Diagram Fasa

Di dalam konteks ilmu logam ( material ) diagram fasa merupakan suatu pemetaan dari kondisi logam atau paduan dengan dua variabel utama umumnya ( konsentrasi dan temperatur ). Secara umum ada 2 jenis diagram fasa yang dipakai, yaitu : diagram fasa biner ( terdiri atas 2 unsur logam ) dan diagram fasa terner ( terdiri atas 3 unsur logam ).

Diagram Fasa Fe-Fe3C

untuk membuat suatu produk tertentu misalnya : mobil terdiri atas bermacam macam komposisi logam atau material. Mulai dari blok mesin, rangka, mesin pendingin, pompa dan komponen lainnya yang menjadikannya sebuah mobil dengan desain oke dan trendy berdasarkan dengan diagram fasa yang menjabarkan berbagai jenis karakteristik logam yang meliputi : kekuatan, keuletan, kekerasan, dan ketangguhannya.



Atau mungkin pembuatan turbin pesawat terbang yang sangat rumit, sangat memperhatikan faktor keselamatan dan daya guna dengan berdasarkan pada perhitungan yang matang dan pemilihan material logam dengan sangat hati-hati dan akurat, yang selalu berdasarkan pada diagram fasa logam sebagai faktor penentu pada saat proses desain, perhitungan, dan pembuatannya supaya bisa digunakan serta dimanfaatkan secara maksimal.

Diagram fasa Fe-Fe3C menampilkan hubungan antara temperatur dan kandungan karbon (%C) selama pemanasan lambat. Dari diagram fasa tersebut dapat diperoleh informasi-informasi penting yaitu antara lain:

1. Fasa yang terjadi pada komposisi dan temperatur yang berbeda dengan kondisi pendinginan lambat.

2. Temperatur pembekuan dan daerah-daerah pembekuan paduan Fe-C bila dilakukan pendinginan lambat.

3. Temperatur cair dari masing-masing paduan.

4. Batas-batas kelarutan atau batas kesetimbangan dari unsur karbon pada fasa tertentu.

5. Reaksi-reaksi metalurgis yang terjadi, yaitu reaksi eutektik, peritektik dan eutektoid.

Beberapa istilah dalam diagram kesetimbangan Fe-Fe3C dan fasa-fasa yang terdapat didalamnya akan dijelaskan dibawah ini. Berikut adalah batas-batas temperatur kritis pada diagram Fe-Fe3C:

- A1, adalah temperatur reaksi eutektoid yaitu perubahan fasa γ menjadi α+Fe3C (perlit) untuk baja hypo eutektoid.

- A2, adalah titik Currie (pada temperatur 769OC), dimana sifat magnetik besi berubah dari feromagnetik menjadi paramagnetik.

- A3, adalah temperatur transformasi dari fasa γ menjadi α (ferit) yang ditandai pula dengan naiknya batas kelarutan karbon seiring dengan turunnya temperatur.

- Acm, adalah temperatur transformasi dari fasa γ menjadi Fe3C (sementit) yang ditandai pula dengan penurunan batas kelarutan karbon seiring dengan turunnya temperatur.

- A13, adalah temperatur transformasi γ menjadi α+Fe3C (perlit) untuk baja hiper etektoid.

Fasa-fasa yang terjadi dalam diagram kesetimbangan Fe-C selama pemanasan yang lambat:

- Ferit (α), yaitu paduan Fe dan C dengan kelarutan C maksimum 0,025% pada temperatur 723OC, struktur kristalnya BCC (Body Centered Cubic).

- Austenit (γ), adalah paduan Fe dan C dengan kelarutan C maksimum 2% pada temperatur 1148OC, struktur kristalnya FCC (Face Centered Cubic).

- Delta (δ), adalah paduan Fe dan C dengan kelarutan C maksimum 0,1% pada temperatur 1493OC, struktur kristal BCC (Body Centered Cubic).

- Senyawa Fe3C atau biasa disebut sementit dengan kandungan C maksimum 6,67%, bersifat keras dan getas dan memiliki struktur kristal Orthorombic.

- Liquid atau fasa cair, adalah daerah paling luas dimana kelarutan C sebagai paduan utama dalam Fe tidak terbatas pada temperatur yang bervariasi.

Adapun reaksi-reaksi metalurgis yang biasa terjadi berdasarkan pada diagram Fe-Fe3C yaitu :

- Reaksi peritektik, terjadi pada temperatur 1495OC dimana logam cair (liquid) dengan kandungan 0,53%C bergabung dengan delta (δ) kandungan 0,09%C bertransformasi menjadi austenit (γ) dengan kandungan 0,17%C. Delta (δ) adalah fasa padat pada temperatur tinggi dan kurang berarti untuk proses perlakuan panas yang berlangsung pada temperatur yang lebih rendah.

- Liquid (C=0,53%) + Delta (δ)(C=0,09%) ----- Austenit (γ)(C=0,17%).

- Reaksi eutektik, reaksi ini terjadi pada temperatur 1148OC, dalam hal ini logam cair dengan kandungan 4,3%C membentuk austenit (γ) dengan 2%C dan senyawa semenit (Fe3C) yang mengandung 6,67%C.

- Liquid (C=4,3%)------Austenit (γ)(C=2,11%) + Fe3C(C=6,67%)

- Reaksi eutectoid, reaksi ini berlangsung pada temperature 723OC, austenit (γ) padat dengan kandungan 0,8 %C menghasilkan ferit (α) dengan kandungan 0,025%C dan semenit (Fe3C) yang mengandung 6,67%C.

- Austenit (γ)(C=0,8%)-----ferit (α) (C=0,025%) + Fe3C(C=6,67%).

- Reaksi ini merupakan reaksi fasa padat yang mempunyai peran cukup penting pada proses perlakuan panas baja karbon.

UJI KEKERASAN (HARDNESS TEST)

Kekerasan didefinisikan sebagai ketahanan suatu material terhadap indentasi / penetrasi permanen akibat beban dinamis atau statis. Beberapa definisi kekerasan lainnya adalah :

– Energi yang diserap pada beban Impact (Kekerasan Pantul)

– Ketahanan terhadap goresan (Kekerasan Goresan)

– Ketahanan terhadap abrasi (Kekerasan Abrasi)

– Ketahan terhadap pemotongan / pengeboran (Mampu Mesin)

Hasil pengujian kekerasan tidak dapat diaplikasikan langsung dalam mendesain suatu kontruksi seperti halnya hasil pengujian tarik. Namun demikian angka kekerasan material merupakan salah satu sifat mekanik yang penting dalam memilih suatu material. Pengujian kekerasan banyak dilakukan karena proses pengujian yang relatif sederhana dibandingkan dengan proses pengujian material lainnya.

Hasil pengujian kekerasan dapat digunakan antara lain :

(a) Menentukan penggunaan dari bahan.

Klasifikasi suatu bahan dapat didasarkan pada kekerasannya. Dari nilai kekerasan akan dapat ditentukan penggunaan dari bahan tersebut.

(b) Kontrol kualitas suatu produk.

Dengan pengujian kekerasan dapat diketahui homogenitas suatu bahan akibat suatu proses pembentukan dingin, pengelasan, heat treatment, case hardening dan sebagainya. Dengan demikian pengujian kekerasan dapat juga berfungsi sebagai kontrol terhadap proses yang dilakukan.

Tujuan pengujian kekerasan adalah mengukur angka kekerasan suatu bahan dengan metode Brinell, Rockwell, Vickers dan Micro Hardness.

Pengukuran kekerasan secara umum dapat dilakukan dengan dua metode yaitu :

(a) Metode Dinamis (Dynamical Methode)

Karakteristik dari Metode Dinamis adalah :

(1) Pembebanan terjadi dengan tiba-tiba.

(2) Waktu penetrasinya singkat (Short penetration time).

(3) Ketelitian rendah (Low Accuracy).

(4) Pengujian dilakukan dengan cepat.

Jenis pengujian kekerasan yang menggunakan metode ini antara lain : Shore scleroscope, Herbert, Hammer Poldi, dsb.

(b) Metode Statis (Statical Methode)

Karakteristik dari Metode Statis adalah :

(a) Pembebanan terjadi secara perlahan-lahan dengan beban tertentu.

(b) Waktu penetrasinya panjang (Long penetration time).

(c) Ketelitian tinggi (High accuracy)

(d) Pengujian lebih lambat dari metode dinamis.

Jenis pengujian kekerasan yang menggunakan metode ini antara lain : Brinell, Vickers, Rockwell, Vickers Micro Hardness dan Knoop Micro hardness dll.

Metode pengujian statis merupakan metode pengujian kekerasan yang umum digunakan dewasa ini. Hal ini didasarkan pada hasil pengujian yang lebih akurat. Pengujian ini dapat dikategorikan berdasarkan sasaran dari material yang akan diuji, yaitu :

(a) Untuk mengukur kekerasan suatu material digunakan pengujian kekerasan

Brinell, Rockwell dan Vickers.

(b) Untuk mengukur kekerasan fasa pada struktur mikro atau lapisan tipis dari

suatu material digunakan Micro-hardness test.