Diagram TTT adalah suatu diagram yang menghubungkan transformasi austenit terhadap waktu dan temperatur. 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 kesuatu temperatur dibawah A1. 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.

Gambar 1. Diagram TTT untuk baja eutektoida (0.8%C)

Gambar diatas menunjukan suatu transformasi dari baja eutektoida yang mempunyai dekomposisi normal austenit sebagai berikut:

Bila baja tersebut kita dinginkan cepat sampai dibawah A1 dan dibiarkan beberapa saat (± 30 detik pada 12500F) sedemikian rupa jatuh pada daerah dimana perlit baru sebagian terjadi, kemudian dilanjutkan segera dengan quench maka akan terjadi struktur perlit dan martensit sebagian. Martensit ini adalah hasil transformasi isotermis sebagian austenit pada suhu diatas tadi. Lamanya baja berada pada suhu dibawah A1 akan menentukan banyaknya pembentukan perlit atau bainit, dan menentukan jumlah austenit sisa yang membentuk martensit setelah quench.

Dengan kata lain perkataan proses pembentukan perlit/bainit pada suhu tersebut terhenti pada saat quenching. Garis sebelah kiri menunjukkan saat setelah berapa lama dimulai transformasi dan garis sebelah kanannya adalah akhir transformasi (100%) pada tiap-tiap suhu. Dilihat dari bentuk kurva maka untuk suhu diatas 1000°F, makin rendah suhu pembentukkan phase (perlit) lebih cepat dan dibawah 1000°F sampai dengan ±500°F makin rendah suhu, makin lama untuk pembentukkan phase (disisni terjadi struktur bainite).

Dengan demikian pembentukan martensit bisa terjadi dengan pendinginan cepat dari setiap suhu tertentu bilamana waktu lama pada suhu-suhu tersebut berada disebelah kiri garis kurva kanan. Paling cepat terjadinya transformasi ke phase perlit/bainit adalah pada suhu sekitar 1000°F (merupakan “nose”dari kurva). Makin pendek lamanya baja tersebut dibiarkan pada suhu tertentu, makin besar jumlah austenit dan makin besar pula jumlah martensit yang terbentuk setelah quenching. Dari diagram, cenderung tidaklah mungkin memperoleh martensit dengan membiarkan baja tersebut pada suhu tertentu (konstan) untuk waktu yang sangat lama.

Kembali pada pembicaraan semula, dekomposisi austenit dapat menghasilkan spherodite, perlit, bainit atau martensit, dan mungkin juga diperoleh campuran. Tempering dari struktur martensit juga bisa merubah menjadi spherodite, “tempered martensite” (atau “sorbite) atau martensit dengan “secondary troostite”. Baja dengan struktur martensit mempunyai sifat magnetis dan cocok untuk permanent magnit. Dalam pemakaian teknis baja martensit di-temper untuk memperoleh sifat ductile dan tonghness. Proses temper dipilih menurut keperluan optimasi antara kekuatan (hardness) dan keliatan.

Gambar 2. (a) Rapid Quench, (b) Interupted Quench, (c) Annealing dan (d) Pendinginan yang memungkinkan terbentuknya perlit dan martensit

Pada gambar 2(a) tingkat pendinginan A dan B menunjukkan dua proses pendinginan cepat. Dalam kurva kasus A akan menyebabkan distorsi dan tekanan internal yang lebih tinggi daripada laju pendinginan B. Hasil akhir dari pendingin akan menjadi martensit. Laju pendinginan B juga dikenal sebagai Critical Cooling Rate, yang ditunjukkan oleh kurva pendinginan yang bersinggungan dengan nose dari diagram TTT. Tingkat Pendingin Kritis didefinisikan sebagai tingkat pendinginan terendah yang menghasilkan Martensit 100% dan meminimalkan tekanan internal dan distorsi.

Pada gambar 2(b) proses pendinginan cepat terganggu (garis horizontal) dengan merendam bahan dalam bak garam cair dan perendaman pada suhu konstan diikuti oleh proses pendinginan yang melewati wilayah Bainit dari diagram TTT. Produk akhir adalah bainit, yang tidak sesulit Martensit. Hasil dari laju pendinginan D adalah dimensi lebih stabil, distorsi dan tekanan internal yang diciptakan kurang.

Pada gambar 2(c) pendinginan kurva C menunjukkan proses pendinginan lambat, seperti pendinginan tungku. Contoh untuk jenis proses pendingin anil dimana semua Austenite dapat dirubah menjadi perlit sebagai hasil pendinginan lambat..

Pada gambar 2(d) pendinginan kurva E menunjukkan laju pendinginan yang tidak cukup tinggi untuk menghasilkan 100% martensit. Hal ini dapat diamati dengan melihat diagram TTT. Karena kurva pendinginan E tidak bersinggungan dengan nose diagram transformasi, austenit ditransformasikan ke 50% perlit (E kurva bersinggungan dengan kurva 50%). Sejak kurva E meninggalkan diagram transformasi di zona Martensit, sisa 50% dari Austenite akan diubah menjadi martensit.

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). Dekomposisi dimulai dari nucleus cementit yang nantinya membentuk nodule dari ferit, ini terjadi pada boundary kristal austenit atau pada inclusi. Nucleasasi (pengintian) dan growth (pertumbuhan) dan terjadinya perlit terlihat pada gambar dibawah:

Gambar 3. Dekomposisi dari nucleus sementit menjadi nodule dari ferit

Sedang pada gambar dibawah ini adalah menunjukan arah nucleasasi, growth dan difusi karbon. Nodul perlit terbentuk terdiri dari plat-plat ferit yang diselingi dengan pelat-pelat cementit.

Gambar 4. Arah pertumbuhan nukleasasi dan difusi karbon

Pada suhu lebih rendah waktu untuk pertumbuhan berkurang sehingga pelat-pelat cementit dan perlit menjadi tipis dan memberikan peningkatkan kekerasan. Bertambahnya kekerasan karena suhu dekomposisi austenit yang rendah, sama pada pembentukan bainit. Pada suhu dekomposisi austenit pada daerah “nose” akan menghasilkan campuran perlit dan bainit dalam periode waktu tertentu. Lebih rendah dari suhu ini (dan masih diatas suhu Ms) akan dihasilkan “bainite”. Jadi yang mempengaruhi pembentukan bainite adalah suhu dimana austenit akan dekomposisi isothermis. Pada suhu yang lebih tinggi (pada daerah antara “nose” dan Ms) dibawah nose, akan terbentuk mikrostruktur bainite “feather like” yang disebut “high bainite” atau “upperbainite”. Pada suhu yang lebih rendah akan terbentuk mikrostruktur bainite “needle-like” atau bainite “acicular”, atau disebut “low bainite”. Struktur bainite ini pada umumnya campuran ferit dan carbida yang mengelompok bersama yang terbentuk melalui pengintian perit.

Diagram TTT dari baja paduan biasa mempunyai 2 buah nose yaitu nose untuk pembentukan perlit dan nose untuk pembentukan bainit. Dalam hal ini bias terjadi bainit pada waktu quenching, sedang untuk baja carbon struktur bainite baru terjadi dengan proses isothermis.

Reaksi Martensit

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.

Gambar 5. Diagram TTT dan mikrostruktur pada tiap fase

 

Referensi:

  1. Rismawan, Ricky dkk. 2004. Laporan Presentasi tentang Diagram TTT.
  2. Smallman, R. E and R. J Bishop. 1999. Metalurgi Fisik Mdern dan Rekayasa Material. (http://books.google.co.id/books?id=fwdVwst04C&pg=PA300&dq=definisi+diagram+TTT&hl=id&sa=X&ei=uyFaT9_-N4HWrQfAsvz7Cw&ved=0CDYQ6AEwAQ#v=onepage&q=definisi%20diagram%20TTT&f=false). diakses pada tanggal 10 Maret 2012 pada pukul 23.07 WIB
  3. 2009. Time-Temperature-Transformation (TTT) Diagram (http://bama.ua.edu/~ywei5/spring2009me350/ S09_TTT_Diagram.pdf)  diakses pada tanggal 10 Maret 2012 pada pukul 22.57 WIB