Mekanisme Penguatan Logam

Para ahli material dan metalurgi memiliki tugas yaitu membuat sebuah paduan logam yang memiliki kekuatan tinggi namun dengan mengorbankan keuletan serta ketangguhan dari paduan tadi. Biasanya, digunakan mekanisme penguatan logam untuk mendapatkan kekuatan yang tinggi pada material untuk sejumlah aplikasi. Mekanisme penguatan berkaitan erat dengan yang namanya gerak dislokasi dan sifat mekanik dari suatu material. Hal ini dikarenakan keadaan deformasi plastis bergantung kepada pergerakan dari dislokasi material. Semakin jauh suatu material dapat berdeformasi secara plastis maka sifatnya akan semakin ulet dan akan menurunkan kekuatannya. Oleh karena itu, mekanisme penguatan bertujuan untuk mencegah pergerakan dislokasi yang besar sehingga akan didapatkan kekuatan yang baik dari suatu material. Berikut akan dijelaskan beberapa mekanisme penguatan dengan menggunakan beberapa metode.

Reduksi Ukuran Butir (Grain Size Reduction)*
Ukuran dari suatu butiran atau diameter dari butir mempengaruhi kekuatan dari suatu material. Kita tahu bahwa masing- masing butir akan memiliki orientasi gerak yang berbeda- beda antara satu dengan yang lain. Selama deformasi plastis, dislokasi tadi akan menabrak bagian yang disebut batas butir. Nah, pada mekanisme ini, batas butir tadi lah yang akan menjadi penghalang dari terjadinya dislokasi.

Contohnya, pada gambar diatas antara butir A dengan butir B memiliki orientasi pergerakan yang berbeda. Jika dislokasi bergerak searah dengan pergerakan butir A, maka ketika dislokasi tadi bergerak kearah butir B, maka ia akan terlebih dahulu menabrak bagian batas butir untuk kemudian mengubah arah orientasinya mengikuti butir B. Oleh karena itu, batas butir disini dapat diartikan sebagai barrier (penghalang). oleh Karena itu, semakin kecil ukuran dari butir atau semakin kecil diameternya maka akan semakin banyak terdapat daerah batas butir yang akan menjadi penghalang dari terjadinya dislokasi. Dengan demikian, material dengan butir yang baik (Butir kecil) akan memiliki kekuatan yang lebih tinggi dibanding material yang memiliki butir kasar (Butir besar) karena memiliki lebih banyak batas butir.
image
Gerakan Dislokasi terhalang dari Batas Butir
image
Diagram yang menunjukkan pengaruh Ukuran Butir terhadap Yield Strength Material

Mekanisme Penguatan Larutan Padat (Solid Solution Hardening)
Mekanisme lainnya adalah dengan menggunakan atom lain yang disisipkan atau mengganti salah satu atom dalam unit sel. Berdasarkan keterangan diatas, logam dalam keadaan murninya memiliki sifat yang lemah dan lebih lembut. Dengan ditambahkannya atom lain yang disisipkan atau digantikan, maka kekuatan dan kekerasan dari suatu material akan lebih besar dibanding dalam keadaan murninya. Hal ini dikarenakan, atom sisipan tadi akan mengalami dislokasi. Ukuran atom yang kecil dan besar yang terlarut akan menurunkan energi regangan. Atom sisipan yang berukuran kecil akan menurunkan energi regangan tekan sedangkan atom sisipan berukuran besar akan menurunkan energi regangan tarik. Semakin banyak terdapat atom sisipan tadi, maka energi regangan lama kelamaan akan hilang dan dislokasi juga semakin kecil hingga hilang.
image
Variasi Komposisi Nikel Terhadap Yield Strength, Tensile Strength, dan Elongasi
image
image
Representasi dari kehadiran atom lain yang berukuran besar dan kecil terhadap sifat mekanis logam

Pengerasan Regangan (Strain Hardening)
Penguatan Regangan (Strain Hardening) merupakan fenomena dimana logam ulet berubah sifatnya menjadi lebih keras dan lebih kuat. Penguatan regangan juga disebut dengan istilah ‘cold working’, dikarenakan proses hardening dilakukan pada temperature kamar yang relatif lebih rendah dibanding temperatur leburnya yang tinggi.

Pada gambar dibawah juga dijelaskan bagaimana baja, kuningan, dan tembaga memiliki nilai tegangan yield yang besar. Lalu, mengapa logam yang telah mengalami proses reduksi luasan dapat semakin keras dan kuat? Jawabannya karena hal ini disebabkan oleh interaksi antara daerah- daerah regangan yang mengalami dislokasi. Saat benda mengalami yang namanya penguatan regangan, otomatis benda akan mengalami dua dislokasi yaitu dislokasi yang terjadi dalam unit sel dan dislokasi yang disebabkan oleh reduksi luasan tadi. Akibatnya, kepadatan dislokasi akan menjadi semakin besar. Nah, karena saking padatnya dislokasi tadi, ketika suatu bagian hendak mengalami dislokasi ia akan diganjal oleh dislokasi lainnya.
image

Sumber :
https://metallurgistwannabe.wordpress.com/2015/08/23/mekanisme-penguatan-logam/#:~:text=Penguatan%20Regangan%20(Strain%20Hardening)%20merupakan,lebih%20keras%20dan%20lebih%20kuat.