BAB I PENDAHULUAN

A.Latar Belakang

Sampai saat ini sebagian besar material rekayasa terdiri dari campuran fasa-

fasa,misalnya : Baja, solder, semen portland, batu gerinda, cat, dan fiber glass.

Campuran dari dua atau lebih fasa dalam satu material memungkinkan terjadinya

interaksi antara fasa.Diagram fase sangat membantu dalam mengatur dan meringkas

eksperimental, data pengamatan serta dapat digunakan untuk membuat prediksi

tentang proses-proses yang melibatkan reaksi kimia antara fase. Kekuatan listrik atau

medan magnet dapat diterapkansebagai pengganti suhu, tekanan, dan komposisi

lainnya. Untuk memberikan informasitentang struktur dan fasa-fasa kesetimbangan

khususnya pada dua komponen unsur atautemperatur, maka dapat digunakan satu

jenis plot diagram fase temperatur terhadap konsentrasi relatif dari dua zat

dalam biner campuranyang disebut diagram fase biner. Oleh karena itu, disusunlah

makalah tentang diagram fasa dengan spesifikasi diagram fasa biner ini agar dapat

mempermudah pembacaan fasa kesetimbangan paduan dua komponen unsur.

B.Tujuan

Tujuan dari pembuatan makalah ini adalah sebagai berikut :

Mengetahui gambaran umum dan spesifikasi mengenai diagram fasa.

Memahami dan mengenal grafik Diagram Fasa dari CuNi,PbSn,CuZn,FeFe3

Mengetahui klasifikasi diagram kesetimbangan fasa

Memahami dan mengetahui tentang Diagram fasa Sistem Biner

BAB II PEMBAHASAN

1.Diagram Fasa

Dalam kimia fisik, mineralogi, dan teknik material, diagram fase adalah sejenis grafik

yang digunakan untuk menunjukkan kondisi kesetimbangan antara fase-fase yang

berbeda dari suatu zat yang sama. Dalam matematika dan fisika, diagram fase juga

mempunyai arti sinonim dengan ruang fase.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, dll.

Fasa pada suatu material didasarkan atas daerah yang berbeda dalam struktur atau

komposisi dari daerah lainnya. Fasa merupakan 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). Diagram ini dipakai untuk mengetahui dan

memprediksi banyak aspek terhadap sifat material.

Informasi penting yang dapat diperoleh dari diagram fasa adalah:

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

temperatur dibawah kondisi pendinginan yang sangat lambat.

2. Mengindikasikan kesetimbangan kelarutan padat satu unsur atau senyawa pada

unsur lain.

3. Mengindikasikan pengaruh temperatur dimana suatu paduan dibawah

kondisi kesetimbangan mulai membeku dan pada rentang temperatur tertentu

pembekuan terjadi.

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

Jenis pemaduan:

1. Unsur logam + unsur logam

Contoh: Cu + Zn; Cu + Al; Cu + Sn.

2. Unsur logam + unsur non logam

Contoh: Fe + C.

Pemaduan terjadi akibat adanya susunan atom sejenis ataupun ada distribusi atom

yang lain pada susunan atom lainnya.

A.Tipe-tipe diagram fase

1.Diagram fase 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,dangas.Penandaan

diagram fase menunjukkan titik-titik di mana energi bebas bersifat non-analitis. Fase-

fase dipisahkan dengan sebuah garis non-analisitas, di mana transisi fase

terjadi,dandisebutsebagaisempadanfase.

Pada diagaram sebelah kiri, 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[1], yang dikenal sebagai

fluida superkritis. Pada air, titik kritis ada647Kdan22,064MPa(3.200,1psi)

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

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

mungkin untuk memilih lajur yang tidak melewati sempadan dengan berjalan menuju

fase superkritis.Oleh karenaitu,fasecairdangasdapatdicampurterusmenerus.

Sempadan padat-cair pada diagram fase kebanyakan zat memiliki gradien yang

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

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.

Sifat-sifat termodinamika lainnya

Selain temperatur dan tekanan, sifat-sifat termodinamika lainnya juga dapat

digambarkan pada diagram fase. Contohnya meliputi volume jenis, entalpi jenis, atau

entropi jenis. Sebagai contoh, grafik komponen tunggal Temperatur vs. Entropi jenis

(T vs. s) untuk air/uap atau untuk refrigeran biasanya digunakan untuk

mengilustrasikan siklus termodinamika seperti siklus CarnotdansiklusRankine.

Pada grafik dua dimensi, dua kuantitas termodinamika dapat ditunjukkan pada sumbu

horizontal dan vertikal. Kuantitas termodinamika lainnya dapat diilustrasikan dengan

bertumpuk sebagai sebuah deret garis atau kurva. Garis-garis ini mewakili kuantitas

termodinamika pada nilai konstantertentu.

2.Diagram fase 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 ditungjukkan 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.

2.Pembentukan diagram fasa

Hubungan antara temperatur, komposisi diplot untuk mengetahui perubahan fasa

yang terjadi. Dengan memvariasikan komposisi dari kedua unsur (0100%) dan

kemudian dipanaskan hingga mencair setelah itu didinginkan dengan lambat (diukur

oleh dilatometer/kalorimeter), maka akan diperoleh Cu-Ni. kurva pendinginan

(gambar a.). Perubahan komposisi akan merubah pola dari kurva pendinginan, titik-

titik A, L1, L2, L3 dan C merupakan awal terjadinya pembekuan dan B, S1, S2, S3

dan D merupakan akhir pembekuan.

Klasifikasi Diagram Kesetimbangan Fasa

1. Larut sempurna dalam keadaan cair dan padat.

2. Larut sempurna dalam keadaan cair, tidak larut dalam keadaan padat (reaksi

eutektik).

3. Larut sempurna dalam keadaan cair, larut sebagian dalam keadaan padat

(reaksi eutektik).

4. Larut sempurna dalam keadaan cair, larut sebagian dalam keadaan padat

(reaksi peritektik).

5. Larut sempurna dalam keadaan cair, tidak larut dalam keadaan padat dan

membentuk senyawa.

6. Larut sebagian dalam keadaan cair (reaksi monotektik).

7. Tidak larut dalam keadaan cair maupun padat.

Untuk memahami dan membaca diagram fase diperlukan pemahaman tentang istilah-

istilah yang digunakan di dalam diskusi tentang diagram fase. Istilah-istilah yang

berkaitan dengan diagram fase dapat diringkaskan sebagai berikut:

1.Komponen

Bagian yang menyusun suatu paduan (alloy). Komponen dapat berupa unsur atau

senyawa. Dalam suatu paduan ada komponen yang bertindak sebagai solute dan

ada yang bertindak sebagai solvent.

2.Sistem

Sistem adalah kumpulan dari berbagai komposisi komponen, di mana komponen

penyusun sama hanya berbeda komposisinya. Contoh: sistem Fe-C terdiri dari Fe dan

C dengan berbagai komposisi.

3.Fase

Fase didefinisikan sebagai bagian dari sistem yang bersifat homogen sehingga

memiliki karakteristik fisika dan kimia yang seragam.

Komponen dapat terdiri dari satu komponen tunggal (seperti larutan gas) atau multi

komponen (seperti larutan sukrosa). Komponen-komponen yang sama dapat

membentuk lebih dari satu fase jika komposisinya berbeda.

Jika lebih dari satu fase terdapat dalam sistem, maka tiap fase akan memiliki sifat

yang khas dan berbeda dari fase lainnya. Antara satu fase dan fase yang lainnya akan

dibatasi oleh suatu batas yang memisahkan fase-fase tersebut jika mereka ada

bersamaan

Untuk suatu sistem dengan komposisi tertentu, terdapat batas kelarutan maksimum

pada temperatur tertentu. Jika batas kelarutan telah tercapai, maka penambahan suatu

solut akan menimbulkan fase baru. Sebagai contoh dapat ditunjukkan diagram air-

sukrosa Batas Kelarutan (Solubility Limit)

(H2O-C12H22O11) sebagai berikut;

Pada diagram air-sukrosa terlihat bahwa batas kelarutan berubah seiring dengan

berubahnya temperatur. Jika sukrosa tetap ditambahkan kendati batas kelarutan

telah tercapai, maka akan terbentuk fase baru yaitu larutan sukrosa + padatan

sukrosa.

Kesetimbangan fasa dan diagram fasa

Selama ini pembahasan perubahan mutual antara tiga wujud materi difokuskan

pada keadaan cair. Dengan kata lain, perhatian telah difokuskan pada perubahan

cairan dan padatan, dan antara cairan dan gas. Dalam membahas keadaan kritis

zat, akan lebih tepat menangani tiga wujud zat secara simultan, bukan membahas

dua dari tiga wujud zat.

Gambar 7.5 Diagram fasa. Tm adalah titik leleh normal air, , T3 dan P3 adalah titik

tripel, Tb adalah titik didih normal, Tc adalah temperatur kritis, Pc adalah tekanan

kritis.

Diagram fasa merupakan cara mudah untuk menampilkan wujud zat sebagai fungsi

suhu dan tekanan. Sebagai contoh khas, diagram fasa air diberikan di Gambar 7.5.

Dalam diagram fasa, diasumsikan bahwa zat tersebut diisolasi dengan baik dan tidak

ada zat lain yang masuk atau keluar sistem.

Pemahaman Anda tentang diagram fasa akan terbantu dengan pemahaman hukum

fasa Gibbs, hubungan yang diturunkan oleh fisikawan-matematik Amerika Josiah

Willard Gibbs (1839-1903) di tahun 1876. Aturan ini menyatakan bahwa untuk

kesetimbangan apapun dalam sistem tertutup, jumlah variabel bebas-disebut derajat

kebebasan F- yang sama dengan jumlah komponen C ditambah 2 dikurangi jumlah

fasa P, yakni,

F=C+2-P … (7.1)

Jadi, dalam titik tertentu di diagram fasa, jumlah derajat kebebasan adalah 2 – yakni

suhu dan tekanan; bila dua fasa dalam kesetimbangan-sebagaimana ditunjukkan

dengan garis yang membatasi daerah dua fasa hanya ada satu derajat kebebasan-bisa

suhu atau tekanan. Pada ttik tripel ketika terdapat tiga fasa tidak ada derajat

kebebasan lagi. Dari diagram fasa, Anda dapat mengkonfirmasi apa yang telah

diketahui, dan lebih lanjut, Anda dapat mempelajari apa yang belum diketahui.

Misalnya, kemiringan yang negatif pada perbatasan padatan-cairan memiliki

implikasi penting sebagaimana dinyatakan di bagian kanan diagram, yakni bila

tekanan diberikan pada es, es akan meleleh dan membentuk air. Berdasarkan prinsip

Le Chatelier, bila sistem pada kesetimbangan diberi tekanan, kesetimbangan akan

bergeser ke arah yang akan mengurangi perubahan ini. Hal ini berarti air memiliki

volume yang lebih kecil, kerapatan leb besar daripada es; dan semua kita telah hafal

dengan fakta bahwa s mengapung di air.

Sebaliknya, air pada tekanan 0,0060 atm berada sebagai cairan pada suhu rendah,

sementara pada suhu 0,0098 °C, tiga wujud air akan ada bersama. Titik ini disebut

titik tripel air. Tidak ada titik lain di mana tiga wujud air ada bersama.

Selain itu, titik kritis (untuk air, 218 atm, 374°C), yang telah Anda pelajari, juga

ditunjukkan dalam diagram fasa. Bila cairan berubah menjadi fasa gas pada titik

kritis, muncul keadaan antara (intermediate state), yakni keadaan antara cair dan gas.

Dalam diagram fasa keadaan di atas titik kritis tidak didefinisikan.

3.Diagram fasa Cu-Ni

Gambar Diagram fasa CuNi

Pada diagram fase sumbu ordinat mewakili temperatur sistem, sedangkan sumbu

absis mewakili komposisi komponen. Komposisi dapat dinyatakan sebagai komposisi

berat (wt%) ataupun komposisi atom (at%). Untuk sistem Cu-Ni, komposisi dapat

bervariasi mulai dari 0 wt% Ni (100 wt% Cu) sampai dengan 100 wt% Ni (0 wt%

Cu)

Terdapat tiga fase yang teramati yaitu fase liquid (L), fase alpha (α), dan fase liquid-

alpha (α+L). keberadaan tiap fase dibatasi oleh garis batas fase yang terdapat

disepanjang rentang komposisi dan temperatur tertentu. Fase liquid L terdiri dari Cu

dan Ni dalam liquid. Fase α adalah substitusional solid solution dari atom Cu dan Ni,

serta memiliki struktur kristal FCC. Dari diagram fase dapat terlihat pada temperatur

di bawah 1080 oC Cu dan Ni dapat membentuk solid solution pada sembarang

komposisi. Fase yang diberi nama dengan huruf Yunani (α, β, γ, dll) menunjukkan

fase solid solution dari paduan logam. Daerah fase L dan α+L dipisahkan oleh suatu

garis yang disebut liquidus line. Daerah di atas liquidus line hanya terdiri dari

L.Sementara itu daerah fase α dan α+L dipisahkan oleh suatu garis yang disebut

solidus line. Daerah di bawah solidus line hanya terdiri dari fase α.

Titik potong dari solidus dan liquidus line menunjukkan titik lebur dari masing-

masing bahan murni. Untuk diagram fase Cu-Ni, kedua garis berpotongan di dua titik

yaitu pada temperatur 1085 oC yang bersesuaian dengan komposisi 0 wt% Ni (100

wt% Cu) dan pada temperatur 1453 oC yang bersesuaian dengan komposisi 100 wt%

Ni (0 wt% Cu).

Untuk suatu paduan dengan komposisi tertentu, titik lebur akan terletak sedikit di atas

solidus line. Jika temperatur dinaikkan secara perlahan-lahan sedikit demi sedikit fase

solid akan berubah menjadi fase liquid. Sebelum mencapai liquid line, fase solid (α)

dan liquid akan hadir bersamaan. Saat temperatur mencapai liquidus line, semua fase

solid berubah menjadi fase liquid. Jika temperatur dinaikkan terus, hanya fase liquid

(L) yang terdapat dalam sistem.

4.Diagram fasa Pb-Sn

Gambar 1. Diagram Fasa Pb-Sn

Diagram fasa Pb-Sn merupakan klasifikasi dari Diagram Kesetimbangan Fasa dimana

Fasa Larut sempurna dalam keadaan cair, larut sebagian dalam keadaan padat (reaksi

eutektik). Pada diagram fasa Pb-Sn terdapat 3 garis yang menunjukkan dari masing-

masing perubahan fasa yaitu antara lain:

Garis liquidus = menunjukkan temperatur terendah dimana logam dalam

keadaan cair atau temperatur dimana awal terjadinya pembekuan dari kondisi

cair akibat proses pendinginan.

Garis solidus = menunjukkan temperatur tertinggi suatu logam dalam

keadaan padat atau temperatur terendah dimana masih terdapat fasa cair.

Garis Solvus = menunjukkan temperatur tertinggi suatu logam dalam

keadaan fasa padat yang kedua atau temperatur terendah dimana masih

terdapat fasa padat yang pertama.

Pada paduan biner seperti diagram fasa Pb-Sn, ada komposisi paduan spesifik yang

dikenal sebagai Eutectic Composition, di mana proses pendinginan/solidifikasi terjadi

pada temperatur terendah dibandingkan komposisi lainnya. Temperatur rendah

tersebut berkaitan dengan temperatur terendah di mana masih terdapat fasa cair ketika

didinginkan dengan lambat. Temperatur tersebut biasa disebut temperatur eutektik.

Perhatikan pada alloy 1, titik eutektik pada komposisi 61,9% Sn, 38,9% Pb,

T=183°C.

Akibat pendinginan, maka terjadi perubahan fasa:

Cairan → a (larutan padat) + b (larutan padat)

Gambar 4.Diagram fasa biner Pb-Sn.

Gambar diatas memperlihatkan diagram fasa dari sistem Pb -Sn. Tampak

fasa yang ada untuk semua paduan Pb-Sn pada rentang suhu 0oC hingga 350

oC.

Jadi, pada 100oC, paduan terdiri dari 60% Pb (40% Sn) terdiri dari dua fasa, yang

disebut α dan β. Pada 200oC terdapat α dan pada300

oC hanya terdapat cairan. Sama

halnya dengan paduan 20% Pb (80% Sn) yang juga terdiri dari campuran α dan β

pada 100oC; tetapi pada 200

oC terdiri dari cairan ditambah β. Diagram fasa

merupakan suatu kumpulan kurva limit kelarutan. Tiga pasangan kurva seperti ini

menghasilkan diagram Pb-Sn pada gambar 4 sebagai berikut:

1.Limit kelarutan timah berbentuk fasa fcc yang disebut α, dan limit kelarutan timbal

berbentuk fasa bct disebut β. Kurva ini berlaku untuk suhu tanpa cairan.

2. Limit kelarutan Sn dalam logam cair (61,9% Sn pada 183oC hingga 100% Sn

pada232oC). Limit kelarutan timbal dalam logam cair (38,1% Pb pada 183

oC hingga

100%Pb pada 327oC).

3. Limit kelarutan timah dalam α dan dari timbal dalam β, ketika ada cairan.

Kurvapertama turun dari 19,2% Sn pada 183oC menjadi 0 pada titik cair timah

(232oC)

5.Diagram Fasa CuZn

Gambar Diagram fasa CuZn

Diagram Fasa Cu-Zn terdiri dari enam fasa yaitu α, β, δ, γ, ε, dan η. Dari semua fasa

itu yang penting secara industri adalah logam kuningan dengan fasa α, dan β. fasa α

mempunyai struktur FCC dan β mempunyai struktur BCC ada juga fasa β’ dengan

kisi super [2]. Dari diagram fasa untuk paduan tembaga seng 70%-30 %, fasa α

merupakan fasa lunak dan mudah dikerjakan, sedangkan paduan tembaga seng 60 –

40, adalah merupakan fasa α + β yang mempunyai kekuatan tinggi dan paduan ini

mempunyai kekuatan tarik yang tinggi.

Paduan tembaga seng yang dicampur unsur ke tiga digunakan untuk memperbaiki

sifat ketahanan korosi, ketahanan aus dan sifat mampu mesin.Unsur-unsur yang

dipadu terutama Mn, Sn, Fe, Al,Ni dan Pb. Unsur-unsur ini larut padat dalam α dan β,

sehingga tidak membentuk fasa baru hanyamengubah perbandingan antara fasa α dan

β .

6.Diagram Fasa Fe-Fe3C

Gambar Diagram Fasa Fe-Fe3C

Diagram Fasa Fe-Fe3C adalah diagram yang menampilkan hubungan antara

temperatur dan kandungan karbon (%C) selama pemanasan lambat. Dari diagram fasa

tersebut dapat diperoleh informasi-informasi penting yaitu antara lain :

1. Fasa yang terjadi pada komposisi dan temperatur yang berbeda dengan

pendinginan lambat.

2. Temperatur pembekuan dan daerah-daerah pembekuan paduan Fe -C bila

dilakukan pendinginan lambat.

3.Temperatur cair dari masing-masing paduan.

4.Batas-batas kelarutan atau batas kesetimbangan dari unsur karbon fasa tertentu.

5.Reaksi-reaksi metalurgis yang terjadi.

Besi merupakan salah satu logam yang memiliki sifat allotropi. Sifat allotropi yang

dimiliki besi sendiri ada 3, yaitu :

• Delta iron (δ) mampu melarutkan karbon max 0,1% pada 1500° C

• Gamma iron (γ) mampu melarutkan karbon max 2 % pada 1130° C

• Alpha iron (α) mampu melarutkan karbon max 0,025% pada 723° C

Gambar 1. Kurva pendinginan besi murni

Transformasi allotropik yang pada besi, Fe(δ) Æ Fe(γ) Æ Fe(α) terjadi secara difusi

sehingga membutuhkan waktu tertentu pada temperatur konstan Æ karena reaksi

mengeluarkan panas laten.

Diagram Fase Besi – Karbon

Dalam kondisi cair karbon dapat larut dalam besi. Dalam kondisi padat besi

dankarbon dapat membentuk :

• Larutan padat (solid solution)

• Senyawa interstitial (interstitial compound

• Eutectic mixture : campuran antara austenite (γ) dan cementite (Fe3C)

• Eutectoid mixture : campuran antara ferrite (α) dan cementite (Fe3C)

• Grafit : karbon bebas, tidak membentuk larutan padat ataupun tidak berikatan

membentuk senyawa dengan Fe.

Struktur-struktur yang ada pada diagram fase besi – karbida besi :

• Cementite :

– Interstitial compound

– Karbida besi (Fe3C)

– Keras dang etas

– Kekuatan tarik rendah

– Kekuatan tekan tinggi

– Struktur kristal orthorhombic

– Struktur paling keras pada diagram Fe-Fe3C

• Austenite (γ)

– Interstitial solid solution; larutan padat karbon dalam besi γ

– Struktur kristal FCC (face centered cubic, kubus pemusatan bidang)

– Kelarutan karbon max 2 % pada temperatur 1130 C

– Tensile strength 1050 kg/cm2

– Tangguh

– Biasanya tidak stabil pada temperatur kamar

• Ledeburite

– eutectic mixture (γ+Fe3C)

– Campuran terdiri dari austenite dan cementite

– Mengandung 4,3 % berat karbon

– Terbentuk pada temperatur 1130 C (2065 F)

• Ferrite (α)

– Interstitial solid solution

– Larutan padat karbon dalam besi α

– Pada temperatur 723 C, batas kelarutan karbon 0,025 %

– Pada temperatur kamar, batas kelarutan karbon 0,008 %

– Pada temperatur 1492 C, batas kelarutan karbon 0,1 %

– Tensile strength rendah

– Keuletan tinggi

– Kekerasan < 90 HRB

– Struktur paling lunak pada diagram Fe-Fe3C

• Pearlite

– Eeutectoid mixture dari ferrite dan cementite (α+Fe3C)

– Terjadi pada temperatur 723 C

– Mengandung 0,8 % karbon

Garis-garis penting dalam diagram Fe-Fe3C

1. Upper critical temperature (temperatur kritis atas), A3 : temperatur perubahan

allotropi

2. Lower critical temperature (temperatur kritis bawah), A1 : temperatur reaksi

eutectoid

3. Solvus line Acm : menunjukkan bats kelarutan karbon dalam austenite

Reaksi-reaksi yang terjadi pada diagram Fe – Fe3C

• Reaksi Peritectic pada temperatur :

S + L ↔ S1

δ + L ↔ γ

• Reaksi Eutectic pada temperatur 1130 C :

L ↔ S1 + S2

L ↔ γ + Fe3C (ledeburite)

• Reaksi Eutectoid pada temperatur 723 C :

S ↔ S1 + S2

γ ↔ α + Fe3C (pearlite)

7.Diagram Fasa Al-Si

Gambar di atas, memperlihatkan diagram fasa dari sistem Al-Si. Tampak fasa yang

ada untuk semua paduan Al-Si pada rentang suhu 300˚C-1500˚C, gambar sebelah

kiri, dan pada rentang 400˚C-1400˚C gambar sebelah kanan untuk berbagai macam

variasi komposisi.Pada diagram fase di atas, α (struktur kristal fcc) dan β (struktur

kristal bcc) digunakan untuk menunjukkan dua fasa yang berbeda masing-masing

digunakan untuk menunjukkan fasa Al dan Si. Dari diagram fasa di atas kita dapat

menganalisa, bahwa suatu paduan senyawa yang terdiri dari kira-kira 98% Al dan

2%Si dipanaskan secara perlahan dari suhu ruang hingga 1500˚C. Maka fasa yang

terjadi selama proses pemanasan berlangsung adalah

Suhu ruang hingga 550˚C α + β

550˚C hingga 600˚C α

600˚C hingga 660˚C α + liquid

660˚C hingga 1500˚C cairan

Kristal tunggal terbentuk hanya pada fase liquid. Jadi dari analisa di atas, dapat

disimpulkan bahwa kristal tunggal terbentuk dengan mengkombinasikan Al dan Si

masing-masing sebesar 98% dan 2%, kemudian dipanaskan pada rentang suhu kira-

kira antara suhu kamar sampai 700˚C, hingga terbentuk fasa liquid. Setelah itu, untuk

memisahkan komponen kristal tunggal (kemungkinan terbesar, didapatkan kristal

tunggal Al dengan perbandingan 98:2) dapat dilakukuan proses sintesis.

Polikristal merupakan material yang memiliki banyak kristal dengan batas butir

(grain boundary) yang menyertainya serta memiliki orientasi yang acak. Dari analisa

diagram fase di atas, dapat diketahui bahwa untuk membentuk polikristal dari

campuran Al dan Si, dapat diperoleh melalui paduan komposisi Al dan Si masing-

masing 98% dan 2% dengan suhu sintering pada rentang kira-kira pemanasan dari

suhu ruang sampai suhu 550˚C. Sehingga pada kondisi ini akan didapatkan akan dua

fase secara bersamaan yaitu fase α dan β.

Polikristal terorientasi adalah polikristal yang memiliki spin (domain) searah. Hal ini

dapat diperoleh, dengan memberikan magnetic field pada material polikristal. Hingga

pada akhirnya akan didapatkan polikristal yanng memiliki spin (domain searah). Arah

spin pada material polikristal dapat dilihat melalui AFM (Atomic Force Microscope).

Polikristal terorientasi, dapat kita temukan pada fasa (α+L) atau (β+L), jadi jika kita

mengkombinasikan komponen Al:Si 98%:2% maka dapat kita sintering dari rentang

suhu antara suhu kamar sampai kira-kira pada suhu 660˚C.

8.Diagram fasa Biner

Diagram fase dengan lebih dari dua dimensi dapat dibuat yang

menunjukkan efek lebih dari dua variabel pada fase suatu zat. Diagram fasa dapat

menggunakan variabel lain disamping atau sebagai pengganti dari suhu, tekanan dan

komposisi, misalnya kekuatan listrik yang diterapkan atau medan magnet dan

mereka juga dapat melibatkan bahan-bahan yangmengambil lebih dari sekadar

tiga negara dari materi. Satu jenis plot diagram fase temperatur terhadap

konsentrasi relatif dari dua zat dalam biner campuran yang disebut diagram

fasebiner, Sebuah diagram fase untuk suatu sistem biner menampilkan

sebuah titik eutektik.Eutektik biner diagram fase menjelaskan perilaku

kimia dua tidak bercampur (unmixable)kristal dari yang benar-benar bercampur

(mixable) meleleh, seperti olivin dan pyroxene, atau pyroxene dan Ca

plagioclase. Tipe lain dari diagram fasa biner adalah diagram titik didih

campuran dari dua komponen, yaitusenyawa kimia.Selama dua

khususvolatilekomponen pada tekanan tertentu seperti tekanan

atmosfer, diagram titik didih menunjukkan apauap ( ga s ) k o mp os i s i

b e r ada d a l am kesetimbangand en gan k omp os i s i c a i r an yan g d ib e r i k an

tergantung pada suhu. Dalam biner khas titik didih diagram suhu diplot pada sumbu

vertical dan campuran komposisi pada sumbu horizontal.

Kesimpulan

Adapun Kesimpulan yang dapat diambil dari makalah ini adalah :

1. Diagram fase adalah sejenis grafik yang digunakan untuk

menunjukkan kondisi kesetimbangan antara fase-fase yang berbeda

dari suatu zat yang sama.

2. Fasa merupakan bagian homogen dari suatu sistem yang memiliki

sifat fisik dan kimia yang seragam.

3. Kombinasi dua unsur atau lebih yang membentuk paduan logam akan

menghasilkan sifat yang berbeda dari logam asalnya

4. Untuk kesetimbangan apapun dalam sistem tertutup, jumlah variabel bebas-

disebut derajat kebebasan F- adalah sama dengan jumlah komponen C

ditambah 2 dikurangi jumlah fasa P, yakni,F=C+2-P …

5. Dalam diagram fasa CuNi terdapat tiga fase yang teramati yaitu fase

liquid (L), fase alpha (α), dan fase liquid-alpha (α+L).

6. Diagram fasa Pb-Sn merupakan klasifikasi dari Diagram

Kesetimbangan Fasa dimana Fasa Larut sempurna dalam keadaan cair,

larut sebagian dalam keadaan padat (reaksi eutektik

7. Diagram Fasa Cu-Zn terdiri dari enam fasa yaitu α, β, δ, γ, ε, dan η.

8. Diagram Fasa Fe-Fe3C adalah diagram yang menampilkan hubungan

antara temperatur dan kandungan karbon (%C) selama pemanasan

lambat.

9. Pada Diagram fasa AlSi ,α (struktur kristal fcc) dan β (struktur kristal

bcc) digunakan untuk menunjukkan dua fasa yang berbeda masing-

masing digunakan untuk menunjukkan fasa Al dan Si.

10. Diagram fase untuk suatu sistem biner menampilkan sebuah

titik eutektik.Eutektik biner diagram fase menjelaskan

perilaku kimia dua tidak bercampur (unmixable)kristal dari

yang benar-benar bercampu (mixable) meleleh, seperti olivin dan

pyroxene, atau pyroxene dan Ca plagioclase.

Daftar Pustaka

1. http://www.google.co.id/search?q=sistem+biner&ie=utf-8&oe=utf

8&aq=t&rls=org.mozilla:en-US:official&client=firefox-a

2. http://id.wikipedia.org/wiki/Sistem_bilangan_biner

3. http://inginkutau.blogspot.com/2009/11/pengertian-diagram-fase-dalam-

kimia.html

4. http://digilib.batan.go.id/e-prosiding/File%20Prosiding/Lingkungan/P3TM-

Juli 2003/Wisnu-Ari-Adi-Engkir-Sukirman-dan-Didin-S-Winatapura342.pdf

5. http://www.scribd.com/doc/15982886/Phase-Transformation-Series-

18Diagram-Fasa

6. http://www.mantantukanginsinyur.blogspot.com