Transformasi fasa

Transformasi Fasa

Transformasi fasa adalah pembentukan sebuah fasa baru dengan perbedaan pada

komposisi dan struktur kristal yang berbeda dengan bahan induk.

1.Transformasi Fasa Pada Logam

Transformasi fasa dibagi menjadi tiga golongan:

• Diffusion-dependent transformations tanpa perubahan dalam nomor dan

komposisi fasa( pembekuan logam murni,transformasi allotropic, dll.)

• Diffusion-dependent transformations dengan perubahan nomor dan

komposisi fasa (reaksi eutectoid)

• Diffusionless transformations (transformasi martensite dalam campuran

logam)

2.Kinetika Pada Transformasi fasa

Kinetika pada transformasi fasa terdiri dari dua proses yaitu necleation (nukleasi)

dan Growt (pertumbuhan).

2.1 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.

2.2 Growth

Nuklei ini akhirnya tumbuh membesar membentuk fasa baru. Pertumbuhan fase

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

3.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 1.1

Gambar 1.2

Laju transformasi , r terhadap jangkauan temperatur dirumuskan :

R = konstanta gas

T = temperatur mutlak

A = konstanta , tidak tergantung Waktu.

Q = Energi aktivasi untuk reaksi Tertentu.

4. 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 .

• Superheating

Proses pemanasan pada umum nya terdiri dari dua tahap :

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

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).

• Supercooling

Proses pendinginan yaitu proses dimana benda kerja tidak mengalami

pemanasan lagi melainkan pelepasan strukturmikro 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).

5.Diagram Transformasi Isotermal / diagram TTT(time-temperatur-

transformation.

Dengan menggunakan reaksi eutektoid :

Dengan reaksi tersebut mengahasilkan diagram :

Gambar 1.3

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 :

Lunak

Ulet

Mampu las tinggi

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. Sememtit

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

bersifat sangat keras,kurang ulet dan kurang kuat getas.

6. Continous Cooling Transformation (CCT).

Diagram Continous Cooling Transformation Fe-Fe3C

Gambar 1.4

Gambar 1.5

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 1.5 menunjukkan bahwa struktur martensit dihasilkan dengan pencelupan

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

diperoleh dengsn 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 1.5 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,kemidian 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 martensitm 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

temering dilakukan pada temperatur antara 250-6500 C.Tegangan internal akan

hilang pada suhu ± 2000 C.Proses tempering akan membentuk “tempered

maetensite”.

Foto 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.

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 :

1. Pengontrolan komposisi

2. 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.

TRANSFORMASI FASA

Handout Ini Disusun Untuk

Memenuhi Tugas Ujian Tengah Semester Mata Kuliah Pengantar Fisika

Material

Disusun Oleh :

NAMA : ROMBANG RIZKY S

NPM : 140310100061

JURUSAN FISIKA

UNIVERSITAS PADJADJARAN

2012