TUGAS ILMU LOGAM FISIK Diagram Fasa Fe-Fe3C
Nama : Christianto NIM : 100401082
Departemen Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara Medan DIAGRAM FASA
Diagram fasa adalah diagram yang menampilkan hubungan antara temperatur dimana terjadi perubahan fasa selama proses pendinginan dan pemenasan yang lambat dengan kadar karbon. Diagramini merupakan dasar pemahaman untuk semua operasioperasi perlakuan panas. Fungsi diagram fasa adalah memudahkan memilih temperatur pemanasan yang sesuai untuk setiap proses perlakuan panas baik proses anil, normalizing maupun proses pengerasan. Struktur dan sifat logam murni sangat berubah apabila dipadukan dengan unsur lain. Dalam “material” fasa dinyatakan berdasarkan struktur mikro (struktur dan komposisi) yang homogen dari suatu area yang terdapat didalam material tersebut. Diagram fasa merupakan diagram yang digunakan sebagai peta yang menunjukkan fasa yang ada pada suhu tertentu atau komposisi paduan pada keadaan keseimbangan. Fungsi lain dari diagram fasa adalah untuk membantu dalam memprediksi transformasi fasa dan menghasilkan struktur yang seimbang atau tidak, dan merepresentasikan hubungan antara komposisi dan temperatur dan kuantitas fasa pada kesetimbangan. Beberapa informasi penting yang dapat diperoleh dari diagram fasa tersebut adalah : 1. Fasa-fasa yang terdapat dalam material pada perbedaan komposisi dan temperatur dibawah kondisi pendinginan lambat. 2. Indikasi kesetimbangan kelarutan padat dari suatu elemen atau senyawa dalam elemen atau senyawa lain. 3. Indikasi temperatur, dimana paduan didinginkan dibawah kondisi setimbang mulai dari awal ( start ) hingga padat (solidifikasi) dan rentang temperatur dimana proses solidifikasi terjadi. 4. Indikasi temperatur dimana terjadi perubahan fasa padat pada saat meleleh
Diagram Fasa Fe-Fe3C adalah diagram yang menampilkan hubungan antara temperature dimana terjadi perubahan fasa selama proses pendinginan lambat dan pemanasan lambat dengan kandungan karbon (%C). Ada 5 jenis fasa yang terdapat pada diagram fasa Fe – Fe3C, yaitu fasa cair (L), besi alfa α, besi gamma γ, besi delta δ dan senyawa Fe-Fe 3C. Besi alfa, besi delta dan besi gamma dalam bentuk larutan padat. Besi (Fe) merupakan unsur logam yang mempunyai lebih dari satu bentuk sel satuan (politropik), sedangkan karbon (C) merupakan unsur non logam. Paduan dari kedua jenis unsur ini akan menghasilkan dua jenis material teknik, yaitu baja (CSteel) dan besi cor (Cast Iron). Setiap transformasi fasa yang terjadi selalu diiringi dengan perubahan volume.
Gambar di atas menunjukkan diagram keseimbangan untuk kombinasi karbon dalam solid solution besi (Fe). Diagram ini memperlihatkan bahwa besi dan karbon digabung untuk membentuk Fe-FeC pada 6,67%C akhir diagram. Bila %C > 6,67 % maka sudah tidak dapat digunakan untuk material teknik sebab sifat materialnya sudah sangat getas. Bagian kiri dari diagram adalah besi murni yang digabung dengan karbon yang menghasilkan paduan baja. Ada tiga daerah yang sangat penting dapat dibuat relative terhadap porsi baja diagram, yaitu : 1. Eutektoid (E) 2. Hipoeutektoid A 3. Hipereutektoid B Bagian sebelah kanan dari garis besi murni adalah karbon dalam kombinasi
dengan berbagai bentuk bentuk besi yaitu besi α (ferit), besi γ (austenit), besi δ. Perubahan allotrapik terjadi ketika ada perubahan dalam struktur lattice kristal. Dari temperature 2802º-2552ºF besi δ mempunyai struktur kisi body centered cubic (BCC) dengan daya larut atom yang rendah (0,1%), tetapi lebih besar dari ferrit karena terjadi pada temperature 2552- 2802ºF (1350 – 1535 oC). Pada temperature 2552ºF kisi berubah dari BCC menjadi tipe kisi face centered cubic (FCC), Austenit (besi γ), memiliki jarak antar atomnya lebih besar dari Ferrit. Austenit stabil pada temperatur antara 912 – 1350 0C dengan daya larut atom karbon sebesar 2,11%. Pada temperatur stabilnya Austenit bersifat lunak dan ulet sehingga mudah dibentuk serta tidak bersifat ferromagnetic Pada temperature 1400ºF, kurva menunjukkan dataran tetapi ini tidak siginifikan perubahan alotropik. Kondisi ini dinamakan Curie temperature, dimana logam berubah sifat magnetiknya. Pada temperatur ini berada Ferrit (besi α), memilki 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. Sifat ferit adalah lunak, ulet, mampu las tinggi, sifat korosi rendah. Ada dua perubahan fase yang terjadi pada 0,83%C dan pada 4,3% C, yaitu •
Pada 0,83%C, transformasinya ádalah eutektid yang dinamakan perlit γ (austenit) → α + Fe3C (cementit)
•
Pada 4,3%C, transformasinya adalah eutektik yang dinamakan ledeburite. L (liquid) → γ (austenit) + Fe3C (cementit)
Macam –macam struktur yang ada pada baja: 1. Ferit Ferit adalah larutan padat karbon dan unsur paduan lainya pada besi kubus pusat badan (Fe). Ferit terbentuk akibat proses pendinginan yang lambat dari austenit baja hypotektoid. Ferit bersifat sangat lunak ,ulet, dan memiliki kekerasan sekitar 70 – 100 BHN dan memiliki konduktivitas yang tinggi. 2. Sementit
Sementit adalah senyawa besi dengan karbon yang umum dikenal sebagai karbida besi dengan persentase karbon 6,67%C. Yang bersifat keras sekitar 5 – 68 HRC. 3. Perlit Perlit adalah campuran sementit dan ferit yang memiliki kekerasan sekitar 1030 HRC. Perlit yang terbentuk sedikit dibawah temperatur eutektoid memiliki kekerasan yang lebih rendah dan memerlukan waktu inkubasi yang lebih banyak. 4. Bainit Bainit merupakan fasa yang kurang stabil yang diperoleh dari austenit pada temperatur yang lebih rendah dari temperatur transformasi ke perlit dan lebih tinggi dari transformasi ke martensit. 5. Martensit Martensit merupakan larutan padat dari karbon yang lewat jenuh pada besi alfa sehingga latis-latis sel satuanya terdistorsi.
Struktur baja karbon tergantung dari kadar karbonya. Hasil pendinginan yang lambat pada temperatur kamar akan terdiri dari: 1. Ferit, dengan kandungan karbon 0,007 % - 0,25 % C 2. Ferit dan perlit, dengan kadungan karbon 0,025 % – 0,8 % C 3. Perlit dan sementit, dengan karbon, 0,8 % – 1,7 % C 4. Perlit dan grafit, dengan karbon 1,7 % – 4,2 % C (dengan perlakuan khusus) Sebenarnya yang mempengaruhi sifat mekanik adalah mikrostruktur, dimana dapat kita gambarkan sebagai berikut: • Kekerasan: ferit < perlit < sementit • Kekuatan : ferit < sementit < perlit • Keuletan : sementit < perlit < ferit.
