KESETIMBANGAN FASA & DIAGRAM FASA

Selama ini pembahasan perubahan mutual antara tiga wujud materi difokuskan pada keadaan cair. Dengan kata lain, perhatian telah difokuskan pada perubahan cairan dan padatan, dan antara cairan dan gas. Dalam membahas keadaan kritis zat, akan lebih tepat menangani tiga wujud zat secara simultan, bukan membahas dua dari tiga wujud zat.

Gambar 7.5 Diagram fasa. Tm adalah titik leleh normal air, , T3 dan P3 adalah titik tripel, Tb adalah titik didih normal, Tc adalah temperatur kritis, Pc adalah tekanan kritis.

Diagram fasa merupakan cara mudah untuk menampilkan wujud zat sebagai fungsi suhu dan tekanan. Sebagai contoh khas, diagram fasa air diberikan di Gambar 7.5. Dalam diagram fasa, diasumsikan bahwa zat tersebut diisolasi dengan baik dan tidak ada zat lain yang masuk atau keluar sistem.

Pemahaman Anda tentang diagram fasa akan terbantu dengan pemahaman hukum fasa Gibbs, hubungan yang diturunkan oleh fisikawan-matematik Amerika Josiah Willard Gibbs (1839-1903) di tahun 1876. Aturan ini menyatakan bahwa untuk kesetimbangan apapun dalam sistem tertutup, jumlah variabel bebas-disebut derajat kebebasan F- yang sama dengan jumlah komponen C ditambah 2 dikurangi jumlah fasa P, yakni,

F=C+2-P … (7.1)

Jadi, dalam titik tertentu di diagram fasa, jumlah derajat kebebasan adalah 2 – yakni suhu dan tekanan; bila dua fasa dalam kesetimbangan-sebagaimana ditunjukkan dengan garis yang membatasi daerah dua fasa hanya ada satu derajat kebebasan-bisa suhu atau tekanan. Pada ttik tripel ketika terdapat tiga fasa tidak ada derajat kebebasan lagi. Dari diagram fasa, Anda dapat mengkonfirmasi apa yang telah diketahui, dan lebih lanjut, Anda dapat mempelajari apa yang belum diketahui. Misalnya, kemiringan yang negatif pada perbatasan padatan-cairan memiliki implikasi penting sebagaimana dinyatakan di bagian kanan diagram, yakni bila tekanan diberikan pada es, es akan meleleh dan membentuk air. Berdasarkan prinsip Le Chatelier, bila sistem pada kesetimbangan diberi tekanan, kesetimbangan akan bergeser ke arah yang akan mengurangi perubahan ini. Hal ini berarti air memiliki volume yang lebih kecil, kerapatan leb besar daripada es; dan semua kita telah hafal dengan fakta bahwa s mengapung di air.

Sebaliknya, air pada tekanan 0,0060 atm berada sebagai cairan pada suhu rendah, sementara pada suhu 0,0098 °C, tiga wujud air akan ada bersama. Titik ini disebut titik tripel air. Tidak ada titik lain di mana tiga wujud air ada bersama.

Selain itu, titik kritis (untuk air, 218 atm, 374°C), yang telah Anda pelajari, juga ditunjukkan dalam diagram fasa. Bila cairan berubah menjadi fasa gas pada titik kritis, muncul keadaan antara (intermediate state), yakni keadaan antara cair dan gas. Dalam diagram fasa keadaan di atas titik kritis tidak didefinisikan.

PENJELASAN TENTANG DIAGRAM FASA

DIAGRAM FASA

Diagram fasa 

Adalah diagram yang menampilkan hubungan antara temperatur

dimana terjadi perubahan fasa selama proses pendinginan dan pemanasan

yang lambat dengan kadar karbon. 

Diagram ini merupakan dasar pemahaman untuk semua operasioperasi perlakuan panas.

Fungsi diagram fasa 

Adalah memudahkan memilih temperatur pemanasan yang sesuai

untuk setiap proses perlakuan panas baik proses anil, normalizing maupun

proses pengerasan.

Baja adalah paduan besi dengan karbon maksimal sampai sekitar

1,7%.paduan besi diatas 1,7% disebut cast iron.

Perlakuan panas bertujuan untuk memperoleh struktur mikro dan sifat

yang di inginkan. Struktur mikro dan sifat yang diinginkan dapat diperoleh

melalui proses pemanasan dan proses pendinginan pada temperatur tertentu. 

Macam –macam struktur yang ada pada baja:

1. ferit

ferit adalah larutan padat karbon dan unsur paduan lainya pada

besi kubus pusat badan (Fe). Ferit terbentuk akibat proses pendinginan

yang lambat dari austenit baja hypotektoid pada saat mencapai A3 .

ferit bersifat sangat lunak ,ulet dan memiliki kekerasan sekitar          

70 - 100 BHN dan memiliki konduktifitas yang tinggi.

2. Sementit

Sementit adalah senyawa besi dengan karbon yang umum

dikenal sebagai karbida besi dengan prosentase karbon 6,67%C. yang

bersifat keras sekitar          5 –  68 HRC

3. Perlit 

Perlit adalah campuran sementit dan ferit yang memiliki

kekerasan sekitar 10-30HRC . Perlit yang terbentuk  sedikit dibawah

temperatur eutektoid memiliki kekerasan yang lebih  rendah dan

memerlukan waktu inkubasi yang lebih banyak.

 

4. Bainit 

Bainit merupakan fasa yang kurang stabil yang diperoleh dari

austenit pada temperatur yang lebih rendah dari temperatur

transformasi ke perlit dan lebih tinggi dari transformasi ke martensit.

5. Martensit

Martensit merupakan larutan padat dari karbon yang  lewat

jenuh pada besi alfa sehingga latis-latis sel satuanya terdistorsi.

Karbon 

adalah unsur penyetabil austenit. Kelarutan maksimum dari karbon

pada austenit adalah sekitar 1,7% (E) pada 1140 0C, Sedangkan kelarutan

karbon pada ferit naik dari 0% pada 910 0C menjadi 0,025% pada 723 0C.

pada pendinginan lanjut, kelarutan karbon pada ferrit menurun menjadi

0,08% pada temperatur kamar.  Kegunaan dari baja tergantung dari sifat-sifatnya yang sangat

bervariasi yang diperoleh melalui pemaduan dan penerapan proses perlakuan

panas. Sifat mekanik dari baja sangat tergantung pada struktur mikronya,

sedangkan struktur mikro sangat mudah diubah melalui proses perlakuan

panas.

Beberapa jenis baja memiliki sifat-sifat yang tertentu sebagai akibat

penambahan unsur paduan. Salah satu unsur paduan yang sangat penting

yang dapat mengontrol sifat baja adalah karbon (C). Jika besi dipadu dengan

karbon, transformasi yang terjadi pada rentang temperatur tertentu erat

kaitanya dengan kandungan karbon. Berdasarkan pemaduan antara besi dan

karbon, karbon di dalam besi dapat berbentuk larutan atau berkombinasi

dengan besi membentuk karbida besi (Fe3C).

Jika kadar karbon meningkat maka transformasi austenit menjadi ferit

akan menurun dan akan mencapai minimum pada titik prosentase karbon

0,8% pada temperatur 723 0C. Titik ini biasa disebut titik eutektoid.

komposisi eutektoid dari baja merupakan titik rujukan untuk

mengklasifikasikan baja. Baja dengan kadar karbon 0,8% disebut baja

eutektoid. Sedang kan baja dengan kadar karbon kurang dari 0,8% disebut

baja hipo tektoid . titik kritis sepanjang garis GS disebut sebagai garis A3

sedangkan titik kritis sepanjang garis PSK disebut sebagai garis A1. dengan

demikian setiap titik pada garis GS dan SE menyatakan temperatur dimana

transformasi dari austenit dimulai baik pada saat dipanaskan maupun pada

saat didinginkan .

Jika baja eutektoid didinginkan dari temperatur austenisasinya , maka

pada saat mencapai titik – titik sepanjang garis tersebut akan bertransformasi

menjadi suatu campuran eutektoid yang disebut perlit. Jika baja hypo teuktoid didinginkan dari temperatur austenisasinya, pada saat mencapai

garis GS , ferit akan terbentuk sepanjang batas butir austenit. 

Pada titik ini, pengintian ferit akan terjadi dibatas butir austenit dan mulai

saat itu, paduan Fe-C memasuki daerah dua fasa. Jika pendinginan yang

lambat tersebut diteruskan ketitik C ferit akan tumbuh. 

Pada 732 0C , struktur baja di titik C terdiri dari austenit  dan ferit. Karena

kelarutan karbon di ferit sangat rendah, maka pada  saat pertumbuhan ferit

akan disertai pembuangan karbon ke austenit yang masih tersisa sehingga

fasa austenit menjadi kaya akan karbon. Pendinginan lanjut dari dari baja

tersebut, pada saat melalui temperatur eutektoidnya (pada titik D), austenit

yang tersisa akan bertransformasi menjadi suatu campuran ferit dan sementit

yang berbentuk lamellar (serpih). Dengan demikian baja dengan kadar

karbon 0,4% pada titik D akan terdiri dari ferit dan perlit. Perbandingan ferit

terhadap perlit sama dengan perbandingan ferit terhadap austenit di titik C.

Pendinginan lebih lanjut sampai ke temperatur kamar tidak mempengaruhi

struktur mikro yang sudah ada. Pada saat dipanaskan akan terjadi

transformasi yang berlangsung kebalikanya dari apa yang telah dijelaskan di

atas. 

 Jumlah perlit yang ada pada setiap jenis baja sangat tergantung pada

kadar karbonya. Sebagai contoh, baja dengan 0,2 % C akan memiliki sekitar

25% perlit, sedangkan baja dengan 0,4 % C akan memiliki sekitar 50 % C. 

 Jika baja hypoteuktoid didinginkan dari temperatur austenisasinya,

maka akan terjadi pemisahan sementit pada batas butir austenit disepanjang

garis SE. Sebagai contoh jika baja dengan 1,25 % C  diaustenisasi dan

didinginkan perlahan-lahan maka akan terjadi pemisahan sementit. Dengan

adanya pembentukan sementit, kadar karbon diaustenit akan berkurang dan

penurunan kadar karbon tersebut terus berlanjut sampai mendekati temperatur 723 0C. Pada titik I, struktur baja akan terdiri dari campuran

austenit dan sementit dimana sementitnya terbentuk disepanjang batas butir

austenit. 

Pendinginan lebih lanjut dari baja tersebut melalui temperatur eutektoidnya

akan mengubah seluruh austenit yang tersisa menjadi perlit. 

 Pendinginan lanjut sampai ketemperatur kamar tidak akan mengubah

struktur mikro yang sudah ada. Berdasarkan penjelasan di atas, struktur baja

karbon tergantung dari kadar karbonya. Hasil pendinginan yang lambat pada

temperatur kamar akan terdiri dari:

1. Ferit, dengan kandungan karbon 0,007 %  -  0,25 % C

2. Ferit dan perlit, dengan kadungan karbon 0,025 % - 0,8 % C

3. Perlit dan sementit, dengan karbon, 0,8 % - 1,7 % C

4. Perlit dan grafit, dengan karbon 1,7 % - 4,2 % C (dengan perlakuan

khusus)           

DIAGRAM FASA

DIAGRAM TTT

TRANSFORMASI FASA PADA SAAT PEMANASAN

TRANSFORMASI FASA PADA SAAT PEMANASAN

                Transformasi fasa pada saat pemanasan pada baja hipoeutektoid. Pada temperatur kamar baja hipoeutektoid terdiri dari butir kristal ferrit dan perlit, bila pemanasan mencapai garis A1 maka perlit akan mengalami reaksi eutektoid yang berlangsung secara isothermal.
Reaksinya :

Ferrit + Fe3C à austenit

  

Skematis Perubahan fasa baja Hipoeutektoid selama pemanasan atau pendingianan

(a). austenit (b). ferrit (c) ferrit + austenit (d). ferrit + perlit

                Dimana lamel-lamel ferrit dan sementit dari perlit akan bereaksi membentuk austenit.Temperatur tidak akan mengalami kanaikan bila perlit belum habis, setelah habis kenaikan temperature akan terjadi dan ferrit- proeutektoid akan mengalami transformasi allotropik ferrit yang BCC akan menjadi austenit yang FCC.

                Struktur mikro baja hipoeutektoid , ferrit (putih) dan perlit (hitam)

                Pada Baja hipereutektoid (misal 1%C) Gambar 5. pada temperature kamar struktur mikro terdiri dari perlit dan jaringan sementit yang membungkus butir-butir kristal perlit.

                Skematis Perubahan fasa baja hipereutektoid selama pemanasan atau pendinginan

                Bila pemanasan mencapai temperature A1 maka akan terjadi reaksi eutektoid seperti baja hipoeutektoid yaitu ferrit dan sementit pada perlit akan bereaksi membentuk austenit. 

                Pada temperatur A1 austenit mengandung 0,8% C, sisanya berada pada sementit, jika temperature dinaikan diatas A1, maka kemampuan austenit melarutkan karbon juga akan naik, sehingga karbon yang tadinya berada pada sementit sedikit demi sedikit mulai larut kedalam austenit,sehingga jaringan sementit lama kelamaan akan menipis dan akhirnya pada temperature Acm jaringan sementit akan habis, struktur seluruhnya sudah menjadi austenit.

                Austenit yang terbentuk belum homogen, dimana pada baja hipoeutektoid austenit dari perlit mengadung 0,8%C sedang yang berasal dari ferrit kadar karbon jauh lebih sedikit. Pada baja hipereutektoid austenit awalnya mengandung 0,8%C dari perlit, namun akan bertambah dari karbon yang larut dari jaringan sementit yang berada disekitar austenit. 

TRANSFORMASI FASA

TRANSFORMASI FASA

                Perlakuan panas adalah suatu operasi yang penting dalam proses fabrikasi akhir suatu komponen dalam kebanyakan komponen teknik. Hanya dengan perlakuan panas akan diperoleh sifat mekanik yang tinggi pada komponen baja atau perkakas sehingga usia pakai komponen maupun perkakas tersebut akan lebih lama. Perlakuan panas didefinisikan sebagai usaha mengubah sifat mekanik suatu material (baja) sehingga akan sesuai dengan performansi design yang diharapkan, dengan cara melakukan pemanasan pada temperatur tertentu, menahanya selama waktu tertentu kemudian mendinginkan dengan kecepatan tertentu.

                Proses ini sangat dipengaruhi oleh kondisi awal material seperti komposisi kimia serta struktur mikro. Suatu baja atau paduan meski memiliki komposisi kimia yang sama, namun struktur mikronya berbeda maka sifat mekaniknya pun akan berbeda yang semua ini dipengaruhi oleh proses perlakuan panas yang dialami oleh material tersebut.

                Proses pemanasan biasanya dilakukan sampai temperatur austenit dimana austenit merupakan fasa yang tidak stabil sehingga akan mengalami transformasi selama proses pendinginan, pemberian waktu tahan (holding time) bertujuan untuk memberikan kesempatan atom-atom untuk berdifusi sehingga menghomogenkan austenit. Pendinginan akan menyebabkan austenit bertransformasi dan strukturmikro yang terbentuk akan sangat tergantung dari laju pendinginan.

Jadi ada tiga hal yang penting dalam proses perlakuan panas baja, yaitu:

1. Transformasi fasa selama pemanasan
2. Pengaruh laju pendinginan pada perubahan struktur mikro selama pendinginan.
3. Pengaruh kadar karbon dan elemen paduan.

Besi dikenal sebagai satu logam yang memiliki sifat allotropi, memilki bentuk kisi (lattice) yang berbeda, besi memiliki tiga macam modifikasi allotropik. Pada Gambar 1. menunjukan kurva pendinginan besi murni cair yang mengalami pendinginan.,dimana besi jika didinginkan akan mulai membeku pada 1535 0C menjadi besi delta (d) dengan struktur BCC. Pada 1400 0C akan mengalami transformasi menjadi besi gamma (g) struktur FCC. Besi gama ini tetap stabil sampai temperatur 910 0C, dimana terjadi transformasi lagi menjadi besi alpha non magnetic (a) yang berstruktur BCC.

                Pada pendinginan selanjutnya sudah tidak ada lagi perubahan transformasi fase. Pada 7680C terjadi perubahan menjadi besi alpha non magnetic menjadi alpha magnetic, tetapi tidak terjadi perubahan struktur kristal , tidak terjadi perubahan.

               

Setiap proses transformasi selalu mengalami penghentian penurunan temperature yang ditandai oleh garis mendatar, yang menunjukan proses berlangsung secara isothermal.Tiap bentuk allotropic besi mempunyai kemampuan melarutkan karbon yang berbeda beda.

1. Besi delta (d) mampu melarutkan karbon sampai maksimum + 0,10% pada +1500 0C
2. Besi gamma (g) mampu melarutkan karbon sampai maksimum + 2,0% pada +1130 0C
3. Besi alpha (a) mampu melarutkan karbon sampai maksimum + 0,025% pada +723 0C

Untuk mempelajari laku panas pada baja maka terlebih dahulu harus mempelajari proses transformasi baja selama pemanasan maupun pendinginan .Gambar 2, menunjukan diagram Fe – C dari baja karbon pada berbagai komposisi, serta hubunganya terhadap perubahan fasa selama pemanasan maupun pendinginan lambat. Hal ini penting karena dapat dilakukan untuk memprediksi struktur mikro apa yang terbentuk selama proses pemanasan dan pendinginan.

GREEN TECHNOLOGY

Charger Tanpa Listrik Teknologi Baru Kurangi Efek Global Warming

Green Teknologi bukanlah isu baru. Beberapa industri telah mengambil peluang besar ini dengan menerapkan produksi perangkat-perangkat teknologi yang ramah lingkungan, baik produk yang hemat energi, terbuat dari bahan bebas polusi atau bisa didaur ulang, maupun produk dengan tenaga dari sumber daya alam.


Menginjak 2010, teknologi hijau rupanya makin gencar diterapkan olah kalangan industri. Ini bisa dilihat di Consumer Electronics Show di Las Vegas, 7-10 Januari lalu. Pada pameran elektronik internasional terbesar itu, banyak dipamerkan perangkat teknologi hijau dengan inovasi-inovasi baru. Consumer Electronics Association, penyelenggaranya, bahkan membuka satu ruang pameran khusus untuk "green technology". Inilah beberapa perangkat "hijau" yang dipamerkan disana..


Charger Ponsel YoGen

Salah satu perangkat ramah lingkungan yang dipamerkan di CES 2010 ini cukup unik. YoGen Hand Charger, nama perangkat ini, adalah pengisi ulang baterai telepon seluler yang di dalamnya terdapat roda seperti mainan yo-yo. Putaran roda bisa memproduksi sumber energi hingga 5 watt. Untuk mengisi ulang, pengguna tinggal menarik tali untuk memutar roda, seperti memainkan yo-yo. Satu menit tarikan cukup untuk mengisi ulang ponsel. Harga perangkat ini US$ 40 atau sekitar Rp 400 ribu saja.





Charger Tenaga Angin

Zona sustainable planet di CES 2010 menampilkan sejumlah charger dan perangkat kecil lain yang bertenaga surya. Seperti lampu kebun, lampu kilat, dan lentera berkemah. Salah satunya adalah Mini Wiz dari HyMini. Mini Wiz adalah charger baterai AA dengan tenaga angin yang dapat diletakkan di sepeda untuk mengisi ulang.



Charger Tenaga Surya Regen

ReNu Regen merilis sistem pengisian ulang tenaga surya yang didesain untuk rumah. Setiap charger dilengkapi panel surya 6 watt dan bisa diintegrasikan ke baterai dengan colokan USB. Charger ini juga terintegrasi dengan sebuah terminal untuk speaker, sebuah lampu meja LED, serta pengisi ulang untuk iPod.







Charger Tenaga Surya Freeloader

Charger ini didesain dengan dua panel surya kecil dan baterai litium terintegrasi. Seperti charger tenaga matahari lainnya, Freeloader Pro bisa digunakan untuk mengisi ulang ponsel, GPS, kamera digital, camcorder, dan gadget lainnya. Perangkat ini bisa menyesuaikan diri dengan berbagai peranti berbeda yang hendak diisi ulang.Baterai litium pada charger ini butuh waktu delapan jam untuk mendapat tenaga dari panel surya. Namun baterai yang lebih besar juga tersedia, dan mampu memotong waktu pengisian menjadi tiga jam saja. Itu cukup untuk mengisi ulang sebuah iPod hingga pemakaian 28 jam atau 70 jam kekuatan standby sebuah ponsel.

ANGGOTA KELOMPOK 3

1. ARISYI TAWAQAL
2. ANDI ZAIRAWAN
3. ANDIKA
4. MUAMMAR SAPUTRA
5. AFRIZAL RIZKI
6. MILANO SELIAN
7. HERSA RIZA HABIB