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)

• Diffusionless transformations (transformasi martensite dalam campuran logam)

2. Kinetika Pada 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 membentuk fasa baru. Pertumbuhan fase

ini akan selesai jika pertumbuhan tersebut berjalan sampai tercapai fraksi baru.

3. Pertimbangan Kinetika Pada 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 ( - ktn )

t = waktu

k,n = konstanta yang tidak tergantung waktu.

Persaamaan ini disebut juga persamaan AV R AMI

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 α (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 – 13500 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 – 15350 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 (α ) + 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 5750C atau dibawah 3750 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.