DIAGRAM FASA DAN DIAGRAM TTT

MAKALAH TEKNOLOGI BAHAN

DIAGRAM FASA DAN DIAGRAM TTT

 

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Maksud dari proses perlakuan panas terhadap baja adalah agar diperoleh struktur yang diinginkan supaya cocok dengan penggunaan yang direncanakan. Struktur tersebut dapat diperkirakan dengan cara menerapkan proses perlakuan panas yang spesifik. Struktur yang diperoleh merupakan hasil dari proses transformasi dari kondisi sebelumnya. Beberapa proses transformasi dapat dibaca melalui diagram fasa. Diagram fasa dapat digunakan untuk memperkirakan kondisi trasformasi tetapi untuk kondisi tidak setimbang tidak dapat menggunakan diagram fasa.

Diagram fasa sangat menbantu dalam mengatur dan meringkas  eksperimental data pengamatan serta dapat digunakan untuk membuat prediksi proses yang melibatkan reaksi kimia antara fasa.

Dalam membantu memilih optimal pengolahan baja dan rute untuk mencapai himpunan properti bisa menggunakan jenis diagram waktu suhu transformasi.

Dengan demikian, untuk setiap kondisi transformasi lebih baik menggunakan diagram TTT ( time-temperature-transformation ). Diagram ini menghubungkan terhadap watu dan temperatur. Saat kondisi perlakuan panas sebenarnya, transformasi umumnya tidak terjadi saat kondisi isotermal tetapi terjadi saat kondisi pendingin yang terus menerus ( Continuous Cooling ).

Oleh karena itu, disusunlah makalah tentang diagram fasa dan diagram TTT agar dapat mempermudah cara pembacaan kesetimbangan paduan antara beberapa unsur komponen.

1.2 Tujuan

Tujuan pembuata makalah ini adalah sebagai berikut :

·         Mengetahui gambaran umum dan spesifikasi diagram fasa

·         Memahami pembacaan diagram fasa

·         Mengetahui gambaran umum dan spesifikasi diagram TTT

·         Memahami pembacaan diagram TTT

1.3 Manfaat

Mahasiswa mudah memahami fase zat karena sudah disusun dalam sebuah diagaram dan ditunjukkan cara pembacaan diagram tersebut.

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Landasan Teori

Pada umumnya logam tidak berdiri sendiri atau keadaan murni, tetapi lebih banyak dalam keadaan dipadu atau logam paduan dengan kandungan unsur-unsur tertentu sehingga struktur yang terdapat dalam keadaan setimbang pada temperatur dan tekanan tertentu akan berlainan. Kombinasi dua unsur atau lebih yang membentuk paduan logam akan menghasilkan sifat yang berbeda dari logam asalnya.Tujuan pemaduan adalah untuk memperbaiki sifat logam, sifat yang diperbaiki adalah kekuatan, keuletan, kekerasan, ketahanan korosi, ketahanan aus,

ketahanan lelah, dll.

Komponen-komponen umum diagram fase adalah garis kesetimbangan, yang merujuk pada garisyang menandakan terjadinya transisi fase. Fasa pada suatu material didasarkan atas daerah yang berbeda dalam struktur atau komposisi dari daerah lainnya.Fasa adalah bagian homogen dari suatu sistem yang memiliki sifat fisik dan kimia yang seragam.Untuk mempelajari paduan dibuatlah kurva yang menghubungkan antara fasa, komposisi dan temperatur.Diagram fasa adalah suatu grafik yang merupakan representasi tentang fasa-fasa yang ada dalam suatu material pada variasi temperatur, tekanan dan komposisi.Pada umumnya diagram fasa dibangun pada keadaan kesetimbangan (kondisinya adalah pendinginan yang sangat lambat). Diagram ini dipakai untuk mengetahui dan memprediksi banyak aspek terhadap sifat material.

Informasi penting yang dapat diperoleh dari diagram fasa adalah:

1.      Memperlihatkan fasa-fasa yang terjadi pada perbedaan komposisi dan temperatur dibawah kondisi pendinginan yangsangat 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.

2.2 Diagram Fasa ( Diagram Keseimbangan )

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

Diagram fase yang paling sederhana adalah diagram tekanan- temperatur dari zat tunggal,seperti air.Sumbu-sumbu diagram berkoresponden dengan tekanan dan temperatur.Diagram fase pada ruang tekanan-temperatur menunjukkan garis kesetimbangan atau sempadan fase antara tiga fase padat,cair,dan gas.

Gambar 2.2.1. Diagram Tekanan – Temperatur

Diagram fase yang umum.Garis titik-titik merupakan sifat anomali air.Garis berwarna hijau menandakan titik beku dan garis biru menandakan titik didih yang berubah-ubah sesuai dengan tekanan.Penandaan diagram fase menunjukkan titik-titik dimana energi bebas bersifat non-analitis.Fase-fase dipisahkan dengan sebuah garis non-analisitas, dimana transisi fase terjadi, dandisebut sebagai sempadan fase.

Pada diagaram di atas, sempadan fase antara cair dan gas tidak berlanjut sampai takterhingga. Ia akan berhenti pada sebuah titik pada diagaram fase yang disebut sebagai titik kritis. Ini menunjukkan bahwa pada temperatur dan tekanan yang sangat tinggi, fase cair dan gas menjadi tidak dapat dibedakan yang dikenal sebagai fluida super kritis.

Pada air, titik kritis ada pada sekitar 647K dan 22,064MPa(3.200,1psi). Keberadaan titik kritis cair-gas menunjukkan ambiguitas pada definisi diatas.Ketika dari cair menjadi gas,biasanya akan melewati sebuah sempadan fase,namun adalah mungkin untuk memilih lajur yang tidak melewati sempadan dengan berjalan menuju fase superkritis.

Oleh karena itu,fase cair dan gas dapat dicampur terusmenerus.Sempadan padat-cair pada diagram fase kebanyakan zat memiliki gradien yang positif.Hal ini dikarenakan fase padat memiliki densitas yang lebih tinggi dari pada fase cair,sehingga peningkatan tekanan akan meningkatkan titik leleh.Pada beberapa bagian diagram fase air,sempadan fase padat-cair air memiliki gradien yang negatif,menunjukkan bahwa es mempunyai densitas yang lebih kecil daripada air.

2.3 Diagram TTT(Time, Temperature, dan Transformation)

Diagram TTT (Time, Temperature, dan Transformation) adalah sebuah gambaran dari suhu (temperatur) terhadap waktu logaritma untuk baja paduan dengan komposisi tertentu. Diagram ini biasanya digunakan untuk menentukan kapan transformasi mulai dan berakhir pada perlakuan panas yang isothermal (temperatur konstan) sebelum menjadi campuran Austenit. Ketika Austenit didinginkan secara perlahan-lahan sampai pada suhu dibawah temperatur kritis, struktur yang terbentuk ialah Perlit. Semakin meningkat laju pendinginan, suhu transformasi Perlit akan semakin menurun. Struktur mikro dari materialnya berubah dengan pasti bersamaan dengan meningkatnya laju pendinginan.

Dengan memanaskan dan mendinginkan sebuah contoh rangkaian,transformasi austenit mungkin dapat dicatat. Diagram TTT menunjukkan kapan transformasi mulai dan berakhir secara spesifik dan diagram ini juga menunjukkan berapa persen austenit yang bertransformasi pada saat suhu yang dibutuhkan tercapai.

Peningkatan kekerasan dapat tercapai melalui kecepatan pendinginan dengan melakukan pendinginan dari suhu yang dinaikkan seperti pendinginan furnace, pendinginan udara, pendinginan oli, cairan garam, air biasa, dan air asin.

Pada gambar 2.3.1, area sebelah kiri dari kurva transformasi menunjukkan daerah austenit. Austenit stabil pada suhu diatas temperatur kritis, tapi tidak stabil pada suhu di bawah temperatur kritis. Kurva sebelah kiri menandakan dimulainya transformasi dan kurva sebelah kanan menunjukkan berakhirnya transformasi. Area diantara kedua kurva tersebut menandakan austenit bertransformasi ke jenis struktur kristal yang berbeda.(austenit ke perlit, austenit ke martensit, austenit bertransformasi ke bainit).

Gambar 2.3.1 Diagram TTT.

Ketika austenit didinginkan ke suhu dibawah temperatur kritis, ia bertransformasi ke struktur kristal yang berbeda tergantung pada ketidakstabilan lingkungannya.

Laju pendinginannya dapat dipilih secara spesifik sehingga austenit dapat bertransformasi hingga 50%, 100%, dan lain sebagainya. Jika kecepatan pendinginan sangat lambat seperti pada proses annealing, kurva pendinginan akan melewati sampai seluruh area transformasi dan produk akhir dari proses pendinginan ini akan menjadi100% perlit. Dengan kata lain, ketika laju pendinginan yang diterapkan sangat lambat,seluruh austenit akan bertransformasi menjadi perlit. Jika laju pendinginan melewati pertengahan dari daerah transformasi, produk akhirnya adalah 50% austenit dan 50%perlit, yang berarti bahwa pada laju pendinginan tertentu kita dapat mempertahankan sebagian dari austenit, tanpa mengubahnya menjadi perlit.

Gambar 2.2.2, Bagian atas dari diagram TTT 

(daerah transformasi austenit-perlit)

Menunjukkan jenis transformasi yang bisa didapatkan pada laju pendinginan yang lebih tinggi. Jika laju pendinginan sangat tinggi, kurva pendinginan akan tetap berada pada bagian sebelah kiri dari kurva awal transformasi. Dalam kasus ini semua austenit akan berubah menjadi martensit. Jika tidak terdapat gangguan selama pendinginan maka produk akhirnya akan berupa martensit.

Gambar 2.2.3, Bagian bawah dari diagram TTT 

(austenit-martensit dan daerah transformasi bainit)

Laju pendinginan A dan B menunjukkan dua proses pendinginan secara cepat. Dalam hal ini kurva A akan menyebabkan distorsi yang lebih besar dan tegangan dalam yang lebih besar dari laju pendinginan B. Kedua laju pendinginan akan menghasilkan produk akhir martensit. Laju pendinginan B juga dikenal sebagai laju pendinginan kritis, seperti ditunjukkan oleh kurva pendinginan yang menyentuh hidung dari diagram TTT. Laju pendinginan kritis didefinisikan sebagai laju pendinginan terendah yang menghasilkan 100% martensit juga memperkecil tegangan dalam dan distorsi.

Gambar 2.2.4, Pendinginan secara cepat

Pada gambar 2.2.5, sebuah proses pendinginan secara cepat mendapat gangguan (garis horizontal menunjukkan gangguan) dengan mencelupkan material ke dalam rendaman garam yang dicairkan dan direndam pada temperatur konstan yang diikuti dengan proses pendinginan lain yang melewati daerah bainit pada diagram TTT. Produk akhirnya adalah bainit, yang tidak sekeras martensit. Sebagai hasil dari laju pendinginan D : dimensinya lebih stabil, distorsi dan tegangan dalam yang ditimbulkan lebih sedikit.

Gambar 2.2.5, Pendinginan yang mendapat gangguan

Pada gambar 2.2.6, laju pendinginan C menggambarkan proses pendinginan secara lambat, seperti pada pendinginan furnace. Sebagai contoh untuk pendinginan jenis ini adalah proses annealing dimana semua austenit akan berubah menjadi perlit sebagai hasil dari pendinginan secara lambat.

Gambar 2.2.6, Proses pendinginan secara lambat (annealing)

Terkadang kurva pendinginan bisa melewati pertengahan dari zona transformasi austenit-perlit. Pada gambar 2.2.7, kurva pendinginan E menunjukkan sebuah laju pendinginan yang tidak cukup tinggi untuk memproduksi 100% martensit. Hal ini dapat dengan mudah terlihat dengan melihat pada diagram TTT. Sejak kurva pendinginan tidak menyinggung hidung dari diagram transformasi, austenit akan bertransformasi menjadi 50% perlit (kurva E menyinggung kurva 50%). Semenjak kurva E meninggalkan diagram transformasi pada zona martensit, sisa yang 50% dari austenit akan bertransformasi menjadi martensit.

Gambar 2.2.7, Laju pendinginan yang membentuk perlit dan martensit

Gambar 2.2.8, Diagram TTT dan struktur mikro yang didapat dengan jenis laju pendinginan yang berbeda

Diagram TTT hanya menunjukkan transformasi pada temperatur yang konstan dan tidak berlaku pada proses pendinginan yang kontinu sehingga diagram ini jarang dipakai untuk proses perlakuan panas. Diagram yang dapat menjelaskan semuanya serta banyak sekali dipakai unutk proses pengerasan pada baja adalah diagram CCT. Diagram ini mempunyai bentuk yang agak berbeda dengan diagram TTT walaupun parameternya sama.

Gambar 2.2.9, Diagram TTT

                                                      Gambar 2.2.10, Diagram CTT  

                   

Pada proses pendinginan dilakukan dengan dua cara yaitu dengan pendinginan lambat dan pendinginan cepat. Pendinginan lambat biasanya dilakukan dengan cara didinginkan didalam tungku dan didinginkan melalui udara bebas. Pendinginan cepat dilakukan dengan cara dicelupkan ke dalam media quench berupa brine, air, oli dan air garam.

BAB III

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

Dari penjelasan diatas maka dapat diambil kesimpulan, diagram fasa digunakan sebagai peta yangmenunjukkan fasa yang ada pada suhu tertentu dan komposisi paduan pada keadaankeseimbangan, yaitu semua reaksi yang mungkin terjadi telah selesai.

Diagram TTT (Time, Temperature, dan Transformation) adalah sebuah gambaran dari suhu (temperatur) terhadap waktu logaritma untuk baja paduan dengan komposisi tertentu. Diagram ini biasanya digunakan untuk menentukan kapan transformasi mulai dan berakhir pada perlakuan panas yang isothermal (temperatur konstan) sebelum menjadi campuran Austenit. Ketika Austenit didinginkan secara perlahan-lahan sampai pada suhu dibawah temperatur kritis, struktur yang terbentuk ialah Perlit. Semakin meningkat laju pendinginan, suhu transformasi Perlit akan semakin menurun. Struktur mikro dari materialnya berubah dengan pasti bersamaan dengan meningkatnya laju pendinginan.

Diagram TTT hanya menunjukkan transformasi pada temperatur yang konstan dan tidak berlaku pada proses pendinginan yang kontinu sehingga diagram ini jarang dipakai untuk proses perlakuan panas.

3.2 Saran

Demikianlah isi makalah diagram fasa dan diagram TTT, atas kekurangan dan kesalahan dalam penulisana makalah ini, saya mengucapkan mohon maaf yang sebesar-besarnya. Atas kritik teman-teman dan dosen pembimbing saya ucapkan terima kasih.