05 diagram fase besi – karbida besi

23
Diagram Fase Besi – Karbida Besi

Upload: aprian-immanuel-situmeang

Post on 28-Dec-2015

198 views

Category:

Documents


16 download

DESCRIPTION

DIAGRAM FASA BESI - PERLAKUAN PANAS

TRANSCRIPT

Page 1: 05 Diagram Fase Besi – Karbida Besi

Diagram Fase Besi – Karbida Besi

Page 2: 05 Diagram Fase Besi – Karbida Besi

Besi, titik lebur 1535 oC, memiliki sifat allotropi: 1. Besi a (BCC) s/d 910 oC2. Besi g (FCC) 910 s/d 1400 oC3. Besi d (BCC) 1400 s/d 1535 oC

• Kelarutan karbon dalam besi sangat terbatas:1. Maks. 0,025 % dalam besi a, pada 723 oC2. Maks. 2,0 % dalam besi g, pada 1130 oC3. Maks 0,10 %, dalam besi d, pada 1496 oC

•Di dalam besi, Karbon dapat berupa:1. Senyawa (karbida besi Fe3C, kadar karbon 6,67%)2. Larutan padat interstisial3. Karbon bebas (grafit)

Page 3: 05 Diagram Fase Besi – Karbida Besi

Besi d BCC

Besi g FCC

Besi a BCC non magnetik

Besi a BCC magnetik

Besi cair

W a k t u

Tem

pera

tur

oC

15351400

910

768

Cooling curve besi murni, menunjukkan adanya allotropi

Page 4: 05 Diagram Fase Besi – Karbida Besi

Diagram Fase Besi – Karbida Besi dengan label nama fase umum

Liquid

% berat karbonFe 1 32,0 654 6,67

A1 = 723

1130

200

1400

1200

1000

600

400

800

1535

910

Tem

pe

ratu

r oC

4,30,8

g

1496

a

d

+d g

L+d

Likuid+ g Likuid + karbida

g + karbida

+ a karbida

+ g karbida

+ g eutektik + karbida

eutektik + karbidaa+ g

a+

eutektoid

eutektoid+

karbida

eutektoid+ eutektik + karbida eutektik + karbidaeu

tekt

oid

eute

ktik

A cmA3

Page 5: 05 Diagram Fase Besi – Karbida Besi

1. Sementit : karbida besi Fe3C, adalah senyawa interstisial mengandung 6,67 %C. Sangat keras (650 BHN), getas, kekuatan rendah (350 kg/cm2). Struktur kristal orthorhombik.

2. Austenit : larutan padat karbon dalam besi g. Kelarutan maksimum 2,0 %C, pada 1130 oC. Kekuatan tarik 1050 kg/cm2, kekerasan 40 RC, ketangguhan tinggi. Biasanya tidak stabil pada temperatur kamar. Struktur kristal FCC

3. Ledeburit : suatu campuran eutektik dari austenit dan sementit, mengandung 4,3 %C, terbentuk pada 1130 oC.

4. Ferrit : larutan padat karbon dalam besi a. Kelarutan maksimum 0,025 %C (pada 723 oC), dan hanya 0,008 % di temperatur kamar. Struktur kristal BCC. Kekuatan rendah (± 28 kg/mm2), tetapi keuletan tinggi (sampai 40%), kekerasan kurang dari 90 RB.

Page 6: 05 Diagram Fase Besi – Karbida Besi

5. Perlit : suatu campuran eutektoid dari sementit dan ferrit, berselang-seling, berlapis-lapis. Mengandung 0,8 % C, terbentuk pada 723 oC. Kekuatan tarik 84 kg/mm2, keuletan (elongation) 20 %, kekerasan 95-100 RB atau ± 250-300 BHN.

6. Lower Critical Temperature (Temperature kritis bawah) A1,

temperatur eutektoid. Pada diagram Fe-Fe3C tampak berupa

garis mendatar di temperatur 723 oC. Pada temperatur ini terjadi reaksi eutektoid

7. Upper Critical Temperature (Temperatur kritis atas) A3,

temperatur awal terjadinya perubahan allotropik dari g ke a (pada pendinginan) atau akhir perubahan allotropik dari ferrit (a) ke austenit (g) (pada pemanasan).

8. Garis solvus Acm merupakan batas kelarutan karbon dalam

austenit, di bawah garis ini terjadi pengendapan.

perlit

npendingina sementit ferrit austenit

Page 7: 05 Diagram Fase Besi – Karbida Besi

Diagram Fase Besi – Karbida Besi dengan label nama fase khusus

Liquid

% berat karbonFe1 32,0 654 6,67

1130

200

1400

1200

1000

600

400

800

1535

910

Tem

pe

ratu

r oC

4,30,8

austenit

1496

ferrit

ferritd

ferrit +daustenit

L+ ferrit d

L + austenit

L + sementit

austenit + sementit

ferrit + sementit

austenit+ ledeburit + sementit

ledeburit +sementit

ferrit+

perlit perlit + sementit

perlit+ ledeburit + sementit

ledeburit +sementit

perl

it

lede

burit

B a j a Besi tuang

hypo eutektoid

hyper eutektoid

hypo eutektik

hyper eutektik

Paduan 1Paduan 5Paduan 4

Paduan 3Paduan 2

austenit +sementit

A cm723A1

ferrit + austenitA

3

Page 8: 05 Diagram Fase Besi – Karbida Besi

• Paduan1 (besi tuang eutektik) 4,3 %C1. Pembekuan akan dimulai pada 1130 oC dengan ter-

bentuknya karbida besi, sementit, kadar karbon 6,67. 2. Liquid di sekitar sementit kadar karbonnya turun, <4,3,

karenanya di sebelah sementit terbentuk g (2,0 %C)3. Karbon yang tadinya ada di tempat g didorong ke

liquid disekitar g sehingga kadar karbon dalam liquid tsb naik >4,3 sehingga segera terbentuk lagi sementit

4. Demikian seterusnya akan terjadi secara bergantian sementit-g-sementit-g-sementit-g-…dst sampai semua liquid habis. Ini berlangsung pada temperatur konstan.

5. Diperoleh solid dengan struktur berselang-seling sementit-g-sementit-g-sementit-g-……… bentuk khas dari suatu struktur eutektik, diberi nama Ledeburit

Page 9: 05 Diagram Fase Besi – Karbida Besi

Ledeburit

(seringkali ledeburit tidak lagi tampak, karena reaksi eutektik terjadi pada temperatur cukup tinggi, sehingga austenit pada eutektik cenderung bergabung dengan austenit proeutektik, yang tinggal hanya sementit saja)

Besi tuang hypoeutektik

Page 10: 05 Diagram Fase Besi – Karbida Besi

Liquid

% berat karbonFe 1 32,0 654 6,6

7

723

1130

200

1400

1200

1000

600

400

800

1535

910

Tem

per

atu

r oC

4,30,8

Likuid+ g Likuid +

karbida

eute

ktik

Kurva Pendinginan

Waktu

Tem

pera

tur

Reaksi eutektik

Page 11: 05 Diagram Fase Besi – Karbida Besi

• Paduan 2, baja eutektoid, 0,8 %C1.Pembekuan dimulai pada saat mencapai temperatur

liquidus dengan terbentuknya kristal austenit. Pembekuan berlangsung dengan menurunnya temperatur, makin turun temperatur makin banyak austenit yang terjadi, sampai di solidus pembekuan selesai, seluruhnya menjadi austenit

2.Pada pendinginan selanjutnya tidak terjadi perubahan, tetap austenit,

3.Perubahan baru terjadi pada saat mencapai 723, mulai terjadi reaksi eutektoid. Dari austenit mulai keluar sementit yang diikuti ferrit-sementit-ferrit….

4.Akhirnya diperoleh struktur berselang-seling (lamellar) sementit-ferrit-sementit-ferrit …….dinamakan perlit

Page 12: 05 Diagram Fase Besi – Karbida Besi

Side nucleation

sem

en

tit

sementit

nucleus

a

Edge growth

Liquidpembekuan

austenitReaksi eutektoid

Perlit

W a k t u

Tem

pera

tur

Page 13: 05 Diagram Fase Besi – Karbida Besi

• Paduan 3, baja hipoeutektoid, 0,4 %C1. Pembekuan dimulai pada saat mencapai temperatur

liquidus dengan terbentuknya ferrit d. Pembekuan berlangsung dengan menurunnya temperatur, makin turun temperatur makin banyak ferrit d yang terjadi

2. Sampai di 1496, antara liquid yang masih ada dengan ferrit d yang sudah ada mengalami reaksi peritektik menjadi austenit (setelah reaksi masih ada tersisa likuid, likuid yang masih tersisa akan membeku menjadi austenit pada pendinginan selanjutnya)

3. Setelah seluruhnya menjadi austenit tidak ada perubahan dengan turunnya temperatur, sampai mulai mencapai garis temperatur A3

4. Di A3 austenit mulai bertransformasi (allotropik) menjadi ferrit a dengan mulai membentuk inti ferrit di batas butir austenit

Page 14: 05 Diagram Fase Besi – Karbida Besi

5. Makin turun temperatur makin banyak austenit yang bertransformasi menjadi ferrit, inti2 ferrit tumbuh menjadi butiran yang lebih besar

6. Sampai di temperatur A1 yang adalah temperatur eutektoid, sudah ada (0,8 – 0,4)/(0,8 – 0,0025) bagian ferrit dan masih ada (0,4 – 0,0025)/(0,8 – 0,0025) bgn austenit. Kadar karbon dalam ferrit 0,0025 % dan kadar karbon dalam austenit 0,8 % (= komposisi eutektoid), maka austenit yang tersisa akan mengalami reaksi eutektoid, menjadi perlit

7. Setelah selesai pendinginan struktur akan terdiri dari butiran2 kristal ferrit (pro eutectoid) dan butiran2 kristal perlit

Page 15: 05 Diagram Fase Besi – Karbida Besi

austenit

austenit ferrit

b

c

d

e

austenit

Paduan 2

perlit+

ferrit

austenit+

ferrit

A3

A1

Acm

a

Fe %C0,4

0,8 Hypo eutektoid

T e

m p

e r

a t

u r

T e

m p

e r

a t

u r

W a k t u

perlit

ferrit

Perubahan allotropi g → a

Reaksi eutektoid

Page 16: 05 Diagram Fase Besi – Karbida Besi

• Paduan 4, baja hyper eutektoid, 1 %C1. Pembekuan dimulai pada saat mencapai

temperatur liquidus dengan terbentuknya kristal austenit. Pembekuan berlangsung dengan menurunnya temperatur, makin turun temperatur makin banyak austenit yang terjadi, sampai di solidus pembekuan selesai, seluruhnya menjadi austenit

2. Pada pendinginan berikutnya tidak terjadi perubahan, hanya saja dengan turunnya temperatur kemampuan austenit melarutkan karbon makin berkurang, pada 1130 mampu melarutkan sampai 2,0 %C, pada temperatur di bawah itu akan kurang dari 2 %

3. Pada temperatur Acm yang merupakan garis solvus, austenit tepat jenuh

Page 17: 05 Diagram Fase Besi – Karbida Besi

4. Dengan pendinginan di bawah Acm austenit menjadi larutan lewat jenuh dan akan mulai ada karbon yang harus keluar (mengendap) dari austenit. Karbon yang keluar ini akan keluar sebagai sementit dan mengendap di batas butir austenit

5. Makin turun temperatur makin banyak sementit yang terjadi dan makin rendah kadar karbon dalam austenit. Pada 723 (temperatur eutektoid) kadar karbon dalam austenit tinggal 0,8 %, sehingga austenit yang ada akan mengalami reaksi eutektoid, menjadi perlit

6. Setelah selesai reaksi struktur akan terdiri dari perlit yang dikelilingi oleh sementit (di mikroskop sementit ini tampak seperti jaring, sehingga dinamakan jaringan sementit, cementite network)

Page 18: 05 Diagram Fase Besi – Karbida Besi

austenit

Paduan 4

Baja hipereutektoid

→ %C1,00,8

perlit+

sementit

austenit+

sementitA3

A1

Acm

2,0Fe

austenit

sementit

perlit

a.

b.

c.

d.

perlit

Jaringan sementit

Page 19: 05 Diagram Fase Besi – Karbida Besi

Fe %C

300

900

600

0 0,6 0,8 1,0 1,20,40,2

Keku

ata

n t

ari

k (N

/mm

2)

Keuletan (%

elongation) Kekuatan

Kekerasan 20020

100

300

10

30

BHN% elong.

Pengaruh kadar karbon dalam baja terhadap sifat mekaniknya

Page 20: 05 Diagram Fase Besi – Karbida Besi

• Paduan 5,besi tuang hypoeutektik (3 %C)1. Pembekuan dimulai pada saat mencapai temperatur

liquidus dengan terbentuknya kristal austenit. Pembekuan berlangsung dengan menurunnya temperatur, makin turun temperatur makin banyak austenit yang terjadi

2. Pada awal pembekuan terbentuk austenit dengan kadar karbon yang rendah (tarik garis mendatar dari titik likuidus sampai memotong solidus, ini menunjukkan komposisi solid), makin turun temperatur makin tinggi kadar karbon dalam solid (mengikuti garis solidus), dan dalam likuid (mengikuti garis likuidus)

3. Sampai temperatur 1130 (temperatur eutektik) sudah ada (4,3 – 3,0)/(4,3 – 2) bgn solid dan (3-2)/(4,3-2) bgn likuid

4. Kadar karbon dalam solid 2,0%, dalam likuid 4,3%

Page 21: 05 Diagram Fase Besi – Karbida Besi

5. Selanjutnya sisa likuid mengalami reaksi eutektik pada temperatur konstan, menjadi Ledeburit, setelah selesai pembekuan strukturnya terdiri dari austenit dan ledeburit

6. Pada akhir pembekuan austenit mengandung kadar karbon maksimum, pada pendinginan selanjutnya kelarutan karbon dalam austenit berkurang, dari austenit akan keluar karbon berupa karbida sekunder (sementit sekunder, karena tidak berasal dari likuid)

7. Dengan keluarnya karbon (menjadi karbida) maka pada 723 kadar C dalam austenit tinggal 0,8 % dan akan mengalami reaksi eutektoid, menjadi perlit

8. Pada temperatur kamar strukturnya terdiri dari perlit (berasal dari austenit primer) + ledeburit + sementit sekunder

Page 22: 05 Diagram Fase Besi – Karbida Besi

Liquid

% berat karbonFe 1 32 654 6,67

723

1130

200

1400

1200

1000

600

400

800

1535

910

Tem

per

atu

r oC

4,30,8

Likuid +

austenit

Likuid + sementit

eute

ktik

Eutektik+austenit+ sementit

Eutektik+perlit + sementit

W a k t u

Tem

pera

tur

Page 23: 05 Diagram Fase Besi – Karbida Besi

Fe 1 2,0

200

1400

1200

1000

600

400

800

1535

910

Tem

pera

tur

oC

0,8

austenit

ferrit

d

d+g

L+d

Liquid + austenit

austenit+ sementit

austenit+ ferrit

ferrit+

perlit perlit

+sementi

t

hipoeutektoid

baja

�⃗ %C

Liquid T1

T2

A1TE

(a)

Paduan 2

Paduan 3Eutektoid

hipereutektoi

d

Paduan 4 T1

T2

TE

Tem

pera

tur

oC

W a k t u

Kurva pendinginan Baja Eutektoid

T1Tp

TE

Tem

pera

tur

oC

W a k t u

Kurva pendibginan Baja Hipoeutektoid 0,4 %C

T1

T2

TETem

pera

tur

oC

W a k t u

Kurva pendinginan Baja Hyper eutektoid,1,0 %C