MAKALAH MAKALAH MATERIAL TEKNIK MATERIAL TEKNIK DIAGRAM FASA DIAGRAM FASA
Diajukan sebagai tugas mata kuliah material teknik Diajukan sebagai tugas mata kuliah material teknik
Disusun Oleh: Disusun Oleh: Dimas Widyawanto Dimas Widyawanto 0516101019 0516101019
PROGRAM STUDI TEKNIK INDUSTRI PROGRAM STUDI TEKNIK INDUSTRI
FAKULTAS TEKNIK FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS WIDYATAMA UNIVERSITAS WIDYATAMA BANDUNG BANDUNG 2017 2017
BAB I BAB I
PENDAHULUAN PENDAHULUAN A.
A. LaLatatar Ber Bea!a!a"a"## Peng
Pengenalenalan an bahbahan an tekteknik nik memmempelpelajaajari ri tententantang g matmaterierial al matmaterierial! al! "ar"ara a pempembuatbuatan!an! penerapan
penerapan di di lapangan! lapangan! dan dan juga juga teori#teori teori#teori mengenai mengenai bahan bahan teknik$ teknik$ %alah %alah satunya satunya adalahadalah diagram &asa! dimana kita dapat mengetahui bahan#bahan pada &ase li'uid ("air)! padat! atau gas$ diagram &asa! dimana kita dapat mengetahui bahan#bahan pada &ase li'uid ("air)! padat! atau gas$ %ampai saat ini sebagian besar material rekayasa terdiri dari "ampuran &asa#&asa!misalnya : *aja! %ampai saat ini sebagian besar material rekayasa terdiri dari "ampuran &asa#&asa!misalnya : *aja! solder! semen portland! batu gerinda! "at! dan &iber glass$
solder! semen portland! batu gerinda! "at! dan &iber glass$
+ampurandari dua atau lebih &asa dalam satu material memungkinkan terjadinya interaksi +ampurandari dua atau lebih &asa dalam satu material memungkinkan terjadinya interaksi ant
antara ara &as&asa$Da$Diagiagram ram &as&ase e sansangat gat memmembantbantu u daldalam am menmengatgatur ur dan dan mermeringingkas kas ekseksperperimeimentantal!l! da
data ta penpengamgamatatan an sesertrta a dadapat pat didigungunakakan an ununtutuk k memmembuabuat t prprededikiksi si tetentntang ang prprososeses#p#prorosesess ya
yangmngmelelibibatatkan kan rereakaksi si kikimimia a anantatara ra &a&asese$ $ ,e,ekukuatatan an liliststririk k atatau au memedan dan mamagnegnet t dapdapatat dit
diteraerapkapkansensebagabagai i pengpenggantganti i suhsuhu! u! tektekanananan! ! dan dan komkomposposisisi i lailainnyannya$ $ -nt-ntuk uk memmemberiberikankan in&ormasitentang struktur dan &asa#&asa kesetimbangan khususnya pada dua komponen unsur in&ormasitentang struktur dan &asa#&asa kesetimbangan khususnya pada dua komponen unsur at
atauauttemempeperrataturur! ! mmakaka a dadapapat t didigugunanakakan n ssatatu u jejeninis s plplot ot didiagagrram am &a&ase se ttemempeperratatur ur terhadapkonsentrasi relati& dari dua .at dalam biner
terhadapkonsentrasi relati& dari dua .at dalam biner "ampuran"ampuranyang disebut diagram &ase biner$yang disebut diagram &ase biner$
Oleh karena itu! disusunlah makalah tentang diagram &asa dengan spesi&ikasi diagram Oleh karena itu! disusunlah makalah tentang diagram &asa dengan spesi&ikasi diagram &a
&asa sa bibinener r inini i agagar ar dadapapat t mmemempepermrmududah ah pepembmba"a"aaaan n &a&asa sa kekesesetitimbmbanangagan n papaduduan an duduaa komponenunsur$
komponenunsur$
B
B.. TT$$%%$$aa""
/ujuan dari pembuatan makalah ini adalah sebagai berikut : /ujuan dari pembuatan makalah ini adalah sebagai berikut :
1$
1$ engetengetahui gambaahui gambaran umum dan spran umum dan spesi&iesi&ikasi diagkasi diagram &asa khuram &asa khususnysusnya diagram &aa diagram &asa binersa biner$$ $
$ ememahamahami pemi pemba"aba"aan dian diagragram &aam &asa bisa binerner$$ 2$
2$ emahaemahami bentmi bentuk beuk bentuk prntuk proses oses pendingpendinginan (inan (solisolidi&ikdi&ikasi)$asi)$ 3$
3$ DiDiharharapkapkan an mamahahasisiswswa a mememamahamhami i didiagragram am &a&asasa! ! tatahu hu "a"ara ra memembmba"a"anyanya a dan dan lelebibihh mengenal &ase#&ase .at yang ada di sekitar kita$
mengenal &ase#&ase .at yang ada di sekitar kita$
&.
BAB I BAB I
PENDAHULUAN PENDAHULUAN A.
A. LaLatatar Ber Bea!a!a"a"## Peng
Pengenalenalan an bahbahan an tekteknik nik memmempelpelajaajari ri tententantang g matmaterierial al matmaterierial! al! "ar"ara a pempembuatbuatan!an! penerapan
penerapan di di lapangan! lapangan! dan dan juga juga teori#teori teori#teori mengenai mengenai bahan bahan teknik$ teknik$ %alah %alah satunya satunya adalahadalah diagram &asa! dimana kita dapat mengetahui bahan#bahan pada &ase li'uid ("air)! padat! atau gas$ diagram &asa! dimana kita dapat mengetahui bahan#bahan pada &ase li'uid ("air)! padat! atau gas$ %ampai saat ini sebagian besar material rekayasa terdiri dari "ampuran &asa#&asa!misalnya : *aja! %ampai saat ini sebagian besar material rekayasa terdiri dari "ampuran &asa#&asa!misalnya : *aja! solder! semen portland! batu gerinda! "at! dan &iber glass$
solder! semen portland! batu gerinda! "at! dan &iber glass$
+ampurandari dua atau lebih &asa dalam satu material memungkinkan terjadinya interaksi +ampurandari dua atau lebih &asa dalam satu material memungkinkan terjadinya interaksi ant
antara ara &as&asa$Da$Diagiagram ram &as&ase e sansangat gat memmembantbantu u daldalam am menmengatgatur ur dan dan mermeringingkas kas ekseksperperimeimentantal!l! da
data ta penpengamgamatatan an sesertrta a dadapat pat didigungunakakan an ununtutuk k memmembuabuat t prprededikiksi si tetentntang ang prprososeses#p#prorosesess ya
yangmngmelelibibatatkan kan rereakaksi si kikimimia a anantatara ra &a&asese$ $ ,e,ekukuatatan an liliststririk k atatau au memedan dan mamagnegnet t dapdapatat dit
diteraerapkapkansensebagabagai i pengpenggantganti i suhsuhu! u! tektekanananan! ! dan dan komkomposposisisi i lailainnyannya$ $ -nt-ntuk uk memmemberiberikankan in&ormasitentang struktur dan &asa#&asa kesetimbangan khususnya pada dua komponen unsur in&ormasitentang struktur dan &asa#&asa kesetimbangan khususnya pada dua komponen unsur at
atauauttemempeperrataturur! ! mmakaka a dadapapat t didigugunanakakan n ssatatu u jejeninis s plplot ot didiagagrram am &a&ase se ttemempeperratatur ur terhadapkonsentrasi relati& dari dua .at dalam biner
terhadapkonsentrasi relati& dari dua .at dalam biner "ampuran"ampuranyang disebut diagram &ase biner$yang disebut diagram &ase biner$
Oleh karena itu! disusunlah makalah tentang diagram &asa dengan spesi&ikasi diagram Oleh karena itu! disusunlah makalah tentang diagram &asa dengan spesi&ikasi diagram &a
&asa sa bibinener r inini i agagar ar dadapapat t mmemempepermrmududah ah pepembmba"a"aaaan n &a&asa sa kekesesetitimbmbanangagan n papaduduan an duduaa komponenunsur$
komponenunsur$
B
B.. TT$$%%$$aa""
/ujuan dari pembuatan makalah ini adalah sebagai berikut : /ujuan dari pembuatan makalah ini adalah sebagai berikut :
1$
1$ engetengetahui gambaahui gambaran umum dan spran umum dan spesi&iesi&ikasi diagkasi diagram &asa khuram &asa khususnysusnya diagram &aa diagram &asa binersa biner$$ $
$ ememahamahami pemi pemba"aba"aan dian diagragram &aam &asa bisa binerner$$ 2$
2$ emahaemahami bentmi bentuk beuk bentuk prntuk proses oses pendingpendinginan (inan (solisolidi&ikdi&ikasi)$asi)$ 3$
3$ DiDiharharapkapkan an mamahahasisiswswa a mememamahamhami i didiagragram am &a&asasa! ! tatahu hu "a"ara ra memembmba"a"anyanya a dan dan lelebibihh mengenal &ase#&ase .at yang ada di sekitar kita$
mengenal &ase#&ase .at yang ada di sekitar kita$
&.
Permasalahan yang dihadapi adalah sebagai berikut : Permasalahan yang dihadapi adalah sebagai berikut :
1$
1$ *a*agaigaimamananakah kah gamgambarbaran an umumum um dadan n spspesesi&i&ikikasasi i didiagragram am &a&asa sa khkhususususnynya a didiagagraramm &asa biner4
&asa biner4 $
$ *ag*agaimaimana "aana "ara mera membamba"a di"a diagraagram &asm &asa binea biner4r4 2$
2$ *a*agagaimimanana ba benentutuk bk benentutuk pk proroseses ps penendidingngininan an (s(sololididi&i&ikikasasi)i) 44 D
D.. MaMa""*a*aaatt 1$
1$ DiagrDiagram &asa dam &asa dapat digapat digunakan untunakan untuk memuduk memudahkan memahkan memilih temilih temperatperatur pemanaur pemanasan yangsan yang sesuai untuk setiap proses perlakuan panas baik proses anil! normali.ing maupun proses sesuai untuk setiap proses perlakuan panas baik proses anil! normali.ing maupun proses pengerasan$
pengerasan$ emperlihatkan emperlihatkan &asa#&asa &asa#&asa yang yang terjadi terjadi pada pada perbedaan perbedaan komposisi komposisi dandan temperatur dibawah kondisi pendinginan yang sangat lambat$
temperatur dibawah kondisi pendinginan yang sangat lambat$ $
$ enengingindikdikasiasikan kesetkan kesetimbimbangaangan n kelkelarutarutan an padpadat at satsatu u unsunsur atau ur atau sensenyawyawa a pada unsupada unsur r lain$
lain$ 2$
2$ eengnginindidikakasisikakan n pepengngararuh uh tetempmpereratatur ur didimamana na susuatatu u papaduduan an didibabawawah h kokondndisisii kesetimbangan mulai membeku
kesetimbangan mulai membeku dan pada rentang temperatur dan pada rentang temperatur tertentu tertentu pembekuan terjadi$pembekuan terjadi$ 3$
3$ enginengindikasidikasikan tempekan temperatur dratur dimana peimana perbedaan &rbedaan &asa#&asa#&asa mulasa mulai men"aiai men"air$r$ 5$
5$ ahasiahasiswa mudaswa mudah menggeth menggetahui &asahui &ase .at karee .at karena telah dina telah disusun dasusun dalam sebulam sebuah diagrah diagram$am$ E.
E. S+(S+(tete'at'at+!a P+!a Pe"e"$+$+(a"(a"
akalah ini disusun meliputi *ab terdiri dari latar belakang! tujuan! permasalahan!dan akalah ini disusun meliputi *ab terdiri dari latar belakang! tujuan! permasalahan!dan sistematika penulisan$ *ab terdiri dari dasar teori$ *ab terdiri dari pembahasan! *ab sistematika penulisan$ *ab terdiri dari dasar teori$ *ab terdiri dari pembahasan! *ab terdiri dari kesimpulan dan saran$
terdiri dari kesimpulan dan saran$
BAB II BAB II DASAR TEORI DASAR TEORI
A.
A. D+D+a#a#rara' F' Fa(a(aa
/idak seperti struktur logam murni yang hanya dipengaruhi oleh suhu! sedangkanstruktur /idak seperti struktur logam murni yang hanya dipengaruhi oleh suhu! sedangkanstruktur paduan
paduan dipengaruhi dipengaruhi oleh oleh suhu suhu dan dan komposisi$ komposisi$ Pada Pada kesetimbangan! kesetimbangan! struktur struktur paduanini paduanini dapatdapat digambarkan dalam suatu diagram yang disebut diagram &ase (diagramkesetimbangan) dengan digambarkan dalam suatu diagram yang disebut diagram &ase (diagramkesetimbangan) dengan parameter
parameter suhu suhu (/) (/) 7ersus 7ersus komposisi komposisi (mol (mol atau atau &raksi &raksi mol)$ mol)$ (8asedapat (8asedapat dide&inisikan dide&inisikan sebagaisebagai bagian dari bahan yang memiliki struktur atau komposisi yang berbeda dari bagian lainnya)$ bagian dari bahan yang memiliki struktur atau komposisi yang berbeda dari bagian lainnya)$
Diagram &asa khususnya untuk ilmu logam merupakan suatu pemetaan dari kondisilogam Diagram &asa khususnya untuk ilmu logam merupakan suatu pemetaan dari kondisilogam atau paduan
atau paduan dengan dua dengan dua 7aria7ariabel utama bel utama umumnyumumnya a ( ( ,onse,onsentrasntrasi i dan dan tempertemperatur)atur)$Diagr$Diagram am &asa&asa se"ara umum dipakai ada dua jenis :
se"ara umum dipakai ada dua jenis :
•
• Diagram &asa tunggal ( ,omposisi sama dengan PaduDiagram &asa tunggal ( ,omposisi sama dengan Paduan )an ) •
• Diagram &asa biner ( komponen Diagram &asa biner ( komponen unsur dan temperatur)unsur dan temperatur) •
• Diagram &asa /erner ( 2 komponen unsur Diagram &asa /erner ( 2 komponen unsur dan temperatur)dan temperatur)
Diagram &asa tunggal memiliki komposisi yang sama dengan paduan! misalnya timbaldan Diagram &asa tunggal memiliki komposisi yang sama dengan paduan! misalnya timbaldan timah$ Diagram &asa biner misalnya paduan kuningan ( +u#n)! (+u#i) dll$ Diagram &asa terner timah$ Diagram &asa biner misalnya paduan kuningan ( +u#n)! (+u#i) dll$ Diagram &asa terner misalnya paduan stainless steel (8e#+r#i) dllDiagram pendinginan merupakan diagram yang misalnya paduan stainless steel (8e#+r#i) dllDiagram pendinginan merupakan diagram yang memetakan kondisi struktur mikro apa yanganda akan dapatkan melalui dua 7ariabel utama yaitu memetakan kondisi struktur mikro apa yanganda akan dapatkan melalui dua 7ariabel utama yaitu (
( //emempeperaratutur r dadan n wawaktktu) u) didisesebubut t jujugadgadiaiagrgram am ///// / atatau au jujuga ga dudua a 7a7aririababel el ututamama a yayaitituu (temperatur dan "ooling rater)
(temperatur dan "ooling rater) dosebut jugadiagram ++/$dosebut jugadiagram ++/$
Dia
Diagragram m ini ini berbergunguna a untuntuk uk mendmendapaapatkan tkan si&si&at at mekmekanianik k tertertenttentu u danmdanmikrikrostostrukruktur tur ter
tertententu! tu! 8as8asa a baibainit nit mimisalsalnya nya padpada a bajbaja a hanyhanya a terterdapadapat t pada pada diadiagram gram ///// / bukabukan n diadiagragramm isothermal 8e#8e2+$
isothermal 8e#8e2+$
,egunaan Diagram 8ase adalah dapat memberikan in&ormasi tentang struktur dankomposisi ,egunaan Diagram 8ase adalah dapat memberikan in&ormasi tentang struktur dankomposisi &ase#&ase dalam kesetimbangan$ Diagram &ase digunakan oleh ahli geologi! ahlikimia! "eramists! &ase#&ase dalam kesetimbangan$ Diagram &ase digunakan oleh ahli geologi! ahlikimia! "eramists! me
metatallllururgigiststs s dan dan ililmumuwawan n lalain in ununtutuk k memengngatatur ur dadan n memeriringngkaskasekekspspererimimentental al dadan n dadatata pengamatan
pengamatan serta serta dapat dapat digunakan digunakan untuk untuk membuat membuat prediksi prediksi tentang proses#proses tentang proses#proses yangyang melibatkan reaksi kimia antara &ase$
melibatkan reaksi kimia antara &ase$
B.
,omponen umum diagram &ase adalah garis kesetimbangan atau batas &ase! ;ang merujuk pada baris yang menandai kondisi di mana beberapa &ase dapat hidup berdampingan pada
kesetimbangan$ 8ase transisi terjadi di sepanjang garis dari ekuilibrium$
/itik tripel adalah titik pada diagram &ase di mana garis dari ekuilibrium berpotongan$ /anda titik tripelkondisi di mana tiga &ase yang berbeda dapat ditampilkan bersama$ %ebagai "ontoh! diagram&ase air memiliki titik tripel tunggal yang sesuai dengan suhu dan tekanan di mana padat! "air!dan gas air dapat hidup berdampingan dalam kead aan kesetimbangan yang stabil$
/itik solidusadalah <aris yang memisahkan bidang semua "airan dari yang ditambah"airan kristal$ /itik likuidusadalah <aris yang memisahkan bidang semua "airan dari yangditambah "airan kristal$ /emperatur di atas mana .at tersebut stabil dalam keadaan "air$/erdapat sebuah kesenjangan antara solidus dan likuidus yang terdiri dari "ampuran kristaldan "airan$ Di bawah ini adalah <ambar yang dapat menjelaskan dalam bentuk yang sebenarnya :
Ga'ar 2.1Gra*+!
T+t+! L+!$+/$( /a"S,+/$(
&. D+a#ra' Fa(a
Diagram &ase dengan lebih dari dua dimensi dapat dibuat yang menunjukkan e&ek lebih dari dua 7ariabel pada &ase suatu .at$ Diagram &asa dapat menggunakan 7ariabel lain disamping atau sebagai pengganti dari suhu! tekanan dan komposisi! misalnya kekuatan listrik yang diterapkan atau medan magnet dan mereka juga dapat melibatkan bahan#bahan yangmengambil lebih dari sekadar tiga negara dari materi$
%atu jenis plot diagram &ase temperatur terhadap konsentrasi relati& dari dua .at dalam biner "ampuranyang disebut diagram &asebiner!seperti yang ditunjukkan di bawah ini :
Ga'ar 2.2Se$a)
/+a#ra' *a(e $"t$! ($at$ (+(te' +"er 'e"a'-+!a" t+t+! e$te!t+!.
=utektik biner diagram &ase menjelaskan perilaku kimia dua tidak ber"ampur (unmi>able)kristal dari yang benar#benar ber"ampur (mi>able) meleleh! seperti oli7in dan pyro>ene! atau pyro>ene dan +a plagio"lase$ /ipe lain dari diagram &asa biner adalah diagram titik didih "ampuran dari dua komponen! yaitusenyawa kimia$%elama dua khusus7olatilekomponen pada tekanan tertentu seperti tekanan atmos&er! diagram titik didih menunjukkan apauap (gas) komposisi berada dalam kesetimbangandengan komposisi "airan yang diberikan tergantung pada suhu$
Dalam biner khas titik didih diagram suhu diplot pada sumbu 7ertikaldan "ampuran komposisi pada sumbu hori.ontal$
Ga'ar 2. T+t+! D+/+) D+a#ra'
?eaksi =utektik dapat disebut juga dengan ?eaksi n7arian$ ?eaksi ini memiliki jumlah &asa maksimum adalah tiga! dimana terdapat se"ara bersamaan dalam kondisikesetimbangan pada sistem biner yang melibatkan larutan "airan$ ?eaksi n7arian ,eduadisebut dengan
Peritektik$ *entuk <enerik dari ?eaksi Peritektik adalah :
Rea!(+ Per+te!t+! -a/a ($)$ 13
Rea!(+ E$te!t+! L 4 5 F -a/a ($)$ 117 /a" & 4 6
@rah panah pada persamaan di atas menyatakan bahwa terdapat proses yang dapatdigunakan! yaitu pendinginan dan pemanasan$ ?eaksi n7arian ,etiga adalah ?eaksi=utektoid$ ?eaksi ini melibatkan larutan padat$ *entuk generik dari ?eaksi =utektoid adalahsebagai berikut :
Rea!(+ E$te!t,+/ 4 5 F -a/a ($)$ 72 /a" & 4 068
%eperti halnya penjelasan pada ?eaksi Peritektik! persamaan diatas menyatakan bahwaterdapat proses yang dapat digunakan! yaitu pemanasan dan pendinginan$
,etika satu &ase padat berubah menjadi dua &asa padat selama pemanasan! disebuteutektoid$ Aain halnya dengan eutektoid! Perite"toid merupakan suatu titik di
mana dua &asa padat
bergabung menjadi satu
&ase padat selama
pemanasan$
Ga'ar 2. D+a#ra' Per+te9t+96 E$te9t+96 /a" E$te9t,+/
Dua &asa yang terdiri dari padat dan "air se"ara kolekti& terkondensasi dikenal sebagai&ase terkondensasi$ @nalisis kesetimbangan antara &ase terkondensasi biasanya mengabaikan&ase gas$ ,ombinasi &ase terkondensasi termasuk "air#padat dan padat#padat$ *anyak kristalogra&i bentuk padatan masing#masing dianggap sebagai tahap yang berbeda! jadikesetimbangan ini
menunjukkan "ukup beragam$ %ubjek ini dikenal sebagai representasidiagram &ase biner$ Pada masing#masing "ontoh di atas! tujuannya adalah untuk menentukankonsentrasi$ komponen @ dan * dalam dua &ase bersamaan$
Dalam &ase kentalkesetimbangan! identi&ikasi stabil &ase dan juga merupakan objekti&$,omposisi kimia dua &asa terletak di dua ujung isoterm! atau garis hubung yangmelalui
daerah dua &asa$ %ebagai gambaran! ambillah solder B0 Pb#0 %n pada 150 derajat$Dengan bantuan isoterm lainnya! kita dapat menentukan komposisi kimia dua &asa darisebarang paduan
Pb#%n pada sebarang suhu terkait$
D. Ka+/a) Fa(a
,ita telah mengetahui bahwa kondisi pada sistem dua komponen dengan tiga &asaadalah in7arian$@pabila hanya ada satu atau dua &asa! kita memiliki kebebasan untuk memilihsuhu dan komposisi$ %ebagai "ontoh! dalam medan satu &asa suatu diagram kesetimbangan! baik suhu dan komposisi dapat diubah namun &asa tunggal tetap dipertahankan$
ariansinyaadalah dua$ Pada medan dua &asa! 7ariansinya adalah satu sehingga kita hanya bebas melakukan satu pilihan$ Cika kita merubah suhu! kita terikat pada komposisi
tertentu$-ntuk 7ariansi! atau derajat kebebasan! 8 berlaku kaidah &asa :
P 5 F 4 & 5 I
Dimana P adalah jumlah &asa! +
adalah jumlah komponen ( dua untuk
sistem biner )$ Cikaterdapat tiga &asa!
Ga'ar 2.: Gra*+! D+a#ra' Fa(a B+"er
E. Le;er R$e
*esarnya presentasi suatu &asa pada bagian dua &asa dari suatu diagram &asa biner dapat dihitung dengan menggunakan Ae7er ?ule$ +ontohnya adalah dengan menggunakanAe7er ?ule ! besarnya presentasi dari suatu "airan atau .at padat pada suhu tertentu dapatuntuk komposisi rata#rata pada dua &asa tersebut$@dapun persamaan yang dapat digunakanadalah sebagai berikut :
< 5 <( 4 1 < 4 1 = <( <( 4 1 = <
Dari persamaan diatas!
diketahui bahwa l adalah besarnya &raksi
dari &asa "air! sedangkans adalah
besarnya &raksi dari &asa padat$
@dapun gambar dari Ae7er ?ule seperti
Ga'ar 2.> D+a#ra' Le;er R$e
Tae 2.1 T+t+! -e"t+"# /aa' (?(te' +"er @rS" F. S,+/+*+!a(+
%olid solution (larutan padat) : terdiri dari beberapa atom! minimal dua atom yang berbeda! atom terlarut menempati posisi substitusi interstisi pada kisi pelarut dan struktur kristal mengikuti struktur kristal pelarut$
*atas kelarutan (solubility limit) :
%uatu logam paduan akan mempunyai
maksimum konsentrasi dari
atom terlarut yang akan larut pada
pelarut$ Cika atom terlarut
konsentrasinya melampaui batas
kelarutan maka sebagian atom
tersebut tidak akan terlarut lagi$ -ntuk
menggambarkan keadaan ini bisa
dilihat "ontoh larutan air gula$ Cika
gula yang di"ampur terlalu banyak maka
gula tersebut tidak akan larut lagi$
Ga'ar 2.7 Gra*+! 9a'-$ra" A+r /e"#a" G$a
Diagram &asa digunakan untuk memperkirakan E%truktur ikroF yang diperoleh dari hasil proses pembekuan (%olidi&ikasi)$ %truktur ikro : %truktur logamGpaduan yang dilihat melalui /eknik ikroso&ik yang berupa distribusi &asa#&asa! baik distribusi larutan padat! senyawa atau distribusi larutan padat dan senyawa$
%truktur mikro : %i&at#si&at &isik suatu bahan seperti si&at mekanik tergantung dari struktur mikro$ %truktur mikro diketahui dengan obser7asi mikroskopik menggunakan mikroskop optik atau mikroskop elektron$ Pada logam paduan! penggolongan struktur mikro berdasarkan berapa jumlah &ase! proporsinya dan bagaimana susunannya didalam bahan$ %truktur
mikro bergantung kepada jumlah elemen paduan! konsentrasinya dan perlakuanpanasnya (temperatur! lamanya pemanasan! lajupendinginan)$
,arena larutan padat bersi&at lunak! senyawa bersi&at keras maka jika diketahui distribusinya maka akan diketahui si&at mekaniknya$Dengan mengetahui struktur mikro! berarti dapat diketahui si&at ekanik$ /eknik mikrosko&ik untuk mengetahui struktur mikro disebut =/@AO<?@8$
-ntuk menggunakan diagram &asa pada proses solidi&ikasi diambil anggapan sbb :
1$ Aaju pendinginan dianggap sangat lambat
$ Proses trans&ormasi yang terjadi dari &asa "air ke &asa padat berlangsung sempurna dengan mekanisme di&usi$
8aktor#&aktor yang berpengaruh dalam proses solidi&ikasi :
1$ Waktu
$ /emperatur
Pada umumnya logam tidak berdiri sendiri atau keadaan murni! tetapi lebih banyak dalam keadaan dipadu atau logam paduan dengan kandungan unsur#unsur tertentu sehingga struktur yang terdapat dalam keadaan setimbang pada temperatur dan tekanan tertentu akan berlainan$ ,ombinasi dua unsur atau lebih yang membentuk paduan logam akan menghasilkan si&at yang berbeda dari logam asalnya$
/ujuan pemaduan adalah untuk memperbaiki si&at logam %i&at yang diperbaiki adalah kekuatan! keuletan! kekerasan! ketahanan korosi! ketahanan aus! ketahanan lelah! dll$ ,omponen#komponen umum diagram &ase adalah garis kesetimbangan! yang merujuk pada
garisyang menandakan terjadinya transisi &ase$ 8asa pada suatu material didasarkan atas daerah yang berbeda dalam struktur atau komposisi dari daerah lainnya$8asa adalah bagian homogen dari suatu sistem yang memiliki si&at &isik dan kimia yang seragam$
-ntuk mempelajari paduan dibuatlah kur7a yang menghubungkan antara &asa! komposisi dan temperatur$Diagram &asa adalah suatu gra&ik yang merupakan representasi tentang &asa#&asa yang ada dalam suatu material pada 7ariasi temperatur! tekanan dan komposisi$Pada umumnya diagram &asa dibangun pada keadaan kesetimbangan (kondisinya adalah pendinginan yang sangat lambat)$ Diagram ini dipakai untuk mengetahui dan memprediksi banyak aspek terhadap si&at material$
n&ormasi penting yang dapat diperoleh dari diagram &asa adalah:
1$ emperlihatkan &asa#&asa yang terjadi pada perbedaan komposisi dan temperatur dibawah kondisi pendinginan yang sangat lambat$
$ engindikasikan kesetimbangan kelarutan padat satu unsur atau senyawa pada unsur lain$
2$ engindikasikan pengaruh temperatur dimana suatu paduan dibawah kondisi kesetimbangan mulai membeku dan pada rentang temperatur tertentu pembekuan terjadi$ 3$ engindikasikan temperatur dimana perbedaan &asa#&asa mulai men"air
G. D+a#ra' Fa(a @ D+a#ra' Ke(e+'a"#a"
%eperti pada diagram Pb %n adalah diagram &asa yang digunakan sebagai peta yang menunjukkan &asa yang ada pada suhu tertentu dan komposisi paduan pada keadaan keseimbangan! yaitu semua reaksi yang mungkin terjadi telah selesai$
Pada diagram tersebut pada komposisi
50H %n dan suhu 100 +! menunjukkan
bahwa terdapat dua &asa padat
yaitu &asa I dan &asa J$ Pada
komposisi yang sama pada suhu
00 + terdapat &asa I dan "airan$ K
Dan pada suhu 50 + seluruh
larutan berupa "airan$
%ebaliknya pada komposisi
B0H %n dan suhu 00 + terdapat
&asa J dan "airan$ Dan pada komposisi 10H %n dan suhu 00 + hanya terdapat &asa I saja$ Daerah &asa dalam diagram keseimbangan tergantung pada system paduannya$ -ntuk diagram keseimbangan tembaga dan nikel bentuk diagramnya sederhana karena hanya ada satu ma"am &asa dari kedua logam tersebut$
Pada bagian bawah
dari diagram! semua
paduan membentuk
satu larutan padat yang terdiri dari satu struktur kristal yaitu kps$ ,arena tembaga dan nikel mempunyai struktur kristal kps dan ukuran kedua atom hampir sama sehingga tembaga dapat
saling menggantikan dalam kristal dengan segala perbandingan pada suhu 1000 +$
Ce"+( -e'a/$a"
1. U"($r ,#a' 5 $"($r ,#a'
&,"t,) &$ 5 " &$ 5 A &$ 5 S". 2. U"($r ,#a' 5 $"($r "," ,#a'
&,"t,) Fe 5 &.
H. T+-e D+a#ra' Fa(a
@$ Diagram 8asa /ipe D
Diagram &ase yang paling sederhana adalah diagram tekanan# temperatur dari .at tunggal!seperti air$%umbu#sumbu diagram berkoresponden dengan tekanan dan temperatur$Diagram &ase pada ruang tekanan#temperatur menunjukkan garis kesetimbangan atau sempadan &ase antara tiga &ase padat!"air!dan gas$
Diagram &ase yang
umum$<aris titik#titik
merupakan si&at anomali
Gb. Tipe Diagram Fasa
air$<aris berwarna hijau menandakan titik beku dan garis biru menandakan titik didih yang berubah#ubah sesuai dengan tekanan$
Penandaan diagram &ase menunjukkan titik#titik dimana energi bebas bersi&at non# analitis$8ase#&ase dipisahkan dengan sebuah garis non#analisitas! dimana transisi &ase terjadi! dan disebut sebagai sempadan &ase$
Pada diagaram di atas! sempadan &ase antara "air dan gas tidak berlanjut sampai takterhingga$ a akan berhenti pada sebuah titik pada diagaram &ase yang disebut sebagai titik kritis$ ni menunjukkan bahwa pada temperatur dan tekanan yang sangat tinggi! &ase +air dan gas menjadi tidak dapat dibedakan yang dikenal sebagai &luida super kritis$
Pada air! titik kritis ada pada sekitar 63L, dan !063Pa(2$00!1psi)$ ,eberadaan titik kritis "air#gas menunjukkan ambiguitas pada de&inisi diatas$,etika dari "air menjadi gas!biasanya akan melewati sebuah sempadan &ase!namun adalah mungkin untuk memilih lajur yang tidak melewati sempadan dengan berjalan menuju &ase superkritis$Oleh karena itu!&ase "air dan gas dapat di"ampurt erusmenerus$
%empadan padat#"air pada diagram &ase kebanyakan .at memiliki gradien yang positi&$Mal ini dikarenakan &ase padat memiliki densitas yang lebih tinggi dari pada &ase
"air!sehingga peningkatan tekanan akan meningkatkan titik leleh$Pada beberapa bagian diagram &ase air!sempadan &ase padat#"air air memiliki gradien yang negati&!menunjukkan bahwa es mempunyai densitas yang lebih ke"il daripada air$
H. D+a#ra' *a(a t+-e D
Diagram &ase tipe 2D @dalah mungkin untuk membuat gra&ik tiga dimensi (2D) yang menunjukkan tiga kuantitas termodinamika$ %ebagai "ontoh! untuk sebuah komponen tunggal! koordinat 2D +artesius dapat menunjukkan temperatur (/)! tekanan (P)! dan 7olume jenis (7)$ <ra&ik 2D tersebut kadang#kadang disebut diagram P#7#/$ ,ondisi kesetimbangan akan ditungjukkan sebagai permukaan tiga dimensi dengan luas permukaan untuk &ase padat! "air! dan gas$
<aris pada permukaan tersebut disebut garis tripel! di mana .at padat! "air! dan gas dapat berada dalam kesetimbangan$ /itik kritis masih berupa sebuah titik pada permukaan bahkan pada
diagram &ase 2D$
Proyeksi ortogra&i gra&ik P#7#/ 2D yang menunjukkan tekanan dan temperatur sebagai sumbu 7ertikal dan hori.ontal akan menurunkan plot 2D tersebut menjadi diagram tekanan# temperatur D$ ,etika hal ini terjadi! permukaan padat#uap! padat#"air! dan "air#uap akan menjadi tiga kur7a garis yang akan bertemu pada titik tripel! yang merupakan proyeksi ortogra&ik garis tripel$
I. Bata( Da?a Lar$t Pa/at Pa/a L,#a'
Pada diagram bahan padat yang kaya Pb terdapat atom %n yang larut dalam struktur kps$ ( *erbeda pada a+l tidak larut dalam struktur kristal =s dalam jumlah yang berarti )
Pada suhu 1B2 + batas daya larut %n sekitar 9H atom ( 19H berat) dalam bahan padat yang kaya Pb$ %emakin tinggi suhu larutan padat batas daya larutnya semakin rendah +ontoh : Pada
200 + ada 10H atom ( 6H berat ) %n yang larut pada Pb Demikian halnya pada 1B2 + bahan padat yang kaya %n dapat mengandung $5H berat Pb yang larut pada struktur tpr ( %n) %esuai perjanjian kedua &asa disebut I ( dengan struktur kristal kps) dan J ( dengan struktur kristal tpr)
dari system Pb %n$
*atas daya larut padat mempunyai harga maksimum pada suhu eutektik$ *aik diatas
maupun dibawah 1B2 + jumlah %n yang dapat larut dalam I kps yang kaya Pb menurun$ Mal
yang serupa terjadi pada Pb pada 1B2 +! maksimum !5H berat Pb larut dalam J tpr yang kaya %n$
C. K,'-,(+(+ Fa(a
Diagram keseimbangan
selain berguna sebagai peta !
juga memberikan
komposisi kimia &asa yang
terdapat pada keadaan
seimbang setelah semua
G. K,'-,(+(+ Fa(a K. Daera) Fa(a T$"##a
Pada &asa tunggal ( keseluruhan logam dalam keadaan padat atau "air ) komposisi
kimianya sesuai dengan paduannya$ isalnya dalam paduan 60%n dan 30 Pb pada 5 + "airan mempunyai komposisi 60 30! hal serupa berlaku untuk diagram &asa dengan larutan padat &asa tunggal$
L. Daera) /$a *a(a
,omposisi kedua &asa terdapat pada kedua ujung garis isotermis yang melintasi daerah dua
&asa$ %ebagai "ontoh paduan timah patri B0Pb 0%n pada 150 +$ Pada diagram dapat dilihat bahwa I mempunyai komposisi 10H %n dan komposisi J hampir 100H %n$
amun pada paduan yang sama dan suhu yang berbeda komposisi I dan J akan berbeda$
Mal ini berdasarkan kenyataan bahwa batas larut %n dalam I pada 150 + besarnya 10H$ ,arena paduan adalah 0H%n maka I jenuh dengan %n dan kelebihan %n terdapat pada J$ Demikian batas daya larut Pb dalam J N 1H! maka hampir seluruh Pb berada dalam &asa I$
M. Rea!(+ E$te!t+!
+airan yang mempunyai komposisi eutektik (2B$1H Pb 61$9H %n pada system Pb %n )
terurai menjadi &asa padat (I dan J) pada suhu eutektik 1B2 + $ Pda suhu ini saja tiga &asa berada dalam keseimbangan$ ?eaksi uetektik dapat ditulis :
A % %
Q
Dipanaskan
+atatan : 1!!2 menunjukkan kadar yang meningkat dari salah satu diantara komponen
N. K$a"t+ta( Fa(a
Dengan melihat diagram &asa maka dapat mengidenti&ikasi:
1$ Cenis &asa yang telah stabilGseimbang $ ,omposisi kimia
2$ ,uantitas setiap &asa yang ada dalam keseimbangan
O. Daera) /$a *a(a
,uantitas dari dua &asa ditentukan dengan "ara interpolasi komposisi paduan diantara komposisi kedua &asa itu$
G.
K$a"t+ta( Fa(a @ -a/$a" P = S"
%ebagai "ontoh timah patri B0 Pb 0 %n pada 150 +! dari diagram terlihat bahwa komposisi B0 Pb# 0 %n terletak pada titik sejauh 0$11 > jarak komposisi kimia I ( 90 Pb #10 %n ) dan komposisi kimia J (N 1 Pb dan R 100%n )$ %ehingga jumlah seluruh patri ! &raksi kuantitas JS 0$11 dan I S 0$B9 Cumlah ini dapat ditulis B9H untuk massa I dan 11H
untuk massa J$ Dalam komposisi yang sama ( B0 Pb 0 %n ) pada 50 + dari diagram dapat dilihat bahwa I ( BB Pb #1 %n ) dan A ( 63 Pb # 26 %n )$
,omposisi kimi paduan ini se"ara keseluruhan ( B0 Pb 0 %n ) sama dengan 1G2 jarak
antara I dan komposisi "airan$ %ehingga jumlah patri keseluruhan pada 50 + kuantitas &raksi "airan 1G2 bagian dan &raksi padat ( I ) G2 bagian$ ,uantitas dinyatakan dalam &asa I
dan J atau I dan A! sesuatu yang beda dengan komposisi kimia yang dinyatakan dalam jumlah komponen Pb dan %n$
P. Pa/a S+(te' Be(+ Kar,"
*aja merupakan paduan dari besi dan
karbon$ *esi murni berubah strukturnya
pada 91 + dari kpr menjadi kps$ Pada 1293
+ berubah lagi dari kps menjadi kpr lagi dan
kpr ini stabil sampai besi men"air pada 152B
+$
G. D+a#ra' !e(e+'a"#a" e(+
<b$,ur7a pendinginbesi murni
. Fer+t ata$ e(+
%truktur besi murni pada suhu ruangan disebut &erit atau besi I $ 8erit mempunyai struktur kpr! ruangan antar atom ke"il dan rapat sehingga sulit menampung atom karbon sekalipun ke"il$ Oleh sebab itu daya larut karbon dalam &erit rendah ( N 1 karbon per 1000 atom besi )$
R. A$(te"+t ata$ e(+ .
*esi dengan struktur kps disebut @ustenit atau besi # $ *esi ini stabil pada suhu antara
91 + dan 1293 +$ @ustenit mempunyai si&at yang lunak dan ulet sehingga mudah dibentuk$ *esi austenit berstruktur kps yang mempunyai jarak atom yang lebih besar dibanding &erit$
eskipun demikian lubang pada strtuktur kps hampir tidak dapat menampung atom karbon dan penyisipan ini menyebabkan regangan dalam struktur$ @kibatnya tidak semua
lobang dapat diisi atom karbon (R 6H pada 91 +)$ Daya larut maksimum $11H ( 9Hatom) karbon$
Di atas 1293 + austenit bukan bentuk besi yang paling stabil karena struktur kristal
berubah dari kps menjadi kpr atau besi# $ *esi# sama dengan besi I ke"uali daerah suhunya$
Oleh karena itu biasa disebut &erit $ Daya larut karbon dalam &erit ke"il! akan tetapi lebih besar dari pada &erit I ! karena suhunya lebih tinggi$
T. Kar+/a e(+
Pada paduan besi karbon! karbon melebihi daya larut membentuk &asa ke dua yang
disebut karbida besi (sementit) yang mempunyai kompsisi kimia 8e +$ Mal ini tidak berarti
sementit membentuk molekul molekul 8e +! akan tetapi membentuk kisi kristal mengandung atom besi dan karbon dalam perbandingan tiga satu$
8e + mempunyai sel satuan ortorombik( semua sudut S 90 + dan a T b T " )
dengan1atom besi dan 3 atom karbon per sel$ ,andungan karbonnya 6$LH(berat) dan berat
jenisnya L!6 gGm
Diagram &asa 8e#8e +
Pada gambar bawah terlihat diagram &asa besi (8e) dan karbida besi(8e +)$ Diagram ini merupakan landasan untuk memberikan perlakuan panas (kebanyakan jenis baja)$
,omposisi eutektik terdapat pada 3$2H (berat) karbon atau 1LH atom karbon dan
suhu eutektik adalah 113B +$ *esi # yang kaya 8e dapat menampung sampai $11H (berat) atau 9H(atom) karbon$ @tom#atom karbon ini larut se"ara intersisi dalam besi kps$
U. Rea!(+ e$te!t+!
Pada gambar bawah merupakan perbandingan antara penambahan karbon pada austenit dengan penambahan garam pada air$ Pada setiap keadaan penambahan bahan yang dilarutkan menurunkan jangkauan suhu stabil larutan$
G.Rea!(+ e$te!t+!
Pada system es#
garam! larutan "airan ada
diatas suhu eutektik! sedangkan pada system besi#karbon terdapat larutan padat sehingga reaksi eutektik sungguhan tidak terjadi sewaktu pendinginan$ @kan tetapi karena analogi reaksi ini dengan reaksi eutektik! reaksi ini disebut eute"toid ( se"ara har&iah berarti seperti eutektik )$ didinginkan =utektik : A % % Q Dipanaskan Didinginkan
=uitektoid % % %
Q
Dipanaskan
%uhu eute"toid untuk paduan besi karbon adalah LL + ,omposisi eute"toid terdiri sekitar 0$BH karbon$
?eaksi eute"toid untuk paduan 8e + adalah :
L2 +
(0$LLH+ ) I ( 0$0H + ) 8e + ( 6$LH +)
V. Per#e(era" E$te!t,+/
Pada baja paduan atom karbon dan atom besi saling berkoordinasi dengan atom lain$ Oleh karena itu kadar karbon =uitektoid dan suhu =uitektoid berubah bila ada elemen paduan lainnya$ Perubahan kadar karbon =uitektoid dan suhu =uitektoid dapat dilihat pada diagram bawah
G.
Per#e(era" t+t+! e$te9t,+/ W. De!,'-,(+(+ A$(te"+t
%elama pendinginan terjadi reaksi eutiktoid 8e + yang menyangkut pembentukkan &erit
dan karbida + sebagai hasil dekomposisi austenit berkomposisi eutektoid :
( R 0$BH + ) I +
Dalam "ampuran yang dihasilkan terdapat R 1H karbida dan lebih dari BBH &erit$ ,arena karbida dan &erit terbentuk bersama#sama! keduanya ber"ampur dengan baik$ Dengan kata lain &erit adalah "ampuran khusus terdiri dari dua &asa dan terbentuk sewaktu austenit dengan komposisi eute"toid bertrans&ormasi menjadi &erit dan karbida$ Perlit adalah "ampuran khusus dari dua &asa dan terbentuk sewaktu austenit dengan komposisi eute"toid bertrans&ormasi menjadi &erit dan karbid
BAB III PEMBAHASAN A. D+a#ra' Fa(a
$ Pengertian Diagram &asa
@dalah diagram yang menampilkan hubungan antara temperatur dimana terjadi perubahan &asa selama proses pendinginan dan pemanasan yang lambat dengan kadar karbon$ Diagram ini merupakan dasar pemahaman untuk semua operasioperasi perlakuan panas$
$ 8ungsi diagram &asa
@dalah memudahkan memilih temperatur pemanasan yang sesuai untuk setiap proses perlakuan panas baik proses anil! normali.ing maupun proses pengerasan$ *aja adalah paduan besi dengan karbon maksimal sampai sekitar 1!LH$paduan besi diatas 1!LH disebut "ast iron$ Perlakuan panas bertujuan untuk memperoleh struktur mikro dan si&at yang di inginkan$ %truktur mikro dan si&at yang diinginkan dapat diperoleh melalui proses pemanasan dan proses pendinginan pada temperatur tertentu$
Diagram &ase 8e#8e2+ merupakan diagram untuk kombinasi karbon dengan besi pada keadaan solid solution$ Diagram &ase ini termasuk diagram &ase binary karena menunjukkan hubungan antara dua 7ariable yaitu hubungan antara temperatur dan kandungan karbon (H+) selama pemanasan lambat$Dari diagram &asa tersebut dapat diperoleh in&ormasi#in&ormasi penting yaitu antara lain:
1$ 8asa yang terjadi pada komposisi dan temperatur yang berbeda dengan kondisi pendinginan lambat$
$ /emperatur pembekuan dan daerah#daerah pembekuan paduan 8e#+ bila dilakukan pendinginan lambat$
2$ /emperatur "air dari masing#masing paduan$
3$ *atas#batas kelarutan atau batas kesetimbangan dari unsur karbon pada &asa tertentu$ 5$ ?eaksi#reaksi metalurgis yang terjadi! yaitu reaksi eutektik! peritektik dan eutektoid$ $ 8asa#&asa yang terjadi pada 8e 8e2+
a) @ustenit (U)
8asa ini disebut gamma (U) dan merupakan larutan padat interstisi karbon dengan sel satuan berupa kubik pemusatan sisi$ ?uang antar atomnya lebih besar dibandingkan &erit dan &asa ini stabil pada temperatur tinggi! yaitu antara 91V+! pada besi murni$ ,adar karbon maksimum gamma sebesar !13H pada temperatur 113LV+$ Pada temperatur stabil austenit bersi&at lunak dan liat sehingga mudah dibentuk$ @ustenit merupakan &asa penting sebagai dasar pembentuk &asa#&asa lainnya dalam proses perlakuan panas termasuk perlakuan panas pada permukaan baja$
b) 8erit (I)
8asa ini disebut alpha (I) dan merupakan larutan padat intersrisi karbon dengan sel satuan berupa kubik pemusatan ruang$ ?uang antar atomnya ke"il dan rapat sehingga kelarutan karbon sangat ke"il$ Pada temperatur ruang! kadar karbonnya hanya 0!00BH sehingga dapat dianggap besi murni$ ,adar maksimum karbon sebesar 0!0H pada temperatur LLV+! lunak dan liat$ Dibawah mikroskop &erlit terlihat berwarna putih$ ,ekerasan dari &erit berkisar antara 130# 1B0 M$ 1L
") %ementit (8e2+)
8asa ini disebut karbida besi yang merupakan senyawa kimia dengan rumus (8e2+)$ sel satuan sementit berbentuk orthorombik$ ,adar karbon dalam sementit 6!LH dan senyawa ini
bersi&at keras tetapi getas$ Pada baja! &asa ini dapat meningkatkan kekuatan dan kekerasan$ ,ekerasan sementit adalah lebih kurang berkisar antara B00 M$
d) Perlit
Perlit adalah "ampuran sementit dan &erit yang tersebar meratapada seluruh penampang$ %truktur ini barasal dari perubahan austensit pada pendinginan normal udara setelah melewati temperature kritis (L00V+ sampai 900V+)$ ,ekerasan dari perlit kurang lebih 1B0#50 M$
e) artensit
artensit merupakan &asa dimana &erit dan sementit ber"ampur$ /etapi bukan dalam lamellar$8asa ini terbentuk dari austensit metastabil didinginkan dengan laju pendinginan "epat$ /erjadi hanya presipitasi 8e2+ unsur paduan lainnya tetapi larut trans&ormasi isothermal pada 60V+ untuk membentuk dispersi karbida yang halus dalam matriks &erit$
artensit bilah terbentuk jika kadar + dalam baja sampai 0!6H sedangkan di atas 1H akan terbentuk martensit pelat$ Perubahan dari bilah ke pelat 1Bterjadi pada inter7al 0!6H N + N 1!0BH$ ,ekerasan dari martensit lebih dari 500 M$
&) *ainit
*ainit merupakan &asa yang terjadi akibat trans&ormasi pendinginan yang sangat "epat dimana semua unsur paduan masih larut dalam keadaan padat dan atom karbon tidak sempat berdi&usi keluar$ Pada proses pembentukan bainit! austenit dibiarkan bertrans&ormasi se"ara
isothermal menjadi &erit dan karbida diatas temperatur % ( temperatur permulaan reaksi martensit)$ -ntuk ini diperlukan "elup pada air garam untuk men"egah terbentuknya perlit pada temperatur yang lebih tinggi$ %ehingga akan membentuk si&at bainit yang kuat dan tangguh$ ,ekerasan bainit kurang lebih berkisar antara 200 300 M$
D+a#ra' Fa(a Fe = Fe&
Diagram kesetimbangan &asa 8e#8e2+ adalah alat penting untuk memahami struktur mikro dan si&at#si&at baja karbon! suatu jenis logam paduan besi (8e) dan karbon (+)$ ,arbon larut di dalam besi dalam bentuk larutan padat (solid solution) hingga 0!05H berat pada
temperatur ruang$ *aja dengan atom karbon terlarut hingga jumlah tersebut memiliki alpha &errite pada temperatur ruang$
Pada kadar karbon lebih dari 0!05H akan terbentuk endapan karbon dalam bentuk hard intermetalli" stoi"hiometri" "ompound (8e2+) yang dikenal sebagai "ementite atau "arbide$
%elain larutan padat alpha#&errite yang dalam kesetimbangan dapat ditemukan pada temperatur ruang terdapat &ase#&ase penting lainnya! yaitu delta#&errite dan gamma#austenite$
Aogam 8e bersi&at polymorphism yaitu memiliki struktur kristal berbeda pada temperatur berbeda$ Pada 8e murni! misalnya! alpha#&errite akan berubah menjadi gamma#austenite saat dipanaskan melewati temperature 910o+$ Pada temperatur yang lebih tinggi! mendekati
1300o+ gamma#austenite akan kembali berubah menjadi delta#&errite$
(@lpha dan Delta) 8errite dalam hal ini memiliki struktur kristal *++ sedangkan (<amma) @ustenite memiliki struktur kristal 8++$
-ntuk &errit dengan struktur kristal *++! dapat melarutkan + maks$ 0!0H pada temperatur LLV+! sedangkan austenite dengan struktur kristal 8++! dapat melarutkan + hingga !11H pada temperatur 113BV+! untuk sementit! dengan struktur kristal *+/! dapat melarutkan + hingga 6!LH$
<ambar 2$1 adalah diagram &ase besi karbida besi ( 8e # 8e2+ ) memperlihatkan perubahan &ase pada pemanasan dan pendinginan yang "ukup lambat$ <ambar 2$1 menunjukkan bila kadar karbon baja melampaui 0!0H suhu dimana &erite mulai terbentuk dan mengendap dari austenit turun$ *aja yang berkadar karbon 0$B0H disebut baja eute"toid dan struktur terdiri dari 1005 pearlite$
/itik eute"toid adalah suhu terendah
dalam logam dimana logam dimana terjadi
perubahan dalam keaadan larutan padat
dan merupakan suhu kesetimbangan terendah
dimana austenit terurai menjadi &errite dan
sementit$ *ila kadar karbon baja lebih besar
diagram besi karbida besi yang bertanda @"m$ <aris ini menyatakan bahwa dimana karbida besi mulai memisah dari austenit$ ,arbida besi dengan rumus 8e2+ disebut sementit$ Di bawah ini di uraikan beberapa titik penting dalam perlakuan panas :
1$ = : /itik yang menyatakan &ase U! ada hubungan nya dengan reaksi autentik kelarutan maksimum dari karbon !13H paduan besi karbon sampai pada komposisi ini disebut baja$
$ < : /itik /rans&ormasi besi U⇔ besi I$ /itik trans&ormasi @2 untuk besi$
2$ P : /itik yang menyatakan &errite ! &asa I! ada hubungan reaksi dengan uatotektoid$
3$ % : /itik autotektoid$ ?eaksi autote"toid ini dinamakan trans&ormasi @1! dan &ase eute"toid ini dinamakan pearlite$
5$ <% : <aris yang menyatakan hubungan antara temperature dan komposisi dimana mulai terbentuk &errite dan austenit$ <aris ini disebut garis @2$
6$ @ : <aris trans&ormasi magneti" untuk besi atau &errite$ L$ @0 : <aris trans&ormasi magneti" untuk sementit$
*aja yang berkadar karbon kurang dari kurang dari komposisi eute"toid (0!BH) di sebut baja hipoeute"toid! dan yang berkadar karbon lebih dan komposisi eute"toid disebut baja hypereute"toid! pada temperature antara L20+ dan 1120 0+ terdapat satu &ase yaitu &ase austenit dan sementit$
Pada temperature L20+ butiran &ase tunggal bertrans&ormasi dibawah keseimbangan bentuk I dan 8e2+ dalam satu butiran yang ber"ampur baik! dan lapisan serat serat bajanya disebut pearlite$ ( 7an 7la"k!000)$
Ga'ar .2 /+a#ra' *a(a -e'a"a(a" !ar," Penjelasan nama#nama garis pada gambar 2$ adalah :
1$ <aris Ai'uidus ialah garis yang menunjukan awal dari proses pendinginan (pembekuan)$ $ <aris %olidus ialah garis yang menunjukan akhir dari proses pembekuan (pendinginan)$ 2$ <aris %ol7us ialah garis yang menunjukan batas antara &asa padat denga &asa padat atau
solid solution dengan solid solution$
3$ <aris @"m S garis kelarutan +arbon pada besi <amma (@ustenite)
5$ <aris @2 S garis temperature dimana terjadi perubahan 8errit menjadi @utenite (<amma) pada pemanasan$
6$ <aris @1 S garis temperature dimana terjadi perubahan @ustenite (<amma) menjadi 8errit pada pendinginan$
L$ <aris @0 S <aris temperature dimana terjadi trans&ormasi magneti" pada +ementid$
B$ <aris @ S <aris temperature dimana terjadi trans&ormasi magneti" pada 8errite$ %truktur ikro 8errite ialah suatu komposisi logam yang mempunyai batas maksimum kelarutan +arbon 0!05H+ pada temperature L2 Derajat +el"ius! struktur kristalnya *++ (*ody +enter +ubi") dan pada temperature kamar mempunyai batas kelarutan +arbon 0!00BH+$ 9$ @ustenite ialah suatu larutan padat yang mempunyai batas maksimum kelarutan +arbon H+ pada temperature 1120 Derajat +el"ius! struktur kristalnya 8++ (8a"e +enter +ubi")$
10$ +ementid ialah suatu senyawa yang terdiri dari unsur 8e dan + dengan perbandingan tertentu (mempunyai rumus empiris) dan struktur kristalnya Orthohombi"$
11$ Aediburite ialah "ampuran =ute"ti" antara besi <amma dengan +ementid yang dibentuk pada temperature 1120 Derajat +el"ius dengan kandungan +arbon 3!2H+$
1$ Pearlite ialah "ampuran =ute"toid antara 8errite dengan +ementid yang dibentuk pada temperature L2
Derajat +el"ius dengan
kandungan
+arbon 0!B2H+$
D+a#ra'Fa(a &$ =A#
Pada diagram &ase sistem +u @g didapatkan 2 daerah yang terdiri dari &ase tunggal yaitu &ase I! J! dan A$ 8ase I adalah daerah yang kaya akan tembaga$ 8ase ini adalah solid solution yang memiliki atom perak sebagai solute dan memiliki struktur 8++$ %olid solution &ase J juga memilki struktur kristal 8++! tetapi dengan atom perak sebagai sol7ent dan atom tembaga sebagai solute$ Pada temperatur tertentu &ase I dan J dapat terdiri dari 100H sol7ent (tembaga murni atau perak murni)$
Pada &ase I dan J kelarutan masing#masing solute terbatas pada garis *=< pada diagram &ase$ <aris ini bersesuaian dengan temperatur LL9o+$ <aris *=< membatasi kelarutan
maksimum solute pada masing#masing &ase$ -ntuk &ase I! kelarutan @g memiliki nilai maksimal sebesar B$0 wtH! sebagaimana ditunjukkan oleh titik *$ %ementara itu pada &ase J batas kelarutan +u adalah B$B wtH (ditunjukkan oleh titik <)$
<aris batas &ase yang memisahkan &ase I dan &ase I J pada temperatur di bawah LL9o+
disebut dengan sol7us line$ %edangkan garis batas &ase yang memisahkan &ase I dan &ase I A pada temperatur di atas LL9o+ disebut dengan solidus line$ %ementara itu! &ase A dan &ase I A
dipisahkan oleh garis batas &ase yang disebut li'uidus line$
/itik = merupakan titik
pertemuan antara garis @=
dan =8$ <aris @=
menunjukkan penurunan titik
lebur +u sebagai &ungsi
kenaikan konsentrasi @g
yang ditambahkan$
%edangkan garis =8
menunjukkan penurunan titik
lebur @g akibat peningkatan
konsentrasi +u dalam solid
solution$
/itik = disebut in7ariant point$ /itik ini menunjukkan temperatur terendah di mana &ase A masih ada sebelum berubah menjadi &ase I J$ Pada titik = komposisi sistem adalah L1$9 wtH @g B$1 wtH +u$
Ga'ar .2 /+a#ra' *a(a -e'a"a(a" !ar," Penjelasan nama#nama garis pada gambar 2$ adalah :
1$ <aris Ai'uidus ialah garis yang menunjukan awal dari proses pendinginan (pembekuan)$ $ <aris %olidus ialah garis yang menunjukan akhir dari proses pembekuan (pendinginan)$ 2$ <aris %ol7us ialah garis yang menunjukan batas antara &asa padat denga &asa padat atau
solid solution dengan solid solution$
3$ <aris @"m S garis kelarutan +arbon pada besi <amma (@ustenite)
5$ <aris @2 S garis temperature dimana terjadi perubahan 8errit menjadi @utenite (<amma) pada pemanasan$
6$ <aris @1 S garis temperature dimana terjadi perubahan @ustenite (<amma) menjadi 8errit pada pendinginan$
L$ <aris @0 S <aris temperature dimana terjadi trans&ormasi magneti" pada +ementid$
B$ <aris @ S <aris temperature dimana terjadi trans&ormasi magneti" pada 8errite$ %truktur ikro 8errite ialah suatu komposisi logam yang mempunyai batas maksimum kelarutan +arbon 0!05H+ pada temperature L2 Derajat +el"ius! struktur kristalnya *++ (*ody +enter +ubi") dan pada temperature kamar mempunyai batas kelarutan +arbon 0!00BH+$ 9$ @ustenite ialah suatu larutan padat yang mempunyai batas maksimum kelarutan +arbon H+ pada temperature 1120 Derajat +el"ius! struktur kristalnya 8++ (8a"e +enter +ubi")$
10$ +ementid ialah suatu senyawa yang terdiri dari unsur 8e dan + dengan perbandingan tertentu (mempunyai rumus empiris) dan struktur kristalnya Orthohombi"$
11$ Aediburite ialah "ampuran =ute"ti" antara besi <amma dengan +ementid yang dibentuk pada temperature 1120 Derajat +el"ius dengan kandungan +arbon 3!2H+$
1$ Pearlite ialah "ampuran =ute"toid antara 8errite dengan +ementid yang dibentuk pada temperature L2 Derajat +el"ius dengan kandungan +arbon 0!B2H+$
D+a#ra'Fa(a&$=N+ //, a S &ase A:25 WtH i$ 8ase a : # b S 8ase A : 25 WtH i$ 8ase a : 39 WtH i$ " S 8ase A : 20 WtH i$ 8ase a : 32 WtH i$ d S 8ase A : 2 WtH i$ 8ase a : 25 WtH i$ e S 8ase A : 25 WtH i$
Cika pendinginan terjadi lebih "epat maka terjadi segregasi yaitu distribusi yang tidak merata yang terjadi di dalam butir$ Pada pusat butir yang pertama mambeku akan kaya oleh bahan yang mempunyai titik leleh tinggi! bahan yang mempunyai titik leleh rendah akan naik
manjauhi pusat butir$ Cadi terjadi gradien konsentrasi pada butir (gb$2$6)$ 8enomena ini disebut E "ored stru"tureF$
/erdapat tiga &ase yang teramati yaitu &ase li'uid (A)! &ase alpha (I)! dan &ase li'uid# alpha (IA)$ keberadaan tiap &ase dibatasi oleh garis batas &ase yang terdapat disepanjang rentang komposisi dan temperatur tertentu$
8ase li'uid A terdiri dari +u dan i dalam li'uid$ 8ase I adalah substitusional solid solution dari atom +u dan i! serta memiliki struktur kristal 8++$ Dari diagram &ase dapat terlihat pada temperatur di bawah 10B0 o+ +u dan i dapat membentuk solid solution pada
sembarang komposisi$
8ase yang diberi nama dengan huru& ;unani (I! J! U! dll) menunjukkan &ase solid solution dari paduan logam$ Daerah &ase A dan IA dipisahkan oleh suatu garis yang disebut li'uidus line$ Daerah di atas li'uidus line hanya terdiri dari A$ %ementara itu daerah &ase I dan IA dipisahkan oleh suatu garis yang disebut solidus line$ Daerah di bawah solidus line hanya terdiri dari &ase I$
/itik potong dari solidus dan li'uidus line menunjukkan titik lebur dari masing#masing bahan murni$ -ntuk diagram &ase +u#i! kedua garis berpotongan di dua titik yaitu pada temperatur 10B5 o+ yang bersesuaian dengan komposisi 0 wtH i (100 wtH +u) dan pada
temperatur 1352o+ yang bersesuaian dengan komposisi 100 wtH i (0 wtH +u)$
-ntuk suatu paduan dengan komposisi tertentu! titik lebur akan terletak sedikit di atas solidus line$ Cika temperatur dinaikkan se"ara perlahan#lahan sedikit demi sedikit &ase solid akan berubah menjadi &ase li'uid$ %ebelum men"apai li'uid line! &ase solid (I) dan li'uid akan hadir bersamaan$
