Kepada Yth :

PAGE 20

HUBUNGAN KUALITATIP FASA

Berbagai unsur dapat digabungkan membentuk satu bahan dalam bentuk pelarutan atau campuran.- Larutan padat dapat mudah terbentuk bila pelarut dan atom yang larut memiliki ukuran yang sama dan struktur electron yang serupa sebagai contoh tembaga seng.

Komposisi larutan banyak ragamnya karena

a. sebuah atom dapat digantikan oleh atom lainnya pada letak kisi dari struktur fasa.

b. Atom dapat menempati tempat sisipan dalam struktur.

Yang larut tidak dapat merubah pola struktur pelarut.

- Campuran mengandung lebih dari satu fasa (pola struktur).

Contoh : pasir dan air, karet dengan bahan pengisi karbon. karbida tungsten dengan kobalt. Pada setiap contoh tersebut terdapat dua fasa yang berbeda, masing-masing dengan pengaturan atomnya sendiri-sendiri.

Campuran juga dapat dibuat dari dua larutan yang berbeda, contohnya : timah patri yang terdiri dari timah hitam dan timah putih, satu fasa merupakan larutan padat, dimana timah putih menggantikan kedudukan timah hitam dalam struktur kps, dan fasa lainnya mempunyai struktur timah putih ( tpr = tetragonal pemusatan ruang ).

b

a a a a a

tpr kpsPada suhu tinggi atom timah hitam dapat menggantikan sejumlah atom timah putih dalam struktur tpr. Pada pembekuan timah patri 60- 40 ( 60% Sn 40% Pb ) didapati dua struktur berbeda yang merupakan larutan padat.

Batas daya larut :

Suatu batas kondisi dimana dua bahan larutan mulai tidak bisa larut lagi.

Gb. Larutan Air-Gula dan Air- Garam Pada diagram larutan air gula, semua komposisi yang berada pada sebelah kiri garis lengkung membentuk satu fasa karena gula seluruhnya larut dalam fasa cair, membentuk sirop. Sebaliknya semua komosisi yang berada pada sebelah kanan garis lengkung terdiri dari dua fasa yaitu fasa cair b yang merupakan sirop dan fasa padat yaitu gula yang sudah tidak bisa larut dalam air. Sehingga garis lengkung pada diagram tersebut merupakan garis batas daya larut dimana batas larut dipengaruhi oleh suhu.

Gb. Larutan Air - GaramDemikian halnya pada diagram larutan air garam.

Dari diagram menunjukkan bahwa batas daya larut air dalam air garam turun dengan turunnya suhu. Larutan garam dan air dapat didinginkan dibawah 0C sampai dibawah -1 C .Bila larutan garam didinginkan dibawah -1 C kristal es akan terbentuk. Krista les akan memisahkan diri dari cairan air garamPada - 20 C kadar maksimum air dalam larutan garam : 77% ( 23% NaCl ) Selanjutnya dibawah -21 C semua komposisi terdiri dari garam dan es mendekati HO murni.

Suhu eutektik :

Suhu terendah dimana larutan masih berupa cairan pada komposisi eutektik.

Reaksi eutektik : Perubahan fasa pada komposisi eutektik dalam pendinginan dari suhu eutektik.

didinginkan

Cairan ( 23 NaCl ) Es + garam ( 100% NaCl) - 21C

didinginkan

L

S + S

DipanaskanBatas Daya Larut Padat Pada Logam

Diagram paduan Pb-SnPada diagram bahan padat yang kaya Pb terdapat atom Sn yang larut dalam struktur kps.

( Berbeda pada NaCl tidak larut dalam struktur kristal Es dalam jumlah yang berarti )Pada suhu 183C batas daya larut Sn sekitar 29% atom ( 19% berat) dalam bahan padat yang kaya Pb. Semakin tinggi suhu larutan padat batas daya larutnya semakin rendah Contoh : Pada 300C ada 10% atom ( 6% berat ) Sn yang larut pada PbDemikian halnya pada 183C bahan padat yang kaya Sn dapat mengandung 2.5% berat Pb yang larut pada struktur tpr ( Sn)

Sesuai perjanjian kedua fasa disebut ( dengan struktur kristal kps) dan ( dengan struktur kristal tpr) dari system Pb Sn

Batas daya larut padat mempunyai harga maksimum pada suhu eutektik. Baik diatas maupun dibawah 183C jumlah Sn yang dapat larut dalam kps yang kaya Pb menurun. Hal yang serupa terjadi pada Pb pada 183C, maksimum 2,5% berat Pb larut dalam tpr yang kaya Sn

DIAGRAM FASA ( Diagram Keseimbangan )

Seperti pada diagram Pb Sn adalah diagram fasa yang digunakan sebagai peta yang menunjukkan fasa yang ada pada suhu tertentu dan komposisi paduan pada keadaan keseimbangan, yaitu semua reaksi yang mungkin terjadi telah selesai.

Diagram Pb SnPada diagram tersebut pada komposisi 50% Sn dan suhu 100C, menunjukkan bahwa terdapat dua fasa padat yaitu fasa dan fasa . Pada komposisi yang sama pada suhu 200C terdapat fasa dan cairan. |Dan pada suhu 250C seluruh larutan berupa cairan. Sebaliknya pada komposisi 80% Sn dan suhu 200C terdapat fasa dan cairan. Dan pada komposisi 10% Sn dan suhu 200C hanya terdapat fasa saja.Daerah fasa dalam diagram keseimbangan tergantung pada system paduannya. Untuk diagram keseimbangan tembaga dan nikel bentuk diagramnya sederhana karena hanya ada satu macam fasa dari kedua logam tersebut.

Gbr. Diagram Fasa Cu-Ni

Pada bagian bawah dari diagram, semua paduan membentuk satu larutan padat yang terdiri dari satu struktur kristal yaitu kps. Karena tembaga dan nikel mempunyai struktur kristal kps dan ukuran kedua atom hampir sama sehingga tembaga dapat saling menggantikan dalam kristal dengan segala perbandingan pada suhu 1000C.KOMPOSISI FASADiagram keseimbangan selain berguna sebagai peta , juga memberikan komposisi kimia fasa yang terdapat pada keadaan seimbang setelah semua reaksi berakhir.

Daerah Fasa Tunggal

Pada fasa tunggal ( keseluruhan logam dalam keadaan padat atau cair ) komposisi kimianya sesuai dengan paduannya. Misalnya dalam paduan 60Sn dan 40 Pb pada 225C cairan mempunyai komposisi 60 40, hal serupa berlaku untuk diagram fasa dengan larutan padat fasa tunggal.Daerah dua fasa

Komposisi kedua fasa terdapat pada kedua ujung garis isotermis yang melintasi daerah dua fasa.Sebagai contoh paduan timah patri 80Pb 20Sn pada 150C. Pada diagram dapat dilihat bahwa mempunyai komposisi 10% Sn dan komposisi hampir 100% Sn. Namun pada paduan yang sama dan suhu yang berbeda komposisi dan akan berbeda. Hal ini berdasarkan kenyataan bahwa batas larut Sn dalam pada 150C besarnya 10%. Karena paduan adalah 20%Sn maka jenuh dengan Sn dan kelebihan Sn terdapat pada . Demikian batas daya larut Pb dalam < 1%, maka hampir seluruh Pb berada dalam fasa .Reaksi EutektikCairan yang mempunyai komposisi eutektik (38.1% Pb 61.9% Sn pada system Pb Sn ) terurai menjadi fasa padat ( dan ) pada suhu eutektik 183C . Pda suhu ini saja tiga fasa berada dalam keseimbangan. Reaksi uetektik dapat ditulis :didinginkan

L

S + S

Dipanaskan

Catatan : 1,2,3 menunjukkan kadar yang meningkat dari salah satu diantara komponenKUANTITAS FASADengan melihat diagram fasa maka dapat mengidentifikasi:1. Jenis fasa yang telah stabil/seimbang

2. Komposisi kimia3. Kuantitas setiap fasa yang ada dalam keseimbanganDaerah dua fasa

Kuantitas dari dua fasa ditentukan dengan cara interpolasi komposisi paduan diantara komposisi kedua fasa itu.

Kuantitas Fasa ( paduan Pb Sn )

Sebagai contoh timah patri 80 Pb 20 Sn pada 150C, dari diagram terlihat bahwa komposisi 80 Pb- 20 Sn terletak pada titik sejauh 0.11 x jarak komposisi kimia ( 90 Pb -10 Sn ) dan komposisi kimia (< 1 Pb dan ~ 100Sn ). Sehingga jumlah seluruh patri , fraksi kuantitas = 0.11 dan = 0.89 Jumlah ini dapat ditulis 89% untuk massa dan 11% untuk massa .Dalam komposisi yang sama ( 80 Pb 20 Sn ) pada 250C dari diagram dapat dilihat bahwa ( 88 Pb -12 Sn ) dan L ( 64 Pb - 36 Sn ). Komposisi kimi paduan ini secara keseluruhan ( 80 Pb 20 Sn ) sama dengan 1/3 jarak antara dan komposisi cairan. Sehingga jumlah patri keseluruhan pada 250C kuantitas fraksi cairan 1/3 bagian dan fraksi padat ( ) 2/3 bagian. Kuantitas dinyatakan dalam fasa dan atau dan L, sesuatu yang beda dengan komposisi kimia yang dinyatakan dalam jumlah komponen Pb dan Sn. PADA SISTEM BESI KARBON.

Baja merupakan paduan dari besi dan karbon. Besi murni berubah strukturnya pada 912C dari kpr menjadi kps. Pada 1394C berubah lagi dari kps menjadi kpr lagi dan kpr ini stabil sampai besi mencair pada 1538C.

Ferit atau besi

Struktur besi murni pada suhu ruangan disebut ferit atau besi . Ferit mempunyai struktur kpr, ruangan antar atom kecil dan rapat sehingga sulit menampung atom karbon sekalipun kecil. Oleh sebab itu daya larut karbon dalam ferit rendah ( < 1 karbon per 1000 atom besi ).

Austenit atau besi -. Besi dengan struktur kps disebut Austenit atau besi -. Besi ini stabil pada suhu antara 912C dan 1394C. Austenit mempunyai sifat yang lunak dan ulet sehingga mudah dibentuk. Besi austenit berstruktur kps yang mempunyai jarak atom yang lebih besar dibanding ferit. Meskipun demikian lubang pada strtuktur kps hampir tidak dapat menampung atom karbon dan penyisipan ini menyebabkan regangan dalam struktur. Akibatnya tidak semua lobang dapat diisi atom karbon (~ 6% pada 912C). Daya larut maksimum 2.11% ( 9%atom) karbon.Besi-. Di atas 1394C austenit bukan bentuk besi yang paling stabil karena struktur kristal berubah dari kps menjadi kpr atau besi-. Besi- sama dengan besi kecuali daerah suhunya. Oleh karena itu biasa disebut ferit . Daya larut karbon dalam ferit kecil, akan tetapi lebih besar dari pada ferit , karena suhunya lebih tinggi.Karbida besi

Pada paduan besi karbon, karbon melebihi daya larut membentuk fasa ke dua yang disebut karbida besi (sementit) yang mempunyai kompsisi kimia FeC. Hal ini tidak berarti sementit membentuk molekul molekul FeC, akan tetapi membentuk kisi kristal mengandung atom besi dan karbon dalam perbandingan tiga satu.FeC mempunyai sel satuan ortorombik ( semua sudut = 90C dan a b c ) dengan 12 atom besi dan 4 atom karbon per sel. Kandungan karbonnya 6.7%(berat) dan berat jenisnya 7,6 Mg/m

DIAGRAM FASA Fe-FeCPada gambar bawah terlihat diagram fasa besi (Fe) dan karbida besi(FeC). Diagram ini merupakan landasan untuk memberikan perlakuan panas (kebanyakan jenis baja). Komposisi eutektik terdapat pada 4.3% (berat) karbon atau 17% atom karbon dan suhu eutektik adalah 1148C.Besi - yang kaya Fe dapat menampung sampai 2.11% (berat) atau 9%(atom) karbon. Atom-atom karbon ini larut secara intersisi dalam besi kps.Reaksi eutektik

Pada gambar bawah merupakan perbandingan antara penambahan karbon pada austenit dengan penambahan garam pada air. Pada setiap keadaan penambahan bahan yang dilarutkan menurunkan jangkauan suhu stabil larutan.

Pada system es-garam, larutan cairan ada diatas suhu eutektik, sedangkan pada system besi-karbon terdapat larutan padat sehingga reaksi eutektik sungguhan tidak terjadi sewaktu pendinginan. Akan tetapi karena analogi reaksi ini dengan reaksi eutektik, reaksi ini disebut eutectoid ( secara harfiah berarti seperti eutektik ).

didinginkan

Eutektik : L

S + S

Dipanaskan

Didinginkan Euitektoid S S + S

Dipanaskan

Suhu eutectoid untuk paduan besi karbon adalah 727C Komposisi eutectoid terdiri sekitar 0.8% karbon. Reaksi eutectoid untuk paduan Fe C adalah :

723C

(0.77%C ) ( 0.02% C ) + FeC ( 6.7% C)

Pergeseran EutektoidPada baja paduan atom karbon dan atom besi saling berkoordinasi dengan atom lain. Oleh karena itu kadar karbon Euitektoid dan suhu Euitektoid berubah bila ada elemen paduan lainnya.Perubahan kadar karbon Euitektoid dan suhu Euitektoid dapat dilihat pada diagram bawah

Gb. Pergeseran titik eutectoidDekomposisi AustenitSelama pendinginan terjadi reaksi eutiktoid Fe C yang menyangkut pembentukkan ferit dan karbida C sebagai hasil dekomposisi austenit berkomposisi eutektoid :

( ~ 0.8% C ) + CDalam campuran yang dihasilkan terdapat ~ 12% karbida dan lebih dari 88% ferit. Karena karbida dan ferit terbentuk bersama-sama, keduanya bercampur dengan baik.Dengan kata lain ferit adalah campuran khusus terdiri dari dua fasa dan terbentuk sewaktu austenit dengan komposisi eutectoid bertransformasi menjadi ferit dan karbida. Perlit adalah campuran khusus dari dua fasa dan terbentuk sewaktu austenit dengan komposisi eutectoid bertransformasi menjadi ferit dan karbidPAGE

_1177832055.unknown

_1177835568.unknown

_1177836752.unknown

_1208051742.unknown

_1177836232.unknown

_1177137880.unknown

_1177766328.unknown

_1177821412.unknown

_1177829980.unknown

_1177137970.unknown

_1177136761.unknown

_1177137287.unknown

_1177137418.unknown

_1177137131.unknown

_1177136004.unknown