Post on 26-Oct-2015
description
Pert
emua
n ke
Tujuan Ajar/Keluaran/Indikator
Topik (pokok, sub pokok bahasan, alokasi waktu)
Media Ajar
Metode Evaluasi dan Penilaian
Metode Ajar
(STAR)
Aktivitas Mahasiswa
Aktivitas Dosen/Nama
Pengajar Sumber Ajar
Teks
Pres
enta
si
Gam
bar
Aud
io/V
ideo
Soal
-Tug
as
Web
III Mahasiswa dapat menjelaskan sifat dan karakterisasi paduan Besi Karbon pada berbagai persentase karbon dan variasi temperatur.
Diagram Fasa Fe-Fe3C. Pengertian diagram
fasa Penjelasan fasa fasa
pada diagram fasa Menghitung
persentase fasa Waktu: 1x pertemuan @100 menit
√ √ √ √ √ √ a. Writing exam.skor: 0-100(PAN)
b. Tugas: Jelaskan pengaruh perambatan panas terhadap perubahan struktur mikro yang terjadi pada proses pengelasan baja skor: 0-100
TCL, SCL (Microteaching)
1. Menggambar Diagram Fasa Fe-Fe3C
2. Menjelaskan perubahan fasa paduan besi karbon
Menyampaikan materi sesuai bahan ajar. Pengajar: Radhian Krisnaputra
Surdia. T., Saito. S., 1997, Pengetahuan Bahan Teknik
Djapri, S., 1987, Metalurgi Mekanik
Video proses perubahan struktur mikro youtube.com
BAB III. DIAGRAM Fe-Fe3C
PENDAHULUAN
Deskripsi Singkat
Diagram Fasa adalah diagram yang menunjukkan hubungan antara komposisi paduan,
temperatur serta fasa-fasa yang terjadi ketika memadukan dua atau lebih logam dengan
cara mencairkan kemudian membekuan paduan tersebut secara perlahan-lahan.
Kesetimbangan fasa Fe-Fe3C adalah alat penting untuk memahami struktur mikro dan
sifat-sifat baja karbon, suatu jenis logam paduan besi (Fe) dan karbon (C). Perubahan fasa
yang terjadi akibat perubahan temperatur dan pengaruh persentase karbon, akan
mengakibatkan perubahan struktur mikro paduan Fe-C. Dari struktur mikro yang
terbentuk, didapatkan sifat dan karakterisasi bahan teknik.
Pada bab ini, metode pembelajaran yang akan disampaikan adalah Teacher Center
Learning (TCL) pada bagian awal pemahaman, selanjutnya mahasiswa akan diberi tugas
untuk menentukan fasa yang terjadi pada persentase karbon dan temperatur tertentu.
Manfaat
Mahasiswa dapat menjelaskan fasa apa yang terjadi pada keadaan persentase karbon
dan temperatur tertentu, sehingga dapat menentukan sifat dan karakterisasi paduan Fe-C
pada keadaan tersebut.
Relevansi
Dengan pemahaman tentang perubahan fasa yang terjadi pada paduan Fe-C melalui
diagram fasa Fe-Fe3C, mahasiswa dapat menjelaskan struktur mikro yang terbentuk saat
perubahan fasa akibat perubahan temperatur dan persentase karbon, sehingga perubahan
sifat yang akan dipengaruhi oleh perubahan struktur mikro bahan dapat diketahui. Hal ini
sangat berguna pada analisa kegagalan suatu produk ditinjau dari struktur mikro bahan.
Learning Outcomes
1. Mahasiswa dapat menjelaskan sifat dan karakterisasi paduan besi karbon pada
berbagai persentase karbon dan variasi temperatur.
2. Mahasiswa dapat menjelaskan penggolongan besi karbon dan perubahan sifat saat
dilakukan perlakuan panas.
3. Mahasiswa dapat menentukan bahan yang sesuai untuk penggunaan tertentu.
PENYAJIAN
Karbon larut di dalam besi dalam bentuk larutan padat (solid solution) hingga 0,05%
berat pada temperatur ruang. Baja dengan atom karbon terlarut hingga jumlah tersebut
memiliki fasa alpha ferrite pada temperatur ruang. Pada kadar karbon lebih dari 0,05%
akan terbentuk endapan karbon dalam bentuk hard intermetallic stoichiometric compound
(Fe3C) yang dikenal sebagai cementite atau ferro-carbide. Selain larutan padat ferrite
yang dalam kesetimbangan dapat ditemukan pada temperatur ruang terdapat fase-fase
penting lainnya, yaitu ferrite dan austenite.
Logam Fe bersifat polymorphism yaitu memiliki struktur kristal berbeda pada
temperatur berbeda. Pada Fe murni, misalnya, ferrite akan berubah menjadi austenite saat
dipanaskan melewati temperatur 910oC. Pada temperatur yang lebih tinggi, mendekati
1400oC austenite akan kembali berubah menjadi ferrite. Ferrite dalam hal ini memiliki
struktur kristal BCC sedangkan austenite memiliki struktur kristal FCC.
Gambar 7. Diagram Kesetimbangan Fasa Fe-Fe3C
Ferrite
Ferrite adalah fase larutan padat yang memiliki struktur BCC (body centered cubic).
Ferrite dalam keadaan setimbang dapat ditemukan pada temperatur ruang, yaitu ferrite
atau pada temperatur tinggi, yaitu ferrite. Secara umum fase ini bersifat lunak (soft), ulet
(ductile), dan magnetic (magnetic) hingga temperatur tertentu, yaitu Tcurie. Kelarutan
karbon di dalam fase ini relatif lebih kecil dibandingkan dengan kelarutan karbon di
dalam fase larutan padat lain di dalam baja, yaitu fase austenite. Pada temperatur ruang,
kelarutan karbon di dalam ferrite hanyalah sekitar 0,05%.
Berbagai jenis baja dan besi tuang dibuat dengan mengeksploitasi sifat-sifat ferrite.
Baja lembaran berkadar karbon rendah dengan fase tunggal ferrite misalnya, banyak
diproduksi untuk proses pembentukan logam lembaran. Dewasa ini bahkan telah
dikembangkan baja berkadar karbon ultra rendah untuk karakteristik mampu bentuk yang
lebih baik. Kenaikan kadar karbon secara umum akan meningkatkan sifat-sifat mekanik
ferrite sebagaimana telah dibahas sebelumnya. Untuk paduan baja dengan fase tunggal
ferrite, factor lain yang berpengaruh signifikan terhadap sifat-sifat mekanik adalah ukuran
butir.
Austenite
Fase austenite memiliki struktur atom FCC (Face Centered Cubic). Dalam keadaan
setimbang fase austenite ditemukan pada temperatur tinggi. Fase ini bersifat non
magnetik dan ulet pada temperatur tinggi. Kelarutan atom karbon di dalam larutan padat
austenite lebih besar jika dibandingkan dengan kelarutan atom karbon pada fase ferrite.
Secara geometri, dapat dihitung perbandingan besarnya ruang intertisi di dalam fase
austenite (atau kristal FCC) dan fase ferrite (atau kristal BCC). Perbedaan ini dapat
digunakan untuk menjelaskan fenomena transformasi fase pada saat pendinginan
austenite yang berlangsung secara cepat. Selain pada temperatur tinggi, austenite pada
sistem Ferrous dapat pula direkayasa agar stabil pada temperatur ruang. Elemen-elemen
seperti Mangan dan Nickel misalnya dapat menurunkan laju transformasi dari gamma-
austenite menjadi alpha-ferrite. Dalam jumlah tertentu elemen-elemen tersebut akan
menyebabkan austenite stabil pada temperatur ruang. Contoh baja paduan dengan fase
Austenite pada temperatur ruang misalnya adalah Baja Hadfield (12%Mangan) dan Baja
Stainless 18-8 (8%Ni).
Cementite
Cementite atau ferro-carbide dalam sistem paduan berbasis besi adalah stoichiometric
inter-metallic compund Fe3C yang keras (hard) dan getas (brittle). Nama cementite
berasal dari kata caementum yang berarti stone chip atau lempengan batu. Cementite
sebenarnya dapat terurai menjadi bentuk yang lebih stabil yaitu Fe dan C sehingga sering
disebut sebagai fase metastabil. Namun, untuk keperluan praktis, fase ini dapat dianggap
sebagai fase stabil. cementite sangat penting perannya di dalam membentuk sifat-sifat
mekanik akhir baja. cementite dapat berada di dalam sistem besi baja dalam berbagai
bentuk seperti: bentuk bola (sphere), bentuk lembaran (berselang seling dengan alpha-
ferrite), atau partikel-partikel carbide kecil. Bentuk, ukuran, dan distribusi karbon dapat
direkayasa melalui siklus pemanasan dan pendinginan. Jarak rata-rata antar karbida,
dikenal sebagai lintasan ferrite rata-rata (Ferrite Mean Path), adalah parameter penting
yang dapat menjelaskan variasi sifat-sifat besi baja. Variasi sifat luluh baja diketahui
berbanding lurus dengan logaritmik lintasan ferrite rata-rata.
3.1 Reaksi-reaksi Invarian dan Konstituen Mikro Penting
Secara keseluruhan ada tiga reaksi penting di dalam diagram Kesetimbangan Fase Fe-
Fe3C, yaitu: Reaksi Peritectic, Reaksi Eutectic, dan Reaksi Eutectoid sebagaimana
terlihat di dalam diagram kesetimbangan. Untuk sistem Besi Baja, reaksi Eutectoid adalah
reaksi yang sangat penting karena dengan mengontrol Reaksi Eutectoid kita dapat
memperoleh berbagai konstituen mikro atau micro constituent yang diinginkan untuk
mendapatkan sifat-sifat tertentu. Berdasarkan kadar karbonnya, baja dapat pula
diklasifikasikan menjadi (1) baja eutectoid, (2) baja hypoeutectoid, dan (3) baja
hypereutectoid.
Gambar 8. Reaksi-reaksi penting dalam Diagram Fasa
Microstructure: pearlite
- Lamellar eutectoid product
alternates plates of α + Fe3C
- Two phases grow simultaneously
Gambar 9 Contoh perhitungan jumlah fasa dalam Sistem Fe-Fe3C
Sistem penamaan yang telah dikenal luas adalah sistem AISI-SAE yang menggunakan
4-5 Angka. Dua angka pertama menunjukkan elemen-elemen paduan utama (Major
Alloying Elements) dan Dua atau Tiga angka sisanya menunjukkan prosentase karbon
dalam per seratus persen.
Contoh
Baja dengan nama AISI-SAE 1080 misalnya, adalah jenis baja karbon (plain carbon
steel) dengan kadar karbon 0.8%. Contoh dari baja jenis ini adalah baja kawat piano.
Kawat piano memiliki struktur pearlite seluruhnya dan kekuatannya yang tinggi terutama
diperoleh dari proses pengerjaan dingin pada proses produksinya.
Aktivitas
Diskusi kelompok mengenai aplikasi bagian mesin yang mengalami perubahan fasa
yang terjadi pada berbagai variasi persentase karbon dan perubahan temperatur yang
dialami.
Ilustrasi
Mahasiswa dituntut untuk melihat proses pengerjaan bahan yang mengalami
peningkatan temperatur sangat tinggi, sehingga dimungkinkan terjadi perubahan struktur
seperti, proses pengelasan baja. Proses ini dapat diakses di youtube.com.
Rangkuman
Diagram kesetimbangan fasa Fe-Fe3C menjelaskan perubahan fasa yang dialami
paduan besi karbon yang akan menyebabkan perubahan struktur mikro dan diikuti
perubahan sifat bahan. Secara keseluruhan ada tiga reaksi penting di dalam diagram
Kesetimbangan Fase Fe-Fe3C, yaitu: Reaksi Peritectic, Reaksi Eutectic, dan Reaksi
Eutectoid sebagaimana terlihat di dalam diagram kesetimbangan. Untuk sistem Besi Baja,
reaksi Eutectoid adalah reaksi yang sangat penting karena dengan mengontrol Reaksi
Eutectoid kita dapat memperoleh berbagai konstituen mikro atau micro constituent yang
diinginkan untuk mendapatkan sifat-sifat tertentu. Berdasarkan kadar karbonnya, baja
dapat pula diklasifikasikan menjadi (1) baja eutectoid, (2) baja hypoeutectoid, dan (3)
baja hypereutectoid.
Petunjuk Penilaian dan Umpan Balik
Nilai maksimal penyelesaian tes formatif adalah 100, sehingga tiap soal memiliki
bobot 100/n (n adalah jumlah soal). Dari nilai pengerjaan tes formatif, tingkat serapan
materi ajar oleh mahasiswa dapat diukur. Hasil ukuran tersebut akan digunakan sebagai
evaluasi pembelajaran materi berikutnya.
Tindak Lanjut
Kompetensi mahasiswa diharapkan dapat diukur dari nilai pengerjaan tugas, latihan
dan tes formatif. Bagi mahasiswa yang memiliki nilai dibawah 40, dianggap belum
memenuhi kompetensi, dan diharuskan melakukan ujian ulang.