Material Sains

Perlakuan Panas Logam (1) : Diagram Fasa

6 August 2011 8,794 views penulis: Oka Mahendra Print This Post Print This Post

Perlakuan panas pada logam merupakan ilmu yang mempelajari tentang perubahan sifat dan struktur pada logam akibat pemberian panas pengaturan laju pendinginan. Secara umum, perlakuan panas pada logam akan berhubungan erat dengan tiga hal : temperatur, waktu, dan komposisi. Sama seperti membuat bala – bala, untuk mendapatkan bala – bala dengan rasa yang enak, tingkat kekerasan yang cukup, renyah dan gurih, dibutuhkan komposisi, temperatur, dan waktu penggorengan yang tepat.

Logam tersusun dari atom – atom yang memiliki ikatan metalik. Setiap atom yang berikatan metalik akan membentuk satu kristal.  Kristal ini memiliki struktur dan orientasi sendiri bergantung sumbu terbentuknya kristal tersebut, dan setiap kristal yang berada dalam satu orientasi akan berkumpul membentuk satu butir. Struktur kristal dipengaruhi oleh jumlah elemen paduan yang mampu menyelinap di sela – sela ikatan atom, atau disekitar kristal satu dengan yang lain. Selain jumlah, ukuran pun penting untuk menentukan apakah elemen paduan tersebut menyelinap (interstisi), atau mengganti (substitusi). Atom itu tidak diam, tapi bergerak. Atom dalam setiap logam mampu bergerak dan berpindah tempat disebabkan oleh dua hal : Kondisi energi yang diberikan (diwakilkan oleh temperatur) dan komposisi elemen paduan (diwakilkan oleh persen berat unsur). Secara alamiah, suatu lingkungan yang padat akan cenderung mencari kestabilan dengan mengurangi kepadatannya menuju lingkungan lain yang kurang padat. Itu adalah proses difusi; dipengaruhi oleh gradien komposisi. Namun, untuk bisa berpindah, butuh energi. Kombinasi dari keduanya, maka kita akan mendapatkan ilmu pertama dari Ilmu dan Teknik Material : Diagram Fasa.

# Komponen Diagram Fasa

Phase Diagram

Diagram fasa dibuat oleh dua orang, yang bernama Elliot J.F. dan Benz M.G. pada tahun 1949 (pada tahun yang sama, Indonesia masih berkutat melawan NICA yang datang dari Belanda, belum sempat membuat hal seperti ini, sungguh menyedihkan). Diagram ini, tidak dibuat dalam semalam, tapi selama bertahun – tahun, dan mengalami penyempurnaan hingga tahun 1992 oleh springerlink. Komponen dari diagram fasa ada dua : komposisi karbon (sumbu X) dan temperatur (sumbu Y). Di tengah diagram tersebut ada “peta” dari jenis fasa yang terbentuk. Keterangan dari tulisan yang ada disana akan dijelaskan di bawah.

  • Delta Iron (Delta Ferrite)

http://www.industrialheating.com/Articles/Cover_Story/93096f835cbb7010VgnVCM100000f932a8c0____Delta Iron merupakan fasa yang terbentuk dan stabil pada temperatur sekitar 1500 derajat celcius. Pada daerah ini, karbon yang bisa menjadi interstisi didalam besi maksimal sekitar 0.09%. Tahu darimana? Garis mendatar. Delta, di sebelah kiri, memiliki garis kelarutan karbon (lebih dari 0.025% dan kurang dari 0.5%), garis mendatar di sebelah kanan, menunjukkan kelarutan karbon maksimal. Fasa delta ini cenderung lunak dan tidak stabil pada suhu kamar. Struktur kristal yang terbentuk adalah BCC. Gambar di sebelah kanan menunjukkan gambar struktur mikro Delta Iron yang di etching menggunakan teknik metalurgi khusus pada baja stainless steel.

  • Ferrite (α)

http://www.industrialheating.com/IH/2001/01/Files/Images/8343.gifFerrite (α) merupakan fasa yang terbentuk pada temperatur sekitar 300-723 derajat celcius. Pada daerah ini, kelarutan karbon maksimalnya adalah 0,025% pada temperatur 725 derajat celcius, dan turun drastis menjadi 0% pada 0 derajat celcius. Fasa ini biasa terjadi bersamaan dengan cementite, membentuk pearlite pada pendinginan lambat. Fasa ini lunak, dan memberikan kemampuan bentuk pada logam. Gambar di sebelah kiri menunjukkan struktur fasa ferrite yang berwarna hitam, dan austenite yang berwarna putih. Hal ini menunjukkan bahwa, selain lunak, ferrite sendiri cenderung lebih mudah berkarat dibandingkan austenite.

  • Cementite (Fe3C)

http://www.industrialheating.com/IH/2001/01/Files/Images/8345.gifCementite merupakan fasa intermetalik yang terbentuk pada logam dengan kelarutan karbon maksimal 6,67 %. Kelarutan karbon yang tinggi memberikan sifat keras pada fasa ini, dan berkontribusi bersama dengan ferrite untuk menentukan kekuatan dari suatu logam. Gambar di sebelah kanan menunjukkan fasa cementite yang didapatkan dari proses pendinginan lambat baja cor putih.

  • Pearlite (α + Fe3C)

http://www.industrialheating.com/IH/2001/01/Files/Images/8347.gifPearlite merupakan satu fasa yang terbentuk dari gabungan dua fasa, Ferrite dan Cementite. Pearlite dianggap sebagai satu fasa sendiri, karena memberikan kontribusi sifat yang seragam. Seperti dijelaskan di atas, di dalam satu fasa, biasa terbentuk dalam satu butir. Namun, untuk Pearlite berbeda, karena ada dua fasa dalam satu butir. Karena butir berukuran lebih besar dari ukuran fasa Ferrite dan Cementite itu sendiri (ukuran terkecil yang bisa dikarakterisasi sebesar ukuran indentasi dari uji keras mikro vickers, sekitar 50 mikron), maka Pearlite, atas kesepakatan bersama para ahli material, digolongkan sebagai satu fasa dalam satu butir. Pearlite memiliki morfologi mirip seperti lapisan (lamellae) antara Ferrite (hitam) dan Cementite (putih). Pada gambar di sebelah kiri, bisa dilihat struktur mikro dari pearlite tersebut. Perhatikan juga pembesaran yang ada di sebelah kanan bawah, hal ini menunjukkan perbedaan gambar ini dengan gambar pada baja cor putih. Apa perbedaannya dengan baja cor putih, pada pembesaran yang sama? distribusi dari fasa Pearlite dan Cementite nya.

  • Austenite (γ)

Gamma Iron merupakan fasa yang terbentuk pada terbentuk pada temperatur 1140 derajat celcius, dengan kelarutan karbon 2,08%. Kelarutan karbon akan turun menjadi o,08% pada 723 derajat celcius. Fasa ustenite terlihat jelas pada gambar di bagian Ferrite di atas, berwarna putih. Hal ini menunjukkan bahwa fasa ini memiliki ketahanan karat yang lebih baik daripada fasa yang lain.  Austenite merupakan fasa yang tidak stabil di temperatur kamar, sehingga dibutuhkan komposisi paduan lain yang akan berungsi sebagai penstabil fasa austenite pada temperatur kamar, contohnya adalah mangan (Mn).

  • Eutectic, Hypo-eutectoid dan hyper-eutectoid

Seperti kata Human (manusia) dan Humanoid (seperti-manusia), maka daerah pendinginan pun memiliki dua garis mendatar : eutectoic dan eutectoid (eutectic-like). Kedua garis isotermal ini menunjukkan perubahan fasa yang berbeda : Eutectic [L -> γ+Fe3C] dan Eutectoid [γ->α+Fe3C]. Titik eutectoid terletak pada garis komposisi 0,8 % karbon, sedangkan titik eutectic terletak pada garis komposisi 4% karbon. Biasanya, baja yang terletak pada daerah eutectoid disebut baja karbon, sedangkan pada daerah 4% karbon disebut baja cor. Pada baja karbon, ada baja karbon yang kandungan karbonnya rendah (dibawah 0,8%) dan tinggi (diatas 0,8%). Dengan kesepakatan bersama, baja dengan kandungan karbon dibawah 0,8% disebut baja karbon rendah, medium, dan tinggi, sedangkan baja dengan kandungan karbon diatas 0,8% disebut baja saja (steel).

Artikel berikutnya akan membahas tentang bagaimana membaca diagram fasa. Silahkan ditunggu, dan tuliskan komentarnya untuk perbaikan, terima kasih =D

Bekasi, 8 Agustus 2011

Oka Mahendra



Daftarkan di social page berikut (klik untuk submit):



2 Comments »

  • Gilang Al-zuhri said:

    artikel tentang ledeburite dong om ??

  • Sheba said:

    artikel tentang ledeburite dong om ??
    +1

Tuliskan komentar anda!

You must be logged in to post a comment.