IV. DIAGRAM FASA LOGAM
4.1. Kurva pendinginan logam murni
Logam murni
dalam keadaan cair, atom-atomnya memiliki gaya tarik-menarik yang lemah dan
tersusun secara random. Jika logam cair tersebut dibiarkan mendingin maka pada
temperatur tertentu logam tersebut akan membeku. Perubahan keadaan dari cair ke
padat berlangsung pada temperatur pembekuan, dan proses pembekuan ini disebut solidification.
Panas yang dilepaskan selama pembekuan
ini disebut panas
laten. Logam dalam keadaan padat memiliki tingkat energi yang lebih
rendah daripada dalam keadaan cair, sehingga atom-atom logam tersebut memiliki
energi yang kurang untuk dapat bergerak/mengalir.
Selama
pembekuan atom-atom menyusun dirinya secara teratur dan berulang-ulang dengan
gaya ikatan yang kuat membentuk logam padat.
Di bawah ini
ditunjukkan contoh kurva pendinginan dari logam murni. Kurva pendinginan
tidaklah selalu sederhana seperti yang terlihat pada gambar 4.1 misalnya untuk
pendinginan besi murni ternyata lebih rumit (gambar 4.2).
Untuk besi
murni (Fe) pada temperatur 1535° sudah terjadi pembekuan, tetapi pada temperatur
yang lebih rendah lagi masih terdapat titik hentian yang lain, yakni pada temperatur
1390° C, 910°
dan 768°C.
Hal ini
adalah disebabkan masih terdapatnya perubahan struktur dari besi yang sudah
membeku tersebut, dan dengan adanya perubahan struktur ini dikenal 3 jenis besi
yakni besi / β; besi δ, dan besi γ.
Sebenarnya
besi α, dan besi β mempunyai struktur yang sama, hanya terdapat sedikit
perbedaan sifat magnetisnya.
    |
|||
 |
|||
Gambar 4.1. Kurva
pendinginan logam murni
4.2.
DIAGRAM FASA PADUAN
Pada pembahasaan berikut ini paduan yang
dibicarakan hanya terbatas pada panduan dua jenis lagam saja atau sering di
sebut paduan biner.
a. Diagram Paduan
Yang Larut Sempurna Dalam Keadaan Cair Maupun Padat.
Pada
kurva pendinginan logam murni seperti dijelaskan diatas memperlihatkan terdapat
hanya satu titik hentikan ( solidification). Sedangkan pada logam paduan
terdapat dua titik hentikan, yaitu titik mulainya pembekuan dan titik akhir
pembekuan ( liquidus dan solidus).
Antara
liquidus dan solidus terdapat larutan logam padat. Paduan logam yang mempunyai
diagram semacam ini ialah: Ni-Cu, Au-Ag, Au-Pt,Cr-Mo,W-Mo.
(a)
(b)
Gambar 4.3.
Diagram paduan yang larut seluruhnya
Dalam keadaan padat maupun cair
Sebagai
contoh pembacaan diagram di atas : satu paduan dengan komposisi X%, pada temperatur
T2. paduan terdiri dari bagian cair dan bagian padat.
Untuk
mendapatkan perbandingan bagian padat dan bagian cair pada temperatur T2 ini
, ditarik dari garis mendatar yaitu garis isothermal ( tei line ) dan dengan
menggunakan azas ( lever rule )
diperoleh:
Proses
pembekuan paduan dengan komposisi X ini berlangsung sebagai berikut : Pembekuan
dimulai pada suhu T1 dan pada penurunan temperatur selanjutnya
bagian yang padat semakin meningkat dan bagian cair semakin berkurang, akhirnya
pada temperatur T3 paduan sudah membeku seluruhnya . paduan padat
yang diperoleh, seluruhnya mempunyai komposisi
X%.
b. Diagram paduan yang larut sempurna dalam
keadaan cair tetapi tidak larut dalam keadaan padat .
Sebagaimana halnya pada jenis paduan yang terlebih dahulu,
pada jenis paduan ini juga di temui garis liquidus. Tetapi pada keadaan
tertentu untuk jenis paduan semacam ini ditemukan satu titik eutectic, yaitu satu
keadaan (pada komposisi tertentu) paduan pada keadaan cair langsung berubah
menjadi padat. Logam-logam yang mempunyai paduan semacam ini adalah: Pb – Sb ;
Al – Si ; Au – Si dan Sn – Zn. Di bawah ini diberikan bentuk diagram phasa
untuk jenis paduan ini. ( lihat gambar 4.4 ).
Untuk menjelaskan proses berlangsungnya pembekuan, kita
ambil contoh di bawah ini. Untuk paduan logam A & B pada gambar 4.4 dengan
komposisi 80% logam A dan 20 % logam B.
1.
Pada suhu di atas t1 paduan
berada dalam keadaan cair.
2.
Pada suhu tepat t3 logam
murni A mulai mengkristal
4.4. Diagram
paduan yang larut sempurna dalam keadaan cair tetapi tidak larut dalam keadaan
padat
1)
Pada suhu Tx, untuk mengetahui
perbandingan bagian logam A yang mudah membeku ( mengkristal ) dengan sisa
cairan, digunakan azas tuas ( lever rule
):
2)
pada suhu t6 bagian cair yang
masih tersisa akan membeku secara serentak sehingga seluruh paduan sudah
menjadi padat. Bagian paduan yang membeku terakhir ini disebut eutecticyang
mempunyai bentuk struktur halus.
3)
Dengan demikian, untuk paduan 80% logam
A dan 20% logam B bentuk struktur yang diperoleh adalah kristal logam A di antara
paduan eutectic.
c. Diagram
paduan yang larut sempurna dalam keadaan cair tetapi tidak larut dalam keadaan
padat dan membentuk senyawa
Untuk jenis paduan yang melarut sempurna dalam keadaan
cair dan tidak melarut dalam keadaan padat, selain seperti sudah dijelaskan di atas,
dalam beberapa jenis paduan dapat membentuk senyawa. Logam-logam yang mempunyai
paduan seperti ini adalah : Mg – si, Au – Bi, Mg – Sn, Mg – Pb, dan Co – Sb,
Untuk menjelaskan diagram paduan ini, kita lihat untuk paduan A dan B yang mana
akan membentuk senyawa AmBn.
Gambar 4.5. Diagram paduan yang larut sempurna dalam
keadaan cair, tidak larut dalam keadaan padat dan membentuk senyawa
Senyawa AmBn merupakan satu
komponen yang berdiri sendiri pada diagram dan mempunyai satu titik cair yang
mungkin lebih tinggi atau lebih rendah dari titik cair logam murni asalnya (
logam murni A dan B )
Diagram
paduan jenis ini meliputi dua sistim yaitu :
1. A - AmBn dan
2. AmBn – B
masing-masing
sistim ini adalah merupakan tipe dari diagram pembekuan yang sudah dijelaskan
pada halaman terdahulu.
Pada sistim A
- AmBn permulaan pembekuan ditunjukkan oleh garis A1E1C1.
pemisahan logam murni A memadat, dari cairan sepanjang garis E1C1
akhir pembekuan paduan terjadi pada sepanjang garis suhu eutectic D1E1F1.
Kristal A dan AmBn terpisah secara serentak dari cairan pada
titik E1, campuran ini mempunyai komposisi eutectic. Pada paduan sistim AmBn
- B, pembekuan mulai sepanjang
garis C1E2B1. senyawa AmBn terpisah sepanjang garis C1E2
dan logam murni B padat terpisah sepanjang garis E2B1.
Paduan akan membeku secara keseluruhan pada suhu eutectec (garis KE2L1). Paduan eutectic ditunjukan oleh titik E2
yang terdiri dari AmBn.+B.
d. Diagram
paduan larut sempurna dalam keadaan cair larut sebagian dalam keadaan padat.
Dalam paduan ada juga di temukan komponen yang larut
sempurna dalam keadaan cair tetapi hanya dapat larut sebagian dalam keadaan
padat. Logam-logam yang mempunyai paduan seperti ini ialah : Cu – Sn, Cu –
Zn,Cu – Be,Cu – Al, CU – Ag, Al – Mg, dan Pb – Sn.
Pada satuan
semacam ini di hasilkan dua tipe diagram fasa yaitu :
1.
tipe eutectic dan
2.
tipe peritectic
1. Tipe eutectic
jika diperhatikan diagram paduan Pb – Sn di bawah, titik
berada pada temperatur 180°C disebut
temperatur eutectic. Komposisi pada perpotongan antara garis solidus dan
liquidus adalah komposisi eutectic ( Ce ).
Gambar 4.6. Diagram
paduan yang larut sempurna dalam keadaan cair, larut sebahagian dalam keadaan
padat, type eutectics.
Bila kita perhatikan paduan dengan 90 % Pb dan 10 % Sn
disini paduan mengandung lebih sedikit Sn bila dibanding pada konsentrasi α e.
Proses pembekuan pada konsentrasi ini mempunyai kesamaan dengan padauan yang
larut sempurna dalam keadaan cair, larut sebagian dalam keadaan padat.
Pembekuan dimulai pada temperatur T1 dan berakhir pada T2,
sehingga didapatkan larutan padat. Batas kelarutan Sn dalam Pb ini dicapai pada
temperatur T3, tetapi setelah temperatur T3 turun mu;lai
terbentuk larutan padat β, dan sehingga temperatur T4 terjadi
larutan padat α + β. Perbandingan α dan
β ini dapat dihitung dengan rumus lever rule:
Jika kita menghitung jumlah β, adalah:
2. Tipe peritectics
Secara
garis besar diagram ini ditunjukkan pada gambar 3. 9/7 adalah paduan Co – Cu.
Gambar 4.7.
Diagram paduan yang larut sempurna dalam keadaan cair, larut sebahagian dalam
keadaan padat, type peritectics.
Sama halnya dengan diagram tipe eutectic, diagram ini
mempunyai garis solidus pada temperatur peritektik Tp. Proses pembekuan paduan
pada konsentrasi paduan 100% Co sampai αp mempunyai kesaam dengan diagram
paduan tipe eutectic pada konsentrasi 100 % Pb sampai αe. Proses pembekuan
paduan pada konsentrasi Lp sampai 100% Cu mempunyai kesamaan dengan
diagram larut sempurna dalam keadaan
padat.
Hal yang baru di
sini adalah pada komposisi βp dan Lp. Bila kita tinjau pada satu paduan dengan
komposisi peritektic Cp, pembekuan terjadi pada T1 di hasilkan pase
α dengan komposisi α1, setelah temperatur pembekuan mencapai Tp maka
di capai komposisi α p dan tertinggal cairan dengan komposisi Lp. Pada
temperatur peritektik ini seluruh cairan bereaksi dengan α p untuk
membentuk β dengan komposisi Cp.
Pembekuan paduan pada komposisi antara α p dam βp adalah sama dengan pada
konsentrasi peritektik. Pada temperatur peritektik Tp didapatkan Lp dan α p tetapi mempunyai perbandingan yang
lain, kemudian pada temperatur peritectic ini seluruh cairan bereaksi dengan
sebagian α p dan membentuk βp.
Setelah reaksi terjadi didapat L + β dan akhirnya terbentuk pase β setelah melampaui garis solidus.
e. Diagram Fe
– Fe3C
Diagram ini merupakan
dasar dari teknik paduan besi (baja dan besi tuang). Sementit (Fe3
C) terdiri dari 6,67 % C terbentuk dari laju pendinginan yang cepat, jika laju
pendinginan lambat akan terbentuk karbon (grafit) yang terpisah struktur
kristal sementit adalah ortorombik.
 |
|||
 |
|||
(b)
Gambar 4.8. Diagram Fe – Fe3C
Gambar (a)
menunjukkan garis dan daerah
 |
Gambar (b)
menunjukkan struktur campuran dalam berbag daerah
Diagram keseimbangan besi – zat arang di tunjukan oleh
garis putus- putus pada diagram phase Fe – Fe3C. Grafit lebih stabil
dari Fe3C.Maka diagram Fe –Fe3C dapat di anggap sebagai satu
diagram phase yang metastabil. Kebanyakan baja hanya mengandung besi karbit dan
bukan grafit, sehingga dalam pemakaian diagram Fe – Fe3 sangat
penting.
Pada gambar 6.8
dapat kita lihat terdapat dua belas daerah.
1.
Garis ABCD menunjukkan dimulainya
pembekuaan logam cair, di atas garis ini semua larutan cair homogen (daerah I).
2.
Antara garis ABCD dan AHJECF terdapat
dua phase yaitu cair dan padat (daerah II dan III).
Cairan akan memadat seluruhnya secara serentak pada suhu
1130oC membentuk kristal austenit dengan 2 % C sampai
(titik E) dan kristal simentit dengan 6,67 % C (titik F) kristal austenit dan
simentit membentuk campuran etektis yang disebut lideburit (titik C)campuran
pada titik ini terdapat 4,3 % C.
Austentit adalah
larutan padat (solid solution) yang memiliki susunan kristal FCC dengan
kandungan karbon 0,78 sampai 2 %.
Ferrit adalah
intersisi larutan padat dari karbon dalam besi pada suhu kamar terdapat 0,006 %
C dan maksimum 0,05 %C pada temperatur 7230 C (titik P) struktur
kristal ferrit adalah bcc.
Pada temperatur 7230 C dengan 0,8 % C (titik S)
austenit terurai secara serentak menjadi ferrit dan simentit membentuk campuran
etechtoid yang disebut perlit.
Baja
hypoeutectoid adalah besi dengan paduan kurang dari 0,8 % C. Jika baja
hypereutectoid didinginkan di bawah garis SE, austentit terurai sebagian
menjadi sementit (sementit sekunder), terbentuk dari pembekuan cairan sepanjang
garis CD.
Tugas 7 :
1.
Tuliskan apa perbedaan antara diagram
fasa logam murni bukan besi dengan logam murni besi.
2.
Tuliskan apa perbedaan antara diagram
fasa logam paduan bukan besi dengan logam paduan besi (baja).
3.
Jelaskan apa yang terjadi pada logam
besi murni jika didinginkan dari temperatur cair hingga temperatur ruang, lihat
diagram fasa pada halaman 4-3.
4.
Jelaskan proses pembekuan logam paduan
bukan besi Pb-Sn pada gambar 4.6, pada komposisi 10% Pb dan 90% Sn, hitung
komposisi pada setiap perubahan fasanya.
5.
Diagram paduan disebut diagram paduan
apa untuk paduan Al-Si, jelaskan fasa-fasa yang terbentuk jika paduan
didinginkan dari temperatur cair, dengan komposisi 80 dan 20 % paduan, seperti
ditunjukkan pada gambar 4.4.
6.
Jelaskan dan hitung komposisi paduan
pada setiap perubahan fasa untuk baja karbon dengan komposisi 1% karbon, jika
didinginkan dari keadaan cair hingga ke temperatur ruang, lihat diagram fasa
baja karbon gambar 4.8 diagram fasa Fe – Fe3C
Tidak ada komentar:
Posting Komentar