material technology 1: chapter 4

CHAPTER 4:CHAPTER 4:PLAIN CARBON PLAIN CARBON

STEELSTEEL

© Mechanical Engineering Department© Mechanical Engineering Department

JF302 – MATERIAL TECHNOLOGY 1CHAPTER 4: PLAIN CARBON STEEL

Allotropy of MetalAllotropy of Metal1

Phase Diagram Iron-CarbonPhase Diagram Iron-Carbon2

Plain Carbon SteelPlain Carbon Steel3

Effect of Other ElementsEffect of Other Elements4

Classification and Uses of Classification and Uses of Plain Carbon SteelPlain Carbon Steel

5

The Limits of Plain CarbonThe Limits of Plain CarbonSteelSteel

6

• Besi dan karbon menunjukkan sifat kelarutan Besi dan karbon menunjukkan sifat kelarutan yang lengkap dalam keadaan cecair tetapi yang lengkap dalam keadaan cecair tetapi terhad dalam keadaan pepejalterhad dalam keadaan pepejal

• allotropi ialah bahan yang boleh berubah dalam allotropi ialah bahan yang boleh berubah dalam beberapa bentuk hablur yang berlainan pada beberapa bentuk hablur yang berlainan pada suhu-suhu tertentusuhu-suhu tertentu


• 910910ooC, hablurnya adalah C, hablurnya adalah kiub berpusat jasad (b.c.c) kiub berpusat jasad (b.c.c) {besi alfa( {besi alfa( -Fe)} -Fe)}

• 910910ooC-1400C-1400ooC, hablurnya C, hablurnya adalah berkiub berpusat adalah berkiub berpusat muka (f.c.c){besi-gamma muka (f.c.c){besi-gamma (( -Fe)} -Fe)}

• 14001400ooC-1537C-1537ooC, hablurnya C, hablurnya adalah kiub berpusat adalah kiub berpusat jasad (b.c.c){ besi delta (jasad (b.c.c){ besi delta ( -Fe)}-Fe)}


Perubahan Dimensi Besi Tulin Berbanding Dengan Suhu

• Perubahan struktur hablur dalam keadaan Perubahan struktur hablur dalam keadaan pepejal adalah berkait rapat dengan pepejal adalah berkait rapat dengan pembebasan haba semasa besi disejukkan pembebasan haba semasa besi disejukkan daripada takat bekudaripada takat beku

• Titik di mana perubahan hablur ini berlaku Titik di mana perubahan hablur ini berlaku dikenali sebagai titik-titik kritikaldikenali sebagai titik-titik kritikal

• Atom-atom pada kekisi FCC adalah lebih padat Atom-atom pada kekisi FCC adalah lebih padat berbanding bentuk BCCberbanding bentuk BCC


• Semasa pemanasan besi-Semasa pemanasan besi- ke besi- ke besi-, pengecutan , pengecutan berlakuberlaku

• Semasa pemanasan besi-Semasa pemanasan besi- ke besi- ke besi-, pengembangan , pengembangan berlakuberlaku

• Kesemua perubahan ini berlaku pada titik-titik kritikalKesemua perubahan ini berlaku pada titik-titik kritikal• Suhu-suhu kritikal berubah semasa proses pemanasan Suhu-suhu kritikal berubah semasa proses pemanasan

dan penyejukandan penyejukan• Pada suhu 723Pada suhu 723C, besi tulin hilang kemagnetannyaC, besi tulin hilang kemagnetannya• Penambahan karbon dalam besi boleh mengurangkan Penambahan karbon dalam besi boleh mengurangkan

takat beku logam dan mengubah suhu perubahan (suhu takat beku logam dan mengubah suhu perubahan (suhu kritikal) struktur hablurkritikal) struktur hablur



Besi AlfaBesi Alfa(α – Fe)(α – Fe)

Besi GammaBesi Gamma(γ – Fe)(γ – Fe)

Besi DeltaBesi Delta(δ – Fe)(δ – Fe)

suhusuhu 910ºC 910ºC - 1400ºC 1400ºC-1537ºChablurhablur BCC FCC BCC

kelarutan kelarutan karbonkarbon

Kelarutan maksima :

0.03%Suhu : 723ºC

Kelarutan maksima : 1.7%Suhu : 1130ºc

Kelarutan maksima :

0.07%Suhu : 1490ºC

kelarutran kelarutran pepejalpepejal

Ferrite (fasa )Autenite (fasa

)fasa δ

• Sifat pembuatan bagi sesuatu aloi bergantung kepada Sifat pembuatan bagi sesuatu aloi bergantung kepada sifat, taburan, saiz dan bentuk pelbagai fasa.sifat, taburan, saiz dan bentuk pelbagai fasa.

• Kelakuan besi di dalam kitaran pemanasan-penyejukan Kelakuan besi di dalam kitaran pemanasan-penyejukan boleh difahami melalui rajah keseimbangan besi karbonboleh difahami melalui rajah keseimbangan besi karbon

• Fasa Fasa tidak begitu penting kerana proses-proses tidak begitu penting kerana proses-proses pembuatan lazimnya melibatkan suhu yang lebih rendahpembuatan lazimnya melibatkan suhu yang lebih rendah

• Untuk proses-proses tuangan, penjelmaan cecair pepejal Untuk proses-proses tuangan, penjelmaan cecair pepejal berlaku pada suhu 1125ºCberlaku pada suhu 1125ºC

• Untuk rawatan haba sesuatu keluli, penjelmaan berlaku Untuk rawatan haba sesuatu keluli, penjelmaan berlaku sekitar 723ºCsekitar 723ºC


• Struktur mikro keluli karbon biasa boleh mengandungi Struktur mikro keluli karbon biasa boleh mengandungi mana-mana fasa jika disejukkan dengan perlahan mana-mana fasa jika disejukkan dengan perlahan (seimbang) bergantung kepada kandungan karbon (seimbang) bergantung kepada kandungan karbon masing-masing.masing-masing.

• Keluli yang mengandungi kurang daripada 0.83% karbon Keluli yang mengandungi kurang daripada 0.83% karbon dikenali sebagai keluli hypo-eutektiod dikenali sebagai keluli hypo-eutektiod

• Keluli yang mengandungi lebih daripada 0.83% dipanggil Keluli yang mengandungi lebih daripada 0.83% dipanggil keluli hyper-eutektiodkeluli hyper-eutektiod


1. Austenit1. Austenit•larutan pepejal karbon larutan pepejal karbon dalam besi yang kiub dalam besi yang kiub berpusat mukaberpusat muka•Kelarutan maksima karbon Kelarutan maksima karbon ialah 2% pada 1125ialah 2% pada 1125ooCC•kelarutan karbon yang kelarutan karbon yang melebihi 1.4% jarang melebihi 1.4% jarang berlaku dalam praktikberlaku dalam praktik


2. Ferrit2. Ferrit•Larutan pepejal karbon dalam Larutan pepejal karbon dalam besi yang kiub berpusat jasadbesi yang kiub berpusat jasad•Kelarutan maksima karbon Kelarutan maksima karbon adalah 0.03% pada suhu 723 adalah 0.03% pada suhu 723 ooC C bagi fasa α dan 0.01% pada suhu bagi fasa α dan 0.01% pada suhu 1492ºC1492ºC•bahan yang mulur, lembut dan bahan yang mulur, lembut dan mempunyai kekuatan yang agak mempunyai kekuatan yang agak rendahrendah


3. Pearlite3. Pearlite•Mengandungi lapisan-Mengandungi lapisan-lapisan simentit dan ferritlapisan simentit dan ferrit


4. Sementit4. Sementit•karbida besi di mana atom-karbida besi di mana atom-atom karbon yang lebih atom karbon yang lebih bergabung dengan atom-bergabung dengan atom-atom besi membentuk atom besi membentuk sebatian yang keras dan sebatian yang keras dan rapuhrapuh


• jenis keluli yang paling banyak dihasilkan berbanding jenis keluli yang paling banyak dihasilkan berbanding dengan jenis-jenis yang laindengan jenis-jenis yang lain

• penggunaannya merangkumi barangan berbentuk tiub, penggunaannya merangkumi barangan berbentuk tiub, plat, kepingan dan jalur dawaiplat, kepingan dan jalur dawai


• ditakrifkan sebagai aloi besi dan karbon yang ditakrifkan sebagai aloi besi dan karbon yang mengandungi kurang daripada 1.7% karbonmengandungi kurang daripada 1.7% karbon

• kekuatan keluli bertambah jika peratusan kandungan kekuatan keluli bertambah jika peratusan kandungan karbonnya tinggi tetapi akan mengakibatkan kemuluran karbonnya tinggi tetapi akan mengakibatkan kemuluran dan kebolehkerasan yang rendahdan kebolehkerasan yang rendah

• terdiri dari unsur-unsur lain seperti mangan (Mn), sulfur terdiri dari unsur-unsur lain seperti mangan (Mn), sulfur (S) dan fosfurus (P)(S) dan fosfurus (P)

• Unsur-unsur ini sama ada sengaja dicampurkan (Mn) Unsur-unsur ini sama ada sengaja dicampurkan (Mn) atau sebagai bendasing (S dan P).atau sebagai bendasing (S dan P).



Juzuk mikro Juzuk mikro Kekuatan Kekuatan

Tegangan Tegangan % %

Pemanjangan Pemanjangan KekerasanKekerasan

Ferit Ferit 330 330 N/mmN/mm2 2

40 40 100 HV100 HV

Pearlit Pearlit 900 900 N/mmN/mm2 2

5 5 270 HV270 HV

Sememtit Sememtit 650HV650HV sifat-sifat mekanik keluli karbon biasa yang disejukkan sifat-sifat mekanik keluli karbon biasa yang disejukkan dengan perlahan dan didapati sifat-sifat mekanik keluli dengan perlahan dan didapati sifat-sifat mekanik keluli ini bergantung kepada kandungan juzuk-juzuk mikroini bergantung kepada kandungan juzuk-juzuk mikro

• boleh membebaskan keluli boleh membebaskan keluli daripada rongga-rongga daripada rongga-rongga gas/udaragas/udara

• bertindak sebagai agen bertindak sebagai agen pengoksidaanpengoksidaan

• boleh bertindakbalas dengan boleh bertindakbalas dengan sulfur yang hadir dan sulfur yang hadir dan membentuk MnS yang boleh membentuk MnS yang boleh melemahkan keluli.melemahkan keluli.


NameName : Manganase : Manganase Atomic NumberAtomic Number : 25: 25ColourColour : Silvery : Silvery MetallicMetallicClassificationClassification : Metallic: Metallic

• boleh larut dalam austenit dan boleh larut dalam austenit dan membentuk karbida yang stabil membentuk karbida yang stabil iaitu Mniaitu Mn33CC

• meningkatkan kekuatan alah, meningkatkan kekuatan alah, kekuatan tegangan dan kekuatan tegangan dan rintangan hentaman (keliatan) rintangan hentaman (keliatan) kelulikeluli

• hendaklah dihadkan kurang hendaklah dihadkan kurang daripada 0.5% bagi keluli daripada 0.5% bagi keluli karbon sederhanakarbon sederhana


NameName : Manganase: ManganaseAtomic NumberAtomic Number : 25: 25ColourColour : Silvery : Silvery MetallicMetallicClassificationClassification : Metallic: Metallic

• didapati bersama bijih besi itu didapati bersama bijih besi itu sendirisendiri

• berguna jika kandungannya di berguna jika kandungannya di antara 0.05 - 0.3% bagi keluli antara 0.05 - 0.3% bagi keluli terbunuhterbunuh

• untuk keluli berim kandungannya untuk keluli berim kandungannya dihadkan kepada 0.05%dihadkan kepada 0.05%

• memberi kesan yang sedikit memberi kesan yang sedikit kepada keluli tetapi kepada keluli tetapi kandungannya hendaklah kandungannya hendaklah dihadkan kepada 0.2% bagi dihadkan kepada 0.2% bagi keluli karbon tinggikeluli karbon tinggi

• meninggikan kebendaliran kelulimeninggikan kebendaliran keluli


NameName : Silicone: SiliconeAtomic NumberAtomic Number : 14: 14ColourColour : Dark grey : Dark grey with a with a bluish tinge bluish tingeClassificationClassification : Semi-Metallic: Semi-Metallic

• Kehadiran sulfur dalam keluli Kehadiran sulfur dalam keluli adalah dalam bentuk MnS atau adalah dalam bentuk MnS atau FeSFeS

• Kehadiran MnS pada keluli ini Kehadiran MnS pada keluli ini meningkatkan lagi meningkatkan lagi kebolehmesinannya.kebolehmesinannya.

• kandungan sulfur pada keluli kandungan sulfur pada keluli mestilah tidak melebihi 0.05%mestilah tidak melebihi 0.05%


NameName : Sulphur: SulphurAtomic NumberAtomic Number : 16: 16ColourColour : Lemon yellow: Lemon yellowClassificationClassification : Non-Metallic: Non-Metallic

• Fosforus membentuk fosfid Fosforus membentuk fosfid besi, Febesi, Fe33P yang rapuh dan P yang rapuh dan larut dalam kelulilarut dalam keluli

• memberi kesan kepada memberi kesan kepada kekerasan kelulikekerasan keluli

• kandungannya haruslah kandungannya haruslah dihadkan bawah 0.05%dihadkan bawah 0.05%


NameName : Phosphorus: PhosphorusAtomic NumberAtomic Number : 15: 15ColourColour : colourless / : colourless / red / red / silvery white silvery whiteClassificationClassification : Non-Metallic: Non-Metallic

• Mempunyai sifat Mempunyai sifat kebolehbentukan dan kebolehbentukan dan kebolehkimpalan yang kebolehkimpalan yang baik tetapi kurang sifat baik tetapi kurang sifat kebolehkerasankebolehkerasan

• Strukturnya ialah ferrit Strukturnya ialah ferrit dan pearlitdan pearlit



Keluli Lembut MatiKeluli Lembut Mati Keluli KarbonanKeluli Karbonan Keluli Lembut Keluli Lembut PembinaanPembinaan

• 0.05%C – 0.10%C0.05%C – 0.10%C• dalam bentuk dalam bentuk

kepingan, jalur, kepingan, jalur, rod, wayar dan rod, wayar dan tiubtiub

• kemuluran yang kemuluran yang tinggi tetapi tinggi tetapi kekuatan yang kekuatan yang rendahrendah

• badan kereta-badan kereta-motor, peti sejuk, motor, peti sejuk, mesin basuh, mesin basuh, perabut, rivet dan perabut, rivet dan pakupaku

• 0.1%C – 0.2%C0.1%C – 0.2%C• kekuatan dan kekuatan dan

kekerasan yang kekerasan yang rendah tetapi rendah tetapi permukaan yang permukaan yang keraskeras

• 0.2%C – 0.3%C0.2%C – 0.3%C• kualiti fabrikasi kualiti fabrikasi

yang baik, mudah yang baik, mudah untuk dikimpal untuk dikimpal dan mudah di dan mudah di kerja sejuk atau kerja sejuk atau panaspanas

• dandang, kapal, dandang, kapal, kenderaan, kenderaan, jambatan dan jambatan dan bangunanbangunan

• Mempunyai kekuatan Mempunyai kekuatan dan keliatan yang baikdan keliatan yang baik

• Digunakan untuk Digunakan untuk membuat aci, gear aci membuat aci, gear aci engkolengkol


• Mempunyai kekuatan yang Mempunyai kekuatan yang tinggi dengan keliatan tinggi dengan keliatan yang terhadyang terhad


%Karbo%Karbonn

Jenis-Jenis AlatJenis-Jenis Alat

0.8 – 1.00.8 – 1.0Pahat, Bilah Pemotong, Pahat, Bilah Pemotong, Pengetuk, PenukulPengetuk, Penukul

1.0 – 1.21.0 – 1.2Kikir, Kapak, Mata Gergaji, Kikir, Kapak, Mata Gergaji, PisauPisau

1.2 – 1.41.2 – 1.4 Pisau Pencukur, Mata GerudiPisau Pencukur, Mata Gerudi

1. Kekuatan tegangan yang maksima ialah 700 N/mm1. Kekuatan tegangan yang maksima ialah 700 N/mm22

2. Komponen-komponen yang besar sukar untuk 2. Komponen-komponen yang besar sukar untuk dikeraskan dengan berkesan dengan itu terhad untuk dikeraskan dengan berkesan dengan itu terhad untuk bahagian-bahagian yang kecil.bahagian-bahagian yang kecil.

3. Melindap-kejut (kuenc) dengan air menghasilkan 3. Melindap-kejut (kuenc) dengan air menghasilkan kekerasan yang sepenuhnya tetapi terdedah kepada kekerasan yang sepenuhnya tetapi terdedah kepada herotan dan retakkan.herotan dan retakkan.

4. Jika dilembutkan dengan cepat pada suhu 300 4. Jika dilembutkan dengan cepat pada suhu 300 ooC, C, kegunaannya terhad untuk memotong logam dengan kegunaannya terhad untuk memotong logam dengan kelajuan yang tinggi.kelajuan yang tinggi.

5. Mempunyai daya rintangan yang rendah kepada 5. Mempunyai daya rintangan yang rendah kepada kakisan dan pengoksidaan pada suhu yang tinggi.kakisan dan pengoksidaan pada suhu yang tinggi.


material technology 1: chapter 4

Education