2.8. Analisa Struktur Butir
Tiap volume yang mempunyai orientasi tertentu disebut butir dan daerah tidak teratur antar butir disebut batas butir. Lebar batas butir sekitar dua atau tiga
deretan atom. Sebetulnya, butir dan batas butir berdimensi tiga. Dan gambar hanya menampilkan penampang tertentu. Gelembung polyhedral yang terbentuk
bila larutan sabun kita kocok merupakan model tiga dimensi dari kristal dengan batas butirnya.
Butir kristal tidak sepenuhnya berbentuk polyhedral, tetapi dapat mempunyai bentuk yang berbeda, bergantung pada riwayat termal dan mekanik bahan utuh.
Sifat mekanik turut ditentukan oleh ukuran butir. Makin halus butir, makin keras bahan dan kekuatan luluh; keuletan dan ketangguhan bahan juga lebih tinggi.
Hubungan antara besar butir dan kekuatan diberikan oleh persamaan Petch yang dirumuskan pada persamaan 2.9.
�
�
= �
1
+ �
�
�
−1 2 �
....................................................2.9 Dimana:
σ
y
= Tegangan luluh σ
1
= Tegangan friksi friction stress k= Koefisien penguat strengthening coefficient
d= ukuran diameter butir
2.8.1. Pertumbuhan Struktur Butir
Struktur kristal logam akan rusak pada titik cairnya Alexander, 1991. Batas butir akan lenyap dan kekuatan mekanik tidak akan berarti lagi.
Struktur kristal akan terbentuk kembali jika logam didinginkan. Sewaktu
Universitas Sumatera Utara
membeku, energi dilepaskan dalam bentuk panas laten pembekuan, dan laju pembekuan bergantung pada jumlah panas yang dapat dilepaskan.
Bila pendinginan berlangsung secara perlahan-lahan, terbentuklah kelompok atom pada permukaan cairan yang kemudian menjadi inti butiran
padat. Selama solidifikasi dengan laju pendinginan lambat, inti pertama bertambah besar akibat kepindahan atom dari cairan kebahan padat.
Akhirnya, semua cairan bertransformasi dan butir bertambah besar. Batas butir merupakan titik pertemuan pertumbuhan berbagai inti. Bila pendinginan
cepat, jumlah kelompok bertambah dan tiap-tiap kelompok tumbuh dengan cepat hingga akhirnya saling bertemu. Sebagai hasil akhir, diperoleh logam
dengan jumlah butir yang banyak atau disebut logam padat berbutir halus. Bila logam direntangkan melampaui batas elastik dan mengalami
deformasi tetap sebagian energi deformasi tertumpuk dalam butir sebagai distorsi kisi dan rangkaian dislokasi. Struktur coran logam yang langsung
membeku dari cairan tidak mengadung energi deformasi mekanik. Oleh karena itu, struktur akan stabil dan hampir-hampir tidak mempunyai
kecederungan untuk berubah. Pemanasan hingga suhu tinggi hanya akan mengubah bentuk butir secara terbatas, terkecuali pada besi dan baja. Pada
logam ini, transformasi struktur padat terjadi jauh dibawah titik cair, dan mempunyai efek memperhalus butir struktur coran. Akan tetapi, umumnya
bahan teknik tidak mengalami transformasi seperti itu dan struktur coran akan tetap ada sampai dipecahkan secara mekanik.
Universitas Sumatera Utara
2.8.2. Perhitungan Diameter Butir
Ada beberapa metode yang dapat dilakukan untuk mengukur besar butir dari struktur mikro suatu material salah satunya adalah metode Planimetri
yang dikembangkan oleh Jeffries. Dimana metode ini cukup sederhana untuk menetukan jumlah butir persatuan luas pada bagian-bidang yang dapat
dihubungkan pada standar ukuran butir ASTM E 112. Metode planimetri ini melibatkan jumlah butir yang terdapat dalam suatu area tertentu yang
dinotasikan dengan N
A
. Secara skematis proses perhitungan menggunakan metode ini seperti pada gambar 2.12.
Gambar 2.12 Perhitungan Butiran Menggunakan Metode Planimetri Jumlah butir bagian dalam lingkaran N
inside
ditambah setengah jumlah butir yang bersingungan N
intercepted
dengan lingkaran dikalikan oleh pengali Jeffries f dapat dituliskan pada persamaan 2.10.
�
�
= � �
������
+
�
�����������
2
.....................................2.10 Dimana pengali Jeffries yang dipergunakan tergantung pada perbesaran
yang digunakan pada saat melihat struktur mikro dan dapat ditetukan melalui tabel 2.2.
Untuk selanjutnya setelah diperoleh nilai N
A
maka ukuran butir dapat dihitung dengan rumus persamaan 2.11.
d = 3,322 log N
A
– 2,95 ................................................2.11
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.2. Hubungan antara perbesaran mikroskop optik yang digunakan dengan pengali Jeffries
Perbesaran M Pengali Jefrries f untuk menetukan butiranmm
2
1 0.0002
10 0.02
25 0.125
50 0.5
75 1.125
100 2.0
150 4.5
200 8.0
250 12.5
300 18.0
500 50.0
750 112.5
1000 200.0
Sumber: ASTM E 112-96, 2000
Universitas Sumatera Utara
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
Pada bab ini akan dijelaskan mengenai waktu dan tempat penelitian, alat dan bahan, spesifikasi spesimen, perlakuan panas, serta metode pengujian.
3.1. Waktu dan Tempat
Waktu penelitian ini direncanakan selama empat bulan yang dimulai dari maret sampai dengan november 2013. Tempat dilaksanakan penelitian ini adalah
di Laboratorium Teknologi Mekanik, Laboratorium Metalurgi Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara dan Balai Riset dan Standarisasi Industri Medan
BARISTAND INDUSTRI MEDAN.
3.2. Alat dan Bahan 3.2.1. Alat
Adapun peralatan yang di pergunakan selama penelitian ini adalah: 1. Tungku Pemanas Furnace Wilmonn
2. Thermocouple Type-K 3. Jangka sorong
4. Penjepit spesimen 5. Mesin poles polisher
6. Mikroskop optic 7. Mikroskop VB
8. Teropong Indentor
Universitas Sumatera Utara