Post on 28-Dec-2015
description
Diagram Fase Besi – Karbida Besi
Besi, titik lebur 1535 oC, memiliki sifat allotropi: 1. Besi a (BCC) s/d 910 oC2. Besi g (FCC) 910 s/d 1400 oC3. Besi d (BCC) 1400 s/d 1535 oC
• Kelarutan karbon dalam besi sangat terbatas:1. Maks. 0,025 % dalam besi a, pada 723 oC2. Maks. 2,0 % dalam besi g, pada 1130 oC3. Maks 0,10 %, dalam besi d, pada 1496 oC
•Di dalam besi, Karbon dapat berupa:1. Senyawa (karbida besi Fe3C, kadar karbon 6,67%)2. Larutan padat interstisial3. Karbon bebas (grafit)
Besi d BCC
Besi g FCC
Besi a BCC non magnetik
Besi a BCC magnetik
Besi cair
W a k t u
Tem
pera
tur
oC
15351400
910
768
Cooling curve besi murni, menunjukkan adanya allotropi
Diagram Fase Besi – Karbida Besi dengan label nama fase umum
Liquid
% berat karbonFe 1 32,0 654 6,67
A1 = 723
1130
200
1400
1200
1000
600
400
800
1535
910
Tem
pe
ratu
r oC
4,30,8
g
1496
a
d
+d g
L+d
Likuid+ g Likuid + karbida
g + karbida
+ a karbida
+ g karbida
+ g eutektik + karbida
eutektik + karbidaa+ g
a+
eutektoid
eutektoid+
karbida
eutektoid+ eutektik + karbida eutektik + karbidaeu
tekt
oid
eute
ktik
A cmA3
1. Sementit : karbida besi Fe3C, adalah senyawa interstisial mengandung 6,67 %C. Sangat keras (650 BHN), getas, kekuatan rendah (350 kg/cm2). Struktur kristal orthorhombik.
2. Austenit : larutan padat karbon dalam besi g. Kelarutan maksimum 2,0 %C, pada 1130 oC. Kekuatan tarik 1050 kg/cm2, kekerasan 40 RC, ketangguhan tinggi. Biasanya tidak stabil pada temperatur kamar. Struktur kristal FCC
3. Ledeburit : suatu campuran eutektik dari austenit dan sementit, mengandung 4,3 %C, terbentuk pada 1130 oC.
4. Ferrit : larutan padat karbon dalam besi a. Kelarutan maksimum 0,025 %C (pada 723 oC), dan hanya 0,008 % di temperatur kamar. Struktur kristal BCC. Kekuatan rendah (± 28 kg/mm2), tetapi keuletan tinggi (sampai 40%), kekerasan kurang dari 90 RB.
5. Perlit : suatu campuran eutektoid dari sementit dan ferrit, berselang-seling, berlapis-lapis. Mengandung 0,8 % C, terbentuk pada 723 oC. Kekuatan tarik 84 kg/mm2, keuletan (elongation) 20 %, kekerasan 95-100 RB atau ± 250-300 BHN.
6. Lower Critical Temperature (Temperature kritis bawah) A1,
temperatur eutektoid. Pada diagram Fe-Fe3C tampak berupa
garis mendatar di temperatur 723 oC. Pada temperatur ini terjadi reaksi eutektoid
7. Upper Critical Temperature (Temperatur kritis atas) A3,
temperatur awal terjadinya perubahan allotropik dari g ke a (pada pendinginan) atau akhir perubahan allotropik dari ferrit (a) ke austenit (g) (pada pemanasan).
8. Garis solvus Acm merupakan batas kelarutan karbon dalam
austenit, di bawah garis ini terjadi pengendapan.
perlit
npendingina sementit ferrit austenit
Diagram Fase Besi – Karbida Besi dengan label nama fase khusus
Liquid
% berat karbonFe1 32,0 654 6,67
1130
200
1400
1200
1000
600
400
800
1535
910
Tem
pe
ratu
r oC
4,30,8
austenit
1496
ferrit
ferritd
ferrit +daustenit
L+ ferrit d
L + austenit
L + sementit
austenit + sementit
ferrit + sementit
austenit+ ledeburit + sementit
ledeburit +sementit
ferrit+
perlit perlit + sementit
perlit+ ledeburit + sementit
ledeburit +sementit
perl
it
lede
burit
B a j a Besi tuang
hypo eutektoid
hyper eutektoid
hypo eutektik
hyper eutektik
Paduan 1Paduan 5Paduan 4
Paduan 3Paduan 2
austenit +sementit
A cm723A1
ferrit + austenitA
3
• Paduan1 (besi tuang eutektik) 4,3 %C1. Pembekuan akan dimulai pada 1130 oC dengan ter-
bentuknya karbida besi, sementit, kadar karbon 6,67. 2. Liquid di sekitar sementit kadar karbonnya turun, <4,3,
karenanya di sebelah sementit terbentuk g (2,0 %C)3. Karbon yang tadinya ada di tempat g didorong ke
liquid disekitar g sehingga kadar karbon dalam liquid tsb naik >4,3 sehingga segera terbentuk lagi sementit
4. Demikian seterusnya akan terjadi secara bergantian sementit-g-sementit-g-sementit-g-…dst sampai semua liquid habis. Ini berlangsung pada temperatur konstan.
5. Diperoleh solid dengan struktur berselang-seling sementit-g-sementit-g-sementit-g-……… bentuk khas dari suatu struktur eutektik, diberi nama Ledeburit
Ledeburit
(seringkali ledeburit tidak lagi tampak, karena reaksi eutektik terjadi pada temperatur cukup tinggi, sehingga austenit pada eutektik cenderung bergabung dengan austenit proeutektik, yang tinggal hanya sementit saja)
Besi tuang hypoeutektik
Liquid
% berat karbonFe 1 32,0 654 6,6
7
723
1130
200
1400
1200
1000
600
400
800
1535
910
Tem
per
atu
r oC
4,30,8
Likuid+ g Likuid +
karbida
eute
ktik
Kurva Pendinginan
Waktu
Tem
pera
tur
Reaksi eutektik
• Paduan 2, baja eutektoid, 0,8 %C1.Pembekuan dimulai pada saat mencapai temperatur
liquidus dengan terbentuknya kristal austenit. Pembekuan berlangsung dengan menurunnya temperatur, makin turun temperatur makin banyak austenit yang terjadi, sampai di solidus pembekuan selesai, seluruhnya menjadi austenit
2.Pada pendinginan selanjutnya tidak terjadi perubahan, tetap austenit,
3.Perubahan baru terjadi pada saat mencapai 723, mulai terjadi reaksi eutektoid. Dari austenit mulai keluar sementit yang diikuti ferrit-sementit-ferrit….
4.Akhirnya diperoleh struktur berselang-seling (lamellar) sementit-ferrit-sementit-ferrit …….dinamakan perlit
Side nucleation
sem
en
tit
sementit
nucleus
a
Edge growth
Liquidpembekuan
austenitReaksi eutektoid
Perlit
W a k t u
Tem
pera
tur
• Paduan 3, baja hipoeutektoid, 0,4 %C1. Pembekuan dimulai pada saat mencapai temperatur
liquidus dengan terbentuknya ferrit d. Pembekuan berlangsung dengan menurunnya temperatur, makin turun temperatur makin banyak ferrit d yang terjadi
2. Sampai di 1496, antara liquid yang masih ada dengan ferrit d yang sudah ada mengalami reaksi peritektik menjadi austenit (setelah reaksi masih ada tersisa likuid, likuid yang masih tersisa akan membeku menjadi austenit pada pendinginan selanjutnya)
3. Setelah seluruhnya menjadi austenit tidak ada perubahan dengan turunnya temperatur, sampai mulai mencapai garis temperatur A3
4. Di A3 austenit mulai bertransformasi (allotropik) menjadi ferrit a dengan mulai membentuk inti ferrit di batas butir austenit
5. Makin turun temperatur makin banyak austenit yang bertransformasi menjadi ferrit, inti2 ferrit tumbuh menjadi butiran yang lebih besar
6. Sampai di temperatur A1 yang adalah temperatur eutektoid, sudah ada (0,8 – 0,4)/(0,8 – 0,0025) bagian ferrit dan masih ada (0,4 – 0,0025)/(0,8 – 0,0025) bgn austenit. Kadar karbon dalam ferrit 0,0025 % dan kadar karbon dalam austenit 0,8 % (= komposisi eutektoid), maka austenit yang tersisa akan mengalami reaksi eutektoid, menjadi perlit
7. Setelah selesai pendinginan struktur akan terdiri dari butiran2 kristal ferrit (pro eutectoid) dan butiran2 kristal perlit
austenit
austenit ferrit
b
c
d
e
austenit
Paduan 2
perlit+
ferrit
austenit+
ferrit
A3
A1
Acm
a
Fe %C0,4
0,8 Hypo eutektoid
T e
m p
e r
a t
u r
T e
m p
e r
a t
u r
W a k t u
perlit
ferrit
Perubahan allotropi g → a
Reaksi eutektoid
• Paduan 4, baja hyper eutektoid, 1 %C1. Pembekuan dimulai pada saat mencapai
temperatur liquidus dengan terbentuknya kristal austenit. Pembekuan berlangsung dengan menurunnya temperatur, makin turun temperatur makin banyak austenit yang terjadi, sampai di solidus pembekuan selesai, seluruhnya menjadi austenit
2. Pada pendinginan berikutnya tidak terjadi perubahan, hanya saja dengan turunnya temperatur kemampuan austenit melarutkan karbon makin berkurang, pada 1130 mampu melarutkan sampai 2,0 %C, pada temperatur di bawah itu akan kurang dari 2 %
3. Pada temperatur Acm yang merupakan garis solvus, austenit tepat jenuh
4. Dengan pendinginan di bawah Acm austenit menjadi larutan lewat jenuh dan akan mulai ada karbon yang harus keluar (mengendap) dari austenit. Karbon yang keluar ini akan keluar sebagai sementit dan mengendap di batas butir austenit
5. Makin turun temperatur makin banyak sementit yang terjadi dan makin rendah kadar karbon dalam austenit. Pada 723 (temperatur eutektoid) kadar karbon dalam austenit tinggal 0,8 %, sehingga austenit yang ada akan mengalami reaksi eutektoid, menjadi perlit
6. Setelah selesai reaksi struktur akan terdiri dari perlit yang dikelilingi oleh sementit (di mikroskop sementit ini tampak seperti jaring, sehingga dinamakan jaringan sementit, cementite network)
austenit
Paduan 4
Baja hipereutektoid
→ %C1,00,8
perlit+
sementit
austenit+
sementitA3
A1
Acm
2,0Fe
austenit
sementit
perlit
a.
b.
c.
d.
perlit
Jaringan sementit
Fe %C
300
900
600
0 0,6 0,8 1,0 1,20,40,2
Keku
ata
n t
ari
k (N
/mm
2)
Keuletan (%
elongation) Kekuatan
Kekerasan 20020
100
300
10
30
BHN% elong.
Pengaruh kadar karbon dalam baja terhadap sifat mekaniknya
• Paduan 5,besi tuang hypoeutektik (3 %C)1. Pembekuan dimulai pada saat mencapai temperatur
liquidus dengan terbentuknya kristal austenit. Pembekuan berlangsung dengan menurunnya temperatur, makin turun temperatur makin banyak austenit yang terjadi
2. Pada awal pembekuan terbentuk austenit dengan kadar karbon yang rendah (tarik garis mendatar dari titik likuidus sampai memotong solidus, ini menunjukkan komposisi solid), makin turun temperatur makin tinggi kadar karbon dalam solid (mengikuti garis solidus), dan dalam likuid (mengikuti garis likuidus)
3. Sampai temperatur 1130 (temperatur eutektik) sudah ada (4,3 – 3,0)/(4,3 – 2) bgn solid dan (3-2)/(4,3-2) bgn likuid
4. Kadar karbon dalam solid 2,0%, dalam likuid 4,3%
5. Selanjutnya sisa likuid mengalami reaksi eutektik pada temperatur konstan, menjadi Ledeburit, setelah selesai pembekuan strukturnya terdiri dari austenit dan ledeburit
6. Pada akhir pembekuan austenit mengandung kadar karbon maksimum, pada pendinginan selanjutnya kelarutan karbon dalam austenit berkurang, dari austenit akan keluar karbon berupa karbida sekunder (sementit sekunder, karena tidak berasal dari likuid)
7. Dengan keluarnya karbon (menjadi karbida) maka pada 723 kadar C dalam austenit tinggal 0,8 % dan akan mengalami reaksi eutektoid, menjadi perlit
8. Pada temperatur kamar strukturnya terdiri dari perlit (berasal dari austenit primer) + ledeburit + sementit sekunder
Liquid
% berat karbonFe 1 32 654 6,67
723
1130
200
1400
1200
1000
600
400
800
1535
910
Tem
per
atu
r oC
4,30,8
Likuid +
austenit
Likuid + sementit
eute
ktik
Eutektik+austenit+ sementit
Eutektik+perlit + sementit
W a k t u
Tem
pera
tur
Fe 1 2,0
200
1400
1200
1000
600
400
800
1535
910
Tem
pera
tur
oC
0,8
austenit
ferrit
d
d+g
L+d
Liquid + austenit
austenit+ sementit
austenit+ ferrit
ferrit+
perlit perlit
+sementi
t
hipoeutektoid
baja
�⃗ %C
Liquid T1
T2
A1TE
(a)
Paduan 2
Paduan 3Eutektoid
hipereutektoi
d
Paduan 4 T1
T2
TE
Tem
pera
tur
oC
W a k t u
Kurva pendinginan Baja Eutektoid
T1Tp
TE
Tem
pera
tur
oC
W a k t u
Kurva pendibginan Baja Hipoeutektoid 0,4 %C
T1
T2
TETem
pera
tur
oC
W a k t u
Kurva pendinginan Baja Hyper eutektoid,1,0 %C