BAB I

PENDAHULUAN

1. Latar Belakang

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 adalah untuk

memperbaiki sifat logam

Sifat yang diperbaiki adalah kekuatan, keuletan, kekerasan, ketahanan korosi,

ketahanan aus, ketahanan lelah, dan lain-lain. Komponen-komponen umum diagram

fase adalah garis kesetimbangan, yang merujuk pada garis yang menandakan

terjadinya transisi fase. Fasa pada suatu material didasarkan atas daerah yang berbeda

dalam struktur atau komposisi dari daerah lainnya.

Fasa adalah bagian homogen dari suatu sistem yang memiliki sifat fisik dan

kimia yang seragam. Untuk mempelajari paduan dibuatlah kurva yang

menghubungkan antara fasa, komposisi dan temperatur.

Diagram fasa adalah suatu grafik yang merupakan representasi tentang fasa-

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).

2. Tujuan

a. Diharapkan mahasiswa memahami diagram fasa, tahu cara membacanya dan

lebih mengenal fase-fase zat yang ada di sekitar kita.

3. Manfaat

a. Mahasiswa mudah menggetahui fase zat karena telah disusun dalam sebuah

diagram.

b. Memperoleh ilmu diagram fase untuk material pesawat terbang.

BAB II

PEMBAHASAN

1. Pengertian diagram fasa

Fase adalah merupakan bagian dari material yang homogen, komposisi kimia

dan strukturnya dapat dibedakan secara fisik dapat dipisahkan secara mekanis dari

bagian lain material itu. Suatu fasa dapat dibedakan dari material lain secara fisiknya,

yaitu cair, gas, dan padat.

Bagian material dengan komposisi kimia yang berbeda dapat dikatakan

sebagai fasa yang berbeda. Struktur lattice juga membedakan satu fasa dengan fasa

yang lainnya. Logam yang memiliki sifat allotropi misalnya, setiap bentuk allotropi-

nya merupakan fasa tersendiri meskipun komposisi kimia dan keadaan fisiknya sama.

Diagram fasa adalah suatu grafik yang merupakan representasi tentang fasa-

fasa yang ada dalam suatu material pada variasi temperatur, tekanan dan komposisi.

Diagram ini merupakan dasar pemahaman untuk semua operasi – operasi perlakuan

panas.

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.

2. Fungsi diagram fasa

Diagram fasa dapat digunakan untuk memudahkan memilih temperatur

pemanasan yang sesuai untuk setiap proses perlakuan panas baik proses anil,

normalizing maupun proses pengerasan. Informasi penting yang dapat diperoleh dari

diagram fasa adalah:

a. Memperlihatkan fasa-fasa yang terjadi pada perbedaan komposisi dan

temperatur dibawah kondisi pendinginan yang sangat lambat.

b. Mengindikasikan kesetimbangan kelarutan padat satu unsur atau senyawa

pada unsur lain.

c. Mengindikasikan pengaruh temperatur dimana suatu paduan dibawah

kondisi kesetimbangan mulai membeku dan pada rentang temperatur

tertentu pembekuan terjadi.

d. Mengindikasikan temperatur dimana perbedaan fasa-fasa mulai mencair.

3. Jenis diagram fasa

Berdasarkan jumlah unsur, Diagram Fasa dapat digolongkan secara umum

menjadi :

a. Diagram Fasa Biner terdiri dari 2 unsur

b. Diagram Fasa Terner terdiri dari 3 unsur

Diagram Fasa Biner ada 3 jenis, yaitu :

a. Diagram Fasa yang menunjukkan kelarutan yang sempurna dalam keadaan

cair dan padat

b. Diagram Fasa yang menunjukkan kelarutan sebagian/terbatas dalam keadaan

padat. Diagram Fasa ini terdiri dari 3 tipe :

1. Memiliki reaksi fasa Eutektik.

2. Memiliki reaksi fasa Peritektik

3. Memiliki reaksi fasa Senyawa

c. Diagram Fasa yang menunjukkan adanya ketidaklarutan dari unsur-unsur

penyusun paduan.

Untuk memperoleh Diagram Fasa dapat dilakukan cara-cara sebagai berikut :

a. Diturunkan dari berbagai Diagram Fasa yang menghubungkan Temperatur

dan waktu pada berbagai komposisi paduan.

b. Melalui percobaan pada berbagai komposisi paduan, dengan menggunakan

alat dilatometer.

c. Melalui perhitungan dengan menggunakan teori termodinamika dan

probabilitas (Gibbs).

4. Tipe diagram fasa

a. Diagram fasa tipe 2D

Diagram fase yang paling sederhana adalah diagram tekanan- temperatur dari

zat tunggal seperti air. Sumbu-sumbu diagram berkoresponden dengan tekanan dan

temperatur. Diagram fase pada ruang tekanan-temperatur menunjukkan garis

kesetimbangan atau sempadan fase antara tiga fase padat,cair,dan gas.

Gambar 2.1 Diagram Tekanan - Temperatur

Diagram fase yang umum. Garis titik-titik merupakan sifat anomali air. Garis

berwarna hijau menandakan titik beku dan garis biru menandakan titik didih yang

berubah-ubah sesuai dengan tekanan.

Penandaan diagram fase menunjukkan titik-titik dimana energi bebas bersifat

non-analitis. Fase-fase dipisahkan dengan sebuah garis non-analisitas, dimana transisi

fase terjadi dan disebut sebagai sempadan fase.

Pada diagaram di atas, sempadan fase antara cair dan gas tidak berlanjut

sampai tak terhingga. Ia akan berhenti pada sebuah titik pada diagaram fase yang

disebut sebagai titik kritis. Ini menunjukkan bahwa pada temperatur dan tekanan yang

sangat tinggi, fase Cair dan gas menjadi tidak dapat dibedakan yang dikenal sebagai

fluida super kritis.

Pada air, titik kritis ada pada sekitar 6470K dan 22,064 MPa (3.200 1psi).

Keberadaan titik kritis cair-gas menunjukkan ambiguitas pada definisi diatas. Ketika

dari cair menjadi gas, biasanya akan melewati sebuah sempadan fase, namun hal ini

mungkin untuk memilih lajur yang tidak melewati sempadan dengan berjalan menuju

fase superkritis. Oleh karena itu, fase cair dan gas dapat dicampurt terus-menerus.

Sempadan padat-cair pada diagram fase kebanyakan zat memiliki gradien

yang positif. Hal ini dikarenakan fase padat memiliki densitas yang lebih tinggi dari

pada fase cair, sehingga peningkatan tekanan akan meningkatkan titik leleh.

Pada beberapa bagian diagram fase air, sempadan fase padat-cair air memiliki

gradien yang negatif, menunjukkan bahwa es mempunyai densitas yang lebih kecil

daripada air.

b. Diagram fasa tipe 3D

Adalah mungkin untuk membuat grafik tiga dimensi (3D) yang menunjukkan

tiga kuantitas termodinamika. Sebagai contoh, untuk sebuah komponen tunggal,

koordinat 3D Cartesius dapat menunjukkan temperatur (T), tekanan (P), dan volume

jenis (v). Grafik 3D tersebut kadang-kadang disebut diagram P-V-T. Kondisi

kesetimbangan akan ditunjukkan sebagai permukaan tiga dimensi dengan luas

permukaan untuk fase padat, cair, dan gas.

Garis pada permukaan tersebut disebut garis tripel, di mana zat padat, cair,

dan gas dapat berada dalam kesetimbangan. Titik kritis masih berupa sebuah titik

pada permukaan bahkan pada diagram fase 3D.

Proyeksi ortografi grafik P-V-T 3D yang menunjukkan tekanan dan

temperatur sebagai sumbu vertikal dan horizontal akan menurunkan plot 3D tersebut

menjadi diagram tekanan-temperatur 2D. Ketika hal ini terjadi, permukaan padat-uap,

padat-cair, dan cair-uap akan menjadi tiga kurva garis yang akan bertemu pada titik

tripel, yang merupakan proyeksi ortografik garis tripel.

5. Istilah-istilah diagram fasa

a. Komponen : adalah logam murni atau senyawa yang menyusun suatu logam

paduan. Contoh : Cu - Zn (perunggu), komponennya adalah Cu dan Zn

b. Solid solution (larutan padat) : terdiri dari beberapa atom, minimal dua atom

yang berbeda, atom terlarut menempati posisi substitusi atau interstisi pada

kisi pelarut dan struktur kristal mengikuti struktur kristal pelarut.

c. Batas kelarutan (solubility limit): Suatu logam paduan akan mempunyai

maksimum konsentrasi dari atom terlarut yang akan larut pada pelarut. Jika

atom terlarut konsentrasinya melampaui batas kelarutan maka sebagian atom

tersebut tidak akan terlarut lagi. Untuk menggambarkan keadaan ini bisa

dilihat contoh larutan air gula. Jika gula yang dicampur terlalu banyak maka

gula tersebut tidak akan larut lagi. lihat grafik

Gambar 2.2 batas kelarutan

6. Garis pada diagram fasa

a. Garis Liquidius menunjukkan temperature terendah dimana logam dalam

keadaan cair atau temperature dimana awal terjadinya pembekuan dari kondisi

cair akibat proses pendinginan.

b. Garis Solidus menunjukkan temperature tertinggi suatu logam dalam keadaan

padat atau temperature terendah dimana masih terdapat fasa cair.

c. Solubility limit (batas kelarutan) Menunjukkan konsentrasi maksimum pada

sebuah fasa larutan, yang menyatakan batas kelarutan maksimum unsur

terlarut di dalam pelarutnya atau dapat juga disebut maximum solubility limit.

Gambar 2.3 batas kelarutan

Gambar 2.4 diagram kesetimbangan fasa Cu-Ni

7. Diagram pada kesetimbanagn fasa

Banyak informasi tentang pengontrolan struktur mikro pada paduan logam

tertentu lebih memudahkan jika digambar dalam bentuk diagram yaitu diagram fase

atau diagram kesetimbangan. Banyak perubahan struktur mikro terjadi pada saat

transformasi fase yaitu perubahan yang terjadi diantara dua fase atau lebih karena

temperatur berubah.

Gejalanya bisa berupa transisi dari satu fase ke fase lain atau terbentuk fase

baru atau hilangnya sebuah fase. Diagram kesetimbangan fase menggambarkan

hubungan antara temperatur dan komposisi dan kuantitas fase-fase pada

kesetimbangan.

a. Paduan biner (binary alloy) adalah paduan yang terdiri dari dua komponen

(contoh : Cu– Ni) Diagram fase paduan biner Cu – Ni bisa dilihat pada

gambar.2.4

b. Sumbu y : temperature

c. Sumbu x : komposisi paduan (dalam % berat – bawah, dalam % atom – atas).

d. 3 daerah pada kurva : (fase ) struktur FCC

L (fase cair)

+ L ( fase + cair)

A. Mencari komposisi fase pada daerah 2 fase :

Titik B pada gambar. 2.6 : ( 35 wt% Ni – 65 wt% Cu pada 1250 C)

1. Tarik garis horisontal melalui B (“tie line”)

2. Tandai perpotongan garis dengan kurva di kedua garis

3. Tarik garis tegak lurus pada perpotongan kurva terhadap sumbu x, komposisi

paduan bisa didapat.

Perpotongan dengan garis liquidus CL : 31,5 wt% Ni – 68,5 wt% Cu

Perpotongan dengan garis solidus C: 42,5 wt% Ni – 57,5 wt% Cu

B. Mencari persen atau fraksi fase

Pada daerah 1 fase : titik A pada gambar. 2.5 100 %

Pada daerah 2 fase : titik B pada gambar 2.6

Digunakan garis horisontal (tie line) dan prosedur lever rule (hukum tuas). Prosedur

hukum tuas :

1. Tarik garis horisontal pada temperatur yang diketahui (titik B) (garis tie line).

2. Diperoleh komposisi alloi keseluruhan Co.

3. Fraksi sebuah fase dihitung dengan mengambil panjang dari komposisi alloi

keseluruhan, Co kebatas fase yang lainnya dan dibagi dengan panjang total tie

line (panjang CL - C).

4. Fraksi fase yang lain dilakukan dengan cara yang sama.

Gambar 2.5 daerah 1 fase di titik A

Gambar 2.6 daerah 2 fase di titik B

5. Jika diinginkan dalam persen, fraksi dikali 100. Jika komposisi dalam %

berat, maka fraksi adalah fraksi massa (berat).

WL = S

R+S

WL = C❑−CO

C❑−CL

WL = fraksi berat fase C = komposisi fase

CL = komposisi fase L CO = komposisi keseluruhan

Sebagai contoh :

WL = 42,5−35

42,5−31,5 = 0,68

Dengan cara yang sama untuk fase

W = R

R+S = W = CO−CL

C❑−C L =

35−31,542,5−31,5 = 0,32

C. Perkembangan struktur mikro

Pada gambar 9.3 diperlihatkan diagram fase Cu – Ni, jika pendinginan terjadi

sangat lambat dari fase L ke fase untuk bahan 35 wt% Ni – 65 wt% Cu dari

temperature 1300 C maka terjadi :

TITIK a = Fase L : 35 Wt% Ni.

Fase : -

b = Fase L : 35 Wt% Ni.

Fase : 49 Wt% Ni.

c = Fase L : 30 Wt% Ni.

Fase : 43 Wt% Ni.

d= Fase L : 23 Wt% Ni.

Fase : 35 Wt% Ni.

e= Fase L : 35 Wt% Ni.

Jika pendinginan terjadi lebih cepat maka terjadi segregasi yaitu distribusi

yang tidak merata yang terjadi di dalam butir. Pada pusat butir yang pertama

membeku akan kaya oleh bahan yang mempunyai titik leleh tinggi, bahan yang

mempunyai titik leleh rendah akan naik manjauhi pusat butir. Jadi terjadi gradien

konsentrasi pada butir (gambar. 2.7).Fenomena ini disebut “cored structure”

kelemahannya jika dipadatkan akan cepat meleleh serta mengurangi kekuatan

mekanik pada temperatur tinggi.

Komposisi bahan akan mempengaruhi kekuatan tarik dan keuletan bahan

tersebut (gambar 2.8).

Gambar 2.7 gradien konsentrasi pada butir

Gambar 2.8 komposisi bahan

D. Sistem Eutectic Biner

Reaksi eutectic : fase liquid berubah menjadi dua fase padat pada proses

pendinginan.

L (CE) (CE) + (CE).

Diagram fase untuk reaksi eutectic adalah paduan Cu – Ag. (gambar 2.9).

Pada diagram fase Cu – Ag terdapat tiga daerah 2 fase yaitu : + L, + L, + b

adalah fase kaya Cu.

adalah fase kaya Ag.

Titik E titik eutectic

Gambar 2.9 Diagram fase untuk reaksi eutectic

E. Reaksi eutectoid dan peritectic

Reaksi eutectoid yaitu reaksi dimana terjadi perubahan fase padat menjadi 2

fase padat lainnya pada proses pendinginan atau sebaliknya.

Contoh : pada T = 558C 75 Wt% Zn – 25 Wt% Cu.

Cooling: +

Heating: Reaksi peritectic yaitu pada proses pemanasan, satu fase padat berubah

menjadi 1 fase padat dan 1 fase cair. Contoh : pada T = 598 C 78,6 Wt% Zn – 21,4

Wt% Cu.

Gamabar 2.10 diagram heating

8. Transformasi fasa

A. Definisi transformasi fasa

Transformasi fasa adalah pembentukan sebuah fasa baru dengan perbedaan

pada komposisi dan struktur kristal yang berbeda dengan bahan induk.

B. Fasa transformasi logam

Pengembangan struktur mikro dengan menggunakan fasa transformasi, baik

dalam paduan fasa tunggal dan dua fasa, melibatkan perubahan dalam jumlah dan

karakter dari fasa. Fasa transformasi membutuhkan waktu dan memungkinkan

penentuan tingkat transformasi atau kinetika.

Fasa transformasi mengubah struktur mikro dan dibedakan menjadi tiga kelas, yaitu:

1. Difusi yang tergantung pada transformasi dengan tidak mengubah jumlah dan

komposisi fasa (pemadatan logam murni, transformasi allotropic).

2. Difusi yang tergantung pada transformasi dengan perubahan jumlah dan

komposisi fase (reaksi eutectoid).

3. Difusi transformasi (transformasi martensitic dalam paduan baja).

C. Kinetika pada transformasi fasa

Kinetika pada transformasi fasa terdiri dari dua proses yaitu :

1. Necleation (nukleasi)

Pembentukan fasa baru tidak terjadi secara otomatis, proses pertama yang

terjadi pada transformasi fasa adalah nukleasi yaitu pembentukan partikel sangat kecil

atau nuklei dari fasa baru.

2. Growth

Nuklei ini akhirnya tumbuh membesar membentuk fasa baru. Pertumbuhan

fase ini akan selesai jika pertumbuhan tersebut berjalan sampai tercapai fraksi baru.

D. Pertimbangan kinetika pada transformasi benda padat

Laju transformasi yang merupakan fungsi waktu (sering disebut kinetika

transformasi) adalah hal yang penting dalam perlakuan panas bahan. Pada penelitian

kinetik akan didapat kurva S yang di plot sebagai fungsi fraksi bahan yang

bertransformasi vs waktu (logaritmik) .

Fraksi transformasi , y di rumuskan:

Y = 1 – exp ( - ktn )

t = waktu

k,n = konstanta yang tidak tergantung waktu.

Persaamaan ini disebut juga persamaan AV R AMI

Laju transformasi , r diambil pada waktu ½ dari proses berakhir :

t 0,5= waktu ½ proses

Gambar 2.11 plot of fraction

Gambar 2.12 persentase rekristalisasi sebagai fungsi waktu pada suhu constan untuk

tembaga murni

Laju transformasi , r terhadap jangkauan temperatur dirumuskan :

R = konstanta gas A = konstanta , tidak tergantung Waktu

T = temperatur mutlak Q = Energi aktivasi untuk reaksi Tertentu

E. Tranrformasi multi fasa

Transformasi fasa bisa dilakukan dengan memvariasikan temperatur,

komposisi, dan tekanan. Perubahan panas yang terjadi bisa dilihat pada diagram fasa.

Namun kecepatan perubahan temperatur berpengaruh terhadap perkembangan

pembentukan struktur mikro. Hal ini tidak bisa diamati pada diagram fasa.

Posisi kesetimbangan yang dicapai pada proses pemanasan atau pendinginan

sesuai dengan diagram fasa bisa dicapai dengan laju yang sangat pelan sekali,

sehingga hal ini tidak praktis. Cara lain yang dipakai adalah supercooling yaitu

transformasi pada proses pendinginan dilakukan pada temperatur yang lebih rendah,

atau superheating yaitu transformasi pada proses pemanasan dilakukan pada

temperatur yang lebih tinggi.

a. Superheating

Proses pemanasan pada umum nya terdiri dari dua tahap :

1. Proses heating yaitu proses pemanansan yang dilakukan dari temperatur

kamar sampai suhu yang diinginkan. perlakuan panas bertujuan untuk

memperoleh sifat – sifat yang diinginkan dari logam dengan batas – batas

tertentu

2. Proses holding time yaitu proses penahanan pada temperatur tertentu sehingga

terjadi transformasi yang sempurna dan homogen. Bila transformasi tidak

sempurna maka benda kerja masih mengandung fasa α (ferit).Proses ini

bertujuan agar karbon yang terdapat dalam karbida dapat larut kepada fasa

autenit secara merata dan temperatur yang diterima pada proses dari

superheating di representasikan dengan menggunakan diagram transformasi

Isotermal / diagram TTT(time-temperatur-transformation).

b. Supercooling

Proses pendinginan yaitu proses dimana benda kerja tidak mengalami

pemanasan lagi melainkan pelepasan struktur mikro yang diinginkan. Proses

pendingan ada 2 yaitu :

1. Proses pendinginan cepat

Pencelupan ( quenching ) dengan media : air, minyak

2. Proses pendingan lambat

Pendinginan dengan media udara. Pada proses ini direfresentasikan dengan

menggunakan grafik continous cooling transformation (CCT).

F. Diagram transformasi isothermal / diagram TTT (time-temperatur-

transformation)

Dengan menggunakan reaksi eutektoid :

Dengan reaksi tersebut mengahasilkan diagram :

Gambar 2.13 diagram transformasi isotermal

Dari Diagram Fasa Fe – Fe3C, ada 3 reaksi fasa yang terbentuk, yaitu :

1. Reaksi Fasa Peritektik

2. Reaksi Fasa Eutektik

3. Reaksi Fasa Eutektoid

Ada 5 jenis fasa yang terdapat dalam diagram fasa Fe-Fe3C yaitu fasa cair,

fasa alfa, besi delta, besi gamma dan senyawa Fe-Fe3C. Diagram Fe-Fe3C tidak

mencapai C 100 %, karena Fe-Fe3C merupakan senyawa dan batas dari diagram fasa.

Fe (besi) merupakan unsur logam yang memiliki lebih dari 1 bentuk sel satuan

(politropik), sedangkan C (karbon ) merupakan unsur nonlogam. Paduan dari kedua

jenis ini menghasilkan 2 material yaitu besi cor dan baja.

Adapun sifat – sifat dari fasa yang terbentuk :

1. Ferrit ( Besi Alfa )

Pada reaksi eutektoid, austenite dengan kandungan karbon sedang akan

berubah menjadi ferit dengan kadar karbon kecil dan sementit dengan kadar karbon

tinggi. Pada saat pembentukan pearlite, gerakan atom C bergerak dari ferit ke

sementit.

Ferrit memiliki bentuk sel satuan BCC dan dapat melarutkan carbon

mencapai 0,025 %. Hal ini dikarenakan struktur BCC dimana ruang-ruang antar atom

kecil dan padat, sehingga daya larut nya rendah.

Sifat :

a. Lunak

b. Ulet

c. Mampu las tinggi

d. Sifat korosi rendah

2. Austenit

Austenit memiliki bentuk sel satuan FCC dan jarak atom nya lebih besar dari

pada Ferrit. Austenit stabil pada temperature antara 912 – 13500 C dengan daya larut

karbon sebesar 2,11 %. Pada temperature stabil nya Austenit bersifat lunak dan ulet,

sehingga mudah dibentuk dan besifat ferromagnetik.

3. Besi delta

Besi delta memiliki bentuk sel satuan BCC dengan daya larut karbon 0,1 %,

tetapi terjadi pada temperature 1350 – 15350 C.

4. Sementit

Sememtit merupakan suatu senyawa antara atom Fe dengan atom C.Sememtit

bersifat sangat keras,kurang ulet dan kurang kuat getas.

G. Diagram Continous Cooling Transformation Fe-Fe3C. Continous Cooling

Transformation (CCT).

Gambar 2.14 Diagram Continous Cooling Transformation

Gambar 2.15 diagram CCT

Hubungan antara laju pendinginan dan mikrostruktur yang terbentuk

digambarkan dalam diagram yang menghubungkan waktu temperatur dan

transformasi yang dikenal dengan diagram continous cooling transformation (CCT).

Gambar 2.15 menunjukkan bahwa struktur martensit dihasilkan dengan pencelupan

di air dengan waktu ( 1-10 ) detik. Sedangkan struktur martensit dan pearlit diperoleh

dengan pencelupan di oli dengan waktu ( 10 -100 ) detik. Struktur bainet dan pearlit

diperoleh dengan pendinginan di udara dengan waktu lebih kurang ( 9050 – 10000 )

detik dan struktur mikro pearlite diperoleh dengan pendinginan di dapur pada waktu

lebih besar dari 100000 detik.

Gambar 2.15 menunjukkan bila laju pendinginan menurun berarti waktu

pendinginan dari temperatur austenit juga menurun, sehingga mikro struktur yang

terbentuk adalah dari gabungan fasa ferrit – fasa pearlit ke fasa ferrit – fasa pearlit –

fasa bainit – fasa martensit, kemudian ke fasa bainit – fasa martensit dan akhirnya

pada laju tinggi sekali mikrostruktur akhirnya fasa martensit.

Pembentukan fasa martensit terjadi dekomposisi fasa austensit dalam fasa

ferrit (α ) + karbida (c). Hal ini berarti bahwa ada waktu untuk karbon untuk berdifusi

dan berkosentrasi dalam karbida sehingga fasa ferrit kekurangan karbon bila fasa

austensit didinginkan dengan sangat cepat ( quenching ).

Struktur FCC austensit akan berubah menjadi struktur BCT (body centered

tetragonal) martensit pada transformasi ini. Transformasi martensit tidak melewati

proses difusi, maka ia terjadi seketika sehingga laju transformasi martensit adalah

tidak bergantung waktu.

Pada struktur martensit masih didapati struktur austenit yang tidak sempat

bertransformasi. Disamping itu tegangan internal karena proses quencning juga

memberikan efek perlemahan. Ketangguhan dan keuletan martensit bisa ditingkatkan

dan tegangan internal bisa dibuang dengan cara perlakuan panas yang disebut

tempering.

Tempering dilakukan dengan memanaskan baja martensit sampai temperatur

dibawah eutectoid pada periode waktu tertentu. Biasanya tempering dilakukan pada

temperatur antara 250-6500C. Tegangan internal akan hilang pada suhu ± 20000 C.

Proses tempering akan membentuk “tempered maetensite”.

Struktur mikro tempered martensite sama dengan spheroidit hanya partikel

sementit lebih banyak dan lebih kecil. Tempered martensit mempunyai sifat sekeras

dan sekuat matensit namun ketangguhan dan keuletan lebih baik. Hubungan antara

tegangan tarik, kekuatan luluh dan keuletan terhadap temperatur temper pada baja

paduan bisa dilihat pada gambar dibawah.

Gambar 2.16 kekuatan dan keuletan luluh terhadap temperatur

Pada proses tempering beberapa baja bisa mengalami penurunan ketangguhan,

hal ini disebut perapuhan temper. Fenomena ini terjadi bila baja ditemper pada suhu

diatas 5750C dan diikuti pendinginan lambat sampai temperatur ruangan, atau jika

tempering dilakukan pada suhu antara 375 – 5750C.

Perapuhaan ini disebabkan oleh kandungan elemen lain dalam jumlah yang

cukup signifikan seperti mangan, nikel, crom dan phospor, arsen, timah putih.

Perapuhan temper bisa dicegah dengan :

a. Pengontrolan komposisi

b. Tempering diatas 5750C atau dibawah 3750 C diikuti dengan

quenching pada temperatur ruang.

Ketangguhan baja yang telah mengalami perapuhan bisa diperbaiki dengan

pemanasan samapai kira-kira 6000C, dan kemudian secara cepat didinginkan sampai

temperatur dibawah 300 0C.

9. Aplikasi pada pesawat terbang

Aluminium adalah logam yang paling banyak terdapat di kerak bumi, dan

unsur ketiga terbanyak setelah oksigen dan silikon. Selama 50 tahun terakhir,

aluminium telah menjadi logam yang luas penggunaannya setelah baja.

Perkembangan ini didasarkan pada sifat-sifatnya yang ringan, tahan korosi, kekuatan

dan ductility yang cukup baik (aluminium paduan), mudah diproduksi dan cukup

ekonomis (aluminium daur ulang). Yang paling terkenal adalah penggunaan

aluminium sebagai bahan pembuat pesawat terbang, yang memanfaatkan sifat ringan

dan kuatnya. Elemen paduan yang umum digunakan pada aluminium adalah silikon,

magnesium, tembaga, seng, mangan, dan juga lithium sebelum tahun 1970.

A. Klasifikasi Aluminium dan Paduannya

Aluminium murni relatif lunak dan penambahan unsur paduan dapat

meningkatkan sifat mekanisnya. Pengelompokan paduan Al didasarkan pada jenis

unsur paduan dengan menggunakan sistem 4 digit dimana digit pertama menunjukkan

kelompok aluminium, digit kedua menunjukkan modifikasi dari paduan aslinya atau

Batas unsur pengotor dan 2 digit terakhir menunjukkan kemurnian aluminium.

Gambar 2.17 klasifikasi aluminium dan paduannya

a. Non Heat Treatable Alloy

Kekuatan tarik paduan Al ini dapat ditingkatkan dengan cara pengerjaan

dingin (cold work) atau pengerasan larutan padat (solid solution hardening) dan unsur

seperti Mg. Yang termasuk pada kelompok ini adalah paduan seri boa, 3xxx dan

5xxx.

b. Heat Treatable Alloy

Kekerasan dan kekuatan tarik tergantung pada komposisi dan perlakuan panas

yang terdiri dari :

1. Pemanasan di atas garis solves sehingga unsur-unsur paduan akan larut dalam

fasa tunggal a. Tahap ini dinamakan perlakuan larutan (solution treatment).

2. Pendinginan cepat sampai suhu kamar sehingga terbentuk larutan padat lewat

jenuh (supersaturated solid solution).

3. Proses penuaan (ageing) dengan cara memanaskan kembali pada suhu sekitar

130-190 °C sehingga terbentuk endapan yang sangat halus.

Gambar 2.18 Siklus thermal pengerasan endapan

Termasuk kelompok ini adalah paduan aluminium seri 2xxx, 6xxx dan 7xxx.

B. Pengerasan Endapan (Precipitation Hardening)

Kekuatan dan kekerasan dari beberapa paduan aluminium disebabkan karena

terbentuknya partikel-pertikel atau endapan halus (precipitate) yang tersebar merata

pada matriks aluminium sebagai akibat dari perlakuan panas. Proses ini dinamakan

precipitation hardening dan kadang-kadang dinamakan pula age hardening(penuaan)

karena kenaikan kekerasan merupakan fungsi waktu. Contoh logam paduan yang

mengalami proses ini adalah paduan seri 2xxx, 6xxx dan 7xxx.

Paduan tipe ini mempunyai diagram fasa biner hypothetic sistem A-B seperti terlihat

pada gambar 2.19 :

Gambar 2.19 Diagram fasa biner hypothetic

Pada gambar terlihat bahwa batas kelarutan B di dalam logam A mencapai

maksimum pada titik M. Batas kelarutan ini turun dari titik M sampai titik N. Jika

logam paduan dengan komposisi Co dipanaskan pada suhu To maka akan terbentuk

fasa α.

Jika kemudian dilakukan pendinginan secara cepat pada suhu T1 maka maka

difusi tidak terjadi dan tidak terbentuk fasa . Selanjutnya jika dipanaskan pada suhu

T2 maka difusi mulai terjadi dan terbentuk fasa berupa partikel-partikel kecil.

Proses ini dinamakan penuaan. Pembentukan pertikel-partikel kecil ini berpengaruh

pada sifat-sifat mekanis (kekerasan dan kekuatan tafik) logam paduan.

C. Paduan aluminium-seng

Paduan aluminium dengan seng merupakan paduan yang paling terkenal

karena merupakan bahan pembuat badan dan sayap pesawat terbang. Paduan ini

memiliki kekuatan tertinggi dibandingkan paduan lainnya, aluminium dengan 5,5%

seng dapat memiliki kekuatan tensil sebesar 580 MPa dengan elongasi sebesar 11%

dalam setiap 50 mm bahan. Bandingkan dengan aluminium dengan 1% magnesium

yang memiliki kekuatan tensil sebesar 410 MPa namun memiliki elongasi sebesar 6%

setiap 50 mm bahan.

Gambar 2.20 Diagram fase Al-Zn, temperatur vs persentase Zn

BAB III

PENUTUP

1. Kesimpulan