Diagram Fase Fe-Fe3 C

a. Transformasi pada diagram fase Fe-Fe3 C

Dalam besi cair karbon dapat larut, tetapi dalam keadaan padatkelarutan

karbon dalam besi akan terbatas. Selain sebagai larutan padat,besi, dan karbon

juga dapat membentuk senyawa interstitial, eutectid dan juga eutectoid atau

mungkin karbon terpisah menjadi grafit.Banyak diagram yang menerangkan

keseimbangan untuk baja karbon,tetapi yang paling kompleks adalah diagram

keseimbangan Fe-Fe3 C.

Diagram fase Fe-Fe3 C adalah diagram yang menampilkan hubungan antara

temperatur dimana terjadi perubahan fasa selama proses pendinginan lambat dan

pemanasan lambat dengan kandungan karbon (%C).

Gambar 1.30 Diagram fase Fe-Fe3 CSumber : Anonymous 25 : 2011

Transformasi Baja Eutectoid (0,8%)

Transformasi yang dibahas adalah transformasi yang terjadi pada kondisi

equilibrium.Untuk pembahasan ini digunakan diagram fase Fe-Fe3 C. Baja

eutectoid, paduan besi - karbon dengan kadar karbon, C = 0,8% adalah paduan

dengan komposisi eutectoid. Pada temperatur di atas garis liquidus berupa larutan

cair (liquid).Bila temperatur diturunkan secara perlahan, pada saat mencapaigaris

liquidus (di titik 1) akan mulai terbentuk inti austeniteyang selanjutnya akan

tumbuh menjadi dendrite austenite. Pembekuan selesai di titik 2 (pada garis

solidus). Seluruhnya sudah menjadi austenite. Pada pendinginan selanjutnya tidak

terjadi perubahan hingga temperatur mencapai titik 3, di garis A1 , temperatur

kritis bawah. Di sini austenite yang mempunyai komposisi eutectoid ini akan

mengalami reaksi eutectoid :

Austenite ferrite + cementite (pearlite)

Terbentuknya pearlite ini dimulai dengan terbentuknya inti cementite

(biasanya pada batas butir austenite). Inti ini akan bertumbuh dengan mengambil

sejumlah karbon dari austenite disekitarnya (cementite, Fe C, mengandung 6,67%

C sedang austenite mengandung 0,8% C). karenanya austenite di sekitarinti

cementite itu akan kehabisan karbon dan austenite dengan kadar karbon yang

sangat rendah ini pada temperatur ini akan menjadi ferrite (transformasi

allotropik). Ferrite ini juga akan bertumbuh,yaitu dengan mengambil besi dari

austenite disekitarnya,sehingga austenite disekitar ferriteitu akank elebihan

karbon dan mulai membentuk cementite di sebelah ferrite yang ada. Demikian

selanjutnya sampai seluruh austenite habis, dan yang terjadi adalah suatu struktur

yang berlapis-lapis (lamellar)yang terdiridari lamel-lamel cementite-ferrite-

cementite. Struktur ini dinamakan pearlite.

Gambar 1.31 Transformasi Baja Eutectoid

Sumber : Anonymous 26 : 2012

Transformasi Baja Hypo-eutectoid (%C < 0,8%)

Sebagai contoh untuk pembahasan pada baja hypo-eutectoid ini diambil

baja dengan 0,25% C. Paduan ini akanmulai membeku pada titik 1 dengan

membentuk inti ferrite delta, yang nanti akan tumbuh menjadi dendrit ferrite

delta.Hingga temperatur mencapai titik 2 (temperaturHyper-eutectoid) paduan

terdiri dari

ferrite delta + liquid austenit.

Pada paduan ini tidak semua liquid habis dalam reaksi itu, sehingga pada

temperatur sedikit di bawah titik 2 struktur terdiri dari liquid dan austenite. Makin

rendah temperatur makin banyak liquid yang menjadi austenite sehingga pada

titik 3 seluruhnya sudah menjadi austenite.

Perubahan berikutnya baru akan terjadi pada titik 4 (pada A3) akan mulai

terjadi transformasi allotropik γ menjadi α.Transformasi ini dimulai dengan

terbentuknya inti – inti ferrite pada batas butir austenite.Austenite pada paduan ini

mengandung 0,25% C sedang ferrite di temperatur ini hanya mampu melarutkan

sedikit sekali karbon, karena itu austenite yang akan menjadi ferrite harus

mengeluarkan kabonnya sehingga sisa austenite akan menjadi lebih kaya karbon.

Makin rendah temperaturnya makin banyak ferrite yang terjadi, makin tinggi

kadar karbon pada sisa austenite (komposisi austeniteakan mengikuti garis A3 ).

Pada saat mencapai titik 5 masih ada 0,25 atau 0,80% austenite, kadarkarbonnya

0,80% (komposisi eutectoid). Sisa austenite ini selanjutnya akan mengalami reaksi

eutectoid menjadi pearlite. Pada temperatur di bawah A paduan akan terdiri dari

ferrite (hyper-eutectoid) dan pearlite.Setelah selesainya reaksi eutectoid ini

struktur akan terdiri dari ferritehypo-eutectoid dan pearlite. Ferritehypo-eutectoid

adalah ferrite yang terbentuk sebelum terjadinya reaksi eutectoid, istilah ini

digunakan untuk membedakannya dengan ferrite yang terbentuk pada saat

reaksi eutectoid (ferrite yang terdapat pada pearlite). Pada pendinginan

selanjutnya sudah tidak lagi terdapat perubahan fase dan strukturnya tetap

terdiridari butir-butir kristal ferrite dan butir kristal pearlite. Pada mikroskop

ferrite tampak putih sedang pearlite berwarna agak kehitaman.

Austenite Pearlit + Ferrite

Gambar 1.32 Transformasi Pada Baja HypoeutectoidSumber : Anonymous 26 : 2012

Transformasi Baja Hyper-eutectoid (%C > 0,8%)

Perhatikan suatu paduan dengan 1,3% C. Paduan mulai membeku pada titik

1 dengan membentuk austenite dan pembekuan selesai di titik 2, seluruhnya

sudah berupa Austenite. Selanjutnya tidak terjadi perubahan sampai temperatur

mencapai garis solvus A cm Garis ini merupakan batas kelarutan karbon dalam

austenite, dan batas kelarutan ini makin rendah dengan rendahnya temperatur.

Pada titk 3 paduan telah mencapai batas kemampuannya melarutkan karbon untuk

temperatur itu. Pada temperatur di bawah titik 3 kemampuan melarutkan karbon

juga turun, berarti harus ada karbon yang keluar dari larutan (austenite). Dan

memang dengan pendinginan lebih lanjut akan terjadi pengeluaran karbon, hanya

saja karbon yang keluar ini akan berupa cementite, dan cementite ini akan

mengendap pada batas butir austenite. Makin rendah temperatur paduan makin

banyak cementite yang mengendap pada batas butir austenite, dan austenite

sendiri akan makin kaya Fe, dan pada temperatur titik 4, komposisi austenite tepat

mencapai komposisi eutectoid. Pada temperatur eutectoid ini austenite akan

mengalami reaksi eutectoid menjadi pearlite.

Cementite yang mengendap pada batas butir austenite tidak membentuk

butiran seperti halnya ferrite (yang terbentuk setelah melewati garis A1 ), tetapi

hanya mengumpul pada batas butir austenite, menyelubungi butir

asutenit,karenaitu cementite seperti ini dinamakan cementite network. Secara tiga

dimeni jaringan cementite ini sebenarnya merupakan lempengan yang kontinyu

dan membungkus austenite.

Di temperatur eutectoid butir austenite bertransformasi menjadi pearlite

sedang cementite sudah tidak lagi mengalami transformasi,sehingga strukturnya

setelah selesainya Reaksi eutectoid akan berupa pearlite yang terbungkus oleh

jaringancementite. Struktur ini tidak akan berubah lagi pada pendinginansampai

temperatur kamar.

Austenite Pearlite + Cementite

Gambar 1.33 Transformasi pada baja Hyper-eutectoidSumber : Anonymous 26 : 2012

b. Fase-Fase yang Terjadi Pada Campuran Besi Karbon

- Ferrite

Adalah larutan padat karbon yang mempunyai struktur kristal BBC (Body

Centered Cubic). Sifat Ferrite yaitu :

Stabil di bawah suhu 810° C

Tidak dapat dikeraskan karena kandungan karbon sedikit,kandungan

maksimum 0,025%C yaitu pada suhu 723° C.

Lunak, liat, tahan karat.

BHN = 60-100 BHN

- Austenite

Adalah larutan padat karbon yang mempunyai struktur FCC (Face

Centered Cubic). Sifat austenite:

Stabil pada suhu sekitar 1350° C

Dapat dikeraskan dengan 2%C

Dapat ditempa dimana tegangan tarik sekitar 5000 Psi.

Specific volume rendah disbanding mikrostruktur lain.

Lunak, non-magnetic, malleable, tidak ductile.

BHN: 170-200 BHN

- Cementite

Adalah senyawa besi dan karbon dengan kandungan karbon 6,67% disebut

juga besi karbida, sifat cementite:

Stabil di bawah 150° C

BHN : 820 BHN

Rapuh, magnetic.

Campuran cementite dan austenite disebut Ledeburite.

Campuran cementite dan Ferrite disebut pearlite.

- Martensite

Adalah larutan padat karbon dan besi. Terbentuk dari pendingin yang

sangat cepat (quenching) dari austenite. Sistem kristal BCT (Body Centered

Tetragonal). Sifat martensite yaitu :

Stabil di bawah 1500° C

Keras, rapuh, dan magnetis

Kandungan karbon < 2 %

Konduktor panas dan listrik yang lemah

BHN : 650-700 BHN

- Ledeburite

Disebut besi eutectoid dengan kandungan karbon 4,3%terjadi di bawah suhu

723°Sifat ledeburite yaitu :

Rapuh

Keras

Getas

BHN: 700 BHN

- Pearlite

Adalah baja eutectoid yang tersusun atas 2 fase yaitu Ferrite dan cementite

dengan kandungan karbon 0,83%. Sifat pearliteyaitu :

Keras

tidak tahan karat

BHN: 160-200 BHN

- Besi delta

Terjadi pada temperatur 1400° C – 1500° C, kandungan karbon 0,1%. Sifat

besi delta yaitu :

Lunak

Dapat ditempa.

c. Jenis-jenis Reaksi Pada Diagram Fe-Fe3C

1. Reaksi Peritectic

Terjadi pada temperatur 1495°C, dimana logam cair bergabung

dengan kandungan 0,53% C. Delta ( ϒ) adalah fase padat pada temperatur

tinggi dan kurang berarti untuk proses perlakuan panas yang berlangsung

pada temperatur yang rendah.

Liquid (C = 0,53%) + delta (ϒ ) (C = 0,09 %) austenite (α )

2. Reaksi Eutectic

Terjadi pada temperatur 1148°C. Dalam hal ini liquid dengan

kandungan 4,3% C membentuk austenite dengan 2% C dan senyawa cementite

Fe3 C yang mengandung 6,67% C.

3. Reaksi Eutectoid

Berlangsung pada temperatur 723°C, austenite padat dengan

kandungan 0,8% C menghasilkan Ferrite dengan kandungan 0,025% C

dan cementite (Fe3c) yang mengandung 6,67% C.

Austenite (ϒ ) ferit (α ) + Fe3 C