makalah diagram fasa

BAB I

PENDAHULUAN

A.Latar Belakang

Sampai saat ini sebagian besar material rekayasa terdiri dari campuran fasa-fasa,misalnya : Baja, solder, semen portland, batu gerinda, cat, dan fiber glass. Campurandari dua atau lebih fasa dalam satu material memungkinkan terjadinya interaksi antara fasa.Diagram fase sangat membantu dalam mengatur dan meringkas eksperimental, data pengamatan serta dapat digunakan untuk membuat prediksi tentang proses-proses yangmelibatkan reaksi kimia antara fase. Kekuatan listrik atau medan magnet dapat diterapkansebagai pengganti suhu, tekanan, dan komposisi lainnya. Untuk memberikan informasitentang struktur dan fasa-fasa kesetimbangan khususnya pada dua komponen unsur atautemperatur, maka dapat digunakan satu jenis plot diagram fase temperatur terhadapkonsentrasi relatif dari dua zat dalam biner  campuranyang disebut diagram fase biner.

Oleh karena itu, disusunlah makalah tentang diagram fasa dengan spesifikasi diagram fasa biner ini agar dapat mempermudah pembacaan fasa kesetimbangan paduan dua komponenunsur.

B.        Tujuan

Tujuan dari pembuatan makalah ini adalah sebagai berikut :

1.    Mengetahui gambaran umum dan spesifikasi diagram fasa khususnya diagram fasa biner.

2.    Memahami pembacaan diagram fasa biner.

3.    Memahami bentuk – bentuk proses pendinginan (solidifikasi).

C.         Permasalahan

Permasalahan yang dihadapi adalah sebagai berikut :

1.    Bagaimanakah gambaran umum dan spesifikasi diagram fasa khususnya diagram fasa biner F?

2.    Bagaimana cara membaca diagram fasa biner?

3.    Bagaimana bentuk – bentuk proses pendinginan (solidifikasi)?

D.        Sistematika Penulisan

Makalah ini disusun meliputi Bab I terdiri dari latar belakang, tujuan, permasalahan,dan sistematika penulisan. Bab II terdiri dari dasar teori. Bab III terdiri dari pembahasan, Bab IV terdiri dari kesimpulan dan saran.

BAB II

DASAR TEORI

A.        Diagram Fasa

Tidak seperti struktur logam murni yang hanya dipengaruhi oleh suhu, sedangkanstruktur paduan dipengaruhi oleh suhu dan komposisi. Pada kesetimbangan, struktur paduanini dapat digambarkan dalam suatu diagram yang disebut diagram fase (diagramkesetimbangan) dengan parameter suhu (T) versus komposisi (mol atau fraksi mol). (Fasedapat didefinisikan sebagai bagian dari bahan yang memiliki struktur atau komposisi yang berbeda dari bagian lainnya).Diagram fasa khususnya untuk ilmu logam merupakan suatu pemetaan dari kondisilogam atau paduan dengan dua variabel utama umumnya ( Konsentrasi dan temperatur).Diagram fasa secara umum dipakai ada dua jenis :

·         Diagram fasa tunggal ( Komposisi sama dengan Paduan )

·         Diagram fasa biner ( 2 komponen unsur dan temperatur)

·         Diagram fasa Terner ( 3 komponen unsur dan temperatur)

Diagram fasa tunggal memiliki komposisi yang sama dengan paduan, misalnya timbaldan timah. Diagram fasa biner misalnya paduan kuningan ( Cu-Zn), (Cu-Ni) dll. Diagram fasa terner misalnya paduan stainless steel (Fe-Cr-Ni) dllDiagram pendinginan merupakan diagram yang memetakan kondisi struktur mikro apa yanganda akan dapatkan melalui dua variabel utama yaitu ( Temperatur dan waktu) disebut jugadiagram TTT atau juga dua variabel utama yaitu (temperatur dan cooling rater) dosebut jugadiagram CCT. Diagram ini berguna untuk mendapatkan sifat mekanik tertentu danmikrostruktur tertentu, Fasa bainit misalnya pada baja hanya terdapat pada diagram TTT bukan diagram isothermal Fe-Fe3C.

Kegunaan Diagram Fase adalah dapat memberikan informasi tentang struktur dankomposisi fase-fase dalam kesetimbangan. Diagram fase digunakan oleh ahli geologi, ahlikimia, ceramists, metallurgists dan ilmuwan lain untuk mengatur dan meringkaseksperimental dan data pengamatan serta dapat digunakan untuk membuat prediksi tentang proses-proses yang melibatkan reaksi kimia antara fase.

1.    Komponen Diagram Fasa

Komponen umum diagram fase adalah garis kesetimbangan atau batas fase, Yang merujuk pada baris yang menandai kondisi di mana beberapa fase dapat hidup berdampingan pada kesetimbangan. Fase transisi terjadi di sepanjang garis dari ekuilibrium.

Titik tripel adalah titik pada diagram fase di mana garis dari ekuilibrium berpotongan. Tanda titik tripelkondisi di mana tiga fase yang berbeda dapat ditampilkan bersama. Sebagai contoh, diagramfase air memiliki titik tripel tunggal yang sesuai dengan suhu dan tekanan di mana padat, cair,dan gas air dapat hidup berdampingan dalam keadaan kesetimbangan yang stabil.

Titik solidusadalah Garis yang memisahkan bidang semua cairan dari yang ditambahcairan kristal. Titik likuidusadalah Garis yang memisahkan bidang semua cairan dari yangditambah cairan kristal. Temperatur di atas mana zat tersebut stabil dalam keadaan cair.Terdapat sebuah kesenjangan antara solidus dan likuidus yang terdiri dari campuran kristaldan cairan. Di bawah ini adalah Gambar yang dapat menjelaskan dalam bentuk yangsebenarnya :

Gambar 2.1 Grafik Titik Likuidus dan Solidus

2.   Diagram Fasa Biner

Diagram fase dengan lebih dari dua dimensi dapat dibuat yang menunjukkan efek lebih dari dua variabel pada fase suatu zat. Diagram fasa dapat menggunakan variabel 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. Satu jenis plot diagram fase temperatur terhadap konsentrasi relatif dari dua zat dalam biner  campuranyang disebut  diagram fasebiner,seperti yang ditunjukkan di bawah ini :

Gambar 2.2 Sebuah diagram fase untuk suatu sistem biner menampilkan titik eutektik.

Eutektik biner diagram fase menjelaskan perilaku kimia dua tidak bercampur (unmixable)kristal dari yang benar-benar bercampur (mixable) meleleh, seperti olivin dan pyroxene, atau pyroxene dan Ca plagioclase. Tipe lain dari diagram fasa biner adalah diagram titik didih campuran dari dua komponen, yaitusenyawa kimia.Selama dua khususvolatilekomponen  pada tekanan tertentu seperti tekanan atmosfer, diagram titik didih menunjukkan apauap  (gas) komposisi berada dalam kesetimbangandengan komposisi cairan yang diberikan tergantung pada suhu. Dalam biner khas titik didih diagram suhu diplot pada sumbu vertikaldan campuran komposisi pada sumbu horizontal.

Gambar 2.3 Titik Didih Diagram

Reaksi Eutektik dapat disebut juga dengan Reaksi Invarian. Reaksi ini memiliki jumlah fasa maksimum adalah tiga, dimana terdapat secara bersamaan dalam kondisikesetimbangan pada sistem biner yang melibatkan larutan cairan. Reaksi Invarian Keduadisebut dengan Peritektik. Bentuk Generik dari Reaksi Peritektik adalah :

 

Reaksi Peritektik :  pada suhu 1493

Reaksi Eutektik : L = :  + F pada suhu 1147dan C = 4,3%

Arah panah pada persamaan di atas menyatakan bahwa terdapat 2 proses yang dapatdigunakan, yaitu pendinginan dan pemanasan. Reaksi Invarian Ketiga adalah ReaksiEutektoid. Reaksi ini melibatkan larutan padat. Bentuk generik dari Reaksi Eutektoid adalahsebagai berikut :

 

Reaksi Eutektoid :   = : + F pada suhu 732dan C = 0,8%

Seperti halnya penjelasan pada Reaksi Peritektik, persamaan diatas menyatakan bahwaterdapat 2 proses yang dapat digunakan, yaitu pemanasan dan pendinginan.

Ketika satu fase padat berubah menjadi dua fasa padat selama pemanasan,  disebuteutektoid. Lain halnya dengan eutektoid, Peritectoid merupakan suatu titik di mana dua fasa padat bergabung menjadi satu fase padat selama pemanasan.

Gambar 2.4 Diagram Peritectic, Eutectic, dan Eutectoid

Dua fasa yang terdiri dari padat dan cair secara kolektif terkondensasi dikenal sebagaifase terkondensasi. Analisis kesetimbangan antara fase terkondensasi biasanya mengabaikanfase gas. Kombinasi fase terkondensasi termasuk cair-padat dan padat-padat. Banyak kristalografi bentuk padatan masing-masing dianggap sebagai tahap yang berbeda, jadikesetimbangan ini menunjukkan cukup beragam. Subjek ini dikenal sebagai representasidiagram fase biner. Pada masing-masing contoh di atas, tujuannya adalah untuk menentukankonsentrasi. komponen A dan B dalam dua fase bersamaan. Dalam fase kentalkesetimbangan, identifikasi stabil fase I dan II juga merupakan objektif.

Komposisi kimia dua fasa terletak di dua ujung isoterm, atau garis hubung yangmelalui daerah dua fasa. Sebagai gambaran, ambillah solder 80 Pb-20 Sn pada 150 derajat.Dengan bantuan isoterm lainnya, kita dapat menentukan komposisi kimia dua fasa darisebarang paduan Pb-Sn pada sebarang suhu terkait.

3.   Kaidah Fasa

Kita telah mengetahui bahwa kondisi pada sistem dua komponen dengan tiga fasaadalah invarian.Apabila hanya ada satu atau dua fasa, kita memiliki kebebasan untuk memilihsuhu dan komposisi. Sebagai contoh, dalam medan satu fasa suatu diagram kesetimbangan, baik suhu dan komposisi dapat diubah namun fasa tunggal tetap dipertahankan. Variansinyaadalah dua. Pada medan dua fasa, variansinya adalah satu sehingga kita hanya bebas melakukan satu pilihan. Jika kita merubah suhu, kita terikat pada komposisi tertentu.Untuk variansi, atau derajat kebebasan, F berlaku kaidah fasa :

 

P + F = C + I

Dimana P adalah jumlah fasa, C adalah jumlah komponen ( dua untuk sistem biner ). Jikaterdapat tiga fasa, maka F adalah 0, yang memiliki arti invarian.

Gambar 2.5 Grafik Diagram Fasa Biner

4.   Lever Rule

Besarnya presentasi suatu fasa pada bagian dua fasa dari suatu diagram fasa biner dapat dihitung dengan menggunakan Lever Rule. Contohnya adalah dengan menggunakanLever Rule , besarnya presentasi dari suatu cairan atau zat padat pada suhu tertentu dapatuntuk komposisi rata-rata pada dua fasa tersebut.Adapun persamaan yang dapat digunakanadalah sebagai berikut :

 

Xl + Xs = 1

Xl = 1 – Xs

Xs = 1 – Xl

Dari persamaan diatas, diketahui bahwa Xl adalah besarnya fraksi dari fasa cair, sedangkanXs adalah besarnya fraksi dari fasa padat.

                         Persamaan lain yang dapat digunakan adalah sebagai berikut :

 

   +

Dengan mengombinasi kedua persamaan, maka dapat diperoleh persamaan sebagai berikut :

 

Adapun gambar dari Lever Rule seperti berikut ini :

Gambar 2.6 Diagram Lever Rule

Tabel 2.1 Titik penting dalam system biner (ZrSn)

5.   Solidifikasi

Solid 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.

Batas kelarutan (solubility limit) : Suatu logam paduan akan mempunyai maksimum konsentrasi dari atom terlarut yang akan larut pada pelarut. Jika atom terlarut konsentrasinya melampaui batas kelarutan maka sebagian atom tersebut tidak akan terlarut lagi. Untuk menggambarkan keadaan ini bisa dilihat contoh larutan air gula. Jika gula yang dicampur terlalu banyak maka gula tersebut tidak akan larut lagi.

.

Gambar 2.7 Grafik campuran Air dengan Gula

Diagram fasa digunakan untuk memperkirakan “Struktur Mikro” yang diperoleh dari hasil proses pembekuan (Solidifikasi).
Struktur Mikro : Struktur logam/paduan yang dilihat melalui Teknik Mikrosofik yang berupa distribusi fasa-fasa, baik distribusi larutan padat, senyawa atau distribusi larutan padat dan senyawa.

Struktur mikro : Sifat-sifat fisik suatu bahan seperti sifat mekanik tergantung dari  struktur mikro. Struktur mikro diketahui dengan observasi mikroskopik menggunakan mikroskop optik atau mikroskop elektron. Pada logam paduan, penggolongan struktur mikro berdasarkan berapa jumlah fase, proporsinya dan bagaimana susunannya didalam bahan. Struktur mikro bergantung kepada jumlah elemen paduan, konsentrasinya dan perlakuanpanasnya (temperatur, lamanya pemanasan, lajupendinginan). Karena larutan padat bersifat lunak, senyawa bersifat keras maka jika diketahui distribusinya maka akan diketahui sifat mekaniknya.Dengan mengetahui struktur mikro, berarti dapat diketahui sifat Mekanik. Teknik mikroskofik untuk mengetahui struktur mikro disebut METALOGRAFI.

Untuk menggunakan diagram fasa pada proses solidifikasi diambil anggapan sbb :

a)    Laju pendinginan dianggap sangat lambat

b)    Proses transformasi yang terjadi dari fasa cair ke fasa padat berlangsung sempurna dengan mekanisme difusi.

Faktor-faktor yang berpengaruh dalam proses solidifikasi :

a)    Waktu

b)    Temperatur

BAB III

PEMBAHASAN

A.   Diagram Fasa

1.   Pengertian Diagram fasa

Adalah diagram yang menampilkan hubungan antara temperatur dimana terjadi perubahan fasa selama proses pendinginan dan pemanasan yang lambat dengan kadar karbon. Diagram ini merupakan dasar pemahaman untuk semua operasioperasi perlakuan panas.

2.   Fungsi diagram fasa

Adalah memudahkan memilih temperatur pemanasan yang sesuai untuk setiap proses perlakuan panas baik proses anil, normalizing maupun proses pengerasan. Baja adalah paduan besi dengan karbon maksimal sampai sekitar 1,7%.paduan besi diatas 1,7% disebut cast iron. Perlakuan panas bertujuan untuk memperoleh struktur mikro dan sifat yang di inginkan. Struktur mikro dan sifat yang diinginkan dapat diperoleh melalui proses pemanasan dan proses pendinginan pada temperatur tertentu.

3.   Diagram Fasa Fe – Fe3C

Diagram fase Fe-Fe3C merupakan diagram untuk kombinasi  karbon dengan besi pada keadaan solid solution.  Diagram fase ini termasuk diagram fase binary karena menunjukkan hubungan antara dua variable yaitu hubungan antara temperatur dan kandungan karbon (%C) selama pemanasan lambat.Dari diagram fasa tersebut dapat diperoleh informasi-informasi penting yaitu antara lain:

a)    Fasa yang terjadi pada komposisi dan temperatur yang berbeda dengan kondisi pendinginan lambat.

b)    Temperatur pembekuan dan daerah-daerah pembekuan paduan Fe-C bila dilakukan pendinginan lambat.

c)    Temperatur cair dari masing-masing paduan.

d)    Batas-batas kelarutan atau batas kesetimbangan dari unsur karbon pada fasa tertentu.

e)    Reaksi-reaksi metalurgis yang terjadi, yaitu reaksi eutektik, peritektik dan eutektoid.

4.   Fasa-fasa yang terjadi pada Fe – Fe3C

a)    Austenit (γ)

Fasa ini disebut gamma (γ) dan merupakan larutan padat interstisi karbon dengan sel satuan berupa kubik pemusatan sisi. Ruang antar atomnya lebih besar dibandingkan ferit dan fasa ini stabil pada temperatur tinggi, yaitu antara 912°C, pada besi murni. Kadar karbon maksimum gamma sebesar 2,14% pada temperatur 1147°C. Pada temperatur stabil austenit bersifat lunak dan liat sehingga mudah dibentuk. Austenit merupakan fasa penting sebagai dasar pembentuk fasa-fasa lainnya dalam proses perlakuan panas termasuk perlakuan panas pada permukaan baja.

b)     Ferit (α)

Fasa ini disebut alpha (α) dan merupakan larutan padat intersrisi karbon dengan sel satuan berupa kubik pemusatan ruang. Ruang antar atomnya kecil dan rapat sehingga kelarutan karbon sangat kecil. Pada temperatur ruang, kadar karbonnya hanya 0,008% sehingga dapat dianggap besi murni. Kadar maksimum karbon sebesar 0,02% pada temperatur 727°C, lunak dan liat. Dibawah mikroskop ferlit terlihat berwarna putih. Kekerasan dari ferit berkisar antara 140-180 HVN. 17

c)      Sementit (Fe3C)

Fasa ini disebut karbida besi yang merupakan senyawa kimia dengan rumus (Fe3C). sel satuan sementit berbentuk orthorombik. Kadar karbon dalam sementit 6,7% dan senyawa ini bersifat keras tetapi getas. Pada baja, fasa ini dapat meningkatkan kekuatan dan kekerasan. Kekerasan sementit adalah lebih kurang berkisar antara 800 HVN.

d)     Perlit

Perlit adalah campuran sementit dan ferit yang tersebar meratapada seluruh penampang. Struktur ini barasal dari perubahan austensit pada pendinginan normal udara setelah melewati temperature kritis (700°C sampai 900°C). Kekerasan dari perlit kurang lebih 180-250 HVN.

e)      Martensit

Martensit merupakan fasa dimana ferit dan sementit bercampur. Tetapi bukan dalam lamellar. Fasa ini terbentuk dari austensit metastabil didinginkan dengan laju pendinginan cepat. Terjadi hanya presipitasi Fe3C unsur paduan lainnya tetapi larut transformasi isothermal pada 260°C untuk membentuk dispersi karbida yang halus dalam matriks ferit. Martensit bilah terbentuk jika kadar C dalam baja sampai 0,6% sedangkan di atas 1% akan terbentuk martensit pelat. Perubahan dari bilah ke pelat 18terjadi pada interval 0,6% < C < 1,08%. Kekerasan dari martensit lebih dari 500 HVN.

f)       Bainit

Bainit merupakan fasa yang terjadi akibat transformasi pendinginan yang sangat cepat dimana semua unsur paduan masih larut dalam keadaan padat dan atom karbon tidak sempat berdifusi keluar. Pada proses pembentukan bainit, austenit dibiarkan bertransformasi secara isothermal menjadi ferit dan karbida diatas temperatur MS ( temperatur permulaan reaksi martensit). Untuk ini diperlukan celup pada air garam untuk mencegah terbentuknya perlit pada temperatur yang lebih tinggi. Sehingga akan membentuk sifat bainit yang kuat dan tangguh. Kekerasan bainit kurang lebih berkisar antara 300 – 400 HVN.

Gambar 3.1 Diagram Fasa Fe – Fe3C

Gambar 3.1 adalah diagram fase besi – karbida besi ( Fe - Fe3C ) memperlihatkan perubahan fase pada pemanasan dan pendinginan yang cukup lambat. Gambar 3.1 menunjukkan bila kadar karbon baja melampaui 0,20% suhu dimana ferite mulai terbentuk dan mengendap dari austenit turun. Baja yang berkadar karbon 0.80% disebut baja eutectoid dan struktur terdiri dari 1005 pearlite. Titik eutectoid adalah suhu terendah dalam logam dimana logam dimana terjadi perubahan dalam keaadan larutan padat dan merupakan suhu kesetimbangan terendah dimana austenit terurai menjadi ferrite dan sementit. Bila kadar karbon baja lebih besar dari pada eutectoid, perlu diamati garis pada diagram besi karbida besi yang bertanda Acm. Garis ini menyatakan bahwa dimana karbida besi mulai memisah dari austenit. Karbida besi dengan rumus Fe3C disebut sementit. Di bawah ini di uraikan beberapa titik penting dalam perlakuan panas :

1.    E : Titik yang menyatakan fase γ, ada hubungan nya dengan reaksi autentik kelarutan maksimum dari karbon 2,14% paduan besi karbon sampai pada komposisi ini disebut baja.

2.    G : Titik Transformasi besi γ⇔ besi α. Titik transformasi A3 untuk besi.

3.    P : Titik yang menyatakan ferrite , fasa α, ada hubungan reaksi dengan uatotektoid.

4.    S : Titik autotektoid. Reaksi autotectoid ini dinamakan transformasi A1, dan fase eutectoid ini dinamakan pearlite.

5.    GS : Garis yang menyatakan hubungan antara temperature dan komposisi dimana mulai terbentuk ferrite dan austenit. Garis ini disebut garis A3.

6.    A2 : Garis transformasi magnetic untuk besi atau ferrite.

7.    A0 : Garis transformasi magnetic untuk sementit.

Baja yang berkadar karbon kurang dari kurang dari komposisi eutectoid (0,8%) di sebut baja hipoeutectoid, dan yang berkadar karbon lebih dan komposisi eutectoid disebut baja hypereutectoid, pada temperature antara 7230C dan 1130 0C terdapat satu fase yaitu fase austenit dan sementit. Pada temperature 7230C butiran fase tunggal bertransformasi dibawah keseimbangan bentuk α dan Fe3C dalam satu butiran yang bercampur baik, dan lapisan serat – serat bajanya disebut pearlite. ( van vlack,2000)

5.   Diagram Fasa Pemanasan Karbon

Gambar 3.2 diagram fasa pemanasan karbon

Diagram fasa pemanasan karbon

* - % carbon (by mass)
** – temperature (ºC)
A – pearlite (eutectiod)
B – ledeburite (eutectic)
a – α + pearlite
b – Fe3C + ledeburite + pearlite
c – Fe3C + ledeburite
d – cementite Fe3C + graphite
e – ferrite α
f – α + γ
g – austenite γ
h – γ + Fe3C + ledeburite
i – Fe3C + ledeburite
j – γ + liquid
k – liquid
l – liquid + Fe3C
m – δ + γ
n – δ
o – γ + liquid 

Penjelasan nama-nama garis pada gambar 3.2 adalah :

a)    Garis Liquidus ialah garis yang menunjukan awal dari proses pendinginan (pembekuan).

b)    Garis Solidus ialah garis yang menunjukan akhir dari proses pembekuan (pendinginan).

c)    Garis Solvus ialah garis yang menunjukan batas antara fasa padat denga fasa padat atau solid solution dengan solid solution.

d)    Garis Acm = garis kelarutan Carbon pada besi Gamma (Austenite)

e)    Garis A3 = garis temperature dimana terjadi perubahan Ferrit menjadi Autenite (Gamma) pada pemanasan.

f)     Garis A1 = garis temperature dimana terjadi perubahan Austenite (Gamma) menjadi Ferrit pada pendinginan.

g)    Garis A0 = Garis temperature dimana terjadi transformasi magnetic pada Cementid.

h)    Garis A2 = Garis temperature dimana terjadi transformasi magnetic pada Ferrite. Struktur Mikro Ferrite ialah suatu komposisi logam yang mempunyai batas maksimum kelarutan Carbon 0,025%C pada temperature 723 Derajat Celcius, struktur kristalnya BCC (Body Center Cubic) dan pada temperature kamar mempunyai batas kelarutan Carbon 0,008%C.

i)      Austenite ialah suatu larutan padat yang mempunyai batas maksimum kelarutan Carbon 2%C pada temperature 1130 Derajat Celcius, struktur kristalnya FCC (Face Center Cubic).

j)      Cementid ialah suatu senyawa yang terdiri dari unsur Fe dan C dengan perbandingan tertentu (mempunyai rumus empiris) dan struktur kristalnya Orthohombic.

k)    Lediburite ialah campuran Eutectic antara besi Gamma dengan Cementid yang dibentuk pada temperature 1130 Derajat Celcius dengan kandungan Carbon 4,3%C.

l)      Pearlite ialah campuran Eutectoid antara Ferrite dengan Cementid yang dibentuk pada temperature 723 Derajat Celcius dengan kandungan Carbon 0,83%C.

B.   SOLIDIFIKASI

1.   Pengertian Solidifikasi

Solidifikasi adalah proses pembekuan material,dimana terjadi serangkaian perubahan bentuk dan fasa. Solidifikasi bertujuan untuk memperoleh sifat-sifat tertentu dari bahan material tersebut

a)    Diagram Continuous Cooling Transformation (CCT)

Untuk menggambarkan laju pendinginan yang tidak dalam kondisi keseimbangan biasanya dideskripsikan dalam diagram yang dikenal dengan diagram Continuous Cooling Transformation (CCT).

Dalam prakteknya proses pendinginan pada pembuatan material baja dilakukan secara menerus mulai dari suhu yang lebih tinggi sampai dengan suhu rendah.

Pengaruh kecepatan pendinginan manerus terhadap struktur mikro yang terbentuk dapat dilihat dari diagram Continuos Cooling Transformation Diagram.

Gambar 3.3. Continuous Cooling Transformation (CCT)

Penjelasan diagram:

·         Pada proses pendinginan secara perlahan seperti pada garis (a) akan menghasilkan struktur mikro perlit dan ferlit.

·         Pada proses pendinginan sedang, seperti, pada garis (b) akan menghasilkan struktur mikro perlit dan bainit.

·         Pada proses pendinginan cepat, seperti garis ( c ) akan menghasilkan struktur mikro martensit.

gambar 3.3 menunjukkan bahwa bila terjadi peningkatan laju pendinginan. Hal ini akan menyebabkan perubahan struktur pada temperature kamar dari campuran ferit-perlit ke campuran ferit-perlit-bainit dan martensit, ferit-bainit-martensit, kemudian bainit dan martensit dan akhirnya pada kecepatan pendinginan yang sangat tinggi struktur akhir yang terbentuk adalah martensit

b)    Diagram Time Temperatur Transformation (TTT)

Diagram Time Temperatur Transformation (TTT) mirip dengan diagram Continuous Cooling Transformation (CCT), tetapi proses pendinginannya berbeda. Proses pembuatan diagram ini dengan memanaskan baja karbon sehingga mencapai temperatur austenit kemudian mendinginkan dengan laju pendinginan kontinyu pada daerah fasa austenit kemudian menahannya untuk waktu tertentu dan mendinginkan lagi dengan laju pendinginan kontinyu, seperti terlihat pada gambar 3.4.

Gambar 3.4. Diagram Time Temperatur Transformation (TTT)

c)    Perkembangan struktur mikro

Pada gambar 3.5 diperlihatkan diagram fase Cu – Ni, jika pendinginan terjadi sangat lambat dari fase L ke fase a untuk bahan 35 wt% Ni – 65 wt% Cu dari temperatur 1300 0C maka terjadi :

TITIK   a = fase L : 35 Wt% Ni.

Fase a : -

b = Fase L : 35 Wt% Ni.

Fase a : 49 Wt% Ni.

c = Fase L : 30 Wt% Ni.

Fase a : 43 Wt% Ni.

d = Fase L : 23 Wt% Ni.

Fase a : 35 Wt% Ni.

e = Fase L : 35 Wt% Ni.

Jika pendinginan terjadi lebih cepat 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. Jadi terjadi gradien konsentrasi pada butir (gb.3.6). Fenomena ini disebut “ cored structure”.

Kelemahan “cored structure” :

Ø  jika dipadatkan, akan cepat meleleh.

Ø  mengurangi kekuatan mekanik pada temperatur tinggi.

Komposisi bahan akan mempengaruhi kekuatan tarik dan keuletan bahan

tersebut.

BAB IV

KESIMPULAN DAN SARAN

A.   Pengertian Diagram fasa

Adalah diagram yang menampilkan hubungan antara temperatur dimana terjadi perubahan fasa selama proses pendinginan dan pemanasan yang lambat dengan kadar karbon. Diagram ini merupakan dasar pemahaman untuk semua operasioperasi perlakuan panas.

B.   Fungsi diagram fasa

Adalah memudahkan memilih temperatur pemanasan yang sesuai untuk setiap proses perlakuan panas baik proses anil, normalizing maupun proses pengerasan. Baja adalah paduan besi dengan karbon maksimal sampai sekitar 1,7%.paduan besi diatas 1,7% disebut cast iron. Perlakuan panas bertujuan untuk memperoleh struktur mikro dan sifat yang di inginkan. Struktur mikro dan sifat yang diinginkan dapat diperoleh melalui proses pemanasan dan proses pendinginan pada temperatur tertentu

C.   Fasa-fasa yang terjadi pada Fe – Fe3C

1      Austenit (γ)

Fasa ini disebut gamma (γ) dan merupakan larutan padat interstisi karbon dengan sel satuan berupa kubik pemusatan sisi. Ruang antar atomnya lebih besar dibandingkan ferit dan fasa ini stabil pada temperatur tinggi, yaitu antara 912°C, pada besi murni. Kadar karbon maksimum gamma sebesar 2,14% pada temperatur 1147°C.

2      Ferit (α)

Fasa ini disebut alpha (α) dan merupakan larutan padat intersrisi karbon dengan sel satuan berupa kubik pemusatan ruang. Ruang antar atomnya kecil dan rapat sehingga kelarutan karbon sangat kecil. Pada temperatur ruang, kadar karbonnya hanya 0,008% sehingga dapat dianggap besi murni. Kadar maksimum karbon sebesar 0,02% pada temperatur 727°C, lunak dan liat.

3      Sementit (Fe3C)

Fasa ini disebut karbida besi yang merupakan senyawa kimia dengan rumus (Fe3C). sel satuan sementit berbentuk orthorombik. Kadar karbon dalam sementit 6,7% dan senyawa ini bersifat keras tetapi getas. Pada baja, fasa ini dapat meningkatkan kekuatan dan kekerasan. Kekerasan sementit adalah lebih kurang berkisar antara 800 HVN.

4      Perlit

Perlit adalah campuran sementit dan ferit yang tersebar meratapada seluruh penampang. Struktur ini barasal dari perubahan austensit pada pendinginan normal udara setelah melewati temperature kritis (700°C sampai 900°C). Kekerasan dari perlit kurang lebih 180-250 HVN.

5      Martensit

Martensit merupakan fasa dimana ferit dan sementit bercampur. Tetapi bukan dalam lamellar. Fasa ini terbentuk dari austensit metastabil didinginkan dengan laju pendinginan cepat. Terjadi hanya presipitasi Fe3C unsur paduan lainnya tetapi larut transformasi isothermal pada 260°C untuk membentuk dispersi karbida yang halus dalam matriks ferit.

6      Bainit

Bainit merupakan fasa yang terjadi akibat transformasi pendinginan yang sangat cepat dimana semua unsur paduan masih larut dalam keadaan padat dan atom karbon tidak sempat berdifusi keluar. Pada proses pembentukan bainit, austenit dibiarkan bertransformasi secara isothermal menjadi ferit dan karbida diatas temperatur MS ( temperatur permulaan reaksi martensit.

D.   SARAN

Kami sadar makalah ini masih jauh dari kata sempurna, untuk itu saya mambutuhkan kritik dan saran dari teman-teman yang sifanya membangun. Bagi teman-teman yang ingin menambah wawasan mengenai diagram fasa dan solidifitas,teman-teman bisa mencari referensi lain.