Dokumen tersebut membahas tentang korelasi antara struktur mikro dengan sifat mekanik suatu material. Struktur mikro dipengaruhi oleh komposisi kimia dan proses pengerjaan, sedangkan sifat mekanik dipengaruhi oleh struktur mikro dan jenis pembebanan. Parameter struktur mikro seperti ukuran butir, fasa kedua, dan penguatan dapat mempengaruhi kekuatan material. Proses pengerjaan seperti pengecoran

1. 1
KORELASI STRUKTUR MIKRO DAN SIFAT MEKANIK
Sifat mekanik merupakan ketahanan terhadap pembebanan dari luar pada suatu
material. Pembebanan yang melebihi ketahanan dari materialnya dapat menyebabkan
kegagalan. Modus kegagalan pada suatu komponen atau struktur dapat dibedakan
menjadi 2 katagori utama yaitu:
1. Modus kegagalan quasi statik (modus kegagalan yang tidak tergantung pada
waktu, dan ketahanan terhadap kegagalannya dinyatakan dengan kekuatan).
2. Modus kegagalan yang tergantung pada waktu (ketahanan terhadap
kegagalannya dinyatakan dengan umur atau life time).
Jenis- jenis modus kegagalan quasi statik yaitu:
1. Kegagalan karena beban tarik.
2. Kegagalan karena beban tekan.
3. Kegagalan karena beban geser.
Patahan yang termasuk jenis modus kegagalan ini adalah patah ulet dan patah getas.
Sedangkan jenis-jenis modus kegagalan yang tergantung pada waktu yaitu:
1. Kelelahan (patah lelah).
2. Mulur.
3. Keausan.
4. Korosi.
Kegagalan logam yang berupa patah diawali dengan pembentukan awal retak
(deformasi plastis mikro setempat) dan dilanjutkan dengan penjalaran retakan hingga
komponen mengalami pemisahan menjadi 2 bagian atau lebih. Lokasi awal retak pada
komponen atau logam yang mengalami pembebanan adalah pada titik daerah dimana
memiliki kekuatan yang paling minimum dan atau pada titik daerah dimana
mengalami tegangan yang paling maksimum. Oleh karena itu memperkirakan umur
pakai (life time) suatu komponen merupakan suatu yang cukup sulit, hal ini disebabkan
oleh banyaknya faktor-faktor mempengaruhinya. Faktor-faktor tersebut adalah:
1. Pembebanan:
a. Jenis beban: uniaksial, lentur, puntir.

2. 2
b. Pola beban: periodik, random.
c. Besar beban (besar tegangan).
d. Frekwensi siklus beban.
2. Kondisi material.
a. Ukuran butir.
b. Kekuatan.
c. Penguatan dengan larutan padat.
d. Penguatan dengan fasa ke-2.
e. Penguatan regangan.
f. Struktur mikro.
g. Kondisi permukaan (surface finish).
h. Ukuran Komponen.
3. Proses pengerjaan.
a. Proses pengecoran.
b. Proses pembentukan.
c. Proses pengelasan.
d. Proses pemesinan.
e. Proses perlakuan panas.
4. Temperatur operasi.
5. Kondisi lingkungan.
Secara umum sifat mekanik dari suatu material sangat dipengaruhi oleh 2 faktor
utama yaitu komposisi kimia dan struktur mikro, sedangkan struktur mikro ini sangat
dipengaruhi oleh proses pengerjaan yang dialami oleh material tersebut. Dengan
demikian komposisi kimia dan struktur mikro material akan sangat mempengaruhi
kekuatan untuk menahan terjadinya deformasi plastis. Parameter-parameter dari
struktur mikro material yang akan mempengaruhi kekuatan adalah dapat dijelaskan
sebagai berikut:
1. Pengaruh Ukuran Butir
Butir halus akan meningkatkan kekuatan logam, terutama pada pembebanan siklik
dengan kondisi HCF atau LCS (High Cycle Fatigue atau Low Cycle Stress/Strain), tetapi
berdasarkan hasil experimen menunjukkan bahwa pada pembebanan siklik dengan

3. 3
kondisi sebaliknya yaitu LCF atau HCS (Low Cycle Fatigue atau High Cycle
Stress/Strain), ternyata ukuran butir tidak berpengaruh terhadap umur pakai (life
time) komponen logam tersebut.
Ukuran butir, pada satu sisi dapat meningkatkan kekuatan, tetapi disisi lain akan
meningkatkan kepekaan terhadap takikan (notch). Komponen logam yang halus
permukaannya dan memiliki struktur berbutir halus, akan meningkatkan kekuatannya,
tetapi jika komponen logam tersebut memiliki takikan, maka akan berumur lebih
pendek jika berbutir halus.
Kekuatan material dapat ditingkatkan melalui mekanisme-mekanisme penguatan
logam, yaitu antara lain:
a. Penguatan larutan padat
b. Penguatan fasa ke-2
c. Pengutan presipitasi
d. Penguatan regangan
e. dan lain sebagainya
2. Pengaruh Penguatan Larutan Padat
Atom-atom asing akan menyebabkan distorsi kisi sehingga menghasilkan medan
tegangan pada kisi kristal logam yang akan menghambat gerakan dislokasi yang pada
akhirnya akan meningkatkan kekuatan logamnya, apalagi jika atom asing tersebut
yang larut padat interstisi, menimbulkan strain aging, maka akan lebih meningkatkan
kekuatan logam seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 1 berikut ini:
Gambar. 1 Pengaruh unsur paduan/atom asing terhadap umur lelah.

4. 4
3. Pengaruh Fasa ke-2
Fasa ke-2 yang keras akan menghalangi gerakan dislokasi sehingga akan
meningkatkan kekuatan logam. Parameter fasa ke-2 yang berpengaruh tersebut
adalah: bentuk, ukuran dan distribusinya. Sebagai contoh baja yang memiliki struktur
Ferit-Perlit dengan bentuk sementit lamelar dan speroidal, maka kekuatan statiknya
relatif sama tetapi batas lelahnya dapat berbeda. Fasa ke-2 dengan bentuk lamelar
akan memiliki batas lelah yang relatif lebih rendah (Gambar. 2), hal ini dikaitkan
dengan bentuk tersebut akan lebih peka terhadap efek takikan, hal yang serupa terjadi
pula pada fasa perlit atau karbida yang kasar, fasa alpha bebas dan fasa austenit sisa.
Gambar. 2 Pengaruh bentuk karbida terhadap umur lelah logam.
4. Pengaruh Pengerasan Regangan
Logam yang dikeraskan atau diperkuat melalui mekanisme pengerasan
regangan, akan meningkatkan kekuatannya, hal ini dikarenakan penjalaran retakan
akan menjadi lebih lambat pada logam yang telah mengalami pengerasan regangan
(Gambar. 3).

5. 5
Gambar. 3 Pengaruh proses pengerolan terhadap umur lelah.
5. Pengaruh Fasa Utama (Matriks) dalam Struktur Mikro
Struktur mikro merupakan satu faktor penting disamping komposisi kimia yang
sangat menentukan kekuatan logam (Gambar. 4). Sebagai contoh baja yang memiliki
struktur Martensit akan memiliki kekuatan statik yang relatif tinggi akan tetapi
kekuatan lelahnya relatif lebih rendah (karena bersifat getas) dibandingkan baja
dengan struktur Martensit temper (karena ada peristiwa strain aging pada ujung
retakan). Batas lelah baja akan lebih tinggi lagi jika struktur yang dimilikinya adalah
fasa Bainit.
Gambar. 4 Pengaruh fasa dalam struktur mikro terhadap rasio kelelahan logam.
Pada dasarnya setiap ketidakkontinyuan dan ketidakseragaman pada material
akan berpengaruh langsung terhadap penjalaran retak atau terhadap ketahanan

6. 6
material terhadap kegagalan patah. Ketidakkontinyuan ini dapat berupa takikan dari
geometri komponen ataupun berupa retakan dan rongga sebagai akibat suatu proses
pengerjaan. Selain itu ketidakseragaman yang berupa ketidakmohogenan struktur
mikro ataupun berupa segregasi dari suatu proses pengerjaan akan sangat
berpengaruh pula terhadap ketahanan material tersebut. Berikut ini diuraikan
mengenai pengaruh proses pengerjaan terhadap kekuatan material yang akan
berpengaruh langsung terhadap umur pakainya (life time).
1. Pengaruh Proses Pengecoran
Hal-hal yang berpengaruh terhadap kekuatan logam sebagai akibat negatif dari
suatu proses pengecoran (Gambar. 5) adalah:
a. Segregasi (terutama segregasi makro)
b. Cacat rongga
c. Porositas
d. Retak panas
e. Terak, slag atau inklusi
f. dan lain-lain.
Gambar. 5 Cacat-cacat coran.
2. Pengaruh Proses Pembentukan
Logam hasil proses pembentukan akan memiliki kekuatan yang lebih tinggi dari
benda coran, namun cacat-cacat dari suatu proses pembentukan akan sangat
merugikan pula terhadap kekuatan logam yang dihasilkan. Cacat-cacat tersebut antara
lain:

7. 7
a. Cacat laps atau seams (berupa lipatan) pada permukaan produk tempa atau
roll.
b. Oksida yang terjebak pada lipatan di permukaan produk tempa atau roll.
c. Permukaan yang kasar.
d. dan lain-lain.
Pada Gambar. 6, Tabel. 1 dan Gambar. 7 ditunjukkan pengaruh proses pembentukan
terhadap kekuatan baja, dan pada Gambar. 8 ditunjukkan pula pengaruh anisotrop
yang dihasilkan dari proses pembentukan logam serta Gambar. 9 memperlihatkan
jenis-jenis cacat proses pembentukan.
Gambar. 6 Pengaruh proses pengerolan dingin terhadap umur lelah baja.
Tabel. 1 Kekuatan lelah baut baja AISI 8635 pada 105
siklus.
Gambar. 7 Pengaruh proses penempaan terhadap kekuatan baja.

8. 8
Gambar. 8 Pengaruh anisotrop dari proses pengerolan terhadap ketahanan patah.
Gambar. 9 Cacat-cacat proses tempa dan ekstrusi.
3. Pengaruh Proses Pengelasan
Proses pengelasan logam melibatkan pencairan dan pembekuan, maka segala
jenis cacat-cacat coran dapat terjadi didaerah logam las, sedangkan daerah
terpengaruh panas (Heat Affected Zone) dapat terjadi perubahan struktur mikro yang
menghasilkan fasa getas dan butir kasar, hal ini akan sangat merugikan kekuatan dari

9. 9
sambungan lasan disamping adanya tegangan sisa tarik pada daerah tersebut. Pada
Gambar. 10 ditunjukkan jenis-jenis cacat lasan.
Gambar. 10 Cacat-cacat dari proses pengelasan logam.
4. Pengaruh Proses Pemesinan
Kondisi permukaan logam sangat berpengaruh terhadap kekuatannya, permukaan
yang kasar merupakan tempat yang tegangan lokalnya tinggi sehingga dapat menjadi
lokasi awal retak. Dengan demikian proses pemesinan sangat menentukan kekasaran
permukaan logam yang berarti akan menentukan pula terhadap kekuatannya
disamping timbulnya tegangan sisa sebagai akibat deformasi plastis pada saat
pembentukan geram dalam operasi pemesinan tersebut (Gambar. 11), bahkan jika
tegangan sisa tarik muncul yang cukup besar seperti dalam proses penggerindaan yang
cukup berat, dapat menimbulkan retak rambut (Gambar. 12).
Gambar. 11 Pengaruh proses penggerindaan terhadap umur lelah baja.

10. 10
Gambar. 12 Cacat-cacat akibat proses pemesinan logam.
5. Pengaruh Proses Pemesinan
Pengaruh dari proses perlakuan panas yang dapat menurunkan kekuatan lelah
adalah:
a. Over heating yang menyebabkan butir kasar.
b. Over heating yang menyebabkan pencairan fasa bertitik cair rendah.
c. Retak quench.
d. Tegangan sisa
e. Dekarburisasi (Tabel. 2).
f. dan lain-lain.
Tabel. 2 Pengaruh dekarburisasi terhadap kekuatan baja.
Pada Gambar. 13 dibawah ini diperlihatkan pengaruh dari faktor/variabel metalurgis
lainnya terhadap kekuatan logam.

11. 11
Gambar. 13 Pengaruh variabel metalurgis lainnya terhadap kekuatan logam.