Nama : Odi Rodiyana NIM : 1210703024 Tugas Akhir UAS “Handout” Diagram dan Transformasi Fasa Transformasi fasa adalah pembentukan sebuah fasa baru dengan perbedaan pada komposisi dan struktur kristal yang berbeda dengan bahan induk. 1.Transformasi Fasa Pada Logam Transformasi fasa dibagi menjadi tiga golongan: •
Diffusion-dependent transformations tanpa perubahan dalam nomor dan komposisi fasa( pembekuan logam murni,transformasi allotropic, dll.)
•
Diffusion-dependent transformations dengan perubahan nomor dan komposisi fasa (reaksi eutectoid)
•
2.
Diffusionless transformations (transformasi martensite dalam campuran logam) Kinetika Pada Transformasi Transformasi fasa
Kinetika pada transformasi fasa terdiri dari dua proses yaitu necleation (nukleasi) dan Growt (pertumbuhan). 2.1
Necleation (nukleasi) Pembentukan fasa baru tidak terjadi secara otomatis, proses pertama yang terjadi
pada transformasi fasa adalah nukleasi yaitu pembentukan partikel sangat kecil atau nuklei dari fasa baru. 2.2
Growth Nuklei ini akhirnya tumbuh membesar m embesar membentuk fasa baru. Pertumbuhan fase
ini akan selesai jika pertumbuhan tersebut berjalan sampai tercapai fraksi baru. 3.
Pertimbangan Pertimbangan Kinetika Pada Transformasi Transformasi Benda Padat
Laju transformasi yang merupakan fungsi waktu (sering disebut kinetika transformasi) adalah hal yang penting dalam perlakuan panas bahan. Pada penelitian kinetik akan didapat kurva S yang di plot sebagai fungsi fraksi bahan yang bertransformasi vs waktu (logaritmik) . Fraksi transformasi , y di rumuskan:
Y = 1 – exp ( - kt n
)
t = waktu k,n
= konstanta yang tidak tergantung waktu.
Persaamaan ini disebut juga persamaan AVRAMI Laju transformasi , r diambil pada waktu ½ dari proses berakhir :
t 0,5= waktu ½ proses
Gambar 1.1
Gambar 1.2 Laju transformasi , r terhadap jangkauan temperatur dirumuskan :
R = konstanta gas T = temperatur mutlak A = konstanta , tidak tergantung Waktu. Q = Energi aktivasi untuk reaksi Tertentu.
4.
TRANRFORMASI MULTI FASA
Transformasi fasa bisa 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. Hal ini tidak bisa diamati pada diagram fasa. Posisi kesetimbangan yang dicapai pada proses pemanasan atau pendinginan sesuai dengan diagram fasa bisa dicapai dengan laju yang sangat pelan sekali , sehingga hal ini tidak praktis. 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 .
•
Superheating
Proses pemanasan pada umum nya terdiri dari dua tahap :
Proses heating yaitu proses pemanansan yang dilakukan dari temperatur kamar sampai suhu yang diinginkan.perlakuan panas bertujuan untuk memperoleh sifat – sifat yang diinginkan dari logam dengan batas – batas tertentu
Proses holding time yaitu proses penahanan pada temperatur tertentu sehingga terjadi transformasi yang sempurna dan homogen.Bila transformasi tidak sempurna maka benda kerja masih mengandung fasa
(ferit).Proses ini
bertujuan agar karbon yang terdapat dalam karbida dapat larut kepada fasa autenit secara merata dan temperatur yang diterima pada. Proses
dari
superheating
di
representasikan
dengan
menggunakan
Diagram
Transformasi Isotermal / diagram TTT(time-temperatur-transformation). •
Supercooling
Proses pendinginan yaitu proses dimana benda kerja tidak mengalami pemanasan lagi melainkan pelepasan strukturmikro yang diinginkan. Proses pendingan ada 2 yaitu : 1.Proses pendinginan cepat Pencelupan ( quenching ) dengan media : air,minyak 2.Proses pendingan lambat Pendinginan dengan media udara Pada proses ini direfresentasikan dengan menggunakan grafik continous cooling transformation (CCT). 5.
Diagram Transformasi Isotermal / diagram TTT (time-temperatur-
transformation.
Dengan menggunakan reaksi eutektoid :
Dengan reaksi tersebut mengahasilkan diagram :
Gambar 1.3 Ada 5 jenis fasa yang terdapat dalam diagram fasa Fe-Fe3C yaitu fasa cair,fasa alfa,besi delta,besi gamma dan senyawa Fe-Fe3C.Diagram Fe-Fe3C tidak mencapai C 100 %,karena Fe-Fe3C merupakan senyawa dan batas dari diagram fasa. Fe (besi) merupakan unsur logam yang memiliki lebih dari 1 bentuk sel satuan (politropik),sedangkan C (karbon ) merupakan unsur nonlogam.Paduan dari kedua jenis ini menghasilkan 2 material yaitu besi cor dan baja. Adapun sifat – sifat dari fasa yang terbentuk : 1. Ferrit ( Besi Alfa )
Pada reaksi eutektoid, austenite dengan kandungan karbon sedang akan berubah menjadi ferit dengan kadar karbon kecil dan sementit dengan kadar karbon tinggi. Pada saat pembentukan pearlite, gerakan atom C bergerak dari ferit ke sementit. Ferrit memiliki bentuk sel satuan BCC dan dapat melarutkan carbon mencapai 0,025 %.Hal ini dikarenakan struktur BCC dimana ruang ruang antar atom kecil dan padat,sehingga daya larut nya rendah. Sifat :
Lunak
Ulet
Mampu las tinggi
Sifat korosi rendah
2. Austenit Austenit memiliki bentuk sel satuan FCC dan jarak atom nya lebih besar dari pada Ferrit.Austenit stabil pada temperature antara 912 – C dengan daya larut karbon sebesar 2,11 %.Pada temperature stabil nya Austenit bersifat lunak dan ulet,sehingga mudah dibentuk dan besifat ferromagnetik. 3. Besi delta Besi delta memiliki bentuk sel satuan BCC dengan daya larut karbon 0,1 %,tetapi terjadi pada temperature 1350 – C. 4. Sememtit Sememtit merupakan suatu senyawa antara atom Fe dengan atom C.Sememtit bersifat sangat keras,kurang ulet dan kurang kuat getas. 6. Continous Cooling Transformation (CCT). Diagram Continous Cooling Transformation Fe-Fe3C
Gambar 1.4
Gambar 1.5 diagram CCT
Hubungan antara laju pendinginan dan mikrostruktur yang terbentuk digambarkan dalam diagram yang menghubungkan waktu temperatur dan transformasi yang dikenal dengan diagram continous cooling transformation (CCT). Gambar 15 menunjukkan bahwa struktur martensit dihasilkan dengan pencelupan di air dengan waktu ( 1-10 ) detik.Sedangkan struktur martensit dan pearlit diperoleh dengsn pencelupan di oli dengan waktu ( 10 -100 ) detik.Struktur bainet dan pearlit diperoleh dengan pendinginan di udara dengan waktu lebih kurang ( 9050 – 10000 ) detik dan struktur mikro pearlite diperoleh dengan pendinginan di dapur pada waktu lebih besar dari 100000 detik. Gambar 1.5 menunjukkan bila laju pendinginan menurun berarti waktu pendinginan dari temperatur austenit juga menurun,sehingga mikro struktur yang terbentuk adalah dari gabungan fasa ferrit – fasa pearlit ke fasa ferrit – fasa pearlit – fasa bainit – fasa martensit,kemidian ke fasa bainit – fasa martensit dan akhirnya pada laju tinggi sekali mikrostruktur akhirnya fasa martensit.Pembentukan fasa martensit terjadi dekomposisi fasa austensit dalam fasa ferrit ( ) + karbida (c) .Hal ini berarti bahwa ada waktu untuk karbon untuk berdifusi dan berkosentrasi dalam karbida sehingga fasa ferrit kekurangan karbon bila fasa austensit didinginkan dengan sangat cepat ( quenching ). Struktur FCC austensit akan berubah menjadi struktur BCT (body centered tetragonal) martensit, pada transformasi ini.Transformasi martensit tidak melewati proses difusi, maka ia terjadi
seketika sehingga laju transformasi martensit adalah tidak bergantung waktu. Pada struktur
martensit
masih
didapati
struktur
austenit
yang
tidak
sempat
bertransformasi.Disamping itu tegangan internal karena proses quencning juga memberikan efek perlemahan. Ketangguhan dan keuletan martensitm bisa ditingkatkan dan tegangan internal bisa dibuang dengan cara perlakuan panas
yang disebut
tempering. Tempering dilakukan dengan memanaskan baja martensit sampai temperatur dibawah eutectoid pada periode waktu tertentu. Biasanya temering dilakukan pada temperatur antara 250-6500 C.Tegangan internal akan hilang
pada suhu ± 2000
C.Proses tempering akan membentuk “tempered maetensite ”.
Foto struktur mikro tempered martensite sama dengan spheroidit hanya partikel sementit lebih banyak dan lebih kecil. Tempered martensit mempunyai sifat sekeras dan sekuat matensit namun ketangguhan dan keuletan lebih baik. Hubungan antara tegangan tarik, kekuatan luluh dan keuletan terhadap temperatur temper pada baja paduan bisa dilihat pada gambar dibawah.
Pada proses tempering beberapa baja bisa mengalami penurunan ketangguhan, hal ini disebut perapuhan temper. Fenomena ini terjadi bila baja ditemper pada suhu diatas 5750C dan diikuti pendinginan lambat sampai temperatur ruangan, atau jika tempering dilakukan pada suhu antara 375 – 5750C. Perapuhaan ini disebabkan oleh kandungan elemen lain dalam jumlah yang cukup signifikan seperti mangan, nikel, crom dan phospor, arsen, timah putih. Perapuhan temper bisa dicegah dengan : 1. Pengontrolan komposisi 2. Tempering diatas 575 0C atau dibawah 375 0 C diikuti dengan quenching pada temperatur ruang. Ketangguhan baja yang telah mengalami perapuhan bisa diperbaiki dengan pemanasan samapai kira-kira 6000C, dan kemudian secara cepat didinginkan sampai temperatur dibawah 300 0C.
