Pengertian Kerapuhan:Pengertian, Penyebab, Contoh, dan Bahan Umum

Kerapuhan adalah sifat material yang menggambarkan kecenderungannya untuk patah dengan sedikit atau tanpa deformasi plastis ketika diberi tekanan. Perilaku getas terjadi ketika atom-atom dalam suatu bahan tidak dapat melewati satu sama lain sambil mempertahankan integritas struktur kisi atom secara keseluruhan. Retakan pada bahan rapuh terbentuk dan menyebar dengan cepat melintasi butir atau sepanjang batas butir ketika bahan tersebut diberi tekanan yang cukup tinggi. Proses ini biasanya cepat.
Siapa pun yang pernah menjatuhkan dan memecahkan piring makan atau ujung pensil pasti mengenal bahan yang rapuh. Contoh bahan rapuh antara lain kaca, keramik, grafit, dan paduan dengan keuletan rendah, seperti baja dengan kandungan karbon tinggi dan besi tuang.
Artikel ini akan mengulas konsep kerapuhan, menjelaskan penyebabnya, dan menjelaskan contoh bahan rapuh.

Apa itu Kerapuhan?

Kerapuhan adalah kecenderungan suatu material untuk mudah patah, retak, atau patah. Kerapuhan dapat terjadi pada logam, keramik, plastik, kaca, dan material komposit.

Apa Kerapuhan dalam Ilmu Material?

Dalam ilmu material, kerapuhan adalah sifat yang mencirikan kecenderungan material untuk patah dengan deformasi plastis yang minimal. Bahan rapuh memiliki kapasitas yang buruk dalam menyerap energi sebelum patah.

Apa Kerapuhan dalam Kimia?

Dalam kimia, kerapuhan mengacu pada ketidakmampuan suatu material untuk berubah bentuk karena struktur mikro atomnya. Beberapa struktur mikro yang atomnya memiliki banyak sistem slip dan mempunyai peluang lebih besar untuk terdislokasi membuat material tidak terlalu rapuh. Lainnya, seperti atom yang memiliki sedikit sistem slip, menyebabkan material menjadi lebih rapuh.

Apa Contoh Kerapuhan?

Kerapuhan dapat merupakan sifat bawaan atau disebabkan oleh faktor eksternal. Bahan yang pada dasarnya rapuh antara lain kaca, batu bata, kulit telur, grafit, dan logam alkali seperti magnesium. Material yang pada dasarnya tidak rapuh namun menjadi getas karena faktor tertentu, seperti suhu pengoperasian yang dingin, korosi antar butir, dan penggetasan hidrogen, termasuk baja karbon rendah dan tinggi serta titanium.

Kapan Kerapuhan Material Terjadi?

Kerapuhan merupakan sifat fisik intensif suatu material, artinya tidak dipengaruhi oleh ukuran atau luas material. Meskipun beberapa bahan, seperti kebanyakan keramik dan gelas, pada dasarnya rapuh karena struktur atomnya dan kurangnya sistem slip, beberapa bahan yang biasanya ulet dapat menjadi rapuh seiring penurunan suhu.

Biasanya, bahan ulet juga dapat menjadi rapuh karena hidrogen atau korosi di sepanjang batas butir. Penggetasan hidrogen terjadi melalui berbagai mekanisme kompleks yang masih belum sepenuhnya dipahami. Ciri umumnya adalah atom hidrogen (bukan molekul gas H2) berdifusi ke dalam logam dan menimbulkan kerusakan. Efek buruknya dapat disebabkan oleh pembentukan spesies gas yang meningkatkan tekanan internal, pembentukan senyawa padat yang rapuh, atau dengan meningkatkan laju pergerakan dislokasi, sehingga meningkatkan laju perambatan retakan pada logam.

Korosi antar butir terjadi ketika logam lebih disukai diserang oleh zat korosif pada titik lemah permukaannya:batas antar butir. Korosi antar butir biasanya mengakibatkan pengendapan produk korosi yang rapuh di antara butiran, menggantikan logam yang biasanya ulet dan memberikan jalur patah yang mudah melalui bahan rapuh yang tidak diinginkan.

Apa Penyebab Kerapuhan?

Penyebab kerapuhan tidak sama untuk setiap material. Daftar di bawah menjelaskan beberapa penyebab umum secara lebih rinci:

1. Bahan amorf (seperti kaca) tidak memiliki struktur atom yang terorganisir. Tidak ada cara mudah bagi atom untuk melewati satu sama lain. Dislokasi, yang merupakan cacat tingkat atom pada kristal, terjepit pada tempatnya, sehingga membuat bahan amorf menjadi rapuh.
2. Ikatan ionik yang kuat antar atom bermuatan tidak mudah tergelincir dan membuat material menjadi rapuh. Hal ini sering terjadi pada material keramik.
3. Suhu rendah dapat mengurangi energi panas atom dalam suatu material dan membuatnya lebih tahan terhadap slip dan dislokasi.
4. Bahan dengan sistem slip lebih sedikit, atau peluang terjadinya dislokasi atom, lebih rapuh dibandingkan bahan dengan sistem slip lebih banyak.
5. Kotoran, atau atom asing, dalam suatu bahan dapat menyebabkan kerapuhan. Hal ini terjadi pada penggetasan hidrogen dan beberapa paduan seperti besi tuang.

Apa Saja Bahan Rapuh yang Berbeda?

Beberapa contoh bahan rapuh dijelaskan di bawah ini:

1. Kaca

Kaca adalah salah satu bahan rapuh yang paling terkenal. Ini rapuh karena strukturnya yang amorf. Susunan kaca tingkat atom tidak memiliki struktur terorganisir bahan kristal. Tanpa bidang-bidang atom terorganisir yang dapat saling bergesekan, tegangan yang cenderung menarik atom-atom satu sama lain tidak dapat dihilangkan. Pada akhirnya akan melebihi kekuatan ikatan antar atom, mengakibatkan terbentuknya retakan yang menyebar dengan cepat ke seluruh material, menyebabkan material tersebut pecah secara tiba-tiba.

2. Keramik

Istilah keramik diterapkan pada berbagai bahan seperti semen, enamel, batu bata, porselen, dan tembikar. Untuk keramik mengkristal, struktur atom terutama terdiri dari ikatan ionik yang kuat antara atom bermuatan. Ikatan ionik ini membentuk kristal yang mempersulit bidang atom untuk saling bergesekan. Akibatnya atom sulit terdislokasi sehingga membuat material menjadi rapuh.

3. Grafit

Grafit adalah bentuk kristal karbon yang lembut dan rapuh dengan struktur kristal padat heksagonal (HCP). Kerapuhan dapat dikaitkan dengan struktur kristal bahan tertentu dan jumlah sistem slip yang dimiliki struktur tersebut. Bahan dengan struktur kristal yang memiliki sistem slip lebih sedikit lebih rapuh karena atomnya lebih tahan terhadap dislokasi. Struktur HCP pada grafit memiliki tiga sistem slip, sedangkan sistem face-centered cube (FCC) pada alotrop karbon lain, intan, memiliki 12 sistem slip. Selain itu, grafit memiliki ikatan kovalen yang kuat antar atom dalam bidang yang sama, tetapi ikatan antar bidangnya lemah. Baik struktur ini maupun HCP-nya berkontribusi terhadap kerapuhan grafit.

4. Paduan Dengan Plastisitas Rendah

Paduan dengan plastisitas rendah, seperti besi tuang dan titanium, juga merupakan contoh bahan rapuh. Struktur kristal mempunyai pengaruh yang besar terhadap kerapuhan suatu paduan. Misalnya material yang memiliki struktur FCC seperti tembaga lebih ulet dibandingkan material yang memiliki struktur HCP seperti titanium atau magnesium. Struktur FCC memiliki 12 sistem slip sedangkan struktur HCP hanya memiliki 3 sistem slip. Memiliki 3 sistem slip membuat struktur HCP lebih rapuh karena atom-atom di dalam strukturnya lebih tahan terhadap dislokasi.

Apa Pentingnya Mengidentifikasi Kerapuhan?

Penting untuk mengidentifikasi material yang rapuh karena implikasi material yang rapuh terhadap keberhasilan penerapan dan ketahanan suatu desain. Bahan rapuh sering dipilih untuk desain karena kekuatannya yang tinggi. Namun, karena material yang getas dapat patah tanpa peringatan, maka kegagalan getas dapat menjadi bencana besar. Disarankan untuk memilih material yang lebih ulet yang dapat menopang beban yang dibutuhkan oleh material rapuh dalam desain.

Bagaimana Kerapuhan Ditentukan?

Kerapuhan ditentukan dengan menyelesaikan uji tarik dan menghitung keuletan suatu material. Suatu bahan dianggap getas jika menunjukkan keuletan yang rendah selama uji tarik. Metode uji standar untuk melakukan uji tarik pada bahan logam adalah ASTM E8. Prosedur terkait untuk plastik dapat ditemukan di ASTM D638. Uji tarik terdiri dari menyiapkan benda uji ke dimensi standar dan kemudian menerapkan beban tarik yang terus meningkat hingga benda uji tersebut putus. Nilai tegangan dan regangan yang dialami benda uji dicatat dan digunakan untuk menentukan keuletan dan, secara tidak langsung, kerapuhannya.

Apa Rumus Kerapuhan?

Tidak ada formula khusus untuk kerapuhan. Namun, kerapuhan suatu bahan dapat disimpulkan dari salah satu dari dua rumus keuletan yang ditunjukkan di bawah ini:

Daktilitas didefinisikan sebagai persentase perpanjangan total yang dialami material dari awal pengujian hingga patah, atau persentase pengurangan luas penampang yang dialami material pada saat patah.

Semakin rendah keuletan yang diukur, maka dianggap semakin rapuh suatu bahan. Rumus persentase perpanjangan sama dengan rumus regangan teknik.
Lihat artikel kami “Bagaimana Menghitung Daktilitas?” untuk gambaran lebih rinci tentang topik keuletan. 

Apa saja Jenis Kerapuhan?

Dua jenis patahan getas adalah patahan transgranular dan intergranular. Hal tersebut dijelaskan secara lebih rinci di bawah ini:

1. Transgranular:Retakan merambat melintasi butiran material. Retakan mengikuti jalur yang hambatannya paling kecil dan akan berubah arah mengikuti bidang belahan yang paling lemah. Ukuran butir yang besar (batas butir lebih sedikit) memungkinkan retakan menyebar lebih cepat karena batas butir menghambat perluasan retakan. Oleh karena itu, ukuran butiran yang besar berkontribusi terhadap tingkat kerapuhan yang lebih tinggi.
2. Intergranular:Retakan merambat sepanjang batas butir material. Hal ini biasa terjadi jika batas butir rapuh, yang disebabkan oleh penggetasan hidrogen dan korosi antar butir.

Apa Kebalikan dari Kerapuhan?

Daktilitas dianggap kebalikan dari kerapuhan. Daktilitas adalah sifat material yang menggambarkan kemampuan material untuk berubah bentuk secara plastis. Memahami peran mekanika rekahan dan material ulet vs. getas sangat penting dalam merancang komponen dan struktur yang aman, efektif, dan tahan lama.

Apakah Kerapuhan Merupakan Sifat Fisik?

Ya, kerapuhan adalah sifat fisik. Ini mencirikan bagaimana atom-atom dalam struktur fisik material berinteraksi satu sama lain ketika tekanan diterapkan.

Apa Perbedaan Antara “Rapuh” dan “Rapuh?”

“Rapuh” dan “rapuh” sering digunakan secara sinonim. Namun terdapat perbedaan dalam definisi mereka. “Fragile” berarti bahan yang mudah pecah. Meskipun “rapuh” juga menggambarkan material yang mudah pecah, istilah ini lebih spesifik mengacu pada material yang keras, kaku, dan tidak mengalami deformasi plastis yang signifikan sebelum pecah. Dalam ilmu material, definisi "rapuh" lebih spesifik, karena menunjukkan kurangnya keuletan, yang berarti material patah dengan deformasi minimal. “Rapuh” adalah istilah yang lebih luas dan dapat menggambarkan bahan yang secara teknis tidak rapuh namun masih mudah rusak.

Ringkasan

Artikel ini membahas tentang kerapuhan, menjelaskan apa itu kerapuhan, dan membahas berbagai jenis bahan getas. Untuk mempelajari lebih lanjut tentang kerapuhan, hubungi perwakilan Xometry.

Xometry menyediakan berbagai kemampuan manufaktur, termasuk pencetakan 3D dan layanan bernilai tambah lainnya untuk semua kebutuhan pembuatan prototipe dan produksi Anda. Kunjungi situs web kami untuk mempelajari lebih lanjut atau meminta penawaran gratis tanpa kewajiban.

Penafian

Konten yang muncul di halaman web ini hanya untuk tujuan informasi. Xometry tidak membuat pernyataan atau jaminan apa pun, baik tersurat maupun tersirat, mengenai keakuratan, kelengkapan, atau validitas informasi. Parameter kinerja apa pun, toleransi geometrik, fitur desain spesifik, kualitas dan jenis bahan, atau proses tidak boleh dianggap mewakili apa yang akan dikirimkan oleh pemasok atau produsen pihak ketiga melalui jaringan Xometry. Pembeli yang mencari penawaran suku cadang bertanggung jawab untuk menentukan persyaratan khusus untuk suku cadang tersebut. Silakan lihat syarat dan ketentuan kami untuk informasi lebih lanjut.

Dekan McClements

Dean McClements adalah lulusan B.Eng Honors di bidang Teknik Mesin dengan pengalaman lebih dari dua dekade di industri manufaktur. Perjalanan profesionalnya mencakup peran penting di perusahaan terkemuka seperti Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace, dan Hyster-Yale, tempat ia mengembangkan pemahaman mendalam tentang proses teknik dan inovasi.

Baca lebih banyak artikel oleh Dean McClements