�ݺ�ߣ

LOGO

© Mechanical Engineering Department

CHAPTER 5: ALLOY STEEL & CAST IRON

JF302 – MATERIAL TECHNOLOGY 1

Contents
1

Alloy Steel

6

Types of Cast Iron

2

Classification of Steel

7

Advantages of Cast Iron

3

Cast Iron

4

Properties of Cast Iron

5

Formation of Carbon
in Cast Iron



KELULI ALOI

 memberikan sifat-sifat kekuatan, kemuluran dan
keliatan yang lebih baik berbanding dengan keluli
karbon
 hampir semua jenis keluli aloi mempunyai struktur
bijian yang halus
 merupakan keluli yang mengandungi lebih daripada
1.0% elemen-elemen lain selain daripada karbon dan
besi seperti kromium, mangenese, molydebnum,
nikel, plumbum, kobalt, phosphoros, silikon, sulfur,
kuprum, aluminium, tungsten dan vanadium



KELULI ALOI
 bertujuaan untuk mempertingkatkan mutu dan sifat-sifat keluli
seperti :
i. Menambahkan kekuatan tegangan.
ii. Menambahkan kekerasan dan keliatan bahan.
iii. Pengubahsuaian suhu kritikal bagi keluli tersebut.
iv. Menambahkan rintangan terhadap kehausan lelasan.
v. Mengekalkan kekerasan keluli sewaktu ianya merah (red
hardness).
vi. Meningkatkan rintangan terhadap kakisan.
vii. Membolehkan pembajaan dilakukan pada suhu yang lebih tinggi
di samping mengekalkan sifat kekuatan dan kemuluran.



KESAN UNSUR-UNSUR PENGALOIAN

Element

Percentage Primary Function

Aluminum

0.95–1.30

Bismuth

-

Boron
Chromium

Alloying element in nitriding steels
Improves machinability

0.001–0.003 A powerful hardenability agent
0.5–2

Increases hardenability

4–18

Increases corrosion resistance

0.25–0.40
Manganese
>1

Combines with sulfur and with phosphorus
to reduce the brittleness. Also helps to
remove excess oxygen from molten steel.
Increases hardenability by lowering
transformation points and causing
transformations to be sluggish




Element


Copper

0.1–0.4

Lead

-

Molybdenum

Nickel

0.2–5

2–5
12–20

Corrosion resistance
Improved machinability
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.
Toughener
Increases corrosion resistance




Element

0.2–0.7

Silicon

Increases strength

2.0

Spring steels

Higher
Improves magnetic properties
percentages
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.

0.15

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

Vanadium



PENGKELASAN KELULI ALOI
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 kromium
Penggunaannya seperti membuat badan kapal, kapal
selam, jambatan, lebuhraya dan sebagainya.



Keluli Perintang Haba – High Alloy Steels
mempunyai kekerasan yang sangat tinggi
digunakan untuk kerja-kerja memotong pada suhu
yang tinggi.
membentuk karbida yang keras dan stabil dan boleh
meninggikan suhu kritikal
Kandungannya adalah 18% tungsten + 4% Chromium
+ 1% Vanadium + 0.88% Karbon



Keluli Alat & Acuan (Tool Steels) – HAS
digunakan untuk memotong, mericih, membentuk,
menggolek dan menempa
mengandungi 0.6 - 1.5% C
membentuk karbaid yang lebih keras dari Fe3C
(cementite).
dapat mengekalkan kekerasan keluli di suhu-suhu
tinggi dan menambahkan kekuatan dan rintangan dari
kehausan
Unsur-unsur pembentukan karbaid yang stabil ialah
Cr, W, Mo dan V.



Keluli Pembinaan (Structure Steels) - HAS
bersifat liat dan kuat serta digunakan pada peralatan
mesin yang bertegasan tinggi
Kandungan elemen aloi - Nikel, Mn, Cr, Mo



Keluli Tahan Karat (Stainless Steels) - HAS
mempunyai sifat tahan kakisan
Elemen pancalogam utama ialah kromium
kandungan 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) - HAS



Keluli Magnet (Magnetic Steels) - HAS
terbentuk dalam dua keadan iaitu bermagnet keras
dan bermagnet lembut
bermagnet keras untuk menghasilkan magnet kekal
bermagnet lembut untuk menghasilkan magnet
sementara



BESI 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 TUANG
 Mempunyai takat lebur di antara 1150°C -1250°C
 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 TUANG

Kadar penyejukkan
Kadar penyejukan yang cepat akan menjadi cementit
stabil, dan akan menghasilkan besi tuang putih yang
keras
kadar penyejukan yang perlahan, akan menjadi
graphite, dan akan menghasilkan besi tuang kelabu
Kadar penyejukan bergantung kepada ketebalan dan
jenis acuan yang digunakan




Kandungan 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.
menstabilkan
cementit,
menghasilkan
manganese
sulphide
Berpadu dengan sulphur dan menghasilkan manganese
sulphide
menurunkan takat lebur keluli dan menambahkan kecairan
keluli tersebut.

Sulphur
Manganese
Phosphorus




Rawatan haba
Besi tuang putih apabila dipanaskan dengan lama
akan menyebabkan pembentukan grafit
Grafit adalah kurang tumpat berbanding dengan
simentit
Fenomena ini digunakan untuk membentuk besi tuang
boleh tempa
Sekiranya sementit berurai kepada ferrit dan grafit
semasa operasi, pertambahan dari segi ukuran berlaku
Kesan kandungan silikon dan karbon pada struktur
besi tuang



Jenis-Jenis Besi Tuang
BESI TUANG
BESI TUANG

ALOI BESI TUANG
ALOI BESI TUANG

KELABU
KELABU

PUTIH
PUTIH

BOLEH TEMPA
BOLEH TEMPA

PUTIH
PUTIH

BERNOD
BERNOD

HITAM
HITAM



Besi Tuang Kelabu (Grey Cast Iron)
Mengandungi karbon dalam bentuk kepingan grafit
Berwarna kekelabuan di permukaan rekahnya
Mudah untuk dimesin, kekuatan mampat yang tinggi dan kemuluran yang
rendah
Digunakan untuk menghasilkan komponen automotif mesin alat dan
pelbagai barangan industri

Struktur mikro bagi besi
tuang kelabu x 250



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 Fe3C
Karbida merupakan juzuk besi tuang yang paling keras dimana ia sukar
untuk dimesin tetapi boleh dicanai
Besi tuang putih merupakan peringkat pertama dalam penghasilan besi
tuang boleh tempa
antara kegunaan umunnya ialah untuk die penarikan, bebola penghancur,
bahagian tuangan dalam pengeluaran besi boleh tempa

tuang putih x 250



Besi Tuang Boleh Tempa (Malleable Cast Iron)
Dihasilkan dari besi tuang putih
Pemanasan

Pendinginan

900◦C
50jam

Suhu bilik
perlahan2

rawatan haba

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

tuang boleh tempa



Besi Tuang Boleh Tempa Putih (White Malleable Cast Iron)
dibungkus didalam satu bekas dengan bijih besi
dipanaskan perlahan-lahan ke suhu antara 950 -1000°C
dibiarkan selama 4–5 hari sebelum disejukkan perlahan-lahan
Karbon akan bertukar menjadi bentuk nodular/sfera seperti gambarajah
Grafit (berbentuk nodular/sfera)

Struktur mikro bagi besi tuang
boleh tempa putih x 50



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

boleh tempa hitam x 50



Besi Tuang Bernod (Nodular Cast Iron)
Juga dikenali sebagai Ductile Iron, High Duty Iron, besi grafit sferoidal dan
besi sferulitik
Jenis besi yang mempunyai sifat kekuatan dan kemuluran yang tinggi
Boleh dikimpal dan dimesin dengan mudah
Boleh mencapai kekuatan sehingga 690MPa jika diberi rawatan haba
Variasi besi tuang kelabu
Digunakan untuk membuat komponen automotif seperti piston, kepala
selinder, kotak suis dan aci engkol.

bernod x 250



Kebaikan 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 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 aloi
5. 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.

�ݺ�ߣ

MATERIAL TECHNOLOGY : CHAPTER 5

Recommended

More Related Content

What's hot (20)

Similar to MATERIAL TECHNOLOGY : CHAPTER 5 (10)

More from Asraf Malik (20)

Recently uploaded (7)

MATERIAL TECHNOLOGY : CHAPTER 5