Diagram Fasa

Wahyono Suprapto

Konversi persen berat ke persen atomic

•Buat daftar tiap unsure dalam senyawa, bagi persen berat unsure dengan berat atom. Untuk setiap unsure diperoleh nilai m. •Jumlahkan nilai m semua unsure, diperoleh nilai mtotal. •Nilai m tiap unsure, dibagi dengan mtotal, dihasilkan a. •Kalikan nilai a dengan 100 dihasilkan nilai persen atomic, untuk tiap unsur dalam senyawa.

Hitung %atomik dari material magnet permanen samarium-based dalam persen berat 34% Sm dan 66% Co. •Tentukan berat atom tiap unsur, Sm – 150.35 and Co – 58.99. •Cari niilai munsur, diperoleh; m(Sm) = 0.23 and m(Co) = 1.12. •Jumlah nilai munsur, diperoleh nilai mtotal 1.35

•Dari tahap 3, diperoleh hasil a(Sm) = 0.17 dan a(Co) = 0.83. •Hasil akhir adalah persen atomic 17% Sm dan 83% Co.

Konversi persen atomic ke persen berat, tahapan yang dilakukan adalah : •Buat daftar tiap unsur, kalikan persen atomic unsure dengan berat atomic (dari table periodic) sehingga diperoleh nilai p. •Jumlahkan nilai dan diperoleh nilai ptotal

•Setiap nilai p, dibagi dengan ptotal, diperooleh w

•Kalikan nilai w dengan 100 dihasilkan nilai persen berat untuk setiap unsur

Hitung %berat material magnet permanen paduan basis-neodymium bila persentase atomiknya 15% Nd, 77% Fe and 8% B. Tentukan berat atom masing-masing unsur; Nd – 144.24, Fe – 55.85 and B – 10.81. Dapatkan nilai p = %atomik × BA untuk setiap unsure; p(Nd) = 2163.60, p(Fe) = 4300.07 and p(B) = 86.49. Jumlahkan nilai p ; p(total) = 6550.15. Bandingkan nilai p tiap unsure dengan p(total) diperoleh; w(Nd) = 0.33, w(Fe) = 0.66 and w(B) = 0.01. Jadi %berat unsur adalah 33% Nd, 66% Fe and 1% B.

Fe3C (stoikiometric 3Fe-C)

•Tentukan berat atom tiap unsure; Fe – 55.85 dan C – 12.01.

•Hitung nilai r; r(Fe) = 167.55 dan r(C) = 12.01 maka rtotal = 179.56

•Hitung niilai w; w(Fe) = 0.93 dan w(B) = 0.07.

•Jadi persen berat unsur adalah 93.3% Fe dan 6.7% C.

Fasa merupakan keadaan materi yang seragam di seluruh bagiannya, tidak hanya dalam komposisi kimianya tetapi juga dalam keadaan fisiknya. Contohnya: dalam sistem terdapat fasa padat, fasa cair dan fasa gas. Banyaknya fasa dalam sistem diberi notasi P. Gas atau campuran gas adalah fasa tunggal ; Kristal adalah fasa tunggal dan dua cairan yang dapat bercampur secara total membentuk fasa tunggal. Campuran dua logam adalah sistem dua fasa (P=2), jika logam – logam itu tidak dapat bercampur, tetapi merupakan sistem satu fasa (P=1), jika logam-logamnya dapat dicampur.

Secara termodinamika kimia, J.W Gibbs menarik kesimpulan tentang aturan fasa (Hukum Fasa Gibbs) menyatakan jumlah terkecil perubahan bebas yang diperlukan untuk menyatakan keadaan suatu sistem dengan tepat pada kesetimbangan diungkapkan : V = C – P + 2 Dengan ; V = jumlah derajat kebebasan, C = jumlah komponen, P = jumlah fasa Kesetimbangan dipengaruhi oleh suhu, tekanan, dan komposisi sistem. Jumlah derajat kebebasan untuk sistem tiga komponen pada suhu dan tekanan tetap dapat dinyatakan sebagai : V = 3 – P

Cara terbaik untuk menggambarkan sistem tiga komponen adalah dengan mendapatkan suatu kertas grafik segitiga. Konsentrasi dapat dinyatakan dengan istilah persen berat atau fraksi mol. Fraksi mol tiga komponen dari sistem terner (C = 3) sesuai dengan: XA + XB + XC = 1. Diagram fasa yang digambarkan segitiga sama sisi, menjamin dipenuhinya sifat ini secara otomatis, sebab jumlah jarak ke sebuah titik di dalam segitiga sama sisi yang diukur sejajar denga sisi-sisinya sama dengan panjang sisi segitiga itu, yang dapat diambil sebagai satuan panjang. Puncak – puncak dihubungi ke titik tengah dari sisi yang berlawanan yaitu : Aa, Bb, Cc. Titik nol mulai dari titik a,b,c dan A,B,C menyatakan komposisi adalah 100% atau 1, jadi garis Aa, Bb, Cc merupakan konsentrasi A,B,C merupakan konsentrasi A,B,C.

Ferrite. A solid solution, it's stable at room temperature and capable of containing up to only 0.008 percent carbon at 70 degrees F. Magnetic ferrite is sometimes called alpha iron, not to be confused with the silver-rich alpha phase in the silver-copper phase diagram. Cementite. This iron-carbon crystalline compound is also called iron carbide. Cementite contains 6.67 to 6.69 percent carbon and can combine with ferrite to form pearlite. Austenite. Also known as gamma iron, austenite is the FCC form of steel and is capable of dissolving almost 2.0 percent carbon. While austenite is never stable in carbon steel at less than 727 degrees F, additional alloys can make it stable at room temperature. Nonmagnetic and easily work-hardened, austenite is both strong and ductile. Pearlite. When thin, alternating layers of cementite and ferrite combine, you have pearlite, and it's what austenite transforms to when it's cooled slowly. Pearlite is always 0.77 percent carbon, and it usually makes steel more ductile. Bainite. Hard with low ductility, bainite is a combination of fine carbon needles in a ferrite matrix. It results when austenite is cooled at a rate lower than what's needed to form martensite. Martensite. If you take a piece of red-hot steel and quench it in ice water, what you end up with is usually a lot of martensite. Here's why: Martensite results when austenite is quickly cooled to the temperature at which it forms a body-centered tetragonal crystalline structure. If the carbon can't precipitate out of this shear type of structure, which is true for most common steels, it becomes trapped in the body-centered tetragonal lattice—martensite.

Figure, TTT diagram for isothermal transformation of steel W 1 (1% C) A = austenite, B = bainite, Ms = start of martensite transformation, M50 = 50% M, P = pearlite

1. Quenching in a liquid bath at 700°C; holding time 4 min. During this interval the C has separated out, partly as pearlite lamellae and partly as spheroidized cementite. Hardness 225 HV.

2. Quenching to 575°C, holding time 4 s. A very fine, closely spaced pearlite as well as some bainite has formed. Note that the amount of spheroidized cementite is much less than in the preceding case. Hardness 380 HV.

3. Quenching to 450°C, holding time 60 s. The structure consists mainly of bainite. Hardness 410 HV.

4. Quenching to 20°C (room temperature). The matrix consists of, roughly, 93% martensite and 7% retained austenite. There is some 5% cementite as well which has not been included in the matrix figure. Hardness 850 HV.