Konsep Dasar Diagram Fase Dua Komponen (Binary)

Jika lebih dari dua komponen hadir, diagram fase menjadi sangat rumit dan sulit untuk diwakili. Penjelasan tentang prinsip-prinsip yang mengatur dan interpretasi diagram fase dapat ditunjukkan menggunakan paduan biner meskipun sebagian besar paduan mengandung lebih dari dua komponen.

Diagram fase biner adalah peta yang mewakili hubungan antara suhu dan komposisi dan jumlah fase pada kesetimbangan, yang mempengaruhi struktur mikro dari sebuah paduan. Banyak struktur mikro berkembang dari fase transformasi, perubahan yang terjadi ketika suhu diubah (biasanya setelah pendinginan). Hal ini melibatkan transisi dari satu fase ke fase lain atau munculnya atau lenyapnya dari sebuah fase. Diagram fase biner sangat membantu dalam memprediksi transformasi fase dan struktur mikro yang dihasilkan, yang mungkin memiliki keseimbangan atau nonequilibrium.

Sistem Isomorf Biner

Jenis diagram fase biner yang paling mudah untuk dipahami dan diinterpretasikan adalah sistem tembaga-nikel. Suhu diplot sepanjang ordinat, dan absis mewakili komposisi paduan, dalam persen berat nikel. Komposisi berkisar dari 0 wt% Ni (100 wt% Cu) pada ekstrim horizontal paling kiri hingga 100 wt% Ni (0 wt% Cu) di sebelah kanan. Tiga medan fase berbeda , atau medan, muncul pada diagram: medan alfa (𝛼), medan cair (L), dan medan 𝛼 + L dua fase. Setiap wilayah ditentukan oleh fase atau fase-fase yang ada pada rentang suhu dan komposisi yang digambarkan oleh batas fase garis.

Cairan L adalah larutan cair homogen yang terdiri dari tembaga dan nikel. Fasa adalah larutan padat substitusi yang terdiri dari atom Cu dan Ni dan memiliki struktur kristal FCC. Pada suhu di bawah sekitar 1080°C, tembaga dan nikel saling larut satu sama lain dalam keadaan padat untuk semua komposisi. Kelarutan dijelaskan oleh fakta bahwa baik Cu dan Ni memiliki struktur kristal yang sama (FCC), jari-jari atom dan elektronegativitas yang hampir identik, dan valensi yang serupa. Sistem tembaga-nikel disebut isomorf karena terdiri dari kelarutan cair dan padat dari dua komponen.

Beberapa komentar berurutan mengenai nomenklatur: Pertama, untuk paduan logam, padat larutan biasanya ditulis dengan huruf kecil Yunani (𝛼, 𝛽, 𝛾, dll). Sehubungan dengan ke batas fase, garis yang memisahkan bidang fase L dan 𝛼 + L disebut garis cairan; fase cair hadir pada semua suhu dan komposisi di atas garis ini. Garis cairan terletak di antara 𝛼 dan 𝛼 + L, di bawah yang hanya ada fase padat.

(a) Diagram fase tembaga-nikel. (b) Sebagian dari diagram fase tembaga-nikel yang komposisi dan jumlah fase ditentukan pada titik B.

Interpretasi Diagram Fase

Kehadiran Fase

Pembentukan fase-fase yang hadir relatif sederhana. Kita hanya menempatkan titik suhu–komposisi pada diagram dan catat fase yang dilaluinya di bidang fase yang diberi label. Misalnya, paduan komposisi 60 wt% Ni–40 wt% Cu pada 1100 °C akan ditempatkan di titik A; karena ini di dalam wilayah, hanya fase tunggal yang akan ada. Namun, paduan Cu 35% berat Ni–65% berat pada 1250 °C (titik B) terdiri dari fase dan fase cair pada kesetimbangan.

Penentuan Komposisi Fase

Langkah pertama dalam penentuan komposisi fasa (dalam hal konsentrasi komponen) adalah untuk menemukan titik suhu-komposisi pada diagram fase. Metode yang berbeda digunakan untuk daerah fase tunggal dan dua fase. Jika hanya satu fase adalah sekarang, prosedurnya sepele: Komposisi fase ini sama dengan itu komposisi keseluruhan paduan. Misalnya, pertimbangkan 60 wt% Ni–40 wt% Cu paduan pada 1100 °C (titik A, . Pada komposisi dan suhu ini, hanya fase hadir, memiliki komposisi 60 wt% Ni–40 wt% Cu.

Untuk paduan yang memiliki komposisi dan suhu yang terletak di daerah dua fase, situasinya lebih rumit. Di semua daerah dua fase (dan di daerah dua fase) saja), orang dapat membayangkan serangkaian garis horizontal, satu di setiap suhu; setiap ini dikenal sebagai garis ikatan, atau kadang-kadang sebagai isoterm. Garis ikatan ini memanjang di daerah dua fase dan berakhir pada garis batas fase di kedua sisi. Untuk menghitung konsentrasi kesetimbangan dari dua fase, yaitu dengan cara:

  • Garis dasi dibangun melintasi wilayah dua fase pada suhu paduan.
  • Perpotongan garis ikat dan batas fasa di kedua sisi dicatat.
  • Tegak lurus dijatuhkan dari persimpangan ini ke komposisi horizontal sumbu, dari mana komposisi masing-masing fase dibaca.

>> KLIK DI SINI UNTUK MEMBACA ARTIKEL SEPUTAR MATERIAL TEKNIK LAINNYA!

Kontributor: Daris Arsyada

By Caesar Wiratama

Sumber:

Callister, William D. Jr, dan Rethwisch, David G. 2018. Materials Science and Engineering An Introduction (10th ed). Amerika Serikat: John Wiley & Sons, Inc.

Subscribe
Notify of
guest
0 Comments
Inline Feedbacks
View all comments