DIAGRAM FASA - 6623

12
TIN107 - Material Teknik #7 - Diagram Fasa 6623 - Taufiqur Rachman 1 Diagram Fasa Logam lebih banyak dalam keadaan dipadu (logam paduan) Pemaduan logam membuat struktur dalam keadaan setimbang pada temperatur dan tekanan tertentu Pemaduan logam akan memperbaiki sifat logam, a.l.: kekuatan, keuletan, kekerasan, ketahanan korosi, ketahanan aus, ketahanan lelah, dll Umumnya logam tidak berdiri sendiri (tidak dalam keadaan murni Latar Belakang Kemurnian Sifat Paduan Struktur LOGAM TIN107 - Material Teknik (Materi #7) 2 6623 - Taufiqur Rachman

Transcript of DIAGRAM FASA - 6623

Page 1: DIAGRAM FASA - 6623

TIN107 - Material Teknik #7 - Diagram Fasa

6623 - Taufiqur Rachman 1

Diagram Fasa

Logam lebih banyak dalam keadaan dipadu (logam

paduan)

Pemaduan logam membuat struktur dalam keadaan setimbang pada temperatur dan tekanan tertentu

Pemaduan logam akan memperbaiki sifat logam, a.l.: kekuatan, keuletan, kekerasan, ketahanan korosi, ketahanan aus, ketahanan lelah, dll

Umumnya logam tidak berdiri sendiri

(tidak dalam keadaan murni

Latar Belakang

Kemurnian Sifat

Paduan Struktur

LOGAM

TIN107 - Material Teknik (Materi #7) 26623 - Taufiqur Rachman

Page 2: DIAGRAM FASA - 6623

TIN107 - Material Teknik #7 - Diagram Fasa

6623 - Taufiqur Rachman 2

Definisi

• Fasa pada suatu material didasarkan atas daerah yang berbeda dalamstruktur atau komposisi dari daerah lainnya.

• Fasa ⟹ bagian homogen dari suatu sistem yang memiliki sifat fisik dankimia yang seragam.

• Untuk mempelajari paduan dibuatlah kurva yang menghubungkanantara fasa, komposisi dan temperatur.

• Diagram fasa adalah suatu grafik yang merupakan representasi tentangfasa-fasa yang ada dalam suatu material pada variasi temperatur,tekanan dan komposisi.

• Pada umumnya diagram fasa dibangun pada keadaan kesetimbangan(kondisinya adalah pendinginan yang sangat lambat). Diagram inidipakai untuk mengetahui dan memprediksi banyak aspek terhadapsifat material.

TIN107 - Material Teknik (Materi #7) 36623 - Taufiqur Rachman

Informasi Diagram Fasa

Informasi penting yang dapat diperoleh dari diagram fasa adalah:

1. Memperlihatkan fasa-fasa yang terjadi pada perbedaankomposisi dan temperatur dibawah kondisi pendinginan yangsangat lambat.

2. Mengindikasikan kesetimbangan kelarutan padat satu unsuratau senyawa pada unsur lain.

3. Mengindikasikan pengaruh temperatur dimana suatu paduandibawah kondisi kesetimbangan mulai membeku dan padarentang temperatur tertentu pembekuan terjadi.

4. Mengindikasikan temperatur dimana perbedaan fasa-fasamulai mencair.

TIN107 - Material Teknik (Materi #7) 46623 - Taufiqur Rachman

Page 3: DIAGRAM FASA - 6623

TIN107 - Material Teknik #7 - Diagram Fasa

6623 - Taufiqur Rachman 3

Jenis Pemaduan

Contoh: Cu + Zn; Cu + Al; Cu + Sn

Unsur Logam Unsur Logam

Contoh: Fe + C

Unsur Logam Unsur Non Logam

TIN107 - Material Teknik (Materi #7) 56623 - Taufiqur Rachman

Air

Gula

Sirup Jenuh

Kelebihan Gula

Contoh Pemaduan

Minyak

Air

Alkohol

Larutan

Air

Pemaduan terjadi akibat adanya susunan atom sejenis ataupun adadistribusi atom yang lain pada susunan atom lainnya.

TIN107 - Material Teknik (Materi #7) 66623 - Taufiqur Rachman

Page 4: DIAGRAM FASA - 6623

TIN107 - Material Teknik #7 - Diagram Fasa

6623 - Taufiqur Rachman 4

Jenis Larutan Padat (Berdasarkan Posisi Atom)

1. Larutan padat substitusi

Adanya atom-atom terlarutyang menempati kedudukan

atom-atom pelarut.

2. Larutan padat interstisi

Adanya atom-atom terlarutyang menempati rongga-

rongga diantara kedudukanatom/sel.

FeC

TIN107 - Material Teknik (Materi #7) 76623 - Taufiqur Rachman

Cu

Ni

Faktor Kelarutan Padat (Hume-Rothery)

1. Faktor geometri (diameter atom dan bentuk sel satuan),mempengaruhi terbentuknya jenis kelarutan ditentukan oleh.

Contoh:

• Jika A dan B memiliki sel satuan sama, maka:

A + B ⇛ C ⤳ kelarutan yang tersusun disebut kelarutansempurna, dimana sifat C sifat A atau B.

• Jika A dan B memiliki sel satuan yang berbeda, maka:

a) A + B ⇛ A’ (dimana A yang dominan)

⇛ B’ (dimana B yang dominan)

⤳ kelarutan yang tersusun disebut larut sebagian

b) A + B ⇛ A + B (tidak larut)

TIN107 - Material Teknik (Materi #7) 86623 - Taufiqur Rachman

Page 5: DIAGRAM FASA - 6623

TIN107 - Material Teknik #7 - Diagram Fasa

6623 - Taufiqur Rachman 5

Faktor Kelarutan Padat (Hume-Rothery) cont’d

2. Faktor diameter atom, menetntukan jenis larutan padat(substitusi/interstisi).

• Larutan padat substitusi, perbedaan diameter atom yanglarut <15% dibandingkan atom pelarut.

• Larutan padat interstisi, perbedaan diameter atom yanglarut >15% dibandingkan atom pelarut.

3. Stabilitas hasil percampuran

Ditandai oleh keelektronegatifan dan keelektropositifan, makinbesar perbedaannya maka makin stabil, tetapi jika terlalu besarperbedaannya yang terjadi bukan larutan, melainkan senyawa(compound).

TIN107 - Material Teknik (Materi #7) 96623 - Taufiqur Rachman

Pembentukan Diagram Fasa

Memvariasikan komposisi kedua unsur (0 − 100%)

Dipanaskan hingga mencair

Didinginkan dengan lambat

Kurva Pendinginan

Perubahan komposisi akan merubah pola darikurva pendinginan.

• Titik A, L1, L2, L3 dan C ⤳ awal terjadinyapembekuan, dan

• Titik B, S1, S2, S3 dan D ⤳ akhir pembekuan.

TIN107 - Material Teknik (Materi #7) 106623 - Taufiqur Rachman

Page 6: DIAGRAM FASA - 6623

TIN107 - Material Teknik #7 - Diagram Fasa

6623 - Taufiqur Rachman 6

Garis Pada Diagram Fasa

Gbr. diagram kesetimbangan fasa Cu-Ni

Garis LiquidusMenunjukkan temperatur

terendah dimana logam dalamkeadaan cair atau temperatur

dimana awal terjadinyapembekuan dari kondisi cairakibat proses pendinginan.

Garis SolidusMenunjukkan temperatur

tertinggi suatu logam dalamkeadaan padat atau temperatur

terendah dimana masih terdapatfasa cair.

TIN107 - Material Teknik (Materi #7) 116623 - Taufiqur Rachman

Solubility Limit

Gbr. Kelarutan dari Gula (C12H22O11) di dalam air (sirup).

Solubility LimitMenunjukkan

konsentrasi maksimum pada

sebuah fasa larutan, yang

menyatakan bataskelarutan

maksimum unsurterlarut didalampelarutnya atau

dapat juga disebut

maximum solubility limit.

TIN107 - Material Teknik (Materi #7) 126623 - Taufiqur Rachman

Page 7: DIAGRAM FASA - 6623

TIN107 - Material Teknik #7 - Diagram Fasa

6623 - Taufiqur Rachman 7

Contoh Solubility LimitDari diagram fasa sistem air (sirup) dan gula di samping.

Pertanyaan:

Berapa solubility limit (batas kelarutan) pada temperatur 20℃ ???

Jawaban :

Gula 65 wt%65

Jika Co < Gula 65 wt% : Sirup

Jika Co > Gula 65 wt% : Sirup + Gula

⇛ Solubility limit bertambah bersama dengan peningkatan Temperatur (T):mis., jika T = 100°C, maka solubility limit = Gula 80 wt%

Diagram Fasa Gula/Air

Gula

Tem

per

atu

re (

°C)

0 20 40 60 80 100C = Composition (Gula wt%)

L(Larutan cair,

mis: sirup)

SolubilityLimit L

(Cair)+S

(Gula padat)

20

40

60

80

100

Air

TIN107 - Material Teknik (Materi #7) 136623 - Taufiqur Rachman

Pengaruh Temperatur (T) & Komposisi (Co)

• Perubahan T dapat merubah jumlah fasa : komponen A ke B

• Perubahan Co dapat merubah jumlah fasa : komponen B ke D

Co (%wt) Ni20 40 60 80 1000

1000

1100

1200

1300

1400

1500

1600

T(°

C)

L(liquid)

a

(FCC solid solution)

liquidus solidus

Cu

Sistem Cu-Ni

B D

A

TIN107 - Material Teknik (Materi #7) 146623 - Taufiqur Rachman

Page 8: DIAGRAM FASA - 6623

TIN107 - Material Teknik #7 - Diagram Fasa

6623 - Taufiqur Rachman 8

Kurva Pendinginan Logam(1) Pemanasan logam hingga titik Ta;

(2) Pendinginan logam dari titik a – b;

(3) Di titik b, logam mulai mengendapmenjadi larutan;

(4) Di titik c, logam menjadi padat; garis horisontal lurus kurva dari bke c menunjukkan suhu konstan (Tb-c ), karena energi panas yang diserap dalam perubahan dari cair ke padat;

(5) Logam padat didinginkan kembali dari c ke d dan temperatur mulai turun kembali

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

TIN107 - Material Teknik (Materi #7) 156623 - Taufiqur Rachman

Kurva Pendinginan Besi

Kurva Pendinginan Bentuk Allotropic

TIN107 - Material Teknik (Materi #7) 166623 - Taufiqur Rachman

Page 9: DIAGRAM FASA - 6623

TIN107 - Material Teknik #7 - Diagram Fasa

6623 - Taufiqur Rachman 9

Kurva Pendinginan Logam Paduan

TIN107 - Material Teknik (Materi #7) 176623 - Taufiqur Rachman

Klasifikasi Diagram Fasa

1. Larut sempurna dalam keadaan cair dan padat.

2. Larut sempurna dalam keadaan cair, tidak larut dalam keadaanpadat (reaksi eutektik).

3. Larut sempurna dalam keadaan cair, larut sebagian dalamkeadaan padat (reaksi eutektik).

4. Larut sempurna dalam keadaan cair, larut sebagian dalamkeadaan padat (reaksi peritektik).

5. Larut sempurna dalam keadaan cair, tidak larut dalam keadaanpadat dan membentuk senyawa.

6. Larut sebagian dalam keadaan cair (reaksi monotektik).

7. Tidak larut dalam keadaan cair maupun padat.

TIN107 - Material Teknik (Materi #7) 186623 - Taufiqur Rachman

Page 10: DIAGRAM FASA - 6623

TIN107 - Material Teknik #7 - Diagram Fasa

6623 - Taufiqur Rachman 10

Aturan Penentuan Jumlah & Tipe Fasa(The Lever Arm Rules/Aturan Kaidah Lengan) ①

1) Aturan 1: jika diketahui T& Co, maka akan diketahuijumlah dan jenis fasa.

Contoh : Diagram Fasa Cu-Ni

A

(1100, 60):

1 Fasa:

α

B

(1250, 35):

2 Fasa:

L + α

%wt NiCu

T (℃)

TIN107 - Material Teknik (Materi #7) 196623 - Taufiqur Rachman

Aturan Penentuan Jumlah & Tipe Fasa(The Lever Arm Rules/Aturan Kaidah Lengan) ②

2) Aturan 2: jika diketahui T& Co, maka akan diketahuikomposisi dari fasa.

Contoh : Diagram Fasa Cu-Ni

%wt NiCu

T (℃)

CL C0 Cα

• Hanya cair/ liquid (L)• CL = C0 = 35 %wt Ni

Pada TA:1320 ℃

• Hanya padat/ solid (a)

• Ca = C0 = 35 %wt NiPada TD:1190 ℃

• Keduanyaa dan L• CL = CLiquidus = 32 wt%Ni

• Ca = CSolidus = 43 wt%Ni

Pada TB:1250 ℃

Pada C0 = 35 %wt Ni

TIN107 - Material Teknik (Materi #7) 206623 - Taufiqur Rachman

Page 11: DIAGRAM FASA - 6623

TIN107 - Material Teknik #7 - Diagram Fasa

6623 - Taufiqur Rachman 11

Aturan Penentuan Jumlah & Tipe Fasa(The Lever Arm Rules/Aturan Kaidah Lengan) ③

3) Aturan 3: jika diketahui T& Co, maka akan diketahuijumlah setiap fasa (=%wt)

Contoh : Diagram Fasa Cu-Ni

%wt NiCu

T (℃)

CL C0 Cα

• Hanya cair/ liquid (L)

• WL = 100 %wt ; Wa = 0Pada TA:

• Hanya padat/ solid (a)

• WL = 0 ; Wa = 100 %wtPada TD:

• Keduanyaa dan LPada TB:

Pada C0 = 35 %wt Ni

TIN107 - Material Teknik (Materi #7) 216623 - Taufiqur Rachman

Aturan Penentuan Jumlah & Tipe Fasa(The Lever Arm Rules/Aturan Kaidah Lengan) ③1

Untuk WL :

Untuk Wα :

%wt 73100% 3243

3543 100%

CC

CC

LW

%wt 2100% 3243

33 100%

CC

CC

L0 725

W

a

TIN107 - Material Teknik (Materi #7) 226623 - Taufiqur Rachman

Page 12: DIAGRAM FASA - 6623

TIN107 - Material Teknik #7 - Diagram Fasa

6623 - Taufiqur Rachman 12

The Lever Arm Rules/Aturan Kaidah Lengan

• Untuk menghitung persentasefasa-fasa yang ada pada komposisitertentu, digunakan metodakaidah lengan.

• x adalah komposisi paduan yangakan dihitung persentase fasa-fasanya pada temperatur T, makatarik garis yang memotong bataskelarutannya (garis L-S).

• Jika x = wo ; L = wl dan S = ws

maka % fasa cair dan padat :

%100xww

wwL

ls

os

%100x

ww

wwS

ls

lo

TIN107 - Material Teknik (Materi #7) 236623 - Taufiqur Rachman

Referensi

• http://www.csun.edu

• http://web.utk.edu

• http://www.virginia.edu

TIN107 - Material Teknik (Materi #7) 246623 - Taufiqur Rachman