"

;'

1

I. DIAGRAM FASA

Tujuao Pembelajarao

Setelah mempelajari bab ini, mahasiswa diharapkanm~1?YFr 'c","".".,,..,',.;-;,·"'.,..,.',..,.,,.

1. Memahami perilaku logam Jebur dan helm;

2. Menggambar dan menginterpretasikan diagram fasa,

3. Memprediksijenis d8itj\1n1la11~ p~:~tI~~~~~~(f;g~)~~~,

1.1. Pendahuluan

Pada sistem paduan logam terdapat beberapa struktur di dalamnya. Umumnya

sifat-sifat material tergantung pada jenis, nomor, jumlah, dan bentuk fasa yang ada dida-

lamnya. Disarnping itu sifat material dapat berubah oleh pengaturan kuantitas fasanya,

oleh karena itu sangat penting untuk mengetahui ; 1) kondisi fasa yang ada, dan 2) kon-

disi perubahan fasa yang terjadi. Banyak informasi mengenai perubahan fasa dalam

berbagai sistem paduan, dan metode pengolahan data dalam diagram fasa. Nama lain

dari diagram fasa adalah diagram kesetimbangan. Secara spesiftk: sistem keadaan utuh

dalam kesetimbangan dinyatakan dalam tiga variabel independen. Ketiga variabel itu

untuk mengontrolan fasa dari luar, ketiga variable tersebut adalah temperatur, tekanan

dan komposisi. Yang mana tekanan diasumsikan konstan pada kondisi atmosfer,

sehingga diagram kesetimbangan hanya menunjukan perubahan struktur karena variasi

temperatur dan komposisi. Diagram ini sangat penting untuk menggambarkan sistem

paduan dalam pengecoran logam.

Idealnya, diagram kesetimbangan menggambarkan hubungan fasa dibawah kon-

disi setimbang yang tidak berubah karena waktu. Kondisi setimbang ini didekati dengan

pemanasan dan pendinginan lambat sehingga perubahan fasa yang terjadi cukup waktu.

Pada kenyataannya, fasa cenderung berubah secara langsung pada temperatur tinggi dan

temperatur rendah. Diagram kesetimbangan dapat diklasiftkasikan atas :

1. Unsur larut total dalam kondisi cairo

a). Larut total dalam kondisi padat(Jenis I)'

b). Tak larut dalam kondisi padat : reaksi eutektik (Jenis Il)

c). Larut sebagian dalam kondisi padat: reaksi eutektik (Ienis Ill)

d). Pembentukan sebagian-cair fasa intermediate (Jenis IV)

e). Reaksi peritectic (Jenis V)

2

2. Unsur larut sebagian dalam kondsi cair : reaksi monotectic (Jenis VI)

3. Unsur tak larut dalam kondisi liquid dan tak larut dalam kondisi solid (Jenis VII)

4. Perubahan dalam kondisi solid

a). Perubahan allotropic

b).Orde-disorder

c). Reaksi eutectoid

d). Reaksi peritectoid

1.2. Koordinat Diagram Fasa

Diagram fasa dip lot dalam bentuk salib sumbu temperatur (ordinat) dan kompo-

sisi paduan dalam %berat (absis), seperti dalam Gb.l.l a. Kadangkala komposisi paduan

dinyatakan dalam %atomik, seperti dalam Gb.l.l b. Konversi %berat ke % atomik diru-

muskan sebagai berikut:

. lOOX

Persen Atomik A = --M- (1-1) x+Y(ti)

• _ lOOY(~)

Persen Atomik B - M ••••••••••••••••••••••••••••••••••• (1-2) x+Y(ti)

Yang mana: M : berat atom logam A, N : berat atom logam B, X : % berat logam A, Y

% berat logam B.

Contob : 1

Paduan AI-Cu (duralumin) dengan 95%berat Al dan 5%berat Cu biasa ditulis 95AI-5Cu

bila duralumin tersebut dinyatakan dengan persen atomik adalah 97,811 %Atom Al dan

2,189%Atom Cu (lihat Gb.l.l c). Hasil tersebut diperoleh dari pengoperasian pers. 1-1

dan 1-2, yang mana berat atom Al = 27 dan berat atom Cu = 63,5.

Paduan AI-Si (silumin) dengan 80%berat AI dan 20%berat Si ditulis 80AI-20Si bila si-

lumin tersebut dinyatakan dengan persen atomic adalah 80,57o/oatom AI dan

19,43%atom Si. Yang mana berat atom Si = 28.

Paduan Fe-C dengan 99,6%berat Fe dan O,4%berat C (baja carbon sedang) biasa ditulis

S40C. Yang mana berat atom Fe = 55,85 dan berat atom C = 12 maka baja carbon se- ,.

dang yang dimaksud adalah 98, 165o/oatom Fe dan 1,835%atom C.

3

.. ,

- "...,.....

:IXI .......~.... •.

•

...._.,-. •. _...... ,. ......<I·"·""r.--·~·· .... ~... ._

n w ~ ~ ~ ~ ~ ~ AI .. Atomic r..rcent Copper

c) eta

Gambar t.t. Diagram fasa dua unsur

a). Persen berat, b). Persen atomik dan herat paduan Cu-Au, c). Paduan AI-Cu

1.3. Metode Percobaan

Diagram kesetimbangan dibuat berdasarkan data percobaan dengan berbagai

metode, umumnya metode yang digunakan sebagai berikut:

Metode Analisa panas : Metode ini banyak digunakan dalam percobaan dengan men-

geplot temperatur dan waktu pada komposisi konstan sehingga menghasilkan .kurva

pendinginan dengan menunjukan perubahan kemiringan apabila terjadi perubahan fasa

karena evolusi panas. Metode ini sangat baik uotuk menentukan temperatur awat dan

akhir solidifikasi masing-masing pada garis liquidus dan garis solidus. Perubahan fasa

4

ini terjadi dalam keadaan padat dengan perubahan panas yang kecil, dan metode ini

memberikan hasil yang akurat.

Metode Metallographic : Metode ini terdiri dari pemanasan sample paduan dengan

temperatur yang berbeda, ditunggu sampai kondisi dinyatakan stabil, dan cepat didin-

ginkan sampai struktur tetap bertemperatur tinggi, selanjutnya sample di uji secara mi-

kroskopik. Pengamatan mikroskop ini dapat dilakukan dengan mikroskop optic dengan

pembesaran 50 sampai 1000 kali, scanning electron microscope (SEM) dengan pembe-

saran 20.000 sampai 60.000 kali, dan transmision electron microscope (TEM) pembesa-

ran diatas 60.000 kali. Mikroskop electron ini dapat mengamati benda kerja berukuran

50 sampai 500 nm.

Metode metallographic sulit diterapkan pada logam temperatur tinggi karena

pendinginan cepat tidak selalu menghasilkan struktur yang tetap pada temperatur tinggi,

dan metode ini tergantung pada keahlian pengamatan mikroskopik. Biasanya metode

metallographic banyak digunakan untuk verifikasi diagram.

Difraksi Sinar-X: metode pengukuran dimensi kisi struktur kristal ini menunjukan in-

dikasi tampilan fasa baru atau penunjukan struktur kristal baru karena terjadi perubahan

dimensi kisi. Metode ini sederhana, tepat, dan banyak digunakan untuk menentukan pe-

rubahan dalam larutan padat oleh temperatur. Difraksi merupakan ekivalen dengan pe-

mantulan simetrik dari berbagai bidang kristal, dimana syarat-syarat yang ada telah ter-

penuhi. Syarat pemantulan dan saling menguatkan dinyatakan oleh : Hukum Bragg,

nit = PO + OQ = 20N SinO = 2d SinO (1-3)

Yang mana; n :jumlah berkas sinar datang.X: panjang gelombang, 9: sudut berkas si-

nar, dan d : tebal bidang (hkl).

1.4. Jenis 1 - Dua Logam Larut Total dalam Kondisi Liquid dan Solid

Awalnya dua logam larut total dalam kondisi padat, hanya jenis fasa padat yang

terbentuk akan terlarut substitusional padat. Dua logam umumnya meropunyai jenis

struktur yang sarna dan beda diameter atomnya kurang dari 8%.

Hasil percobaan seri pendinginan berbagai macam kombinasi atau paduan logam

A dan B, variasi komposisi dari 100%A O%B sampai O%A 100%B, seperti Gb.12.

Gb.l.2. menunjukan hubungan antara kurva pendinginan yang diplot pada sumbu tung-

5

gal. Perhatikan, tiap kurva pendinginan rnerupakan percobaan yang terpisah dimulai da-

ri waktu DOl. Kurva pendinginan untuk nilai logam murni A dan B ditunjukan oleh garis

horizontal karena tempat ini rnerupakan awal dan akhir solidifikasi pada temperatur

konstan. Tetapi, bentuk komposisi intermediete larutan padat, laju pendinginan ini me-

nunjukan dua patahan atau perubahan kemiringan. Kornposisi paduan 80A dan 20B,

patahan pertama pada temperatur T1, sebagai indikasi awal solidiftkasi. Semua kompo-

sisi intermediete akan menunjukan jenis kurva pendinginan yang sarna. Tanda diagram

fasa, atau pembentukan fasa, terdiri dari gambar garis-garis yang menghubungkan se-

rnua titik awal solidifikasi dibagian atas dan garis yang lain sebagai akhir solidifikasi

seperti Gb.1.2.

Gambar 1.2. Susunan kurva pendinginan untuk: dua paduan dalam system kelarutan. Garis pu-

tus-putus menunjukan bentuk diagram fasa.

Sekarang diagram fasa aktual dapat ditentukan dengan mengeplot temperatur vs

komposisi. Titik-titik yang terscdia dari urutan kurva pendinginan dan diplot pada dia-

gram barn. Contoh dalam Gb.l.3, dimulai dari sumbu kiri sebagai logam murni A. TA

diplot sepanjang garis ini. Dengan eara yang sama, TB juga diplot pada sumbu kanan.

Semula semua komposisi intermediate merupakan prosentase A dan B, intinya tanda

persen dihilangkan. Dalam gambar, garis vertikal menunjukan paduan 80A-20B, dan TI

6

dan T2 dari Gb.l.3. diplot sepanjang garis ini. Prosedur yang sarna juga digunakan un-

tuk komposisi yang lain. Diagram fasa ini terdiri dua titik, dua garis, dan tiga daerah.

Dua titik TA dan T B menunjukan pembekuan dua logam mumi. .

Gambar 1.3. Diagram fasa dua logam larut menyeluruh dalam keadaan cair dan padat.

Garis atas, terdiri dari hubungan titik-titik yang menunjukan awal solidifikasi

disebut garis liquidus, dan garis bawah, ditentukan oleh titik-titik akhir solidiftkasi, dis-

ebut garis solidus. Diatas garis liquidus merupakan daerah fasa tunggal yang terdiri laru-

tan homogen. Seperti daerah dibawah garis solidus adalah daerah fasa tunggal. Ini san-

gat praktis untuk penandaan pada diagram kesetimbangan dengan menampilkan kembali

larutan padat dan paduan-paduan intermediate dengan huruf Greek. Dalam hal ini, beri-

kan tanda larutan padat alpha (a). Huruf A dan B digunakan untuk menunjukan logam-

logam mumi. Diantara garis liquidus dan solidus adalah sumbu daerah dua-fasa, Paduan

dalam daerah ini terdiri dari campuran larutan liquid dan solid.

Spesifikasi temperatur dari komposisi paduan dalam daerah dua-fasa menunju-

kan paduan dari campuran dua-fasa. Diagram fasa juga menjelaskan komposisi aktual

r

7

dan jumlah relatif dua-fasa yang ada. Penentuan informasi ini sangat penting dan diten-

tukan dengan dua aturan, yaitu ;

Aturan I. Unsur Kimia Fasa

Untuk menentukan komposisi kimia aktual fasa-fasa paduan, kesetirnbangan be-

berapa ternperatur spesifik dalam daerah dua-fasa, tarik garis sejajar temperatur keseke-

tiling biasa disebut garis tie. Tarik garis ke bawah dari titik-titik ini sampai berhenti di

garis dasar sehingga kornposisinya langsung terbaea.

Gb.lAa, terkait dengan campuran paduan 80A-20B pada ternperatur T. Paduan

ini rnerupakan daerah dua-fasa. Pengoperasian aturan I, tarik garis tie MO kesarnping.

Titik M, adalah garis tie yang rnemotong garis solidus, apabila ditarik kebawah memo-

tong surnbu dasar, sehingga rnenghasilkan kornposisi 90A-IOB. Dengan eara yang sarna

titik 0, akan memotong sumbu dasar, sehingga memberikan komposisi kimia pada fasa

eampuran, dalam kasus ini larutan liquid pada komposisi 74A-26B.

Gambar 1.4. Garis dalam diagram fasa, a). Garis Tie mo dalam daerah dua-fasa,

b). Garis Tie mo pada aturan tuas.

Aturan II. Jumlab R.elatif Tiap Fasa.

Untuk menentukan jumlah relatif dua-fasa dalam kesetimbangan ~da suatu

temperatur spesiftk dalam daerah dua-fasa, tarikgaris vertikal yang menunjukan paduan

dan garis horizontal sebagai temperatur pada daerah tersebut, garis vertikal akan dibagi

8

oleh 'garis horizontal dalam dua bag ian panjang yaitu berbanding terbalik terhadap jum-

lah fasa yang ada. Ini biasanya disebut aturan pengungkit (lever). Titik dirnana garis

vertikal memotong garis horizontal sebagai fulctrum pada sistem pengungkit. Panjang

relatifperkalian lengan was merupakanjumlah fasa dalam kesetimbangan

Gb.IAa, garis vertikal, menunjukan paduan 20B, dibagi garis horizontal tie da-

lam dua bagian MN dan NO, Jika panjang garis tie MO menunjukan 100%, atau berat

total adanya dua-fasa pada temperatur T, aturan pengungkit secara matematis dinyata-

kan :

liquid (persen) = ~ x 100% rno

a (persen) = ~ x 100% rno

Jika garis tie dipindahkan dari diagram fasa dan nilai numerik dirnasukan, terlihat seper-

ti Gb. lAb, dengan menggunakan persamaan diatas maka;

liquid (%) = ~~x 100% = 62,5%

a (%) = ~ x 100 = 37,5% 16

liquid (%) = azTz

X 100 = ~ x 100 = 57% aZL2 35

az (%) = TzLz x 100% = ~ x 100 = 43%

azLz 35

Kesirnpulan kedua aturan tersebut, paduan dengan komposisi 80A-20B pacta

temperatur T terdiri campuran dua-fasa, Satu larutan cair dengan komposisi 74A-26B

menjadi 62,5% pada semua material yang ada dan larutan padat lain pada komposisi

90A-IOB menjadi 37,5% pada semua material yang ada.

1.5. Kesetimbangan Pendinginan Pada Paduan Larutan Padat

Pendinginan sangat lambat dibawah kondisi setirnbang, bagian paduan 70A-30B

akan diamati perubahan fasa yang terjadi (lihat Gb.I.5). Paduan pada temperatur To me-

rupakan larutan cair fasa tunggal homogen (Gb.l,5a) dan tetap sampai temperatur 'II

tercapai. TJ diawal garis liquidus, merupakan awal pembekuan (solidifikasi). Butir (nuc-

lei) awal larutan padat membentuk a) akan bertambah banyak dalam logam A dengan

titik-lebur-tinggi dan akan tercampur pada 95A-5B (Aturan I), Semenjak larutan padat

terbentuk dalam material ini A akan sangat banyak dari liquid, sehingga liquid meniadi

9

lebih kaya dengan B. Hanya setelah awal solidifikasi, komposisi liquid mendekati 69A-

31B (Gb.1.5b).

Gambar 1.5. Pendinginan lambat paduan dan mikrostruktur di berbagai titik selama pembekuan

Apabila temperatur turun T2 tercapai, komposisi liquid ~. Hanya larutan solid

dalam kesetimbangan dengan L2 dan karena hanya larutan padat yang terbentuk pada T2

sebagai (12. Penggunaan Aturan I, (12 merupakan campuran lOB. Disini temperatur turun,

tidak hanya komposisi liquid menjadi kaya dengan B tetapijuga larutan solid. Pada T2,

kristal (12 terbentuk disekeliling inti-inti komposisi (11 dan juga memisahkan dendrit-

dendrit (12 (Gb.1.6a). T2 menyatakan kesetimbangan, fasa solid dengan komposisi (12.

Difusi atom B memperkaya inti A tidak banya dari solid yang terbentuk tetapi juga dari

liquid. Kemungkinan ini terjadi jika pendinginan sangat lambat sehingga difusi berlang-

sung'dengan pertumbuhan kristal (Gb.I.5c).

Pada T2,jumlah relatifliquid dan larutan padat ditentukan oleh penggunaanAtu-

ran m "Iemperatur turon, larutan padat secara kontinyu tumbuh dan berkembang pada

liquid. Komposisi larutan padat mengikuti garis solidus dan komposisi liquid mengikuti

. .

10

garis liquidus, dan kedua-fasa menjadi kaya.dengan B. Pada T3 (Gb.1.5d), larutan padat ,

akan mencapai % dari seluruh material yang ada. Aturan tuas harus digunakan pada T3

dan penentuan jumlah relatif U3 dan L3• Akhimya, garis liquid dicapai pada T4 dan liq-

uid terakhir L4, kaya dengan B, solidiftkasi pertama pada batas butir (Gb.1.5e). Tetapi,

difusi akan berlangsung dari semua larutan padat u menjadi seragam (70A·30B), yang

mana komposisi akhir paduan (Gb.5f). Gb.l.6b. menggambarkan pendinginan lambat

paduan larutan padat. Larutan padat hanya pada butiran dan batas-batas butir. Larutan

padat tidak .membuktikan perbedaan unsur kimia didalam butir, indikasi hanya terjadi

pada butir yang homogen.

Ga~bar i.6:Meka~isme pendinginan a). Dendrit dalarn liquid,

b). Bentukbutirpada pendinginanlambat

,1.6. Difus!

Difusi merupakan gerakao awal' atom-atom, dalam kondisi padat dan. merupa-

kan bagian yang sangat penting. Menyambung mekanisme difusi dibawah aliran lambat

struktur dendrit hilang, dan'butiran nienjadi homogen. Bagian ini menjelaskan bagaima- $

.na difusldalam kondisi solid tefjadi. Difusi sangatutama dalam bentuk .statistik, hasil ,

11

.

dari beberapa gerakan acak pada atom-atom secara individu. Lintasan atom individu

mungkin zig-zag dan tidak dapat diprediksi, ketika sejumlah besar atom membuat se-

macam gerakan dengan aliran sistematik.

Dalam larutan padat difusi yang terjadi dibedakan atas tiga metode yaitu : Me-

kanisme kekosongan (vacancy), mekanisme sisipan (interstitial), dan mekanisme pertu-

karan atom (interchange). Semua mekanisme tersebut dapat dilihat dalam Gb.l. 7.

Gambar 1.7. Skema mekanisme difusi

Pada koridisi normal kristalisasi sering menunjukan kekosongan dan sisipan. Ke-

tidak sempurnaan banyak memfasilitasi difusi atau atom-atom yang meloncat dan ber-

gabung. Gb.l.7a, menunjukan atom larut dan bergerak satu spasi atom kekiri menempati

kekosongan yang ada. Ini sebanding, dengan atom tetangga yang kosong karena .lonca-

tan. Kekosongan bergerak kekanan menduduki posisi atom terdahulu dan sekarang siap

untuk berpindah. Mekanisme sisipan diilustrasikan dalam Gb.1.7b, dimana atom posisi

normal bergerak masuk ke jarak sisipan, dan kekosongan disebabkan penyusupan atom.

Terkait dengan gambar yang sarna, difusi terjadi oleh sisipan atom kristal yang berpin-

dah, tetapi metode ini lebih menyerupai larutan sisipan padat.

Kemungkinan gerakan ini disebabkan oleh perpindahan langsung antara dua ' ..

atom, 'seperti dalam Gb.1.7c, atau oleh cincin perpindahan 4 atom dalam Gb.l.7d. Teta-

pi, kemungkinan ini terjadi dibawah kondisi khusus, semula probl~m fisik berurutan

diantara kantong tertutup atom-atom tetangga bertambah untuk difusi. Percobaan yang

dilakukan menunjukan penggunaan kekosongan sebagai metode awal difusi pada 10-

gam. Pada paduan yang sarna laju difusi lebih besar dengan pendinginan cepat diband-

ing pendinginan lambat. Perbedaan ini disebabkan besarnya jumlah kekosongan yang

12

terjadi dalam paduan oleh pcndingian cepat. Migr~OSOnganjuga mempunyai ener-

gi aktivasi yang rendah bila dibandingkan dengan metode-metode yang lain.

Laju difusi suatu logam dipengaruhi oleh koefisien difusi, yang diberikan dalam

satuan centimeter persegi per detik. Koefisien difusi merupakan fungsi berbagai variable

dan yang paling penting adalah temperatur. Umumnya aturan, koefisien difusi menjadi

dua kali untuk setiap kenaikan temperatur 20 derajat. Ini tidak ditekankan, semua vibra-

si atom mempunyai vibrasi konstan sekitar posisi setimbang dalam kisi, dan awal ampli-

tudo vibrasi bertambah dengan naiknya temperatur. Energi bergabung dengan vibrasi

panas, sebagai acuannya energi termal, posisi kisi dalam kondisi tidak stabil menyebab-

kan atom-atom berloncatan. Selanjutnya temperatur sebagai faktor terpenting untuk me-

nentukan terjadinya loncatan atau difusi. Paduan mempunyai energi bebas rendah dalam

kondisi homogen, dan ini sebagai gaya penggerak (drivingforce) untuk difusi.

1.7. Pendinginan-Awal Tak Setimbangan pad a Coring

Kenyataanya dalam eksperimen sulit untuk mendapatkan pendinginan kondisi

setimbang. Difusi dalam kondisi solid terjadi pada laju yang sangat lambat, diharapkan

dengan laju pendinginan awal menjadi berbeda dengan kondisi pendinginan dalam dia-

gram kesetimbangan. Mengacu pada paduan 30B (lihat Gb.l.8) merupakan awal solidi-

fikasi pada Ti, membentuk larutan padat komposisi a1. Pada T2 liquid L2 dan larutan

padat yang berbentuk a2 (lihat Gb.1.6a). Difusi sangat lambat untuk mencapai pertum-

buhan kristal, waktu tidak cukup menghasilkan solid yang merata, dan komposisi rata-

rata diantara a1 dan a2 katakan a'2. Selanjutnya temperatur turun, komposisi rata-rata

larutan padat bertolak dari kondisi setimbang. Terlihat komposisi larutan padat mengi-

kuti "ketidak setimbangan" garis solidus a1 ke a5 yang ditunjukan oleh garis putus-putus

dalam Gb.l.8. Liquid dalam sisi lain, sangat penting dalam komposisi yang diberikan

oleh garis liquidus, awalnya difusi relatif cepat dalam liquid. Pada T3 larutan padat rata-

rata mejadi komposisi a' 3 dari a3 . Dibawah pendinginan setimbang, solidifikasi menye-

luruh pada T 4; ketika, komposisi rata-rata larutan padat a' 4 komposisi paduannya tidak

tercapai, beberapa liquid harus tetap ada. Dari aturan tuas pada T4 menghasilkan:

13

Gambar 1.8. Pendinginan nonequilibrium

,

Solidifikasi berlanjut sampai tercapai T5• Pada temperatur ini komposisi larutan

padat a's bersamaan dengan komposisi paduan, dan membeku secara total. Liquid te-

rakhir membeku, L5, kaya dengan B dari pada liquid terakhir untuk membeku dibawah

kondisi setimbang, lni terlihat dari amatan Gb.l.8, paduan lebih cepat membeku menja-

di rentang komposisi dalam paduan. L!l:juvariasi serangan kimia dengan komposisi, se-

t~lah di etza secara mikroskopik terlihat struktur dendritnya (Gb.1.9). Bila hasil akhir

solidifikasi dikupas, akhir pembekuan struktur terdiri "inti" den gail bagian pusat lebur

tinggi yang dikelilingi oleh titik lebur rendah. K~ndisi diatas mengacu terhadap coring

atau segragasi (pemlsahan) dendrit.

14

Gambar 1.9. Sebaran dendrit halus pada paduan AI-Pb

Rinkasnya, hasil pendinginan ketidak setimbangan menambah rentang tempera-

tur dimana liquid dan solid berada; akhir solidifikasi terjadi pada temperatur yang lebih

rendah dari yang diprediksi oleh diagram fasa ; liquid terakhir membeku akan diperkaya

oleh logam deogan titik-lebur-rendah ; dan difusi tidak dituojukan deogan pertumbuhan

kristal, solidifikasi ini menyebabkan perbedaan komposisi kimia dari pusat kebagian

luar butir. Peogaruh tersebut disebabkan oleh laju peodingioan yang cepat.

1.8. Homoginisasi

Struktur inti logam tuang ditunjukan oleh pendinginan terakhir yang terbentuk

sepanjang batas-batas butir dan ruang-ruang interdendritik yang kaya dengan logam ti-

tik-lebur-rendah, batas butir merupakan bidang-bidang yang lemah. [tu disebabkan oleh

ketidak seragaman sifat-sifat mekanik dan fisik, dalam beberapa kasus menambah se-

rangan korosi inter granular karena serangan yang berbeda sebagai media yang korosif.

Oleh karena itu dalam beberapa aplikasi, stuktur inti dapat dijadikan objek pengamatan.

Masalah coring dapat diselesaikan dengan dua metode yaitu. Pertama pencega-

han dengan proses pendinginan lambat liquid, tetapi ini menghasilkan ukuran butir yang

besar dan memerlukan waktu yang lama. Kedua dengan pengaturan komposisi. Dalam

industri metode yang dipilih adalah kesamaan komposisi atau homogenenisasi struktur

inti deogan difusi dalam keadaan solid. Pada temperatur ruang, umumnya laju difusi

15

logam sangat larnbat, tetapijika paduan dipanasi ulang sampai temperatur dibawah garis

solidus, difusi lebih cepat dan homogenisasi yang terjadi relatif singkat.

Gambar t.to. Diagram kesetimbangan Copper-Nickel

Gb.l.10 merupakan diagram kesetimbangan aktual sistem Cu-Ni, dan paduan

85Cu-15Ni, ditunjukan dengan garis putus-putus. Pengaruh homogenisasi pada struktur

paduan 8SCu-lSNI digambarkan secara seri dalam photografi Gb.l.ll. Gambar pertama

pada urutan ini menunjukan mikrostuktur paduan dengan pengecoran cepat (chill-cast).

Prediksi diagram kesetimbangan, padatan pertama terbentuk dalam sumbu sentral den-

drit yang kaya nickel. Karena pendinginan cepat, menghasilkan perbedaan yang besar

pada kandungan nickel antara sumbu pusat dendrit dan ruang interdendritik. Perbedaan

ini, dinyatakan oleh kemampuan etching. Gambar berikutnya menunjukan beberapa

sample setelah dipanasi pada 13820p selama 3 jam. Kebalikan difusi atom-atom Ni dan

Cu diantara inti-inti kaya-Ni dan dipenuhi kaya-Cu menurunkan perbedaan komposisi

diantaranya. Mikrostruktur sample yang sarna dipanasi sampai 17420p selama 9 jam se-

perti terlihat pada gambar ketiga. Komposisi total sarna, dan dendritnya terpisah, dengan

batas butir yang Iebih jelas. Partikel-partikel hitam merupakan inklusi-inklusi oks ida

copper atau oks ida nickel. Gambar keempat mengilustrasikan paduan yang sarna dengan

pendinginan lambat pada pengecoran dengan cetakan panas. Struktur dendritnya lebih

kasar dari paduan coran dengan pendinginan cepat. Gambar terakhir menunjukan sam-

ple yang sarna dengan pemanasan 17420p selama 15 jam. Sekarang total strukturnya

homogen. Meskipun perbedaan komposisi awal kecil dan potongan dendritnya kasar

dibandingkan dengan dendrit keciI, itu butuh waktu lebih lama untuk meratakan karena

jarak yang lebih besar dimana atom tembaga dan nikel hams tersebar di struktur yang

16

kasar. Keadaan ekstrirn ini harus di uji dalam perlakuan yang tidak memotong garis li-

quidus; sebaliknya peJeburan pada batas-batas butir akan terjadi, ini akan merusak ben-

tuk dan sifat fisik coran (Gb.l.12) .

. Gambar 1.10. Mikrostruktur paduan 85Cu-15Ni pembesaran50x. a). chill-cast, b). chill-cast,

reheated 3 jam pada suhu 1382"F; c). chill-cast, reheated 9 jam pada suhu 1742"F; d). cor ceta-

kan dipanasi. e). cor cetakan dipanasi, reheated 15 jam pada suhu 1742"F

Gambar 1.12. Mikrostruktur paduan aluminium pada batas butir selama pemanasan. Setelah

pendinginan, ini bagian batas butir tampak garis gelap, pembesaran 1000x

i [%]

0

Tarik [psi]

30.000

r%1

53

[BHN]

36

si [lO-8em]

3,6073 [pohm/cm"]

1,7 10 35.000 47 51 3,5975 14 20 39.000 43 58 3,5871 27

30 44.000 40 67 3,5770 38 40 48.000 39 70 3,5679 46

50 50.000 41 73 3,5593 51 60 53.000 41 74 3,5510 50 70 53.000 42 73 3,5432 40 80 50.000 43 68 3,5350 30 90 48.000 45 61 3,5265 19 100 43.000 48 54 3,5170 6,8

17

1.9. Sifat Paduan Larut-Padat

Jika paduan membeku, fasa padat yang terbentuk umumnya mempunyai kompo-

sisi yang berbeda dengan fasa caimya. Distribusi larutan didalam fasa padat secara

umum berbeda dalam liquid utama sampai membeku. Redistribusi larutan yang dihasil-

kan oleh solidifikasi kebanyakan merupak~ntuk segragasi, seperti yang terjadi pada

paduan binary. /

Secara umum didalam pembentukan sistem paduan larutan padat seri berlanjut,

kebanyakan sifatnya berubah karena distorsi struktur kristal logam larut oleh penamba-

han logam terlarut. Pengaruh komposisi pada beberapa sifat fisik dan mekanik pada pa-

duan annealing dalam sistem paduan Cu-Ni seperti dalam Tabel 1-1. Paduan Cu-Ni

merupakan paduan komersil yang dikenal dengan sebutan monel. Paduan ini mempu-

nyai kekuatan dan ductility yang tinggi, tahan korosi dan kekerasanya maksimum.

Tabell.l. Sifat paduan Cu-Ni annealing

Komposisi Kekuatan Perpan-

Kekerahan Ukuran Ki- Tahanan

jangan Electrik

1.10. Variasi Jenis I

Setiap paduan'jenis I mempunyai titik cair diantara titik lebur A dan B. Titik cair

tersebut kemungkinan berada pada kondisi minimum atau maksimum di garis liquidus

dan solidus (Gb.13a, b). Komposisi paduan x dalam Gb.13a hanya terjadi pada logam

murmi dan ini tidak berbeda dalam komposisi liquid dan solid. Awal dan akhir solidifi-

kasinya pada temperatur konstan dengan komposisi yang tidak berubah, dan dalam

kurva pendinginan akan terlihat garis horizontal. Paduan-paduan diketahui sebagai pa-

18

duan lebur sejenis. Karena paduan x mempunyai titik lebur rendah dalam Itutan dan

diagram kesetimbangan tersusun jenis eutektik, titik eutektik ini sebagai pad pseu-

doeutectic. Contoh, paduan Cu-Au dan Ni-Pd mempunyai eutektik yang re dah. Dan

titik eutektik maksimumjarang ditemui karena tidak terjadi pada sistem metalik.

Gambar 1.13. Sistem solidifikasi paduan. a). Larutan nimimum, b). Larutan maksimum

1.11. Jenis II

Dua logam larut total dalam kondisi cair dan tidak larut total dalam kondisi sol-

id. Secara teknis, dua logarn tidak dapat larut secara menyeluruh satu sarna lain. Tetapi

dari beberapa kejadian kelarutao sangat praktis digunakan yang berkaitao dengan keti-

dak larutan.

Hukum Raoult's menyatakan penarnbahan zat kedua yang terlarut dalarn logam

murni menyebabkan titik cairnya lebih rendah dari titik cair logam mumi dan zat kedua

tidak dapat larut ketika membeku. Jumlah penurunan titik cair sebandiog dengan berat

molekuler larutao.

Diagram fasa dapat dikembangk~ dari ;kurva pendioginan seri dengan analogi

diagram tarutan padat, seperti dijetaskan dimuka, tetapi dalam kejadian ini, kurva-kurva

percobaan menuniukan jenis perilaku yang berbeda. Kurva pendioginan seri logam

murni dan variasi paduan, dan mikrostruktur temperatur ruang, seperti terlihat datam

Gb.1.14. Kurva pendinginan logam murni A dan B menunjukan garis horizontal tunggal ';

pada titik pembekuan. Diharapkan. A ditambah B menurunkan temperatur awal solidifi-

19

kasi paduan. Selanjutnya, setiap logam dengan titik pembekuan re~nh dari yang lain,

garis penghubung titik menunjukan awal solidifikasi, garis liquidus enunjukan mini-

mum. Ilustrasi tersebut dinyatakan dengan garis putus-putus dalarn Gb.L14, menunju-

kan titik E minimum, yang diketahui sebagai titik E, untuk komposisi 40A-60B. Perha-

tikan, rentang komposisi diatas, bagian kurva pendinginan menunjukan akhir solidifika-

si pada temperatur carnpuran. Garis horizontal bawah TE ditunjukan dengan garis putus-

putus dalam Gb.l.14, sebagai temperatur eutektik. Dalam paduan, komposisi eutektik

40A-60B, solidiftkasi total terjadi pada temperatur tunggal yaitu temperatur eutektik.

Meskipun pembekuan komposisi eutektik seperti Iogam murni tetapi itu bukan paduan

Iebur sejenis yang terlihat sepintas menghasilkan padatan sebagai campuran dua-fasa,

Gainbar 1.14. Mikrostruktur kurva pendinginan dan temperature ruang untuk paduan seri dua

logam yang tidak larut dalam kondisi solid. Garis putus-putus atas dan bawah

menunjukan garis solidus dan liquidus.

Diagram fasa aktual sekarang dibuat dengan mentransfer patahan kurva pend in-

ginan yang dip lot pada temperatur vs komposisi, seperti terlihat dalam GbJ .15, titik

lebur logam murni pada titik M dan N yang dip lot pada garis vertical. Untuk paduan

80A-20B dengan awal solidifikasi pada T. dan akhir solidifikasi padaT E. Prosedur yang

sarna diikuti untuk paduan yang lain. Garis atas pada diagram fasa merupakan hubungan

20

dua titik lebur, MEN merupakan garis liquidus, dan menunjukan awal olidifikasi. Titik

dimana garis liquidus memotong titik minimum E, dikenal titik eute ik. T E disebut

temperatur eutektik dan 40A-60B sebagai komposisi eutektik. Garis so idus berupa ga-

ris kontinyu yang menghubungkan titik-titik lebur logam murni, yang erupakan garis

solidus total yaitu MFGN.

Gambar 1.15. Diagram fasa jenis-eutektik

Diagram fasa ini berisi 4 daerah. Daerah diatas garis liquidus rnerupakan fasa

tunggal larutan cair homogen, dua logam terlarut dalam kondisi cairo Tiga daerah yang

tersisa adalah daerah dua-fasa, Setiap daerah dua-fasa pada diagram fasa dibatasi oleh

garis horizontal dengan fasa tunggal. Jika daerah fasa tunggal sebagai label pertama,

selanjutnya daerah fasa dua dengan mudah ditentukan. Contoh, dalam Gb.l.lS, untuk

menentukan fasa yang terdapat dalam daerah dua-fasa MFE, tarik garis horizontal tie

OL. Garis ini memotong liquidus pada L berarti cair yang merupakan satu fase terdapat

dalam daerah dua-fasa dan memotong garis sumbu kiri dari titik O. Sumbu kiri menun-

jukan fasa tunggallogam murni A, yang dibawahnya tltik cair adalah padat. Selanjutnya

dua-fasa dalam daerah MFE yaitu liquid dalam solid A. Cara yang sarna digunakan un-

tuk menentukan dua-fasa yang berbeda dalam daerah NEG. Daerah ini terdiri liquid dan

solid R Idea diatas dapat digunakan untuk diagram fasa yang lain dan diagram yang

lebih komplek.

: I

21

Dua logam diasumsikan tidak larut total dalam kedaan solid, dapat ditunjukan

apabiJa awal pembekuan hanya dapat terbentuk solid yang merupakan logam mumi. Ju-

ga, setiap paduan bila membeku total dua logam mumi hams tercampur. Secara praktis

paduan disebelah kiri campuran eutektik adalah paduan hypoeutectic dan sebelah kanan

paduan hypereutectic. Penetapan ini akan digunakan sebagai acuan untuk pendinginan

lambat berbagai paduan,

Ali,,! ...

i I

Gambar 1.16. Jenis fasa dalam diagram fasajenis eutektik

Paduan I dalam Gb.1.16. merupakan eutektik 40A-60B. Paduan tersebut didin-

ginkan dari temperatur To, sisa larutan cair seragam sampai titik E, garis temperatur-

eutektik. Perpotongan garis liquidus dan solidus, liquidus sekarang mulai membeku, dan

temperatumya tidak turun sampai paduan padat total. Liquid akan membeku masuk ke-

dalam campuran dua-fasa, Fasa ini selalu menunjukan akhir garis horizontal temperatur-

eutektik. Dalam kondisi ini titik F merupakan logam mumi A, dan titik G, logam mumi

B. Diasumsikan sejumlah kecil logam murni A membeku, Liquid yang tersisa kaya

denganB.

22

:===::

Komposisi liquid langsung mengearah ke kanan. Mempersiapkan komposisi liq-

uid ke kesetimbangan, B akan membeku, Jika secara langsung B banyak yang membe-

ku, komposisi liquid berada disebelah kanan, dibutuhkan A untuk membeku ke arah ke-

setimbangan. Selanjutnya temperatur konstan, liquid' A murni dan B mumi membeku,

menghasilkan campuran yang sangat halus dapat dilihat dibawah mikroskop. Campuran

ini yang disebut campuran eutektik (Gb.1.17.). Perubahan liquid pada komposisi E ma-

suk dua padat pada temperatur konstan yang disebut reaksi eutektik dan ditulis sebagai

berikut:

cooling,

Liquid solid A + solid B heating .

campuran eutektik

Gambar 1.17. Campuran eutektik Timbal-Bismut, pembesaran IOOx

So1idifikasi paduan eutektik terjadi pada temperatur konstan, kurva pendinginan

ini seperti logam mumi atau suatu paduan lebur-bersama, Pembekuan eutektik, tetapi,

tidak sebangun yang berbeda komposisi antara.fasa liquid dan solid individu,

Paduan 2, campuran paduan hypoeutectic 80A-20B, sisa larutao liquid seragam

sampaigaris liquidus, temperatur TJ• Pada titik liquid LJ merupakan saturated (jenuh) di

A dan temperatur langsung turun, akibatnya A membeku. Liquid, menyimpan kristal A

mumi yang kaya B. Penggunaan Aturan r pada temperatur T2 menunjukan fasa solid A

23

xzLz 10

T2X2 20

mumi dan komposisi liquid L2 adalah 70A-30B. Jumlah pembekuan pada temperatur ini

dihitung dengan menggunakan Aturan II:

A (%) = -- x 100 = - x 100 = 33% TzL2 30'

Lz (%) = -- x 100 = - X 100 = 67% T2L2 30 .

Mikrostrutur yang tampak seperti dalam G~inginan lanjut, jumlah A padat

murni bertambah secara bertahap oleh presipitasi kontinyu dari liquid. Komposisi liq-

uid, menjadi kaya dengan B yang secara lambat bergerak ke bawah dan ke kanan sepan-

jang kurva liquidus, ketika jumlab liquidus berkurang secara gradual. Bila paduan men-

capai garis eutektik XE, liquid pada titik E. Kondisi yang ada merupakan tingkat fraksi

diatas TE adalah :

Fasa

Komposisi

Jumlah relative

Liquid

40A-60B

Tt;Xt; X 100 = 33% TEE .

Solid

IOOA

XE x 100 = 67% TEE

Gambar 1.lS. Tabap pendinginan lambat paduan 80A-20B

Mikrostruktur dalam Gb.l.18b. Cairan tersisa (30%), mencapai titik eutektik, sekarang

pembekuan secara lambat masuk ke campuran mendekati A dan B seperti diuraikan di-

bawab paduan 1. Bila pembekuan, paduan terdiri 67% butiran utama A atau proeutektik

A (yang terbentuk diantara T, dan TE sebelum reaksi eutektik) dan 32% campuran eu-

tektik (A + B) Gb.l.18c. Setiap paduan mengarah kekiri titik eutektik E, ketika membe-

ku, akan terdiri butiran proeutektik A dan campuran eutectic. Sebagai komposisi paduan

24

akhir adalah komposisi eutektik. Campuran eutektik banyak ditunjukan dalam pembe-

kuan paduan (lihat mikrostuktur dalarn Gb.1.l4).

Paduan 3, paduan hypereutectic terdiri 10A-90b, mengalami proses pendinginan

yang sarna seperti paduan 2 kecuali ketika garis Iikui~capai endapan kristal carr

dari B mumi bukan dan A. Ketika suhu turun, B ~ bertambah besar, meninggalkan

cairan kaya A. Jumlah cairan secara bertahap berkurang, dan komposisi secara bertahap

bergerak ke bawah dan ke kiri sepanjang garis likuidus sarnpai titik E dicapai pada suhu

eutektik. Cairan yang tersisa sekarang membeku ke carnpuran eutektik (A + B). Setelah

pembekuan, paduan terdiri 75% butiran B primer atau B proetectic dan 25% campuran

eutektik (A + B). Garnbar dan sketsa mikro pada suhu kamar harus diverivikasi. Setiap

paduan ke kanan dari titik eutektik, ketika dibekukan, terdiri dari butir B proeutectic dan

carnpuran eutektik. Perbedaan hanya dalarn jumlah relatif (lihat mikrostruktur dalarn

Gb.1.l4). Hubungan komposisi paduan dan mikro dapat ditampilkan dengan

menggunakan komposisi eutektik sebagai garis batas imajiner. Area di bawah garis

solidus dan ke kiri dari komposisi eutektik diberi label padat A + campuran eutektik,

dan ke kanan, padat B + campuran eutektik (Gambar 1.16). Gb.1.19, meounjukkan

hubungan antara komposisi paduan dan jumlah relatif.

Gambar 1.19. Diagram hubungan linier antara mikrostruktur dan kompisisi paduan untuk sis

tem eutektik

Dari pembahasan sebelumnya terlihat bahwa, reaksi yang sarna tetjadi apabila

setiap garis suhu-eutektik tercapai, yaitu ;

cooitllg

liquid~ solid A + solid B eating campuran eutektik

25

Reaksi diatas khusus berlaku untuk diagram ini, namun, reaksi eutektik dapat

ditulis secara umum sebagai ;

cooling

lUjUid ~ solidi + solid2 heating . •

campuran eutefcti1c

Satu persyaratan bahwa campuran eutektik terdiri dar' dua fase padat yang berbeda.

Campuran ini terdiri dua logam mumi, dua larutan adat, atau kombinasi di atas.

Gambar 1.20. Diagram paduan AI-Si, nom or dibagian bawah berhubungan dengan

mikrostruktur . ..

Penyederhanaan diagram fase Aluminium-Sillicon ditunjukkan pada Gb.I.20,

dengan mengabaikan kelarutan silikon dalam aluminium. Mikrostruktur Gb. l.2l.

mengacu pada angka di bagian bawah diagram AI-Si ini. Dimulai dengan paduan 1 di

26

sebelah kiri Gb.I.20, rnikrostruktur aluminium mumi ditunjukkan pad a Gb.I.21 a.

Paduan 2 (Gb.1.21b), mengandung 8% silikon, terdiri dari dendrit aluminium primer

atau proeutectic yang dikelilingi campuran eutektik dari aluminium dan silikon.

Perhatikan pengaturan cahaya terang yang lembut dan struktur gelap. Karena eutektik

terbentuk dari cairan terakhir yang membeku, dan mengisi ruang antara lengan dendrit.

Paduan 3 (Gb.1.21c) adalah komposisi eutektik dari 12% silikon dan seluruhnya terdiri

dari campuran eutektik. Ketika bergerak ke kan'a~ktur terdiri dari silikon

primer (hitam) dan campuran eutektik, jumlah silikon primer meningkat dengan ber-

tambahnya kandungan silikon seperti dalam Gb.1.21 b dan e. Akhimya, mikrostruktur

silikon murni ditunjukan dalam Gb.l.21 f. Dan hasil prediksi diagram kesetimbangan,

dengan akurasi memadai, dengan proporsi dari setiap fase dalam paduan setelah

pendinginan lambat sampai subu kamar seperti dalam Gb.l.21.

Gambar 1.21. Mikrostruktur paduan AI-Si sesuai nomor dalam Gb.l.20 .

27

1.12. Jenis Ill-Dua Logam Larut Total dalam Keadaan Cair tetapi La-

rut Sebagiau dalam Keadaan Padat

Kebanyakan logam menunjukkan kelarutan yang sarna untuk satu sarna lain dalam

keadaan padat, jenis ini yang paling umum dan, oleh karena ito, sistem paduan menjadi

penting.

Gambar 1.22. Diagram fasa ilustrasi bagian sifat larutan padat

Diagram fase tipe ini ditunjukkan di Gb.l.22. Titik leleh dari dua logam mumi masing-

masing ditunjukkan oleh titik TA dan TB. Garis Iikuidus TAETB, dan garis solidus

TAFEGTB. Dan daerah fasa-tunggal harus diberi label terlebih dahulu. Di atas garis

likuidus, hanya ada larutan cair fase tunggal. Pada titik leleh, dimana likuidus dan garis

solidus bertemu, diagramnya menyerupai bentuk cerutu tipe I (kelarutan padat total),

dan karena logam ini sebagian larut pada keadaan padat, suatu larutao padat harus

dibentuk. Paduan dalam sistem ini pemah memperkuat ·kristal·d8ri·A mumi atau B

mumi tetapi selalu larutan padat atau campuran larutan padat. Daerah fase tunggal a dan

fJ larut8n-padat sekarang diberi label. Karena ini larutan-padat di samping sumbu,

mereka dikenal sebagai ·larutan padat terminal. Sisa tiga daerah dua fase sekarang

28

berlabel sebagai cairan+o, p+cair, dan a+p, di TE, larutan padat a sebagai kelarutan

maksimum dari 20%B seperti yang ditunjukkan oleh titik 'F dan larutao padat 13

maksimum 10% seperti ditunjukkan oleh titik G. Suhu turun, jumlah maksimum larutan

yang terlarut menurun, karena diindikasikan dengan garis FH dan GJ. Garis ini disebut

garis solvus dan menunjukkan kelarutan maksimum (larutanjenuh) B dalam A (a larut)

atau A di B (larutan (3) sebagai fungsi dari suhu. Titik E, di mana garis tikuidus bertemu

di minimum, seperti pada tipe IT, yang dikenat ~ eutektik. Pendinginan

lambat beberapa paduan sekarang akan dipelajari.

Gambar 1.23. Diagram fasa ilustrasi bagian sifat larutan padat

Paduan I (Gb.I.23), terdiri 95A-5B, ketika didinginkan lambat akan mengikuti

proses yang sama seperti paduan tipe I. Ketika garis likuidus memotong di T1, ia mulai

membeku dengan membentuk kristal tarutan padat a yang sangat kaya A. Proses ini

berkesinambungan, dengan cairan makin kaya B dan secara bertahap bergerak ke bawah

sepanjang garis likuidus. Larutan padat a, juga semakin kaya B, bergerak di sepanjang

garis solidus. Ketikagaris solidus akhirnya memotong di T4 dan kecepatan difusi sesuai

dengan pertumbuhan kristal, seluruh padat menjadi tarutan padat a homogen dan akan

29

tetap seperti itu sampai ke suhu kamar. Proses solidifikasi dan kurva pendinginan untuk

paduan ini ditunjukkan pada Gb.l.24.

Liquid

Gambar 1.24. Kurva pendinginan dan mikrostruktur pada variasi temperature selama

solidifikasi paduan 9SA-SB

Paduan 2, 30A-70B, adalah komposisi eutektik yang tetap cair sampai suhu

eutektik mencapai titik E. Karena ini juga garis solidus, cairan sekarang mengalami

reaksi eutektik, pada suhu konstan, membentuk campuran yang sangat halus dari dua

padatan. Kedua padatan membentuk campuran eutektik yang diberikan secara ekstrim

oleh garis eutektik-suhu, u pada komposisi F dan p pada komposisi G. Reaksi eutectic

ditulis sebagai berikut :

cooling

liquid ~ a+ P heatmg ....._........

campuran eutektik

30

EG 20

= = =

Reaksi ini sarna dengan salah satu yang terjadi dalam diagram Tipe n, kecuali untuk

pengganti larutan padat logam mumi. Jumlah relatif P dan a dalam campuran eutektik

dapat ditentukan dengan menerapkan Aturan IT(aturan tuas) :

a (%) = - x 100 = - x 100 = 28 6 % FG 70 '

EF 50

fJ (%) = - x 100 = - x ~ FG 70 '

Karena perubahan kelarutan B dalam A, garis FR, dan A di B, garis GJ, akan ada sedikit

perubahan dalam jumlah relatif a dan p pada suhu kamar :

KJ 25 .

a (%) = HJ x 100 = 85 x 100 = 29,4 %

HK 60

fJ (%) HJ x 100 85 x 100 70,6 %

Campuran eutektik ditunjukkan pada Gb.I.28c. Perhatikan kesamaan an tara gambar itu

dan campuran eutektik pada Tipe II (Gb.l.17). Hal ini tidak mungkin untuk mengatakan

secara mikroskopis apakah campuran eutektik itu terdiri dari dua larutan padat atau dua

logammumi.

Paduan 3, 60A-40b, tetap cair sampai garis Iikuidus tercapai di T3. Cairan mulai

mengkristal pada larutan primer atau proeutectic a yang kaya A. Ketika subu turon

cairan menjadi lebih kaya dan lebih kaya B, secara bertahap bergerak ke bawah dan ke

kanan sepanjang garis likuidus sampai mencapai titik E. Meneliti kondisi yang ada

tepat di atas subu eutektik TE, ada dua fase hadir :

Fasa liquid autama

Komposisi Kimia 30A-70B 80A-20B

Jumlah Relatif 40010 60010

Mahasiswa harus memverifikasi angka di atas dengan menerapkan aturan I dan II pada

suhu eutektik. Karena cairan yang tersisa (40%) berada di titik E, suhu dan komposisi

31

yang tepa! membentuk campuran eutektik, sekarang membeku dengan membentuk

kristal a dan p yangmuncul pada .komposisi bergantian di akhir garis suhu eutektik (ti-

tik F dan G). Suhu tidak turun sampai solidifikasi selesai, dan ketika selesai, mikro-

struktur yang muncul seperti ditunjukkan pada Gb. 1.25.

> ~'!

Gambar 1.25. Skema mikrostruktur, setelah solidifikasi paduan 3 dalam Gb.I.23

Perhatikan kesamaan mikrostrukfur antara paduan dan Gb.l.lSc. Sebagai paduan

mendingin ke suhu kamar.karena perubahan dalam kelarutan ditunjukkan oleh garis

solvus FH. beberapa pengaruh p yang diendapkan dari larutan. Proses solidifikasi dan

kurva pendinginan untuk paduan ini ditunjukkan pada Gb.I.26.

Gambar 1.26. Kurva pendinginan dan mikrostruktur pada variasi

32

Paduan 4, 85A-15B, rnengikuti proses yang sarna seperti dijelaskan untuk

paduan 1. Mikro pada berbagai suhu dan kurva pendinginan untuk paduan ini

ditunjukkan dalarn Gb.l.27. Solidifikasi dirnulai pada T2 dan selesai di T5, zat padat

yang dihasilkan menjadi fuse tunggalhomogen, larntan~ padatu, Padalarutan titik M

adalah jenuh. Garis solvus FH, seperti yang dijelaskan ebelumnya, menunjukkan

penurunan kelarutan B pada A dengan penurunan suhu. S bagai paduan dingin, garis

solvus dicapai pada titik N. Larutan a sekarang jenuh dalarn B. Di bawah suhu ini, di

bawah kondisi pendinginan lambat, pengaruh B harus keluar dari solusi. Karena A

adalah larut dalarn B, endapan tidak keluar sebagai logam rnumi B, rnelainkan larutan

padat B. Pada suhu kamar, paduan akan terdiri sebagian besar a dengan sejumlah keeil

pengaruh ~, terutama di sepanjang batas butir (Gb.l.27). Mahasiswa harus menentukan

jumlah kelebihan ~ dengan menerapkan aturan tuas ta yang ill baris (Gb.1.23).

Gambar 1.27. Kurva pendinginan dan mikrostrukturpada variasi temperaturpaduan 8SA-ISB

Jika fase P relatif rapuh, paduan tidak akan kuat atau ulet. Kekuatan paduan

untuk sebagian besar ditentukan oleh fase yang berkelanjutan melalui paduan. Dalam

hal ini, meskipun larutan ~ hanya sekitar 5% dari paduan, tetapi ada sebagai jaringan

terus meneros di sepanjang batas butir. Oleh karena ito, paduan akan cenderung pecah

di sepanjang batas-batas. Paduan ini, bagaimanapun, dapat dibuat untuk mengalami

perubahan yang signifikan dalam kekuatan dan kekerasan setelah perlakuan panas

dengan benar.

33

Diagram kesetimbangan tirnbal-antimon dan photomikro berbagai sistem paduan

ini ditunjukkan pada Gb.1.28. Paduan 1 (Gb.1.28b), yang mengandung antimon 6, %,

menggambarkan struktur hypoeutectic khas dendrit a primer (hitam) dan campuran

eutektik mengisi ruang antara dendrit. Paduan 2 (Gambar1.28c), yang mengandung

11,5% antimon, seluruhnya terdiri dari campuran eutektik larutan padat a dan ~. Di

sebelah kanan komposisi eutektik, paduan terdiri dari P primer (putih) dikelilingi oleh

campuran eutektik (Gb.l.28d) dan berbeda dalam jumtah retatif atau fase ini. Jumlah

campuran eutektik menurun sebagai komposisi paduan bergerak menjauh dari

komposisi eutektik.

Gambar 1.2S. a). Diagram fasa Pb-Sb; b). paduan 6,5%Sb, 75x;

c). paduan eutektik, 11,5%Sb, 250x; d). paduan 12,25%Sb, 250x

Diagram kesetimbangan timbal-timah dan photomikro berbagai sistem paduan

ini ditunjukkan pada Gb.1.29. Paduan 1 (Gb.1.29b), yang mengandung 70% timah,

34

adalah komposisi eutektik. Mikrostruktur terdiri dari dendrit p primer (putih) dikelilingi

oleh campuran eutektik. Paduan 2 (Gb.l.29c) adalah komposisi eutektik dan seluruhnya

terdiri dan campuran larutan padat a dan ~. Paduan 3 dan 4 (Gb.1.29d dan e), yang

mengandung 60 dan 50% timah, masing-masing, terdiri dari dendrit I primer kaya tim-

bal larutan padat a (hitam) dikelilingi oleh campuran eutektik, jumlah a meningkat

sebagai komposisi paduan bergerak ke kin. Perhatikan kesamaan photomicrographs

yang ditunjukkan Gb.1.21, 1.28, dan 1.29.

Gambar 1.29. a). Diagram fasa Pb-Sn; b). Paduan 70%Sn; c). Paduan eutektik; d). Paduan

60%Sn; e). Paduan 50%Sn. Semua mikrostruktur pada pembesaran 20Ox.

35

1.13. Sifat Sistem Paduan Eutectic

Gb.1.19 menunjukan hubungan linear antara konstituen muncul di mikro dan

komposisi paduan untuk sistem eutektik. Hal ini sepertinya menunjukkan bahwa sifat

fisik dan mekanik dari: sistem eutektik juga harus variasi linier. Dalam praktek

sebenamya, perilaku ideal ini adalah jarang ditemukan. Sifat setiap paduan multifase

tergantung pada karakteristik individu dari fase irri dan bagaimana didistribusikan dalam

mikro. Hal ini terutama berlaku untuk sistem paduan eutektik. Kekuatan, kekerasan,

dan keuletan terkait dengan ukuran, jumlah, distribusi, dan sifat-sifat kristal pada kedua

fasa. Dalam komersialisasi sistem paduan eutektik menjadi penting, satu fasa relatif lu-

nak dan plastik sedang fasa yang lain relatif keras dan rapuh. Komposisi eutectic ditun-

jukan dari sisi fasa-plastik, ini akan menambah kekuatan pada paduan tersebut. Mereka

akan menurunkan kekuatan dibatasi komposisi eutektik disebabkan berkurangnya jum-

lah partikel-partikel keeil eutektik dan bertambahnya ukuran dan jumlah fasa proeutec-

tic rapuh. Oleh karena itu, sistem semacam ini umumnya komposisi eutektik

menunjukkan kekuatan maksimum. Hal ini diilustrasikan pada Gb.1.30, yang

menunjukkan variasi kekuatan tarik dan perpanjangan untuk paduan aluminium-silikon

tuang mengandung silikon sampai 14 %Si. Kekuatan tarik maksimum sangat dekat

komposisi eutektik. Diagram fase aluminium-silikon diberikan pada Gb.l.20.

Gambar 1.30. Variasijenis sifat-sifat paduan AI-Si sampai 14%Si

Hal penting lainnya adalah sifat yang dihasilkan dari campuran yang paling

mirip yang berlanjut yaitu, fase yang membentuk matriks di mana partikel dari fase

lainnya tertanam. Campuran eutektik secara mikro selalu konstituen dan berkelanjutan,

karena cairan terakhir untuk solidiftkasi dan mengelilingi butiran primer. Umumnya

36

fase membentuk proporsi yang lebih besar dalam eampuran eutektik menjadi fase kon-

tinyu. Jika fasa ini plastik, seluruh rangkaian paduan akan menunjukkan plastisitas. Jika

fase ini rapuh, seluruh rangkaian paduan menjadi relatifrapuh.

Selain faktor di atas, peningkatan laju pendinginan selama pembekuan mengha-

silkan eampuran eutektik, sebagian besar eampuran eutektik, dan butiran utama yang

lebib balus, yang pada akhirnya mempengaruhi sifat mekanik.

1.14. Jenis IV-Fasa Intermediate Lebur-Serempak

Bila suatu fasa berubah masuk ke fasa lain seeara isothermal (temperatur kons-

tan) dan tanpa suatu perubahan dalam komposisi kirnia, ini dikatakan perubahan fasa

bersama atau transformasi bersama (congruent) semua logam murni membeku seeara

bersamaan. Didepan telah dieontohkan paduan lebur bersama seperti variasi diagram

fasa jenis I. Paduan x dalam Gb.13a berangkat dari fasa liquid ke rasa solid tunggal pada

temperatur konstan tanpa perubahan komposisi dan itu karena paduan lebur bersama.

Fasa-fasa itu dinamai intermediate karena merupakan fasa tunggal yang terjadi diantara

fasa-fasa terakhir pada diagram fasa. Jenis IV berhubungan dengan pembentukan fasa

intermediate oleb lebur bersama, seraya jenis V akan ditutup fasa intermediate lebur tak

bersama. Ada fasa intermediate yang diperlakukan sebagai komponen lain pada diagram

fasa. Jika fasa intermediate mempunyai rentang komposisi yang sempit sebagai susunan

intermetalic dan susunan sisipan, ini ditunjukan pada diagram sebagai garis vertikal dan

dilabelkan dengan rumusan kimia eampuran. Jika fasa intermediate berada diatas ren-

tang komposisi, itu umumnya susunan kimia dan dilabelkan dengan hurufGreek.

Gambar 1.31. Komposisi dan titik lebur A murni, B mumi, dan senyawa AnBm

37

Gb. 1.31, fasa paduan intermediate yang digambarkan sebagai garis vertikal. Su-

sunan ini diindikasikan sebagai AmBn, yang mana m dan n indikasi jumlah susunan

atom-atom kombinasi. Contoh, magnesium dan tin membentuk fasa intermediate yang

mempunyai rumusan kimia M~Sn. Dalam kasus ini, Mg ekuivalen A, 2 ekuivalen m,

tin ekuivalen B dan n ekuivalen I. Disini ditunjukan sistem A-B pada Gb.1.31, merupa-

kan dua bagian independent yang terpisah, satu menunjukan semua paduan antara A

dan susunan AmBn dan yang lain menunjukan Amlsn dan B ..

Porsi diagram antara A dan AmBn mungkin ada jjenis yang dipelajari dalam bab

ini, sarna untuk porsi antara AmBn dan B. Jika susunan menunjukan beberapa kelarutan

satu sarna lain, diagram kesetimbangan seperti Gb.1.32. Diagram ini menunjukan dua

perbedaan campuran eutektik. Persamaan eutektik dapat ditulis sebagai berikut :

Pada T I liquid

Pada T21iquid

cooltng

liquid ~ a + AmBn heating

cooling

liquid ~ Am Bn + f3 heating

Pelajaran pada beberapa sistem aktual menunjukan pembentukan beberapa fasa inter-

mediate lebur bersama disederhanakan dengan pendekatan diatas.

Gambar 1.32. I1ustrasi diagram fasa paduan intermediate dengan senyawa intennetaIic

38

1.15. Jenis V-Reaksi Peritectic

Dalam reaksi peritektik liquid dan solid bereaksi secara isothermal membentuk solid

baru pada pendinginan. Secara umum reaksi ini digambarkan sebagai : ~,

, cooling

liquid + solid ~ new solid heating

Pembentukan padat baru umumnya fasa intermediate (Gb.l.33) tetapi dalam beberapa "!: • - - &'- . .. ~.

kejadian mungkin akhir larutan padat (Gb.I.34).

Gambar 1.33. Pembentukan fasa intermediate pada lebur tak bersama dengan reaksi peritektik

Gambar 1.34. Pembentukan tenninallarutan padat oleh reaksi peritektik pada Sistem paduan

Ag-Pt

39

Kaitan Gb.l.33. menunjukan susunan AmBn, 70A-30B ketika dipanasi sampai tempera-

tur peritectic, titik G, terursi masuk pada phase, liquid dan solid A. Oleh karena ito, ini

merupakan contoh paduan intermediatelebur tak sarna. Kenyataannya reaksi peritectic

hanya kebalikan reaksi eutectic, dimana fasa tunggal membentuk dua fasa baru dalam

pendinginan. Garis liquidus TADETB dan garis solidus TATpGJTETB. Garis reksi peritec-

tic adalah TpD. Prehatikan hanya garis ini. Panjang TpG, bersamaan dengangaris soli-

dus. Pendinginan lambat pada beberapa paduan akan kita pelajari.

Paduan 1,90A-I0B, liquid sisa sampai garis liquidus dicapai pada Tl. Pembekuan seka-

rang terjadi oleh pembentukan Kristal pada logam murni.Temperatur turun, liquid ber-

kurang jumlahnya, dan komposisinya bergerak turun sepanjang garis liquidus. Kondisi

diatas temperatur peritectic Tp.

Fasa

Komposisi

Jumlah relative

Liquid

60A-40B

TpF x 100 = 25% TpD

Solid A

lOOA

.!!!... x x 100 = 75% TpD

Kondisi dibawah temperatur peritectic adalah :

Fasa

Komposisi

Jumlah relative

AmBn

70A-30B

TpF x 100 = 33% TpG

Solid A

100A

.!E.. x x 100 = 67% TpG

Pertama sekilas pada dua daerah terliahat indikasi liquid meninggalkan garis horizontal

dan disini tersusun AmBn. Hubungan komposisi kimia menunjukan ketidakmungkinan.

Liquid mengandung 60A, yang AmBn mengandunng 70A. Liquid tidak cukup kaya A

untuk membentuk susunan dirinya, Liquid harus bereaksi denganjumlah kanan solid A,

dalam hal ini 8%, untuk membawa komposisi susunan AmBn.

Reaksi yang terjadi pada temperature peritectic :

Fasa 60A lOOA 70A

Persamaan

Jumlah relative

Liquid

25% ~

co

+ Solid A ~ oling

Solid AmBn

33%

Reaksi pada tempat ini sekeliling tia butir pada solid A domana terisi liquid. Bila diko-

reksi komposisi yang diperoleh, la isan solidifikasi masuk sekeliling material AmBn

40

Reaksi . =

setaip butir A. Selanjutnya reaksi yang lambat harus ditunggu untuk difusi atom-atom

masuk kedinding AmBn secara kontinyu (lihat Gb.l.35a). Bila difusi menyeluruh, se-

mua paduan akan dimasuki, disini mencapai 67%A di kiri. Mikrostruktur akhir akan

terlihat butiran utaina A yang dikelilingi oleh susunan AmBn. Gb.1.35b. menunjukan

mikrostruktur pada variasi temperature dalam pendinginan lambat pada paduan ini. Ki-

sah yang sarna untuk paduanlain sarnpai kiri titik B. Hanya perbedaan dalam jumlah

akibat A tersisa setelah reaksi peritectic menyeluruh. Komposisi paduan merupakan su-

sunan komposisi, mengurangi A utama yang tersisa.

Gambar 1.35. a). Skema reaksi peritektik, AnBm bertambah oleh difusi A dari dalam dan atom

B dari luar. b). Mikrostruktur pada pendinginan lambat paduan 90A-IOB

Paduan 2, 65A-35B, pembekuan logam murni bila garis liquidus memotong pembekuan

,

kontinyu T2, cairan menjadi kaya dengan B. Bila titik H dicapai, komposisi liquid ada-

lah 60A-40B. Aturan tuas untuk paduan ini adalah 35/40 x 100 atau 87,5% liquid dan

12,5% solid A. Garis GD bukan bagian garis solidus, beberapa liquid tersisa setelah

reaksi ini. Itu karena solid A hilang dalam reaksi dengan beberapa liquid membentuk

susunan AmBn.Reaksi yang sarna ditempat ini diperoleh :

Komposisi 60A ~1 OOA 70A cooling

Solid A ~ AmBn

41

= =

lumlah liquid masuk kedalam reaksi diatas ditentukan oleh penggunaan aturan tuas di-

bawah temperatur reaksi:

GH 10 Liquid (%) DG x 100 20 x 100. = 50%

Semula adalan 87,5% liquid sebelum reaksi dan 50010 liquid sesudah reaksi, ini

tampak 37,5% liquid bereaksi dengan 12,5% solid A memberikan 50% susunan AmBn

pada temperaatur peritectic. Dengan pendinginan kontinyu, liquid sekarang terpisah

Kristal-kristal pada AmBn. Liquid menjadi kaya dengan B, dan komposisi itu secara

tertutup bergerak turun dan mengarah sepanjang garis liquidus sampai mencapai titik E

temperatur eutectic. Pada temperatur ini, ini hanya 5150 x 100 atau 10% kiri liquid. Se-

mula cairan mencapai titik eutectic, sekarang solidifikasi masuk campuran eutectic (An

Bn + B). Gb.1.36. menunjukan kurva pendinginan dan perubahan pada mikrostruktur

pada variasi titik dalam pendinginan lambat pada paduan salah satu sisi titik peritectic P

dalam diagram kesetimbangan mengilustrasikan pembentukan akhir kelarutan padat

oleh reaksi peritectic (Gb.1.34).

Gambar 1.36. a). Kurva pendinginan danmikrostruktur pada variasi temperature selama pen-

dinginan lambat. B). Mikrostruktur paduan 60Ag-40Pt cor. u primer (terang), dan ~ (gelap) pada

pembesaran loox

Reaksi peritektik digambarkan dalam kondisi ekuilibrium. Dalam prakteknya, kondisi

ini jarang tercapai, Karena bentuk-bentuk fase bam di sekitar Iingkaran fase primer,

~indak sebagai penghalang difusiyang sangat penting untuk melanjutkan reaksi

(lihat Gb.l.35a). Sebagai lapisan fase barn menjadi ··lebih tebal, meningkatkan jarak

42

difusi, sehingga reaksi sering tidak lengkap. Contoh, diagram fase sistem paduan Ag-Pt,

Gb.l.34, paduan Ag 60 persen harus menjadi fase tunggal (3 pada suhu karnar.

Mikrostruktur cor, Gb.I.36b, adalah bukan fase tunggal. Daerah terang butir primer a

dikelilingi oleh dua- daerah gelap dari (3, menunjukkan bahwa reaksi peritektik tidak

lengkap.

Paduan peritektik biasanya carnpuran dua-fase, sifat mekanikuya dinyatakan mengikuti

prinsip keadaan paduan eutektik dengan dua perbedaan: (1) fasa individu berbeda dari

yang diperkirakan untuk kondisi ekuilibrium, dan (2) ukuran butir cor biasanya kasar.

1.16. Jenis VI- Dua Liquid Larut Sebagian dalam kondisi Liquid

Reaksi Monotectic

Reaksi Monotektik. Semua jenis reaksi yang didiskusiksn didepan diasumsikan

larut total dalarn kondisi liquid. Itu sangat mungkin, tetapi, diatas rentang komposisi dua

larutan liquid yang terbentuk tidak terlarut satu sarna lain. Bentuk lain kelarutan yang

dapat tercampur. Zat yang tak dapat larut satu sarna lain, seperti minyak dan air, mereka

dikatakan tidak dapat tercampur. Zat yang terlarut sebagian satu sarna lain dikatakan

mempunyai gap tidak larut seperti jenis VI.

Diagram kesetimbangan jenis ini dapat dilihat dalarn Gb.1.37. Garis liquidus

TACFETB, dan garls solidus TATEJTB..Paduan ini mempunyai komposisi antara titik C

dan titik F pada temperatur diatas T M berisi dua larutan liquid, LJ dan L2• Garis CD dan

FG menunjukan komposisi dua-fasa liquid dalarn kesetimbangan satu sarna lain pada

temperatur tinggi. Umumnya, ditunjukan dengan garis putus-putus karen a eksperimen

pada temperature tinggi sulit Garis ini cenderung saling berdekatan pada temperatur

tinggi sehingga terjadi luasan te p dan larutao liquid homogeny. Daerah ini diperla-

kukan seperti beberapa da rah dua-fasa yang lain, dan aturan yang sarna digunakan un-

tuk menentukan komposisi kimia LJ dan L2 dan jumlah relatif yang lain pada beberapa

temperatur. LI merupakan larutan liquid B yang terlarut dalarn A, yang mana ~ meru-

pakan larutan liquid A yang terlarut dalam B.

Selanjutoya ttudi pendinginan larnbat dalarn berbagai paduan, Paduan x men-

gandung 10010B merupakan larutan liquid fasa tuggal LI, dan, sisanya sempai memotong

garis liquidus pada Xj, Solidifikasi pembentukan kristallogam murni A. Liquid menjadi

kaya B, secara bertahap gerakan turun dan menuju kekanan sepanjang garis liquidus.

43

Bila paduan mencapai garis temperatur monolitik T M pada titik X2, Komposisi yang di-

berikan oleh titik C, adalah 80A-20B. Garis horizontal pada beberapa diagram fasa me-

nunjukan reaksi yang terjadi ditempat ini. Apa reaksi yang terjadi ? Dibawa garis, dua

fasa yang hadir adalah solid A dan L2. Sisi lain, terlihat ';1 dipisahkan dan ditempat ini

mempunyai L2. Komposisi L2 diberikan oleh titik F, adalah 40A-60B, yang mana LJ

. mempumyai komposisi 80A dan 20B. Selaitjutnya L1 dipindahkan tidak membentuk L2.

Ingar L, adalah larutan liquid kaya A dimana L2 merupakan larutan liquid kaya B. Ma- . ~

salahnya adalah LJ terlalu kaya A. Selanjutnya apakah yang terjadi pada garis horizontal

yang cukup presipitasi solid A dari L, membawa komposisi kekanan membentuk L2•

Gambar 1.37. Diagram kesetimbangan hypoeutectic dua logam yang terlarut sebagian dalam

kondisi cair : Reaksi monotektik. .

Untuk pembuktian ini, kita dapat menerapkan Aturan Il diatas dan di bawah

garis horizontal TM. Di atas garis diperoleh 50%.solid A (10/20 x 'tOO) dan Ll 50%. Di

bawah garis, diperoleh 17% L2 (10/60 xl 00) dan 83 diperoleh- L2 17% dan 33% padat

44

A. 33%, ditambah 50%, memberikan total 83% solid A ditentukan oleh perhitungan.

Reaksi ini diringkas sebagai berikut:

Komposisi

Persamaan

Jumlah reltive

80A 40A 100A cooling

Ll ---+ Lz + Solid A

50% 17% 33%

Bila liquid membentuk liquid yang lain, ditambah solid pada suatu pendinginan, itu se-

bagai reaksi monotektik ; persamaan umum reaksi monotektik ditulis sebagai berikut :

cooling

Ll ~ Lz + solid heating

Titik C sebagai titik monotectic yang menunjukan reaksi monotectic seperti reaksi eu-

tectic, hanya berbeda satu produknya fasa liquid. Kembali ke titik-titik monotectic bi-

nary sistem logam yang letaknya dekat komposisi fasa solid, selanjutoya fasa solid pre-

dominan dalam reaksi. Dalam kasus ini, 33% solid A yang terbentuk dibanding dengan

17% L2. Masalah paduan eutectic kekiri titik C, seperti paduan x sebagai paduan hypo-

monotectic titik F adalah paduan hypermonotectic.

Sekarang diskusi dilanjutkan dengan pendinginan lambat pada paduan x. Setelah

reaksi montektik total dan temperatur turun mencapai TE, paduan mencapai X3 dan L3

mencapai titik E. Suhu dan komposisi yang tepat akan membentuk campuran eutektik

Reaksi eutectic s ditempat ini, L2 membentuk campuran sangat hal us pada padat A, di-

tambah padat B. Struktur akhir terdiri dari 87,5% butiran A utama yang dikelilingi oleh

12,5% campuran eutectic (A+B).

Dua liquid paduan hypermonotectic, merupakan paduan pada komposisi diantara

C dan F, diatas temperatur monotectic, yang dikenal berkaitan dengan struktur. Waktu

yang cukup dua liquid akan berpindah ~ dua lapisan menghasilkan kerapatan, den-

gan lapisan ringan diatas. Hal ini sangat m~n, namun, untuk rnemiliki dua cairan

yang ada sebagai suatu emulsi dimana tetesan kecil dari satu cairan tetap tersuspensi

dalam cairan lainnya. Sayangnya, pengetahuan tentang perilaku sehubungan dengan

logam sangat terbatas pada saat ini.

Kaitan pendinginan lambat paduan hypermonotectic Y 70A - 30B. Pada temper-

ature tinggi, paduan ini akan tersusun fasa liquid homogen LI tunggal. Pada pendingi-

nan, batas ketidak larutao liquid adalah perpotongan Y dan kedua L2 kemungkinan di-

tunjukan pada permukaan pembatas bejana dan pada titik-titik celupan liquid. Komposi- si

L2 kemungkinan diperoleh dengan menarik garis tie didaerah dua fasa dan menggu-

45

, ~. nakan aturan L selanjutnya-temperatur turun, jumlah L2 bertambah, selanjutnya diatas

temperatur monotectic, pada temperatur Y2,jumlah Lz menjadi: sama sarnpai 10/40 x

100 atau 25%. Kondisi yang menguntungkan 'ini, liquid ini akan memisahkan lapisan

dalam crucible. atau-cetakan, Bagian campuran yang tersusun pada 1,1 sekarang hereaksi

. merighasilkan persamaan monotectic membentuk L2 -+ solid A lebih banyak. Dengan

pendirrginan kontinyu, Iebih banyak solid A yang ~erhen~ dati L2,. kemposisi ini men-

jadi kaya B, sampai tempertur eutectic mencapai titik Y2. Pada suhu itu, L2 yang tersisa

(37,5%),mengalami reaksi eutektik dan membeku menjadLciunpuranA+B yang sangat

halus.

?

Gambar 1.38. Diagram kesetimbangan Cu-Pb

Contoh paduan reaksi monotectic adalah antara tembaga dan timbal seperti da-

lam Gb.l.38. Perhatikan kejadian ini L1 + Lz merupakan daerah tertutup. Juga, meski-

pun terminal solid menunjukan (l dan P, kel~flltan actual m~njadi' ke~il 'da~ '~ecara prak-

tis logam mumi, tembaga dan tiinba]~

46

1.17. Jenis VII- Dua Logam Tak-Larut dalam Kondisi Cair dan Padat

lni merupakan studi menyeluruh diagram fasa dasar yang meliputi keadaan liq-

uid dan solid. Jika titik C dan F dalam Gb.l.37. digerakan dalam arah yang berlawanan,

mereka akan secepatoya menggerakan sumbu diagram seperti dalam Gb.l.39a. Dipero-

leh beberapa kombinasi logam yang secara praktis tidak larut satu sarna lainnya. Bila

didinginkan, dua logam nampak terlarut pada titik pembekuan masing-masing tampak

jelas dua lapis dengan garis-garis terang pada kontak dan umumnya bukan difusi.

Sistem paduan tertutup pada jenis ini adalah diantara aluminium dan timbal da-

lam Gb.l.39b. Perhatikan daerah liquid dua fasa sampai masuk memotong diagram.

Kondisi ini berkaitan dengan batas reaksi monotectic dan reaksi eutectic. Diatas hori-

zontal menunjukan reaksi monotectic dalam titik monotectic yang sangat tertutup terha-

dap komposisi dan tttik lebur aluminium murni. Garis horizontal bawah menunjukan

reaksi eutectic yang titik eutectic secara praktis bersamaan dengan komposisi dan titik

lebur timbal mumi.

Gambar 1.39. a). Diagram kesetimbangan hypotactic dua logam tak land dalam kondisi Ii\id dan solid, b). Paduan AI-Pb

1.IS. Keterkaitan jenis-jenis Dasar

Sudah didiskusikan variasi jenis diagram kesetimbangan yang dikombinasi den-

gan beberapa cara untuk membuat diagram aktual. Ini sangat penting mengetahui keter-

kaitan antara jenis dasar untuk mempelajari diagram komplek. Tiga jenis yang berbeda

dengan kelarutan solid. Dimulai dengan system ketidaklarutan totaljenis II (Gb.1.40a.),

47

~ ~

c- ~'-

jika titik kedua berakhir padagaris eutektik ( F dan G) yang masing-masing bergerak

menganm meilUju kelarutan ·lebih besar dalam kondisi so lid; irri'menghasilkarr' diagram

i~jenis UT; larut sebagian''dalam kondisi solid (Gb.1 AOb). Jika bergerak bersaina sampai

:kofnpQsisi eutektiknya sama (Ii E; menghasilkancsistem kelarutaii total (Gb.l.4Oc). Jenis

" . . IV dan V ditentukan dengan fasa intermediate; Jika pemanasan mengurai fasa ini (Iebur

,ti<iak;sebagiall) diagrain'menunjukan reaksrperitectic, Titik peleburan fasa intermediate

., Q. »aktual (lebursebagianj-diagram rnenunjukan reaksi eutektik ..

~,

Gambar 1.40. Keterkaitan diagram fasasebagai kelarutan dalam , , ':._ -,' -' . - --. - ~'

Transformasi keadaan solid 't '. - ,

. Transformasi adalah berbagai, perubahan kesetimbangan dan reaksi yang terjadi ~.:, "J_~; .;. ,. .t-,·,,'-_ . ,- ~ . - >.. • l:

se,ca~ tota]. dalam keadaan solid.

48

1.19. Allotropy

Beberapa logammungkin mempunyai lebih dari satu jenis struktur kristal yang tergan-

tung pada temperatumya. Besi, tin, manganese, dan cobalt adalah contoh-contoh perila-

ku allotropy. Pada diagram kesetimbangan, perubahan allotropy diindikasikan dengan

titik atau titik-titik garis vertical yang menunjukan logam mumi. Gb. 1.41a. mengilu-

strasikan allotropy, dalam diagram ini, bidang larutan padat-gamma merupakan

"looped". Logam mumi A dan paduan kaya A mengalami transformasi. Beberapa dia-

gram fasa iron seperti Fe - Si, Fe ..,.Mo, dan Fe - Cr memperlihatkan loopped daerah

larutan padat. Jenis besi berada dalam rentang temperatur besi gamma, daerah yang dis-

ebut loop gamma

Gambar 1.41. Perubahan allotropic, a). Diagram fasa hypothectic, b). Diagram fasa Fe-Ni

Beberapa system paduan iron, loop gamma tidak tertutup. lni digambarkan oleh diagram

fasa dalam Gb.l.41b. Diagram ini memperlihatkan titik pembekuan iron mumi 1539°C

membentuk larutan padat 0, yang mempunyai kubus pusat ruan (KPR). Larutan padat y

mempunyai kubus pusat muka (KPM) yang terbentuk eh reaksi peritectic pads ."

1512°C. Perhatikan besi mumi mengalami perubahan all tropy dari struktur kristal 0

(KPR) ke struktur kristal y (KPM) pada temperatur 14000C tetapi untuk paduan peruba-

han ini dimulai pada temperatur tinggi. Perubahan allotropy terakhir pada 910°C mem-

bentuk struktur kristal a (KPR).

49

1.20. Transformasi Orde-Disorder

Pembentukan jenis substitusi atom larutan padat yang terlarut tidak menempati

posisi spesifik tetapi terdistribusi secara random dalam struktur kisi terlarut. Paduan ini

dikatakan kondisi "disordered". Beberapa larutan padat acak, jika didinginkan secara

lambat, mengalami penataan atom-atom. Dimana atom terlarut bergerak masuk keposisi

terkecil kisi. Struktur ini sekarang disebut larutan padat ordered atau superkisi (super-

lattice) seperti Gb.1.42. Ordering umumnya dalam logam yang dapat larut total dalam

kondisi solid, jumlah maksimum ordering dalam perbandingan atomic sederhana dua

elemen. Contoh, rumusan kimia fasa ordered diberikan, seperti AuCu dan AUCU3dalam

system paduan gold- copper. Diagram fasa larutan ordered.kebanyakan dirancang seba-

gai u', ~' dan seterusnya. Atau u', u" dan seterusnya dan daerah ini kebanyakan terikat

oleh garis putus-putus. Diagram fasa aktual sistem Au-Cu seperti dalam Gb.l.43.

Gambar 1.42. Tatanan atom dalam larutan padat disordered dan ordered

Bila fasa ordered mempunyai struktur yang sarna sebagai fasa disordered, pen-

garuh ordering pada sifat-sifat mekanik dapat diabaikan. Gabungan pengerasan dengan

proses ordering kebanyakan dalam sistem bentuk unit sel yang berubah oleh odering.

Perhatikari struktur yang terbentuk sebagai hasil ordering menghasilkan perubahan sifat

penting, biasanya tidak ada pengerasan hanya tahanan electric (Gb.1.44a.). Amati ben- tuk

pengurangan tahanan elektrik pada komposisi yan~gr itan fasa ordered AUCU3

dan AuCu. Dalam diagram fasa Au-Cu tidak ada daerah d -fasa antara larutan disor-

dered dan ordered .. Dalam baberapa kejadian daerah d fasa antara larutan padat or-

dered dan disordered. Kebanyakan gabungan ini membentuk struktur kristal yang ber-

beda dari fasa disordered yang terbentuk. lni diilustrasikan oleh sistem paduan Cu-Pd

50

seperti dalam Gb.I.44b. Diagram ini menunjukan tiga-fasa ordered: ,a', a", dan 13. Cop-

per dan palladium keduanya KPM dan larutao ordered a: dan a" adalah KPM tetapi 13

adalah KPR dan menunjukan daerah dua-fasa pada tiap sisi.

Gambar 1.43. Diagram fasa Au-Cu

a)

Gambar 1.44. a). Tahananelektrik vs komposisi untuk paduan Au-Cu, b).

l.21.-Reaksi Elltectoid

Reaksi ini terjadi dalam kondisi solid, sama seperti reaksi eutectic tempi tidak

,~ melibatkan liquid. Dalam kejadian ini, transformasi fasa solid karena pendinginan

menghasilkan dua-fasa padarbaru, Persamaan umumnya adalah : .

51

:==

Cooling

Solid, Solid2 + Solid, Heating

Gabungan campuran eutectoid sangat kecil. menyerupai campuran eutectic. Dibawah

mikroskop kedua campuran tampak sama, dan secara mikroskopik tidak menentukan

campuran yang dihasilkan oleh reaksi eutectic atau reaksi eutectoid. Ilustrasi diagram

fasa reaksi eutectoid dapatdilihat dalam Gb.l.4S.

Gambar 1.45. Diagram fasa reaksi eutectoid

TAETB dan TAFGTB masing-masing merupakan garis liquidus dan garis'solidus.

Campuran eutectic merupakan susunan fasa yang tetjadi pada kedua gariS~. tempe-

ratur eutectic, yang dinamai larutan padat y (titik F) dan larutan padat P (tit" G). Titik

M menunjukan perubahan allotropy logam mumi A. Pentingnya garis volvus , seba-

gai komposisi paduan dengan B meningkat, temperatur dimana tetjadi perubahan allo-

tropy turun, mencapai minimum pada titik N. Garis solvus FN menunjukan b kelarutan B

turon dalam y yang mana temperatur turon. Titik N diketahui sebagai titik eutectic. Disini

komposisi sebagai komposisi eutectoid, dan garis OP merupakan garis tempera-

52

tur eutectoid. Seperti diagram eutectic. Praktisnya semua paduan disebelah kiri dan ka-

nan titik N disebut hypoeutectoid dan hypereutectoid.

Paduan hypoeutectoid I didinginakan lambat, larutan padat y terbentuk ketika

garis liquidus memotong di X. Kebanyakan y terbentuk sampai garis liquidus memotong

pada X2. Sisanya larutan padat uniform sampai garis solidus memotong di X3• Logam

mumi A sekarang mengalami perubahan allotropy, membentuk larutao padat a. Perhati-

kan larutan padat u yang terlarut turun pada B dari pada larutan padat y. Beberapa atom

atom B terlarut dalam daerah akan mengalami perubahan allotropy sekarang berdifusi

keluar daerah. Bila difusinya atom B cukup, atom-atom A yang tersisa sementara kem-

bali masuk ke struktur kristal bam, membentuk larutan padat u. Akibat atom B yang la-

rut didalam sisa larutan y, yang kaya B temperatumya turun. Komposisi y sisa secara

bertahap bergerak turun dan mengarah kekanan sepanjang garis solvus MN. Hila paduan

mencapai temperatur eutectoid Ks, y yang tersisa sekarang mencapai titik N. Kebutuhan

garis eutectoid pada temperatur ini merupakan akhir perubahan struktur kristal dimulai

pada X3, dan yang tersisa sekarang bertransformasi dengan reaksi eutectoid, membentuk

lapisan pengatur pada u dan 13 dalam campuran yang sangat lembut Reaksinya ditulis :

cooHng

y;:=::_ a + p heating _...

campuran eutektik

Mikrostruktur pada temperatur ruang terdiri n utama atau n proeutectoid yang terbentuk

antara X3 dan )4, dikelilingi oleh campuran campuran eutectoid u + 13. Ini dapat dilihat

pada Gb.1.46a. Gambar kurva pendinginan untuk paduan dari diagram fasa, itu sangat

penting untuk garis yang memotong diagram fasa, Bila garis horizontal memotong dia-

gram fasa, mengindikasikan reaksi dan menunjukan kurva pendinginan sebagai garis

horizontal. Kurva pendinginan paduan seperti terlihat pada Gb.l.46b. Sebagai latihan,

uraikan pendinginan lambat pada paduan hypereutectold 2 dan 3 di sebelah kiri.

53

Gambar 1.46. Pendinginan lambat, a). Mikrostruktur paduan hypoeutectoid, paduan I pada

Gb.l.4S. b). Kurva pendinginan paduan 1 pada Gb.l.4S.

1.22. Diagram Komplek

Secara umum reaksi peritectioid ditulis :

cooling

Solidi + Solidz ---+ new solid, heating

Umumnya easa s~lid baru adalah paduan Intermediate, tetapi mungkin juga berupa laru-

tan padat. Reaksi peritectoid sama seperti reaksi peritectic sebagaimana eutectoid den-

gan eutectic. Intinya, penempatan liquid oleh solid. Diagram fasa dna hypothectic diilu-

strasika.n reaksi pen .t.ectoid seperti dalam ~b.l.47a. dan 1.~7..b.., .. ..'

Gb.1.47a. reaksi dua-fasa solid a. d P pada garis temperatur peritectoid EF

membentuk fasa intermediate y. Persamaannya ditulis : . ,

cooUng

«wszzz:» heating

54

Gb.I.47b. fasa dua solid, logam murni A dan larutan padat P, reasi pada garis tempera-

tur peritectoid CD membentuk fasa solid baru, pertemuan larutan padat 'Y. Persamaan-

nya ditulis :

A+P~y

cooltng

ht!4ttng

Gambar 1.47. Diagram fasa. a). Pembentukan fasa intermediate y oleh reaksi peritectoid, b).

Pembentukan terminallarutan padat y oleh reaksi peritectotd.

Dapat disimpulkan bahwa mikrostruktur reaksi peritectic pada paduan sesungguhnya

menunjukan transformasi total (Gb.1.36b.). Ini karena difusi yang terjadi pada fasa barn

diperlukan untuk mencapai kesetimbangan. Semula reaksi peritectoid terjadi secara total

dalarn kondisi padat dan pada umumnya pada temperatur rendah dari reaksi peritectic,

laju difusi menjadi lambat dan ini. k.ehi1an~n struktur kesetimbangan. Gb.l.48, menun-

jukan bagian diagram Ag-AI dengan reaks peritektoidnya. Jika paduan Aluminium 7%

dengan cepat digunakan dari daerah dua- a hanya diatas temperatur peritectoid, dua-

fasa akan tersisa, dan mikrostruktumya terlihat matrik 'Y dengan beberapa partikel a

(Gb.1.49a). Jika paduan yang sarna didinginkan secara larnbat dibawah temperatur peri-

tectoid dan dipertahankan selarna 20 menit sebelum didinginkan cepat, beberapa trans-

formasi akan terjadi pada tempat ini. Mikrostruktur, Gb.l.49b. menunjukan beberapa 'Y

bertransformasi ke fasa baru p, banyak a original yang tertinggal. Diagram fasa hanya

mengindikasikan fasa-tunggal p, selanjutnya kesetimbangan sesunggubnya tidak terca-

55

:. "" ;-

pai. Kejadian setelah holding 2 jam di bawah ternperatur peritectoid struktur fasa-

tunggal tetap tidak. dihasilkari (Gb.'1A9c).

Gambar 1.48. Porsi pada diagram fasa Ag-Al

, :'\(;a",.ba_rJ,~9. A).,paduatl peritectoid Ag-7AI, stabilisasi heat treatment panjang diatas suhu

peritectoid dan quenching. "Kepulauan" merupakan fasa y melekat dalam rnatrik y. B). Sarna

C,- -seperti a)~~didin'guoom'saiJipai suhu dlbawaIi'perltectoid selama 20 ·trienit 'Sebelum di quenching.

Banyak wama;ternng r 'y~g bertransformasi ~e wama gelap (3 tanpa banyyak mempengaruhi

, ~k'epulauaD. y. cj. Samasepciti a), didinginkan sampai suhu dibawah peritectoid dandi tahan 2

jam sebelum quenching, Matrik gelap adalah ~, luasan .terang sisa a yang tidak terlarut oleh ~.

Semua mikrostruktur dengan pembesaran 15OX.

Ke_s~~aaon~a tampak p:da kedu~ persarnaan~. urn dan dia~am .kes~tirn~anga~~ unt~k

.reakst-re$t; monqtectlc, eutectIC, dan eutec id.dan reaksi peritectic dan peritectoid

: ~eperti dalam .Iaool l.2. Reaksi-reaksi ini ti berarti satu-satunya .yang terjadi pada

9iagntl!1 kesetimbangan., Namun.. reaksi ini yang paling umum, .dan mahas~~a harus

.~ab dengan J~aksi:-reaksi t~rseb,l;l~.: :

~'.- ", '

"'"'", _- - ~:~...

56

;r~ilt

Tabe11.2. Reaksi dia

Nama Reaksl Persamaan Umum

Tampil pada Dia-

ram

Eutectic Ll. qu

: ;d

- .._

~.~.'_)-.-.;~..-":~.:""Q-_.--:"_S-'Q_-

I--!_<- h. + S

-~Q:---

h-,~

d

2.·

he,ilfing" ···.ii\ iii .' . .,---"==:.:""," ~ : : '. ;.

eUJectoid

P~rjtectic Uqi.sid:+ .solj~1

:Peritectoid

-~- ·~;;;;'··.:·.····.·C'''---'~-~-_::.c:.~:-,.;..,-.;;~-·

Diagram komplek.

Beberapa sistem paduan mempunyai lebih dari satu jenis reaksi dan umumnya

lebih komplek dari jenis sederhana. Tetapi, umumnya diagram komplek menunjukan

reaksi utama dan diagram fasa komplek dalam table dapat dipahami ; mengerti peranan ;

semua titik, garis, dan luasan ; menentukan variasi reaksi yang terjadi pada garis-garis

horizontal, dan .menjelaskan.pendinginan lambat dan mikrostrutur beberapa paduan pa-

da diagram fasa binary. Dalam aplikasi beberapa prinsip dalam bab ini sekarang menja-

di ilustrasi untuk diagram fasa komplek seperti sitem paduan Cobalt-Tungsten pada

Gb.1.S0.

Titik pembekuan Cobalt terliha;i sumbu kiri 149SoC. Titik lebur Tungsten

34100C digambar dengan 2 garis putus-p disebelah kanan bertemu dan diatas ren-

tang temperatur. Semua daerah dua-fasa te ihat oleh fasa-tu~ggal pada salah satu garis

horizontal. itu penting sebagai label pertama pada daerah fasa-tunggal.' Garis diatas dia-

gram fasa merupakan garis liquidus, selanjutnya diatas garis liquidus larutan liquid ho-

mogen tunggal yang diindikasikan dengan L. Pada sebelah kiri, dari titik beku Cobalt,

ini sangat kecil bentuk luasannya seperti cerutu, yang menyerupai garis 1. Oleh karena

itu larutao padat pasti terbentuk dibawah luasan ini. Larutan padat yang diberi label p.

Suatu daerah p sudah dilabelkan, perbandingan antara garis sangat kecil yang dilabelkan

-,

v

57

sebagai f3 + L. Daerah berikutnya adalah perbandingan diagram yang tampak seperti

jenis I dan menunjukan maksimum pada 1500oC. Luasan diantara titik-titik 35, 45, dan

I500°C juga menjadi f3+L. Sepanjang sumbu kanan, garis putus-putus menunjukan luas

larutao padat kecil yang dilebelkan dengan Epsilon, C. Garis horizontal pertama pada

1690°C dilabelkan sebagai L+€. Garis horizontal pertama pada 1690°C. Diatas garis ini

adalah L+€. Dibawah tampak larutao padat bam S. Ini hams diyakini bahwa sebagai

reaksi peritectic. Setelah daerah S dilabelkan, luas di sebelah kanan dilabelkan S+C.

Luas sebelah kin daerah S diatas 1465°C sekarang dilabelkan dengan L+S. Luasan anta-

ra t t OO°Cdan t 465°C juga ditabelkan dengan ~+S. Ini di akui sebagai titik eutectic pa-

da 45% W dan 1465°C. Diatas larutao cair dan dibawah dua solid p dan S. Pada t 100°C

garis horizontal yang lain dan oleh karena reaksi lain. Diatas garis dua solid S dan ~.

Gambar 1.50. Sistem paduan Cobalt-Tungsten

Dibawah garis tampak fasa baru, fasa intermediate yang dilabelkan y. Ini merupakan

reaksi peritectoid. Daerah y yang sudah dilabelkan menjadi y + S dan luas sebelah kiri

p+y. Jika titik A pada garis vertikal menunjukan Cobalt pasti berupa allotropic. Diba-

wah titik A dengan larutao tungsten sangat kecil dalam cobalt. Luasan larutao padat

58

yang terlalu kecil ditunjukan pada diagram, tetapi diindikasikan sebagai n. Segitiga AS3

sekarang dilabelkan sebagai u+p, meskipun itu tidak dilabelkan dalam diagram. Garis

horizontal putus-putus pada 350°C menunjukan reaksi lain. Tni merupakan reaksi eutec-

.toid pada 3% W dan 350°C. Diatas garis adalah dua larutan padat u+y. Sekarang semua

diagram sudah dilabelkan. Intermediate paduan dua-fasa terlihat pada diagram, y dan 8.

Rentang komposisi tidak begitu besar, dan inetrmediate umumnya menyerupai susunan

intermetalic, Fasa y tampak berhubungan terhadap rumusan C07W2 dan fasa 0 terhadap

rumusan CoW. Fakta lain yang signifikan dari diagram adalah perbedaan kelarutan

tungsten yang besar dalam di kobalt tergantung pada jenis struktur kristalnya. Dalam

larutan padat p, cobalt berbentuk fcc, kelarutan maksimum tungsten dalam cobalt 35%

pada 14650C. Tetapi, perubahan Allotropy sudah terjadi dan cobalt menjadi close-

packed hexogonal dibawah titik A, kelarutan tungsten dalam cobalt umumnya diabai-

kan. Reaksi dan persamaan spesifik yang terjadi dalam tiap garis horizontal pada dia-

gram ini dapat dilihat dalam Tabe11.3.