Dokumen ini membahas materi teknik mengenai struktur internal material, model atom, tipe ikatan atom, serta mekanisme deformasi logam dan pengaruh ketidaksempurnaan kristal terhadap sifat material. Penjelasan mencakup struktur kristal, jenis sel satuan, dan pergerakan dislokasi dalam logam, serta metode penguatan untuk meningkatkan kekuatan logam. Penguatan dilakukan dengan cara menghaluskan ukuran butir dan pengerasan regangan untuk menghambat pergerakan dislokasi.

1. P R O D I T E K N I K I N D U S T R I
U N I V E R S I T A S M U H A M M A D I Y A H K U D U S
MATERIAL TEKNIK
Imperfections
H A N I N F I T R I A , M . T .

2. TUJUAN
 Mahasiswa mampu memahami dan menjelaskan
konsep material teknik
 Ketepatan menjelaskan dan mengidentifikasi
keadaan imperfections

3. STRUKTUR KRISTAL LOGAM
 Struktur atom
 Struktur kristal
 Ketidaksempurnaan kristal
 Mekanisme deformasi

4. STRUKTUR ATOM
Konsep dasar :
 Atom terdiri atas inti yang dikelilingi
oleh elektron
 Inti tersusun atas proton dan netron
 Proton bermuatan positif, netron
bermuatan netral, dan elektron
bermuatan negatif

5. Perbandingan antara Model Atom Bohr vs
Model Atom Mekanika Gelombang
(a) Model Atom Bohr
(b) Model Atom Mekanika
Gelombang
Bagi 2 Kelompok dan
jelaskan model atom
di atas!

6. Model Atom Bohr
 Atom tersusun atas inti yang
dikelilingi oleh elektron dengan
tingkat energi tertentu
 Elektron bergerak pada lintasan/
posisi yang dinamakan orbital
 Elektron dapat berpindah orbital
dengan menyerap atau
melepaskan energi

7. Model Atom Mekanika Gelombang
 Elektron memiliki karakteristik sebagai
gelombang dan partikel
 Posisi elektron dideskripsikan dengan “distribusi
kemungkinan” atau awan elektron
 Elektron (posisi & energi) dikarakterisasikan
oleh bilangan kuantum

8. Bilangan Kuantum
Dinyatakan dalam 4 parameter :
 Bilangan kuantum utama yang menunjukkan
nomor kulit (n=1, 2, 3, 4 .. atau K, L, M, N…)
 Bilangan kuantum kedua menunjukkan sub-kulit
yang ditempati elektron (s, p, d, atau f)
 Bilangan kuantum ketiga menunjukkan banyaknya
tingkat energi (s=1, p=3, d=5, & f=7)
 Bilangan kuantum ke-empat menunjukkan arah
putaran elektron (searah atau berlawanan dengan
arah jarum jam)

9. Energi relatif elektron pada kulit dan sub-kulit

10. Banyaknya elektron pada kulit dan sub-
kulit

12. Ikatan Atom
 Ikatan atom dapat diilustrasikan dengan
menganalisis interaksi 2 atom yang didekatkan dari
jarak pisah yang jauh
 Jika atom terpisah pada jarak yang jauh maka
interaksi 2 atom tersebut diabaikan, sedangkan jika
jarak atom semakin dekat maka terjadi gaya (gaya
tarik & tolak) antara 2 atom tersebut.

13. Skema pengaruh jarak atom terhadap
gaya & energi antara 2 atom

14. Tipe ikatan atom
Terdapat 3 tipe ikatan primer pada bahan padat :
 Ikatan ion
- paduan antara unsur logam dgn non-
logam
- elektron valensi atom unsur logam
diberikan ke atom unsur

15. Skema yang menggambarkan ikatan
ion

16.  Ikatan kovalen :
- 2 atom atau lebih melakukan sharing
elektron
- ikatan kovalen dapat mempunyai
ikatan yang sangat kuat seperti pada
intan & juga dapat lemah seperti
bismuth

17. Skema yang menggambarkan ikatan
kovalen

18.  Ikatan logam
- elektron valensi tidak terikat kuat ke
atom sehingga dapat bergerak bebas
di seluruh logam
- Ditemukan pada logam & paduannya

19. Skema yang menggambarkan ikatan logam

20. STRUKTUR KRISTAL
 Di dalam logam padat, atom-atom tersusun
secara teratur dan berulang dalam pola tiga
dimensi. Struktur seperti itu disebut dengan
kristal
 Struktur kristal berpengaruh terhadap sifat
bahan
 Untuk mendeskripsikan struktur kristal,
atom dianggap sebagai bulatan (bola) padat
yang memiliki diameter tertentu

21. Contoh struktur kristal

22. Sel satuan
Pengertian :
Pola geometri terkecil dan berulang

23. Jenis-jenis sel satuan
1. FCC (Face Centered Cubic)

24. 2. BCC (Body Centered Cubic)

25. 3. Hexagonal Close Packed

26. Struktur kristal dari beberapa logam

27. Bidang kristalografi
Dinyatakan dalam indeks Miller (h k l)

28. cara menentukan indeks Miller :
- cari panjang potong pada sumbu x, y
dan z
- Lakukan pembalikan dari angka yang
diperoleh
- Kalikan (dengan faktor pengali) hasil
pembalikan sehingga diperoleh
bilangan bulat yang terkecil

29. Contoh bidang kristalografi

30. Arah kristalografi
Dinyatakan dalam [u v w] yang merupakan
vektor.
Contoh :
Indeks arah di atas = [120]

31. Struktur Kristal susunan rapat
 Sel satuan FCC dan HCP merupakan kristal susunan
rapat. Dapat dideskripsikan di dalam bidang
susunan rapat. Jika pusat atom pada bidang susunan
rapat diberi label, maka susunan kedua kristal (FCC
& HCP) dapat digambarkan sebagai berikut :

32. Susunan rapat FCC dan HCP
(a) FCC dengan susunan :
ABCABC….
(a) HCP dengan susunan :
ABAB…..

33. Susunan rapat FCC

34. Susunan rapat HCP

35. Butir
Kumpulan sel satuan yang mempunyai orientasi
sama
Kebanyakan kristal logam padat tersusun atas
sejumlah banyak butir, dimana bahan seperti ini
disebut dengan polikristal

36. Tahapan proses pembekuan yang
menggambarkan terbentuknya butir

37. KETIDAKSEMPURNAAN KRISTAL
Di dalam kristal logam nyata terdapat cacat atau
ketidaksempurnaan
 Keberadaan dari ketidaksempurnaan ini
berpengaruh terhadap karakteristik bahan
 Beberapa jenis ketidaksempurnaan kristal
: kekosongan, self instertistitials,
ketidakmurnian, dislokasi, cacat
interfasial
Masing-masing
Mahasiswa membuat
resume Cacat Kristal

38. Cacat kekosongan & self insterstitial

39. Cacat ketidakmurnian
a.Instertisi
b. Substitusi

40. Cacat dislokasi
a. Dislokasi sisi

41. Cacat dislokasi
b. Dislokasi ulir

42. Cacat interfasial
a. Kembaran

43. Cacat interfasial
b. Batas butir

44. Pemeriksaan mikroskopi
Pengamatan butir :
a.Permukaan yang sudah dipolish
& dietsa terbentuk lekukan di
batas butir sehingga memberikan
karekteristik pemantulan yang
berbeda
b. Hasil foto spesimen paduan besi-
kromium

45. MEKANISME DEFORMASI
 Suatu logam jika diberi gaya maka akan mengalami
deformasi atau perubahan bentuk
 Terdapat 2 jenis deformasi yaitu :
- deformasi elastis :
terdeformasi pada saat pembebanan &
akan kembali ke bentuk semula pada saat
beban dilepaskan
- deformasi plastis :
deformasi yang bersifat permanen
 Kekuatan bahan terkait dengan seberapa mudah atau sulit
suatu logam mengalami deformasi plastis pada saat
pembebanan

46. Makanisme deformasi pada skala
mikroskopis
a. Deformasi elastis :

47. b. Deformasi plastis
- Terjadi slip atau pergeseran atom-atom
- Pada saat bergeser, terjadi pemutusan ikatan
atom

48. Kekuatan material teoritis
th = G/2

49. Deformasi plastis melalui pergerakan
dislokasi
 Kekuatan logam nyata jauh lebih rendah
dibandingkan dengan kekuatan teoritisnya
Contoh :
baja : G = 83000 Kgf/mm2
th = 13200 Kgf/mm2
Sedangkan  luluh baja : 20 Kgf/mm2
 Perbedaan tersebut disebabkan karena pada
logam nyata mempunyai cacat dislokasi yang
menyebabkan atom-atom logam mudah
mengalami slip pada saat pembebanan

50. (lanjutan)
 Mekanisme pergerakan dislokasi

51. (a) Pergerakan dislokasi sisi
(b) Pergerakan dislokasi ulir

52. Sistem slip
 Pergerakan dislokasi lebih mudah terjadi pada
bidang dan arah tertentu dalam kristal logam.
Kombinasi bidang dan arah slip ini diistilahkan
sistem slip
 Bidang slip merupakan bidang yang mempunyai
kerapatan atomnya paling tinggi
 Arah slip mengarah ke arah yang kerapatan
atomnya paling tinggi

53. Contoh sistem slip pada FCC

54. Sistem slip pada FCC, BCC, HCP

55. Mekanisme penguatan logam
 Kekuatan logam dipengaruhi oleh mudah
tidaknya dislokasi bergerak pada saat
pembebanan
 Semakin dislokasi sulit bergerak maka
kekuatan logam akan semakin tinggi
 Penguatan logam dilakukan dengan cara
menghambat pergerakan dislokasi

56. Contoh metoda penguatan logam
a. Penghalusan ukuran butir
Batas butir merupakan penghambat
pergerakan dislokasi, karena :
- antar butir satu dengan yang lainnya
mempunyai arah kristalografi yang
tidak sama
- di batas butir, terdapat ketidakteraturan
susunan atom sehingga terbentuk
diskoniuitas sistem slip antar butir

57. Pergerakan dislokasi antar butir
Dari penjelasan di atas maka dapat disimpulkan
bahwa penguatan dapat dilakukan dengan cara
menghaluskan butir karena semakin halus
ukuran butir menyebabkan semakin banyaknya
keberadaan batas butir di suatu logam

58. b. Penguatan/pengerasan regangan
- Logam meningkat kekerasannya jika
mengalami pengerjaan dingin (deformasi
plastis yang dilakukan di bawah
temperatur rekristalisasi)
- Peningkatan kekerasan tersebut
disebabkan karena pada saat pengerjaan
dingin terjadi peningkatan jumlah dislokasi
- Tingginya peningkatan kekuatannya
dipengaruhi oleh besarnya deformasi
plastis

59. Pengaruh besarnya deformasi plastis terhadap
kekuatan dan keuletan logam

60. Model pertambahan jumlah dislokasi setelah
dilakukan deformasi plastis
Titik D dan D’
merupakan
pengahambat
gerakan dislokasi

62. Deformasi plastis melalui terbentuknya
kembaran
Perubahan bentuk yang terjadi relatif lebih kecil
dibandingkan dengan deformasi plastis melalui
slip

63. PENUTUP
Kesimpulanya apa?
 Bagaimana pengalaman mempelajari material
teknik?
 Apa kendala yang dialami selama pembelajaran?