Tugas 4_Yudi Prasetyo_0806455950_FA S2

Jelaskan jenis perpatahan

Berdasarkan jejak perpatahannya (fracture path), maka perpatahan dibagi menjadi 4 bagian, yaitu:

a. Perpatahan ulet (dimple rupture)

– Ciri-ciri: ada deformasi plastis, permukaan kusam/buram dan berserat, tegangan geser dominan dan bentuk patahan “cup & cone” 45^o dengan τ_maks, _┴ σ_nom atau _║ σ_slip.

– Aspek struktur mikro: dengan SEM tampak “dimple”.

Fig. 1 Tensile test fracture surface of a high-purity, coarse-grained Al-4.2 Cu alloy with (a) IG facets at low magnification (10×) and (b) uniform dimples on one facet at higher magnification

b. Perpatahan getas (cleavage rupture).

– Ciri-ciri: tidak ada deformasi plastis, permukaan terang dan kristalin, permukaan patahan _┴ σ_utama dan ada “chevron marks” atau “hearing bone marks”.

Fig. 2 Macroscopic chevron markings on the fracture surface pointing back to the fracture origin. ASTM A517H plate. Source: Metals Handbook, 9th ed., Vol 12, Fractography, 1987, p 347

 – Aspek struktur utama: butir kasar (susunan facet pada permukaan belah atau pola sungai), terkadang antara ciri-ciri cleavage ada dimple dan pada polifase (perlite à α + Fe₃C) terdapat “garis” dan “dimple”.

– Faktor-faktor utama: stress konsentrasi, tegangan tarik dan temperatur relatif rendah.

c. Perpatahan fatik (fatigue rupture)

– Ciri-ciri: deformasi plastis sedikit sekali atau hampir tidak ada, perpatahannya progrsif (berawal dari retak halus yang merambat akibat beban berfluktuatif) dan ada “beach marks” (deformasi plastis di ujung retakan) atau “rachet marks” (_┴ permukaan).

– Tahapan perpatahan: inisiasi, perambatan, kemudian patahan akhir.

Fig. 3 Fracture planes that are 45° to the direction of loading. (a) Single-shear plane. (b) Double-shear plane

d. Perpatahan dekohesif (decohesive rupture)

Perpatahan jenis ini diakibatkan oleh terjadinya pelemahan ikatan pada material, baik sepanjang batas butir atau memotong batas butir. Pelemahan ini dapat terjadi akibat terdapatnya inklusi, endapan, void atau bahkan hidrogen.

Jelaskan perbedaan klasifikasi “inter & trans-crystalline”.

Secara umum, perpatahan transkristalin merupakan perpatahan yang merambat memotong butir. Sedangan perpatahan interkristalin merupakan perpatahan yang merambat sepanjang batas butir, akibat terjadinya pelemahan pada batas butir, missal terbentuknya endapan yang getas.

Berdasarkan jenis perpatahannya, perpatahan transkristalin dibagi menjadi:

 Perpatahan ulet, terjadi akibat terbentuknya mikrovoid

 Perpatahan getas, permukaan patahannya rata

 Perpatahan microductile, dapat disebabkan oleh aus, fatik atau korosi

Sedangkan berdasarkan jenis perpatahannya, perpatahan interkristalin dibagi menjadi:

 Perpatahan getas, dapat terjadi akibat penggetasan hidrogen, segregasi, presipitat.

 Perpatahan ulet, umum terjadi akibat creep.

Jelaskan perbedaan ciri-ciri patah ulet dan patah getas

Patah ulet memiliki ciri-ciri sebagai berikut:

 ada deformasi plastis

 permukaan kusam/buram dan berserat

 tegangan geser dominan

 bentuk patahan “cup and cone” 45^o dengan τ_max

 tegak lurus σ nom atau // σ slip

 dengan pengamatan SEM terdapat dimple pada permukaan patahan

Patah getas memiliki ciri-ciri sebagai berikut:

 tidak ada deformasi plastis

 permukaan terang dan kristalin

 permukaan patahan tegak lurus σ utama

 terdapat “chevron marks” atau “hearing bone marks”

Jelaskan perbedaan dari striasi dan beach marks

Striation:

 Karakteristik utama fatik pada tahap propagasi, dimana retak merambat dan meninggalkan tonjolan (ridge, striation) pada permukaan.

 Berukuran kecil dan hanya tampak dengan SEM/TEM

 Akibat perambatan retak akibat sekali pembebanan (siklus).

Beach marks:

 Merupakan deformasi plastis di ujung retakan

 Berukuran cukup besar dan dapat diamati dengan kasat mata

 Aspek penyebab: lokasi posisi front retak setelah terhenti.

 Beachmarks terdiri dari beberapa striasi.

Jelaskan mekanisme tahapan perpatahan akibat fatik berikut gambar.

Perpatahan fatik terdiri dari 3 tahap, yaitu:

a. Inisiasi retak: pada tahapan ini, terjadi inisiasi retak. Inisiasi retak umum terjadi pada permukaan material, akibat adanya konsentrasi tegangan, cacat, ketidaksempurnaan permukaan, dll.

b. Perambatan retak: pada tahapan ini, retak yang terjadi pada permukaan akan merambat ke arah dalam akibat pembebanan fluktuatif. Seberapa cepat perambatan retak tergantung kepada besarnya pembebanan. Perambatan retak akan menghasilkan beachmarks dan striasi pada permukaan patahan.

c. Patahan akhir: pada tahapan ini, permukaan material sudah tidak mampu lagi menahan pembebanan sehingga permukaan material akan patah. Umumnya permukaan patahan yang dihasilkan pada tahap patahan akhir adalah patahan getas.

Jelaskan beberapa pencegahan agar terhindar dari patah fatik

Kegagalan akibat fatik dapat dicegah dengan beberapa cara, yaitu:

 Mengurangi atau mengeliminasi adanya konsentrasi tegangan pada desain komponen.

 Hindari terdapatnya permukaan material yang lancip dan tajam.

 Mengurang tegangan sisa tensile akibat proses manufaktur

 Mencegah perkembangan diskontinuitas pada permukaan selama pemrosesan

 Melakukan surface treatment untuk menghambat terjadinya inisiasi retak pada permukaan.

Jelaskan mekanisme patahan akibat perapuhan (embrittleness) & beri beberapa contoh yang saudara ketahui

Patahan akibat perapuhan (embrittleness) dapat terjadi karena terbentuknya fasa atau endapan yang getas pada material. Terbentuknya fasa atau endapan yang getas, dapat disebabkan oleh banyak faktor, seperti lingkungan, pemrosesan, perlakuan panas, dll. Sehingga ketika material mengalami pembebanan berlebih material akan cepat patah tanpa terjadinya deformasi plastis. Contoh :

 Hydrogen embrittlement: penggetasan terjadi akibat adsorbsi hidrogen ke dalam material.

 Strain age embrittlement: penggetasan akibat proses aging pada endapan, sehingga endapan bersifat brittle.

 Quench age embrittlement: penggetasan terjadi akibat terbentuknya endapan karbida.

 Tempered embrittlement: penggetasan terjadi akibat terbentuknya karbida atau nitrida pada saat dilakukan proses tempering. Umum terjadi pada baja perkakas.

 Sigma-phase embrittlement: penggetasan terjadi akibat terbentuknya fasa sigma yang getas pada ferritic stainless steel.

Apakah setiap jenis perpatahan material disebabkan oleh hanya satu jenis perpatahan. Jelaskan menurut saudara dengan memberikan contoh.

Umumnya perpatahan material bersifat kompleks, dimana perpatahan tidak hanya disebabkan oleh satu jenis perpatahan. Hal ini dikarenakan pada saat penggunaan, suatu komponen dapat mengalami banyak jenis pembebanan, misal gabungan beban tarik, tekan, geser, dll. Material logam yang tidak homogen juga dapat menjadi penyebab terjadinya perpatahan yang kompleks. Hadirnya cacat, inklusi, endapan, segregasi akan mempengaruhi permukaan patahan. Selain itu, material juga tidak bersifat 100% ulet atau getas.

Contoh: Suatu komponen yang mengalami kegagalan akibat penggetasan hidrogen. Penggetasan hidrogen terjadi akibat adanya adsorbsi atom hidrogen ke dalam material, yang kemudian akan membentuk molekul hidrogen di dalam material. Hadirnya molekul hidrogen di dalam material akan menimbulkan tekanan internal, dan tempat terjadinya inisiasi retak. Selain itu, hadirnya molekul hidrogen akan menyebabkan terjadinya diskontinuitas di dalam material yang dapat menyebabkan perpatahan dekohesif. Namun permukaan patahan yang dihasilkan akan menghasilkan perpatahan getas. Jadi pada kasus kegagalan akibat penggetasan hidrogen, secara umum terjadi perpatahan dekohesif dan perpatahan getas.