kesetimbangan fasa 2

25
Equilibrium phase diagram Pada umumnya logam tidak berdiri sendiri atau keadaan murni, tetapi lebih banyak dalam keadaan dipadu atau logam paduan dengan kandungan unsur-unsur tertentu sehingga struktur yang terdapat dalam keadaan setimbang pada temperatur dan tekanan tertentu akan berlainan. Kombinasi dua unsur atau lebih yang membentuk paduan logam akan menghasilkan sifat yang berbeda dari logam asalnya. Tujuan pemaduan = untuk memperbaiki sifat logam Sifat yang diperbaiki adalah kekuatan, 1

description

keseimbangan kimia slide

Transcript of kesetimbangan fasa 2

Page 1: kesetimbangan fasa 2

Equilibrium phase diagram

Pada umumnya logam tidak berdiri sendiri atau keadaan murni, tetapi lebih banyak dalam keadaan dipadu atau logam paduan dengan kandungan unsur-unsur tertentu sehingga struktur yang terdapat dalam keadaan setimbang pada temperatur dan tekanan tertentu akan berlainan.

Kombinasi dua unsur atau lebih yang membentuk paduan logam akan menghasilkan sifat yang berbeda dari logam asalnya.

Tujuan pemaduan = untuk memperbaiki sifat logam

Sifat yang diperbaiki adalah kekuatan, keuletan, kekerasan, ketahanan korosi, ketahanan aus, ketahanan lelah, dll.

1

Page 2: kesetimbangan fasa 2

2

Pada umumnya diagram fasa dibangun pada keadaan kesetimbangan (kondisinya adalah pendinginan yang sangat lambat). Diagram ini dipakai untuk mengetahui dan memprediksi banyak aspek terhadap sifat material.

Jenis pemaduan:1. Unsur logam + unsur logam Contoh: Cu + Zn; Cu + Al; Cu + Sn.2. Unsur logam + unsur non logam Contoh: Fe + C.

Page 3: kesetimbangan fasa 2

3

Jika ditinjau dari posisi atom-atom yang larut, diperoleh dua jenis larutan padat:

1. Larutan padat substitusi

Adanya atom-atom terlarut yang menempati kedudukan atom-atom pelarut.

2. Larutan padat interstisi

Adanya atom-atom terlarut yang menempati rongga-rongga diantara kedudukan atom/sela antara.

Cu

Ni

FeC

Page 4: kesetimbangan fasa 2

4

Pembentukan diagram fasa

Page 5: kesetimbangan fasa 2

5

Garis liquidus = menunjukkan temperatur terendah dimana logam dalam keadaan cair atau temperatur dimana awal terjadinya pembekuan dari kondisi cair akibat proses pendinginan.

Garis solidus = menunjukkan temperatur tertinggi suatu logam dalam keadaan padat atau temperatur terendah dimana masih terdapat fasa cair.

Page 6: kesetimbangan fasa 2

6

maximum solubility limit

The solubility of sugar (C12H22O11) in a sugar-water syrup.

Page 7: kesetimbangan fasa 2

7

• Example:Phase Diagram of Water-Sugar System

Question: What is the solubility limit at 20°C?

• Solubility limit increases with T: e.g., if T = 100°C, solubility limit = 80wt% sugar

Pure

Sugar

Tem

pera

ture

(°C

)0 20 40 60 80 100

Co=Composition (wt% sugar)

L (liquid solution

i.e., syrup)

Solubility Limit L

(liquid)

+ S

(solid sugar)

65

20

40

60

80

100

Pure

W

ate

r

The Solubility Limit

Answer: 65wt% sugar If Co < 65wt% sugar:

If Co > 65wt% sugar:

syrupsyrup + sugar

Page 8: kesetimbangan fasa 2

8

(a)

FIG. 3-50 (1) Heat pure metal to point FIG. 3-50 (1) Heat pure metal to point TTaa; (2) cooling of liquid metal ; (2) cooling of liquid metal a – ba – b; (3) at ; (3) at

point point bb, pure metal starts to , pure metal starts to precipitateprecipitate out of solution; (4) point out of solution; (4) point cc, pure metal , pure metal completely solid; curve from completely solid; curve from bb to to c c straight horizontal line showing constant straight horizontal line showing constant temperature temperature TTb-c b-c because thermal energy absorbed in change from liquid to solid; (5) because thermal energy absorbed in change from liquid to solid; (5)

more cooling of solid pure metal from more cooling of solid pure metal from c c to to d d and temperature begins to fall again. and temperature begins to fall again.

Cooling Curve for Pure Metal

Page 9: kesetimbangan fasa 2

9

FIG. 3-50 (b) Cooling curve for pure iron. FIG. 3-50 (b) Cooling curve for pure iron.

(b)

Cooling Curve for Pure Iron

Page 10: kesetimbangan fasa 2

10FIG. 3-54 Allotropic forms of iron (three phases: bcc, fcc, bcc)FIG. 3-54 Allotropic forms of iron (three phases: bcc, fcc, bcc)

Allotropic Forms of Iron

Page 11: kesetimbangan fasa 2

11

Cooling Curve for a Metal Alloy

(c)

FIG. 3-50 (c) Cooling curve for a metal alloy: (1) The alloy A-B heated to point FIG. 3-50 (c) Cooling curve for a metal alloy: (1) The alloy A-B heated to point aa (liquid phase, with both metals soluble in each other); (2) cooling of alloy(liquid phase, with both metals soluble in each other); (2) cooling of alloy in liquid in liquid phase; (3) point phase; (3) point bb, solidification begins; (4) point , solidification begins; (4) point cc, solidification complete; sloped , solidification complete; sloped b – c b – c due to changing from liquid to solid over the temperature range due to changing from liquid to solid over the temperature range TTbb toto T Tc c

because components because components A A and and BB have different melting/cooling temperatures; (5) have different melting/cooling temperatures; (5) further cooling from further cooling from c c to to d d of solid-state metal alloy.of solid-state metal alloy.

Page 12: kesetimbangan fasa 2

12

Klasifikasi Diagram Kesetimbangan Fasa (Cair-Padat)

1. Larut sempurna dalam keadaan cair dan padat.

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

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

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

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

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

7. Tidak larut dalam keadaan cair maupun padat.

Page 13: kesetimbangan fasa 2

13

• 2 phases: L (liquid) (FCC solid solution)

• 3 phase fields: L L +

wt% Ni20 40 60 80 10001000

1100

1200

1300

1400

1500

1600T(°C)

L (liquid)

(FCC solid solution)

• 2 phases:– L (liquid)– (FCC

solid solution)

• 2 lines (phase boundaries):– The liquidus

line (L/L+)– The solidus

line (/L+)

• 3 phase fields:– L– L + –

Page 14: kesetimbangan fasa 2

14

• example:

A (1100°C, 60wt% Ni):

1 phase:

B (1250°C, 35wt% Ni):

2 phases: L +

wt% Ni20 40 60 80 10001000

1100

1200

1300

1400

1500

1600T(°C)

L (liquid)

(FCC solid solution)

L +

liquidus

solid

us

A(1100,60)

B(1

250,3

5)

Rules of Determining Number & Types of Phases

Page 15: kesetimbangan fasa 2

15

The lever arm rule

x adalah komposisi paduan yang akan dihitung persentase fasa-fasanya pada temperatur T, maka tarik garis yang memotong batas kelarutannya (garis L-S).

Jika x = wo; L = wl dan S = ws

maka % fasa cair dan padat :

%100xww

wwL

ls

os

%100xww

wwS

ls

lo

Page 16: kesetimbangan fasa 2

16

wt% Ni20

1200

1300

T(°C)

L (liquid)

(solid)

30 40 50

TAA

DTD

TBB

tie line

433532CoCL C

• contoh: C0 = 35 wt%Ni

At TA:Only Liquid (L)CL = C0 = 35 wt%Ni

At TD:Only Solid ()C = C0 = 35 wt%Ni

At TB:Both and LCL = CLiquidus = 32 wt%Ni

C = CSolidus = 43 wt%Ni

wt% Ni20 40 60 80 10001000

1100

1200

1300

1400

1500

1600T(°C)

L (liquid)

(FCC solid solution)

A(1100,60)

B(1

250,3

5)

Page 17: kesetimbangan fasa 2

17

%7,72

%1003243

3543

L

xL

%3,27

%1003243

3235

S

xS

Contoh lain: pada wo= 53% Ni

wl (32%) wo(35%) ws(43%)

Page 18: kesetimbangan fasa 2

18

% fasa cair dan padat:

%38

%1004558

5358

L

xL

%62

%1004558

4553

S

xS

wl (45%) wo(53%) ws(58%)

Page 19: kesetimbangan fasa 2

19

For the alloys listed below:

60 wt% Ni-40 wt% Cu at 1100°C

35 wt% Ni-65 wt% Cu at 1250°C

(1) Phase(s) that are present

(2) The composition of each phase

Example: Determine the phase(s) that are present Example: Determine the phase(s) that are present and the composition of the phase(s)and the composition of the phase(s)

Page 20: kesetimbangan fasa 2

20

60 wt% Ni-40 wt% Cu at 1100°C

(L)(1) Determine the phase(s) that are present

Point A:

phase

Page 21: kesetimbangan fasa 2

21

60 wt% Ni-40 wt% Cu at 1100°C (Point A):

(2) Determine the composition of each phase

C = C0 = 60 wt% Ni

Page 22: kesetimbangan fasa 2

22

35 wt% Ni-65 wt% Cu at 1250°C

(L)(1) Determine the phase(s) that are present

Point B

+ L phases

Page 23: kesetimbangan fasa 2

23

35 wt% Ni-65 wt% Cu at 1250°C (Point B):

+ L

(2) Determine the composition of each phase

Page 24: kesetimbangan fasa 2

24

• 35 wt% Ni-65 wt% Cu at 1250°C (Point B): in two phase ( + L) region

(2) Determine the composition of each phase

42.53531.5

Tie Line

Composition (wt% Ni)CL C0 C

Draw a tie line

Composition of L: intersection /+L — CL = 31.5 wt% Ni

Composition of a: intersection L/+L — C = 42.5wt% Ni

Page 25: kesetimbangan fasa 2

25

• ConsiderCo = 35wt%Ni

• Upon cooling– L

35wt% 32wt% 24wt%

– 46wt% 43wt% 36wt%

– Equilibrium cooling

Sufficiently slow cooling rate gives enough time for composition readjustments

wt% Ni20

1200

1300

30 40 501100

L (liquid)

(solid)

L +

L +

T(°C)

A

D

B

35Co

L: 35wt%Ni

: 46wt%Ni

C

E

L: 35wt%Ni

464332

24

35

36: 43wt%Ni

L: 32wt%Ni

L: 24wt%Ni

: 36wt%Ni

Equilibrium Cooling in a Cu-Ni Binary System