dyah ayu daratika 1112100040 tugas fisika logam carbon ferro alloys
Post on 06-Jul-2018
225 Views
Preview:
TRANSCRIPT
-
8/17/2019 Dyah Ayu Daratika 1112100040 Tugas Fisika Logam Carbon Ferro Alloys
1/12
TUGAS FISIKA LOGAM
CARBON FERROUS ALLOY
Oleh :
Dyah Ayu Daratika
1112100040
Dosen en!a"#u :
Dr$ Mo%ha"a& 'ainuri( M$Si
I)STITUT T*K)OLOGI S*ULU+ )O*M,*-
FAKULTAS MAT*MATIKA DA) ILMU *)G*TA+UA) ALAM
SU-A,A.A
201/
-
8/17/2019 Dyah Ayu Daratika 1112100040 Tugas Fisika Logam Carbon Ferro Alloys
2/12
DASA- T*O-ICARBON FERROUS ALLOY
A. Carbon Ferrous Alloy
Carbon ferrous alloy atau paduan besi-karbon merupakan suatu bahan, dimana besi
sebagai komponen penyusun utama, dan karbon beserta komponen-komponen lainnyasebagai bahan paduan (pemadu). Sistem besi-karbon adalah salah satu system paduan
binair yang penting. Berdasarkan pengklasifikasian paduan ferrous yang mendasarkan
pada isi karbon didalamnya, dibagi menjadi beberapa jenis antara lain :
a) Besi (iron)
Besi murni memiliki kandungan karbon kurang dari 0.008 t! ", dan memiliki
fasa ferrite pada temperature ruang. b) Baja (steel)
Baja memiliki kandungan karbon antara 0.008 # $.%% t! ", namun dalam
prakteknya konsentrasi karbon sebesar % t!. &ada bahan baja umumnya se'ara
mikro berisi fasa α dan e". *amun pada pendinginan sampai temperature
ruang, suatu paduan dengan range komposisi ini mempunyai sedikit kandungan
fasa γ .
') Besi +uang (cast iron)
Besi tuang memiliki kandungan karbon antara $.%% # . t! ", namun untuk
besi tuang komersial biasana memiliki kandungan karbon /. t! ".
,$ Dia!ra" Fasa ,esi Fe ,esi Kar3on Fe5
Bahan besi murni apabila dipanaskan umumnya akan mengalami dua perubahan
dalam struktur kristalnya sebelum mengalami pelelehan.
1ambar %. 2iagram fasa besi # besi karbida
-
8/17/2019 Dyah Ayu Daratika 1112100040 Tugas Fisika Logam Carbon Ferro Alloys
3/12
-
8/17/2019 Dyah Ayu Daratika 1112100040 Tugas Fisika Logam Carbon Ferro Alloys
4/12
asa austenite atau fasa γ besi, ketika dipadukan dengan karbon, tidak stabil
sebelum temperature $0" seperti pada diagram fasabesi # besi karbida (gambar %).
elarutan maksimum dari karbon dalam austenite, $.%% t! terjadi pada temperature
%%/80". elarutan ini mendekati %00 kali lebih besar dari batas maksimum untuk fasa
ferrite B"", kemudian posisi interstisi "" dapat dibentuk ketika atom karbonmengisinya, strain menekan pada daerah sekitar atom-atom besi lebih rendah.
+ransformasi fasa meningkatkan austenite merupakan hal yang sangat penting dalam
peningkatan pemanasan dari bahan baja (steel). Setelah ini, diharapkan baha fasa
austenite yang terbentuk adalah non-magnetik.
1ambar . otomikro austenite
asa ferriteδ
se'ara 4irtual sama dengan fasa ferriteα
, ke'uali untuk range
temperature yang tinggi masing-masing dalam keadaan aksis. emudian fasa ferriteδ
hanya stabil pada temperature yang relati4e tinggi, hal ini membutuhkan teknologi.
Sedangkan fasa cementite (e") terbentuk ketika batas kelarutan dari karbon dalam
ferriteα
tidak melebihi temperature $0" untuk komposisi pada daerah fasaα
9
e". &ada diagram fasa gambar % diatas telah ditunjukkan baha e" akan terbentuk
juga dengan fasaγ
pada temperature diantara $0" dan %%/8o". Sifat mekanik fasa
cementite sangat keras dan rapuh, beberapa baja sangat keras dengan keberadaan fasa ini
dalam pembentukannya. asa cementite dapat dikatakan dalam keadaan metastabil, yang
berarti dapat terlihat pada bentuk compound dalam aktu yang 'ukup lama pada
temperature ruang. +etapi apabila dipanaskan dalam temperature diantara 00" dan000" untuk beberapa tahun, makan akan mengalami perubahan se'ara gradual, dengan
kata lain akan terjadi transformasi fasa dari besiα
dan karbon, ke dalam bentuk
graphite, dimana akan terbentuk hingga sesudah pendinginan hingga temperature ruang.
Selanjutnya dalam diagram fasa pada gambar % diatas merupakan salah satu yang bukan
-
8/17/2019 Dyah Ayu Daratika 1112100040 Tugas Fisika Logam Carbon Ferro Alloys
5/12
dalam keadaan setimbang yang sesungguhnya, dikarenakan cementite merupakan
compound yang tidak setimbang.
2iagram fasa pada gambar % dapat dikatakan sebagai daerah dua fasa, hal ini
dimungkinkan karena salah satu reaksi eutektik terjadi pada besi # besi karbida pada
komposisi /. t! " dan temperature %%/80", reaksi eutektik ini adalah sebagai berikut :
&embekuan fasa likuid untuk membentuk fasa austenite dan cementite. &ada bagian ini
sesudah pendinginan hingga temperature ruang akan terjadi penambahan perubahan fasa.
+itik in4ariant lain pada diagram fasa ini adalah batas fasa yang terbentuk satu
dengan yang lain pada eutektik. +itik ini terjadi pada komposisi 0. t! dengan
temperature $0". eaksi yang terjadi pada keadaan ini adalah sebagai berikut :
(%)
&ada pendinginan, padatan fasaγ
bertransformasi menjadi besi α dan cementite,
hal ini yang disebut dengan reaksi eutectoid (atau autecteclie! dan titik in4ariant
terbentuk suatu eutectoid. 1ambaran yang membedakan “eutectoid” dari “eutectic”
adalah salah satu fasa padat sebagai pengganti dari transformasi likuid menjadi dua fasa
padat lain pada satu temperature. eaksi eutectoid tidak aneh pada system besi # besi
karbida dan terjadi pada paduan lain seperti reaksi diatas, dan hal yang penting sebagai
dasar pemanasan pada bahan baja.
5$ ertu"3uhan Struktur Mikro Dala" a&uan ,esi6Kar3on
;ariasi struktur mikro yang terbentuk dalam paduan steel dan hubungannya dengan
diagram fasa besi # besi karbida bergantung pada fa'tor isi karbon dan proses pemanasan.
&erubahan fasa yang terjadi dari fasaγ
ke daerah fasa e" tidak terjadi se'ara
sederhana.
-
8/17/2019 Dyah Ayu Daratika 1112100040 Tugas Fisika Logam Carbon Ferro Alloys
6/12
1ambar /. epresentasi struktur mikro dari paduan besi-karbon sebelum dan sesudah
temperature eutectoid Suatu paduan dengan komposisi eutectoid 0. t! " yang didinginkan dari temperature
daerah fasa γ (dari temperature aal 8000") dimulai dari titik a, dan bergerak ke
baah meleati garis x-x . 2iaali paduan yang terbentuk didalamnya mempunyai fasa
austenite dengan komposisi 0. t! " dan mempunyai struktur mikro seperti pada
gambar / diatas. Seperti pada paduan yang didinginkan, yang terjadi tidak ada perubahan
hingga temperature eutectoid ($0") selama reaksi. Setelah meleati temperature
eutectoid menuju titik b, maka akan terjadi transformasi austenite seperti pada persamaan
% diatas, austenite berisi 0. t! " yang terdekomposisi ke bentuk ferrite dimana akan
mempunyai kandungan karbon yang rendah sekitar 0.0$$ t! ", seperti fasa e"
dengan isi karbon lebih banyak yaitu sekitar .0 t! ". &erubahan fasa ini harus
menimbulkan difusi dari karbon karena terdapat perbedaan komposisi.Struktur mikro untuk baja eutectoid (0. t! ") yang didinginkan relati4e perlahan
meleati temperature eutectoid berupa fasaα
dan e" yang berbentuk lamella
se'ara simultan selama trannsformasi. &erbandingan lamella ferrite dengan cementite
mendekati 8 dibanding %. Struktur mikro ini dapat diamati pada gambar / diatas, dimana
titik b disebut "earlite karena mempunyai tampilan seperti induk pearl ketika dilihat
dengan mikroskop dengan perbesaran rendah.
-
8/17/2019 Dyah Ayu Daratika 1112100040 Tugas Fisika Logam Carbon Ferro Alloys
7/12
1ambar . otomikro eutectoid baja, lapisan ferriteα
(terang), dan e" (gelap)
otomikro pearlite dari eutectoid baja dapat diamati pada gambar diatas. !earlite
berupa butir (grain) berbentuk ”"oloni” dengan masing-masing butir atau koloni lapisan
dengan arah yang sama, dimana terjadi 4ariasi arah satu koloni dengan koloni lain.
-
8/17/2019 Dyah Ayu Daratika 1112100040 Tugas Fisika Logam Carbon Ferro Alloys
8/12
1ambar . epresentasi struktur mikro komposisi hipoeutectoid paduan besi-
karbon, yang didinginkan dari fasa austenite hingga dibaah eutectoid.
&endinginan pada komposisi ini dengan meleati garis 4erti'al ke baah y-y
dalam gambar diatas. &ada temperature sekitar 80", titik c, struktur mikro
didalamnya berupa fasa γ . 2alam pendinginan hingga titik d, pada
temperature sekitar 0", dimana berupa fasa α +γ dimana keduanya
merupakan fasa yang stabil terbentuk. Biasanya fasaα
berupa partikel ke'il
yang memajang pada batas butir fasaγ
. omposisi fasaα
danγ
dapatdihitung dengan menggunakan pendekatan prinsip garis tali (tie line), ini
berkaitan dengan komposisi sekitar 0.0$0 dan 0.0 t! ".
Sementara pendinginan dari paduan yang meleati daerah fasa+γ
,
komposisi fasa ferrite berubah dengan temperature sepanjang batas fasa α #
α + β, garis #$ , semakin kaya akan karbon. Sebaliknya perubahan komposisi
dari austenite terjadi se'ara frastis sepanjang batas fasaα +γ −γ ,
garis #%,
seperti temperature yag direduksi.&endinginan dari titik d menuju e, masih sekitar eutectoid tetapi tetap
dalam daerah fasa α +γ , akan menghasilkan peningkatan fraksi fasa α dan
se'ara struktur mikro partikel α
tumbuh menjadi lebih besar. &ada titik ini
komposisi α dan γ dapat dihitung dengan membuat tie line pada
-
8/17/2019 Dyah Ayu Daratika 1112100040 Tugas Fisika Logam Carbon Ferro Alloys
9/12
temperature +e, fasaα akan terdiri dari 0.0$$ t! " sementara γ akan
berada pada komposisi eutectoid, 0. t! ".
Seperti pada temperature dibaah eutectoid , titik f , semua fasa γ
seperti yang ditunjukkan pada temperature +e (dan mempunyai komposisi
eutectoid ) akan bertransformasi menjadi pearlite, seperti pada persamaan % diatas.
Se'ara 4irtual tidak terjadi perubahan fasa α , baha tetap ada seperti pada titik
e yang meleati temperature eutectoid. >al ini biasanya akan berupa fasa matrik
kontinu disekitar atau yang mengelilingi koloni pearlite atau butir. Struktur mikro
pada titik f telah digambarkan se'ara skematik. Selanjutnya, fasa ferrite akan
digambarkan dalam pearlite dan juga seperti fasa yang terbentuk dalam
pendinginan yang meleati daerah fasa α +γ . ?ntuk membedakan ferrite satu
dengan yang lain, untuk sementara yang didalam pearlite disebut ferrit eutectoid
sementara yang lain, dimana fasa tersebut terbentuk disekitar eutectoid disebut
proeutectoid ferrite atau sebelum eutectoid seperti yang dapat diamati pada
gambar .
1ambar . otomikro baja (steel) 0.8 t! " yang mempunyai struktur mikro
pearlite dan proeutectoid ferrite
&ada gambar diatas dapat diamati fotomikro baja (steel) 0.8 t! ", dimana
sebagaian besar arna putih berkaitan dengan ferrite proeutectoid . ?ntuk pearlite, jarak antara lapisan α dan e" ber4ariasi dari butir ke butir, seperti
beberapa pearlite terlihat gelap karena jarak pemampatan lapisan tidak dapat
diresol&e oleh perbesaran fotomikro. 2ari struktur mikro dapat dipelajari
konstituen dari pembentuk struktur mikro tersebut, seperti unsur dan karakteristik
struktur yang dapat teridentifikasi. Seperti pada gambar diatas, dapat diamati
terdapat dua konstituen struktur mikro antara lain pearlite dan proeutectoid
-
8/17/2019 Dyah Ayu Daratika 1112100040 Tugas Fisika Logam Carbon Ferro Alloys
10/12
ferrite. emudian pearlite dapat dipertimbangkan sebagai konstituen mikro yaitu
'ampuran dua fasa, dimana mempunai perbedaan struktur lamella, dengan
perbandingan 'ampuran dari dua fasa. >al ini dimungkinkan untuk dihitung
jumlah relati4e dari konstituen mikro pearlite dan proeutectoid ferrite. Semenjak
pearlite selalu terbentuk dari fasa austenite mempunyai komposisi eutectoid,
pearlite dapat diasumsikan mempunyai komposisi 0. t! ". @leh sebeb itu,
aturan tuas dapat digunakan dengan menggunakan garis tali antara batas fasa
α #
α 9 e" (0.0$$ t! ") dan eutectoid (0. t! ").
1ambar 8. =umlah relati4e proeutectoid dan pearlite untuk hypoeutectoid (C ' )
dan hypereutectoid (C ) pada diagram fasa e # e".
raksi pearlite ( p ) dan fraksi austenite ( γ
) dapat ditransformasikan ke
dalam bentuk berikut ini :
℘=Wγ =T
T +U
raksi proeutectoid α , A α , tepatnya fraksi fasa α yang eksis sebelum
transformasi eutectoid antara lain :
-
8/17/2019 Dyah Ayu Daratika 1112100040 Tugas Fisika Logam Carbon Ferro Alloys
11/12
a&uan $y"ereutectoid>asil transformasi dan struktur mikro untuk paduan hypereutectoid, yang berisi
antara 0. dan $.%% t! ", dimana pada pendinginan dari temperature pada
daerah fasa γ . +injau suatu paduan dengan komposisi "% pada gambar 3
berikut ini :
1ambar 3. epresentasi struktur mikro hypereutectoid dengan komposisi "% (0.
dan $.% t! ") yang didinginkan dari daerah austenite hingga sebelum
temperature eutectoid .
&ada pendinginan , bergerak ke baah yang meleati garis 4erti'al #C. &ada
titik g hanya fasa γ yang digambarkan pada komposisi "%, struktur mikro
menunjukkan hanya butir fasa γ . &ada pendinginan hingga daerah fasa γ 9
e" (titik h) fasa cementite akan mulai terbentuk sepanjang batas butirγ ,
sperti pada fasaα
yang ada pada gambar diatas (titik d). asa cementite ini
-
8/17/2019 Dyah Ayu Daratika 1112100040 Tugas Fisika Logam Carbon Ferro Alloys
12/12
disebut dengan cementite proeutectoid , baha ini terbentuk sebelum reaksi
eutectoid . Sebagai 'atatan, komposisi cementite yang tersisa konstan (.0 t!
") seperti perubahan temperature. Bagaimanapun, komposisi fasa austenite akan
bergerak sepanjang garis !% menuju eutectoid. Seperti pada penurunan
temperature dibaah eutectoid menuju titik i, semua sisa austenite dari komposisi
eutectoid dikon4ersi menjadi pearlite, dan kemudian struktur mikro ang
dihasilkan tetap dari pearlite dan cementite proeutectoid sebagai konstituen mikro
seperti yang dapat diamati pada gambar 3 diatas.
1ambar %0. otomikro baja %./ t! ", struktur mikro cementite proeutectoid
(putih) yang membatasi koloni pearlite
2alam fotomikro dari baja (%./ t! ") pada gambar diatas, dapat diamati
tampilan cementite proeutectoid berupa terang, sama seperti yang ditunjukkan
pada tampilan ferrite proeutectoid, disini terdapat beberapa kesulitan untuk
membedakan hypereutectoid dengan hipoeutectoid baja dengan mendasarkan
pada strukturmikro.
=umlah relati4e konstituen mikro pearlite dan proeutectoid e" dapat
dihitung untuk paduan hypereutectoid baja dengan 'ara yang sama untuk bahan
hypoeutectoid, pendekatan tie line (garis tali) pada komposisi diantara 0. t!
" dan .0 t! ". Selanjutnya untuk suatu paduan ang proeutectoid A Fe*C
dapat dihitung dengan aturan tuas sebagai berikut :
top related