browser icon
You are using an insecure version of your web browser. Please update your browser!
Using an outdated browser makes your computer unsafe. For a safer, faster, more enjoyable user experience, please update your browser today or try a newer browser.

Diagram

Diagram Time Temperature Transformation

Diagram TTT adalah suatu diagram yang menghubungkan transformasi austenit terhadap waktu dan temperature. Jika dilihat dari bentuk grafiknya diagram ini mempunyai nama lain yaitu diagram S atau diagram C. Proses perlakuan panas bertujuan untuk memperoleh struktur baja yang diinginkan agar cocok dengan penggunaan yang direncanakan. Struktur yang diperoleh merupakan hasil dari proses transformasi dari kondisi awal. Proses transformasi ini dapat dibaca dengan menggunakan diagram fasa namun untuk kondisi tidak setimbang diagram fasa tidak dapat digunakan, untuk kondisi seperti ini maka digunakan diagram TTT. Melalui diagram ini dapat dipelajari kelakuan baja pada setiap tahap perlakuan panas, diagram ini juga dapat digunakan untuk memperkirakan struktur dan sifat mekanik dari baja yang diquench dari temperatur austenitisasinya.diagram ini menunjukan dekomposisi austenit dan berlaku untuk macam baja tertentu. Baja yang mempunyai komposisi berlainan akan mempunyai diagram yang berlainan, selain itu besar butir austenit, adanya inclusi atau elemen lain yang terkandung juga mempunyai pengaruh yang sama.

Reaksi Perlit dan Bainit

 Perlit adalah struktur eutektoida 0.8%C yang terdiri dari phase ferit yang diselingi dengan lapisan-lapisan carbida cement(Fe3C). sedang bainit adalah konstitusi mikro campuran phase karbida dan phase ferit (ferrite-cementiteaggregate ). Dari diagram TTT perlit dan bainit terbentuk pada suhu konstan (iso thermal) dari phase austenit pada suhu diantara A1 dan dibawah “nose”. Bila austenit didinginkan cepat ampai pada suhu ini, perlit belum terbentuk, baru beberapa saat dibiarkan pada suhu ini akan mulai terbentuk (gejala seperti recrystalisasi dari cold worked metal).

Reaksi Martensit

Dalam diagram TTT, sumbu horizontal adalah sumbu yang menunjukan waktu yang diperlukan bagi perubahan transformasi austenit pada setiap suhu (dalam sumbu vertikal) , atau keadaan transformasi pada setiap perubahan suhu persatuan waktu (kecepatan pendinginan) pada proses pendinginan. Kecepatan pendinginan makin lambat (kecil) makin besar waktu yang ditunjukan dalam sumbu tersebut, atau makin kekanan dalam diagram, dan sebaliknya. Kecepatan pendinginan terkecil untuk memperoleh martensit ditentukan oleh posisi “nose” dari diagram “S”. martensit akan diperoleh pada setiap kecepatan pendinginan yang sedemikian rupa tidak memotong diagram S tersebut. Kecepatan pendinginan yang terendah untuk menghasilkan martensit (menyinggung nose) disebut kecepatan pendinginan kritis (critical cooling rates). Kecepatan pendinginan kritis ini tergantung dari posisi nose berhubungan erat dengan sumbu waktu (waktu yang diperlukan untuk transformasi) dan ini ditentukan oleh komposisi, grain size, dan kondisi austenit sebelum quenching,yang semua ini tergantung dari macam baja. Bilamana kecepatan pendinginan lebih cepat dari kecepatan kritis maka transformasi austenit menjadi martensit terjadi pada garis Ms (martensit start). Pada suhu ini martensit terbentuk kira-kira 1% lebih rendah dari suhu Ms jumlah martensit bertambah sampai pada garis suhu Mf (martensit finish) dengan 99% martensit. Sesuai dengan garis Ms dan Mf yang paralel horizontal terhadap sumbu waktu, maka untuk kecepatan pendinginan yang lebih besar dari kecepatan kritis pembentukan tidak banyak tergantung lagi dari waktu atau kecepatan pendinginan. Bilamana austenit didinginkan sampai pada suhu diantara Ms dan Mf dan dibiarkan pada suhu ini (isothermally colled) maka austenit yang belum menjadi martensit akan menjadi bainit.

Beberapa unsur seperti carbon dan unsur-unsur paduan lainnya (kecuali

Codan Al) mempengaruhi garis Ms dan Mf. Bila kadar carbon dalam baja naik Ms akan turun, begitu juga unsur-unsur paduan baja tersebut mempunyai pengaruh yang sama. Pengaruh terhadap suhu Mf menunjukan gejala yang mirip. Bila suatu baja mempunyai komposisi kimia sedemikian rupa mempunyai Ms diatas suhu kamar dan Mf dibawah suhu kamar, maka pada proses dekomposisi austenit tersebut, pada suhu kamar masih terdapat phase austenit (retained austenit). Hal ini sering terjadi pada heat-treatment high-speed tool steel dan memungkinkan terjadinya retak. Untuk ini proses dekomposisi dengan metode deep-freezing (dibawah

Mf dan jauh dibawah suhu kamar) diperlukan. Martensit terbentuk tanpa adanya carbon (carbida cement), seluruh karbon yang tadinya berada larut dalam iron masih terlarut interstisi dalam iron. Adanya atom-atom carbon interstisi ini, lattice martensit merupakan body-centeredtetragonal. Reaksi martensit yang terjadi pada pendinginan cepat adalah transformasi tanpa pengintian (nukleisasi), pertumbuhan dan difusi carbon, dan komposisi kimia terlarut dari martensit adalah sama dengan komposisi pada keadaan larutan padatnya.

Jika suatu baja didinginkan dari suhu yang lebih tinggi dan kemudian ditahan pada suhu yang lebih rendah selama waktu tertentu, maka akan menghasilkan struktur mikro yang berbeda. Hal ini dapat dilihat pada diagram: Isothermal Tranformation Diagram.

·Bentuk diagram tergantung dengan komposisi kimia terutama kadar karbon dalam baja.
· Untuk baja dengan kadar karbon kurang dari 0.83% yang ditahan suhunya dititik tertentu yang letaknya dibagian atas dari kurva C, akan menghasilkan struktur perlit dan ferit.
·Bila ditahan suhunya pada titik tertentu bagian bawah kurva C tapi masih disisi sebelah atas garis horizontal, maka akan mendapatkan struktur mikro Bainit (lebih keras dari perlit).
·Bila ditahan suhunya pada titik tertentu dibawah garis horizontal, maka akan mendapat struktur Martensit (sangat keras dan getas).
· Semakin tinggi kadar karbon, maka kedua buah kurva C tersebut akan bergeser kekanan.
· Ukuran butir sangat dipengaruhi oleh tingginya suhu pemanasan, lamanya pemanasan dan semakin lama pemanasannya akan timbul butiran yang lebih besar. Semakin cepat pendinginan akan menghasilkan ukuran butir yang lebih kecil.

Fe3C Phase Diagram

A. Definition Phase Diagram

The simplest phase diagrams are pressure-temperature diagram of a single substance, such as water. The axes of the diagram corresponds to the pressure and temperature. Phase diagram in the pressure-temperature space showing demarcation line or phase equilibrium between the three phases of solid, liquid, and gas.

Fig 1: Fe-Fe3C Phase Diagram (clickable), Materials Science and Metallurgy, 4th ed., Pollack, Prentice-Hall, 1988

Figure 1 shows the equilibrium diagram for combinations of carbon in a solid solution of iron. The diagram shows iron and carbons combined to form Fe-Fe3C at the 6.67%C end of the diagram. The left side of the diagram is pure iron combined with carbon, resulting in steel alloys. Three significant regions can be made relative to the steel portion of the diagram. They are the eutectoid E, the hypoeutectoid A, and the hypereutectoid B. The right side of the pure iron line is carbon in combination with various forms of iron called alpha iron (ferrite), gamma iron (austenite), and delta iron. The black dots mark clickable sections of the diagram.

Allotropic changes take place when there is a change in crystal lattice structure. From 2802º-2552ºF the delta iron has a body-centered cubic lattice structure. At 2552ºF, the lattice changes from a body-centered cubic to a face-centeredcubic lattice type. At 1400ºF, the curve shows a plateau but this does not signify an allotropic change. It is called the Curie temperature, where the metal changes its magnetic properties.

Two very important phase changes take place at 0.83%C and at 4.3% C. At 0.83%C, the transformation is eutectoid, called pearlite.

gamma (austenite) –> alpha + Fe3C (cementite)

At 4.3% C and 2066ºF, the transformation is eutectic, called ledeburite.

L(liquid) –> gamma (austenite) + Fe3C (cementite)

 

Phase diagrams

-Phase rule

-Lever rule.

Phase Rule

1. Phase rule:

P + F = C + 2

P: number of phase

(e.g. Polymorphism, solid solution)

F: number of degrees of freedom

(temperature, pressure and composition of phases)

C: number of components

(minimum number of constituents in composition)

2. Condensed Phase Rule:

 P + F = C + 1

In many solids with high melting temperature, the vapor phase is effectively non-existent.

Some Simple One-Component Examples

 Two component systems

For binary mixtures of two chemically independent components, C = 2 so that F = 4 – P. In addition to temperature and pressure, other variables are the composition of each phase, often expressed as mole fraction or mass fraction of one component.

Phase rule at constant pressure

Condensed systems have no gas phase. When their properties are insensitive to the (small) changes in pressure which occur, one fewer variable needs to be specified, which results in the phase rule at constant pressure

F = C − P + 1

Lever Rule

The lever rule is a tool used to determine weight percentages of each phase of a binary equilibrium phase diagram. It is used to determine the percent weight of liquid and solid phases for a given binary composition and temperature that is between the liquidus and solidus

Binary Phase Diagrams

Before any calculations can be made a tie line is drawn on the phase diagram to determine the percent weight of each element; on the phase diagram to the right it is line segment LS. This tie line is drawn horizontally at the composition’s temperature from one phase to another (here the liquid to the solids). The percent weight of element B at the liquidus is given by wl and the percent weight of element B at the solidus is given by ws. The percent weight of solid and liquid can then be calculated using the following lever rule equations:[1]

\text{Percent weight of the solid phase} = X_s = \frac{w_o - w_l}{w_s - w_l}
\text{Percent weight of the liquid phase} = X_l = \frac{w_s - w_o}{w_s - w_l}

where wo is the percent weight of element B for the given composition.

The numerator of each equation is the original composition we are interested in +/- the Opposite lever arm. That is if you want the percent weight of solid then take the difference between the liquid composition and the original composition. And then the denominator is the overall length of the arm so the difference between the solid and liquid compositions.

 

Tie line in the Alpha plus Liquid two phase region
There is now more than one, two phase region. The tie line drawn is from the solid alpha to the liquid and by dropping a vertical line down at these points the wt% of each phase is directly read off the graph, that is the percentage weight of the x axis element. The same equations can be used to find the total percentage of alloy in each of the phases, i.e Xs is the percentage of the whole sample in the liquid phase.
references:

Leave a Reply

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


*

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>