Diagram Fase Besi-Besi Karbida (Fe-Fe3C)

Dari semua sistem paduan biner, yang mungkin paling penting adalah untuk besi dan karbon. Baik baja dan besi tuang, bahan struktural utama di setiap teknologi budaya maju, pada dasarnya adalah paduan besi-karbon.

Sebagian dari diagram fasa besi-karbon disajikan pada Gambar 1 di bawah. Besi murni pada pemanasan mengalami dua perubahan struktur kristal sebelum meleleh. Di suhu kamar, bentuknya stabil yang disebut ferit, atau besi 𝛼, memiliki struktur kristal BCC. Ferit mengalami transformasi polimorfik menjadi austenit FCC, atau besi 𝛾, di 912°C (1674°F). Austenit ini bertahan hingga 1394°C (2541°F), di mana suhu Austenit FCC kembali ke fase BCC yang dikenal sebagai ferit 𝛿, yang akhirnya meleleh pada 1538°C (2800°F). Semua perubahan ini terlihat jelas di sepanjang sumbu vertikal kiri dari diagram fase.

Gambar 1. Diagram Fase Besi-besi karbida

Sumbu komposisi pada gambar 1 meluas hanya sampai 6,70% berat C; pada konsentrasi senyawa besi karbida, atau sementit (Fe3C), terbentuk, yang diwakili oleh garis vertikal pada diagram fase. Jadi, sistem besi-karbon dapat dibagi menjadi dua bagian: bagian yang kaya zat besi, seperti pada Gambar 1, dan bagian lainnya (bukan ditunjukkan) untuk komposisi antara 6,70 dan 100% berat C (grafit murni). Dalam praktek, semua baja dan besi tuang memiliki kandungan karbon kurang dari 6,70% berat C; oleh karena itu, artikel ini hanya mempertimbangkan sistem besi-besi karbida.

𝛼-Ferrit

Karbon adalah pengotor interstisial dalam besi dan membentuk larutan padat dengan masing-masing 𝛼 dan 𝛿 ferit dan juga dengan austenit, seperti yang ditunjukkan oleh 𝛼, 𝛿, 𝛾 dan fase tunggal bidang pada gambar 1. Dalam 𝛼-ferit BCC, hanya sedikit konsentrasi karbon yang larut; kelarutan maksimum adalah 0,022 % berat pada 727°C (1341°F). Kelarutan terbatas dijelaskan oleh bentuk dan ukuran posisi interstisial BCC, yang membuatnya sulit untuk menampung atom karbon. Meskipun hadir dalam konsentrasi yang relatif rendah, karbon secara signifikan mempengaruhi sifat mekanik ferit. Fase besi-karbon tertentu ini relatif lunak, dapat dibuat magnet pada suhu di bawah 768°C (1414°F), dan memiliki massa jenis 7,88 g/cm3.

Gambar 2. fotomikrograf dari (a) 𝛼-ferit (90×) dan (b) austenit (325×).

Austenit

Austenit, atau fase , dari besi, bila dicampur dengan karbon saja, tidak stabil di bawah 727°C (1341°F), seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. Kelarutan maksimum karbon dalam austenit, 2,14 % berat, terjadi pada 1147°C (2097°F). Kelarutan ini kira-kira 100 kali lebih besar dari maksimum untuk ferit BCC karena tempat kedudukan oktahedral FCC lebih besar dari tetrahedral BCC dan, oleh karena itu, regangan yang dikenakan pada atom besi di sekitarnya jauh lebih rendah. Perubahan fase yang melibatkan austenit sangat penting dalam perlakuan panas baja. Secara sepintas, harus disebutkan bahwa austenit bersifat nonmagnetik.

𝛿 ferit hampir sama dengan 𝛼 ferit, kecuali untuk kisaran suhu di mana masing-masing ada. Karena 𝛿-ferit stabil hanya pada suhu yang relatif tinggi, itu tidak penting secara teknologi dan tidak dibahas lebih lanjut.

Sementit

Sementit (Fe3C) terbentuk ketika batas kelarutan karbon dalam 𝛼-ferit terlampaui di bawah 727°C (1341°F) (untuk komposisi dalam wilayah fase 𝛼 + Fe3C). Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1, Fe3C juga hidup berdampingan dengan fase antara 727°C dan 1147°C (1341°F dan 2097°F). Secara mekanis, sementit sangat keras dan rapuh; kekuatan dari beberapa baja meningkatk tajam dengan kehadirannya.

Sebenarnya, sementit hanya senyawa stabil; yaitu, ia tetap sebagai senyawa tanpa batas pada suhu kamar. Namun, jika dipanaskan hingga antara 650 ° C dan 700 °C (1200 °F dan 1300 °F) selama beberapa tahun, secara bertahap berubah atau berubah menjadi besi 𝛼 dan karbon, dalam bentuk grafit, yang tersisa setelah pendinginan berikutnya ke suhu kamar. Dengan demikian, Diagram fase pada Gambar 1 bukanlah diagram kesetimbangan yang sebenarnya karena sementit bukan merupakan keseimbangan majemuk. Namun, karena laju dekomposisi sementit sangat lamban, hampir semua karbon dalam baja adalah sebagai Fe3C bukannya grafit, dan besi-besi karbit diagram fase, untuk semua tujuan praktis, valid. Tambahan silikon menjadi besi cor sangat mempercepat reaksi dekomposisi sementit ini menjadi membentuk grafit.

>> KLIK DI SINI UNTUK MEMBACA ARTIKEL SEPUTAR MATERIAL TEKNIK LAINNYA!

Kontributor: Daris Arsyada

By Caesar Wiratama

Sumber:

Callister, William D. Jr, dan Rethwisch, David G. 2018. Materials Science and Engineering An Introduction (10th ed). Amerika Serikat: John Wiley & Sons, Inc.

Author: admin

0 replies

Leave a Reply

Want to join the discussion?
Feel free to contribute!

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *