Diagram Fasa Fe-Fe3C

Diagram Fe-Fe3C yaitu diagram yang menampilkan hubungan antara temperatur dan kandungan karbon (%C) selama pemanasan lambat. Dari diagram fasa tersebut dapat diperoleh hasil yaitu berupa 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)