Kutip nilai koefisien difusi untuk interdifusi karbon pada kedua besi-$\alpha$ (BCC) dan besi-$\gamma$ (FCC) pada suhu $900^\circ \text{C}$. Mana yang lebih besar? Jelaskan mengapa hal ini terjadi.
Perhitungan Teoritis
Kita identifikasi data yang diperlukan
- Koefisien Difusi pada Fase $\alpha$ $(D_{0,\alpha})$: $1,1 \times 10^{-6} \text{ m}^2/\text{s}$
- Koefisien Difusi pada Fase $\gamma$ $(D_{0,\gamma})$: $2,3 \times 10^{-5} \text{ m}^2/\text{s}$
- Energi Aktivasi Difusi pada Fase $\alpha$ $(Q_{d,\alpha})$: $87400 \text{ J/mol}$
- Energi Aktivasi Difusi pada Fase $\gamma$ $(Q_{d,\gamma})$: $148000 \text{ J/mol}$
Kita hitung difusi pada fase $\alpha$
$$D_{\alpha} = D_{0,\alpha} \exp \left(\frac{Q_{d,\alpha}}{RT} \right)$$
$$D_{\alpha} = 1,1 \times 10^{-6} \exp \left(-\frac{87400}{8,314 \cdot 1173} \right)$$
$$D_{\alpha} = 1,1 \times 10^{-6} \exp \left(-\frac{87400}{9752,322} \right)$$
$$D_{\alpha} = 1,1 \times 10^{-6} \exp (-8,961968)$$
$$D_{\alpha} = 1,1 \times 10^{-6} \cdot 1,282 \times 10^{-4}$$
$$D_{\alpha} = 1,410 \times 10^{-10} \text{ m}^2/\text{s}$$
Kita hitung difusi pada fase $\gamma$
$$D_{\gamma} = D_{0,\gamma} \exp \left(\frac{Q_{d,\gamma}}{RT} \right)$$
$$D_{\gamma} = 2,3 \times 10^{-5} \exp \left(-\frac{148000}{8,314 \cdot 1173} \right)$$
$$D_{\gamma} = 2,3 \times 10^{-5} \exp \left(-\frac{148000}{9752,322} \right)$$
$$D_{\gamma} = 2,3 \times 10^{-5} \exp (-15,175872)$$
$$D_{\gamma} = 2,3 \times 10^{-5} \cdot 2,565 \times 10^{-7}$$
$$D_{\alpha} = 5,899 \times 10^{-12} \text{ m}^2/\text{s}$$
Koefisien difusi karbon dalam besi-$\alpha$ (BCC) lebih besar (sekitar 41 kali lipat) dibandingkan dalam besi-$\gamma$ (FCC).
Alasan Penyebab
Faktor Penataan Atom (Atomic Packing Factor):
- Struktur BCC bersifat lebih terbuka dengan atomic packing factor (APF) sebesar 0,68, sedangkan struktur FCC lebih rapat dengan APF sebesar 0,74.
- Karakteristik struktur BCC yang lebih longgar memberikan ruang interstisial yang memfasilitasi pergerakan atom karbon dengan merintangi atau menghalangi atom lebih sedikit.
Energi Aktivasi ($Q_d$):
- Karena kisi FCC lebih rapat, energi yang dibutuhkan atom karbon untuk meloncat antar-situs interstisial ($Q_d = 148.000\text{ J/mol}$) jauh lebih tinggi dibandingkan pada kisi BCC ($Q_d = 87.400\text{ J/mol}$).
- Semakin rendah energi aktivasi, semakin mudah dan cepat proses difusi berlangsung.
