JF302 -Bab 2b

CHAPTER 2b

FERROUS MATERIAL STRUCTURE AND BINARY ALLOY SYSTEM 

BINARY ALLOY SYSTEM (SISTEM ALOI PERDUAAN)

Bab ini membincangkan berkenaan keluli karbon biasa dari segi sifat, struktur mikro, jenis dan kegunaan tentu dalam bidang kejuruteraan.

Sebelum  mengenali   struktur   aloi   besi-karbon, perubahan  bentuk  hablur yang  berlaku  perlu  difahami  semasa pemanasan dan penyejukan besi tulin dalam keadaan pepejal.  Besi tulin adalah allotropik iaitu bahan  yang  boleh   berubah  dalam  beberapa  bentuk   hablur yang  berlainan  pada  suhu-suhu  tertentu.  

 

 Perubahan  struktur  hablur  dalam  keadaan  pepejal  adalah berkait rapat dengan pembebasan haba semasa  besi disejukkan daripada takat beku iaitu pada suhu 1535^oC.  Titik  di  mana perubahan hablur  ini  berlaku  dikenali  sebagai  titik-titik kritikal seperti Gambarajah di atas. Atom-atom pada kekisi FCC adalah lebih padat  jika dibandingkan  dalam  bentuk BCC, dan  ini  menyebabkan pengecutan  berlaku semasa pemanasan besi- alfa  ke  besi- gama. Pengembangan berlaku semasa pemanasan besi-gama ke besi-delta. Kesemua perubahan ini berlaku pada titik-titik kritikal.

2.3 Describe the plain carbon steel ( Huraian tentang Keluli Karbon Biasa)

Keluli Karbon Biasa

            Keluli karbon biasa boleh ditakrifkan sebagai aloi besi dan karbon yang  mengandungi  kurang  daripada  1.7%  karbon. 

             Keadaan  yang sebenar  menunjukkan kandungan yang melebihi 1.4%  karbon  jarang sekali  terdapat pada keluli dan terdapat juga  unsur-unsur  lain seperti mangan (Mn), sulfur (S) dan fosfurus (P). Unsur-unsur ini sama ada sengaja dicampurkan atau sebagai  bendasing

                Sifat - Sifat Mekanik Keluli Karbon Biasa.

Nilai-nilai yang biasa bagi sifat-sifat mekanik untuk ferit, pearlit dan sementit  adalah seperti berikut :

 

Jadual di atas menunjukkan sifat-sifat  mekanik  keluli karbon biasa yang disejukkan dengan perlahan dan didapati  sifat-sifat mekanik keluli ini bergantung kepada kandungan  juzuk-juzuk mikro ini. Kekerasan, kekuatan tegangan dan % pemanjangan  adalah terus  dengan  kandungan karbon sehingga 0.83%. Kehadiran sementit-sementit bebas pada  struktur  bijian menyebabkan kekuatan tegangan menurun.

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

 Kelasifikasi Dan Kegunaan Keluli Karbon Biasa.

Keluli karbon biasa dibahagikan kepada 3 kumpulan.

i.                    Keluli karbon rendah mengandungi kurang daripada 0.3 %C.

Contoh :Keluli Lembut mati (dead mild steel), Keluli Karbonan (Carburising Steels), Keluli Lembut Pembinaan.(structure mildsteel)

ii.                   Keluli karbon sederhana  (Mild steels) mengandungi 0.3 - 0.6 %C.

Contoh : aci gear & aci engkol

iii.                  Keluli karbon tinggi mengandungi  0.6 - 1.4 %C.

Had-had Keluli Karbon Biasa.

Bagi  mengatasi had-had ini, keluli perlu  dialoikan  dengan unsur-unsur  yang lain bagi mendapatkan sifat-sifat  yang  khusus yang  diperlukan  dalam bidang kejuruteraan.  Elemen-elemen  aloi adalah seperti Mn, Ni, Cr, Mo, Tn, Vd, Co dan Si.  Keluli aloi akan dibincangkan dalam unit berikutnya.

i.              Kekuatan tegangan yang maksima ialah 700 N/mm²

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

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

iv.           Jika   dilembutkan    dengan  cepat  pada   suhu   300 ^oC,  kegunaannya  terhad untuk memotong logam dengan  kelajuan  yang tinggi.

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

2.3.1 Sketch completely the different phases in equilibrium phase diagram up to 1.7%  carbon (Lakaran penuh perbezaan fasa bagi Rajah keseimbangan fasa sehingga 1.7% karbon)

 

Gambarajah  fasa  besi-Carbon ini juga dikenali sebagai Gambarajah  fasa  besi-sementit (cementite) sebab kebanyakan karbon larut dalam besi adalah dalam bentuk sementit. Penambahan karbon dalam besi boleh  mengurangkan takat  beku  logam  ini  disamping  mengubah  suhu   kritikal  struktur  hablur. Kelarutan karbon  dalam  besi  yang berkiub berpusat jasad (BCC) adalah rendah pada suhu bilik iaitu  hanya mencapai  0.006% dan larutan pepejal ini dikenali  sebagai  ferit (fasa µ).   Kelarutan maksima karbon dalam  struktur  ini  ialah 0.03% pada suhu 723 ^oC.

Fasa-fasa  yang terdapat pada rajah fasa besi karbon  adalah seperti berikut:-

i.         Ferit  (fasa alfa) merupakan larutan pepejal  yang  lemah antara karbon dalam  besi  yang berkiub berpusat jasad.  Kelarutan  maksima karbon adalah 0.03% pada suhu  723 ^oC  dan   jatuh  kepada  0.006%  pada  suhu  bilik.   Ferit  merupakan  bahan  yang  mulur,  lembut  dan  mempunyai kekuatan yang agak rendah. 

ii.       Austenit  (fasa gama) merupakan  larutan  pepejal  karbon  dalam besi yang berkiub berpusat muka dan  kelarutannya agak  tinggi jika dibandingkan dengan ferit.  Kelarutan  maksima karbon ialah 1.7% pada 1130 ^oC dan ini merupakan had  kelarutan yang maksima pada keluli  karbon  biasa. Walaupun  begitu  kelarutan karbon yang  melebihi  1.4% jarang berlaku dalam praktik.

iii.      Sementit   merupakan  karbida besi  di  mana  atom-atom  karbon  yang  lebih  bergabung  dengan  atom-atom  besi  membentuk sebatian yang keras dan rapuh iaitu Fe₃C.

iv.     Pearlit  merupakan  struktur lamela  (berlapis)  antara  ferit dan sementit di mana komposisi eutektoidnya ialah  0.83%C dan 99.17%Fe.

2.3.2 Differentiate between iron, steel and cast iron in the iron-carbon equilibrium phase diagram (Perbezaan di antara Besi, Keluli dan Besi Tuang di dalam Rajah keseimbangan fasa Fe-C)