Diagram fasa menunjukkan hubungan antara komposisi, temperatur, dan fasa yang terbentuk pada suatu paduan logam. Diagram ini berguna untuk memprediksi sifat dan perubahan fasa pada suatu paduan dengan variasi komposisi dan temperatur. Terdapat beberapa jenis diagram fasa berdasarkan kelarutan logam dalam keadaan cair dan padat.

1. Diagram Fasa/diagram kesetimbangan fasa
(Equilibrium phase diagram)
Pada umumnya logam tidak berdiri sendiri atau keadaan murni,
tetapi lebih banyak dalam keadaan dipadu atau logam paduan
dengan kandungan unsur-unsur tertentu sehingga struktur yang
terdapat dalam keadaan setimbang pada temperatur dan tekanan
tertentu akan berlainan.
Kombinasi dua unsur atau lebih yang membentuk paduan logam
akan menghasilkan sifat yang berbeda dari logam asalnya.
Tujuan pemaduan = untuk memperbaiki sifat logam
Sifat yang diperbaiki adalah kekuatan, keuletan, kekerasan,
ketahanan korosi, ketahanan aus, ketahanan lelah, dll.
1

2. Fasa pada suatu material didasarkan atas daerah yang berbeda
dalam struktur atau komposisi dari daerah lainnya.
Fasa = bagian homogen dari suatu sistem yang memiliki sifat fisik
dan kimia yang seragam.
Untuk mempelajari paduan dibuatlah kurva yang menghubungkan
antara fasa, komposisi dan temperatur.
Diagram fasa adalah suatu grafik yang merupakan representasi
tentang fasa-fasa yang ada dalam suatu material pada variasi
temperatur, tekanan dan komposisi.
Pada umumnya diagram fasa dibangun pada keadaan
kesetimbangan (kondisinya adalah pendinginan yang sangat
lambat). Diagram ini dipakai untuk mengetahui dan memprediksi
banyak aspek terhadap sifat material.
2

3. Informasi penting yang dapat diperoleh dari diagram fasa adalah:
1. Memperlihatkan
fasa-fasa
yang
terjadi
pada
perbedaan
komposisi dan temperatur dibawah kondisi pendinginan yang
sangat lambat.
2. Mengindikasikan kesetimbangan kelarutan padat satu unsur atau
senyawa pada unsur lain.
3. Mengindikasikan pengaruh temperatur dimana suatu paduan
dibawah kondisi kesetimbangan mulai membeku dan pada
rentang temperatur tertentu pembekuan terjadi.
4. Mengindikasikan temperatur dimana perbedaan fasa-fasa
mulai
mencair.
Jenis pemaduan:
1. Unsur logam + unsur logam
Contoh: Cu + Zn; Cu + Al; Cu + Sn.
3

4. Contoh-contoh pemaduan:
Alcohol
Water
Oil
Water
Solution
Sugar
Saturated Syrup
Water
Excess Sugar
4
Next

5. Pemaduan terjadi akibat adanya
susunan atom sejenis ataupun ada
distribusi atom yang lain pada
susunan atom lainnya.
Jika ditinjau dari posisi atom-atom
yang larut, diperoleh dua jenis
larutan padat:
Cu
Ni
1. Larutan padat substitusi
Adanya atom-atom terlarut yang
menempati kedudukan atom-atom
pelarut.
Fe
C
2. Larutan padat interstisi
Adanya atom-atom terlarut yang
menempati rongga-rongga diantara
kedudukan atom/sela antara.
5

6. Untuk mengetahui kelarutan padat suatu unsur dalam unsur lainnya,
Hume-Rothery mensyaratkan sebagai berikut:
1. Yang mempengaruhi terbentuknya jenis kelarutan ditentukan
oleh faktor geometri (diameter atom dan bentuk sel satuan).
Jenis kelarutan:
•A + B
C (sel satuan sama)
(kelarutan yang tersusun disebut kelarutan sempurna)
Dimana sifat C ≠ sifat A atau B
•Jika A dan B memiliki sel satuan yang berbeda
a. A + B
A’ (dimana A yang dominan)
B’ (dimana B dominan)
kelarutan yang tersusun disebut larut sebagian
b. A + B
A + B (tidak larut)
6

7. 2. Larut padat
diameter
atom.
substitusi/interstisi
ditentukan
oleh
faktor
Jika perbedaan diameter atom yang larut dibandingkan atom pelarut
lebih kecil dari 15%, maka kelarutan yang terjadi adalah larutan
padat substitusi.
Jika perbedaan diameter atom yang larut dibandingkan atom pelarut
lebih besar dari 15%, maka kelarutan yang terjadi adalah larutan
padat interstisi.
3. Suatu hasil percampuran harus stabil
Stabilitas dari paduan dijamin oleh keelektronegatifan dan
keelektropositifan, makin besar perbedaan keelektronegatifan dan
keelektropositifan
makin stabil, tetapi kalau terlalu besar
perbedaannya yang terjadi bukan larutan melainkan senyawa
(compound)
7

8. Pembentukan diagram fasa
Hubungan
antara
temperatur,
komposisi diplot untuk mengetahui
perubahan fasa yang terjadi.
Konstruksi
fasa
pembentukan
Dengan memvariasikan komposisi dari
kedua unsur (0÷100%) dan kemudian
dipanaskan hingga mencair setelah itu
didinginkan dengan lambat (diukur
oleh dilatometer/kalorimeter), maka
akan diperoleh kurva pendinginan
(gambar a.). Perubahan komposisi
akan merubah pola dari kurva
pendinginan, titik-titik A, L1, L2, L3
dan C merupakan awal terjadinya
pembekuan dan B, S1, S2, S3 dan D
merupakan akhir pembekuan. Gambar
b. diagram kesetimbangan fasa Cu-Ni.
8
diagram

9. Garis liquidus = menunjukkan temperatur terendah dimana logam
dalam keadaan cair atau temperatur dimana awal terjadinya
pembekuan dari kondisi cair akibat proses pendinginan.
Garis solidus = menunjukkan temperatur tertinggi suatu logam
dalam keadaan padat atau temperatur terendah dimana masih terdapat
fasa cair.
9

10. Selain garis-garis tersebut titik-titik kritis dari keadaan cair dan
padat, juga menyatakan batas kelarutan maksimum unsur terlarut
didalam pelarutnya (maximum solubility limit).
The solubility of sugar (C12H22O11) in a sugar-water syrup.
10

11. The Solubility Limit
solubility limit at 20°C?
80
60
40
Pure
Water
If Co < 65wt% sugar:
If Co > 65wt% sugar:
L
(liquid solution
i.e., syrup)
20
0
Answer: 65wt% sugar
Solubility
Limit
L
(liquid)
+
S
(solid
sugar)
20
40
6065 80
100
Co=Composition (wt% sugar)
Pure
Sugar
Question: What is the
100
Temperature (°C)
• Example:
Phase Diagram of WaterSugar System
syrup
syrup + sugar
• Solubility limit increases with T:
e.g., if T = 100°C, solubility limit = 80wt% sugar
11

12. Effect of Temperature and Composition
• Changing T can change number of phases: path A to B
• Changing Co can change number of phases: path B to D
B(100,70) D(100,90)
1 phase
• watersugar
system
Temperature (°C)
100
L
80
60
40
20
0
0
2 phases
(liquid)
L
(liquid solution
i.e., syrup)
+
S
(solid
sugar)
A(70,20)
2 phases
20
40
60 70 80
100
Co=Composition (wt% sugar)
12

13. Cooling Curve for Pure Metal
(a)
FIG. 3-50 (1) Heat pure metal to point Ta; (2) cooling of liquid metal a – b; (3) at
point b, pure metal starts to precipitate out of solution; (4) point c, pure metal
completely solid; curve from b to c straight horizontal line showing constant
temperature Tb-c because thermal energy absorbed in change from liquid to solid; (5)
13
more cooling of solid pure metal from c to d and temperature begins to fall again.

14. Cooling Curve for Pure Iron
(b)
FIG. 3-50 (b) Cooling curve for pure iron.
14

15. Allotropic Forms of Iron
FIG. 3-54 Allotropic forms of iron (three phases: bcc, fcc, bcc)
15

16. Cooling Curve for a Metal Alloy
(c)
FIG. 3-50 (c) Cooling curve for a metal alloy: (1) The alloy A-B heated to point a
(liquid phase, with both metals soluble in each other); (2) cooling of alloy in liquid
phase; (3) point b, solidification begins; (4) point c, solidification complete; sloped
b – c due to changing from liquid to solid over the temperature range Tb to Tc
because components A and B have different melting/cooling temperatures; (5)
further cooling from c to d of solid-state metal alloy.
16

17. Klasifikasi Diagram Kesetimbangan Fasa
1. Larut sempurna dalam keadaan cair dan padat.
2. Larut sempurna dalam keadaan cair, tidak larut dalam keadaan
padat (reaksi eutektik).
3. Larut sempurna dalam keadaan cair, larut sebagian dalam keadaan
padat (reaksi eutektik).
4. Larut sempurna dalam keadaan cair, larut sebagian dalam keadaan
padat (reaksi peritektik).
5. Larut sempurna dalam keadaan cair, tidak larut dalam keadaan
padat dan membentuk senyawa.
6. Larut sebagian dalam keadaan cair (reaksi monotektik).
7. Tidak larut dalam keadaan cair maupun padat.
17

18. 1. Larut sempurna dalam keadaan cair dan padat
Biasa disebut binary isomorphous alloy systems, kedua unsur
yang dipadukan larut sempurna dalam keadaan cair maupun padat.
Pada sistem ini hanya ada satu struktur kristal yang berlaku untuk
semua komposisi, syarat yang berlaku adalah:
a. Struktur kristal kedua unsur harus sama.
b. Perbedaan ukuran atom kedua unsur tidak boleh lebih dari 15%.
c. Unsur-unsur tidak boleh membentuk senyawa.
d. Unsur-unsur harus mempunyai valensi yang sama.
Contoh klasik untuk jenis diagram fasa ini adalah diagram fasa
Cu-Ni.
18

19. T(°C)
1600
1500
L (liquid)
1400
us
uid α
liq + s
L lid u
so
1300
α
(FCC solid
solution)
1200
1100
1000
0
20
40
60
80
• 2 phases:
– L (liquid)
• 2 phases:
– α (FCC solid solution)
L (liquid)
• 2 lines (phase boundaries):
α(FCC solid solution)
– The liquidus line (L/L+α)
– The solidus line (α/L+α)
• 3 phase fields:
L
• 3 phase fields:
L
– L+α
– L+α
α
– α
100
wt% Ni
19

20. Rules of Determining Number & Types of Phases
(The lever arm rule/Aturan kaidah lengan)
• aturan 1: jika diketahui T dan Co (komposisi), maka
– akan diketahui jumlah dan jenis fasa
1600
1500
• contoh:
A (1100°C, 60wt% Ni):
1 phase: α
B (1250°C, 35wt% Ni):
2 phases: L + α
L (liquid)
B(1250,35)
Lihat gambar disamping
T(°C)
1400
1300
+α α
L
1200
1100
1000
0
s
idu
u
s
liq
du
i
ol
s
(FCC solid
solution)
A(1100,60)
20
40
60
80
20
100
wt% Ni

21. Aturan kaidah lengan/the lever arm rule
Untuk menghitung persentase
fasa-fasa yang ada pada komposisi
tertentu, digunakan metoda kaidah
lengan.
x adalah komposisi paduan yang
akan dihitung persentase fasafasanya pada temperatur T, maka
tarik garis yang memotong batas
kelarutannya (garis L-S).
Jika x = wo; L = wl dan S = ws
maka % fasa cair dan padat :
ws − wo
L=
x100%
ws − wl
wo − wl
S=
x100%
ws − wl
21

22. • aturan 2: jika diketahui T dan Co, maka
– akan diketahui komposisi dari fasa T(°C)
1600
L (liquid)
B(1250,35)
1500
1400
• contoh: C0 = 35 wt%Ni
At TA:
Only Liquid (L)
CL = C0 = 35 wt%Ni
At TD:
Only Solid (α)
Cα = C0 = 35 wt%Ni
At TB:
Both α and L
CL = CLiquidus = 32 wt%Ni
Cα = CSolidus = 43 wt%Ni
1300
+α α
L
1200
1100
T(°C)
TA
1300
TD
20
(FCC solid
solution)
A(1100,60)
1000
0
20
40
A
L (liquid)
60
80
100
wt% Ni
tie line dus
i
liqu
B
TB
1200
us
uid s
liq
u
lid
so
L
+α
+αs
L
D
α
(solid)
idu
sol
30 35 4043
32
CLCo
22
50
Cα wt% Ni

23. wl (32%)
wo(35%)
43 − 35
L=
x100%
43 − 32
L = 72,7%
ws(43%)
35 − 32
S=
x100%
43 − 32
S = 27,3%
Contoh lain: pada wo= 53% Ni
23

24. % fasa cair dan padat:
wl (45%)
58 − 53
L=
x100%
58 − 45
L = 38%
wo(53%)
ws(58%)
53 − 45
S=
x100%
58 − 45
S = 62%
24

25. Example: Determine the phase(s) that are present
and the composition of the phase(s)
For the alloys listed below:
60 wt% Ni-40 wt% Cu at 1100°C
35 wt% Ni-65 wt% Cu at 1250°C
(1)
Phase(s) that are present
(2)
The composition of each phase
25

26. (1) Determine the
phase(s) that are
present
60 wt% Ni-40 wt
% Cu at 1100°C
Point A:
(L)
α
α phase
26

27. (2) Determine the
composition of each
phase
60 wt% Ni-40 wt% Cu
at 1100°C (Point A):
α
α
Cα = C0 = 60 wt% Ni
27

28. (1) Determine the
phase(s) that are
present
35 wt% Ni-65 wt%
Cu at 1250°C
(L)
α
Point B
α + L phases
28

29. (2) Determine the
composition of each
phase
35 wt% Ni-65 wt%
Cu at 1250°C (Point
B):
α +L
α
29

30. Tie Line
(2) Determine the
composition of each
phase
31.5
35
42.5
CL C0
Cα
Composition (wt% Ni)
• 35 wt% Ni-65 wt% Cu at 1250°C (Point B): in two phase (α + L) region
Draw a tie line
Composition of a: intersection L/α+L — Cα = 42.5wt% Ni
Composition of L: intersection α/α+L — CL = 31.5 wt% Ni
30

31. Equilibrium Cooling in a Cu-Ni Binary System
• Consider
Co = 35wt%Ni
• Upon cooling
–L
35wt% → 32wt% →
24wt%
–α
46wt% → 43wt% →
36wt%
T(°C) L (liquid)
1300
L: 35wt%Ni
α: 46wt%Ni
Sufficiently slow
cooling rate gives
enough time for
composition
readjustments
35
B
C
46
43
D36
24
– Equilibrium cooling
+α
L
A
32
1200
L: 35wt%Ni
+α
L
L: 32wt%Ni
α: 43wt%Ni
E
L: 24wt%Ni
α: 36wt%Ni
α
(solid)
1100
20
30
35
Co
40
50
wt% Ni
31