material technology : chapter 5

LOGO

© Mechanical Engineering Department© Mechanical Engineering Department

http://creativecommons.org/licenses/by/2.0/uk/

ContentsContents

Alloy SteelAlloy Steel1

Classification of SteelClassification of Steel2

Cast IronCast Iron3

Properties of Cast IronProperties of Cast Iron4

Formation of CarbonFormation of Carbonin Cast Ironin Cast Iron

5

Types of Cast IronTypes of Cast Iron6

Advantages of Cast IronAdvantages of Cast Iron7

JF302 – MATERIAL TECHNOLOGY 1CHAPTER 5: ALLOY STEEL & CAST IRON

KELULI ALOIKELULI ALOI

memberikan sifat-sifat kekuatan, kemuluran dan memberikan sifat-sifat kekuatan, kemuluran dan keliatan yang lebih baik berbanding dengan keluli keliatan yang lebih baik berbanding dengan keluli karbonkarbon

hampir semua jenis keluli aloi mempunyai struktur hampir semua jenis keluli aloi mempunyai struktur bijian yang halusbijian yang halus

merupakan keluli yang mengandungi lebih daripada merupakan keluli yang mengandungi lebih daripada 1.0%1.0% elemen-elemen lain selain daripada karbon dan elemen-elemen lain selain daripada karbon dan besi seperti kromium, mangenese, molydebnum, besi seperti kromium, mangenese, molydebnum, nikel, plumbum, kobalt, phosphoros, silikon, sulfur, nikel, plumbum, kobalt, phosphoros, silikon, sulfur, kuprum, aluminium, tungsten dan vanadiumkuprum, aluminium, tungsten dan vanadium


KELULI ALOIKELULI ALOI

bertujuaan untuk mempertingkatkan mutu dan sifat-sifat keluli bertujuaan untuk mempertingkatkan mutu dan sifat-sifat keluli seperti :seperti :

i.i. Menambahkan kekuatan tegangan.Menambahkan kekuatan tegangan.ii.ii. Menambahkan kekerasan dan keliatan bahan.Menambahkan kekerasan dan keliatan bahan.iii.iii. Pengubahsuaian suhu kritikal bagi keluli tersebut. Pengubahsuaian suhu kritikal bagi keluli tersebut. iv.iv. Menambahkan rintangan terhadap kehausan lelasan.Menambahkan rintangan terhadap kehausan lelasan.v.v. Mengekalkan kekerasan keluli sewaktu ianya merah (red Mengekalkan kekerasan keluli sewaktu ianya merah (red

hardness).hardness).vi.vi. Meningkatkan rintangan terhadap kakisan.Meningkatkan rintangan terhadap kakisan.vii.vii. Membolehkan pembajaan dilakukan pada suhu yang lebih tinggi Membolehkan pembajaan dilakukan pada suhu yang lebih tinggi

di samping mengekalkan sifat kekuatan dan kemuluran.di samping mengekalkan sifat kekuatan dan kemuluran.


KESAN UNSUR-UNSUR PENGALOIANKESAN UNSUR-UNSUR PENGALOIAN

ElementElement PercentagePercentage Primary FunctionPrimary FunctionAluminum 0.95–1.30 Alloying element in nitriding steels

Bismuth - Improves machinability

Boron 0.001–0.003 A powerful hardenability agent

Chromium0.5–2 Increases hardenability

4–18 Increases corrosion resistance

Manganese

0.25–0.40Combines with sulfur and with phosphorus to reduce the brittleness. Also helps to remove excess oxygen from molten steel.

>1Increases hardenability by lowering transformation points and causing transformations to be sluggish



ElementElement PercentagePercentage Primary FunctionPrimary FunctionCopper 0.1–0.4 Corrosion resistance

Lead - Improved machinability

Molybdenum 0.2–5

Stable carbides; inhibits grain growth. Increases the toughness of steel, thus making molybdenum a very valuable alloy metal for making the cutting parts of machine tools and also the turbine blades of turboje engines. Also used in rocket motors.

Nickel2–5 Toughener

12–20 Increases corrosion resistance



ElementElement PercentagePercentage Primary FunctionPrimary Function

Silicon

0.2–0.7 Increases strength

2.0 Spring steels

Higher percentages Improves magnetic properties

Sulfur 0.08–0.15 Free-machining properties

Titanium - Fixes carbon in inert particles; reduces martensitic hardness in chromium steels

Tungsten - Also increases the melting point.

Vanadium 0.15

Stable carbides; increases strength while retaining ductility; promotes fine grain structure. Increases the toughness at high temperatures


PENGKELASAN KELULI ALOIPENGKELASAN KELULI ALOI

Keluli Aloi Rendah (Low Alloy Steels)Keluli Aloi Rendah (Low Alloy Steels)Mempunyai struktur yang menyerupai keluli karbon setelah ianya menjalani rawatan haba.Mengandungi 3-4% aloi dan satu atau lebih unsur aloi.mengandungi nikel, molibdenum, dan kromiumPenggunaannya seperti membuat badan kapal, kapal selam, jambatan, lebuhraya dan sebagainya.



Keluli Perintang Haba – High Alloy SteelsKeluli Perintang Haba – High Alloy Steelsmempunyai kekerasan yang sangat tinggidigunakan untuk kerja-kerja memotong pada suhu yang tinggi.membentuk karbida yang keras dan stabil dan boleh meninggikan suhu kritikalKandungannya adalah 18% tungsten + 4% Chromium + 1% Vanadium + 0.88% Karbon



Keluli Alat & Acuan (Tool Steels) – HASKeluli Alat & Acuan (Tool Steels) – HASdigunakan untuk memotong, mericih, membentuk, menggolek dan menempamengandungi 0.6 - 1.5% Cmembentuk karbaid yang lebih keras dari Fe3C (cementite).dapat mengekalkan kekerasan keluli di suhu-suhu tinggi dan menambahkan kekuatan dan rintangan dari kehausanUnsur-unsur pembentukan karbaid yang stabil ialah Cr, W, Mo dan V.


Keluli Pembinaan (Structure Steels) - HASKeluli Pembinaan (Structure Steels) - HASbersifat liat dan kuat serta digunakan pada peralatan mesin yang bertegasan tinggiKandungan elemen aloi - Nikel, Mn, Cr, Mo

PENGKELASAN KELULI ALOIPENGKELASAN KELULI ALOIJF302 – MATERIAL TECHNOLOGY 1CHAPTER 5: ALLOY STEEL & CAST IRON


Keluli Tahan Karat (Stainless Steels) - HASKeluli Tahan Karat (Stainless Steels) - HASmempunyai sifat tahan kakisanElemen pancalogam utama ialah kromiumkandungan Cr mesti lebih dari 11%Sifat menahan kakisan adalah disebabkan satu lapisan nipis Cr oksida atau Nikel Oksida yang melindungi keluli dari media-media kakisan



Keluli Tahan Karat (Stainless Steels) - HASKeluli Tahan Karat (Stainless Steels) - HAS



Keluli Magnet (Magnetic Steels) - HASKeluli Magnet (Magnetic Steels) - HASterbentuk dalam dua keadan iaitu bermagnet keras dan bermagnet lembutbermagnet keras untuk menghasilkan magnet kekal bermagnet lembut untuk menghasilkan magnet sementara


BESI TUANGBESI TUANG

merupakan grid besi jongkong terpilih, yang dileburkan semula dan dituang dalam acuan pasir

mempunyai kandungan karbon antara 2 - 4 % murah, mudah dilebur dan dituang, keboleh mesinan

yang sangat baik dan muatan rendaman yang tinggi gred nomal besi tuang tidak begitu kuat dan agak

rapuh


SIFAT BESI TUANGSIFAT BESI TUANG

Mempunyai takat lebur di antara 1150C -1250C mempunyai rintangan kehausan dan keupayaan kelembapan yang baik mempunyai 5 elemen asas yang penting iaitu silikon, mangenese, sulphur,

phosphorus dan karbon. Kebiasaan dalam besi tuang mengandungi Karbon (c ) = 2.8 - 3.6% Silikon (Si) = 1.0 - 3.0% Mangenese (Mn) = 0.4 - 1.0% Sulphur (S) = 0.1 - 0.35% Kandungan karbon di dalam besi tuang boleh terbentuk di dalam 2

keadaan.i. Dalam bentuk Cemetite (Fe3C)

ii. Dalam bentuk Graphit (Fe + C ) Iaitu karbon bebas yang terhasil apabila cementite diuraikan


PEMBENTUKAN KARBON DALAM BESI TUANGPEMBENTUKAN KARBON DALAM BESI TUANG

Kadar penyejukkanKadar penyejukkanKadar penyejukan yang cepat akan menjadi cementit stabil, dan akan menghasilkan besi tuang putih yang keraskadar penyejukan yang perlahan, akan menjadi graphite, dan akan menghasilkan besi tuang kelabuKadar penyejukan bergantung kepada ketebalan dan jenis acuan yang digunakan



Kandungan unsur / elemenKandungan unsur / elemen


Karbon menurunkan takat lebur (rujuk rajah keseimbangan besi/karbon) dan menambahkan kandungan graphit di dalam besi tuang.

Silikon membantu pembentukan graphit, lebih menghasilkan besi tuang kelabu.

Sulphur menstabilkan cementit, menghasilkan manganese sulphide

Manganese Berpadu dengan sulphur dan menghasilkan manganese sulphide

Phosphorus menurunkan takat lebur keluli dan menambahkan kecairan keluli tersebut.


Rawatan habaRawatan habaBesi tuang putih apabila dipanaskan dengan lama akan menyebabkan pembentukan grafitGrafit adalah kurang tumpat berbanding dengan simentitFenomena ini digunakan untuk membentuk besi tuang boleh tempaSekiranya sementit berurai kepada ferrit dan grafit semasa operasi, pertambahan dari segi ukuran berlakuKesan kandungan silikon dan karbon pada struktur besi tuang


Jenis-Jenis Besi TuangJenis-Jenis Besi TuangJF302 – MATERIAL TECHNOLOGY 1CHAPTER 5: ALLOY STEEL & CAST IRON

BESI TUANGBESI TUANG

ALOI BESI TUANGALOI BESI TUANG

BOLEH TEMPABOLEH TEMPA BERNODBERNODPUTIHPUTIHKELABUKELABU

HITAMHITAMPUTIHPUTIH

Jenis-Jenis Besi TuangJenis-Jenis Besi TuangBesi Tuang Kelabu (Grey Cast Iron)Besi Tuang Kelabu (Grey Cast Iron)Mengandungi karbon dalam bentuk kepingan grafitBerwarna kekelabuan di permukaan rekahnyaMudah untuk dimesin, kekuatan mampat yang tinggi dan kemuluran yang rendahDigunakan untuk menghasilkan komponen automotif mesin alat dan pelbagai barangan industri


Struktur mikro bagi besi Struktur mikro bagi besi tuang kelabu x 250 tuang kelabu x 250

Jenis-Jenis Besi TuangJenis-Jenis Besi TuangBesi Tuang Putih (White Cast Iron)Besi Tuang Putih (White Cast Iron)Dinamakan besi tuang putih kerana apabila ia pecah, ia akan kelihatan berwarna keputihan kerana disebabkan karbon yang terdapat di dalamnya adalah berbentuk karbida Fe3CKarbida merupakan juzuk besi tuang yang paling keras dimana ia sukar untuk dimesin tetapi boleh dicanaiBesi tuang putih merupakan peringkat pertama dalam penghasilan besi tuang boleh tempaantara kegunaan umunnya ialah untuk die penarikan, bebola penghancur, bahagian tuangan dalam pengeluaran besi boleh tempa


Struktur mikro bagi besi Struktur mikro bagi besi tuang putih x 250 tuang putih x 250

Jenis-Jenis Besi TuangJenis-Jenis Besi TuangBesi Tuang Boleh Tempa (Malleable Cast Iron)Besi Tuang Boleh Tempa (Malleable Cast Iron)Dihasilkan dari besi tuang putih

Mempunyai kekuatan tegangan ≥ 380MPa dan pemanjangan 18%Digunakan untuk membuat komponen automotif, paip dan peralatan industri pertanian


Struktur mikro bagi besi Struktur mikro bagi besi tuang boleh tempa tuang boleh tempa

Pemanasan900◦C50jam

PendinginanSuhu bilikperlahan2

rawatan haba

Jenis-Jenis Besi TuangJenis-Jenis Besi Tuang

Besi Tuang Boleh Tempa Putih (White Malleable Cast Iron)Besi Tuang Boleh Tempa Putih (White Malleable Cast Iron)dibungkus didalam satu bekas dengan bijih besidipanaskan perlahan-lahan ke suhu antara 950 -1000Cdibiarkan selama 4–5 hari sebelum disejukkan perlahan-lahanKarbon akan bertukar menjadi bentuk nodular/sfera seperti gambarajah


Struktur mikro bagi besi tuang Struktur mikro bagi besi tuang boleh tempa putih x 50 boleh tempa putih x 50

Grafit (berbentuk nodular/sfera)

Jenis-Jenis Besi TuangJenis-Jenis Besi Tuang

Besi Tuang Boleh Tempa Hitam (Black Malleable Cast Iron)Besi Tuang Boleh Tempa Hitam (Black Malleable Cast Iron)Proses sama seperti besi tuang boleh tempa putihtetapi pasir atau slag digunakan untuk mengantikan bijih besiKarbon akan bertukar menjadi bentuk rossetes seperti gambarajah


Struktur mikro bagi besi tuang Struktur mikro bagi besi tuang boleh tempa hitam x 50 boleh tempa hitam x 50

Jenis-Jenis Besi TuangJenis-Jenis Besi TuangBesi Tuang Bernod (Nodular Cast Iron)Besi Tuang Bernod (Nodular Cast Iron)Juga dikenali sebagai Ductile Iron, High Duty Iron, besi grafit sferoidal dan besi sferulitikJenis besi yang mempunyai sifat kekuatan dan kemuluran yang tinggiBoleh dikimpal dan dimesin dengan mudahBoleh mencapai kekuatan sehingga 690MPa jika diberi rawatan habaVariasi besi tuang kelabuDigunakan untuk membuat komponen automotif seperti piston, kepala selinder, kotak suis dan aci engkol.


Struktur mikro bagi besi tuang Struktur mikro bagi besi tuang bernod x 250 bernod x 250

Kebaikan Besi TuangKebaikan Besi Tuang

1. Harganya murah dan senang di mesin 2. Takat lebur yang lebih rendah (1140 - 1200 oC) jika dibandingkan dengan keluli.3. Kecairan dan kebolehan membentuk dalam penuangan.4. Rintangan kehausan dan keupayaan kelembapan.5. Penghasilan besi tuangan dengan rawatan tambahan/rencaman pada berbagai komposisi.


Latihan KendiriLatihan Kendiri

1. Apakah yang dimaksudkan dengan keluli aloi? 2. Namakan 4 jenis keluli aloi yang diketahui ?3. Terangkan secara ringkas tujuan keluli dialoikan.4. Senaraikan 3 unsur-unsur yang biasa digunakan dalam keluli aloi5. Nyatakan 4 jenis besi tuang yang diketahui.6. Senaraikan 3 faktor yang mempengaruhi struktur dan sifat besi tuangan.7. Terangkan secara ringkas mengenai Besi Tuang Kelabu dari segi pembentukannya, sifat-sifat umum dan contoh kegunaannya dalam bidang kejuruteraan. Lakarkan juga gambarajah struktur mikro bagi besi tuang kelabu tersebut.


material technology : chapter 5

Education