A.
A. Pengertian
Pengertian dan
dan Fungsi
Fungsi
Diagram fasa merupakan suatu gambar yang menyatakan daerah Diagram fasa merupakan suatu gambar yang menyatakan daerah fasa yang stabil dengan dekomposisi dan temperatur sebagai koordinatnya fasa yang stabil dengan dekomposisi dan temperatur sebagai koordinatnya ..
Fasa sendiri dapat diartikan bagian dari suatu sistem yang homogen secara Fasa sendiri dapat diartikan bagian dari suatu sistem yang homogen secara fisis.
fisis.
Diagram fasa merupakan fungsi dari hubungan temperatur, komposisi dan Diagram fasa merupakan fungsi dari hubungan temperatur, komposisi dan fasa.
fasa.
Contoh diagram fasa : Contoh diagram fasa :
D
Diagram Fasa Airiagram Fasa Air T T emperatur ( emperatur ( T)T) Gas Gas Cair + Gas Cair + Gas Cair Cair Padat + Cair Padat + Cair Padat Padat Waktu (t Waktu (t ) ) D
Diagram Fasa Logamiagram Fasa Logam T T emperatur ( emperatur ( T)T) Cair Cair Padat + Cair Padat + Cair Padat Padat Waktu (t Waktu (t ) )
B
. Fungsi
D
iagram Fasa
Untuk meramalkan/memperkirakan :
y Proses Solidfikasi
y Struktur Mikro yang diperoleh y Sifat Mekanik
Berdasarkan jumlah unsur, Diagram Fasa dapat digolongkan secara umum menjadi :
y Diagram Fasa Biner terdiri dari 2 unsur y Diagram Fasa Terner terdiri dari 3 unsur
Diagram Fasa Biner ada 3 jenis, yaitu :
1. Diagram Fasa yang menunjukkan kelarutan yang sempurna dalam keadaan cair dan padat
2. Diagram Fasa yang menunjukkan kelarutan sebagian/terbatas dalam keadaan padat. Diagram Fasa ini terdiri dari 3 tipe :
y Memiliki reaksi fasa Eutektik. y Memiliki reaksi fasa Peritektik y Memiliki reaksi fasa Senyawa
3. Diagram Fasa yang menunjukkan adanya ketidaklarutan dari unsur-unsur penyusun paduan.
Untuk memperoleh Diagram Fasa dapat dilakukan cara-cara sebagai
berikut :
y Diturunkan dari berbagai Diagram Fasa yang menghubungkan
Temperatur dan waktu pada berbagai komposisi paduan.
y Melalui percobaan pada berbagai komposisi paduan, dengan
menggunakan alat dilatometer.
y Melalui perhitungan dengan menggunakan teori termodinamika dan
C. Diagram Fasa (Keseimbangan Fasa) Pada Logam T emperatur ( T) Cair Padat + Cair Fungsi (T, t, F) Padat Fungsi (T, K, F) Waktu (t ) (% W)
Diagram Fasa Biner
TCair A TCair B
Pada Sumbu T, terdapat :
y Titik cair unsur
y Titik perubahan bentuk
sel satuan
A % B >> B 100% A komposisi 100% B
(1) Larut satu sama Lain; (2) Reaksi Fasa Peritektik; (3) Reaksi Fasa Eutektik; (4) Reaksi Fasa Eutektoid dan (5) Tidak Larut
D. Diagram Fasa Fe ± Fe3C
Ada 5 jenis fasa yang terdapat pada Diagram Fasa Fe ± Fe3C, yaitu :
Fasa Cair, Besi Alfa, Besi Delta, Besi Gamma, dan Senyawa Fe ± Fe3C.
Besi Alfa, Besi Delta, dan Besi Gamma dala m bentuk larutan padat.
Diagram Fasa Fe ± Fe3C tidak mencapai C 100%, karena Fe ± Fe3C
merupakan senyawa dan batas dari Diagram Fasa. Bila %C > 6,67 % maka sudah tidak dapat digunakan untuk material teknik sebab sifat materialnya sudah sangat getas. Dari Diagram Fasa Fe ± Fe3C menghasilkan 2 jenis
material teknik, yaitu :
1. % C < 1,7 % disebut Baja 2. % C > 1,7 % disebut BesiCor
Fe (Besi) merupakan unsur logam yang memiliki lebih dari 1 bentuk sel satuan (politropik), sedangkan C (Karbon) merupakan unsur nonlogam. Paduan dari kedua jenis unsur ini akan menghasilkan 2 jenis material teknik, yaitu Baja (C-Steel) dan Besi Cor (Cast Iron). Setiap transformasi fasa yang terjadi selalu diiringi dengan perubahan volume.
Dari Diagram Fasa Fe ± Fe3C,ada 3 reaksi fasa yang terbentuk, yaitu :
1. Reaksi Fasa Peritektik 2. Reaksi Fasa Eutektik 3. Reaksi Fasa Eutektoid
Adapun sifat dari masing-masing fasa yang terbentuk adalah : Ferrit (Besi Alfa)
Ferrit memiliki bentuk sel satuan BCC dan dapat melarutkan karbon sampai dengan 0,025%. Hal ini dikarenakan struktur BCC dimana ruang antar atom kecil dan padat, sehingga daya larut karbon rendah. Ferrit bersifat ferromagnetik pada temperatur kurang 770oC.
Sifat Ferrit yaitu :
y Lunak y Ulet
y Mampu Las Tinggi y Sifat Korosi Rendah
Austenit (Besi Gamma)
Austenit memiliki bentuk sel satuan FCC dan jarak atomnya lebih besar daripada Ferrit. Austenit stabil pada temperatur antara 912 ± 1350oC dengan daya larut atom karbon sebesar 2,11%. Pada temperatur stabilnya Austenit bersifat lunak dan ulet, sehingga mudah dibentuk, serta tidak bersifat ferromagnetik.
Besi Delta
Besi Delta memiliki bentuk sel satuan BCC dengan daya larut atom karbon yang rendah (0,1%), tetapi lebih besar daripada Ferrit karena terjadi pada temperatur tinggi antara 1350 ± 1535oC.
S ementit (Fe3C)
Sementit merupakan suatu senyawa antara atom Fe dengan atom C. Sementit bersifat sangat keras, kurang ulet dan kurang kuat (getas).
E. Transformasi Tidak Seimbang
Dalam praktek laju pendinginan yang dialami oleh logam pada saat terjadi proses transformasi fasa relatif cepat. Jika laju pendinginan cepat maka difusi tidak dapat berlangsung, sehingga struktur logam yang dihasilkan dapat berubah sekali. Kondisi ini akan berbeda bila laju pendinginannya berlangsung lambat. Laju pendinginan cepat akan
mengakibatkan berubahnya sifat-sifat mekanik bahan, hal ini disebabkan tejadinya perubahan struktur mikro dari bahan tersebut. Contohnya dalam proses pembentukan Martensit.
Pengaturan laju pendinginan, selanjutnya diterapkan dalam proses perlakuan panas (heat treatment). Heat treatment merupakan proses pengubahan sifat mekanik suatu bahan melalui pengubahan struktur mikro
dengan cara memanaskan bahan dan mengatur laju pendinginannya. Proses pendinginan yang lambat, di dalam praktek dapat dilakukan dengan 2 cara,
yaitu:
1. Pendinginan Udara (air cooling), yang dikenal dengan istilah
Normalizing.
2. Pendinginan di dala m tungku (Anealing)
Pada industri baja, penerapan proses pendinginan ini lazimnya melalui proses air cooling.
T emperatur ( T) Keterangan: y RC = Rapid Cooling y N = Normalizing y A = Anealing Tp RC N A Waktu (t ) Proses Rapid Cooling (pendinginan cepat), dapat dilakukan dengan cara :
y Pencelupan ke dalam medium pendingi, seperti air, oli, minyak dll.
(Quenching)
y Penyemprotan dengan Nitrogen cair (atomization atau spray
method).
Dari aspek traktur mikro, variasi laju pendinginan pada besi karbon dapat dilihat pada skema ilustrasi berikut :
Laju Pendinginan Lambat
Austenit Ferrit + Fe3C
(Pearlite)
Laju Pendinginan Cepat
Martensit
F. Efek Laju Pendinginan Terhadap Transformasi Fasa pada Sistem Fe - C T emperatur ( T) T aust. M B P N A Waktu (t ) Keterangan : M = Martensit B = Bainit
P = Pearlit Halus (Trostit) N = Normalizing
Untuk memahami efek laju pendinginan terhadap transformasi fasa
dalam sistem Fe ± C, dapat dipelajari melalui diagram CCT. Faktor penting dalam diagram CCT yaitu :
y Waktu y Temperatur y Laju Pendinginan
Diagram CCT, hanya berlaku untuk sekelompok atau satu jenis komposisi. Dari diagram fasa Fe ± C, ada 3 jenis diagram CCT yang terjadi, yaitu :
1. Diagram CCT Baja Karbon Hipoetektoid 2. Diagram CCT Baja Karbon Eutektoid 3. Diagram CCT Baja Karbon Hiper etektoid
T (oC) T ( oC)
%C t
T(oC) T(oC) %C t (2) T(oC) T(oC) %C t (3)
Dari ketiga diagram terlihat makin besar %C, maka Ms akan semakin ke bawah, artinya austenit semakin stabil. Hal ini dikarenakan daerah austenit yang terbentuk semakin luas dan proses untuk terjadinya Martensit semakin besar. Untuk Karbon yang lebih rendah, hidung kurva S
lebih dekat terhadap sumbu tegak (Temperatur).
Dari diagram CCT dapat diturunkan pula beberapa aspek, seperti
y Transformasi Isotermal (T-I)
T(oC)
t
Diagram Transformasi Isotermal diperoleh dari pendinginan yang diselang atau di´interupsi´. Bila proses interupsi dilakukan di atas temperatur Ms disebut Austemper sedangkan bila proses interupsi dilakukan di bawah t emperatur Ms disebut Martemper.
y Harden Ability (Mampu Keras)
Kemudahan untuk dikeraskan, indikatornya adalah luas daerah austenit yang tidak stabil di depan hidung kurva. Luasan ini dipengaruhi oleh unsur karbon dan unsur paduan. Unsur Nikel akan
memperluas daerah austenit, sehingga dikatakan sebagai penyetabil Gamma, sedangkan unsur Krom akan memperkecil daerah austenit, sehingga dikatakan sebagai penyetabil alfa. Cara untuk mengetahui harden ability adalah dengan melakukan pengujian Jominy.
Gambar 4. Spesimen Uji Jominy
Kekerasan (H)
Baik
Buruk
G. Literatur
1. Efendy, Hady,´Catatan Kuliah Material Teknik Lanjut´, Prog.Studi Ilmu dan Teknik Material ITB, Bandung, 2000.
2. Efendy, Hady,´Laporan Praktikum Pengujian Heat Treatment dan Jominy´,Laboratorium Metalurgi ITB, Bandung, 2000.
3. Kramer, Hans,´Werkstoffkunde fur Praktiker,3´Vollmer & Co, 1989.
4. Suratman,Rochim,´Materi Kuliah Material Teknik Lanjut´, Prog.Studi Ilmu dan Teknik Material ITB, Bandung, 2000.
5. Van Vlack, Lawrence,´Elements of Materials Science and Engineering, 5thEd.´Addison-Wesley, USA,1985.
DI
A
GR
A
M
FASA
Disusun Oleh :
Hady Efendy
,
ST.
, M
T.
132 233 791
Tulisan ini disajikan dalam rangka
Pelatihan Asisten LaboratoriumMetalurgi Fisik JurusanMesin Fakultas Teknik
Universitas Hasanuddin Tanggal 20-21 Januari 2003
