Dokumen tersebut membahas tentang metalurgi fisik yang mencakup struktur atom, struktur kristal logam, ketidaksempurnaan kristal, dan mekanisme deformasi logam. Secara ringkas, struktur atom tersusun atas inti dan elektron yang dijelaskan melalui model atom Bohr dan mekanika gelombang, sedangkan struktur kristal logam terbentuk dari susunan atom secara teratur dalam sel satuan. Ketidaksempurnaan kristal dan per

1. METALURGI FISIK
Disusun Oleh
Jurusan Teknik Mesin
FT - UNS

2. MK. Metalurgi fisik
Standar Kompetensi :
mampu menganilisis struktur mikro logam
dalam kaitannya dengan sifat mekaniknya
Materi Pokok :
1. Struktur kristal logam
2. Diagram fasa
3. Perlakuan panas
4. Pengaruh proses pembentukan dan anil
thd strukt. Mikro & sifat mekanik logam

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

4. Pertemuan ke-2 membahas :
 Struktur atom
 Struktur kristal

5. 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

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
“distrubusi kemungkinan” atau awan elektron
 Elektron (posisi & energi) dikarakterisasikan
oleh bilangan kuantum

8. Perbandingan antara Model Atom Bohr vs
Model Atom Mekanika Gelombang
(a) Model Atom Bohr
(b) Model Atom Mekanika
Gelombang

9. 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)

10. Energi relatif elektron pada kulit dan
sub-kulit

11. Banyaknya elektron pada kulit dan
sub-kulit

13. 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.

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

15. 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

16. Skema yang menggambarkan ikatan
ion

17.  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

18. Skema yang menggambarkan ikatan
kovalen

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

20. Skema yang menggambarkan ikatan
logam

21. 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

22. Contoh struktur kristal

23. Sel satuan
Pengertian :
Pola geometri terkecil dan berulang

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

25. 2. BCC (Body Centered Cubic)

26. 3. Hexagonal Close Packed

27. Struktur kristal dari beberapa logam

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

29. 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

30. Contoh bidang kristalografi

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

32. 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 :

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

34. Susunan rapat FCC

35. Susunan rapat HCP

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

37. Tahapan proses pembekuan yang
menggambarkan terbentuknya butir

38. Tugas 1 :
Jawablah pertanyaan di buku “Materials
Science and Engineering – An
Introduction” – Karangan William D
Callister, Jr – soal :
1) 3.2
2) 3.3
3) 3.34

39. Pertemuan ke-3 membahas :
 Ketidaksempurnaan kristal
 Mekanisme deformasi

40. 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

41. Cacat kekosongan & self insterstitial

42. Cacat ketidakmurnian
a.Instertisi
b. Substitusi

43. Cacat dislokasi
a. Dislokasi sisi

44. b. Dislokasi ulir

45. Cacat interfasial
a. Kembaran

46. b. Batas butir

47. 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

48. MEKANISME DEFORMASI
Suatu logam jika diberi gaya maka akan
mengalami deormasi 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

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

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

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

52. 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

53. (lanjutan)
 Mekanisme pergerakan dislokasi

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

55. 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

56. Contoh sistem slip pada FCC

57. Sistem slip pada FCC, BCC, HCP

58. 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

59. 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

60. 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

61. 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

62. Pengaruh besarnya deformasi plastis
terhadap kekuatan dan keuletan logam

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

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

66. Jawablah pertanyaan di buku “Materials
Science and Engineering – An
Introduction” – Karangan William D
Callister, Jr – soal :
1) 4.22
2) 7.16
3) 7.17
4) 7.19
Tugas 2