Phase Transformation in Steel

download Phase Transformation in Steel

of 31

  • date post

    25-Oct-2015
  • Category

    Documents

  • view

    51
  • download

    3

Embed Size (px)

Transcript of Phase Transformation in Steel

Phase Transformation in Steel

Nama Kelompok :Fachmi Yuni Arista (2109100098)Esthi Kusumadewayanti (2110100047)Faisal Febrianto (2110100140)Dewa Prasetya Kusuma (2112105011)Phase Transformation in SteelTransformasi FaseTransformasi fase bertujuan untuk merubah Mikrostruktur sehingga memperbaiki sifat mekaniknya

Kinetics of Phase TransformationPhase transformations perubahan dari jumlah atau sifat fase.Simple diffusion-dependentTidak ada perubahan dari persentase faseTidak ada perubahan dari komposisiContoh: solidification of a pure metal, allotropic transformation, recrystallization, grain growthMore complicated diffusion-dependentAda perubahan dari persentase faseAda perubahan dari komposisiContoh: reaksi eutektoidDiffusionlessContoh: metastable phase ( perubahan kecil dari atom dalam struktur) - martensite

3Transformasi fase melibatkan:Nucleation pembentukan partikel kecil (nuclei) dari fase baru (sering terbentuk pada batas butir).Growth pertumbuhan dari fase baru.

Transformasi fase melibatkan pemanasan dan pendinginan.Selama pemanasan, transformasi terjadi pada temperatur yang sangat tinggi (hingga temperatur austenit): superheating.Selama pendinginan, akan terjadi proses solidifikasi (nukleasi). Proses ini terjadi di bawah temperatur ekuilibrium. Fenomena ini dinamakan supercooling.The driving force to nucleate increases as T increasesSmall supercooling slow nucleation rate - few nuclei - large crystalsLarge supercooling rapid nucleation rate - many nuclei - small crystals

Rate is a result of nucleation and growth of crystals. Examples:

Nucleation and Growth

c11f01LiquidTransformasi fase terjadi ketika perubahan energi bebas DG (sebuah fungsi dari energi internal dan entalpi dari sistem) bernilai negatif.Inti dari fase solid diasumsikan memiliki bentuk spherical yang memiliki radius r.Energi bebas dipengaruhi oleh volume free energy( DGV) dan surface free energy (DGS). Perubahan dari satu fase ke fase lain membutuhkan waktu.DG = DGS + DGV Feg(Austenite)Eutectoid transformationCFCCFe3C(cementite)a (ferrite)+(BCC)

r* = critical nucleus: for r < r* nuclei shrink; for r >r* nuclei grow (to reduce energy) Homogeneous Nucleation & Energy EffectsDGT = Total Free Energy = DGS + DGV Surface Free Energy- tidak menstabilkan inti (menyerap energi utk membentuk interface)

g = surface tensionVolume (Bulk) Free Energy Menstabilkan inti (melepas energi)

8Solidification

Note: Hf and are weakly dependent on T r* decreases as T increasesFor typical T r* ~ 10 nmHf = latent heat of solidification (fusion)Tm = melting temperatureg = surface free energyDT = Tm - T = supercoolingr* = critical radius9In general, rate increases as T r = 1/t0.5 = A e -Q/RT

R = gas constantT = temperature (K)A = preexponential rate factorQ = activation energyr is often small so equilibrium is not possible.Arrhenius expressionAdapted from Fig. 10.11, Callister 7e. (Fig. 10.11 adapted from B.F. Decker and D. Harker, "Recrystallization in Rolled Copper", Trans AIME, 188, 1950, p. 888.)

135C119C113C102C88C43C110102104Temperature Dependence of Transformation Rate10

c11f13Isothermal Transformation Diagrams2 kurva solid diplotkan:Kurva pertama mewakili waktu yang dibutuhkan untuk memulai transformasi.Kurva kedua mewakili transformasi.Garis putus-putus mewakili 50% transformasi.

Transformasi dari austenite ke pearlite terjadi ketika paduan didinginkan di bawah temperatur eutektoid (727C).Waktu yang dibutuhkan untuk transformasi lengkap bergantung pada temperatur.

c11f14 paduan besi-karbon pada eutektoid; komposisi, Co = 0.76 wt% C dipanaskan hingga T > 727C didinginkan dengan cepat 625C dan ditahan secara isotermal.Isothermal Transformation DiagramAustenite-to-PearliteContinuous Cooling Transformation Diagram

0.8% CTransformasi baja sangat erat kaitannya dengan perubahan dari austenit

Tranformasi BajaTransformasi baja merupakan peristiwa yang menceritakan transformasi dari baja meliputi perubahan struktur mikro dan sifat mekanik.Proses transformasi baja sendiri erat kaitannya dengan transformasi Austenit menjadi produk lain seperti Pearlite, Bainite, dan Martensit.

Faktor yang BerpengaruhTemperaturWaktuPersentase CarbonSusunan Paduan (vanadium, tungsten, molybdenum, chrom, mangan, silikon dan nikel)Ukuran butiran austenitKemampuan menggeser kurva ke kanan semakin kuatIsothermal Transformation Diagram

Paduan besi-karbon dengan komposisi eutektoid.

A: AustenitP: PearlitB: BainitM: MartensitTransformasi austenit pada temperatur konstan setiap komposisi kimia suatu baja

Continuous Cooling Rate Semakin lambat pendinginan semakin besar butiranSemakin cepat pendinginan semakin kecil butiran

CCT DiagramDiagram transformasi austenit pada pendinginan kontinu.Garis-garis transformasi bergeser ke kanan bawahhidung bergeser ke kanan bawahUntuk eutektoid tidak terbenttuk bainit karena terhalang hidung diagramUntuk baja paduan terbentuk lutut (knee) di bawah hidungMs dan Mf bergeser ke bawahCCR IT diagram > CCR CCT diagram

Transformasi Austenit PearlitAustenit (di atas A1 temperatur austenit stabil)Didinginkan cepat hingga T>0.1%.Bainit bertransformasi menjadi ferrit dan sementit dengan waktu dan temperatur yang cukup (semi-stabil di bawah150C).

10partikel Fe3C pada matriks a-ferrit. bergantung difusi bainit atau pearlit yang dipanaskan pada temperatur di bawah eutektoid untuk waktu yang lama. driving force pengurangan daerah antarmuka dari a-ferrite/Fe3C.Spheroidit: Hasil Transformasi Non-Ekuilibrium

c11f20Perlit bertransformasi menjadi spheroidite fase tunggal struktur kristal body centered tetragonal (BCT) BCT if C0 > 0.15 wt% C tidak terjadi difusi BCT bidang slip sedikit keras dan getas% transformasi bergantung pada temperatur dari pendinginan cepat

Pembentukan Martensit Isothermal Transformation Diagram10103105time (s)10-1400600800T(C)Austenit (stabil)200PBTE0%100%50%AAM + AM + AM + A0%50%90%Martensite needlesAustenite

29

Pengaruh %C terhadap kekerasan setelah pembentukan martensitPengaruh %C terhadap austenit sisa setelah pembentukan martensitPengaruh %C terhadap Ms dan Mf setelah pembentukan martensit

Sifat Mekanik