Kegetasan

Suatu material dikatakan getas jika ketika dikenai tegangan, material tersebut patah dengan sedikit deformasi elastis dan tanpa deformasi plastis yang signifikan. Material getas menyerap energi yang relatif sedikit sebelum patah, bahkan material dengan kekuatan tinggi sekalipun. Patahnya material sering disertai dengan suara retakan yang tajam.

Ketika digunakan dalam ilmu material, istilah ini umumnya diterapkan pada material yang gagal ketika terjadi sedikit atau tidak ada deformasi plastis sebelum kegagalan. Salah satu buktinya adalah dengan mencocokkan kedua bagian yang patah, yang seharusnya pas karena tidak terjadi deformasi plastis.

Kegetasan pada berbagai material
Polimer
Karakteristik mekanik polimer dapat sensitif terhadap perubahan suhu di dekat suhu ruangan. Misalnya, poli(metil metakrilat) sangat getas pada suhu 4˚C, tetapi mengalami peningkatan daktilitas dengan peningkatan suhu.

Polimer amorf adalah polimer yang dapat berperilaku berbeda pada suhu yang berbeda. Mereka dapat berperilaku seperti kaca pada suhu rendah (wilayah kaca), padatan seperti karet pada suhu menengah (wilayah transisi kulit atau kaca), dan cairan kental pada suhu yang lebih tinggi (wilayah aliran karet dan aliran kental). Perilaku ini dikenal sebagai perilaku viskoelastik. Di wilayah kaca, polimer amorf akan kaku dan getas. Dengan meningkatnya suhu, polimer akan menjadi kurang getas.

Logam
Beberapa logam menunjukkan karakteristik getas karena sistem slipnya. Semakin banyak sistem slip yang dimiliki suatu logam, semakin kurang getas logam tersebut, karena deformasi plastis dapat terjadi di sepanjang banyak sistem slip ini. Sebaliknya, dengan lebih sedikit sistem slip, lebih sedikit deformasi plastis yang dapat terjadi, dan logam akan lebih getas. Misalnya, logam HCP (hexagonal close packed) memiliki sedikit sistem slip aktif, dan biasanya getas.

Keramik
Keramik umumnya getas karena kesulitan pergerakan dislokasi, atau slip. Terdapat sedikit sistem slip dalam keramik kristal yang dapat dilalui oleh dislokasi, yang membuat deformasi sulit dan membuat keramik lebih getas.

Material keramik umumnya menunjukkan ikatan ionik. Karena muatan listrik ion dan tolakan ion bermuatan sejenis, slip semakin dibatasi.

Perubahan material getas
Material dapat diubah agar menjadi lebih getas atau kurang getas.

Penguatan
class=skin-invert-image|thumb|Grafik yang membandingkan kurva tegangan–regangan untuk material rapuh dan ulet
Ketika suatu material telah mencapai batas kekuatannya, biasanya material tersebut memiliki pilihan antara deformasi atau patah. Logam yang secara alami mudah dibentuk dapat dibuat lebih kuat dengan menghambat mekanisme deformasi plastis (mengurangi ukuran butir, pengerasan presipitasi, pengerasan kerja, dll.), tetapi jika hal ini dilakukan secara ekstrem, patah menjadi hasil yang lebih mungkin, dan material dapat menjadi getas. Oleh karena itu, meningkatkan ketangguhan material merupakan tindakan penyeimbangan.

Material yang secara alami getas seperti kaca, tidak sulit untuk diperkuat secara efektif. Sebagian besar teknik tersebut melibatkan salah satu dari dua mekanisme: untuk membelokkan atau menyerap ujung retakan yang merambat atau untuk menciptakan tegangan sisa yang dikontrol dengan cermat sehingga retakan dari sumber-sumber tertentu yang dapat diprediksi akan dipaksa untuk tertutup. Prinsip pertama digunakan pada kaca laminasi di mana dua lembar kaca dipisahkan oleh lapisan antara polivinil butiral. Sebagai polimer viskoelastik, polivinil butiral menyerap retakan yang tumbuh. Metode kedua digunakan pada kaca yang diperkuat dan beton prategang. Demonstrasi penguatan kaca diberikan oleh Prince Rupert's Drop. Polimer getas dapat diperkuat dengan menggunakan partikel logam untuk memulai retakan ketika sampel diberi tekanan, contoh yang baik adalah polistirena berdampak tinggi atau HIPS. Keramik struktural yang paling tidak getas adalah silikon karbida (terutama karena kekuatannya yang tinggi) dan zirkonia yang diperkuat transformasi.

Filosofi yang berbeda digunakan dalam material komposit, di mana serat kaca yang getas misalnya, ditanamkan dalam matriks ulet seperti resin poliester. Ketika diberi tekanan, retakan terbentuk di antarmuka kaca-matriks, tetapi begitu banyak retakan yang terbentuk sehingga banyak energi diserap dan material tersebut menjadi lebih kuat. Prinsip yang sama digunakan dalam pembuatan komposit matriks logam.

Pengaruh tekanan
Secara umum, kekuatan getas suatu material dapat ditingkatkan dengan tekanan. Ini terjadi sebagai contoh di zona transisi getas-ulet pada kedalaman sekitar 10 kilometer (6,2 mil) di kerak bumi, di mana batuan menjadi kurang mungkin retak, dan lebih mungkin mengalami deformasi ulet.

Pertumbuhan retakan
Patahan supersonik adalah pergerakan retakan yang lebih cepat dari kecepatan suara pada material getas. Fenomena ini pertama kali ditemukan  oleh para ilmuwan dari Institut Max Planck untuk Penelitian Logam di Stuttgart (Markus J. Buehler dan Huajian Gao) dan Pusat Penelitian IBM Almaden di San José, California (Farid F. Abraham).

Referensi

Bacaan lanjutan




Kategori:Mekanika kontinum
Kategori:Ilmu material
Kategori:Sifat fisik