Uploaded by fauzi92oji

dokumen.tips makalah-diagr

advertisement
MAKALAH
TEKNOLOGI BAHAN
DIAGRAM FASA
Disusun oleh :
Asep Kamalia Rizqi (04)
Febri Dwi Siswanto
(08)
Hendra Utama
(10)
M. Fajar Hidayat
(12)
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI SEMARANG
2012
1
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah hirabbilalamin, puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT. yang
telah melimpahkan nikmat dan hidayahnya kepada kami, sehingga kami dapat menyelesaikan
penulisan makalah ini. Makalah ini sedikit membahas mengenai diagram fasa.
Dengan adanya makalah ini diharapkan dapat membantu mahasiswa dalam memahami
diagram fasa, mulai dari teori, cara pembacaannya, serta penerapannya pada saat kegiatan
belajar mengajar maupun praktek di lapangan.
Kami menyadari dalam penyusunan makalah ini masih banyak kekurangan, oleh karena itu kami
harapkan kritikan dan saran yang bersifat membangun guna perbaikan dari makalah Ini. Mudahmudahan makalah ini bermanfaat bagi kita semua.
Atas perhatiannya kami ucapkan terima kasih.
Semarang,
Mei 2012
Penyusun
2
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR .................................................................................................................2
DAFTAR ISI ................................................................................................................................3
DAFTAR GAMBAR ...................................................................................................................4
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ..................................................................................................................5
1.2 Tujuan ...............................................................................................................................5
1.3 Manfaat .............................................................................................................................5
BAB II LANDASAN TEORI
2.1 Dasar Teori ..........................................................................................................................
2.2 Diagram Fasa ( Diagram Keseimbangan ) ..........................................................................
2.3 Tipe Diagram Fasa ..............................................................................................................
A. Diagram fasa 2D ............................................................................................................
B. Diagram fasa 3D ............................................................................................................
2.4 Batas Daya Larut Padat Pada Logam ...................................................................
2.5 Komposisi Fasa ...................................................................................................................
2.6 Kuantitas Fasa .....................................................................................................................
BAB III KESIMPULAN DAN SARAN
3
DAFTAR GAMBAR
Gb. Diagram Pb – Sn
Gb. Diagram Fasa Cu-Ni
Gb. Tipe Diagram Fasa
Gb. Diagram Tekanan - Temperatur
Gb. Diagram paduan Pb-Sn
Gb. Komposisi Fasa
Gb. Kuantitas Fasa ( paduan Pb – Sn )
Gb. Diagram keseimbangan besi – karbon
Gb. Kurva pendingin besi murni
Gb. Reaksi eutektik
Gb. Pergeseran titik eutectoid
4
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Pengenalan bahan teknik mempelajari tentang material – material, cara
pembuatan, penerapan di lapangan, dan juga teori-teori mengenai bahan teknik. Salah
satunya adalah diagram fasa, dimana kita dapat mengetahui bahan-bahan pada fase liquid
(cair), padat, atau gas.
1.2
Tujuan
Diharapkan mahasiswa memahami diagram fasa, tahu cara membacanya dan
lebih mengenal fase-fase zat yang ada di sekitar kita.
1.3
Manfaat
Mahasiswa mudah menggetahui fase zat karena telah disusun dalam sebuah diagram.
5
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1
Dasar 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 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.
6
2.2 Diagram Fasa ( Diagram Keseimbangan )
Seperti pada diagram Pb – Sn adalah diagram fasa yang digunakan sebagai peta yang
menunjukkan
fasa yang ada
pada
suhu tertentu
dan komposisi paduan pada keadaan
keseimbangan, yaitu semua reaksi yang mungkin terjadi telah selesai.
Gb. Diagram Pb – Sn
Pada diagram tersebut pada komposisi
50% Sn
dan suhu 100 o C, menunjukkan
bahwa
terdapat dua fasa padat yaitu fasa α dan fasa β.
Pada komposisi yang sama pada suhu 200 o C terdapat fasa α dan cairan. |Dan pada suhu
250 o C seluruh larutan berupa cairan. Sebaliknya pada komposisi 80% Sn dan suhu 200 o C
terdapat fasa β dan cairan. Dan pada komposisi 10% Sn dan suhu 200 o C hanya terdapat fasa α
saja.
7
Daerah fasa dalam diagram keseimbangan tergantung pada system paduannya. Untuk diagram
keseimbangan tembaga dan nikel bentuk diagramnya sederhana karena hanya ada satu macam
fasa dari kedua logam tersebut.
Gb. Diagram Fasa Cu-Ni
Pada bagian bawah dari diagram, semua paduan membentuk satu larutan padat yang
terdiri dari satu struktur kristal yaitu kps. Karena tembaga dan nikel mempunyai struktur
kristal kps dan ukuran kedua atom hampir sama sehingga tembaga dapat saling menggantikan
dalam kristal dengan segala perbandingan pada suhu 1000 o C.
Jenis pemaduan:
1. Unsur logam + unsur logam
Contoh: Cu + Zn; Cu + Al; Cu + Sn.
2. Unsur logam + unsur non logam
Contoh: Fe + C.
8
2.3 Tipe Diagram Fasa
Gb. Tipe Diagram Fasa
A. Diagram Fasa Tipe 2D
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.
Gb. Diagram Tekanan - Temperatur
9
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 nonanalitis.Fase-fase dipisahkan dengan sebuah garis non-analisitas, dimana transisi fase terjadi, dan
disebut 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 dicampurt erusmenerus.
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.
B. Diagram fasa tipe 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 kadangkadang 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.
10
2.4 Batas Daya Larut Padat Pada Logam
Gb. Diagram paduan Pb-Sn
Pada diagram bahan padat yang kaya Pb terdapat atom Sn yang larut dalam struktur kps.
( Berbeda pada NaCl tidak larut dalam struktur kristal Es dalam jumlah yang berarti )
o
Pada suhu 183 C batas daya larut Sn sekitar 29% atom ( 19% berat) dalam bahan padat yang
kaya Pb.
o
Semakin tinggi suhu larutan padat batas daya larutnya semakin rendah Contoh : Pada 300 C
ada 10% atom ( 6% berat ) Sn yang larut pada Pb
Demikian halnya pada 183 o C bahan padat yang kaya Sn dapat mengandung 2.5% berat Pb
yang larut pada struktur tpr ( Sn)
Sesuai perjanjian kedua fasa disebut α ( dengan struktur kristal kps) dan β ( dengan struktur
kristal tpr) dari system Pb – Sn
11
Batas daya larut padat mempunyai harga maksimum pada suhu eutektik. Baik diatas
maupun dibawah 183 o C jumlah Sn yang dapat larut dalam α kps yang kaya Pb menurun. Hal
yang serupa terjadi pada Pb pada 183 o C, maksimum 2,5% berat Pb larut dalam β tpr yang kaya
Sn.
2.5 Komposisi Fasa
Diagram keseimbangan selain berguna sebagai peta , juga memberikan komposisi kimia fasa
yang terdapat pada keadaan seimbang setelah semua reaksi berakhir.
Gb. Komposisi Fasa
Daerah Fasa Tunggal
Pada fasa tunggal ( keseluruhan logam dalam keadaan padat atau cair ) komposisi kimianya
sesuai dengan paduannya.
Misalnya dalam paduan 60Sn dan 40 Pb pada 225 o C cairan mempunyai komposisi 60 – 40,
hal serupa berlaku untuk diagram fasa dengan larutan padat fasa tunggal.
Daerah dua fasa
Komposisi kedua fasa terdapat pada kedua ujung garis isotermis yang melintasi daerah dua
fasa.
12
Sebagai contoh paduan timah patri 80Pb – 20Sn pada 150 o C. Pada diagram dapat dilihat
bahwa α mempunyai komposisi 10% Sn dan komposisi β hampir 100% Sn.
Namun pada paduan yang sama dan suhu yang berbeda komposisi α dan β akan berbeda. Hal
ini berdasarkan kenyataan bahwa batas larut Sn dalam α pada 150 o C besarnya 10%. Karena
paduan adalah 20%Sn maka α jenuh dengan Sn dan kelebihan Sn terdapat pada
β.
Demikian batas daya larut Pb dalam β < 1%, maka hampir seluruh Pb berada dalam fasa α.
Reaksi Eutektik
Cairan yang mempunyai komposisi eutektik (38.1% Pb – 61.9% Sn pada system Pb – Sn )
terurai menjadi fasa padat (α dan β) pada suhu eutektik 183 o C . Pda suhu ini saja tiga fasa
berada dalam keseimbangan. Reaksi uetektik dapat ditulis :
L2
didinginkan
→
←
Dipanaskan
S1 + S 3
Catatan : 1,2,3 menunjukkan kadar yang meningkat dari salah satu diantara komponen
2.6 Kuantitas Fasa
Dengan melihat diagram fasa maka dapat mengidentifikasi:
1. Jenis fasa yang telah stabil/seimbang
2. Komposisi kimia
3. Kuantitas setiap fasa yang ada dalam keseimbangan
Daerah dua fasa
13
Kuantitas dari
dua
fasa
ditentukan
dengan cara interpolasi komposisi paduan diantara
komposisi kedua fasa itu.
Gb. Kuantitas Fasa ( paduan Pb – Sn )
Sebagai contoh
timah patri 80 Pb – 20 Sn
pada 150 o C, dari diagram terlihat bahwa
komposisi 80 Pb- 20 Sn terletak pada titik sejauh 0.11 x jarak komposisi kimia α ( 90 Pb -10
Sn ) dan komposisi kimia β
(< 1 Pb dan ~ 100Sn ).
Sehingga jumlah seluruh patri , fraksi kuantitas β= 0.11 dan α = 0.89 Jumlah ini dapat ditulis
89% untuk massa α dan 11% untuk massa β.
Dalam komposisi yang sama ( 80 Pb – 20 Sn ) pada 250 o C dari diagram dapat dilihat bahwa α
( 88 Pb -12 Sn ) dan L ( 64 Pb - 36 Sn ). Komposisi kimi paduan ini secara keseluruhan ( 80 Pb
– 20 Sn ) sama dengan 1/3 jarak antara α dan komposisi cairan. Sehingga jumlah patri
keseluruhan pada 250 o C
kuantitas fraksi cairan 1/3 bagian dan fraksi padat ( α ) 2/3 bagian.
14
Kuantitas dinyatakan dalam fasa α dan β atau α dan L, sesuatu yang beda dengan komposisi
kimia yang dinyatakan dalam jumlah komponen Pb dan Sn.
Pada Sistem Besi Karbon
Baja merupakan paduan dari besi dan karbon. Besi murni berubah strukturnya pada
912 o C dari kpr menjadi kps. Pada 1394 o C berubah lagi dari kps menjadi kpr lagi dan kpr ini
stabil sampai besi mencair pada 1538 o C.
Gb. Diagram keseimbangan besi - karbon
15
Gb. Kurva pendingin besi murni
16
17
Ferit atau besi α
Struktur besi murni pada suhu ruangan disebut ferit atau besi α . Ferit mempunyai struktur kpr,
ruangan antar atom kecil dan rapat sehingga sulit menampung atom karbon sekalipun kecil.
Oleh sebab itu daya larut karbon dalam ferit rendah ( < 1 karbon per 1000 atom besi ).
Austenit atau besi -  .
Besi dengan struktur kps disebut Austenit atau besi -  . Besi ini stabil pada suhu antara
912 o C dan 1394 o C. Austenit mempunyai sifat yang lunak dan ulet sehingga mudah dibentuk.
Besi austenit berstruktur kps yang mempunyai jarak atom yang lebih besar dibanding ferit.
18
Meskipun demikian lubang pada strtuktur kps hampir tidak dapat menampung atom karbon
dan penyisipan ini menyebabkan regangan dalam struktur. Akibatnya tidak semua lobang
dapat diisi atom karbon (~ 6% pada 912 o C). Daya larut maksimum 2.11% ( 9%atom)
karbon.
Besi-  .
Di atas 1394 o C austenit bukan bentuk besi yang paling stabil karena struktur kristal
berubah dari kps menjadi kpr atau besi-  . Besi-  sama dengan besi α kecuali daerah
suhunya. Oleh karena itu biasa disebut ferit  . Daya larut karbon dalam ferit  kecil, akan
tetapi lebih besar dari pada ferit α , karena suhunya lebih tinggi.
Karbida besi
Pada paduan besi karbon, karbon melebihi daya larut membentuk fasa ke dua yang disebut
karbida besi (sementit) yang mempunyai kompsisi kimia Fe 3 C. Hal ini tidak berarti sementit
membentuk molekul –molekul Fe 3 C, akan tetapi membentuk kisi kristal mengandung atom
besi dan karbon dalam perbandingan tiga – satu.
Fe 3 C mempunyai sel satuan ortorombik ( semua sudut = 90 o C dan a ≠ b ≠ c ) dengan
12
atom besi dan 4 atom karbon per sel. Kandungan karbonnya 6.7%(berat) dan berat jenisnya
7,6 Mg/m 3
Diagram fasa Fe-Fe 3 C
Pada gambar bawah terlihat diagram fasa besi (Fe) dan karbida besi(Fe 3 C). Diagram ini
merupakan landasan untuk memberikan perlakuan panas (kebanyakan jenis baja).
Komposisi eutektik
terdapat pada 4.3% (berat) karbon atau 17% atom karbon dan suhu
eutektik adalah 1148 o C.
Besi -  yang kaya Fe dapat menampung sampai 2.11% (berat) atau 9%(atom) karbon. Atomatom karbon ini larut secara intersisi dalam besi kps.
19
Reaksi eutektik
Pada gambar bawah
merupakan perbandingan antara penambahan karbon pada austenit
dengan penambahan garam pada air. Pada setiap keadaan penambahan bahan yang dilarutkan
menurunkan jangkauan suhu stabil larutan.
Gb. Reaksi eutektik
Pada system es-garam, larutan cairan ada diatas suhu eutektik, sedangkan pada system besikarbon
terdapat larutan padat sehingga reaksi eutektik sungguhan tidak terjadi sewaktu
pendinginan. Akan tetapi karena analogi reaksi ini dengan reaksi eutektik, reaksi ini disebut
eutectoid ( secara harfiah berarti seperti eutektik ).
Eutektik :
L2
didinginkan
S1 + S 3
←
Dipanaskan
→
Didinginkan
Euitektoid
S2
→
S1 + S 3
←
20
Dipanaskan
Suhu eutectoid untuk paduan besi – karbon adalah 727 o C
Komposisi eutectoid terdiri
sekitar 0.8% karbon.
Reaksi eutectoid untuk paduan Fe – C adalah :
 (0.77%C )
723 o C
α ( 0.02% C ) + Fe 3 C ( 6.7% C)
Pergeseran Eutektoid
Pada baja paduan atom karbon dan atom besi saling berkoordinasi dengan atom lain. Oleh
karena itu kadar karbon Euitektoid dan suhu Euitektoid berubah bila ada elemen paduan
lainnya.
Perubahan kadar karbon Euitektoid dan suhu Euitektoid dapat dilihat pada diagram bawah
Gb. Pergeseran titik eutectoid
Dekomposisi Austenit
Selama pendinginan terjadi reaksi eutiktoid Fe – C yang menyangkut pembentukkan ferit 
dan karbida C sebagai hasil dekomposisi austenit  berkomposisi eutektoid :
 ( ~ 0.8% C ) → α + C
21
Dalam campuran yang dihasilkan terdapat ~ 12% karbida dan lebih dari 88% ferit. Karena
karbida dan ferit terbentuk bersama-sama, keduanya bercampur dengan baik.
Dengan kata lain ferit adalah campuran khusus terdiri dari dua fasa dan terbentuk sewaktu
austenit dengan komposisi eutectoid bertransformasi menjadi ferit dan karbida.
Perlit adalah campuran khusus dari dua fasa dan terbentuk sewaktu austenit dengan komposisi
eutectoid bertransformasi menjadi ferit dan karbid
22
Download
Random flashcards
hardi

0 Cards oauth2_google_0810629b-edb6-401f-b28c-674c45d34d87

Rekening Agen Resmi De Nature Indonesia

9 Cards denaturerumahsehat

Secuplik Kuliner Sepanjang Danau Babakan

2 Cards oauth2_google_2e219703-8a29-4353-9cf2-b8dae956302e

Card

2 Cards

Tarbiyah

2 Cards oauth2_google_3524bbcd-25bd-4334-b775-0f11ad568091

Create flashcards