Perubahan Fasa pada Material

Pengembangan satu set karakteristik mekanik yang diinginkan untuk suatu bahan sering kali dihasilkan dari perubahan fase yang dilakukan oleh perlakuan panas. Ketergantungan waktu dan suhu dari beberapa perubahan fase dengan mudah diwakili pada diagram fase yang dimodifikasi. Penting untuk mengetahui bagaimana menggunakan diagram ini untuk merancang perlakuan panas untuk beberapa paduan yang akan menghasilkan sifat mekanik suhu kamar yang diinginkan. Misalnya, kekuatan tarik besi- karbon paduan komposisi eutektoid (0,76 wt% C) dapat bervariasi antara sekitar 700 MPa (100.000 psi) dan 2000 MPa (300.000 psi) tergantung pada perlakuan panas yang digunakan.

Berbagai perubahan fase penting dalam pemrosesan bahan, dan biasanya melibatkan beberapa perubahan struktur mikro. Untuk keperluan pembahasan ini, perubahan ini dibagi menjadi tiga klasifikasi. Dalam satu kelompok adalah perubahan sederhana yang bergantung pada difusi di mana tidak ada perubahan baik jumlah atau komposisi fase yang ada. Ini termasuk pemadatan murni logam, perubahan alotropik, dan rekristalisasi dan pertumbuhan butir.

Kinematika Perubahan Fasa

Dengan perubahan fase, biasanya setidaknya satu fase baru terbentuk yang memiliki perbedaan sifat fisik/kimia dan/atau struktur yang berbeda dari fase induknya. Selain itu, sebagian besar perubahan fase tidak terjadi secara instan. Lebih tepatnya, mereka dimulai dengan pembentukan banyak partikel kecil dari fase baru, yang meningkat dalam ukuran sampai perubahan telah mencapai penyelesaian. Kemajuan suatu perubahan fasa dapat dipecah menjadi dua tahap yang berbeda: nukleasi dan pertumbuhan. Nukleasi melibatkan penampilan partikel yang sangat kecil, atau inti dari fase baru (sering hanya terdiri dari beberapa ratus atom), yang mampu tumbuh. Selama tahap pertumbuhan, inti ini bertambah besar, yang mengakibatkan hilangnya beberapa (atau semua) dari fase induk. Perubahan mencapai penyelesaian jika pertumbuhan dari partikel fase baru ini dibiarkan berjalan sampai fraksi kesetimbangan tercapai.

Nukleasi

Ada dua jenis nukleasi: homogen dan heterogen. Perbedaannya antara mereka dibuat sesuai dengan di mana peristiwa nukleasi terjadi. Untuk tipe homogen, inti dari fase baru terbentuk secara seragam di seluruh induknya fase, sedangkan untuk tipe heterogen, nukleus terbentuk lebih disukai pada struktur ketidakhomogenan, seperti permukaan wadah, pengotor yang tidak larut, batas butir, dan dislokasi.

Pertimbangan Kinetik Perubahan Benda Padat

Laju ketergantungan waktu (yang sering disebut kinetika transformasi) juga merupakan pertimbangan penting, terutama dalam bahan perlakuan panas. Dengan banyak penyelidikan kinetik, fraksi reaksi yang telah terjadi diukur sebagai fungsi waktu sementara suhu dipertahankan konstan. Progres perubahan biasanya dipastikan dengan pemeriksaan mikroskopis atau pengukuran beberapa sifat fisik (seperti konduktivitas listrik) yang besarnya berbeda dari fase baru. Data diplot sebagai fraksi bahan yang dirubah versus logaritma waktu; sebuah Kurva berbentuk S mewakili perilaku kinetik yang khas untuk reaksi benda padat. Tahap nukleasi dan pertumbuhan juga ditunjukkan pada gambar. Suhu memiliki pengaruh besar pada kinetika dan pada laju perubahan.

>> 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 (10^th ed). Amerika Serikat: John Wiley & Sons, Inc.

Author: admin