Pertemuan Ke-4 (Kesetimbangan Diagram Fasa) 2

download Pertemuan Ke-4 (Kesetimbangan Diagram Fasa) 2

of 10

Embed Size (px)

Transcript of Pertemuan Ke-4 (Kesetimbangan Diagram Fasa) 2

  • 20/09/2013

    1

    Pertemuan KePertemuan Ke--44

    KESETIMBANGAN DIAGRAM FASALANJUTAN

    NURUN NAYIROH, M.Si

    TRANSFORMASI FASA

    PERKEMBANGAN PERKEMBANGAN STRUKTURMIKROSTRUKTURMIKRO

    3wt% Ni20

    1200

    1300

    30 40 501100

    L (liquid)

    (solid)

    L +

    L +

    T(C)

    A

    D

    B

    35Co

    L: 35wt%Ni

    : 46wt%Ni

    C

    E

    L: 35wt%Ni

    46

    4332

    24

    35

    36

    : 43wt%Ni

    L: 32wt%Ni

    L: 24wt%Ni

    : 36wt%Ni

    Equilibrium Cooling in a Cu-Ni Binary System

    TITIK:A= Fase L : 35 Wt% Ni.

    Fase : -

    B= Fase L : 35 Wt% Ni.Fase : 46 Wt% Ni.

    C= Fase L : 32 Wt% Ni.Fase : 43 Wt% Ni.

    D= Fase L : 24 Wt% Ni.Fase : 36 Wt% Ni.

    E= Fase : 35 Wt% Ni.

    Diperlihatkan diagram fase Cu Ni pada gambar di samping, jika pendinginan terjadi sangat lambat dari fase L ke fase untuk bahan

    35 wt% Ni 65 wt% Cu dari temperatur 1300 0C maka terjadi :

  • 20/09/2013

    2

    Jika pendinginan terjadi lebih cepat maka terjadi segregasiyaitu distribusi yang tidak merata yang terjadi di dalam butir. Pada pusat butir yang pertama mambeku akan kaya oleh bahan yang mempunyai titik leleh tinggi, bahan yang mempunyai titik leleh rendah akan naik manjauhi pusat butir. Jadi terjadi gradien konsentrasi pada butir (gb. 4.2). Fenomena ini disebut cored structure.

    Kelemahan cored structure :- jika dipadatkan, akan cepat meleleh.- mengurangi kekuatan mekanik pada temperatur tinggi.

    Gambar 4.2 Skema perkembangan mikrostruktur selama pendinginan atau solidifikasi non ekuilibrium pada paduan 35 %wt Ni-65 %wt Cu

    Komposisi bahan akan mempengaruhi kekuatan tarik dan keuletan bahan tersebut (gb. 4.2).

    Gambar 4.2 Untuk sistem Cu-Ni : (a) kekuatan tarik (tensile strenght) vs komposisi, (b) keuletan (ductility) (%EL) vs komposisi pada temperatur ruang.Solid solution terjadi pada semua komposisi pada sistem ini.

    2. Larut sempurna dalam keadaan cair, tidak larutsempurna dalam keadaan padat (reaksi eutectic)

    8

    Pembentukan diagram fasa:

  • 20/09/2013

    3

    9

    Contoh Pendinginan untuk berbagai komposisi pada Bi-Cd

    10

    11

    Setiap garis komposisi yang memotong gariskesetimbangan horisontal/datar selalu mengalami duatahap transformasi

    SISTEM EUTECTIC BINER

    Reaksi eutectic : phase liquid berubah menjadi dua fase padat pada proses pendinginan.

    Contoh diagram fase untuk reaksi eutectic adalah paduan Cu Ag (gb. 4.3)

    Pada diagram fase Cu Ag terdapat tiga daerah 2 fase yaitu : + L, + L, +

    adalah fase kaya Cu.

    adalah fase kaya Ag.

    Titik E : titik eutectic.

  • 20/09/2013

    4

    Gambar 4.3 Diagram Fase Cu-Ag

    Titik eutectic

    14

    3. Larut sempurna dalam keadaan cair, larut sebagiandalam keadaan padat (reaksi eutektik)

    Pembentukan diagram fasa:

    15Diagram fasa Pb-Sn

    PERKEMBANGAN STRUKTUR MIKRO PADA PADUAN EUTECTIC

    Terbentuk fase tunggal pada

    pendinginan daritemperatur 350 0C, 2 wt% Sn s/d 20 0C.

    Komposisi C1 sebagai pendinginan dari daerah fasa liquid

  • 20/09/2013

    5

    Komposisi C2 sebagai pendinginan dari daerah fasa liquid

    Pada gambar ini adalah terbentuknya fase +

    pada proses pendinginanpada titik eutektoid.

    Pada pendinginan melewati temperatur eutektic, struktur mikro yang terbentuk adalah struktur yang berbentuk lapisan atau lamellae (lapisan), struktur seperti ini disebut struktur eutectic.

    Pada pendinginan pada komposisi antara dan titik eutectic akan terbentuk eutectic , primary ,

    Gambar skema representasi pembentukan struktur eutektik untuk sistem Pb-Sn. Arah difusi pada atom-atom Sn dan Pb ditandai dengan warna hitam dan tanda panah hitam

    Skema representasi kesetimbangan diagram Pb-Sn dengan komposisi C4, pendinginan dari daerah fasa liquid

  • 20/09/2013

    6

    Gambar fotomikrografi yang menunjukkan mikrostruktur paduan Pb-Sn dengan komposisi 50 %wt Sn-50 %wt Pb

    Mikrostruktur ini terdiri dari fasa yang kaya dengan

    Pb (daerah gelap) dengan struktur eutectic lamella

    yang mengandung fasa yang kaya dengan Sn (lapisan

    terang) dan fasa yang kaya Pb (lapisan gelap).

    Perbesaran foto 400 x.

    PERHITUNGAN PERHITUNGAN

    KOMPOSISI FASA DAN FRAKSI KOMPOSISI FASA DAN FRAKSI

    FASA PADA SISTEM EUTECTICFASA PADA SISTEM EUTECTIC

    23

    Contoh pada Diagram fasa Pb-Sn

    24

    Contoh alloy 1:

    Pada paduan biner seperti diagram fasa Pb-Sn, ada komposisipaduan spesifik yang dikenal sebagai Eutectic Composition,dimana proses pendinginan/solidifikasi terjadi pada temperaturterendah dibandingkan komposisi lainnya.

    Temperatur rendah tersebut berkaitan dengan temperaturterendah dimana masih terdapat fasa cair ketika didinginkan denganlambat.Temperatur tersebut biasa disebut temperatur eutektik.

    Perhatikan pada alloy 1, titik eutektik pada komposisi 61,9%Sn,38,9%Pb,T=183C.

    Akibat pendinginan, maka terjadi perubahan fasa:

    Cairan larutan padat + larutan padat

  • 20/09/2013

    7

    25

    Transformasi fasa yang terjadi pada komposisi 40% Sn-60%Pb(pada alloy 2):

    a. 100% fasa cair.

    b. Terjadi pengintian fasa , karena proses pendinginanmemotong garis kesetimbangan fasa +L.

    c. Pada T=230C, fasa mengalami pertumbuhan, = 24%, L=76%.

    %76

    %1001548

    1540

    %24

    %1001548

    4048

    =

    =

    =

    =

    L

    xL

    x

    26

    d. Pada T= 183C proses pendinginan memotong garis horisontal(garis eutektik), terjadi dua tahap transformasi pro= 51,3%, L=48,7%.Transformasi tahap 1:

    %7,48

    %1002,199,61

    2,1940

    %3,51

    %1002,199,61

    409,61

    =

    =

    =

    =

    L

    xL

    x

    pro

    pro

    e. Setelah reaksi eutektik sempurna terjadi, paduan mengandungfasa pro dan campuran (19,2% Sn) dan (97,5% Sn).Transformasi tahap 2:

    %6,26

    %7,482,195,97

    2,199,61

    %1,22

    %7,482,195,97

    9,615,97

    2

    2

    =

    =

    =

    =

    x

    x

    L 2 +

    48,7% ? ?

    27

    %6,26

    %1002,195,97

    2,1940

    %4,73

    %1002,195,97

    405,97

    =

    =

    =

    =

    x

    x

    tot

    tot

    Sehingga:

    total = %pro + %2

    = 51,3% + 22,1%

    = 73,4%

    = 26,6%

    Untuk mengetahui bahwa perhitungan dengan dua tahaptransformasi adalah benar, dilakukan koreksi denganperhitungan:

    28

    4. Larut sempurna dalam keadaan cair, larut sebagiandalam keadaan padat (reaksi peritektik)

    Diagram fasa Ag-Pt merupakan contoh terbaik yang memilikireaksi peritektik.

    Pada sistem ini reaksi peritektik, L + terjadi pada 42,4%Ag dan T= 1186C.

  • 20/09/2013

    8

    REAKSI EUTECTOID DAN PERITECTICREAKSI EUTECTOID DAN PERITECTIC

    Reaksi eutectoid yaitu reaksi dimana terjadi perubahan fase padat menjadi 2 fase padat lainnya pada proses pendinginan atau sebaliknya.

    Contoh : pd T = 558 0C 75 Wt% Zn 25 Wt% Cu.

    Reaksi peritectic yaitu pada proses pemanasan, satu fase padat berubah menjadi 1 fase padat dan 1 fase cair.

    Contoh : pd T = 598 0C 78,6 Wt% Zn 21,4 Wt% Cu.

    Diagram fase CuDiagram fase Cu--ZnZn

    Diagram fase MgDiagram fase Mg--PbPb

    32

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

  • 20/09/2013

    9

    33

    Sistem A-B terpisah menjadi dua bagian, seolah-oleh ada duadiagram fasa: Diagram fasa AAmBn dan diagram fasaAmBnB.

    Terlihat ada dua garis eutektik yang berbeda, reaksinya:

    Pada T1: L + AmBn

    Pada T2: L AmBn +

    Senyawa yang terbentuk AmBn, dimana m dan n adalah jumlahatom yang membentuk senyawa, misalnya pada paduan Mg-Sn, senyawa yang terbentuk adalah Mg2Sn.

    34

    6. Larut sebagian dalam keadaan cair (reaksi monotektik)

    Reaksi monotektik:

    L + L2terjadi pada T= 955C dan 36% Pb.

    35

    7. Tidak larut dalam keadaan cair maupun padat

    Solid A + solid B

    Solid A + liquid B

    Liquid A + liquid BTA TB

    A B

    36

    Reaksi-reaksi fasa yang umum terjadi

  • 20/09/2013

    10

    37

    Contoh-contoh diagram fasa

    Cu-Zn

    38

    Al-Pb

    Co-W

    39

    Cu-Ag

    Fe-C