T1.docx

9.18 DIAGRAM FASE ION-BESI KARBID (Fe-Fe3C) Sebagian dari diagram fase karbon-karbon disajikan pada Gambar 9.24. Setrika murni, setelah pemanasan, mengalami dua perubahan dalam struktur kristal sebelum meleleh. Pada suhu kamar, bentuk stabil, yang disebut ferit, atau besi, memiliki struktur kristal BCC. Ferit mengalami transformasi polimorfik menjadi austenit FCC, atau besi, pada (). Austenit ini berlanjut hingga (), di mana suhu austenit FCC kembali ke fase BCC yang dikenal sebagai ferit, yang akhirnya meleleh pada (). Semua perubahan ini terlihat di sepanjang sumbu vertikal kiri diagram fasa. Sumbu komposisi pada Gambar 9.24 hanya mencapai 6,70% berat C, pada konsentrasi ini senyawa besi intermediet, atau sementit (Fe3C), terbentuk, yang diwakili oleh garis vertikal pada diagram fase. Jadi, besi-karbon sistem dapat dibagi menjadi dua bagian: bagian yang kaya zat besi, seperti pada Gambar 9.24, dan lainnya (tidak ditampilkan) untuk komposisi antara 6,70 dan 100% berat C (grafit murni). Dalam praktiknya, semua baja dan besi cor memiliki karbon isi kurang dari 6,70% berat C; oleh karena itu, kami hanya mempertimbangkan sistem besi-besi karbida. Gambar 9.24 akan lebih tepat dilabel diagram fase Fe-Fe3C, karena Fe3C sekarang dianggap sebagai komponen. Konvensi dan kenyamanan menentukan bahwa komposisi tersebut masih dinyatakan dalam "% C%" daripada "% Fe3C"; 6,70% berat C setara dengan 100% berat Fe3C. Karbon adalah pengotor interstisial dalam besi dan membentuk larutan padat dengan masingmasing dan ferit, dan juga dengan austenit, seperti yang ditunjukkan oleh bidang dan fase tunggal pada Gambar 9.24. Dalam ferit BCC, hanya konsentrasi karbon kecil yang dapat larut, kelarutan maksimum adalah 0,022% berat pada (). Kelarutan yang terbatas dijelaskan oleh

bentuk dan ukuran posisi interstitial BCC, yang membuatnya sulit untuk mengakomodasi atom karbon. Meskipun hadir dalam konsentrasi yang relatif rendah, karbon secara signifikan mempengaruhi sifat mekanik ferit. Fasa besi-karbon ini relatif lunak, dapat dibuat magnetik pada suhu di bawah (), dan memiliki kerapatan 7,88 g / cm3. Gambar 9.25a adalah fotomikrograf ferit. Austenit, atau fase besi, bila dicampur dengan karbon saja, tidak stabil di bawah ini), seperti yang ditunjukkan pada Gambar 9.24. Kelarutan maksimum karbon dalam austenit, 2,14% berat, terjadi pada). Kelarutan ini kira-kira 100 kali lebih besar dari maksimum untuk ferit BCC, karena posisi interstisial FCC lebih besar (lihat hasil Soal 4.5), dan oleh karena itu, strain yang dikenakan pada atom besi di sekitarnya jauh lebih rendah. Seperti yang ditunjukkan diskusi selanjutnya, transformasi fasa yang melibatkan austenit adalah sangat penting dalam memanaskan baja panas. Secara sepintas, harus disebutkan bahwa austenit adalah nonmagnetik. Gambar 9.25b menunjukkan fotomikrograf fase austenit ini. Ferit hampir sama dengan ferit, kecuali untuk kisaran suhu di mana masing-masing ada. Karena ferit stabil hanya pada suhu yang relatif tinggi, itu tidak memiliki kepentingan teknologi dan tidak dibahas lebih lanjut. Cementite (Fe3C) terbentuk ketika batas kelarutan karbon dalam ferit terlampaui di bawah ini) (untuk komposisi dalam fasa Fe3C). Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 9.24, Fe3C juga akan hidup berdampingan dengan fase antara 727 dan (1341 dan). Secara mekanik, sementit sangat keras dan rapuh, kekuatan beberapa baja sangat ditingkatkan oleh kehadirannya. Tegasnya, sementit hanya metastabil; yaitu, ia akan tetap sebagai senyawa tanpa batas pada suhu kamar. Namun, jika dipanaskan hingga antara 650 dan (1200 dan) selama beberapa tahun, secara bertahap akan berubah atau berubah menjadi besi dan karbon, dalam bentuk grafit, yang akan tetap setelah pendinginan berikutnya ke suhu kamar. Dengan demikian, diagram fase pada Gambar 9.24 bukan merupakan ekuilibrium sejati karena cementite bukanlah senyawa kesetimbangan. Namun, sejauh tingkat dekomposisi sementit sangat lamban, hampir semua karbon dalam baja akan menjadi sebagai Fe3C bukan grafit, dan diagram fase karbida besi-besi adalah, untuk semua tujuan praktis, valid. Seperti yang akan dilihat pada Bagian 11.2, penambahan silikon untuk cast iron sangat mempercepat reaksi dekomposisi semenit ini untuk membentuk grafit. Daerah dua fase diberi label pada Gambar 9.24. Dapat dicatat bahwa satu eutektik ada untuk sistem besi-besi karbida, pada 4,30% berat C dan); untuk reaksi eutektik ini, cairan membeku untuk membentuk fasa austenit dan sementit. Tentu saja, pendinginan berikutnya ke suhu kamar akan mendorong perubahan fase tambahan. Dapat dicatat bahwa titik invarian eutektoid ada pada komposisi 0,76wt% C dan suhu). Reaksi eutektoid ini dapat diwakili oleh atau, setelah pendinginan, fase padat diubah menjadi besi dan sementit. (Transformasi fase Eutektoid dibahas dalam Bagian 9.14.) Perubahan fase eutektoid yang dijelaskan oleh Persamaan 9.19 sangat penting, menjadi dasar untuk perlakuan panas baja, seperti yang dijelaskan dalam diskusi berikutnya. Paduan besi adalah unsur-unsur di mana besi adalah komponen utama, tetapi karbon serta unsur-unsur paduan lainnya dapat hadir. Dalam skema klasifikasi paduan besi berdasarkan

kandungan karbon, ada tiga jenis: besi, baja, dan besi tuang. Besi murni komersial mengandung kurang dari 0,008% berat C dan, dari diagram fase, tersusun hampir secara eksklusif dari fasa ferit pada suhu kamar. Paduan besi-karbon yang mengandung antara 0,008 dan 2,14% berat C diklasifikasikan sebagai baja. Pada kebanyakan baja struktur mikro terdiri dari fasa Fe3C. Setelah mendingin hingga suhu kamar, paduan dalam rentang komposisi ini harus melewati setidaknya sebagian dari bidang -jenis; mikrostruktur khas kemudian diproduksi, seperti yang dibahas di bawah ini. Meskipun paduan baja dapat mengandung sebanyak 2,14% berat C, dalam prakteknya, konsentrasi karbon jarang melebihi 1,0% berat. Sifat-sifat dan berbagai klasifikasi baja diperlakukan dalam Bagian 11.2.Bahan besi diklasifikasikan sebagai paduan besi yang mengandung antara 2,14 dan 6,70% berat C. Namun, besi cor komersial biasanya mengandung kurang dari 4,5% berat C. Paduan ini dibahas lebih lanjut juga dalam Bagian 11.2.