Memahami Pemulihan, Kristalisasi Ulang, dan Pertumbuhan Biji dalam Pengendapan Logam

Pemulihan, kristalisasi ulang dan pertumbuhan butir adalah perubahan mikrostruktur yang terjadi selama pengendapan setelah deformasi plastik dingin dan/atau selama kerja panas logam.

Pemulihan, Kristalisasi Ulang dan Pertumbuhan Biji

Deformasi plastik, yang merusak jaring kristal dan memecah blok butir awal yang equiaxed (mempunyai sumbu dengan dimensi yang hampir sama) untuk menghasilkan struktur serat atau plate tipis, meningkatkan tingkat energi logam.

Logam yang dideformasi, dibandingkan dengan keadaan tidak dideformasinya, berada dalam keadaan nonekuilibrium, termodinamis tidak stabil. Oleh karena itu, proses spontan terjadi dalam logam yang telah diperlakukan keras, bahkan pada suhu kamar, yang mendorongnya ke kondisi yang lebih stabil.

Jika suhu ditingkatkan cukup tinggi, logam mencoba mendekati ekuilibrium melalui tiga proses : (a) pemulihan, (b) kristalisasi ulang, dan (c) pertumbuhan butir.

Gambar 3.16 menggambarkan sistematik proses-proses ini dengan variasi waktu. Bijir baru mulai bermunculan dari butir yang telah dikerjakan dingin pada waktu T1; pertumbuhan bijir akan terus berlanjut hingga waktu T2. Pada titik ini, semua butir yang telah dikerjakan dingin telah bermunculan menjadi bijir baru. Pada waktu T3, ukuran bijir baru ini tumbuh dengan laju yang lebih lambat.

Gambar skematik yang menunjukkan pemulihan, kristalisasi ulang dan pertumbuhan butir serta perubahan sifat utama di setiap daerah ditunjukkan dalam Gambar 2.9.

Pemulihan

Apa itu Pemulihan ?

Ini adalah fenomena suhu rendah yang menghasilkan pemulihan sifat fisik tanpa perubahan mikrostruktur yang terlihat. Pemulihan krusial untuk melepaskan stres internal dalam peralatan pemukulan, las, dan fabriksi tanpa mengurangi kekuatan yang diperoleh selama dan setelah pekerjaan.

Kerja

Jika logam yang telah diperlakukan keras dipanaskan pada suhu yang relatif rendah, distorti elastis jaring kristal berkurang akibat peningkatan amplitase osilasi termal dari atom. Pemanasan ini sedikit menurunkan kekuatan logam yang telah diperlakukan keras tapi batas elastis dan duktilitas akan meningkat, meskipun tidak akan mencapai nilai yang dimiliki oleh material awal (sebelum pemakaian keras).

Tidak ada perubahan mikrostruktur yang diamati dalam periode ini. Pemulihan sebagian dari sifat asli, yang dihasilkan dengan mengurangi distorti jaring kristal tanpa perubahan mikrostruktur yang terlihat, disebut pemulihan.

Pada suhu tertentu laju pemulihan paling cepat awalnya dan menurun pada waktu yang lebih lama. Dengan demikian jumlah pemulihan yang terjadi dalam waktu praktis meningkat dengan meningkatnya suhu. Dalam logam yang telah dikerjakan dingin sifat individu pulih dengan laju yang berbeda dan mencapai tingkat penyelesaian yang berbeda.

Kurva Karakteristik Pemulihan

Gambar 3.18 menggambarkan karakteristik proses pemulihan. Gambar menunjukkan bahwa (i) laju pemulihan cepat pada awalnya kemudian melambat dengan waktu, dan (ii) jumlah pemulihan meningkat dengan meningkatnya suhu. Sifat individu pulih dengan laju yang berbeda dalam logam.

Dengan pemulihan, stres dilepaskan dari logam yang telah dikerjakan dingin yang mencegah retak korosi stres. Ini mungkin untuk melepaskan stres tanpa mempengaruhi sifat mekanis secara signifikan. Suhu pemulihan tinggi diperlukan untuk sepenuhnya menghilangkan stres residu. Perlakuan suhu tinggi ini bermanfaat untuk bagian yang dicetak atau di-las.

Kristalisasi Ulang

Apa itu Kristalisasi Ulang ?

Ini adalah proses di mana butir yang terdistorsi dari logam yang telah dikerjakan dingin diganti oleh butir bebas stres baru saat dipanaskan di atas suhu yang dikenal sebagai suhu kristalisasi ulang. Kristalisasi ulang menyebabkan penurunan tajam kekerasan dan kekuatan sambil meningkatkan duktilitas.

Proses Kerja

Pembentukan butir equiaxed baru dalam proses pemanasan, alih-alih struktur serat terarah dari logam yang terdefomasi, disebut kristalisasi ulang. Kristal equiaxed adalah kristal yang memiliki sumbu dengan panjang yang hampir sama. Butir equiaxed dapat menjadi indikasi kristalisasi ulang. Kristal equiaxed dapat dicapai dengan perlakuan panas, yaitu pengendapan dan normalisasi

Ini diilustrasikan dalam Gambar 2.10. Efek pertama dari pemanasan adalah pembentukan butir kecil baru seperti yang ditunjukkan dalam putih pada (a), dan ini cepat membesar hingga pertumbuhan lebih lanjut dibatasi oleh butir yang bertemu yang lain seperti yang ditunjukkan pada (b) dan (C). Akhirnya, sistem butir asli keluar dari gambar dan struktur kristalisasi baru ditunjukkan pada (d), butir asli ditunjukkan dalam gambar dengan garis titik. Kristalisasi ulang, sebenarnya, tidak menghasilkan struktur baru tetapi menghasilkan butir atau kristal baru dengan struktur yang sama.

Kristalisasi ulang, pada dasarnya, terdiri dari memiliki atom logam yang terdefomasi mengatasi ikatan jaring yang terdistorsi, pembentukan inti dari butir equiaxed dan pertumbuhan berikutnya dari butir ini melalui transfer atom dari kristal yang terdefomasi ke yang tidak terdefomasi. Pada akhirnya, butir diperhalus dan mendapatkan bentuk yang menyerupa serat seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 2.11.

Suhu di mana kristalisasi terjadi, yaitu, butir baru terbentuk, disebut suhu kristalisasi ulang. Ini didefinisikan sebagai suhu di mana 50 persen material yang telah dikerjakan dingin akan kristalisasi ulang dalam satu jam.

Pertumbuhan Bijir

Apa itu Pertumbuhan Bijir ?

Ini merujuk pada peningkatan ukuran butir rata-rata yang disebabkan oleh pengendapan tambahan setelah material telah kristalisasi ulang. Bijir kecil memiliki energi bebas yang lebih kecil dari bijir besar. Kristal yang lebih kecil dengan atom berenergi tinggi cenderung menjadi bagian dari kristal yang lebih besar. Kecenderungan ini mempromosikan pertumbuhan butir.

Proses Kerja

Tepat setelah logam telah kristalisasi ulang, butirnya kecil dan bentuknya cukup teratur. Bijir akan tumbuh jika suhu cukup tinggi atau jika suhu diizinkan melebihi minimum yang diperlukan untuk kristalisasi ulang. Pertumbuhan ini adalah hasil dari kecenderungan untuk kembali ke keadaan yang lebih stabil dan lebih besar, dan tampaknya bergantung terutama pada bentuk butir.

Untuk setiap suhu di atas suhu kristalisasi ulang, biasanya ada ukuran maksimum praktis di mana butir akan mencapai ekuilibrium dan berhenti tumbuh secara signifikan, tidak peduli berapa lama mereka dipegang pada suhu tersebut. Namun, ada beberapa jenis pertumbuhan butir abnormal yang terjadi akibat gradient stres yang diterapkan atau residu akibat distribusi kotoran yang tidak seragam, yang memungkinkan pertumbuhan bijir tunggal yang sangat besar.

Faktor yang Mempengaruhi Pengendali Ukuran Bijir

1. Tingkat Deformasi Sebelumnya

Peningkatan jumlah deformasi sebelumnya mempromosikan nukleasi dan mengurangi ukuran butir akhir. Sebelum kristalisasi ulang dapat terjadi, sejumlah deformasi diperlukan. Ini sekitar 2,8 persen dari total deformasi. Ketika deformasi kecil (tapi lebih besar dari deformasi minimum), ukuran butir kasar karena sejumlah kecil inti terbentuk. Seiring meningkatnya deformasi, jumlah titik yang terdistorsi meningkat, dan dengan demikian ukuran butir menurun.

2. Suhu

Ada suhu di bawahnya kristalisasi ulang tidak terjadi. Ukuran butir secara bertahap meningkat di atas suhu ini.

3. Pemanasan

Efek waktu pemanasan pada ukuran butir ditentukan oleh suhu di mana kristalisasi ulang terjadi. Kristalisasi ulang membutuhkan waktu tertentu untuk selesai, tetapi jumlah waktu ini menurun seiring meningkatnya suhu. Semakin halus ukuran butir, semakin pendek waktu pengendapan. Bijir menjadi kasar seiring meningkatnya waktu pengendapan. Pemanasan lambat mempromosikan pertumbuhan butir dengan membentuk inti baru, menghasilkan butir kasar.

4. Kotoran

Bijir yang lebih halus akan hadir dengan jumlah yang lebih besar dan distribusi kotoran yang lebih halus. Kotoran mempromosikan nukleasi dan bertindak sebagai penghalang pertumbuhan butir.

Efek Suhu terhadap Pemulihan Kristalisasi Ulang dan Pertumbuhan Bijir

Gambar 3.21 merangkum efek berbagai fenomena pada sifat mekanis dan fisik.

Q. Dalam proses mana di antara berikut ini pemulihan kristalisasi ulang dan pertumbuhan butir terjadi?
a) Pengkerasan permukaan
b) Tempering
c) Penguatan
d) Pengendapan

Jawab :- D

Penjelasan :- Dalam proses pengendapan, kristal melalui tiga tahap yang disebut pemulihan kristalisasi ulang dan pertumbuhan butir secara berurutan.

Pertanyaan Umum

Apa perbedaan antara pemulihan dan kristalisasi ulang?

Pemulihan – Perlakuan panas pengendapan suhu rendah yang dirancang untuk menghilangkan stres residu yang diperkenalkan selama deformasi tanpa mengurangi kekuatan material yang telah dikerjakan dingin.

Suhu kristalisasi ulang – Suhu di atasnya efek pemakaian keras dihilangkan selama pengendapan.

Apa perbedaan antara pemulihan kristalisasi ulang dan pertumbuhan butir?

Pemulihan terjadi pada suhu rendah dan mengurangi atau menghilangkan efek pemakaian keras.

Kristalisasi ulang terjadi ketika energi termal yang cukup tersedia untuk mendorong pembentukan dan pertumbuhan bebas stres dari bijir baru dalam matriks yang ada.

Pertumbuhan butir adalah hasil dari suhu tinggi yang berlanjut setelah kristalisasi ulang saat batas butir dihilangkan, menghasilkan peningkatan ukuran butir yang ada terlepas dari ukuran butir austenitik sebelumnya.

Mengapa kerja dingin diperlukan untuk pemulihan?

Kerja dingin meningkatkan kekuatan material, tetapi menurunkan duktilitas dan konduktivitas listriknya. Selain itu, stres residu diperkenalkan ke dalam material karena tumpang tindih dan berserakan dari dislokasi.

Apa dorongan untuk kristalisasi ulang dan pertumbuhan butir?

Dorongan untuk pertumbuhan butir, baik berkelanjutan (pertumbuhan butir normal) atau tidak berkelanjutan (pertumbuhan butir abnormal), adalah energi dari batas sudut besar. Dorongan utama untuk kristalisasi ulang terjadi adalah energi yang tersimpan selama straining dalam bentuk defek kristal.