Dyah Ayu Daratika 1112100040 Tugas Fisika Logam Carbon Ferro Alloys

8/17/2019 Dyah Ayu Daratika 1112100040 Tugas Fisika Logam Carbon Ferro Alloys

1/12

TUGAS FISIKA LOGAM

CARBON FERROUS ALLOY

Oleh :

Dyah Ayu Daratika

1112100040

Dosen en!a"#u :

Dr$ Mo%ha"a& 'ainuri( M$Si

I)STITUT T*K)OLOGI S*ULU+ )O*M,*-

FAKULTAS MAT*MATIKA DA) ILMU *)G*TA+UA) ALAM

SU-A,A.A

201/


2/12

DASA- T*O-ICARBON FERROUS ALLOY

A. Carbon Ferrous Alloy

Carbon ferrous alloy atau paduan besi-karbon merupakan suatu bahan, dimana besi

sebagai komponen penyusun utama, dan karbon beserta komponen-komponen lainnyasebagai bahan paduan (pemadu). Sistem besi-karbon adalah salah satu system paduan

binair yang penting. Berdasarkan pengklasifikasian paduan ferrous yang mendasarkan

pada isi karbon didalamnya, dibagi menjadi beberapa jenis antara lain :

a) Besi (iron)

Besi murni memiliki kandungan karbon kurang dari 0.008 t! ", dan memiliki

fasa ferrite pada temperature ruang. b) Baja (steel)

Baja memiliki kandungan karbon antara 0.008 # $.%% t! ", namun dalam

prakteknya konsentrasi karbon sebesar % t!. &ada bahan baja umumnya se'ara

mikro berisi fasa α dan e". *amun pada pendinginan sampai temperature

ruang, suatu paduan dengan range komposisi ini mempunyai sedikit kandungan

fasa γ .

') Besi +uang (cast iron)

Besi tuang memiliki kandungan karbon antara $.%% # . t! ", namun untuk

besi tuang komersial biasana memiliki kandungan karbon /. t! ".

,$ Dia!ra" Fasa ,esi Fe ,esi Kar3on Fe5

Bahan besi murni apabila dipanaskan umumnya akan mengalami dua perubahan

dalam struktur kristalnya sebelum mengalami pelelehan.

1ambar %. 2iagram fasa besi # besi karbida


3/12


4/12

asa austenite atau fasa γ besi, ketika dipadukan dengan karbon, tidak stabil

sebelum temperature $0" seperti pada diagram fasabesi # besi karbida (gambar %).

elarutan maksimum dari karbon dalam austenite, $.%% t! terjadi pada temperature

%%/80". elarutan ini mendekati %00 kali lebih besar dari batas maksimum untuk fasa

ferrite B"", kemudian posisi interstisi "" dapat dibentuk ketika atom karbonmengisinya, strain menekan pada daerah sekitar atom-atom besi lebih rendah.

+ransformasi fasa meningkatkan austenite merupakan hal yang sangat penting dalam

peningkatan pemanasan dari bahan baja (steel). Setelah ini, diharapkan baha fasa

austenite yang terbentuk adalah non-magnetik.

1ambar . otomikro austenite

asa ferriteδ

se'ara 4irtual sama dengan fasa ferriteα

, ke'uali untuk range

temperature yang tinggi masing-masing dalam keadaan aksis. emudian fasa ferriteδ

hanya stabil pada temperature yang relati4e tinggi, hal ini membutuhkan teknologi.

Sedangkan fasa cementite (e") terbentuk ketika batas kelarutan dari karbon dalam

ferriteα

tidak melebihi temperature $0" untuk komposisi pada daerah fasaα

9

e". &ada diagram fasa gambar % diatas telah ditunjukkan baha e" akan terbentuk

juga dengan fasaγ

pada temperature diantara $0" dan %%/8o". Sifat mekanik fasa

cementite sangat keras dan rapuh, beberapa baja sangat keras dengan keberadaan fasa ini

dalam pembentukannya. asa cementite dapat dikatakan dalam keadaan metastabil, yang

berarti dapat terlihat pada bentuk compound dalam aktu yang 'ukup lama pada

temperature ruang. +etapi apabila dipanaskan dalam temperature diantara 00" dan000" untuk beberapa tahun, makan akan mengalami perubahan se'ara gradual, dengan

kata lain akan terjadi transformasi fasa dari besiα

dan karbon, ke dalam bentuk

graphite, dimana akan terbentuk hingga sesudah pendinginan hingga temperature ruang.

Selanjutnya dalam diagram fasa pada gambar % diatas merupakan salah satu yang bukan


5/12

dalam keadaan setimbang yang sesungguhnya, dikarenakan cementite merupakan

compound yang tidak setimbang.

2iagram fasa pada gambar % dapat dikatakan sebagai daerah dua fasa, hal ini

dimungkinkan karena salah satu reaksi eutektik terjadi pada besi # besi karbida pada

komposisi /. t! " dan temperature %%/80", reaksi eutektik ini adalah sebagai berikut :

&embekuan fasa likuid untuk membentuk fasa austenite dan cementite. &ada bagian ini

sesudah pendinginan hingga temperature ruang akan terjadi penambahan perubahan fasa.

+itik in4ariant lain pada diagram fasa ini adalah batas fasa yang terbentuk satu

dengan yang lain pada eutektik. +itik ini terjadi pada komposisi 0. t! dengan

temperature $0". eaksi yang terjadi pada keadaan ini adalah sebagai berikut :

(%)

&ada pendinginan, padatan fasaγ

bertransformasi menjadi besi α dan cementite,

hal ini yang disebut dengan reaksi eutectoid (atau autecteclie! dan titik in4ariant

terbentuk suatu eutectoid. 1ambaran yang membedakan “eutectoid” dari “eutectic”

adalah salah satu fasa padat sebagai pengganti dari transformasi likuid menjadi dua fasa

padat lain pada satu temperature. eaksi eutectoid tidak aneh pada system besi # besi

karbida dan terjadi pada paduan lain seperti reaksi diatas, dan hal yang penting sebagai

dasar pemanasan pada bahan baja.

5$ ertu"3uhan Struktur Mikro Dala" a&uan ,esi6Kar3on

;ariasi struktur mikro yang terbentuk dalam paduan steel dan hubungannya dengan

diagram fasa besi # besi karbida bergantung pada fa'tor isi karbon dan proses pemanasan.

&erubahan fasa yang terjadi dari fasaγ

ke daerah fasa e" tidak terjadi se'ara

sederhana.


6/12

1ambar /. epresentasi struktur mikro dari paduan besi-karbon sebelum dan sesudah

temperature eutectoid Suatu paduan dengan komposisi eutectoid 0. t! " yang didinginkan dari temperature

daerah fasa γ (dari temperature aal 8000") dimulai dari titik a, dan bergerak ke

baah meleati garis x-x . 2iaali paduan yang terbentuk didalamnya mempunyai fasa

austenite dengan komposisi 0. t! " dan mempunyai struktur mikro seperti pada

gambar / diatas. Seperti pada paduan yang didinginkan, yang terjadi tidak ada perubahan

hingga temperature eutectoid ($0") selama reaksi. Setelah meleati temperature

eutectoid menuju titik b, maka akan terjadi transformasi austenite seperti pada persamaan

% diatas, austenite berisi 0. t! " yang terdekomposisi ke bentuk ferrite dimana akan

mempunyai kandungan karbon yang rendah sekitar 0.0$$ t! ", seperti fasa e"

dengan isi karbon lebih banyak yaitu sekitar .0 t! ". &erubahan fasa ini harus

menimbulkan difusi dari karbon karena terdapat perbedaan komposisi.Struktur mikro untuk baja eutectoid (0. t! ") yang didinginkan relati4e perlahan

meleati temperature eutectoid berupa fasaα

dan e" yang berbentuk lamella

se'ara simultan selama trannsformasi. &erbandingan lamella ferrite dengan cementite

mendekati 8 dibanding %. Struktur mikro ini dapat diamati pada gambar / diatas, dimana

titik b disebut "earlite karena mempunyai tampilan seperti induk pearl ketika dilihat

dengan mikroskop dengan perbesaran rendah.


7/12

1ambar . otomikro eutectoid baja, lapisan ferriteα

(terang), dan e" (gelap)

otomikro pearlite dari eutectoid baja dapat diamati pada gambar diatas. !earlite

berupa butir (grain) berbentuk ”"oloni” dengan masing-masing butir atau koloni lapisan

dengan arah yang sama, dimana terjadi 4ariasi arah satu koloni dengan koloni lain.


8/12

1ambar . epresentasi struktur mikro komposisi hipoeutectoid paduan besi-

karbon, yang didinginkan dari fasa austenite hingga dibaah eutectoid.

&endinginan pada komposisi ini dengan meleati garis 4erti'al ke baah y-y

dalam gambar diatas. &ada temperature sekitar 80", titik c, struktur mikro

didalamnya berupa fasa γ . 2alam pendinginan hingga titik d, pada

temperature sekitar 0", dimana berupa fasa α +γ dimana keduanya

merupakan fasa yang stabil terbentuk. Biasanya fasaα

berupa partikel ke'il

yang memajang pada batas butir fasaγ

. omposisi fasaα

danγ

dapatdihitung dengan menggunakan pendekatan prinsip garis tali (tie line), ini

berkaitan dengan komposisi sekitar 0.0$0 dan 0.0 t! ".

Sementara pendinginan dari paduan yang meleati daerah fasa+γ

,

komposisi fasa ferrite berubah dengan temperature sepanjang batas fasa α #

α + β, garis #$ , semakin kaya akan karbon. Sebaliknya perubahan komposisi

dari austenite terjadi se'ara frastis sepanjang batas fasaα +γ −γ ,

garis #%,

seperti temperature yag direduksi.&endinginan dari titik d menuju e, masih sekitar eutectoid tetapi tetap

dalam daerah fasa α +γ , akan menghasilkan peningkatan fraksi fasa α dan

se'ara struktur mikro partikel α

tumbuh menjadi lebih besar. &ada titik ini

komposisi α dan γ dapat dihitung dengan membuat tie line pada


9/12

temperature +e, fasaα akan terdiri dari 0.0$$ t! " sementara γ akan

berada pada komposisi eutectoid, 0. t! ".

Seperti pada temperature dibaah eutectoid , titik f , semua fasa γ

seperti yang ditunjukkan pada temperature +e (dan mempunyai komposisi

eutectoid ) akan bertransformasi menjadi pearlite, seperti pada persamaan % diatas.

Se'ara 4irtual tidak terjadi perubahan fasa α , baha tetap ada seperti pada titik

e yang meleati temperature eutectoid. >al ini biasanya akan berupa fasa matrik

kontinu disekitar atau yang mengelilingi koloni pearlite atau butir. Struktur mikro

pada titik f telah digambarkan se'ara skematik. Selanjutnya, fasa ferrite akan

digambarkan dalam pearlite dan juga seperti fasa yang terbentuk dalam

pendinginan yang meleati daerah fasa α +γ . ?ntuk membedakan ferrite satu

dengan yang lain, untuk sementara yang didalam pearlite disebut ferrit eutectoid

sementara yang lain, dimana fasa tersebut terbentuk disekitar eutectoid disebut

proeutectoid ferrite atau sebelum eutectoid seperti yang dapat diamati pada

gambar .

1ambar . otomikro baja (steel) 0.8 t! " yang mempunyai struktur mikro

pearlite dan proeutectoid ferrite

&ada gambar diatas dapat diamati fotomikro baja (steel) 0.8 t! ", dimana

sebagaian besar arna putih berkaitan dengan ferrite proeutectoid . ?ntuk pearlite, jarak antara lapisan α dan e" ber4ariasi dari butir ke butir, seperti

beberapa pearlite terlihat gelap karena jarak pemampatan lapisan tidak dapat

diresol&e oleh perbesaran fotomikro. 2ari struktur mikro dapat dipelajari

konstituen dari pembentuk struktur mikro tersebut, seperti unsur dan karakteristik

struktur yang dapat teridentifikasi. Seperti pada gambar diatas, dapat diamati

terdapat dua konstituen struktur mikro antara lain pearlite dan proeutectoid


10/12

ferrite. emudian pearlite dapat dipertimbangkan sebagai konstituen mikro yaitu

'ampuran dua fasa, dimana mempunai perbedaan struktur lamella, dengan

perbandingan 'ampuran dari dua fasa. >al ini dimungkinkan untuk dihitung

jumlah relati4e dari konstituen mikro pearlite dan proeutectoid ferrite. Semenjak

pearlite selalu terbentuk dari fasa austenite mempunyai komposisi eutectoid,

pearlite dapat diasumsikan mempunyai komposisi 0. t! ". @leh sebeb itu,

aturan tuas dapat digunakan dengan menggunakan garis tali antara batas fasa

α #

α 9 e" (0.0$$ t! ") dan eutectoid (0. t! ").

1ambar 8. =umlah relati4e proeutectoid dan pearlite untuk hypoeutectoid (C ' )

dan hypereutectoid (C ) pada diagram fasa e # e".

raksi pearlite ( p ) dan fraksi austenite ( γ

) dapat ditransformasikan ke

dalam bentuk berikut ini :

℘=Wγ =T

T +U

raksi proeutectoid α , A α , tepatnya fraksi fasa α yang eksis sebelum

transformasi eutectoid antara lain :


11/12

a&uan $y"ereutectoid>asil transformasi dan struktur mikro untuk paduan hypereutectoid, yang berisi

antara 0. dan $.%% t! ", dimana pada pendinginan dari temperature pada

daerah fasa γ . +injau suatu paduan dengan komposisi "% pada gambar 3

berikut ini :

1ambar 3. epresentasi struktur mikro hypereutectoid dengan komposisi "% (0.

dan $.% t! ") yang didinginkan dari daerah austenite hingga sebelum

temperature eutectoid .

&ada pendinginan , bergerak ke baah yang meleati garis 4erti'al #C. &ada

titik g hanya fasa γ yang digambarkan pada komposisi "%, struktur mikro

menunjukkan hanya butir fasa γ . &ada pendinginan hingga daerah fasa γ 9

e" (titik h) fasa cementite akan mulai terbentuk sepanjang batas butirγ ,

sperti pada fasaα

yang ada pada gambar diatas (titik d). asa cementite ini


12/12

disebut dengan cementite proeutectoid , baha ini terbentuk sebelum reaksi

eutectoid . Sebagai 'atatan, komposisi cementite yang tersisa konstan (.0 t!

") seperti perubahan temperature. Bagaimanapun, komposisi fasa austenite akan

bergerak sepanjang garis !% menuju eutectoid. Seperti pada penurunan

temperature dibaah eutectoid menuju titik i, semua sisa austenite dari komposisi

eutectoid dikon4ersi menjadi pearlite, dan kemudian struktur mikro ang

dihasilkan tetap dari pearlite dan cementite proeutectoid sebagai konstituen mikro

seperti yang dapat diamati pada gambar 3 diatas.

1ambar %0. otomikro baja %./ t! ", struktur mikro cementite proeutectoid

(putih) yang membatasi koloni pearlite

2alam fotomikro dari baja (%./ t! ") pada gambar diatas, dapat diamati

tampilan cementite proeutectoid berupa terang, sama seperti yang ditunjukkan

pada tampilan ferrite proeutectoid, disini terdapat beberapa kesulitan untuk

membedakan hypereutectoid dengan hipoeutectoid baja dengan mendasarkan

pada strukturmikro.

=umlah relati4e konstituen mikro pearlite dan proeutectoid e" dapat

dihitung untuk paduan hypereutectoid baja dengan 'ara yang sama untuk bahan

hypoeutectoid, pendekatan tie line (garis tali) pada komposisi diantara 0. t!

" dan .0 t! ". Selanjutnya untuk suatu paduan ang proeutectoid A Fe*C

dapat dihitung dengan aturan tuas sebagai berikut :

Dyah Ayu Daratika 1112100040 Tugas Fisika Logam Carbon Ferro Alloys

Documents

Transcript of Dyah Ayu Daratika 1112100040 Tugas Fisika Logam Carbon Ferro Alloys