Diagram Fasa Fe-Fe3C

Diagram 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).

diagram fasa Fe-Fe3C juga merupakan dasar pembuatan baja dan besi cor dalam

pembuatan logam. Karbon larut didalam besi dalam bentuk larutan padat(solid solution)

hingga 0,05% berat pada temperature ruangan. Pada kadar karbon lebih dari 0,055 akan

terbentuk endapan karbon dalam bentuk hard intermetallic stoichiomater

compound(Fe3C)yang lebih dikenal sebagai cementi atau karbid.

Keterangan diagram Fe-Fe3C :

0,008%C : batas kelarutan minimum karbon pada ferit pada temperature kamar

0,025%C : batas kelarutan maksimum karbon pada ferit padatemperatur 723oC

0,083%C : titik eutectoid

2%C : batas kelarutan pada besi delta pada temperature 1130oC

4,3%C : titik eutectoid

18%C : batas kelarutan pada besi delta pada temperature 1439oC

Garis A0 :garis temperature dimana terjadi transformasi magnetic dari sementit

Garis A1 : garis temperature dimana terjadi austenite (gamma) menjadi ferrit dalam

pendinginan

Garis A2 : garis termperatur dimana terjadi transformasi magnetic pada ferit

Garis A3 : garis temperature dimana terjadi perubahan ferit menjadi austenite(gamma)

pada pemanasan

Garis A : garis yang menunjukan kandungan karbon dan transformasi baja hypoeutectoid

Garis E : garis yang menunjukan transformasi baja eutectoid

Garis B : garis yang menunjukkan kandungan karbon dari baja transformasi baja

hypoeutectoid

Garis liquidus: garis yang menunjukan awal dari proses pendinginan(pembekuan)

Garis solidus: garis yang menunjukan batas antara austenite solid dan austenite liquid.

Transformasi pada diagram fasa Fe-Fe3C

Diagram 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).

diagram fasa Fe-Fe3C juga merupakan dasar pembuatan baja dan besi cor dalam

pembuatan logam. Karbon larut didalam besi dalam bentuk larutan padat(solid solution)

hingga 0,05% berat pada temperature ruangan. Pada kadar karbon lebih dari 0,055 akan

terbentuk endapan karbon dalam bentuk hard intermetallic stoichiomater

compound(Fe3C)yang lebih dikenal sebagai cementi atau karbid. Dari diagram fasa tersebut

dapat diperoleh informasi-informasi penting lain antara lain:

1. Fasa yang terjadi pada komposisi dan temperature yang berbeda dengan pendinginan

lambat.

2. Temperature pembekuan dan daerah daerah pembekuan paduan Fe-C bisa dilakukan

pendinginan lambat

3. Temperature cair masing-masing paduan

4. Batas-batas kelarutan atau atau batas kesetimbangan dari unsur karbon fasa tertentu.

5. Reaksi – reaksi metalurgi yang terbentuk.

Besi merupakan salah satu logam yang memiliki sifat allotropi, sifat allotropi dimiliki

besi sendiri ada 3 yaitu:

1. Delta iron(δ)mampu melarutkan karbon max 0,1% pada 1500oC

2. Gamma iron(γ)mampu melarutkan karbon max 2% pada 1130oC

3. Alpha iron(α) mampu melarutkan karbon max 0,025% pada 723oC

Transformasi allotropic pada besi, Fe(δ), Fe(γ) dan Fe(α) terjadi secara difusi sehingga

membutuhkan waktu tertentu pada temperature konstan Karena reaksi mengeluarkan

panas laten.

Transformasi Baja

Trasformasi baja hypoeutectoid (<0.8% C)

Pada baja jenis ini apabila suhu dinaikan maka akan menjadi austenite lalu bila didinginkan

lagi maka kosentrasi akan semakin jenuh . jadihasil akhir dari pendinginan transformasi baja

hypoeutectoid adalah ferite dan pearlite dengan matrix α Ferrite.

Transformasi baja eutectoid

Pada baja jenis ini besi ferrite dapat berubah menjadi austerit pada suhu terendah yaitu 723

o C-1333oC. Fase ferrite setelah dinaikan suhunya dapat berubah fase menjadi ferit dan

menjadi perlit bila didinginkan . jadi hasil akhir dari pendinginingan transformasi baja

eutectoid adalah perlit.

Transformasi baja hypereutectoid (>0.8% C)

Pada transformasi ini batas butir yang terbentuk apabila diinginkan adalah cemeutites

semakin dingin maka kosentrasi dibatas butir semakin bertambah dan bila dibawah suhu

austenite maka terbentuk pula perlite. Sehingga hasil akhir dari pendinginan transformasi

baja hypoercelitectoid adalah pearlite dengan matrix cementite.

Transformasi pada Besi Tuang/Besi Cor

Diagram Besi Cor – Besi Cor Kelabu menurut Maurer

Secara umum proses pembekuan dari besi cor dengan kandungan C antara 2%

sampai 4% adalah sebagai berikut: Dari cairan (kemungkinan pada saat ini telah terdapat

inti-inti grafit) akan terbentuk kristal g-primer yang dengan demikian konsntrasi C didalam

sisa cairan akan meningkat menuju kekomposisi eutektik. Sisa cairan kemudian akan

tertransformasi secara eutektik menjadi ledeburit dan sejumlah grafit.

Pada pendinginan selanjutnya sementit pada ledeburit akan tertransformasi menjadi

austenit dan grafit dan untuk selanjutnya grafi-grafit akan tersegregasi keluar dari austenit

(serpanjang garis E’S’ diagram biner Besi-Karbon). Grafit-grafit sekunder ini terbentuk

menempel pada grafit primer yang oleh karenanya tumbuh semakin besar.

Akhirnya, pada pendinginan stadium 3, terjadilah transformasi eutektoid dimana

kristal g (austenit) akan berubah menjadi perlit. Ketika pendinginan berlanjut (temperatur

sesaat setelah 720 oC), sebagian dari perlit juga akan terurai menjadi ferit dan grafit yang

sebagaimana grafit terdahulu tumbuh menempel pada grafit-grafit yang telah ada, sehingga

akhirnya ferit yang terbentuk akan selalu berada disekitar grafit (awan ferit).

Hal yang sangat penting sehubungan dengan struktur dasar (matriks) besi cor adalah

pengaruh unsur Si terhadap besikarbida (Fe3C), dimana Si akan mengakibatkan besikarbida

terurai menjadi besisilikat dan karbon (grafit) sebagaimana reaksi berikut:

Fe3C + Si –> Fe3Si + C

Kandungan Si yang tinggi memiliki pengaruh yang mirip dengan kandungan C yang dinaikkan

serta mengakibatkan perlambatan laju pendinginan sehingga mengarah ke sistim stabil Besi-

Grafit.

Transformasi pada Besi Tuang Kelabu

Pada dasarnya semua produk cor logam sesnsitif terhadap ketebalan dinding prosuk.

Senakin tebal produk maka kecepatan solidufikasi (pembekuan) menjadi lembih lambat. Hal

ini akan berakibat membesarnya ukuran butiran serta menurunkan kekuatan tarik. Besi cor

kelabu memiliki sensitifitas terhadap ketebalan yang paling tinggi dibanding bahan cor

lainnya. Pada besi cor kelabu hipoeutektik, awal pembekuan terjadi ketika terbentuknya

dendrit-dendrit austenit, yaitu pada saat suhu cairan menurun dan melewati suhu liquidus.

Kandungan C dalam sisa cairan akan meningkat terus hingga mencapai komposisi

eutektiknya (CE = 4.3%) yaitu pada suhu sekitar 1150 oC tergantung pada kandungan Si.

Pada saat inilah terjadi pertumbuhan grafit lamelar dan austenit secara berbarengan

(transformasi eutektik) hingga akhirnya seluruh sisa cairan menjadi beku (solid).

Jumlah deposit dari austenit-grafit tegantung dari jumlah inti pembekuan yang

terjadi. Selama pembekuan (pertumbuhan sel-sel eutektik), unsur P terdorong kebatas-

batas butiran dan membentuk steadit pada suhu sekitar 980 oC. Keberadaan steadit pada

batas butiran mengisi ruang-ruang yang semestinya dapat diisi oleh pertumbuhan grafit.

Ukuran dari sel-sel eutektik sangat tergantung dari tingkat pengintian dan laju pembekuan,

yaitu berkisar antara 500 sampai dengan 25000 sel pe inch persegi.

Oleh karena densitas grafit jauh lebih rendah dari besi, maka penyusutan normal

hanya terjadi ketika pendinginan berlangsung dari sejak suhu liquidus hingga mencapai suhu

solidus. Untuk selanjutnya, pada saat terjadi transformasi eutektik, sel-sel eutektik yang

mengandung grafit tumbuh. Pertumbuhan (grafit) ini mengkompensasi penyusutan

sehingga (tergantung dari jumlah sel-sel eutektik) penyusutan akan berkurang atau bahkan

justru memuai. Pada grade besi cor kelabu tertentu, pemuaian terjadi sedemikian besarnya

sehingga mampu menutup rongga-rongga shrinkage yang terjadi selama solidifikasi.

Tugas Ilmu Logam

Diagram Kesetimbangan Besi Karbida dan Transformasinya

oleh:

Rama Sanjaya

100401067

Universitas Sumatera Utara

2014