Diagram Fasa Fe-Fe3C

Diagram besi-karbida besi atau Fe – Fe3C, bahasan tentang ini selalu saya temukan hampir dalam setiap mata kuliah di bidang studi saya. Maklum saja, karena saya kuliah di bidang studi metalurgi dan material yang memang membahas tentang besi, perilakunya, sifat dan lain-lain.

Nah, kali ini, saya mau mencoba berbagi sedikit tentang kuliah saya, sekedar untuk pembelajaran buat saya.

Diagram Fe-Fe3C adalah diagram yang menampilkan hubungan antara temperatur dan kandungan karbon (%C) selama pemanasan lambat. Dari diagram fasa tersebut dapat diperoleh informasi-informasi penting yaitu antara lain :
1. Fasa yang terjadi pada komposisi dan temperatur yang berbeda dengan pendinginan lambat.
2. Temperatur pembekuan dan daerah-daerah pembekuan paduan Fe -C bila dilakukan pendinginan lambat.
3.Temperatur cair dari masing-masing paduan.
4.Batas-batas kelarutan atau batas kesetimbangan dari unsur karbon fasa tertentu.
5.Reaksi-reaksi metalurgis yang terjadi.

***

Besi merupakan salah satu logam yang memiliki sifat allotropi. Sifat allotropi yang dimiliki besi sendiri ada 3, yaitu :
• Delta iron (δ) mampu melarutkan karbon max 0,1% pada 1500° C
• Gamma iron (γ) mampu melarutkan karbon max 2 % pada 1130° C
• Alpha iron (α) mampu melarutkan karbon max 0,025% pada 723° C
Gambar 1. Kurva pendinginan besi murni

Transformasi allotropik yang pada besi, Fe(δ) Æ Fe(γ) Æ Fe(α) terjadi secara difusi
sehingga membutuhkan waktu tertentu pada temperatur konstan Æ karena reaksi
mengeluarkan panas laten.

Diagram Fase Besi – Karbon

Dalam kondisi cair karbon dapat larut dalam besi. Dalam kondisi padat besi dan
karbon dapat membentuk :
• Larutan padat (solid solution)
• Senyawa interstitial (interstitial compound)
• Eutectic mixture : campuran antara austenite (γ) dan cementite (Fe3C)
• Eutectoid mixture : campuran antara ferrite (α) dan cementite (Fe3C)
• Grafit : karbon bebas, tidak membentuk larutan padat ataupun tidak berikatan
membentuk senyawa dengan Fe.

Struktur-struktur yang ada pada diagram fase besi – karbida besi :

• Cementite :
– Interstitial compound
– Karbida besi (Fe3C)
– Keras dang etas
– Kekuatan tarik rendah
– Kekuatan tekan tinggi
– Struktur kristal orthorhombic
– Struktur paling keras pada diagram Fe-Fe3C

• Austenite (γ)
– Interstitial solid solution; larutan padat karbon dalam besi γ
– Struktur kristal FCC (face centered cubic, kubus pemusatan bidang)
– Kelarutan karbon max 2 % pada temperatur 1130 C
– Tensile strength 1050 kg/cm2
– Tangguh
– Biasanya tidak stabil pada temperatur kamar

• Ledeburite
– eutectic mixture (γ+Fe3C)
– Campuran terdiri dari austenite dan cementite
– Mengandung 4,3 % berat karbon
– Terbentuk pada temperatur 1130 C (2065 F)

• Ferrite (α)
– Interstitial solid solution
– Larutan padat karbon dalam besi α
– Pada temperatur 723 C, batas kelarutan karbon 0,025 %
– Pada temperatur kamar, batas kelarutan karbon 0,008 %
– Pada temperatur 1492 C, batas kelarutan karbon 0,1 %
– Tensile strength rendah
– Keuletan tinggi
– Kekerasan < 90 HRB
– Struktur paling lunak pada diagram Fe-Fe3C

• Pearlite
– Eeutectoid mixture dari ferrite dan cementite (α+Fe3C)
– Terjadi pada temperatur 723 C
– Mengandung 0,8 % karbon


Garis-garis penting dalam diagram Fe-Fe3C
1. Upper critical temperature (temperatur kritis atas), A3 : temperatur perubahan
allotropi
2. Lower critical temperature (temperatur kritis bawah), A1 : temperatur reaksi
eutectoid
3. Solvus line Acm : menunjukkan bats kelarutan karbon dalam austenite

Gambar 2. Diagram kesetimbangan Fe-Fe3C

Diagram fasa Fe – Fe3C

Reaksi-reaksi yang terjadi pada diagram Fe – Fe3C
• Reaksi Peritectic pada temperatur :
S + L ↔ S1
δ + L ↔ γ

• Reaksi Eutectic pada temperatur 1130 C :
L ↔ S1 + S2
L ↔ γ + Fe3C (ledeburite)

• Reaksi Eutectoid pada temperatur 723 C :
S ↔ S1 + S2
γ ↔ α + Fe3C (pearlite)


Referensi :
-Ilmu Logam I oleh Wahid Suherman
-mantantukanginsinyur.blogspot.com