Materi Metfis Dislokasi/ Cacat

1. TUGAS
METALURGI FISIK
TEORI DISLOKASI
Disusun Oleh :
Nama : Khaeridho
NPM : 20408494
Kelas : 2 IC 02
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
UNIVERSITAS GUNADARMA
BEKASI
2010

2. KATA PENGAMTAR
Dengan mengucap puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, atas limpahan
rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan makalah ini.
Makalah ini disusun sebagai syarat untuk penambahan nilai dalam Mata Kuliah
Metalurgi Fisik serta membahas tentang dislokasi.
Makalah ini dapat terselesaikan tidak lepas karena bantuan dan dukungan dari
berbagai pihak yang dengan tulus dan sabar memberikan sumbangan baik berupa ide,
materi pembahasan dan juga bantuan lainnya yang tidak dapat dijelaskan satu persatu.
Makalah ini membahas tentang Teori Dislokasi. Diharapkan dengan hadirnya
Karya Tulis ini dapat memberikan gambaran tentang sebuah alat yang berasal dari buah
pikiran manusia dan memberikan pengetahuan yang lebih tentang teori dislokasi.
Akhirnya penulis menyadari sepenuhnya bahwa Makalah ini masih jauh dari
sempurna, oleh karena itu dengan segala kerendahan hati penulis mohon para pembaca
dan Dosen Metalurgi Fisik berkenan memberikan saran atau kritik demi perbaikan
Makalah berikutnya. Semoga Makalah ini dapat memberikan manfaat bagi pembaca dan
semua pihak yang terlibat dalam penulisannya.
Bekasi, Februari 2010
Penulis

3. DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL.................................................................................... i
KATA PENGANTAR.................................................................................. ii
DAFTAR ISI................................................................................................ iii
DAFTAR GAMBAR................................................................................... v
BAB I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang.................................................................... 1
1.2 Teori Dislokasi.................................................................... 1
BAB II. MACAM-MACAM DISLOKASI
2.1 Dislokasi Geometri................................................................. 3
2.2. Dislokasi Sisi....................................................................... 3
2.3 Dislokasi Ulir...................................................................... 5
2.4 Dislokasi Campuran............................................................ 6
BAB III. OBSERVASI DISLOKASI
3.1 Observasi Dislokasi................................................................ 7
BAB IV. SUMBER DISLOKASI
4.1 Sumber Dislokasi.................................................................... 10
4.2 Dislokasi Terpeleset dan Plastisitas.................................... 11
4.3 Dislokasi Memanjat............................................................. 13
DAFTAR PUSTAKA

4. DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1.1 Ujung Dislokasi...................................................................... 1
Gambar 2.1 Crystal Kisi-Kisi Menunjukkan Atom dan Pesawat .............. 3
Gambar 2.2 Skema Diagram (kisi pesawat) menunjukkan dislokasi sisi.
Vektor Burgers hitam, garis dislokasi dengan warna biru..... 3
Gambar 2.3 Dislokasi Ulir.......................................................................... 5
Gambar 2.4 Skema Diagram (kisi pesawat) menunjukkan Dislokasi Ulir. 5
Gambar 3.1 Transmisi Mikrograf Elektron Dislokasi................................ 7
Gambar 3.2 Transmisi mikrograf elektron Dislokasi................................. 8
Gambar 3.3 100 elips, 111 - segitiga / piramidal)........................................ 9

5. BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dalam ilmu material, dislokasi adalah kristalografi cacat, atau ketidakteraturan,
dalam struktur kristal. Teori ini awalnya dikembangkan oleh Vito Volterra pada tahun
1905. Beberapa jenis dislokasi dapat digambarkan sebagai disebabkan oleh penghentian
pesawat dari atom di tengah-tengah sebuah kristal. Dalam kasus seperti itu, di sekitar
pesawat tidak lurus, tapi tekuk di sekitar tepi menghentikan pesawat sehingga struktur
kristal yang tertata dengan sempurna di kedua sisi. Analogi dengan tumpukan kertas
sangat tepat, jika setengah secarik kertas dimasukkan ke dalam tumpukan kertas, cacat
dalam tumpukan hanya terlihat di pinggir setengah lembar.
1.2 Teori Dislokasi
Dislokasi adalah suatu pergeseran atau pegerakan atom-atom di dalam sistem
kristal logam akibat tegangan mekanik yang dapat menciptakan deformasi plastis
(perubahan dimensi secara permanen). Kekuatan (strength) dan keuletan (ductility) atom
di dalam melalui tingkat kesulitan atau kemudahan gerakan dislokasi di dalam sistem
kristal logam. Misalya pada proses pengerjaan dingin (cold work) terjhadi peningkatan
dislokasi di dalam kristal logam sehingga kekuatan logam meningkat, namun keuletan
menurun. Ada dua tipe utama: dislokasi tepi dan dislokasi ulir. Mixed dislokasi penengah
antara ini.
Gambar 1.1 Ujung Dislokasi (b = Burgers vektor)

6. Secara matematis, dislokasi adalah jenis topologi cacat, kadang-kadang disebut soliton.
Dua dislokasi berlawanan orientasi, ketika dibawa bersama-sama, dapat membatalkan
satu sama lain (ini adalah proses penghancuran), tetapi satu dislokasi biasanya tidak dapat
menghilang dengan sendirinya.

7. BAB II
MACAM-MACAM DISLOKASI
2.1 Dislokasi Geometri
Gambar 2.1 Crystal Kisi-Kisi Menunjukkan Atom dan Pesawat
Dua jenis utama dislokasi adalah tepi dan sekrup. Dislokasi ditemukan dalam
bahan nyata biasanya dicampur, yang berarti bahwa mereka memiliki karakteristik dari
keduanya. Sebuah bahan kristal terdiri dari atom array biasa, disusun dalam bidang kisi.
Gambar 2.2 Skema Diagram (kisi pesawat) menunjukkan dislokasi sisi. Vektor
Burgers hitam, garis dislokasi dengan warna biru.
2.2 Dislokasi Sisi
Sebuah dislokasi sisi merupakan suatu cacat di mana setengah ekstra bidang atom
diperkenalkan pertengahan jalan melalui kristal, distorsi pesawat dekat atom. Bila
kekuatan yang cukup diberikan dari satu sisi struktur kristal, pesawat tambahan ini

8. melewati atom pesawat pecah dan bergabung dengan ikatan bersama mereka sampai
mencapai batas butir. Sebuah diagram skematik sederhana seperti pesawat atom dapat
digunakan untuk menggambarkan cacat kisi seperti dislokasi. Dislokasi memiliki dua
sifat, garis arah, yang merupakan arah berjalan sepanjang dasar setengah ekstra pesawat,
dan vektor Burgers yang menggambarkan besar dan arah distorsi ke kisi. Dalam sebuah
dislokasi tepi, Burgers vektor tegak lurus terhadap arah garis.
Tekanan yang disebabkan oleh dislokasi sisi sangat kompleks karena asimetri yang
terkandung di dalamnya. Tegangan tersebut dijelaskan oleh tiga persamaan:
di mana:
μ = modulus geser dari bahan
b = adalah vektor Burgers
ν = adalah rasio Poisson
x dan y = koordinat
Persamaan ini menyarankan halter berorientasi vertikal tegangan yang
mengelilingi dislokasi, dengan kompresi yang dialami oleh atom dekat ekstra pesawat,
dan ketegangan yang dialami oleh orang-atom dekat hilang pesawat.

9. 2.3 Dislokasi Ulir
Gambar 2.3 Kanan Bawah Menunjukkan Dislokasi Ulir
Gambar 2.4 Skema Diagram (kisi pesawat) menunjukkan Dislokasi Ulir
Sebuah dislokasi ulir jauh lebih sulit untuk memvisualisasikan. Bayangkan
memotong kristal sepanjang pesawat dan tergelincir satu setengah melintasi kisi lain
dengan sebuah vektor, yang setengah-setengah akan cocok kembali bersama-sama tanpa
meninggalkan cacat. Jika hanya pergi bagian memotong jalan melalui kristal, dan
kemudian tergelincir, batas dari memotong adalah dislokasi ulir. Ini terdiri dari sebuah
struktur di mana heliks dilacak di sekitar jalan adalah cacat linear (garis dislokasi) oleh
pesawat atom dalam kisi kristal (Gambar 2.3). Mungkin analogi yang paling dekat adalah
spiral-iris ham. Dislokasi ulir murni, vektor Burgers sejajar dengan garis arah.
Meskipun kesulitan dalam visualisasi, tekanan yang disebabkan oleh dislokasi ulir kurang
kompleks daripada sebuah dislokasi sisi. Tegangan tersebut hanya perlu satu persamaan,
seperti simetri memungkinkan hanya satu koordinat radial untuk digunakan:

10. di mana:
μ = modulus geser dari bahan
b = adalah vektor Burgers
r = koordinat
Persamaan ini menunjukkan silinder panjang stres yang memancar keluar dari
silinder dan menurun dengan jarak. Model sederhana ini menghasilkan nilai yang tak
terhingga untuk inti dislokasi pada r = 0 dan sehingga hanya berlaku untuk menekankan
di luar inti dislokasi.
2.4 Dislokasi Campuran
Dalam banyak bahan, dislokasi dapat ditemukan di mana garis arah dan Burgers
vektor yang tidak tegak lurus atau paralel dan dislokasi ini disebut dislokasi campuran,
yang terdiri dari karakter ulir dan karakter tepi.

11. BAB III
OBSERVASI DISLOKASI
3.1 Observasi Dislokasi
Gambar 3.1 Transmisi Mikrograf Elektron Dislokasi
Ketika garis dislokasi memotong permukaan bahan logam, medan regangan yang
terkait secara lokal meningkatkan kerentanan relatif dari material tersebut untuk asam
etsa dan lubang etch format geometris secara teratur. Jika bahan tegang (cacat) dan
berulang tergores, serangkaian etch lubang-lubang yang dapat diproduksi secara efektif
melacak gerakan dislokasi bersangkutan.
Mikroskopi elektron transmisi dapat digunakan untuk mengamati dislokasi dalam
mikrostruktur material. Foil tipis digunakan untuk membuat untuk membuat transparan
berkas elektron mikroskop. Elektron-elektron yang mengalami berkas difraksi oleh kisi
kristal reguler bidang atom logam, relatif berbeda sudut antara balok dan bidang kisi dari
setiap butir dalam mikrostruktur logam dan menghasilkan gambar kontras (antara butir
orientasi kristalografi yang berbeda). Struktur atom yang kurang teratur antara batas butir
dan medan regangan di sekitar garis dislokasi Diffractive berbeda sifat dari kisi biasa
dalam butir, dan karena itu efek kontras yang berbeda dalam mikrograf elektron.
(dislokasi dipandang sebagai garis gelap dalam terang, wilayah pusat mikrograf di

12. sebelah kanan). Transmisi mikrograf elektron dislokasi biasanya memanfaatkan
magnifications dari 50.000 sampai 300.000 kali.
Gambar 3.2 Transmisi mikrograf elektron Dislokasi
Perhatikan karakteristik 'Wiggly' kontras pada garis dislokasi ketika mereka
melalui ketebalan material. Perhatikan juga bahwa dislokasi tidak berakhir dalam kristal,
garis dislokasi dalam gambar ini berakhir pada permukaan sampel. Dislokasi hanya dapat
terdapat dalam kristal sebagai sebuah loop.
Field ion microscope dan atom probe menawarkan metode teknik memproduksi
magnifications jauh lebih tinggi (biasanya 3 juta kali) dan memungkinkan pengamatan
dislokasi pada tingkat atom. Permukaan di mana bantuan dapat diselesaikan dengan
tingkat langkah atom, dislokasi ulir spiral yang muncul sebagai fitur unik
mengungkapkan mekanisme penting pertumbuhan kristal, ada langkah permukaan,
dimana atom dapat lebih mudah menambah kristal, dan permukaan langkah terkait
dengan dislokasi ulir tidak pernah hancur tidak peduli berapa banyak atom yang
ditambahkan ke dalamnya.
Setelah etsa kimia, terbentuk lubang-lubang kecil di mana solusi etsa serangan
preferentially permukaan sampel di mencegat dislokasi permukaan ini, karena keadaan
tegang lebih tinggi dari materi. Dengan demikian, fitur gambar yang menunjukkan titik-
titik di mencegat dislokasi permukaan sampel. Dengan cara ini, dislokasi dalam silikon,
misalnya, secara tidak langsung dapat diamati dengan menggunakan mikroskop
interferensi. Orientasi kristal dapat ditentukan dengan bentuk lubang-lubang etch terkait
dengan dislokasi.

13. Dislokasi dalam silikon,
orientasi 100
Dislokasi dalam silikon,
orientasi 111
Dislokasi di silikon,
orientasi 111
Gambar 3.3 100 elips, 111 - segitiga / piramidal)

14. BAB IV
Sumber Dislokasi
4.1 Sumber Dislokasi
Kerapatan dislokasi dalam suatu material dapat ditingkatkan oleh deformasi
plastik oleh hubungan berikut:
Karena kerapatan dislokasi meningkat dengan deformasi plastik, sebuah
mekanisme untuk menciptakan dislokasi harus diaktifkan dalam materi. Tiga mekanisme
untuk pembentukan dislokasi dibentuk oleh homogen nukleasi, inisiasi batas butir, dan
interface kisi dan permukaan, presipitat, tersebar fase, atau memperkuat serat.
Penciptaan dislokasi oleh nukleasi homogen adalah hasil dari pecahnya ikatan atom
sepanjang garis dalam kisi. Sebuah pesawat dalam kisi dicukur, sehingga dihadapi
setengah pesawat atau dislokasi. Dislokasi ini menjauh antara yang satu dan lainnya
melalui kisi. Dalam homogen nukleasi bentuk kristal dislokasi dari sempurna dan
melewati simultan dari banyak ikatan, energi yang diperlukan untuk nukleasi homogen
tinggi. Misalnya stres diperlukan untuk homogen nukleasi tembaga
,
Di mana:
G = modulus geser tembaga (46 GPa)
= stres 3,4 Gpa
Oleh karena itu, dalam deformasi konvensional homogen nukleasi memerlukan
terkonsentrasi stres, dan sangat tidak mungkin. Batas butir inisiasi dan antarmuka
interaksi yang lebih umum sumber dislokasi.

15. Langkah-langkah dan tepian di batas butir merupakan sumber penting dislokasi
pada tahap awal deformasi plastik, permukaan kristal dapat menghasilkan dislokasi di
dalam kristal. Karena langkah-langkah kecil di permukaan kristal, stres di daerah tertentu
di permukaan jauh lebih besar daripada rata-rata stres dalam kisi. Dislokasi kemudian
disebarkan ke kisi dengan cara yang sama seperti dalam batas butir inisiasi. Dalam
monocrystals, mayoritas dislokasi terbentuk di permukaan. Kerapatan dislokasi 200
mikrometer ke permukaan material, telah terbukti menjadi enam kali lebih tinggi
daripada kepadatan dalam massal. Namun, dalam bahan polikristalin sumber permukaan
tidak dapat memiliki pengaruh yang besar karena sebagian besar butir tidak berhubungan
dengan permukaan.
Batas antara logam dan oksida dapat sangat meningkatkan jumlah dislokasi yang
terjadi. Lapisan oksida menempatkan permukaan logam dalam ketegangan karena
memeras atom oksigen ke dalam kisi, dan atom oksigen di bawah kompresi. Hal ini
sangat meningkatkan tekanan pada permukaan logam dan akibatnya jumlah dislokasi
terbentuk pada permukaan. Tekanan yang dihasilkan oleh sumber dislokasi dapat
divisualisasikan dengan photoelasticity dalam Lif iradiasi gamma-kristal tunggal.
Tegangan tarik sepanjang bidang luncur merah. Stres kompresi hijau gelap.
4.2 Dislokasi Terpeleset dan Plastisitas
Salah satu tantangan dalam ilmu material adalah untuk menjelaskan plastisitas
dalam istilah mikroskopis. Sebuah usaha untuk menghitung tegangan geser pada bidang
yang atom tetangga dapat melewati satu sama lain dalam kristal yang sempurna
menunjukkan bahwa, untuk bahan dengan modulus geser G, kekuatan geser τ m diberikan
kira-kira oleh:
Modulus geser = 20.000-150.000 MPa,
Tegangan geser = 0,5-10 Mpa

16. Pada tahun 1934, Egon Orowan, Michael Polanyi dan GI Taylor, secara simultan
menyadari bahwa deformasi plastis dapat dijelaskan dalam kerangka teori dislokasi.
Dislokasi dapat bergerak jika atom dari salah satu pesawat sekitar melanggar obligasi dan
rebond dengan atom di tepi terminating. Akibatnya, pesawat setengah atom bergerak
dalam menanggapi tegangan geser dengan melanggar dan mereformasi garis obligasi,
pada satu waktu. Energi yang dibutuhkan untuk memecahkan ikatan tunggal kurang dari
yang dibutuhkan untuk memutuskan semua ikatan pada seluruh bidang atom sekaligus.
Bahkan model sederhana ini gaya yang dibutuhkan untuk memindahkan dislokasi
plastisitas menunjukkan bahwa mungkin pada tegangan jauh lebih rendah dibandingkan
dengan kristal yang sempurna. Dalam banyak bahan, terutama bahan ulet, dislokasi
adalah pembawa deformasi plastik, dan energi yang dibutuhkan untuk memindahkan
kurang dari energi yang dibutuhkan untuk patah tulang material. Dislokasi menimbulkan
sifat lunak karakteristik logam.
Ketika logam menjadi sasaran untuk bekerja dingin (deformasi pada suhu yang
relatif rendah dibandingkan dengan bahan temperatur leleh absolut, T m, yaitu biasanya
kurang dari 0,3 T m) meningkatkan kerapatan dislokasi akibat pembentukan dislokasi baru
dan dislokasi perkalian. Akibatnya meningkatkan ketegangan tumpang tindih antara
bidang dislokasi yang berdekatan secara bertahap meningkatkan ketahanan terhadap
gerakan dislokasi lebih lanjut. Ini menyebabkan pengerasan logam sebagai deformasi
kemajuan. Efek ini dikenal sebagai pengerasan regangan. Kusut dislokasi ditemukan pada
tahap awal deformasi dan muncul sebagai non batas-batas yang terdefinisi dengan baik.
Proses dinamis pemulihan pada akhirnya mengarah pada pembentukan struktur selular
yang berisi batas-batas dengan salah orientasi lebih rendah dari 15°. Selain itu, menjepit
menambahkan poin yang menghambat gerak dislokasi, seperti elemen paduan, dapat
memperkenalkan bidang stres yang pada akhirnya memperkuat materi dengan
mengharuskan tegangan yang lebih tinggi untuk mengatasi stres dan terus menjepit
pergerakan dislokasi.

17. Efek pengerasan regangan oleh akumulasi dislokasi dan struktur gandum
terbentuk pada tekanan tinggi dapat dihilangkan dengan perlakuan panas yang tepat (anil)
yang mendorong pemulihan dan selanjutnya recrystallisation material.
Gabungan teknik pemrosesan pekerjaan pengerasan dan anil memungkinkan untuk
mengontrol kerapatan dislokasi, dislokasi derajat keterlibatan, dan akhirnya kekuatan
luluh material.
4.3 Dislokasi Memanjat
Dislokasi dapat menyelinap dalam bidang yang mengandung dislokasi dan
Burgers Vector. Untuk dislokasi ulir, dislokasi dan vektor Burgers sejajar, sehingga
dislokasi mungkin akan terpeleset di setiap bidang yang mengandung dislokasi. Untuk
dislokasi sisi, dislokasi dan vektor Burgers tegak lurus, sehingga hanya ada satu pesawat
di mana dislokasi dapat tergelincir.
Ada mekanisme alternatif gerakan dislokasi, yang secara fundamental berbeda
dari slip, yang memungkinkan sebuah dislokasi tepi untuk bergerak keluar dari slip, yang
dikenal sebagai memanjat dislokasi. Memanjat memungkinkan dislokasi dislokasi sisi
untuk bergerak tegak lurus pada bidang slip. Kekuatan pendorong untuk mendaki
dislokasi adalah gerakan kekosongan melalui kisi-kisi kristal. Jika kekosongan bergerak
di samping batas bidang tambahan setengah atom yang membentuk dislokasi sisi, atom
dalam pesawat setengah terdekat dengan kekosongan dapat melompat dan mengisi
kekosongan. Pergeseran atom ini bergerak kekosongan sesuai dengan bidang setengah
atom, menyebabkan pergeseran, atau mendaki positif dari dislokasi. Proses kekosongan
terserap di batas setengah bidang atom, bukan diciptakan, dikenal sebagai memanjat
negatif. Sejak dislokasi memanjat hasil dari masing-masing atom melompat ke
kekosongan, memanjat terjadi pada diameter atom tunggal bertahap.
Selama memanjat positif, kristal menyusut dalam arah tegak lurus terhadap
bidang tambahan setengah atom atom karena dikeluarkan dari setengah pesawat. Sejak
negatif memanjat melibatkan penambahan atom untuk setengah pesawat, kristal tumbuh

18. dalam arah tegak lurus terhadap pesawat setengah. Oleh karena itu, kompresi stres dalam
arah tegak lurus terhadap pesawat setengah mempromosikan memanjat positif, sedangkan
tegangan tarik mempromosikan memanjat negatif. Ini adalah salah satu perbedaan utama
antara slip dan memanjat, karena slip hanya disebabkan oleh tegangan geser.
Salah satu perbedaan tambahan antara dislokasi slip dan memanjat adalah
temperatur ketergantungan. Memanjat terjadi jauh lebih cepat pada temperatur tinggi
daripada suhu rendah akibat kenaikan kekosongan gerak. Slip, di sisi lain, hanya
memiliki sedikit ketergantungan pada suhu.