TAJUK: LINDAP KEJUT HUJUNG JOMINY

OBJEKTIF:

a) Menentukan sifat kebolehkerasan keluli.b) Mempelajari teknik rawatan haba lindap kejut.c) Mempelajari teknik ujian kekerasan.

TEORI:

Produk logam kejuruteraan dihasilkan dengan pelbagai cara, antaranya kerja penyambungan, kerja pemotongan, kerja tuangan dan kerja tekan. Dalam proses pembuatan, produk yang dihasilkan kadangkala mengalami tegasan dalaman. Tegasan ini perlu dihilangkan daripada struktur mikro logam untuk meningkatkan kualiti dan ketahanan produk yang memerlukan tahap kekerasan tertentu untuk memenuhi fungsinya. Terdapat produk yang memerlukan pengubahan sifat mekaniknya, seperti kemuluran dan ketempaan untuk meningkatkan proses pembuatan seterusnya.

Justeru proses rawatan haba diperlukan pada sesetengah produk untuk melengkapkan produk tersebut dengan ciri-ciri kegunaannya. Rawatan haba ialah satu proses pemanasan logam ke suatu tahap suhu yang tertentu dan diikutidengan proses penyejukan dengan kadar tertentu ini boleh ditunjukan melalui gambarajah di bawah. Proses ini bertujuan untuk mengubah sifat mekanik logam seperti kekerasan, kekuatan dansebagainya. Perubahan sifat mekanik ini adalah hasil daripada proses perubahan struktur mikrologam tersebut terutamanya keluli.Berdasarkan Gambarajah didapati beberapa proses boleh dilakukan ke atas keluli karbon dan pros tersebut berkait rapat dengan suhu bagi menghasilkan sifat-sifat yang dikehendaki. Rawatan haba bagi menghasilkan keadaan struktur yang seimbang seperti Sepuh Lindap (Annealing) dan Sepuh Lazim (Normalising) boleh dilakukan. Manakala untuk menghasilkan keadaan Rajah Fasa Rawatan Haba Bagi Keluli struktur yang tidak seimbang proses yang boleh dilakukan seperti Kuenc (Quenching)/Pengerasan dan Pembajaan (Tempering).

Kuenc (Lindap-Kejut) - Proses Pengerasan 

1

Proses pemanasan sehingga suhu kritikal atas dan kemudian diikuti dengan proses penyejukan pada kadar yang pantas

Dilakukan dalam air garam, air sejuk (paip), larutan garam, larutan air dan minyak atau udara termampat mengikut keberkesanannya.

Apabila keluli (< 0.83 %C) dipanaskan 101C dia atas titik kritikal dan di atas garis kritikal bawah bagi keluli (> 0.83 %C), semua feritakan berubah menjadi austenit sebelum dilindapkejutkan di dalam media kuenc.

Apabila keluli mengalami proses penyejukan yang cepat, austenit tidak sempat berubah menjadi pearlit tetapi menghasilkan satu larutan pepejal celahan yang mempunyai kekisi 'body-centred-tetragonal' di mana atom-atom karbon terperangkap di dalamnya.

Struktur yang terhasil ini dinamakan martensit. Oleh sebab kekisinya terterik dan diherot, strukturnya berbentuk seperti jarum. Ia mempunyai sifat mekanikal yang sangat keras dan rapuh. Sifat-sifat ini bergantung kepada kandungan karbon, suhu pemanasan, suhu permulaan penyejukan dan kadar penyejukan.

Untuk memastikan terhasilnya struktur martensit (untuk pengerasan) proses penyejukan (kuenc) terhadap keluli mestilah melebihi "kadar penyejukan kritikal". Kadar ini adalah kadar terendah untuk mendapatkan satu struktur martensit keseluruhannya apabila proses lindap kejut kejut dijalankan. Jika sesuatu kadar yang lebih kecil daripada ini di gunakan semasa proses penyejukan, sedikit pearlit halus akan terbentuk.

Struktur Mikro 0.45% karbon selepas Sepuh Lazim

Dalam praktik, faktor-faktor seperti kandungan, saiz dan bentuk sesuatu komponen menentukan kadar penyejukan yang sesuai. Bahagian-bahagian besar dan tebal menyejuk

2

lebih perlahan daripada bahagian-bahagian yang kecil dan nipis, maka permukaan kulit komponen akan terhasil martensit tetapi terasnya mungkin jadi bainitik (struktur terhasil dengan dengan kadar penyejukan sedikit rendah daripada menghasil martensit).  Walaubagaimanapun, percampuran sedikit unsur aloi seperti Nikel, Kromium atau Mangan (Mn) boleh menambah ketebalan lapisan martensite yang dihasilkan daripada kulit benda kerja.

Unsur-unsur aloi ini dapat menambah kedalaman kekerasan (depth of hardening). Kejadian ini merupakan satu ciri yang penting dalam pengerasan keluli aloi supaya ia dapat dilakukan dengan proses lindap-kejut (kuenc) yang kurang deras dan bertujuan untuk mengelakkan terjadinya retak-kuenc (Quench-cracks) dan juga bentuk herotan yang selalu ditemui dalam lindap- kejut dengan air sejuk. Rekabentuk juga mempengaruhi keadaan retak- kuench. Perubahan mengejut dalam keratan, penjuru tajam, lurah, 'notches', dan lubang empat segi boleh mendatangkan kecacatan retak-kuenc.

Untuk memperkecilkan lagi risiko herotan, bentuk selinder yang panjang harus dilindap kejut secara tegak. Keratan besar secara pinggiran dan keratan tebal mesti masuk ke dalam kukusan dahulu. Untuk mengelakkan pembentukan kecacatan `soft-spots' yang disebabkan oleh adanya gelombang wap, kukusan air itu harus dikacau dan digoncang. Larutan Caustic Soda digunakan untuk mendapatkan kekerasan yang melampau. Bagi bentuk yang kompleks, kegunaan minyak sebagai media penyejukan akan memberi hasil yang lebih baik. Minyak itu terdiri dari minyak galian, minyak haiwan dan minyak sayuran.

Di samping kadar peniskalaan haba (heat abstraction), takat kilat (flash point),kelikatan (viscoscity), dan kestabilan minyak adalah penting juga dalam mempertimbangkan pemilihan dan penggunaan sesuatu  media (minyak) penyejukan. Takat kilat perlu diketahui untuk mencegah risiko kebakaran dan pencemaran minyak akibat pengoksidaan atau tindakbalas kimia.

PERALATAN:

a) Spesimen silinder keluli 0.3% C dengan diameter 10 mm dan panjang 100 mmb) Relauc) Radas pelindap kejutd) Alat pengikire) Mesen ujian kekerasan Rockwell

KAEDAH UJIKAJI:

3

1) Relau dipanaskan ke suhu 850°C.2) Spesimen dimasukkan ke dalam relau dan proses pemanasan dan rendaman dilakukan

selama 30 minit keseluruhannya.3) Spesimen dipindahkan secepat mungkin ke unit pelindap kejut.4) Semburan air dikenakan pada satu hujung spesimen.5) Spesimen dibiarkan sejuk selama 30 minit.6) Permukaan spesimen dikikir untuk mendapatkan permukaan yang rata.7) Bacaan kekerasan diambil pada setiap 3 mm bermula dari hujung yang di lindap kejut

sepanjang 51 mm.

KEPUTUSAN:

Jarak dari hujung yang dilindap kejut ( mm )

Nombor kekerasan Rockwell ( HRC )

Nombor kekerasan Vickers ( HV )

0.3 32.1 318.9

0.6 26.9 278.3

0.9 26.5 275.5

1.2 24.7 264.2

1.5 24.1 260.6

1.8 22.4 250.4

2.1 20.8 242.0

2.4 20.3 239.5

2.7 19.7 237.4

3.0 18.1 230.0

3.3 17.3 226.9

3.6 16.9 225.2

3.9 15.9 220.1

4.2 14.7 215.7

4.5 13.9 213.2

4.8 13.0 208.3

5.1 11.1 199.6

4

PERBINCANGAN:

a) Penjelasan mengenai graf yang diperolehi, termasuk ralat-ralat ujikaji (jika ada).

Berdasarkan graf yang diperolehi daripada ujikaji, didapati bahawa nilai kekarasan Vickers semakin rendah apabila jarak dari hujung yang dilindap kejut meningkat. Hal ini kerana kekerasan spesimen semakin berkurang apabila jarak semakin jauh dari hujung yang dilindap kejut disebabkan spesimen tersebut mengambil masa yang lama untuk menyejuk berbanding dengan bahagian hujung yang dilindap kejut. Selain itu, terdapat beberapa ralat yang berlaku ketika ujukaji sedang dijalankan yang mempengaruhi data ujikaji seperti:

1. Suhu di persekitaran ujikaji.2. Penyejukan daripada udara sekeliling.3. Masa yang diambil untuk memindahkan spesimen dari relau ke unit pelindap

kejut.

b) Pendapat mengenai perkaitan di antara kadar pendinginan spesimen dengan bentuk graf yang diperolehi.

Melalui, graf yang diperolehi, bahagian hujung yang dilindap kejut mempunyai kekerasan yang lebih tinggi. Melalui graf tersebut juga, diketahui bahawa bahagian yang keras tersebut mengalami proses penyejukan dengan cepat dan kadar pendinginannya tinggi. Ini jelas menunjukkan bahawa bentuk graf yang diperolehi berkait rapat dengan kadar pendinginan spesimen yang dikaji.

c) Ramalan bentuk graf sekiranya spesimen yang digunakan mempunyai garis pusat dua kali ganda lebih besar dan penjelasannya.

Bentuk graf yang akan diperolehi akan hampir sama, kerana kawasan yang dilindap kejut akan mempunyai nilai kekerasan yang tinggi berbanding hujung yang satu lagi. Perbezaan yang mungkin berlaku hanyalah peningkatan nombor kekerasan Rockwell dan Vickers.

5

KESIMPULAN:

Lindap kejut ialah satu keadaan penyejukan secara mendadak yang dikenakan ke atas sekeping keluli -pemukaan komponen. Semasa proses ini berlaku, komponen mengecut dengan pantas disebabkan oleh pengecutan haba dan peningkatan isipadu terjadi apabila proses penukaran kepada martensit yang berlaku pada suhu yang rendah. Semasa proses ini, spesimen mengalami tegasan baki dalaman yang tinggi, dan boleh mengakibatkan kegagalan (retak lindap kejut).

Walaupun tidak berlaku keretakan ubahbentuk plastik setempat boleh berlaku yang boleh mengakibatkan herotan dan peledingan.

Retak lindap kejut dan herotan berpunca terutamanya daripada taburan suhu yang tidak seragam semasa proses penyejukan berlaku. Seperti ujikaji yang dilakukan. Bahagian hujung yang dilindap kejut mempunyai kekerasan yang tinggi berbanding bahagian yang jauh

dilindap kejut. Hal ini adalah kerana, bahagian hujung menyejuk dengan cepat dan melalui

zon suhu pembentukan martensit lebih awal berbanding bahagian yang lebih jauh. Perbezaan suhu setempat ini mengakibatkan kehelan setempat yang menghasilkan tegasan baki.

Taburan haba yang tidak seragam ini mengakibatkan terdapat beberapa bahagian yang spesimen tidak memperoleh sifat dan kekerasan yang diperlukan. Maka, ketidakseragaman suhu hasil ini akan menghasilkan herotan dan akhirnya komponen pecah dan membahayakan pengguna.

Melalui ujikaji ini, kita ketahui bahawa rekabentuk yang wajar dapat mengelakkan masalah rawatan haba ini .Keratan rentas komponen mestilah seseragam yang mungkin:

Rekabentuk ideal ialah semua keratan mesti mempunyai kebolehan menyerap/membebaskan haba yang sama.

Sfera adalah bentuk yang ideal tetapi penggunaan bentuk ini terhad dalam aplikasi

Selain itu, situasi ini dapat dielakkan:

komponen perlu dilindapkejut dalam pendakap khas yang menahannya dari mengherot.

Komponen direkabentuk supaya cecair lindapkejut sampai ke kawasan kritikal yang perlu dikeraskan

6

RUJUKAN:

Jasmi Hashim, (2003). Glosari Kejuruteraan Bahan. 1st ed. Malaysia: Penerbit UTM.

Esah Hamzah & Mohd. Zubil Bahak, (1997). Keluli : Mikrostruktur dan Sifat, Ed. 2 (RENONG) . 2nd ed. Malaysia: Penerbit UTM.

Dedikarni Panuh, 2012. Kesan Rawatan Haba Terhadap Sifat-Sifat Fizikal, [Online] Available at:< www.ukm.my >[Accessed 20 Disember 2012].

Westmoreland Mechanical Testing & Research Inc. International, 2007. Content Jominy.[online] available at:< www.wmtr.com>[Accessed 20 disember 2012].

Zulkepli, 2009. Rawatan Haba. [Online] Available at:< www.fkm.utm.my> [Accessed 20 Disember 2012].

7