ILMU BAHAN Material Science “Transformasi Fasa pada Logam” Phase Transformation in Metals Ni’matut Tamimah, M.Sc Jurusan Teknik Permesinan Kapal Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya

Sebagian besar transformasi bahan padat tidak terjadi terus menerus sebab ada hambatan yang menghalangi jalannya reaksi dan bergantung terhadap waktu. Contoh : umumnya transformasi membentuk minimal satu fase baru yang mempunyai komposisi atau struktur kristal yang berbeda dengan bahan induk (bahan sebelum terjadinya transformasi). Pengaturan susunan atom tejadi karena proses difusi.

Transformasi Fasa Transformasi fasa: perubahan pada jumlah atau karakter dari suatu fasa. Difusi sederhana Tidak ada perubahan pada jenis fasa Tidak ada perubahan pada komposisi Example: solidification of a pure metal, allotropic transformation, recrystallization, grain growth Difusi komplek Change in # of phases Change in composition Example: eutectoid reaction Tidak terjadi difusi Example: metastable phase - martensite

Transformasi Fasa Kebanyakan transformasi fasa dimulai dengan pembentukan sejumlah partikel-partikel kecil fasa baru (nukleasi) yang meningkat ukurannya sampai transformasi terjadi sempurna. Pertumbuhan fase ini akan selesai jika pertumbuhan tersebut berjalan sampai tercapai fraksi kesetimbangan. Nukleasi (pengintian) adalah proses di mana inti (benih) bertindak sebagai template/pola untuk pertumbuhan kristal. Nukleasi Homogen – bentuk inti secara seragam merata di seluruh fasa induk; membutuhkan pendinginan-supercooling yang cukup (biasanya 80- 300°C). Nukleasi Heterogen – bentuk pada struktur yang tidak homogen (tejadi pada permukaan, impuritas, batas butir, dislokasi), pada fasa liquid lebih mudah terjadi karena kestabilan permukaan nukleasi sudah terjadi; membutuhkan sedikit pendinginan-supercooling (0.1-10ºC).

Supercooling Selama pendinginan suatu liquid, pemadatansolidification (nukleasi) akan mulai terjadi hanya setelah temperatur diturunkan dibawah temperatur pemadatan setimbang (atau meleleh) Tm . Fenomena ini disebut dengan supercooling (atau undercooling). Gaya dorong untuk nukleasi meningkat seiring dengan meningkatnya ∆T Supercooling kecil kecepatan nukleasi lambat – sedikit inti – kristalnya besar Supercooling besar kecepatan nukleasi cepat – banyak inti – kristal kecil

Transformasi Fasa pada Logam Development of microstructure and Alteration of mechanical properties of: fine pearlite coarse pearlite Spheroidite Bainite Martensite and tempered martensite

Alteration Mechanical Properties Mechanical Properties Changing Strengthening Mechanism Reduce Grain Size Solid Solution Strengthening Cold Working Forging Rolling Extortion Drawing Heat treatment

Alteration Mechanical Properties Proses transformasi fasa tidak bias dilakukan dengan spontan Transformasi fasa membutuhkan energi melalui proses termodinamika Perubahan struktur mikro, dimulai dengan munculnya nucleus dan diikuti dengan growth (dari nucleus)

Diagram Fasa Baja

Pearlite Struktur mikro hasil proses pendinginan austenite (γ) menjadi ferrite (α) dilanjutkan menjadi cementite (α+Fe3C) Proses transformasi dipengaruhi oleh waktu dan suhu Isothermal transformation diagram

Pearlite

Pearlite

Pearlite

Bainite Produk dari austenite Struktur mikro terdiri dari ferrite dan cementite Berbentuk jarum atau pelat, bergantung pada temperatur

Bainite

Bainite Lebih kuat dan keras dari pearlite

Sphereodite Dihasilkan dari logam yang memiliki struktur mikro pearlite atau bainite, yang dipanaskan dan dijaga temperaturnya di bawah temperature eutectoid untuk waktu yang cukup lama misal pada suhu 700 oC untuk dalam jangka waktu 18 s/d 24 jam Fe3C berbentuk sphere (bola) yng berada dalam ferrite (α) Zoom 1000x

Sphereodite Extremely ductile Notably though  crack hanya terjadi dalam fraksi brittle cementite yang sangat kecil

Martensite Terbentuk ketika paduan besi- karbon austenized didinginkan secara cepat (quenched)  pada temperature relative rendah (sekitar suhu lingkungan) Proses transformasi berlangsung sangat cepat (time independent) Zoom 1220x

Martensite

Martensite Hardest and strongest, yet the most brittle

Continuous Cooling Transformation (CCT) Diagram Laju pendinginan lebih lambat dari Isothermal Transformation Diagram

Continuous Cooling Transformation (CCT) Diagram

Kesimpulan In summary, isothermal and continuous cooling transformation diagrams are, in a sense, phase diagrams in which the parameter of time is introduced. These diagrams allow prediction of the microstructure after some time period for constant temperature and continuous cooling heat treatments, respectively. Struktur mikro, akan memperngaruhi sifat dari material

Kesimpulan

Kesimpulan