Dalam dunia rekayasa otomotif, pemilihan material merupakan aspek krusial yang menentukan performa, efisiensi, dan ketahanan suatu kendaraan. Salah satu fokus utama dalam rekayasa material adalah peningkatan kekuatan logam yang digunakan pada berbagai komponen kendaraan, khususnya mobil. Artikel ini membahas secara ringkas mekanisme penguatan logam serta metode-metode yang umum digunakan untuk meningkatkan sifat mekanik material logam. Video lengkap mekanisme penguatan logam bisa di klik di sini: https://www.youtube.com/watch?v=Wo4wuPLammQ&t=54s.
Mekanisme Penguatan
Kekuatan suatu logam sangat dipengaruhi oleh kemudahan pergerakan dislokasi saat terjadi pembebanan. Dislokasi merupakan gangguan pada susunan atom yang memungkinkan deformasi plastis terjadi. Oleh karena itu, untuk meningkatkan kekuatan logam, strategi utamanya adalah menghambat pergerakan dislokasi tersebut. Semakin sulit dislokasi bergerak, maka semakin tinggi kekuatan logam tersebut.
Metode Penguatan
Terdapat beberapa metode yang dapat diterapkan untuk meningkatkan kekuatan dan kekerasan logam, antara lain:
- Pengecilan Ukuran Butir (Grain-Size Reduction)
Pengurangan ukuran butir logam terbukti dapat meningkatkan kekuatan material. Fouladi dan Abbasi (2017) menyebutkan bahwa distribusi partikel yang lebih homogen dapat dicapai melalui metode ini, yang secara langsung berdampak pada peningkatan kekuatan. Selain itu, Ilman et al. (2020) menjelaskan bahwa pengecilan ukuran butir juga mampu menurunkan laju perambatan retak akibat beban siklik (fatigue crack growth).
Grafik Hubungan antara ukuran butir Vs Yiled Point
Batas butir sendiri berperan sebagai penghambat dislokasi karena di area ini terjadi ketidakteraturan susunan atom, yang menyebabkan diskontinuitas sistem slip antar butir.
- Pengerasan Regangan (Strain Hardening)
Metode ini dilakukan dengan cara melakukan def
ormasi plastis pada logam di bawah suhu rekristalisasi, dikenal juga sebagai pengerjaan dingin. Proses ini akan meningkatkan kekerasan material akibat terjadinya akumulasi dislokasi dalam struktur mikro logam.
Grafik Hubungan Temperatur Annealing dan waktu terhadap pengasaran butir
- Pengerasan Presipitasi
Peningkatan kekuatan logam juga dapat dicapai dengan memanfaatkan pembentukan fasa kedua melalui proses pemaduan. Misalnya, pada paduan aluminium dengan tembaga (Al-4%Cu), terbentuk senyawa CuAl₂ yang keras, sehingga paduan ini memiliki kekuatan dan kekerasan yang lebih tinggi dibandingkan aluminium murni.
Gambar Mekanisme Pengerasan Presipitasi
- Penguatan Larutan Padat (Solid-Solution Strengthening)
Pemaduan unsur lain ke dalam logam dasar juga dapat meningkatkan kekuatan dan kekerasan melalui mekanisme larutan padat. Unsur pemadu akan menggantikan atau menyisip di antara atom-atom logam dasar, sehingga menghambat pergerakan dislokasi. Atom asing (unsur paduan) menimbulkan medan tegangan akibat lattice strain pada logam paduan di sekitar atom asing tersebut berada. Jika logam diberi beban maka pergerkan dislokasi akan terhambat ketika dislokasi sampai di tempat atom unsur paduan (atom asing) beradakarena adanya interaksi kedua medan tegangan.
Gambar Mekanisme Penguatan Larutan Padat
Pemilihan dan penguatan material pada komponen kendaraan, khususnya mobil, tidak hanya bertujuan untuk memenuhi spesifikasi teknis tetapi juga untuk meningkatkan keandalan dan efisiensi secara keseluruhan. Berbagai metode penguatan logam seperti pengecilan ukuran butir, strain hardening, presipitasi, dan penguatan larutan padat, menjadi strategi yang efektif dalam meningkatkan performa material logam. Pemahaman mendalam terhadap mekanisme ini sangat penting bagi para insinyur dalam merancang produk otomotif yang unggul dan tahan lama.
