Peningkatan Kekuatan Baja dengan Perlakuan Panas MODUL 10 Peningkatan Kekuatan Baja dengan Perlakuan Panas 11.1 Diagram waktu-temperatur-transformasi Dekomposisi eutektoid terjadi pada sistem paduan ferrous (besi-karbon) dan sistem paduan non ferrous (tembaga alumunium, tembaga timah), tetapii memiliki arti khusus dalam industri pengerasan baja. Pada sistem besi karbon (lihat Gambar) fasa austenit, yang merupakan larutan padat dari karbon dalam besi fcc, berdekomposisi ketika didinginkan menjadi struktur paduan yang disebut perlit, yang terdiri dari lamel sementit (Fe3C) dan ferit berselang-seling. Namun, apabila kondisi pendinginan sedemikian rupa sehingga struktur paduan yang terjadi jauh dari keadaan kesetimbangan, dapat terjadi transformasi alternatif. Jadi, pada pendinginan yang sangat cepat terbentuk fasa metastabil yang disebut martensit, yang merupakan larutan padat lewat-jenuh dari karbon dalam ferit. Transformasi seperti ini menghasilkan -mikrostruktur baja yang tidak homogen tetapi terdiri dari jarum martensit yang mirip pelat yang tertanam dalam matriks austenit induk. Selain martensit. terbentuk pula struktur lain yang disebut bainit bila pembentukan perlit tidak terjadi karena austenit didinginkan dengan cepat melewati rentang temperatur di atas 550°C, kemudian baja dibiarkan pada temperatur antara 250°C hingga 550°C. Struktur terdiri dari butir ferit mirip pelat, serupa dengan pelat martensit, dan di dalamnya tampak partikel karbida. T0C http://www.mercubuana.ac.id

Pada kedua proses ini telah disepakati bahwa laju pertumbuhan ditentukan oleh difusi atom karbon, dan bahwa perubahan kristalografi mengikuti redistribusi karbon. Nukleus yang aktif dari nodul perlit terdiri dari platelet ferit atau sementit bergantung pada kondisi temperatur dan komposisi yang terdapat ketika terjadi transformasi, tetapi umumnya adalah sementit. Nukleus terbentuk di batas butir, dan setelah nukleus terbentuk kadar karbon di matriks sekitarnya berkurang, sehingga terdapat kondisi yang sangat mendukung nukleasi pelat ferit yang berdekatan dengan nukleus sementit. Pelat ferit kemudian menolak atom karbon ke austenit di sekitarnya dan ini mendorong pembentukan nuklei sementit yang kemudian terus tumbuh. Pada waktu bersamaan ketika nodul perlit tumbuh ke arah sisi, lamel ferit dan sementit masuk ke dalam austenit, karena atom karbon, yang ditolak mendahului ferit yang tumbuh, berdifusi menuju sementit yang sedang tumbuh . Akhirnya terbentuk suatu pelat sementit dengan orientasi berbeda yang kemudian membentuk nukleus baru. Austenit homogen, apabila dibiarkan pada temperatur konstan, menghasilkan perlit pada laju konstan dengan jarak interlamel yang konstan pula. Namun, jarak interlamel berkurang dengan turunnya temperatur, dan ketika temperatur mendekati lutut kurva, kurang jelas bila dilihat melalui mikroskop optik. Terjadi peningkatan kekerasan dengan berkurangnya jarak. Zener menjelaskan kebergantungan jarak interlamel pada temperatur sebagai berikut. Bila jarak interlamel besar, jarak difusi atom karbon agar terkonsentrasi di sementit juga besar, sehingga laju redistribusi karbon menjadi lambat. Sebaliknya, apa-bila jarak interlamel kecil, maka daerah dan energi antarmuka ferit-sementit membesar. Akibatnya, pro-porsi pelepasan energi bebas yang besar pada transformasi austenit ke perlit diperlukan untuk memasok energi antarmuka sehingga hanya tersisa sebagian kecil untuk menjadi "tenaga penggerak" perubahan. Jadi, diperlukan keseimbangan antara dua kondisi yang bertentangan agar pembentukan perlit berlanjut, dan pada temperatur konstan jarak interlamel tetap kons-tan pula. Namun, karena perubahan energi-bebas, G, yang menyertai transformasi bertambah dengan meningkatnya derajat pendinginan lewat, daerah antarmuka yang lebih besar dapat dibenarkan jika temperatur transformasi turun, dan menghasilkan pengurangan jarak interlamel dengan turunnya temperatur. Mayoritas baja komersial umumnya tidak memiliki komposisi eutektoid (karbon 0,8%), tetapi hipoeutektoid (karbon < 0,8%). Pada baja seperti ini, pertama-tama dibentuk ferit proeutektoid sebelum reaksi perlit dimulai dan ini digambarkan di kurva TTT sebagai garis dekomposisi ketiga. http://www.mercubuana.ac.id

tetapi terbentuk oleh proses geser, karena apabila ada mobilitas atomik, energi regangan yang besar dan terkait dengan volume transformasi akan dapat ditiadakan. Bentuk lentikular jarum martensit merupakan hasil langsung dari tegangan yang terjadi di matriks sekitar-nya dan analog dengan efek yang sama yang dijumpai pada kembaran mekanik. Energi regangan yang terkair dengan martensit dapat dibiarkan karena pertumbuhan dari daerah geser tidak bergantung pada difusi: dan karena daerah ini koheren dengan matriks, mereka dapat menyebar dengan cepat ke dalam kristal. Perubahan energi-bebas yang besar berkaitan dengan pembentukan yang cepat dari fasa baru tidak seimbang dengan energi regangan, sehingga dapat mengurangi energi-bebas. Observasi langsung dari pelat martensit dengan TEM menunjukkan bahwa ada dua jenis utama martensit, satu dengan struktur kembaran yang disebut martensit asikular, dan satu lagi dengan kerapatan dislokasi yang tinggi dan beberapa atau bahkan sama sekali tanpa kembaran, yang disebut martensit masif. Berbeda dengan transformasi perlit yang mencakup redistribusi dari atom karbon dan perubahan struktural, transformasi martensit hanya meliputi perubahan struktur kristal. Sel struktur martensit adalah tetragonal pemusatan ruang, dan merupakan struktur kubik pemusatan-ruang yang mengalami distorsi, sehingga dapat dianggap sebagai larutan padat lewat jenuh dari karbon dalam besi . Baja dengan struktur martensit sangat keras dan getas. Gambar Diagram skematik dari bentuk deformasi yang dihasilkan pelat martensit. (a) Garis kontur pada permukaan yang semula datar,· (b) potongan permukaan melalui AB. Skala vertikal dibesarkan (dari Bilby and Christian, 1956; seizin the Institute of Metals). 11.4 Transformasi austenit-bainit http://www.mercubuana.ac.id