MODUL 3 Fasa-fasa Struktural: Pembentukan dan Transisinya 3.1 Kristalisasi dari lelehan 3.1.1 Pembekuan logam murni Pada tahapan produksi tertentu kebanyakan logam dan paduan dilelehkan dan kemudian dibiarkan membeku menjadi coran. Coran tersebut dapat merupakan produk setengah-jadi, seperti ingot baja-besar yang cocok unruk pengerjaan-panas, atau bentuk akhir yang kompleks, seperti blok silinder-mesin yang terbuat dari besi cor atau sudu turbin-gas krisral tunggal yang terbuat dari superalloy. Kondisi solidifikasi menentukan strukrur, homogenitas, dan kesempurnaan produk coran dan prinsip ilmiah yang melandasinya dapat diterapkan di banyak bidang. Sebagai contoh, pengetahuan mengenai proses solidifikasi yang diperoleh dari pengecoran logam konvensional dapat diterapkan untuk berbagai proses pengelasan- fusion (frusionwelding), yang dapat dianggap sebagai "pengecoran skala kecil", dan untuk prngecoran-fusion dari refrakrori oksida. Gambar 3.1 Kurva pendinginan logam murni dengan kemungkinan kelewat- dinginan Solidifikasi merupakan contoh klasik untuk proses nukleasi dan pertumhuhan. Pada kasus pembekuan logam cair murni, inti-inti kristalin kecil terbentuk secara independen di titik-titik yang acak. Setelah bentuk nukleasi yang homogen ini terjadi pelepasan energi termal sistem secara terus-menerus sehingga daerah kristalin kecil ini tumbuh dan mengakibatkan lelehan sekelilingnya berkurang. Selama proses http://www.mercubuana.ac.id

Karena keterlibatan berbagai faktor fisika dan kimia selama pembekuan, Gam bar 3.2 Skema diagram tiga dendrit yang berhimpit Gambar 3.3 Prn:bcwukan bucir dan dtndrit pads Gambar 4.2 3.1.2 Bentuk struktur coran Karena keterlibatan berbagai faktor fisika dan kimia selama pembekuan, struktur butir coran tidak seragam dan semudah uraian sebelumnya. Pada awal solidifikasi di permukaan datar cetakan ingot metalik, terdapat pelewat-dinginan , ekstrem atau ”chilling” yang menghasilkan nuklie heterogen berbentuk lapisan tipis kristal cil dengan orientsi acak Gambar 4.4 Ukuran kristal sama-sumbu ini sangat http://www.mercubuana.ac.id

dalam atmosfer dapur, mudah menyerap gas (seperti oksigen, nitrogen, hidrogen). Kelarutan gas dalam logam cair direntukan dengan rumus Sievert, yang menyatakan bahwa konsentrasi gas larut berbanding lurus dengan akar tekanan parsial gas di atmosfer dapur. Jadi untuk hidrogen, yang merupakan salah sate gas yang sangat mengganggu: [Hlarutan = K {p(H2)}1/2 Konstanta K bergantung pada temperatur. Kelarutan gas berkurang selama pembekuan, biasanva secara mendadak, dan gas lepas dalam bentuk gelembung gas yang kemudian mungkin terperangkap di antara kristal, membentuk lubang tiup yang menurunkan kekuatan logam. Dari rumus Sievert didapat bahwa terjadi penuranan tekanan atmosfer menurunkan kandungan gas dalam lelehan; prinsip ini merupakan dasar pencairan vakum dan penghilangan gas dengan vakum. Aliran gelembung gas inert dengan kelarutan rendah dalam lelehan dapat menghilangkan gas (contohnya pengaliran gas klorin dalam aluminium leleh). Sebaliknya, pembekuan dengan tekanan tinggi, seperti proses pengecoran-cetak (dig- casting) untuk paduan ringan, akan mengurangi presipitasi gas larut dan menghasilkan bentuk cetakan kerapatan-tinggi. Gas larut dapat berpresipitasi sebagai gelembung gas sederhana, atau oksigen misalnya yang bereaksi dengan konstituen lelehan dan membentuk gelembung ikatan gas (seperti CO2, CO, SO2, H2Ouap) atau membentuk partikel nonmetalik yang tidak larut. Partikel tersebut merupakan inokulan potensial. Meskipun kehadirannyaa tidak disengaja, kadang-kadang diperlukan pula pembentukan dengan sengaja. Jadi, penamba}ian aluminium, elemen dengan afinitas kimia tinggi terhadap oksigen, dimanfaatkan untuk deoksidasi baja cair dalam ladel sebelum pengecoran. Partikel alumina yang terbentuk merupakan bahan nukleasi hidrogen untuk penghalusan butir. Segregasi hampir selalu terjadi pada solidifikasi: sayangnya eliminasi sempurna tidak mungkin terjadi. Segregasi dalam berbagai bentuk menurunkan sifat fisika, himia, dan mekanik material yang dicor. Pada segregasi normal, atom yang berbeda dengan yang terkristalisasi dapat dilepaskan ke lelehan apabila antarmuka padat/cair maju. Atom ini merupakan pengotor atau atom terlarut dalam paduan larutan padat. Partikel yang tidak larut terdorong ke depan anrarmuka. Alhasil, makrosegregasi dapat terjadi di daerah pembekuan terakhir, khususnya jika volume massa coran cukup besar. Pads skala kccil mikrosegregasi terjadi secara interdentritik baik di burin sama-sumbu dan kolumnar (coring) maupun di permukaan batas butir sudut-kecil dan sudut-besar. http://www.mercubuana.ac.id