mekanisme mungkin, (bekerja pengerasan, ukuran butir, pengurangan, dll) mereka semua dislokasi menghambat gerak dan membuat

materi

lebih

kuat

daripada

sebelumnya.

Tekanan yang diperlukan untuk menimbulkan gerakan dislokasi lipat lebih rendah daripada tegangan teoritis yang diperlukan untuk memindahkan seluruh bidang atom, sehingga mode ini stres lega adalah menguntungkan dengan penuh semangat. Oleh karena itu, kekerasan dan kekuatan (baik hasil dan tarik) secara kritis tergantung pada kemudahan yang bergerak dislokasi. Menjepit poin, atau lokasi dalam kristal yang menentang gerakan dislokasi dapat diperkenalkan ke dalam kisi untuk mengurangi mobilitas dislokasi , dengan demikian meningkatkan kekuatan mekanik. Dislokasi dapat disematkan karena lapangan stres interaksi dengan dislokasi dan partikel terlarut, atau hambatan fisik dari batas butir dan tahap kedua presipitat. Ada empat utama mekanisme penguatan logam, namun konsep kunci yang harus diingat tentang penguatan bahan logam adalah bahwa hal itu adalah tentang gerak dan mencegah dislokasi propagasi; Anda tidak menguntungkan sehingga bersemangat untuk dislokasi bergerak atau menyebarkan. Untuk materi yang telah diperkuat, dengan beberapa metode pengolahan, jumlah gaya yang dibutuhkan untuk memulai ireversibel (plastik) deformasi lebih besar daripada itu untuk bahan asli. Dalam amorf bahan-bahan seperti polimer, keramik amorf (kaca), dan logam amorf, tidak adanya tatanan rentang panjang mengarah ke menghasilkan melalui mekanisme seperti patah getas, krasing, dan geser band pembentukan. Dalam sistem ini, penguatan mekanisme tidak melibatkan dislokasi, melainkan terdiri dari modifikasi struktur kimia dan pengolahan bahan utamanya. Sayangnya, kekuatan bahan baku tidak dapat jauh meningkat. Masing-masing dari mekanisme diuraikan di bawah ini melibatkan beberapa trade off dengan yang lain properti materi dikompromikan dalam proses penguatan. Penguatan Mekanisme di Metals Kerja pengerasan . Spesies utama yang bertanggung jawab untuk bekerja pengerasan adalah dislokasi. Dislokasi berinteraksi satu sama lain dengan menghasilkan medan tegangan dalam materi. Interaksi antara medan tegangan dislokasi dislokasi dapat menghambat gerak oleh menjijikkan atau interaksi menarik. Selain itu, jika dua dislokasi lintas, garis dislokasi belitan terjadi, menyebabkan pembentukan jogging yang menentang pergerakan dislokasi. Jog keterbelitan ini dan bertindak sebagai poin menjepit, yang menentang gerak dislokasi. Sebagai proses kedua lebih mungkin terjadi ketika lebih dislokasi hadir, ada korelasi antara kerapatan dislokasi dan kekuatan luluh,

di mana G adalah modulus geser, b adalah vektor Burgers, dan adalah kerapatan dislokasi. Meningkatkan kerapatan dislokasi meningkatkan kekuatan luluh yang menghasilkan tegangan geser yang lebih tinggi diperlukan untuk memindahkan dislokasi. Proses ini mudah diamati saat bekerja suatu material. Secara teoritis, kekuatan dari suatu material tanpa dislokasi akan sangat tinggi (τ = G / 2) karena deformasi plastis akan memerlukan pemecahan banyak ikatan secara bersamaan. Namun, pada nilai-nilai kerapatan dislokasi moderat sekitar 10 7 -10 9 dislokasi / m 2, material akan memperlihatkan jauh lebih rendah kekuatan mekanik. Analog, lebih mudah untuk memindahkan karpet karet di permukaan dengan menyebarkan beriak kecil daripada dengan menyeret seluruh karpet. Pada kepadatan dislokasi 10 14 dislokasi / m 2 atau lebih tinggi, kekuatan bahan menjadi tinggi sekali lagi. Perlu dicatat bahwa kerapatan dislokasi tidak bisa jauh tinggi

karena

materi

maka

akan

kehilangan

struktur

kristal.

Gambar 1: Ini adalah skema menggambarkan bagaimana kisi tegang dengan penambahan zat terlarut substitusi dan interstisial. Perhatikan ketegangan dalam kisi bahwa atom terlarut penyebabnya. Interstisial terlarut dapat karbon dalam besi misalnya. Atom karbon dalam situs interstisial kisi menciptakan lapangan stres yang menghambat gerakan dislokasi. Solid Solution Penguatan / paduan Untuk memperkuat mekanisme ini, terlarut atom dari satu elemen yang ditambahkan ke yang lain, sehingga baik substitusi atau interstisial cacat titik dalam kristal (lihat Gambar 1). Atom terlarut kisi menyebabkan dislokasi distorsi yang menghalangi gerak, meningkatkan tegangan luluh bahan. Terlarut atom memiliki ladang di sekitar mereka stres yang dapat berinteraksi dengan orang-orang dislokasi. Kehadiran atom terlarut menanamkan tegangan tekan atau tarik ke kisi, tergantung pada ukuran zat terlarut, yang mengganggu dengan dislokasi dekat, yang menyebabkan atom terlarut bertindak sebagai hambatan potensial dislokasi propagasi dan / atau perkalian.

Tegangan geser yang diperlukan untuk bergerak dislokasi dalam suatu material adalah: di mana c adalah konsentrasi zat terlarut dan ε adalah regangan pada bahan yang disebabkan oleh zat terlarut. Meningkatkan konsentrasi atom terlarut akan meningkatkan kekuatan luluh material, namun ada batasan untuk jumlah zat terlarut yang dapat ditambahkan, dan satu harus melihat pada diagram fase untuk material dan paduan untuk memastikan bahwa fase kedua tidak diciptakan. Secara umum, penguatan larutan padat tergantung pada konsentrasi zat terlarut atom, modulus geser terlarut atom, ukuran atom terlarut, valensi atom terlarut (untuk bahan ionik), dan simetri stres terlarut lapangan. Perhatikan bahwa besarnya penguatan yang lebih tinggi untuk nonsimetris bidang stres karena zat terlarut ini dapat berinteraksi dengan kedua tepi dan dislokasi ulir sedangkan medan tegangan simetris, yang hanya menyebabkan perubahan volume dan bentuk tidak berubah, hanya dapat berinteraksi dengan dislokasi sisi.

Gambar 2: Ini adalah skema menggambarkan bagaimana dislokasi dapat berinteraksi dengan sebuah partikel. Ini dapat menembus partikel atau busur sekitar partikel dan membuat loop dislokasi ketika bergerak atas partikel. Air hujan Pengerasan Pada kebanyakan sistem biner, paduan atas konsentrasi yang diberikan oleh diagram fase akan menyebabkan pembentukan tahap kedua. Tahap kedua juga dapat diciptakan oleh mekanik atau termal perawatan. Partikel yang membentuk presipitat tahap kedua bertindak sebagai poin menjepit dengan cara yang sama untuk zat terlarut, meskipun tidak selalu partikel atom tunggal. Dislokasi dalam suatu material dapat berinteraksi dengan atom presipitat dalam salah satu dari dua cara (lihat Gambar 2). presipitat atom kecil, dislokasi akan memotong melalui mereka. Akibatnya, permukaan baru (b pada Gambar 2) dari partikel akan terkena matriks dan partikel / energi antarmuka matriks akan meningkat. Mengendapkan partikel yang lebih besar, memutar atau membungkuk dislokasi akan terjadi yang mengakibatkan dislokasi semakin panjang. Oleh karena itu, pada jari-jari kritis sekitar 5 nm, dislokasi akan lebih baik melintasi rintangan sedangkan untuk radius 30 nm, akan mudah dislokasi membungkuk atau loop untuk mengatasi rintangan.

Deskripsi matematika adalah sebagai berikut: Untuk Particle Membungkuk Untuk Particle Cutting

Gambar 3: Ini adalah kira-kira skema yang menggambarkan konsep dislokasi menumpuk dan bagaimana efek kekuatan material. Sebuah material dengan ukuran butir lebih besar dapat memiliki lebih banyak dislokasi menumpuk menuju kekuatan pendorong yang lebih besar untuk dislokasi untuk berpindah dari satu butir yang lain. Dengan demikian Anda akan memiliki kurang menerapkan kekuatan untuk memindahkan dislokasi dari yang lebih besar daripada dari bijibijian yang lebih kecil, bahan terkemuka dengan biji-bijian yang lebih kecil untuk memperlihatkan

hasil

yang

lebih

tinggi

stres.

Grain Boundary Penguatan Dalam polikristalin logam, ukuran butir mempunyai pengaruh yang sangat besar pada sifat mekanik. Karena biji-bijian biasanya memiliki orientasi kristalografi yang berbeda-beda, batas butir muncul. Sementara yang mengalami deformasi, slip gerakan akan terjadi. Batas butir bertindak 1. 2.

sebagai

Dislokasi

harus

Diskontinuitas

penghambat mengubah slip

gerakan arah

pesawat

dislokasi

gerak dari

karena butir

untuk orientasi 1

dua

alasan

yang sampai

berikut:

berbeda butir

butir. 2.

Tegangan yang diperlukan untuk memindahkan sebuah dislokasi dari satu butir lain untuk terdeformasi plastis bahan tergantung pada ukuran butir. Jumlah rata-rata per butir dislokasi berkurang dengan rata-rata ukuran butir (lihat Gambar 3). Jumlah yang lebih rendah dislokasi per butir hasil dislokasi yang lebih rendah 'tekanan' membangun pada batas butir. Hal ini membuat lebih sulit bagi dislokasi untuk pindah ke butir berdekatan. Hubungan ini adalah Hall-Petch

Hubungan

dan

dapat

matematis

digambarkan

sebagai

berikut:

, di mana k adalah konstanta, d adalah diameter butir rata-rata dan σ y, 0 adalah hasil asli stres. Kenyataan bahwa kekuatan luluh meningkat dengan penurunan ukuran butir tersebut dibarengi dengan peringatan bahwa ukuran butir tidak dapat berkurang jauh. Sebagai ukuran butir menurun, lebih bebas dihasilkan volume kisi mengakibatkan ketidakcocokan. Namun, di bawah ini kira-kira 10 nm, batas butir akan cenderung slide instead; sebuah fenomena yang dikenal sebagai butir-batas geser. Jika ukuran butir terlalu kecil, menjadi lebih sulit untuk sesuai dengan dislokasi dalam gandum dan stres diperlukan untuk memindahkan mereka kurang. Tidak mungkin untuk memproduksi bahan-bahan dengan ukuran butir di bawah 10 nm sampai barubaru ini, sehingga penemuan bahwa kekuatan berkurang di bawah ukuran butir kritis masih menarik.

MAKALAH METALURGI FISIK

DISLOCATION

DISUSUN OLEH: INGGA NUR ASYUL HANIS 421204216

FAKULTAS TEKNIK MESIN UNIVERSITAS 17 AGUSTUS 1945 SURABAYA 2014

MAKALAH

K3L

DISUSUN OLEH: INGGA NUR ASYUL HANIS 421204216

FAKULTAS TEKNIK MESIN UNIVERSITAS 17 AGUSTUS 1945 SURABAYA 2014

PENGERTIAN K3 (KEAMANAN, KESEHATAN dan KESELAMATAN KERJA)

Dibagi menjadi 2 pengertian, yaitu a.

Secara Filosofis

Suatu pemikiran atau upaya untuk menjamin keutuhan dan kesempurnaan baik jasmani maupun rohani, tenaga kerja pada khususnya dan masyarakat pada umumnya terhadap hasil karya dan budayanya menuju masyarakat adl dan makmur. b.

Secara Keilmuan

Ilmu pengetahuan dan penerapannya dalam usaha mencegah kemungkinan terjadinya kecelakaan dan penyakit akibat kerja.

Ø Tujuan dari k3: a.

Melindungi kesehatan, keamanan dan keselamatan dari tenaga kerja.

b.

Meningkatkan efisiensi kerja.

c.

Mencegah terjadinya kecelakaan dan penyakit akibat kerja.

Ø Adanya ilmu tentang k3 : a.

Mempelajari tentang k3

b.

Melaksanakan tentang k3

c.

Memperoleh hasil yang sempurna dalam mencegah terjadinya kecelakaan kerja

Ø Sasaran k3 : a.

Menjamin keselamatan pekerja

b.

Menjamin keamanan alat yang digunakan

c.

Menjamin proses produksi yang aman dan lancer

Ø Norma-norma yang harus dipahami dalam k3 : a.

Aturan yang berkaitan dengan keselamatan dan kesehatan kerja

b.

Diterapkan untuk melindungi tenaga kerja

c.

Resiko kecelakaan dan penyakit kerja

v Tujuan norma-norma : agar terjadi keseimbangan dari pihak perusahaan dapat menjamin keselamatan pekerja. Ø Dasar hukum k3 : a.

UU No.1 tahun 1970

b.

UU No.21 tahun 2003

c.

UU No.13 tahun 2003

d.

Peraturan Menteri Tenaga Kerja RI No. PER-5/MEN/1996

Ø Hambatan dari penerapan k3 : a.

Hambatan dari sisi pekerja/ masyarakat :

·

Tuntutan pekerja masih pada kebutuhan dasar

·

Banyak pekerja tidak menuntut jaminan k3 karena SDM yang masih rendah

b.

Hambatan dari sisi perusahaan:

Perusahaan yang biasanya lebih menekankan biaya produksi atau operasional dan meningkatkan efisiensi pekerja untuk menghasilkan keuntungan yang sebesar-besarnya.

2.

Jenis-jenis bahaya dalam k3

Dibagi menjadi 3, yaitu: a.

Jenis kimia

Terhirupnya atau terjadinya kontak antara manusia dengan bahan kimia berbahaya. contoh: ·

abu sisa pembakaran bahan kimia

·

uap bahan kimia

·

gas bahan kimia

b.

Jenis fisika

- Suatu temperatur udara yang terlalu panas maupun terlalu dingin. - keadaan yang sangat bising. - keadaan udara yang tidak normal. Contoh: ·

Kerusakan pendengaran

·

Suatu suhu tubuh yang tidak normal

c.

Jenis proyek/ pekerjaan

Pencahayaan atau penerangan yang kurang. Bahaya dari pengangkutan barang. Bahaya yang ditimbulkan oleh peralatan. Contoh: ·

Kerusakan penglihatan

·

Pemindahan barang yang tidak hati-hat sehingga melukai pekerja

·

Peralatan kurang lengkap dan pengamanan sehngga melukai pekerja

Ø Istilah-istilah yang ditemui dalam dalam dunia kerja : a.

Harzard adalah suatu keadaan yng dapat menimbulkan kecelakaan, penyakit dan

kerusakan yang menghambat kemampuan pekerja. b.

Danger/ bahaya adalah tingkat bahaya suatu kondisi yang dapat mengakibatkan peluang

bahaya yang mulai tampak sehingga mengakibatkan memunculkan suatu tindakan. c.

Risk adalah prediksi tingkat keparahan bila terjadi bahaya dalam siklus tertentu.

d.

Incident adalah memunculnya kejadian yang bahaya yang dapat mengadakan kontak

dengan sumber energi yang melebihi ambang batas normal. f.

Accident adalah kejadan bahaya yang disertai dengan adanya korban atau kerugian baik

manusia maupun peralatan.

Ø Cara pengendalian ancaman bahaya kesehatan kerja a.

Pengendalian teknik

Contoh: ·

Mengganti prosedur kerja

·

Menutup atau mengisolasi bahan bahaya

·

Menggunakan otomatisasi pekerja

·

Ventilasi sebaga pengganti udara yang cukup

b.

Pengendaan administrasi

Contoh: ·

Mengatur waktu yang pas/ sesuai antara jam kerja dengan istirahat

·

Menyusun peraturan k3

·

Memasang tanda-tanda peringatan

·

Membuat data bahan-bahan yang berbahaya dan yang aman

·

Mengadakan dan melakukan pelatihan system penanganan darurat

Ø Standart keselamatan kerja Pengamanan sebagai tindakan keselamatan kerja. a.

Perlindungan badan yang meliputi seluruh badan.

b.

Perlindungan mesin.

c.

Pengamanan listrik yang harus mengadakan pengecekan berkala.

d.

Pengamanan ruangan , meliputi sistem alarm, alat pemadam kebakaran, penerangan yang

cukup, ventilasi yang cukup, jalur evakuasi yang khusus.

Ø Alat pelindung diri Adalah perlengkapan wajib yang digunakan saat bekerja sesuai bahaya dan resiko kerja untuk menjaga keselamatan pekerja itu sendiridan orang di sekelilingnya. Adapun bentuk peralatan dari alat pelindung: a.

Safety helmet

Berfungsi: sebagai pelindung kepala dari benda-benda yang dapat melukai kepala. b.

Safety belt

Berfungsi: sebagai alat pengaman ketika menggunakan alat trasportasi.

c.

Penutup telinga

Berfungsi: sebagai penutu telinga ketika bekerja di tempat yang bising. d.

Kaca mata pengamanan

Berfungsi: sebagai pengamanan mata ketika bekerja dari percikan. e.

Pelindung wajah

Berfungsi: sebagai pelindung wajah ketika bekerja. f.

Masker

Berfungsi: sebagai penyaring udara yang dihisap di tempat yang kualitas udaranya kurang bagus Istilah dalam K3L dan Pengertiannya ;

1. Kecelakaan adalah kejadian yang tidak diinginkan yang dapat menyebabkan kematian, sakit, luka, kerusakan atau kehilangan/kerugian lain.

2. Bahaya adalah keadaan atau situasi yang potensial dapat menyebabkan kerugian seperti luka, sakit, kerusakan aset, kerusakan lingkungan kerja atau gabungan dari keadaan ini. 3. Identifikasi bahaya adalah menemu dan mengenalkan jenis-jenis bahaya yang berhubungan kegiatan / proses, termasuk bagaimana bahaya itu akan terjadi. 4.

Konsekuensi

adalah

dampak

yang

mungkin

timbul

dari

suatu

bahaya.

5. Kejadian adalah peristiwa yang menyebabkan kecelakaan atau yang dapat mengarah pada kecelakaan. 6. Ketidak sesuaian adalah penyimpangan apapun dari standard kerja, praktek, prosedur, peraturan, kinerja sistem manajemen dan lain-lain yang dapat secara langsung atau tidak langsung menyebabkan luka atau sakit, kerusakan aset, kerusakan lingkungan kerja atau gabungan dari semuanya. 7. Resiko adalah gabungan dari kemungkinan dan konsekuensi dari bahaya tertentu pada saat kejadian. 8. Penilaian Resiko adalah penilaian dari keseluruhan proses terhadap besarnya resiko dan penentuan apakah resiko ini dapat diterima.

9. Keselamatan adalah bebas dari resiko yang tidak dapat diterima atau bahaya (ISO/IEC Guide) 10. Resiko yang dapat diterima adalah resiko yang telah dikurangi sampai tingkatan dapat diterima oleh organisasi sesuai dengan pemenuhan hukum terhadap kebijakan OHSAS.

11. Sistem manajemen K3 adalah bagian dari keseluruhan sistem manajemen yang memudahkan manajemen dari resiko K3L (Keselamatan, Kesehatan Kerja dan Lingkungan) sejalan dengan business organisasi. Hal ini mencakup struktur organisasi, rencana kegiatan, tanggung jawab, praktek, prosedur, proses dan sumber daya untuk pengembangan, penerapan, pencapaian dan peninjauan. 12. Peningkatan berkelanjutan adalah proses untuk peningkatan sistem manajemen K3L untuk mencapai perbaikan kinerja secara keseluruhan dari keselamatan, kesehatan kerja dan lingkungan, searah dengan kebijakan perusahaan.

13. Normal adalah kondisi / keadaan reguler dan terencana.

14. Abnormal adalah kondisi / keadaan tidak normal baik terencana maupun tidak terencana dan masih terkendali.

15. Keadaan darurat (Emergency) adalah kondisi / keadaan yang tidak direncanakan / terjadi secara tiba-tiba dan dapat mengakibatkan dampak negatif terhadap keselamatan, kesehatan dan lingkungan. 16. Audit adalah pemeriksaan sistematis untuk menentukan apakah kegiatan dan hasil yang bersangkutan sesuai dengan pengaturan yang telah direncanakan dan apakah pengaturan ini diterapkan secara efektif dan sesuai dengan pencapaian kebijakan dan tujuan organisasi. 17. Eliminasi adalah menghilangkan suatu materi / bahan yang dianggap membahayakan. 18. Substitusi adalah mengganti suatu materi / bahan dengan bahan lain sehingga tingkat resiko lebih rendah.

19. Engineering adalah suatu usaha untuk melakukan modifikasi terhadap suatu alat atau kondisi sehingga tingkat resiko lebih rendah.

20. Administratif adalah suatu usaha untuk mengurangi resiko dengan pendekatan admistratif, misalnya prosedur kerja, ijin kerja panas, ijin kerja dingin, dll.

21. Alat Pelindung Diri adalah suatu usaha untuk mengurangi tingkat resiko dengan menggunakan alat pelindungan pada pekerja yang terpapar.