Ilmu Pengetahuan Bahan, Diagram Fasa Fe3c
Diagram Fasa Fe3C
1.Definisi Diagram Fasa
Diagram fase yang paling sederhana adalah diagram tekanan-temperatur dari zat
tunggal, seperti air. Sumbu-sumbu
diagram berkoresponden dengan tekanan dantemperatur.
Diagram fase pada ruang tekanan-temperatur menunjukkan garis kesetimbangan atau
sempadan fase antara tiga fase padat, cair,
dan gas.
2. Tipe-tipe Diagram Fasa
Penandaan diagram fase menunjukkan titik-titik di mana energi bebas bersifat
non-analitis. Fase-fase dipisahkan dengan sebuah garis non-analisitas, di
mana transisi
faseterjadi, dan disebut sebagai sempadan fase.
Pada diagaram sebelah kiri, sempadan
fase antara cair dan gas tidak berlanjut sampai tak terhingga. 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 superkritis.
Pada air, titik kritis ada pada sekitar 647 K dan 22,064 MPa (3.200,1 psi)
Keberadaan titik kritis cair-gas menunjukkan ambiguitas pada definisi di atas.
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 terus menerus.
Sempadan padat-cair pada diagram fase kebanyakan zat memiliki gradien yang
positif. Hal ini dikarenakan fase padat memiliki densitas yang
lebih tinggi daripada 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.
3. Tinjauan
Komponen-komponen umum diagram fase adalah garis kesetimbangan atausempadan
fase, yang merujuk pada garis yang menandakan terjadinya transisi fase. Titik tripel adalah titik potong dari
garis-garis kesetimbangan antara tiga fase benda, biasanya padat, cair, dan
gas. Solidus adalah temperatur di mana zat
tersebut stabil dalam keadaan padat. Likuidus adalah
temperatur di mana zat tersebut stabil dalam keadaan cair. Adalah mungkin
terdapat celah di antara solidus dan likuidus; di antara celah tersebut, zat
tersebut terdiri dari campuran kristal dan cairan.
4. Sifat-Sifat Termodinamika Lainnya
Selain
temperatur dan tekanan, sifat-sifat termodinamika lainnya juga dapat
digambarkan pada diagram fase. Contohnya meliputi volume
jenis, entalpi
jenis, atauentropi jenis.
Sebagai contoh, grafik komponen tunggal Temperatur vs. Entropi jenis (T vs. s)
untuk air/uap atau
untuk refrigeran biasanya
digunakan untuk mengilustrasikan siklus
termodinamika seperti siklus
Carnot dan siklus Rankine.
Pada grafik dua dimensi,
dua kuantitas termodinamika dapat ditunjukkan pada sumbu horizontal dan
vertikal. Kuantitas termodinamika lainnya dapat diilustrasikan dengan bertumpuk
sebagai sebuah deret garis atau kurva. Garis-garis ini mewakili kuantitas
termodinamika pada nilai konstan tertentu.
5. Diagram Fasa 3D
Adalah mungkin untuk membuat grafik tiga dimensi (3D) yang menunjukkan tiga
kuantitas termodinamika. Sebagai contoh, untuk sebuah komponen tunggal,
koordinat 3D Cartesius dapat menunjukkan temperatur (T), tekanan (P), dan
volume jenis (v). Grafik 3D tersebut kadang-kadang disebut diagram P-v-T. Kondisi
kesetimbangan akan ditungjukkan sebagai permukaan tiga dimensi dengan luas
permukaan untuk fase padat, cair, dan gas. Garis pada permukaan tersebut
disebut garis tripel, di mana zat padat, cair, dan gas dapat berada
dalam kesetimbangan. Titik kritis masih berupa sebuah titik pada permukaan
bahkan pada diagram fase 3D. Proyeksi ortografi grafik
P-v-T 3D yang menunjukkan tekanan dan temperatur sebagai sumbu vertikal dan
horizontal akan menurunkan plot 3D tersebut menjadi diagram tekanan-temperatur
2D. Ketika hal ini terjadi, permukaan padat-uap, padat-cair, dan cair-uap akan
menjadi tiga kurva garis yang akan bertemu pada titik tripel, yang merupakan
proyeksi ortografik garis tripel.
Diagram Fasa Fe-Fe3C
Diagram Fe-Fe3C yaitu diagram yang menampilkan hubungan antara temperatur
dan kandungan karbon (%C) selama pemanasan lambat. Dari diagram fasa tersebut
dapat diperoleh hasil yaitu berupa informasi penting yaitu antara lain :
1. Fasa yang terjadi pada komposisi dan temperatur yang berbeda dengan pendinginan
1. Fasa yang terjadi pada komposisi dan temperatur yang berbeda dengan pendinginan
lambat.
2. Temperatur pembekuan dan daerah-daerah pembekuan paduan Fe -C bila dilakukan
2. Temperatur pembekuan dan daerah-daerah pembekuan paduan Fe -C bila dilakukan
pendinginan lambat.
3.Temperatur cair dari masing-masing paduan.
3.Temperatur cair dari masing-masing paduan.
4.Batas-batas kelarutan atau batas kesetimbangan dari unsur karbon fasa
tertentu.
5.Reaksi-reaksi metalurgis yang terjadi.
Besi merupakan salah satu logam yang memiliki sifat allotropi. Sifat allotropi yang dimiliki besi sendiri ada 3, yaitu :
• Delta iron (δ) mampu melarutkan karbon max 0,1% pada 1500° C
• Gamma iron (γ) mampu melarutkan karbon max 2 % pada 1130° C
• Alpha iron (α) mampu melarutkan karbon max 0,025% pada 723° C
5.Reaksi-reaksi metalurgis yang terjadi.
Besi merupakan salah satu logam yang memiliki sifat allotropi. Sifat allotropi yang dimiliki besi sendiri ada 3, yaitu :
• Delta iron (δ) mampu melarutkan karbon max 0,1% pada 1500° C
• Gamma iron (γ) mampu melarutkan karbon max 2 % pada 1130° C
• Alpha iron (α) mampu melarutkan karbon max 0,025% pada 723° C
Gambar 1. Kurva pendinginan besi murni
Transformasi allotropik yang pada besi, Fe(δ) Æ Fe(γ) Æ Fe(α) terjadi secara difusi
sehingga membutuhkan waktu tertentu pada temperatur konstan Æ karena reaksi
mengeluarkan panas laten.
Diagram Fase Besi – Karbon
Dalam kondisi cair karbon dapat larut dalam besi. Dalam kondisi padat besi dan
karbon dapat membentuk :
• Larutan padat (solid solution)
• Senyawa interstitial (interstitial compound)
• Eutectic mixture : campuran antara austenite (γ) dan cementite (Fe3C)
• Eutectoid mixture : campuran antara ferrite (α) dan cementite (Fe3C)
• Grafit : karbon bebas, tidak membentuk larutan padat ataupun tidak berikatan
membentuk senyawa dengan Fe.
Struktur-struktur yang ada pada diagram fase besi – karbida besi :
• Cementite :
– Interstitial compound
– Karbida besi (Fe3C)
– Keras dang etas
– Kekuatan tarik rendah
– Kekuatan tekan tinggi
– Struktur kristal orthorhombic
– Struktur paling keras pada diagram Fe-Fe3C
• Austenite (γ)
– Interstitial solid solution; larutan padat karbon dalam besi γ
– Struktur kristal FCC (face centered cubic, kubus pemusatan bidang)
– Kelarutan karbon max 2 % pada temperatur 1130 C
– Tensile strength 1050 kg/cm2
– Tangguh
– Biasanya tidak stabil pada temperatur kamar
• Ledeburite
– eutectic mixture (γ+Fe3C)
– Campuran terdiri dari austenite dan cementite
– Mengandung 4,3 % berat karbon
– Terbentuk pada temperatur 1130 C (2065 F)
• Ferrite (α)
– Interstitial solid solution
– Larutan padat karbon dalam besi α
– Pada temperatur 723 C, batas kelarutan karbon 0,025 %
– Pada temperatur kamar, batas kelarutan karbon 0,008 %
– Pada temperatur 1492 C, batas kelarutan karbon 0,1 %
– Tensile strength rendah
– Keuletan tinggi
– Kekerasan < 90 HRB
– Struktur paling lunak pada diagram Fe-Fe3C
• Pearlite
– Eeutectoid mixture dari ferrite dan cementite (α+Fe3C)
– Terjadi pada temperatur 723 C
– Mengandung 0,8 % karbon
Transformasi allotropik yang pada besi, Fe(δ) Æ Fe(γ) Æ Fe(α) terjadi secara difusi
sehingga membutuhkan waktu tertentu pada temperatur konstan Æ karena reaksi
mengeluarkan panas laten.
Diagram Fase Besi – Karbon
Dalam kondisi cair karbon dapat larut dalam besi. Dalam kondisi padat besi dan
karbon dapat membentuk :
• Larutan padat (solid solution)
• Senyawa interstitial (interstitial compound)
• Eutectic mixture : campuran antara austenite (γ) dan cementite (Fe3C)
• Eutectoid mixture : campuran antara ferrite (α) dan cementite (Fe3C)
• Grafit : karbon bebas, tidak membentuk larutan padat ataupun tidak berikatan
membentuk senyawa dengan Fe.
Struktur-struktur yang ada pada diagram fase besi – karbida besi :
• Cementite :
– Interstitial compound
– Karbida besi (Fe3C)
– Keras dang etas
– Kekuatan tarik rendah
– Kekuatan tekan tinggi
– Struktur kristal orthorhombic
– Struktur paling keras pada diagram Fe-Fe3C
• Austenite (γ)
– Interstitial solid solution; larutan padat karbon dalam besi γ
– Struktur kristal FCC (face centered cubic, kubus pemusatan bidang)
– Kelarutan karbon max 2 % pada temperatur 1130 C
– Tensile strength 1050 kg/cm2
– Tangguh
– Biasanya tidak stabil pada temperatur kamar
• Ledeburite
– eutectic mixture (γ+Fe3C)
– Campuran terdiri dari austenite dan cementite
– Mengandung 4,3 % berat karbon
– Terbentuk pada temperatur 1130 C (2065 F)
• Ferrite (α)
– Interstitial solid solution
– Larutan padat karbon dalam besi α
– Pada temperatur 723 C, batas kelarutan karbon 0,025 %
– Pada temperatur kamar, batas kelarutan karbon 0,008 %
– Pada temperatur 1492 C, batas kelarutan karbon 0,1 %
– Tensile strength rendah
– Keuletan tinggi
– Kekerasan < 90 HRB
– Struktur paling lunak pada diagram Fe-Fe3C
• Pearlite
– Eeutectoid mixture dari ferrite dan cementite (α+Fe3C)
– Terjadi pada temperatur 723 C
– Mengandung 0,8 % karbon
Garis-garis penting
dalam diagram Fe-Fe3C
1. Upper critical temperature (temperatur kritis atas), A3 : temperatur perubahan
allotropi
2. Lower critical temperature (temperatur kritis bawah), A1 : temperatur reaksi
eutectoid
3. Solvus line Acm : menunjukkan bats kelarutan karbon dalam austenite
1. Upper critical temperature (temperatur kritis atas), A3 : temperatur perubahan
allotropi
2. Lower critical temperature (temperatur kritis bawah), A1 : temperatur reaksi
eutectoid
3. Solvus line Acm : menunjukkan bats kelarutan karbon dalam austenite
Gambar 1. Diagram kesetimbangan Fe-Fe3C
Gambar 1. Diagram kesetimbangan Fe-Fe3C
Diagram fasa Fe – Fe3C
Reaksi-reaksi yang terjadi pada diagram Fe – Fe3C
• Reaksi Peritectic pada temperatur :
S + L ↔ S1
δ + L ↔ γ
• Reaksi Eutectic pada temperatur 1130 C :
L ↔ S1 + S2
L ↔ γ + Fe3C (ledeburite)
• Reaksi Eutectoid pada temperatur 723 C :
S ↔ S1 + S2
γ ↔ α + Fe3C (pearlite)
Reaksi-reaksi yang terjadi pada diagram Fe – Fe3C
• Reaksi Peritectic pada temperatur :
S + L ↔ S1
δ + L ↔ γ
• Reaksi Eutectic pada temperatur 1130 C :
L ↔ S1 + S2
L ↔ γ + Fe3C (ledeburite)
• Reaksi Eutectoid pada temperatur 723 C :
S ↔ S1 + S2
γ ↔ α + Fe3C (pearlite)
Terimakasih atas informasinya, saya sekarang lebih tau apa yang namanya Diagram Fe3c.
BalasPadamjangan lupa kunjungi https://ppns.ac.id
Tolong isi kuisionernya, semakin banyak yang ngisi semakin banyak juga balasannya. Terimakasih sudah membantu 🙏🏽
https://bit.ly/38P1KV