Diagram Fasa. Latar Belakang Taufiqurrahman 1 LOGAM. Pemaduan logam

TIN107 - Material Teknik

#6 - Diagram Fasa

Diagram Fasa

Latar Belakang Umumnya logam tidak berdiri sendiri (tidak dalam keadaan murni

Kemurnian

Sifat

Pemaduan logam akan memperbaiki sifat logam, a.l.: kekuatan, keuletan, kekerasan, ketahanan korosi, ketahanan aus, ketahanan lelah, dll

LOGAM

Logam lebih banyak dalam keadaan dipadu (logam paduan)


6623 - Taufiqurrahman

Paduan

Struktur Pemaduan logam

6623 - Taufiqur Rachman

membuat struktur dalam keadaan setimbang pada temperatur dan tekanan tertentu 2

1


#6 - Diagram Fasa

Definisi • Fasa pada suatu material didasarkan atas daerah yang berbeda dalam struktur atau komposisi dari daerah lainnya. • Fasa ⟹ bagian homogen dari suatu sistem yang memiliki sifat fisik dan kimia yang seragam.

• Untuk mempelajari paduan dibuatlah kurva yang menghubungkan antara fasa, komposisi dan temperatur. • Diagram fasa adalah suatu grafik yang merupakan representasi tentang fasa-fasa yang ada dalam suatu material pada variasi temperatur, tekanan dan komposisi. • Pada umumnya diagram fasa dibangun pada keadaan kesetimbangan (kondisinya adalah pendinginan yang sangat lambat). Diagram ini dipakai untuk mengetahui dan memprediksi banyak aspek terhadap sifat material. TIN107 - Material Teknik


3

Informasi Diagram Fasa Informasi penting yang dapat diperoleh dari diagram fasa adalah: 1. Memperlihatkan fasa-fasa yang terjadi pada perbedaan komposisi dan temperatur dibawah kondisi pendinginan yang sangat lambat. 2. Mengindikasikan kesetimbangan kelarutan padat satu unsur atau senyawa pada unsur lain. 3. Mengindikasikan pengaruh temperatur dimana suatu paduan dibawah kondisi kesetimbangan mulai membeku dan pada rentang temperatur tertentu pembekuan terjadi. 4. Mengindikasikan temperatur dimana perbedaan fasa-fasa mulai mencair.




4

2


#6 - Diagram Fasa

Jenis Pemaduan

Unsur Logam

Unsur Logam

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

Unsur Logam

Unsur Non Logam

Contoh: Fe + C TIN107 - Material Teknik


5

Contoh Pemaduan Pemaduan terjadi akibat adanya susunan atom sejenis ataupun ada distribusi atom yang lain pada susunan atom lainnya.

Minyak

Gula

Air

Alkohol

Air

Air TIN107 - Material Teknik


Sirup Jenuh Kelebihan Gula 6623 - Taufiqur Rachman

Larutan 6

3


#6 - Diagram Fasa

Jenis Larutan Padat (Berdasarkan Posisi Atom) 1.

Larutan padat substitusi Adanya atom-atom terlarut yang menempati kedudukan atom-atom pelarut.

2.

Larutan padat interstisi Adanya atom-atom terlarut yang menempati ronggarongga diantara kedudukan atom/sela antara.

Fe

C

Cu Ni TIN107 - Material Teknik


7

Faktor Kelarutan Padat (Hume-Rothery) 1. Faktor geometri (diameter atom dan bentuk sel satuan), mempengaruhi terbentuknya jenis kelarutan ditentukan oleh. Contoh: • Jika A dan B memiliki sel satuan sama, maka: A + B ⇛ C ⤳ kelarutan yang tersusun disebut kelarutan sempurna, dimana sifat C  sifat A atau B. • Jika A dan B memiliki sel satuan yang berbeda, maka: a) A + B ⇛ A’ (dimana A yang dominan) ⇛ B’ (dimana B yang dominan) ⤳ kelarutan yang tersusun disebut larut sebagian b) A + B ⇛ A + B (tidak larut) TIN107 - Material Teknik



8

4


#6 - Diagram Fasa

Faktor Kelarutan Padat (Hume-Rothery)

cont’d

2. Faktor diameter atom, menetntukan jenis larutan padat (substitusi/interstisi). • Larutan padat substitusi, perbedaan diameter atom yang larut <15% dibandingkan atom pelarut. • Larutan padat interstisi, perbedaan diameter atom yang larut >15% dibandingkan atom pelarut. 3. Stabilitas hasil percampuran Ditandai oleh keelektronegatifan dan keelektropositifan, makin besar perbedaannya maka makin stabil, tetapi jika terlalu besar perbedaannya yang terjadi bukan larutan, melainkan senyawa (compound). TIN107 - Material Teknik


9

Pembentukan Diagram Fasa Memvariasikan komposisi kedua unsur (0 − 100%)

Dipanaskan hingga mencair

Didinginkan dengan lambat Perubahan komposisi akan merubah pola dari kurva pendinginan.

Kurva Pendinginan TIN107 - Material Teknik


• Titik A, L1, L2, L3 dan C ⤳ awal terjadinya pembekuan, dan • Titik B, S1, S2, S3 dan D ⤳ akhir pembekuan. 6623 - Taufiqur Rachman

10

5


#6 - Diagram Fasa

Garis Pada Diagram Fasa Garis Liquidus Menunjukkan temperatur terendah dimana logam dalam keadaan cair atau temperatur dimana awal terjadinya pembekuan dari kondisi cair akibat proses pendinginan.

Gbr. diagram kesetimbangan fasa Cu-Ni TIN107 - Material Teknik

Garis Solidus Menunjukkan temperatur tertinggi suatu logam dalam keadaan padat atau temperatur terendah dimana masih terdapat fasa cair.


11

Solubility Limit

Gbr. Kelarutan dari Gula (C12H22O11) di dalam air (sirup). TIN107 - Material Teknik



Solubility Limit Menunjukkan konsentrasi maksimum pada sebuah fasa larutan, yang menyatakan batas kelarutan maksimum unsur terlarut didalam pelarutnya atau dapat juga disebut maximum solubility limit. 12

6


#6 - Diagram Fasa

Contoh Solubility Limit Diagram Fasa Gula/Air

Dari diagram fasa sistem air (sirup) dan gula di samping.

100 Temperature (°C)

Pertanyaan: Berapa solubility limit (batas kelarutan) pada temperatur 20℃ ??? Jawaban : Gula 65 wt%

Solubility Limit

80 60

L (Larutan cair, mis: sirup)

40

20

Jika Co < Gula 65 wt% :

Sirup

Jika Co > Gula 65 wt% :

Sirup + Gula

Air 0

L (Cair) + S (Gula padat)

65 20 80 40 60 C = Composition (Gula wt%)

100 Gula

⇛ Solubility limit bertambah bersama dengan peningkatan Temperatur (T): mis., jika T = 100°C, maka solubility limit = Gula 80 wt% TIN107 - Material Teknik


13

Pengaruh Temperatur (T) & Komposisi (Co) • Perubahan T dapat merubah jumlah fasa : komponen A ke B • Perubahan Co dapat merubah jumlah fasa : komponen B ke D Sistem 1600 Cu-Ni 1500

L (liquid)

T(°C)

1400 1300

B liquidus

D solidus

1200 1100 1000 0 Cu TIN107 - Material Teknik


A 20

a (FCC solid solution)

40 60 Co (%wt) 6623 - Taufiqur Rachman

80

100 Ni 14

7


#6 - Diagram Fasa

Kurva Pendinginan Logam (1)

(1) Pemanasan logam hingga titik Ta; (2) Pendinginan logam dari titik a – b;

(2)

(3) Di titik b, logam mulai mengendap menjadi larutan;

(4) (3) (5)

(4) Di titik c, logam menjadi padat; garis horisontal lurus kurva dari b ke c menunjukkan suhu konstan (Tb-c ), karena energi panas yang diserap dalam perubahan dari cair ke padat; (5) Logam padat didinginkan kembali dari c ke d dan temperatur mulai turun kembali



15

Kurva Pendinginan Besi Kurva Pendinginan



Bentuk Allotropic


16

8


#6 - Diagram Fasa

Kurva Pendinginan Logam Paduan



17

Klasifikasi Diagram Fasa 1. Larut sempurna dalam keadaan cair dan padat. 2. Larut sempurna dalam keadaan cair, tidak larut dalam keadaan padat (reaksi eutektik). 3. Larut sempurna dalam keadaan cair, larut sebagian dalam keadaan padat (reaksi eutektik). 4. Larut sempurna dalam keadaan cair, larut sebagian dalam keadaan padat (reaksi peritektik). 5. Larut sempurna dalam keadaan cair, tidak larut dalam keadaan padat dan membentuk senyawa. 6. Larut sebagian dalam keadaan cair (reaksi monotektik). 7. Tidak larut dalam keadaan cair maupun padat. TIN107 - Material Teknik



18

9


#6 - Diagram Fasa

Aturan Penentuan Jumlah & Tipe Fasa (The Lever Arm Rules/Aturan Kaidah Lengan) ① 1) Aturan 1: jika diketahui T & Co, maka akan diketahui jumlah dan jenis fasa.

A (1100, 60):

B (1250, 35):

1 Fasa: α

2 Fasa: L+α

Contoh : Diagram Fasa Cu-Ni T (℃)

Cu TIN107 - Material Teknik

Ni

%wt


19

Aturan Penentuan Jumlah & Tipe Fasa (The Lever Arm Rules/Aturan Kaidah Lengan) ② 2) Aturan 2: jika diketahui T & Co, maka akan diketahui komposisi dari fasa.


Pada C0 = 35 %wt Ni Pada TA: 1320 ℃

• Hanya cair/ liquid (L) • CL = C0 = 35 %wt Ni

Pada TD: 1190 ℃

• Hanya padat/ solid (a) • Ca = C0 = 35 %wt Ni

Pada TB: 1250 ℃

• Keduanya a dan L • CL = CLiquidus = 32 wt%Ni • Ca = CSolidus = 43 wt%Ni



Cu


CL C0

%wt

Cα

Ni 20

10


#6 - Diagram Fasa

Aturan Penentuan Jumlah & Tipe Fasa (The Lever Arm Rules/Aturan Kaidah Lengan) ③ 3) Aturan 2: jika diketahui T & Co, maka akan diketahui jumlah setiap fasa (=%wt)


Pada C0 = 35 %wt Ni Pada TA:

• Hanya cair/ liquid (L) • WL = 100 %wt ; Wa = 0

Pada TD:

• Hanya padat/ solid (a) • WL = 0 ; Wa = 100 %wt

Pada TB:

• Keduanya a dan L Cu


CL C0

%wt

Cα


Ni 21

Aturan Penentuan Jumlah & Tipe Fasa (The Lever Arm Rules/Aturan Kaidah Lengan) ③1 Untuk WL :

C C0 43  35 WL  α  100%  100%  73 %wt C α C L 43  32 Untuk Wα :

C C L 35  32 Wa  0  100%  100%  27 %wt C α C L 43  32 TIN107 - Material Teknik



22

11


#6 - Diagram Fasa

The Lever Arm Rules/Aturan Kaidah Lengan •

•

•

Untuk menghitung persentase fasa-fasa yang ada pada komposisi tertentu, digunakan metoda kaidah lengan. x adalah komposisi paduan yang akan dihitung persentase fasafasanya pada temperatur T, maka tarik garis yang memotong batas kelarutannya (garis L-S). Jika x = wo ; L = wl dan S = ws maka % fasa cair dan padat :

L

ws  wo x 100% ws  wl


S

wo  wl x 100% ws  wl


23

Daftar Pustaka • http://ratubilqiis.files.wordpress.com

• www.csun.edu

Sekian & Terima Kasih TIN107 - Material Teknik



24

12

Diagram Fasa. Latar Belakang Taufiqurrahman 1 LOGAM. Pemaduan logam

Recommend Documents