Transformasi FasaA. Transformasi Fasa Pada Logam Pengembangan struktur mikro dengan menggunakan fasa transformasi, baik dalam paduan fasa tunggal dan dua fasa, melibatkan perubahan dalam jumlah dan karakter dari fasa. Fasa transformasi membutuhkan waktu dan memungkinkan penentuan tingkat transformasi atau kinetika/kinetics. Fasa transformasi mengubah struktur mikro dan dibedakan menjadi tiga kelas, yaitu: 1. Difusi yang tergantung pada transformasi dengan tidak mengubah jumlah dan komposisi fasa (pemadatan logam murni, transformasi allotropic, dll). 2. Difusi yang tergantung pada transformasi dengan perubahan jumlah dan komposisi fase (reaksi eutectoid). 3. Difusi transformasi (transformasi martensitic dalam paduan baja).

B. Kinetika Pada Transformasi Fasa Transformasi (pembentukan fasa baru dengan komposisi dan struktur berbeda) yang melibatkan difusi tergantung pada waktu. Waktu juga diperlukan untuk meningkatkan energi yang terkait dengan batas-batas fasa antara fasa induk dan fasa produk. Nukleasi, (pertumbuhan inti), pembentukan butir dan batas butir serta pembentukan kesetimbangan membutuhkan waktu. Sehingga laju transformasi (kemajuan transformasi) adalah fungsi waktu. Dalam penelitian kinetik, selesainya reaksi dari fraksi diukur sebagai fungsi dari waktu yang konstan (t). Kemajuan transformasi dapat diukur dengan pemeriksaan mikroskopis atau mengukur sifat fisik (misalnya, konduktivitas). Data yang diperoleh digambarkan sebagai bagian kecil dari transformasi terhadap logaritma waktu. Perubahan komposisi menunjukkan penataan ulang atom, yang memerlukan difusi. Atom digantikan secara acak. Perpindahan atom tertentu (d), tidak linear dengan waktu (t), seperti akan menjadi sebuah lintasan lurus, tapi sebanding dengan akar kuadrat dari waktu, dikarenakan jalur/path yang berliku. Hal ini sesuai dengan persamaan berikut.

Tahap transformasi membutuhkan dua proses: nukleasi (pembentukan inti) dan pertumbuhan. Nukleasi melibatkan pembentukan partikel yang sangat kecil, atau inti (misalnya, batas butir, cacat). Hal ini mirip dengan hujan terjadi ketika molekul air mengembun di sekitar partikel debu. Selama pertumbuhan, inti tumbuh dalam ukuran dengan mengorbankan materi sekitarnya.Perilaku mekanisme gerak/kinetics sering berbentuk S S-shape), ketika persentase yang direncanakan bahan berubah dibandingkan dengan logaritma waktu. Tahap nukleasi dianggap sebagai masa inkubasi, di mana sepertinya tidak ada yang terjadi. Untuk rentang suhu tertentu, tingkat transformasi meningkat sesuai dengan persamaan berikut.

Gambar berikut akan memperlihatkan ketergantungan reaksi fraksi dengan waktu dan suhu dari transformasi pemadatan.

Gambar 1. Reaksi Fraksi Transformasi Pemadatan Berbanding Logaritma Waktu Pada Suhu Konstan

C. Transformasi MultifasaFasa transformasi dapat dilakukan dengan memvariasikan suhu, komposisi dan tekanan eksternal. Sebagian besar fasa transformasi memerlukan beberapa waktu tertentu untuk menyelesaikannya dan laju transformasi sangat penting dalam hubungan antara perlakuan panas dan pengembangan struktur mikro. Tingkat transformasi untuk mencapai keadaan setimbang sangat lambat dan kondisi kesetimbangan dipelihara jika pemanasan/pendinginan sangat lambat. Umumnya, transformasi dialihkan ke suhu yang lebih rendah untuk pendinginan atau lebih tinggi untuk pemanasan. Fenomena ini disebut pendinginan super (supercooling) dan pemanasan super (superheating). Semakin cepat pendinginan atau pemanasan, semakin besar tingkat supercooling atau superheating. Untuk menggambarkan fasa transformasi yang terjadi selama pendinginan, fasa diagram kesetimbangan/equilibrium tidak memadai jika laju transformasi lebih lambat dibandingkan dengan laju pendinginan. Hal ini biasanya terjadi dalam kenyataannya/praktek di lapangan, sehingga kesetimbangan struktur mikro jarang diperoleh. Ini berarti bahwa transformasi tertunda (misalnya, kasus pendinginan), dan menyatakan metastabil/metastable terbentuk. Kemudian perlu untuk diketahui pengaruh waktu pada fasa transformasi. Untuk banyak material paduan, keadaan yang dipilih adalah keadaan metastable (peralihan antara keadaan awal dan kesetimbangan). Sebagai contoh, reaksi eutektoid Fe-C biasanya kehilangan 10-20C lebih rendah dari suhu transformasi kesetimbangan.

D. Diagram Transformasi IsotermalDiagram TTT atauIsothermal Transformation Diagram(I-T diagram) merupakan sebuah diagram yang menghubungkan transformasi austenite terhadap waktu (dalam skala log) dan temperatur. Dalam proses laku panas pada baja, biasanya pemanasan dilakukan hingga mencapai temperature austenite, kemudian ditahan pada temperature tersebut beberapa saat lalu didinginkan dengan laju pendinginan tertentu. Struktur mikro yang terjadi setelah pendinginan akan tergantung pada laju pendinginan. Karenanya sifat mekanik dari baja setelah akhir suatu proses laku panas akan banyak ditentukan oleh laju pendinginan. Proses transformasi ini dibaca dengan diagram TTT karena kondisi tidak setimbang. Setiap baja (komposisi penyusun baja yang berlainan) akan mempunyai I-T diagram sendiri.1. Transformasi Isotermal Paduan Fe-CPearlite adalah produk struktur mikro dari transformasi seperti digambarkan dalam persamaan berikut.

Suhu sangat penting dalam transformasi ini. Setiap kurva diperoleh dari pendinginan cepat austenite pada suhu tertentu.2. Transformasi IsotermalPaduan Eutectoid Fe-C Selain itu, dalam paduan Fe-C terdapat diagram transformasi isotermal yang eutectoid. Diagram ini digunakan untuk melakukan analisa dari ketergantungan transformasi terhadap suhu dan waktu. Data untuk pembuatan diagram diperoleh dari serangkaian plot dari %transformasi terhadap logaritma waktu yang diteliti pada suhu tertentu.

Pada T tepat di bawah 727C, waktu yang sangat panjang diperlukan untuk transformasi 50% (pada waktu 105 detik), sehingga laju transformasi lambat. Peningkatan laju transformasi sebagai akibat menurunnya T, misal: pada 540C diperlukan 3 detik untuk penyelesaian 50%. Hal ini karena dalam rentang T 540C727C, laju transformasi dikendalikan oleh laju nukleasi pearlite dan laju nukleasi berkurang dengan peningkatan T.E. Transformasi Pendinginan KontinyuPerlakuan panas isotermal pengerjaannya tidak praktis karena temperature mesti dijaga. Disekitar temperatur eutectoid. Sebagian besar perlakuan panas untuk baja mencakup pendinginan secara kontinyu bahan sampai temperature ruangan oleh sebab diagram TTT harus disesuaikan untuk pendinginan kontinyu tersebut.Diagram yang dipakai disebut diagram transformasi pendinginan continyu (diagramCTT), bisa dilihat pada gambar berikut yang merupakan bahan besi karbon.

Pada gambar di bawah diperlihatkan kurva pendinginan cepat dan lambat yang masing-masingnya menghasilkan pearlite halus dan pearlit kasar. 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 kritisyaitu laju minimum quencning (pencelupan) yang akan menghasilkan struktur martensit total (gbr 10.18) (laju quencning kritis = laju pendinginan kritis).