Sebagian besar transformasi bahan padat tidak terjadi terus menerus, sebab ada hambatan yang menghalangi jalannya reaksi dan bergantung terhadap waktu. Pengaturan susunan atom tejadi karena proses difusi. Secara stuktur mikro, proses pertama yang terjadi pada transformasi fasa adalah nukleasi yaitu pembentukan partikel sangat kecil atau nuklei dari fase baru. Nuklei ini akhirnya tumbuh membesar membentuk fasa baru. Pertumbuhan fase ini akan selesai jika pertumbuhan tersebut berjalan sampai tercapai fraksi kesetimbangan. >TRANRFORMASI MULTI FASA
Transformasi fasa bisa dilakukan dengan memvariasikan temperatur , komposisi dan tekanan. Posisi ketimbangan yang dicapai pada proses pemanasan atau pendinginan sesuai dengan diagram fasa bisa dicapai dengan laju yang sangat pelan sekali, cara lain yang dipakai adalah supercooling yaitu transformasi pada proses pendinginan dilakukan pada temperatur yang lebih rendah, atau superheating yaitu transformasi pada proses pemanasan dilakukan pada temperatur yang lebih tinggi. PERUBAHAN SIFAT DAN STRUKTUR MIKRO PADA PADUAN BESI – KARBON * PEARLITE *
Pada saat pembentukan pearlite, gerakan atom C bergerak dari ferit ke sementit.
Cara yang lebih mudah adalah dengan menggunakan diagram TTT. Dari transformasi tersebut, temperatur eutectoid adalah garis horizontal pada temperatur 727 oC. Transformasi terjadi dibawah garis eutectoid atau super cooling. Transformasi terjadi pada temperatur tetap atau isothermal.
Jika temperatur ditahan pada sedikit dibawah temperatur eutectoid maka akan terbentuk lapisan ferit sementit yang tebal dan disebut juga “ coarse pearlite” (pearlite kasar), kebalikannya jika temperatur transformasinya lebih rendah disekitar 540 oC maka lapisan lapisan perlite yang terbentuk akan tipis dan disebut juga “fine pearlite” (pearlite halus).
*BAINITE*
Bainite adalah struktur ferit dan sementit yang berbentuk lidi atau plat tergantung temperatur transformasi. Struktur mikro bainit adalah sangat halus sehingga resolusinya hanya bisa dilihat dengan mikroskop electron.
*SPHEROIDITE*
Jika paduan baja mempunyai struktur mikro pearlit atau bainit dipanaskan pada temperatur dibawah temperatur eutectiod dan ditahan untuk waktu yang lama katakanlah t=700 oC selama 18 s/d 24 jam, maka akan terbentuk struktur mikro yang lain dan disebut spheroidite. Struktur spheroidite mempunyai bentuk dimana fasa Fe3C muncul dalam bentuk lingkaran / bulat pada bahan ferit. Transformasi ini terjadi karena difusi atom karbon tanpa perubahan komposisi ferit dan sementit.
*MARTENSITE*
Martensit terbentuk apabila besi austenit didinginkan dengan sangat cepat ke temperatur rendah, sekitar temperatur ambien. Martensit adalah fasa tunggal yang tidak seimbang yang
terjadi karena transformasi tanpa difusi dari austenit. Martensite memiliki struktur BCT (body centered tetragonal).
DIAGRAM CONTINOUS COOLING TRANSFORMATION (CTT) (TRANSFORMASI PENDINGINAN KONTINYU)
Pada diagram CTT tidak terbentuk bainit karena austenit akan membentuk pearlit pada saat seharusnya terbentuk bainit. Pada pendinginan melewati A-B .Austenit yang belum membentuk pearlit akan menjadi martensit ketika melewati garis M (start).
Untuk pendingin kontinyu baja panduan dikenal “laju quenching kritis”
yaitu laju minimum quencning (pencelupan) yang akan me nghasilkan struktur martensit total (laju quencning kritis = laju pendinginan kritis).
Fasa adalah daerah materi dari suatu sistem yang secara fisis dapat dibedakan dari daerah materi yang lain dalam sistem tersebut; fasa memiliki struktur atom dan sifat, sifat sendiri yang apabila terjadi perubahan temperatur, komposisi, atau peubah thermodinamik yang lain, akan berubah secara kontinyu (tidak berubah mendadak). Pada dasarnya berbagai fasa yang hadir dalam suatu sistem dapat dipisahkan secara mekanis.
Transformasi Fasa
Transformasi fasa adalah proses perubahan struktur atau keadaan dari suatu keadaan awal (fasa pertama) menjadi struktur yang berbeda (fasa selanjutnya) dengan perubahan karakteristik dan sifat yang berbeda. Sedangkan Transformasi fasa padat adalah proses perubahan berbagai fase ke fase padat, bisa dengan system multi-fasa ataupun system satu fasa. Transformasi fasa dapaat dilakukan dengan memvariasikan temperatur , komposisi dan tekanan. Perubahan panas yang terjadi bisa dilihat pada diagram fasa. Namun kecepatan
perubahan temperatur berpengaruh terhadap perkembangan pembentukan struktur mikro.
gbr 1. Diagram Fasa Posisi ketimbangan yang dicapai pada proses pemanasan atau pendinginan sesuai dengan diagram fasa bisa dicapai dengan laju yang lambat. Cara lain yang dipakai adalah supercooling yaitu transformasi pada proses pendinginan dilakukan pada temperatur yang lebih rendah, atau superheating yaitu transformasi pada proses pemanasan d ilakukan pada temperatur yang lebih tinggi . Sebagian besar transformasi bahan padat tidak terjadi terus menerus sebab ada hambatan yang menghalangi jalannya reaksi dan bergantung terhadap waktu. Contoh : umumnya transformasi membentuk minimal satu fase baru yang mempunyai komposisi atau struktur kristal yang berbeda dengan bahan induk (bahan sebelum terjadinya transformasi). Pengaturan susunan atom tejadi karena proses difusi. Secara stuktur mikro, proses pertama yang terjadi pada transformasi fasa adalah nukleasi yaitu pembentukan partikel sangat kecil atau nuklei dari fase baru. Nuklei ini akhirnya tumbuh membesar membentuk fasa baru. Pertumbuhan fase ini akan selesai jika pertumbuhan tersebut berjalan sampai tercapai fraksi kesetimbangan. Fraksi transformasi , y di rumuskan:
Laju transformasi , r diambil pada waktu ½ dari proses berakhir :
t 5,0 = waktu ½ proses
Laju transformasi , r terhadap jangkauan temperatur dirumuskan :
R = konstanta gas T = temperatur mutlak A = konstanta , tidak tergantun waktu. Q = Energi aktivasi untuk reaksi tertentu
Kesetimbangan Fasa Besi
gbr 2. Diagram Keseimbangan fasa pada besi
Gambar ini memperlihatkan bahwa fasa padat besi terbagi dalam tiga daerah yang dibatasi oleh garis temperatur 1400 ‘C dan 910 ‘C. Gambar ini menunjukkan pula adanya tiga titik tripel, yaitu tiga macam fasa yang tampil bersama, A, B, dan C. Namun hanya satu yang merupakan titik di mana fasa padat, cair, dan uap tampil bersama yaitu C. Sementara itu titik tripel B menunjukkan keseimbangan antara uap, padatan δ, dan γ; sedangkan titik A menunjuk pada keseimbangan antara uap, padatan γ dan α. Jika pada tekanan satu atmosfer besi cair pada 1600 o C diturunkan temperaturnya secara perlahan lahan dengan tetap menjaga keseimbangan yang ada, maka besi akan menjadi padatan δ pada 1539 ‘C; transformasi dari padatan δ ke padatan γ terjadi pada 1400 ‘C dan dari padatan γ ke padatan α pada 910 ‘C. Transformasi dalam keadaan seimban g tersebut
terjadi secara isothermal, temperatur tidak berubah.
Sebagian besar transformasi bahan padat tidak terjadi terus menerus, sebab ada hambatan yang menghalangi jalannya reaksi dan bergantung terhadap waktu. Pengaturan susunan atom tejadi karena proses difusi. Secara stuktur mikro, proses pertama yang terjadi pada transformasi fasa adalah nukleasi yaitu pembentukan partikel sangat kecil atau nuklei dari fase baru. Nuklei ini akhirnya tumbuh membesar membentuk fasa baru. Pertumbuhan fase ini akan selesai jika pertumbuhan tersebut berjalan sampai tercapai fraksi kesetimbangan. TRANRFORMASI MULTI FASA Transformasi fasa bisa dilakukan dengan memvariasikan temperatur , komposisi dan tekanan. Posisi ketimbangan yang dicapai pada proses pemanasan atau pendinginan sesuai dengan diagram fasa bisa dicapai dengan laju yang sangat pelan sekali, cara lain yang dipakai adalah supercooling yaitu transformasi pada proses pendinginan dilakukan pada temperatur yang lebih rendah, atau superheating yaitu transformasi pada proses pemanasan dilakukan pada temperatur yang lebih tinggi. PERUBAHAN SIFAT DAN STRUKTUR MIKRO PADA PADUAN BESI – KARBON PEARLITE
Pada saat pembentukan pearlite, gerakan atom C bergerak dari ferit ke sementit.
Cara yang lebih mudah adalah dengan menggunakan diagram TTT. Dari transformasi tersebut, temperatur eutectoid adalah garis horizontal pada temperatur 727 oC. Transformasi terjadi dibawah garis eutectoid atau super cooling. Transformasi terjadi pada temperatur tetap atau isothermal.
Jika temperatur ditahan pada sedikit dibawah temperatur eutectoid maka akan terbentuk lapisan ferit sementit yang tebal dan disebut juga “ coarse pearlite” (pearlite kasar), kebalikannya jika temperatur transformasinya lebih rendah disekitar 540 oC maka lapisanlapisan perlite yang terbentuk akan tipis dan disebut juga “fine pearlite” (pearlite halus).
BAINITE
Bainite adalah struktur ferit dan sementit yang berbentuk lidi atau plat tergantung temperatur transformasi. Struktur mikro bainit adalah sangat halus sehingga resolusinya hanya bisa dilihat dengan mikroskop electron. *SPHEROIDITE* Jika paduan baja mempunyai struktur mikro pearlit atau bainit dipanaskan pada temperatur dibawah temperatur eutectiod dan ditahan untuk waktu yang lama katakanlah t=700 oC selama 18 s/d 24 jam, maka akan terbentuk struktur mikro yang lain dan disebut spheroidite. Struktur spheroidite mempunyai bentuk dimana fasa Fe3C muncul dalam bentuk lingkaran / bulat pada bahan ferit. Transformasi ini terjadi karena difusi atom karbon tanpa perubahan komposisi ferit dan sementit.
MARTENSITE Martensit terbentuk apabila besi austenit didinginkan dengan sangat cepat ke temperatur rendah, sekitar temperatur ambien. Martensit adalah fasa tunggal yang tidak seimbang yang terjadi karena transformasi tanpa difusi dari austenit. Martensite memiliki struktur BCT (body centered tetragonal).
DIAGRAM CONTINOUS COOLING TRANSFORMATION (CTT)
Pada diagram CTT tidak terbentuk bainit karena austenit akan membentuk pearlit pada saat seharusnya terbentuk bainit. Pada pendinginan melewati A-B .Austenit yang belum membentuk pearlit akan menjadi martensit ketika melewati garis M (start).
Untuk pendingin kontinyu baja panduan dikenal “laju quenching kritis” yaitu laju minimum quencning (pencelupan) yang akan menghasilkan struktur martensit total (laju quencning kritis = laju pendinginan kritis).
DIAGRAM FASA Diagram fasa Adalah diagram yang menampilkan hubungan antara temperaturdimana terjadi perubahan fasa selama proses pendinginan dan pemanasanyang lambat dengan kadar karbon.Diagram ini merupakan dasar pemahaman untuk semua operasi-operasi perlakuan panas. Fungsi diagram fasa
Adalah memudahkan memilih temperatur pemanasan yang sesuaiuntuk setiap proses perlakuan panas baik proses anil, normalizing maupunproses pengerasan.Baja adalah paduan besi dengan karbon maksimal sampai sekitar1,7%.paduan besi diatas 1,7% d isebut cast iron.Perlakuan panas bertujuan untuk memperoleh struktur mikro dan sifatyang di inginkan. Struktur mikro dan sifat yang diinginkan dapat diperolehmelalui proses pemanasan dan proses pendinginan pada temperatur tertentu. Macam –macam struktur yang ada pada baja:1. ferit ferit adalah larutan padat karbon dan unsur paduan lainya padabesi kubus pusat badan (Fe). Ferit terbentuk akibat proses pendinginanyang lambat dari austenit baja hypotektoid pada saat mencapai A3 .ferit bersifat sangat lunak ,ulet dan memiliki kekerasan sekitar70 - 100 BHN dan memiliki konduktifitas yang tinggi. 2. Sementit Sementit adalah senyawa besi dengan karbon yang umumdikenal sebagai karbida besi dengan prosentase karbon 6,67%C. yangbersifat keras sekitar 5 – 68 HRC 3. Perlit Perlit adalah campuran sementit dan ferit yang memilikikekerasan sekitar 10-30HRC . Perlit yang terbentuk sedikit dibawahtemperatur eutektoid memiliki kekerasan yang lebih rendah danmemerlukan waktu inkubasi yang lebih banyak. 4. Bainit Bainit merupakan fasa yang kurang stabil yang diperoleh dariaustenit pada temperatur yang lebih rendah dari temperaturtransformasi 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.
Karbon
adalah unsur penyetabil austenit. Kelarutan maksimum dari karbonpada austenit adalah sekitar 1,7% (E) pada 1140 0 C. Sedangkan kelarutankarbon pada ferit naik dari 0% pada 910 0 C menjadi 0,025% pada 723 0 C.pada pendinginan lanjut, kelarutan karbon pada ferrit menurun menjadi0,08% pada temperatur kamar. Kegunaan dari baja tergantung dari sifat-sifatnya yang sangatbervariasi yang diperoleh melalui pemaduan dan penerapan proses perlakuanpanas. Sifat mekanik dari baja sangat tergantung pada struktur mikronya,sedangkan struktur mikro sangat mudah diubah melalui proses perlakuanpanas.Beberapa jenis baja memiliki sifat-sifat yang tertentu sebagai akibatpenambahan unsur paduan. Salah satu unsur paduan yang sangat pentingyang dapat mengontrol sifat baja adalah karbon (C). Jika be si dipadu dengankarbon, transformasi yang terjadi pada rentang temperatur tertentu eratkaitanya dengan kandungan karbon. Berdasarkan pemaduan antara besi dankarbon, karbon di dalam besi dapat berbentuk larutan atau berkombinasidengan besi membentuk karbida besi (Fe 3 C).Jika kadar karbon meningkat maka transformasi austenit menjadi feritakan menurun dan akan mencapai minimum pada titik prosentase karbon0,8% pada temperatur 723 0 C. Titik ini biasa disebut titik eutektoid.komposisi eutektoid dari baja merupakan titik rujukan untuk mengklasifikasikan baja. Baja dengan kadar karbon 0,8% disebut bajaeutektoid. Sedang kan baja dengan kadar karbon kurang dari 0,8% disebutbaja hipo tektoid . titik kritis sepanjang garis GS disebut sebagai garis A3sedangkan titik kritis sepanjang garis PSK disebut sebagai garis A1. dengandemikian setiap titik pada garis GS dan SE menyatakan temperatur dimanatransformasi dari austenit dimulai baik pada saat dipanaskan maupun padasaat didinginkan .Jika baja eutektoid didinginkan dari temperatur austenisasinya , makapada saat mencapai titik – titik sepanjang garis tersebut akan bertransformasimenjadi suatu campuran eutektoid yang disebut perlit. Jika baja hypo teuktoid didinginkan dari temperatur austenisasinya, pada saat mencapaigaris GS , ferit akan terbentuk sepanjang batas butir austenit.Pada titik ini, pengintian ferit akan terjadi dibatas butir austenit dan mulaisaat itu, paduan Fe-C memasuki daerah dua fasa. Jika pendinginan yanglambat tersebut diteruskan ketitik C ferit akan tumbuh.Pada 732 0 C , struktur baja di titik C terdiri dari austenit dan ferit. Karenakelarutan karbon di ferit sangat rendah, maka pada saat pertumbuhan feritakan disertai pembuangan karbon ke austenit yang masih tersisa sehinggafasa austenit menjadi kaya akan karbon. Pendinginan lanjut dari dari bajatersebut, pada saat melalui temperatur eutektoidnya (pada titik D), austenityang tersisa akan bertransformasi menjadi suatu campuran ferit dan sementityang berbentuk lamellar (serpih). Dengan demikian baja dengan kadarkarbon 0,4% pada titik D akan terdiri dari ferit dan perlit. Perbandingan feritterhadap perlit sama dengan perbandingan ferit terhadap austenit di titik C.Pendinginan lebih lanjut sampai ke temperatur kamar tidak
mempengaruhistruktur mikro yang sudah ada. Pada saat dipanaskan akan terjaditransformasi yang berlangsung kebalikanya dari apa yang telah dijelaskan diatas.Jumlah perlit yang ada pada setiap jenis baja sangat tergantung padakadar karbonya. Sebagai contoh, baja dengan 0,2 % C akan memiliki sekitar25% perlit, sedangkan baja dengan 0,4 % C akan memiliki sekitar 50 % C.Jika baja hypoteuktoid didinginkan dari temperatur austenisasinya,maka akan terjadi pemisahan sementit pada batas butir austenit disepanjanggaris SE. Sebagai contoh jika baja dengan 1,25 % C diaustenisasi dandidinginkan perlahan-lahan maka akan terjadi pemisahan sementit. Denganadanya pembentukan sementit, kadar karbon diaustenit akan berkurang danpenurunan kadar karbon tersebut terus berlanjut sampai mendekati temperatur 723 0 C. Pada titik I, struktur baja akan terdiri dari campuranaustenit dan sementit dimana sementitnya terbentuk disepanjang batas butiraustenit.Pendinginan lebih lanjut dari baja tersebut melalui temperatur eutektoidnyaakan mengubah seluruh austenit yang tersisa menjadi perlit.Pendinginan lanjut sampai ketemperatur kamar tidak akan mengubahstruktur mikro yang sudah ada. Berdasarkan penjelasan di atas, struktur bajakarbon tergantung dari kadar karbonya. Hasil pendinginan yang lambat padatemperatur kamar akan terdiri dari:1. Ferit, dengan kandungan karbon 0,007 % - 0,25 % C2. Ferit dan perlit, dengan kadungan karbon 0,025 % - 0,8 % C3. Perlit dan sementit, dengan karbon, 0,8 % - 1,7 % C4. Perlit dan grafit, dengan karbon 1,7 % - 4,2 % C (dengan perlakuankhusus)
