TIN107 - Material Teknik #7 - Diagram Fasa
6623 - Taufiqur Rachman 1
Diagram Fasa
Logam lebih banyak dalam keadaan dipadu (logam
paduan)
Pemaduan logam membuat struktur dalam keadaan setimbang pada temperatur dan tekanan tertentu
Pemaduan logam akan memperbaiki sifat logam, a.l.: kekuatan, keuletan, kekerasan, ketahanan korosi, ketahanan aus, ketahanan lelah, dll
Umumnya logam tidak berdiri sendiri
(tidak dalam keadaan murni
Latar Belakang
Kemurnian Sifat
Paduan Struktur
LOGAM
TIN107 - Material Teknik (Materi #7) 26623 - Taufiqur Rachman
TIN107 - Material Teknik #7 - Diagram Fasa
6623 - Taufiqur Rachman 2
Definisi
• Fasa pada suatu material didasarkan atas daerah yang berbeda dalamstruktur atau komposisi dari daerah lainnya.
• Fasa ⟹ bagian homogen dari suatu sistem yang memiliki sifat fisik dankimia yang seragam.
• Untuk mempelajari paduan dibuatlah kurva yang menghubungkanantara fasa, komposisi dan temperatur.
• Diagram fasa adalah suatu grafik yang merupakan representasi tentangfasa-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). Diagram inidipakai untuk mengetahui dan memprediksi banyak aspek terhadapsifat material.
TIN107 - Material Teknik (Materi #7) 36623 - Taufiqur Rachman
Informasi Diagram Fasa
Informasi penting yang dapat diperoleh dari diagram fasa adalah:
1. Memperlihatkan fasa-fasa yang terjadi pada perbedaankomposisi dan temperatur dibawah kondisi pendinginan yangsangat lambat.
2. Mengindikasikan kesetimbangan kelarutan padat satu unsuratau senyawa pada unsur lain.
3. Mengindikasikan pengaruh temperatur dimana suatu paduandibawah kondisi kesetimbangan mulai membeku dan padarentang temperatur tertentu pembekuan terjadi.
4. Mengindikasikan temperatur dimana perbedaan fasa-fasamulai mencair.
TIN107 - Material Teknik (Materi #7) 46623 - Taufiqur Rachman
TIN107 - Material Teknik #7 - Diagram Fasa
6623 - Taufiqur Rachman 3
Jenis Pemaduan
Contoh: Cu + Zn; Cu + Al; Cu + Sn
Unsur Logam Unsur Logam
Contoh: Fe + C
Unsur Logam Unsur Non Logam
TIN107 - Material Teknik (Materi #7) 56623 - Taufiqur Rachman
Air
Gula
Sirup Jenuh
Kelebihan Gula
Contoh Pemaduan
Minyak
Air
Alkohol
Larutan
Air
Pemaduan terjadi akibat adanya susunan atom sejenis ataupun adadistribusi atom yang lain pada susunan atom lainnya.
TIN107 - Material Teknik (Materi #7) 66623 - Taufiqur Rachman
TIN107 - Material Teknik #7 - Diagram Fasa
6623 - Taufiqur Rachman 4
Jenis Larutan Padat (Berdasarkan Posisi Atom)
1. Larutan padat substitusi
Adanya atom-atom terlarutyang menempati kedudukan
atom-atom pelarut.
2. Larutan padat interstisi
Adanya atom-atom terlarutyang menempati rongga-
rongga diantara kedudukanatom/sel.
FeC
TIN107 - Material Teknik (Materi #7) 76623 - Taufiqur Rachman
Cu
Ni
Faktor Kelarutan Padat (Hume-Rothery)
1. Faktor geometri (diameter atom dan bentuk sel satuan),mempengaruhi terbentuknya jenis kelarutan ditentukan oleh.
Contoh:
• Jika A dan B memiliki sel satuan sama, maka:
A + B ⇛ C ⤳ kelarutan yang tersusun disebut kelarutansempurna, dimana sifat C sifat A atau B.
• Jika A dan B memiliki sel satuan yang berbeda, maka:
a) A + B ⇛ A’ (dimana A yang dominan)
⇛ B’ (dimana B yang dominan)
⤳ kelarutan yang tersusun disebut larut sebagian
b) A + B ⇛ A + B (tidak larut)
TIN107 - Material Teknik (Materi #7) 86623 - Taufiqur Rachman
TIN107 - Material Teknik #7 - Diagram Fasa
6623 - Taufiqur Rachman 5
Faktor Kelarutan Padat (Hume-Rothery) cont’d
2. Faktor diameter atom, menetntukan jenis larutan padat(substitusi/interstisi).
• Larutan padat substitusi, perbedaan diameter atom yanglarut <15% dibandingkan atom pelarut.
• Larutan padat interstisi, perbedaan diameter atom yanglarut >15% dibandingkan atom pelarut.
3. Stabilitas hasil percampuran
Ditandai oleh keelektronegatifan dan keelektropositifan, makinbesar perbedaannya maka makin stabil, tetapi jika terlalu besarperbedaannya yang terjadi bukan larutan, melainkan senyawa(compound).
TIN107 - Material Teknik (Materi #7) 96623 - Taufiqur Rachman
Pembentukan Diagram Fasa
Memvariasikan komposisi kedua unsur (0 − 100%)
Dipanaskan hingga mencair
Didinginkan dengan lambat
Kurva Pendinginan
Perubahan komposisi akan merubah pola darikurva pendinginan.
• Titik A, L1, L2, L3 dan C ⤳ awal terjadinyapembekuan, dan
• Titik B, S1, S2, S3 dan D ⤳ akhir pembekuan.
TIN107 - Material Teknik (Materi #7) 106623 - Taufiqur Rachman
TIN107 - Material Teknik #7 - Diagram Fasa
6623 - Taufiqur Rachman 6
Garis Pada Diagram Fasa
Gbr. diagram kesetimbangan fasa Cu-Ni
Garis LiquidusMenunjukkan temperatur
terendah dimana logam dalamkeadaan cair atau temperatur
dimana awal terjadinyapembekuan dari kondisi cairakibat proses pendinginan.
Garis SolidusMenunjukkan temperatur
tertinggi suatu logam dalamkeadaan padat atau temperatur
terendah dimana masih terdapatfasa cair.
TIN107 - Material Teknik (Materi #7) 116623 - Taufiqur Rachman
Solubility Limit
Gbr. Kelarutan dari Gula (C12H22O11) di dalam air (sirup).
Solubility LimitMenunjukkan
konsentrasi maksimum pada
sebuah fasa larutan, yang
menyatakan bataskelarutan
maksimum unsurterlarut didalampelarutnya atau
dapat juga disebut
maximum solubility limit.
TIN107 - Material Teknik (Materi #7) 126623 - Taufiqur Rachman
TIN107 - Material Teknik #7 - Diagram Fasa
6623 - Taufiqur Rachman 7
Contoh Solubility LimitDari diagram fasa sistem air (sirup) dan gula di samping.
Pertanyaan:
Berapa solubility limit (batas kelarutan) pada temperatur 20℃ ???
Jawaban :
Gula 65 wt%65
Jika Co < Gula 65 wt% : Sirup
Jika Co > Gula 65 wt% : Sirup + Gula
⇛ Solubility limit bertambah bersama dengan peningkatan Temperatur (T):mis., jika T = 100°C, maka solubility limit = Gula 80 wt%
Diagram Fasa Gula/Air
Gula
Tem
per
atu
re (
°C)
0 20 40 60 80 100C = Composition (Gula wt%)
L(Larutan cair,
mis: sirup)
SolubilityLimit L
(Cair)+S
(Gula padat)
20
40
60
80
100
Air
TIN107 - Material Teknik (Materi #7) 136623 - Taufiqur Rachman
Pengaruh Temperatur (T) & Komposisi (Co)
• Perubahan T dapat merubah jumlah fasa : komponen A ke B
• Perubahan Co dapat merubah jumlah fasa : komponen B ke D
Co (%wt) Ni20 40 60 80 1000
1000
1100
1200
1300
1400
1500
1600
T(°
C)
L(liquid)
a
(FCC solid solution)
liquidus solidus
Cu
Sistem Cu-Ni
B D
A
TIN107 - Material Teknik (Materi #7) 146623 - Taufiqur Rachman
TIN107 - Material Teknik #7 - Diagram Fasa
6623 - Taufiqur Rachman 8
Kurva Pendinginan Logam(1) Pemanasan logam hingga titik Ta;
(2) Pendinginan logam dari titik a – b;
(3) Di titik b, logam mulai mengendapmenjadi larutan;
(4) Di titik c, logam menjadi padat; garis horisontal lurus kurva dari bke c menunjukkan suhu konstan (Tb-c ), karena energi panas yang diserap dalam perubahan dari cair ke padat;
(5) Logam padat didinginkan kembali dari c ke d dan temperatur mulai turun kembali
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
TIN107 - Material Teknik (Materi #7) 156623 - Taufiqur Rachman
Kurva Pendinginan Besi
Kurva Pendinginan Bentuk Allotropic
TIN107 - Material Teknik (Materi #7) 166623 - Taufiqur Rachman
TIN107 - Material Teknik #7 - Diagram Fasa
6623 - Taufiqur Rachman 9
Kurva Pendinginan Logam Paduan
TIN107 - Material Teknik (Materi #7) 176623 - Taufiqur Rachman
Klasifikasi Diagram Fasa
1. Larut sempurna dalam keadaan cair dan padat.
2. Larut sempurna dalam keadaan cair, tidak larut dalam keadaanpadat (reaksi eutektik).
3. Larut sempurna dalam keadaan cair, larut sebagian dalamkeadaan padat (reaksi eutektik).
4. Larut sempurna dalam keadaan cair, larut sebagian dalamkeadaan padat (reaksi peritektik).
5. Larut sempurna dalam keadaan cair, tidak larut dalam keadaanpadat dan membentuk senyawa.
6. Larut sebagian dalam keadaan cair (reaksi monotektik).
7. Tidak larut dalam keadaan cair maupun padat.
TIN107 - Material Teknik (Materi #7) 186623 - Taufiqur Rachman
TIN107 - Material Teknik #7 - Diagram Fasa
6623 - Taufiqur Rachman 10
Aturan Penentuan Jumlah & Tipe Fasa(The Lever Arm Rules/Aturan Kaidah Lengan) ①
1) Aturan 1: jika diketahui T& Co, maka akan diketahuijumlah dan jenis fasa.
Contoh : Diagram Fasa Cu-Ni
A
(1100, 60):
1 Fasa:
α
B
(1250, 35):
2 Fasa:
L + α
%wt NiCu
T (℃)
TIN107 - Material Teknik (Materi #7) 196623 - Taufiqur Rachman
Aturan Penentuan Jumlah & Tipe Fasa(The Lever Arm Rules/Aturan Kaidah Lengan) ②
2) Aturan 2: jika diketahui T& Co, maka akan diketahuikomposisi dari fasa.
Contoh : Diagram Fasa Cu-Ni
%wt NiCu
T (℃)
CL C0 Cα
• Hanya cair/ liquid (L)• CL = C0 = 35 %wt Ni
Pada TA:1320 ℃
• Hanya padat/ solid (a)
• Ca = C0 = 35 %wt NiPada TD:1190 ℃
• Keduanyaa dan L• CL = CLiquidus = 32 wt%Ni
• Ca = CSolidus = 43 wt%Ni
Pada TB:1250 ℃
Pada C0 = 35 %wt Ni
TIN107 - Material Teknik (Materi #7) 206623 - Taufiqur Rachman
TIN107 - Material Teknik #7 - Diagram Fasa
6623 - Taufiqur Rachman 11
Aturan Penentuan Jumlah & Tipe Fasa(The Lever Arm Rules/Aturan Kaidah Lengan) ③
3) Aturan 3: jika diketahui T& Co, maka akan diketahuijumlah setiap fasa (=%wt)
Contoh : Diagram Fasa Cu-Ni
%wt NiCu
T (℃)
CL C0 Cα
• Hanya cair/ liquid (L)
• WL = 100 %wt ; Wa = 0Pada TA:
• Hanya padat/ solid (a)
• WL = 0 ; Wa = 100 %wtPada TD:
• Keduanyaa dan LPada TB:
Pada C0 = 35 %wt Ni
TIN107 - Material Teknik (Materi #7) 216623 - Taufiqur Rachman
Aturan Penentuan Jumlah & Tipe Fasa(The Lever Arm Rules/Aturan Kaidah Lengan) ③1
Untuk WL :
Untuk Wα :
%wt 73100% 3243
3543 100%
CC
CC
Lα
0α
LW
%wt 2100% 3243
33 100%
CC
CC
Lα
L0 725
W
a
TIN107 - Material Teknik (Materi #7) 226623 - Taufiqur Rachman
TIN107 - Material Teknik #7 - Diagram Fasa
6623 - Taufiqur Rachman 12
The Lever Arm Rules/Aturan Kaidah Lengan
• Untuk menghitung persentasefasa-fasa yang ada pada komposisitertentu, digunakan metodakaidah lengan.
• x adalah komposisi paduan yangakan dihitung persentase fasa-fasanya pada temperatur T, makatarik garis yang memotong bataskelarutannya (garis L-S).
• Jika x = wo ; L = wl dan S = ws
maka % fasa cair dan padat :
%100xww
wwL
ls
os
%100x
ww
wwS
ls
lo
TIN107 - Material Teknik (Materi #7) 236623 - Taufiqur Rachman
Referensi
• http://www.csun.edu
• http://web.utk.edu
• http://www.virginia.edu
TIN107 - Material Teknik (Materi #7) 246623 - Taufiqur Rachman
Top Related