Language
Country/Area
No result found
Mengapa beberapa logam tidak mengalami deformasi? Mengungkap misteri atmosfer Cottrell!
Dalam ilmu material, konsep atmosfer Cottrell pertama kali diajukan oleh A. H. Cottrell dan B. A. Bilby pada tahun 1949 untuk menjelaskan bagaimana dislokasi pada logam tertentu diperbaiki oleh atom interstisial seperti boron, karbon, atau nitrogen. Fenomena ini terjadi pada material dengan struktur kubik berpusat badan (BCC) dan kubik berpusat muka (FCC), seperti besi atau nikel, di mana atom pengotor kecil hadir. Atom interstisial ini sedikit mendistorsi kisi dan menciptakan medan tegangan sisa terkait di sekitarnya. Medan tegangan ini berkurang saat atom interstisial berdifusi ke arah dislokasi, dan dengan demikian, setelah atom berdifusi ke inti dislokasi, mereka bertahan untuk waktu yang lama, membentuk atmosfer Cottrell.
Kumpulan atom interstisial ini secara efektif dapat mengurangi energi dislokasi sekaligus menghambat pergerakan dislokasi lebih lanjut, sehingga dislokasi "dipatok" oleh atmosfer Cottrell.
Atmosfer Cottrell juga memiliki dampak penting pada perilaku mekanis material. Penjepitan dislokasi berarti bahwa, pada suhu ruangan, dislokasi tidak mudah dilucuti, dan dengan demikian titik luluh atas dalam diagram tegangan-regangan diamati. Setelah titik luluh atas ini, dislokasi yang dijepit menjadi sumber Frank–Read, menghasilkan dislokasi baru yang tidak dipatok yang bebas bergerak, sehingga mengakibatkan deformasi material dengan cara yang lebih plastis. Setelah periode perlakuan penuaan, titik luluh atas dipulihkan saat atom-atom berdifusi kembali ke inti dislokasi. Oleh karena itu, atmosfer Cottrell juga menciptakan pembentukan zona Lüders, yang menjadi kendala produksi saat peregangan dalam dan pembuatan lembaran besar.
Untuk menghilangkan efek atmosfer Cottrell, beberapa baja khusus menghilangkan semua atom interstisial. Baja ini seperti baja bebas celah didekarbonisasi dan sejumlah kecil titanium ditambahkan untuk menghilangkan nitrogen.
Penelitian telah menunjukkan bahwa atmosfer Cottrell dan resistensi viskositas yang disebabkan olehnya merupakan faktor penting dalam deformasi suhu tinggi, yang membuat gerakan dislokasi lebih sulit.
Pengaruh atmosfer Cottrell pada perilaku material pada suhu ekuivalen tinggi juga sangat penting. Saat material mengalami kondisi merayap, gerakan dislokasi yang menyertai atmosfer Cottrell menimbulkan resistensi, yang memperlambat proses deformasi plastik. Gaya hambat F_drag ini dapat direpresentasikan sebagai berikut dalam kondisi tertentu:
F_drag = (kTΩ) / (vD_sol) ∫ (J⋅J/c)dA
Di sini D_sol adalah difusivitas atom terlarut dalam material dasar, Ω adalah volume atom, v adalah kecepatan dislokasi, J adalah kerapatan fluks difusi, dan c adalah konsentrasi zat terlarut. Kehadiran atmosfer Cottrell dan pengaruh resistensi viskositas terbukti penting dalam proses deformasi suhu tinggi di bawah tekanan sedang dan juga menempati tempat dalam kategori degradasi hukum pangkat.
Fenomena serupa
Meskipun atmosfer Cottrell adalah efek universal, mekanisme terkait serupa muncul ketika kondisinya lebih khusus. Misalnya, efek Suzuki terwujud sebagai segregasi molekul zat terlarut menuju cacat penumpukan. Dalam sistem kubik berpusat muka, ketika dislokasi terbagi menjadi dua dislokasi parsial, cacat bertumpuk heksagonal yang rapat terbentuk di antara kedua bagian tersebut. H. Suzuki meramalkan bahwa konsentrasi atom terlarut pada batas ini akan berbeda dari yang ada di volume, dan oleh karena itu melintasi medan atom terlarut ini juga akan menghasilkan peningkatan ketahanan terhadap gerakan dislokasi, mirip dengan efek atmosfer Cottrell.
Selain itu, efek Snoek melibatkan gesekan internal yang dihasilkan oleh migrasi jarak pendek atom terlarut interstisial dalam kisi α-Fe saat tekanan diterapkan, efek yang juga terlihat jelas pada Porter atau material paduan lainnya, yang meningkatkan kekuatan dan ketangguhan material.
Bahan dan kemungkinan untuk eksplorasi di masa mendatang
Ada dislokasi yang dijelaskan oleh atmosfer Cottrell pada bahan seperti logam dan bahan semikonduktor (misalnya, kristal silikon), sebuah fenomena yang sangat penting untuk ketahanan terhadap deformasi logam dan aplikasinya. Di masa mendatang, dengan penelitian mendalam tentang perilaku material, potensi aplikasi atmosfer Cottrell dalam desain material baru dapat dieksplorasi, dan bahkan paduan yang lebih canggih dapat dikembangkan untuk mengoptimalkan sifat material.
Bagaimana tepatnya ilmu material masa depan akan menggunakan pengetahuan tentang atmosfer Cottrell untuk meningkatkan sifat dan ketangguhan logam?
