PERUBAHAN SIFAT DAN STRUKTUR MIKRO PADA PADUAN BESI – KARBON

  PEARLITE

  Pertemuan ke-8

  Pada reaksi eutektoid, austenite dengan

PERUBAHAN SIFAT

  kandungan karbon sedang akan berubah

DAN STRUKTUR MIKRO

  menjadi ferit dengan kadar karbon kecil dan PADA PADUAN BESI – KARBON sementit dengan kadar karbon tinggi.

  Pada saat pembentukan pearlite, gerakan Nurun Nayiroh, M.Si atom C bergerak dari ferit ke sementit.

  PEARLITE Diagram Transformasi Isotermal (Austenit ke Pearlite)

  %

  γ ⇒ α

  ! #$ " $

  "

  ! 1 / &' ( )

  &' ( ) (' ) " &'& )

  3 ( - ' !"# " $ % & '

• &&

  # ( "

• (&&

  / ( - " ) !( * + + ,

  δ

• &

  !"# " $

• &&

  &

  )

  γ %

• & *& +
• γ

  # " ' ),

• && **+,

  % _"

  #

  # #

• &&&

  3 #

  ° #

  % "

  α γ

  3 $

  # ,&& . ' $ ' /

  4

• " % * $ ( . /

  α % _"

  ( - "

  (&& !"# ! 0,

  1 2 ° '

  (

• && '& '

  & & &

• " * ( (' #

  ) #

  " - +

• & *& *& *& *&

  Diagram Transformasi Isothermal Laju Transformasi Eutectoid ~ T

• Eutectoid iron-carbon alloy; composition, C = 0.76 wt% C

  o $

• Begin at T > 727˚C

  9 • Rapidly cool to 625˚C (titik A-B) and hold isothermally (titik B-C-D). γ# 3 #

  "

  α

  α#

  α α 1 γ

  α γ

  γ α

  γ α

  α α

  α

• &&

  (&&

  #

  # (-&

  7 5 8'

• &

  ( - # Austenite-to-Pearlite

  ) &

  5 6 1 5 6 1

  (a) Coarse pearlite (high diffusion rate) and (b) fine pearlite Gambar di atas memperlihatkan transformasi fasa austenit ke pearlit.

  Austenit didinginkan secara cepat dari A ke B, kemudian temperatur ditahan pada proses BCD . Jika temperatur ditahan pada sedikit di bawah temperatur eutectoid maka akan terbentuk lapisan ferit sementit yang tebal dan disebut juga “ coarse pearlite” (pearlite kasar) , kebalikannya jika temperatur transformasinya lebih rendah

  o

  disekitar 540 C maka lapisan-lapisan perlite yang terbentuk akan tipis dan disebut juga “fine pearlite” (pearlite halus).

  1 . ." % ! . # " % " 2" )

  Pembentukan Diagram Transformasi Isothermal

  . . / ) % '. ! . / ) ! 3 !( !(( % . ! !"# " ,

2 Kurva padat diplot:

  4! . % " !( ! . ! !( ! 5 & 6 7 ( # . % . ! ( % Satu merepresentasikan % . waktu yang diperlukan pada setiap temperatur selama awal transformasi, yang lain # #

  ;&& *(&& selama transformasi selesai.

  δ

  3 Kurva yang sesuai ditarik

• &&

  # ,&&

  garis sampai penyelesaian

  3 #

  γ %

  %

• && γ % " 50%.

  #

  3 &&

  The austenite to pearlite

• &&&

  4 % % _"

  transformation will occur

  4 α γ

  3 (&& ,&&

  only if the alloy is

  " supercooled to below the

  α% _"

  (&&

• &&

  eutectoid temperature _{" '& ' +} ( * (727˚C).

• & *& *& *& +&& &

  & &

• " + - ( (' #

  Time for process to complete _{3 ' **'*( 3 ' *&' ,} ) depends on the temperature.

  :1

  5 ₁₀ / # "

  Possible Transformations

  < <

  1

  9 = Kurva TTT Bainite Mikrostruktur Bainite

  BAINITE Bainite adalah struktur ferit dan sementit yang berbentuk lidi atau plat tergantung temperatur transformasi. Struktur mikro bainit adalah sangat halus sehingga resolusinya hanya bisa dilihat dengan mikroskop elektron . Temperatur pembentukan bainit terjadi dibawah temperatur pembentukan pearlite yaitu diantara temperatur 215

• &&)
• &&)

• +&&

  (&&

  ,&&

  o

  C-540

  o C.

  Laju pembentukan bainit akan naik dengan naiknya temperatur.

• &
• & ^{"& !*}
• & ^-
• Bainite terdiri dari ferit lancip (seperti jarum) dengan partikel sementit sangat kecil yang tersebar di seluruh ferit.
• kandungan karbon > 0.1%.
• Bainite bertransformasi menjadi iron and cementite dengan waktu dan temperatur yang cukup (anggap semi-stable di bawah 150°C).
Spheroidite : Nonequilibrium Transformation SPHEROIDITE

  #

  

#

3 #

&&

  4 >

  3

  3 Bainite : Hasil transformasi yang Non-Equil _"

  α! ? α

  # _"

  < . ". ! . % !

  " α! ? diffusion dependent

  Jika paduan baja mempunyai struktur mikro pearlit atau bainit dipanaskan pada temperatur di 6 5 α! @

  " bawah temperatur eutectiod dan ditahan untuk

  o

  waktu yang lama katakanlah T=700 C selama 18 s/d 24 jam, maka akan terbentuk struktur mikro ! " & yang lain dan disebut spheroidite. $ ' () *

  Struktur spheroidite mempunyai bentuk dimana () * ' () fasa Fe C muncul dalam bentuk lingkaran/bulat

• * 3

  % pada bahan ferit.

  Transformasi ini terjadi karena difusi atom karbon ' # ' ' tanpa perubahan komposisi ferit dan sementit.

  / ' Pearlitic Steel partially transformed to Spheroidite

  MARTENSITE Martensit terbentuk apabila besi austenit didinginkan dengan sangat cepat ke temperatur rendah, sekitar temperatur ambien. Martensit adalah fasa tunggal yang tidak seimbang yang terjadi karena transformasi tanpa difusi dari austenit. Pada transformasi membentuk martensite, hanya terjadi sedikit perubahan posisi atom relatif terhadap yang lainnya. Struktur FCC austensit akan berubah menjadi struktur BCT (body centered tetragonal) martensit, pada transformasi ini. Karena transformasi martensit tidak melewati proses difusi, maka ia terjadi seketika sehingga laju transformasi martensit adalah tidak bergantung waktu. Butiran martensit berbentuk seperti lidi/jarum atau plat . Pada struktur martensit masih didapati struktur austenit yang tidak sempat bertransformasi. Martensite Formation Struktur BCT dari Martensit

  B

  9 ,&&

  3 # #

  3

  4 (&&

  >

• &&

  3 &)

  < % 3 &&

• &)

  < % 3 ;&) _{- !* "} <

• & #
• & *& *& <

  3 1 > #

  1 > A &'*- ) _&

  9 > )

1 Diagram Transformasi Isothermal

  An micrograph of austenite that was polished flat and then allowed to transform into martensite.

  The different colors indicate the displacements caused when martensite forms.

  Iron-carbon alloy with eutectoid composition.

  A: Austenite P: Pearlite B: Bainite M: Martensite

• !( ! !(( ! . ! (

  !"# " ! . ! % " 2 . % ! . " " . . 5 ! . !) ' . ! " ) " .

• 9 7 ! ' ! . ) !

  Rapidly cool to 250 ˚C Hold for 100 seconds Quench to room temperature

  Treatment (b)

  ' !" ( , Martensite, 100%

  8 . 6 " " ! ) ' % ! ! . $ !"# " 3 !( ) !5 & ) ! ! !( ! ! .' ) &

  ! ( ' !"# " $ , : 7 " ! " " ) . ! % !"# " . % ! ; ." ! ) " ) ' . 2. . ! % ) !(" !( " & . ., ! " ) '

  Bainite, 100% Penyelesaian: : " . " "5 ! !( ! ! & ) . ! .

  Quench to room temperature

  Rapidly cool to 350 ˚C Hold for 10 ⁴ seconds

  Treatment (a)

  ! . ! . ! " . " ! 3 !( ' ( ! ! " ! ,

  " " ! 3 !( !( ) ) . ! % .

  . .' * ) . ! " . 3 !( ! " ! !" . !0

• ) " . " " " " . ! % '& ) . ! " " ! )

  1 '

  Contoh:

  1

  4 $

  Pengaruh Penambahan Elemen Lain 4340 Steel plain carbon steel nose

  < E E F

  1 E #F

  E

  1 F > E E

  E E

  4 F > E E @

  1 E E E 6 $

  1 E

  C < D #

  Austenite, 100% Treatment (c)

  Rapidly cool to 650˚C Austenite,

  Penyelesaian:

  Hold for 20 seconds 100%

  Almost 50% Pearlite,

  Rapidly cool to 400˚C ₃

  50% Austenite

• ) ' ) ! 5 ) & . . 7 ! . ) Hold for 10 seconds

  Quench to room temperature % !"# " !$ % ! , ' !(( ! . & . .

  " " ! " ' ) . ! 6 " ! , . " " ! !( !. ! ) ' !" 5 )

  75 " ( " # " ! % % ' !$ !" , ." Bainite, 50% ! " ) " . . !( , ' !(( " .

  . .' !3 ) ' 6 !" , Final: 50% Bainite, 50% Pearlite

TRANSFORMASI PENDINGINAN KONTINYU

  Penyelesaian:

  4! . ( + " " )

  9 75 ) ) % ! . " ) ' .

2. Perlakuan panas isotermal pengerjaannya tidak .; . . & . ! ' ! ! " .5 % .

  2.

  6

  praktis karena temperatur mesti dijaga di sekitar

  " " ! 3 !( % % ' !$ ) , : ! !( ! ! . 8

  7 temperatur eutectoid. !$ .. ! ) ' ( " / . ); " ) ! !( ! ! ! 5 " !( " . 5 $ .

  5 " ! " " . ! % !"# " % . . ) % ! 5 & ) ! ( "

  Sebagian besar perlakuan panas untuk baja

  ! !( ! ! ) & ' ) ! % ! ( , : 8

  75

  mencakup pendinginan secara kontinyu sampai

  . ) & . !3 ! ) . % ) 5 " ' !(( !( ! & . .5 "

  temperatur ruangan. Oleh sebab itu, diagram TTT

  6 " ! " " . ! % % ' !$ % ! , : ! !( ! ! " #

  harus disesuaikan untuk pendinginan kontinyu . !(5 . ) ( $ % ' ! # " . ! .

  ) ( " ! " " , ' !(( " . . " " ! !( tersebut.

  ) ' 6 ) ! 6 % ! ,

  Diagram yang dipakai disebut diagram transformasi pendinginan continyu (Diagram CCT). Continuous Cooling : ( % " !( ) ' . !

  Transformation Diagrams . / ! !( ! ! ! ) % 3 !( " !(2 " !(!3 !(' " ). !

  B ) ' ) " ! ) . " ,

: (

  77 . % ! .

  1 % ! . ! " ! . ! % ! .

  6 ) " " ' "!3 % ! .

  

% ! ,

  '

  : ! !( ! ! ) & 2>

  <

  " ! 3 !( % ) % ! . )

  6 6

  . ! !$ !" . . ) & ( " *" 0,

  '

  6 # 6 #'

  .

  1 '

  6 '

  4! . ! !( ! . ! !3 % $

• "+&

  ! ! . ! ) ?) $ @ ! ' !(

  1

  6

  . "A 3 ) $ !

  6 '

  @ ! ! !( * ! ) !0 3 !( . ! !(' " ). ! " . !" ) *) $ @ ! ! !( . " ) $ ! !( ! ! . "0,

  '

  3

  1

  1 E

  1

  '