KEJURUTERAAN MEKANIKAL

TEKNOLOGI BAHAN (ASAS)

POLIMAS*NOTA RINGKAS

DISEDIAKAN OLEH ZAIRUNIZAM BIN UMAR, POLIMAS, 06000, JITRA, KEDAH MZAIRUN@YAHOO.COM

JABATAN KEJURUTERAAN MEKANIKAL POLITEKNIK SULTAN ABDUL HALIM MUADZAM SHAH (POLIMAS) BANDAR DARUL AMAN, 06000 JITRA, KEDAH. MODUL KOD MODUL JAM KREDIT KURSUS PENSYARAH BILIK TELEFON : TEKNOLOGI BAHAN : J3022 : 2.5 : DIPLOMA/SIJIL KEJURUTERAAN MEKANIKAL : MOHD ZAIRUNIZAM BIN UMAR : UNIT PEPERIKSAAN 1 : 04 9146170/ 049146100 ext 6410/0125996667

OBJEKTIF AM Di akhir modul ini, pelajar-pelajar akan dapat: Memahami asas pembentukan struktur atom Memahami bagaimana proses pemejalan logam dan aloi berlaku Memahami jenis logam ferus dan proses pengeluarannya. Memahami dan mengetahui proses kerja logam, tuangan dan rawatan haba. Memahami dan mengtahui ujian mekanik dan sifat-sifat mekanik bahan. Mengetahui jenis-jenis kakisan dan proses pencegahan kakisan Memahami dan menyenaraikan jenis-jenis logam bukan ferus. Memahami dan mengetahui jenis-jenis plastik, kebaikan dan keburukannya serta proses pembuatannya.

KEPERLUAN KURSUS : 1. Pembacaan modul dan lain-lain bahan bacaan berkaitan. 2. Melibatkan diri dengan latihan dan aktiviti semasa kuliah. 3. Mengambil ujian dan peperiksaan yang ditetapkan. PENILAIAN : 1. Ujian 2 x 20% = 40% 2. Tugasan 4 x 5% = 20% 3. Kuiz 4 x 5% = 20% 4. Amali 2 x 10% = 20% JUMLAH PENILAIAN BERTERUSAN (P.B) = 100%(60%) 5. PENILAIAN AKHIR (P.A) =100% (40%) KEHADIRAN 1. Pelajar mesti hadir tidak kurang dari 80% masa pertemuan yang ditetapkan dalam jadual perkuliahan. 2. Pelajar yang tidak memenuhi syarat kehadiran tersebut di atas tidak akan dibenarkan menduduki peperiksaan akhir ( PB=0 & PA=0 ).

i

UNIT 1 :

STRUKTUR BAHAN (5 JAM) 1.1 Struktur Bahan 1.2 Atom 1.3 Unsur ( Elemen ) 1.4 Campuran 1.5 Sebatian 1.6 Jadual Pekalaan Unsur 1.7 Ciri-ciri Jadual Perkalaan Unsur 1.8 Kegunaan Jadual Perkalaan Unsur 1.9 Konfigurasi Elektron 1.10 Hablur 1.11 Jenis-jenis ikatan Atom

UNIT 2

SISTEM ALOI PERDUAAN (5 JAM ) 2.1 Pemejalan Logam dan Aloi 2.2 Pertumbuhan Bijian 2.3 Logam Tulin 2.4 Aloi ( Pancalogam ) 2.5 Larutan Pepejal 2.6 Jenis-Jenis Larutan Pepejal 2.7 Pemejalan Bahan 2.8 Pembentukan Teras Dalam Pemejalan Logam 2.9 Rajah Keseimbangan Fasa Bagi Sistem Aloi Perduaan SOALAN 1

UNIT 3

PENGELUARAN BESI DAN KELULI (2 JAM) 3.1 Jenis-jenis Bijih Besi 3.2 Ciri-ciri Bijih Besi 3.3 Proses pengeluaran besi 3.4 Proses pengeluaran keluli KELULI KARBON BIASA (4 JAM ) 4.1 Alotropi Besi 4.2 Gambarajah Keseimbangan Besi Karbon 4.3 Juzuk-juzuk Mikro Pada Keluli Karbon Biasa 4.4 Keluli Karbon Biasa 4.5 Kesan Unsur Lain Kepada Keluli Karbon Biasa

UNIT 4

ii

4.6 4.7 UNIT 5

Klasifikasi dan Kegunaan Keluli Karbon Biasa Had-had Keluli Karbon

KELULI ALOI DAN BESI TUANG (3 JAM) 5.1 Keluli Aloi 5.2 Pengkelasan Keluli Aloi 5.3 Besi Tuang 5.4 Faktor Yang Mempengaruhi Pembentukkan Karbon Dalam Besi Tuang 5.5 Jenis-Jenis Besi Tuang 5.6 Kebaikan Besi Tuang SOALAN 2

UNIT 6

KERJA LOGAM (2 JAM ) 6.1 Kerja Sejuk 6.2 Kerja Panas PROSES TUANGAN (4 JAM) 7.1 Tuangan Pasir 7.2 Tuangan Lilin 7.3 Tuangan Acuan Tekanan 7.4 Perbandingan di Antara Kaedah-Kaedah Tuangan RAWATAN HABA PADA KELULI (3 JAM ) 8.1 Penghabluran Semula 8.2 Proses Rawatan Haba 8.3 Proses Pegerasan Permukaan SOALAN 3 UJIAN BAHAN (2 JAM) 9.1 Sifat-Sifat Mekanik 9.2 Ujian Musnah 9.3 Ujian Tanpa Musnah 9.4 Ujian Penusukan Cecair 9.5 Ujian Serbuk Megnet 9.6 Ujian Ultra Sonik 9.7 Ujian Sinaran X SOALAN 4 KAKISAN (4 JAM ) 10.1 Kakisan Pengoksidaan Terus 10.2 Kakisan Elektro Kimia 10.3 Bentuk Kakisan 10.4 Pencegahan Kakisan LOGAM BUKAN FERUS (3 JAM ) 11.1 Aluminiun

UNIT 7

UNIT 8

UNIT 9

UNIT 10

UNIT 11

iii

11.2 11.3 11.4 11.5 11.6 UNIT 12

Kuprum Timah Zink Plumbum Bahan Galas SOALAN 5

PLASTIK (4 JAM) 12.1 Polimer 12.2 Istilah-Istilah 12.3 Struktur polimer 12.4 Jenis-Jenis Rantai Polimer 12.5 Proses Pempolimeran 12.6 Jenis-Jenis Plastik 12.7 Sifat Am Plastik 12.8 Kebaikan Plastik 12.9 Keburukan Plastik 12.10 Kaedah Pembentukan Plastik SOALAN 6

iv

UNIT 1: STRUKTUR BAHANSesuatu bahan berasal daripada struktur dalaman bahan tersebut. Struktur dalaman bahan melibatkan atom-atom dan bagaimana atom-atom dihubungankan dengan atom-atom bersebelahan untuk membentuk hablur, molekul dan struktur mikro. Hablur terdiri daripada atom-atom yang tersusun dalam keadaan 3 dimensi mengikut corak berulangulang atau sekata. Molekul terdiri dua atau lebih atom-atom bergabung secara kimia, samada dari jenis atom yang sama atau berlainan jenis. Struktur mikro adalah struktur yang dipisahkan oleh sempadan ira (bijian). Struktur ini biasanya memerlukan pembesaran untuk dilihat. Atom Merupakan satu zarah asas yang membentuk segala bahan sama ada dalam bentuk pepejal, gas atau cecair. Saiz atom adalah sangat kecil, walaubagaimana pun ia mempunyai berat dan sifat-sifat tersendiri. Atom terdiri daripada tiga zarah asas Zarah Proton Neutron Elektron Cas Positif Neutral Negatif

Cas, atom adalah neutral kerana proton mempunyai cas yang bertentangan dengan elektron. Nukleus terdiri daripada proton dan neutron. Manakala elektron berputar mengelilinginya. Susunan elektron didalam atom ditunjukkan pada Rajah 1.2 Elektron

Petala / orbit /Petala 2

Petala 3Nukleus yang mengandungi proton dan neutron

Kedudukan electron, nukleus dan orbit bagi atom Elemen/Unsur merupakan gabungan 2 atau lebih atom-atom sejenis. Ianya berada dalam keadaan tulen. Contoh: logam yang kurang relatif seperti emas dan paltinium. Bukan logam seperti intan, grafit dan sulfur.

1

Campuran merupakan gabungan antara 2 atau lebih atom-atom yang berlainan jenis tetapi tidak bergabung secara kimia. Sebatian merupakan gabungan antara 2 atau lebih atom-atom yang berlainan jenis bergabung secara kimia. Contoh : Besi + Sulfida dan dipanaskan, menghasilkan besi sulfida. Sebatian semulajadi sangat stabil kerana zarah-zarah didalamnya dipegang dengan kuat. Jadi ia tidak akan mudah terurai. Cth : Natrium Klorida hanya boleh diuraikan pada suhu 800C. Ikatan yang terjadi disebut ikatan kimia. Hablur Pepejal boleh dikelaskan kepada pepejal berhablur dan pepejal amorfus. Pepejal berhablur terdiri daripada atom-atom yang tersusun dalam tiga dimensi mengikut corak berulang-ulang atau sekata. Hablur terdiri dari logam dan bukan logam. Hablur tunggal ialah pepejal dengan sel unit tersusun sekata manakala hablur polihablur pula terdiri daripada banyak hablur tunggal.

Butiran hablur tunggal Sempadan ira/bijian

Struktur dan sempada sepadan

Dalam proses pemejalan atom, logam cair akan bertindakbalas antara satu sama lain dan menyusun kedudukan masing-masing dalam bentuk yang seragam dan teratur. Penyusunan secara teratur ini dinamakan proses pembuatan ruang kekisi. Hablur dapat dilihat dengan menggunakan alat X Ray defractometer manakala bijian dapat dilihat dengan jelas menggunakan mikroskop kajilogam setelah dicanai (grinding), pengilapan (polishing), punaran (etching). Empat jenis struktur hablur yang kerap kali ditemui ialah

1.Kiub Mudah (Simple Cube) 8 atom pada bucu x 1/8 = 1 atom Cth: Garam (Na Cl)

2. Kiub berpusat jasad (BCC) 8 atom pada bucu x 1/8 = 1 atom 1 atom pusat = 1 atom Jumlah 2 atom kromium, molibdenum, titanium dan tungsten.

2

3. Kiub berpusat muka (FCC) 8 atom pada bucu x 1/8= 1 atom 6 atom pada muka x = 3 atom Jumlah 4 atom aluminium, kuprum, emas dan nikel.

Jenis-Jenis Ikatan 1.Ikatan Ionik terjadi apabila satu atau lebih elektron dipindahkan (didermakan) daripada satu atom ke satu atom yang alin. Atom yang kehilangan elektron menjadi ion +ve (kation) manakala atom yang menerima elektron bercas ve (anion).

4. Heksagon padat (HCP) 12 atom pada bucu x 1/6 = 2 atom 2 atom pada muka x 1/2 = 1 atom 6 atom pada sisi x 1/2 = 3 atom Jumlah 6 atom berilium, magnesium dan zink.

Elektron berpindah daripada natrium kepada klorin

Ikatan Ionik bagi Natrium Klorida

2. Ikatan Kovalen Perkongsian antara elektron supaya elektron luarnya (elektron valensi) sentiasa terisi penuh. Terhasil daripada tarikan diantara elektron yang dikongsi ini dengan nukleus positif bagi atom yang masuk kedalam ikatan. Biasanya bahan (material) yang mempunyai ikatan ini adalah rapuh.

Cl

Cl

O

O

(a) Molekul Cl2. Sepasang elektron yang berkongsi

(b) Molekul oksigen O2. Dua pasang elektron yang 3

3. Ikatan Logam (Metalik) atomnya tersusun sangat rapat antara satu sama lain. Setiap atom membekalkan satu /lebih elektron yang bergerak keseluruh hablur logam berkenaan seperti yang ditunjukkan pada rajah. Tarikan antara ion logam positif dan elektron yang bebas akan menghasilkan daya ikatan yang kuat.

Ikatan logam (ion positif dalam gas elektron)

4

UNIT2: SISTEM ALOI PENDUAANPertumbuhan bijian/hablur

Pembentukan nukleus

Dendrit tumbuh

Pertumbuhan dendrit & lengan bertemu membentuk sempadan bijian

Pemejalan tamat dengan terbentuknya bijian

1.

2.

3. 4.

Pertumbuhan nukleus - Bucu-bucu nukleus yang bebas memilih jalan masingmasing ketempat lebih sejuk menyebabkan pertumbuhan nukelus dan pekembangan bucu sumakin bertambah Dendrite tumbuhan - Lengan jejari akan terbentuk ianya sendiri membentuk lengan-lengan secondry masing-masing 90 darjah diantara satu sama lain. Ia berlaku berterusan hingga satu suktur dendrite wujud. Pertumbuhan dendrite dan lengan bertemu membentuk sempadan bijian. Pemejalan tamat dengan terbentuknya bijian

Logam tulin

-

Mempunyai elemen-elemen yang sama sifat-sifat yang lemah Mudah ditempa - mudah ubah bentuk Mulur - boleh ditarik jadikaan wayar 2 atau lebih kompenen bahan ( logam dan bukan logam ) Besi + C Keluli

Aloi

-

4

Larutan pepejal - Atom atau molekul-molekul bahan telah menduduki keduukan yang biasa dalam kekisi hablur dan membentuk sesuatu fasa tunggal. - Apabila pemejalan berlaku , atom-atom aloi akan tersusun dengan teratur. ( ruang kekisi ). Jenis-Jenis Larutan Pepejal a.Larutan Pepejal Gantian 1.Secara rawak 2.Secara teratur

Atom Zarah Atom Utama

Zarah ambil tempat atom Utama secara rawak, tidak teratur

Susunan teratur

b. Secara celahan Atom zarah yang kecil mengisi ruang-ruang Diantara atom dalam kekisi. Mengelakkan kegelincaran jenis ini lebih kuat

Sebatian Intermetalik / Antara Logam Tindak balas Kimia terjadi diantara dua logam.Sebatian ini biasanya menghablur dalam stuktur yang berlainan dari logam-logam asalnya.Struktur yang agak kompleks,tetapi kandungan yang tetap.sifat yang rapuh. Cementite (karbida besi).

5

Pemejalan Bahan Logam dipanaskan dengan sekata mula melebur,seluruh logam akan melebur (titik melebur) Penyejukkan Tenaga kinetik bagi atom-atom/molekul bagi cecair tersebut berkurangan dan kelikatan logam semakin bertambah Dalam keadaan cecair atom-atom berada dalam keadaan rawak Bila beku,atom tersusus dengan teratur ikut geometri tertentu. Semua bahan pepejal terbentuk dalam keadaan amorphous (tak berhablur) atau crystalline ( hablur) Pembentukan Turas Dalam Pemejalan Logam Susunan rangka dendrite

Rajah Keseimbangan Fasa Bagi Sistem Aloi Perduaan Menerangkan kandungan bahan dan struktur fasa. Semua bahagian homogen (komponen) bahan yang boleh diasingkan secara fizikal dan mempunyai kandungan kimia serta struktur yang teratur. Fasa Merujuk kepada suatu bentuk struktur atau kawasan yang mempunyai sifat berlainan jenis akibat dari perubahan atau memiliki sifat semulajadi yang berbeza. Ia dipisahkan oleh garis-garis lengkung pendinginan atau sempadan fasa Rajah Keseimbangan Fasa Peta sesuatu system dan ia menunjukkan fasa yang sepatutnya wujud di bawah keadaan keseimbangan untuk sebarang gabungan rencaman dan suhu tertentu. Memahami sistem logam dan aloi. Komposisi Peratus kandungan bahan-bahan yang tertentu sengaja atau tidak segaja di masukkan kedalam sesuatu bahan Kehadiran peratus komposisi bahan ini boleh menyebabkan perubahan dalam fasa, sifat dan bentuk struktur miko bahan Cecair (Liquidus) Garisan lintang yang memisahkan antar fasa cecair bahan dengan fasa separa cecair bahan.Semasa proses pemejalan berlaku, zarah bahan yang berada pada suhu lebur akan mula memejal apabila suhu diturunkan.Titik permulaan proses pemejalan berlaku apabila melepasi lintang liquidus. Rajah Fasa Cu-Ni

1455

6

t3 1083 Suhu (o C)

t1 t2 m n r

p q t1 suhu pemejalan bermula t3 suhu pemejalan berakhir -cecair yang kerencaman m berada dalam keadaan keseimbangan dengan larutan pepejal kerencaman.

Larutan

100 X% Ni % Ni Rajah di atas menunjukkan suatu aloi yang mengandungi X % nikel akan memejal seperti berikut : 100% Cu i. Pada suhu t1, kerencaman cecair 1 akan berada dalam keadaan keseimbangan dengan larutan pepejal kerencaman yang sepadan kepada titik p pada garisan solidus (garisan pepejalan). Oleh itu hablur larutan pepejal pertama membentuk terdiri dari kerencaman p. Apabila suhu turun maka kerencaman larutan pepejal berkecenderung untuk berubah dengan cara resapan mengikut garisan pepejalan kepada titik q. Pada suhu t2, cecair yang kerencaman m berada dalam keadaan keseimbangan dengan larutan pepejal kerencaman. Proses pemejalan aloi ini akan selesai pada suhu t3 apabila titisan terakhir cecair kerencaman n, memejal, membaiki kerencaman hablur larutan pepejal kepada r.

ii. iii. iv.

7

UNIT 4: KELULI KARBONKealotropan Besi Tulin Kealotropan-Kemampuan sesuatu bahan untuk mempunyai lebih dari satu struktur hablur (penyusunan atom-atom membentuk struktur hablur yang baru) penjelmaan alotrop proses penyusunan atom-atom membentuk hablur baru. besi tulin adalah bahan logam yang bersifat kealotropan pada suhu bilik besi berbentuk BBC( -Fe)dan bertukar kepada FCC(-Fe)bila suhu melebihi 910C dan akan berubah menjadi BBC(-Fe)apabila suhu melebihi 1400C dan besi tulin akan lebur pada suhu 1540C Ringkasannya: -Fe(BBC)-Fe(FCC)-Fe(BBC)LEBUR Rajah Keseimbangan Besi Karbon Menunjukkan fasa-fasa yang wujud dalam keseimbangan bila aloi-aloi besi-karbon disejukkan dengan perlahan pada suhu dan komposisi karbom yang tentu. Banyak sifat-sifat besi tuang dan keluli karbon serta mikrostrukturnya dapat dijelaskan.Kandungan karbon biasa ialah takat leburendah-keluli jadi lemah,bila dikerja panas. >bahan yang rapuh pada suhu bilik,tak sesuai untuk dikerja sejuk. Biasanya Mn ditambah banyak untuk elak FeS terbentuk. Kandungan sulfur tidak melebihi 0.05%S.Untuk keluli alat (0.03%S) Untuk keluli pemotongan bebas (0.3%S,1.5%Mn dan 0.03%P). Kehadiran MnS pada keluli meningkatkan sifat kebolehmesinannya. Fosforus (P) Fe3P (fosfid besi) rapuh dan larut dalam keluli. Kesan kekerasan,akan berkurangan dengan 0.05%P. Jika lebih,besi menjadi rapuh

10

11

10

11

12

13

14

UNIT 6 : KERJA LOGAMProses yang dilakukan ke atas logam sebelum ianya boleh dikeluarkan untuk kegunaan/ pasaran. KERJA SEJUK Proses pengubahan plastik yang dijalankan pada suhu di bawah takat penghabluran semula Proses dijalankan pada suhu bilik. Semasa proses (kepingan / jongkong) struktur hablur diubah dan terherot serta memanjang kea rah kerja dilakukan. Logam jadi keras dan kekuatan berubah menjadi tegasan dalaman akan bertambah dan kemuluran berkurangan. Sifat-sifat logam kekuatan rintangan elektrik bertambah. Logam lebih rapuh dan keras dan akan pecah / retak jika terus diproses. Contoh :- Proses mengelek,menarik,menekan dan biasanya pada logam yang sudah dikerja sejuk. Proses pengakhiran (Finishing).

.

Fungsi :1. Membolehkan dimensi yang tepat didapati pada hasil kerjanya. Mendapatkan kemasan permukaan yang bersih / licin. Mendapatkan pelbagai darjah kekerasan dengan mengenakan pelbagai kerja sejuk. Proses Menarik. Penghasilan dawai,rod dan tiub. Hanya logam mempunyai kemuluran tinggi sahaja (disepuhlindap). Ditarik melalui satu acuan yang bergaris pusat tirus. Geseran, kesan licin dan tekanan yang kuat berlaku dibahagian persentuhan antara acuan dengan bahan dan memanaskan bahagian ini. Penyejukan diberikan. Bahan acuan mestilah cukup keras / kuat menentang kehausan / lelasan yang dibawa oleh kesan-kesan tersebut. Bahan acuan keras dan kuat Tungsten Carbide insert (die insert)

15

Geseran / kesan ricih tekanan. -panas. -

harus diperhatikan telah dikerja sejuk dengan lengkap dan sejuk dengan cepat elak herot/putus. 2. Proses Menggelek Produk- kepingan jalur/skrip. Dengan 4 penggelek Penggelek kecil untik nipiskan logam. Penggelek besar menyokong/resapgeteran ketebaan yang tetap. Bahan pelincir diberikan sebelum dan selepas proses, untuk elak berlakunya pertumbuhan bijian.

-

Kebaikan dan keburukan Proses Kerja Sejuk Kebaikan Kemasan permukaan yang baik. Ketepatan ukuran yang tinggi. Meninggikan cirri-ciri kemasan logam supaya kemasan yang baik dan membaiki kekutan dan tengangan. Keburukan Kos yang tinggi berbanding dengan proses kerja panas. Bahan menjadi rapuh kurang mulur disebabkan pengerasan kerja.

KERJA PANAS1. 2. 3. 4. 5. Pembentukan logam yang dilakukan sedikit diatas suhu penghabluran semula. Berlaku canggan plastic pada struktur bijian. Penghabluran semula akan memulihkan kekisi asas. Jika suhu rendah lebih banyak daya diperlukan untuk mengherotkan logam. Jika suhu lebih tinggi kerja mudah dilakukan tanpa risiko logam meretak. Jika panas lampau akan berlaku pengoksidaan dan melemahkan bahan.

Jenis-jenis Kerja Panas. 1. Menggelek panas. Tempaan panas Penyemperitan panas Proses Menggelek panas.

16

2. 3. -

Proses menipis/meratakan jongkong. Digelek satu peringkat atau beberapa peringkat sehingga ketebalan yang dikehendaki. Contoh :- Rangka pembinaan, bar bulat guna penggelek bentuk khas. Tempaan Panas. Kepingan/jonkong dihantam dengan tukul/punch, sama ada guna gravity atau pneumatic. Bahan kerja (logam) diletak diantara dua awan. Acuan diikat pada tukul (atas) dan anvil (bawah). Apabila daya diberikan kedua-dua bahan awan ini akan bercantum menjadi satu awan (awan tertutup). Bahan ikut isipadu atau dilebihkan bahan slesh mengalir keluar. Struktur atau bijian akan berubah orentasi. Contoh :- Spanar,rod penyambung, bolt. Penyemperitan (Extrution). Penolakan satu billet panas melalui satu awan dengan menggunakan kuasa hidraulik. Jongkong (ingot) ditekan sehingga menyalir dibawah tekanan tinggi, melalui saluran orifis/die. Kelebihannya adalah hasil dapat dipelbagaikan. Bentuk yang rumit dengan ketepatan dimensi yang baik. Bahan kerja adalah terhad dimana bahan yang takat lebur rendah, berkecairan baik, tembaga, aloi loyang dan aluminium serta alloinya. Kebaikan dan Keburukan Kerja Panas.

Kebaikan Memecahkan struktur hablur yang besar/kasar yang terdapat didalam jongkong. Jika suhu kemasan yang betul, pengahalusan bijian akan didapati.. Jika dibawah tekanan tinggi dikenakan, rongga-rongga (blow hole) akan terhapus. Kekuatan,kemuluran,keliatan benda kerja lebih baik bebanding dengan proses kerja sejuk.

Keburukan Dimensi akhir agak sukar diperolehi logam panas mengecut. Permukaan akhir tidak kemas. Berlaku pengoksidaan di permukaan pada suhu yabg tinggi. Untuk membaiki bendanya haruslah melalui kerja sejuk semula.

17

UNIT 7: PROSES TUANGANTuangan Proses tuangan adalah satu proses pengeluaran di mana bahan yang diperlukan, dipanaskan sehingga lebur dan kemudiannya dituangkan ke dalam acuan dan dibiarkan memejal melalui penyejukan tersendiri sebelum dikeluarkan untuk dibersihkan atau di mesin semula menggunakan acuan daripada pasir. Kaedah-kaedah tuangan : a) Tuangan pasir ( sand casting ) b) Tuangan lilin hilang ( lost wax/investment ) c) Tuangan acuan tekanan (pressure die-casting ) d) Tuangan gravity ( acuan kekal ) dan kelompang 1. Tuangan Pasir ( sand casting) a) Satu acuan dihasilkan dengan memadatkan pasir-pasir pengacuan (campuran pasir silika dengan satu kadar tanah liat yang berfungsi sebagai pelekat), mengelilingi satu bentuk corak komponen yang biasanya diperbuat dari kayu. b) Acuan ini terbahagi kepada dua bahagian atau lebih. Bahagian atas acuan dinamakan COPE dan bahagian bawah pula dipanggil DRAG c) Disebabkan kekonduksian haba yang rendah pada pasir pengacuan, kadar pemejalan dalam tuangan pasir amat kecil. Ini menyebabkan terjadinya struktur bijian yang kasar pada hasil tuangan.

d) Tuangan pasir dianggap sesuai bagi menghasilkan tuangan berbagai bentuk bagi hampir semua logam pada sebarang saiz dengan kos acuan yang murah. PROSES PENGACUANAN TUANGAN PASIR Bagi menghasilkan acuan ini pula, jenis corak yang digunakan adalah corak belah dan menggunakan satu teras pasir lembab.

18

Acuan bagi produk tuangan pasir.

TUANGAN LILIN HILANG Langkah-langkah Penghasilan Produk Tuangan Lilin Hilang.

Corak tuangan lilin dihasilkan dengan menggunakan lilin. Corak lilin dicelup ke dalam pekatan bahan penyalut tahan panas untuk menghasilkan permukaan yang licin pada bahagian dalam dinding acuan .

Gambarajah 7.16 : Satu corak tuangan lilin

Corak lilin yang disaluti bahan tahan panas diletakkan ke dalam bekas acuan logam. Bahan peleburan dituangkan ke dalam bekas acuan. Kemudian dibiarkan mengeras di keseluruhan bekas acuan bagi membentuk acuan. Bahan peleburan yang digunakan terdiri daripada bahan pengeras dan pasir silika.

Gambarajah 7.16 : Kedudukan corak bagi tuangan lilin

Acuan lilin kemudian dipanaskan di dalam relau pada julat suhu 100C sehingga 200C. Corak lilin akan lebur dan mengalir keluar untuk menghasilkan rongga acuan. Acuan akan dikeluarkan daripada relau dan diterbalikkan. Logam lebur akan dituang ke dalam rongga acuan. Bila logam lebur telah memejal, produk tuangan bolehlah dikeluarkan.

Gambarajah 7.17 : Lilin lebur dan mengalir keluar

19

Kebaikan proses ini ialah pencapaian ketepatan dimensi yang lebih tinggi (0.05mm), kemasan permukaan yang lebih baik dan kos memprosesnya adalah murah.

TUANGAN ACUAN TEKANAN

Langkah-langkah Penghasilan Produk Tuangan Acuan Tekanan.

Logam lebur dimasukkan ke dalam kebuk.

Teras dikeluarkan dan die pengeluar digerakkan ke belakang.

Pin penolak akan menolak produk tuangan keluar dari die.

20

Kebaikan proses ini ialah : i. ii. iii. iv. Acuan ini adalah acuan kekal dan boleh digunakan berulangkali. Ia adalah lebih ekonomik dan sesuai dalam pengeluaran komponen-komponen kecil secara besar-besaran. Rupabentuk yang rumit dan keratan yang nipis boleh diperolehi. Kecacatan keliangan dapat diperkecilkan disebabkan tiada kedapatan sebarang gelembung udara yang terperangkap kerana telah dimampat keluar oleh tekanan.

21

SEPUH LINDAP (ANNEALING)Ditakrifkan sebagai pemanasan keluli kepada suhu yang melebihi suhu kritikal atas dan diikuti dengan proses penyejukan yang perlahan dalam furnace/relau. Sepuh lindap biasanya dilakukan ke atas kepingan logam atau komponen-komponen yang telah dikerja-sejuk, tempaan dan tuangan. Tujuan: i. Melembutkan keluli dan memperbaikkan lagi kebolehmesinannya (machinebility). ii.Menghapuskan tegasan dalaman yang dihasilkan dari rawatan terdahulu seperti gelekan (rolling), tempaan (forging) dan penyejukan yang tidak seragam. iii.Menghaluskan bijian-bijian yang kasar.

UNIT 8: RAWATAN HABAProses pemanasan logam kpd suatu tahap suhu yg tertentu & diikuti dgn proses penyejukan pada kadar yg tertentu Tujuan Utk mengubah & mempelbagaikan sifat2mekanikal logam kekerasan ,kerapuhan,kekuatan tegangan,kemuluran, ketempaan, keanjalan & kebolehmesinan.

Langkah pengendalian Sepuh Lindap terdiri dari:Pemanasan ke suhu tertentu rendaman(soaking) secukup masa dan membiarkan perubahan berlaku penyejukan dengan kadar tertentu

Dalam proses rawatan haba terhadap keluli , beberapa pusingan haba di kenakan terhadap keluli tersebut iaitu :1.Dipanaskan secara perlahan-lahan sehingga suhu yang ditetapkan iaitu bergantung kepada kandungan karbon. 2.Kemudiannya direndamkan atau dibiarkan pada suhu itu dalam jangkamasa yang tertentu bergantung kepada saiz komponen yang dirawat-haba. 3.Disejukkan dalam media yang dikhaskan dengan kadar yang tertentu.

Media Penyejukkan Air garam Larutan garam Air sejuk (paip) Minyak Udara

KUENC (LINDAP-KEJUT) - PROSES PENGERASAN 0.83 %C ), semua ferit akan berubah menjadi austenit sebelum dilindapkejutkan di dalam media kuenc. Apabila keluli mengalami proses penyejukan yang cepat, austenit tidak sempat berubah menjadi pearlit martensit.

1.Sepuh Lindap Penuh (Full Annealing) Tujuan proses ini ialah untuk menghapuskan keterikan yang dihasilkan dari proses tempaan dan tuangan, memperbaiki kebolehmesinan (machinability), melembut dan menghaluskan struktur hablurnya. Sepuh lindap penuh melibatkan pemanasan dan rendaman (biasanya 2 jam) bergantung kepada tebal komponen dan diikuti dengan penyejukan yang amat perlahan. Proses penyejukan dilakukan dalam relau. Untuk keluli yang mengandungi kurang daripada 0.83 %C, pemanasan dilakukan ke suhu 25-50 oC di atas garis kritikal atas bagi keluli yang berkarbon tinggi ( > 0.83% C ), suhunya ialah 50 oC di atas garis kritikal bawah. 2.Sepuh Lindap Proses/Sub Kritikal Proses ini biasanya dilakukan ke atas keluli berkarbon rendah ( kurang daripada 0.83 %C ). Pemanasan dilakukan pada suhu 650 - 700 oC selama beberapa jam untuk melembutkan keluli. Rawatan ini biasanya dilakukan ke atas aloi yang mengalami ketegasan-ketegasan teruk setelah dikerja-sejuk bagi mengembalikan kemulurannya supaya kerja-kerja sejuk yang selanjutnya dapat diteruskan. 3.Sepuh Lindap Pengsferaan (Spheroidising) Lebih kurang serupa dengan sepuh lindap penuh tetapi untuk keluli berkarbon tinggi ( > 0.83 %C ). Pemanasan dijalankan pada suhu 650 -700oC.

Jenis-jenis proses rawatan haba :Sepuh lindap ( annealing ). Sepuh lazim/Penormalan ( normalising ). Pengerasan ( hardening )/Lindap-Kejut(Quenc). Pembajaan ( tempering ).

SEPUH LAZIM/PERNORMALAN (NORMALISING)Proses ini hampir sama dengan proses sepuh lindap kecuali proses penyejukannya dilakukan di udara. Tujuan utama proses ini ialah untuk menghasilkan hablur yang halus bagi memperbaiki sifat-sifat mekanikal seperti kemuluran dan keliatan. Sepuh lazim sama seperti sepuh lindap penuh tetapi penyejukan dilakukan dalam udara yang tetap, dan pemanasannya pula dilakukan pada 50oC di atas garis kritikal atas untuk semua kandungan karbon. Biasanya ini merupakan proses rawatan haba yang terakhir sebab selepas proses sepuh lazim, keluli yang diperolehi adalah lebih kuat dari sepuh lindap penuh disebabkan strukturnya yang lebih halus. Tegasan, kekuatan tegangan, titik alah dan nilai tenaga hentaman (impact) adalah lebih tinggi dari yang didapati melalui sepuh lindap penuh.

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, tempoh pemanasan, suhu permulaan penyejukan dan kadar penyejukan.

PEMBAJAAN (TEMPERING)Melibatkan pemanasan semula keluli ke suhu di bawah garisan kritikal bawah - perubahan rupabentuk martensit yang terhasil selepas kuenc menjadi struktur yang lebih lembut tetapi liat. Lebih tinggi suhu pembajaan digunakan, lebih hampir struktur itu menjadi struktur pearlit yang stabil dan bahan itu menjadi lebih lembut dan liat. Pembajaan mesti dilakukan selepas sahaja selesai kuenc supaya tidak terjadi retak kuenc. Tujuan - melegakan keterikan dalaman yang terhasil dari pengerasan kuenc , sambil memperbaiki keliatan dan kemulurannya tetapi mengurangkan kekerasan dan kekuatannya. Proses pemanasan dilakukan sehingga ke suhu pembajaan dan dikekalkan pada suhu tersebut untuk suatu jangka masa tertentu Suhu pembajaan perlu dikawal rapi untuk mendapat hasil yang baik. Suhu pembajaan maksima (yang dibenarkan) tidak boleh melampaui garisan kritikal bawah bagi mengelakkan dari berlakunya mendakan sementit yang membawa kesan rapuh (embrittlement). Suhu melebihi garisan kritikal bawah juga membenarkan pertumbuhan bijian menjadi bertambah kasar yang akan menjejaskan kekuatan. Suhu yang disyorkan seperti dalam Jadual dibawah. Penyejukan dari suhu pembajaan dilakukan samada dalam udara, atau dilindapkejut dalam minyak atau air. PENGERASAN PERMUKAAN (SURFACE HARDENING) Satu bahan yang liat serta mempunyai kekerasan yang tinggi di permukaanya. Contohnya, komponen keluli seperti giar, aci dan sesondol. Dengan membentuk satu lapisan yang mempunyai kekerasan yang tinggi pada permukaan tetapi liat pada terasnya (di dalam). Ia boleh dilakukan dengan beberapa cara. 1.Pengerasan selongsong (case hardening) merupakan salah satu cara yang digunakan untuk menghasilkan satu permukaan yang keras atas keluli yang mulur. Proses ini menambahkan kandungan karbon ke dalam permukaan sesuatu keluli lembut, dan seterusnya menghasilkan dengan berkesan satu rencaman (composite) yang terdiri daripada keluli berkarbon rendah dengan kulit nipis yang berkarbon tinggi (dalamnya 0.5-0.7mm). Atom-atom karbon diresap ke dalam besi pada suhu melebihi 910oC. Ketebalan selongsong karbon yang dihasilkan adalah bergantung kepada masa dan suhu pengkarbonan. Bahagian-bahagian yang tidak dikeraskan disalut dengan kuprum atau abestos. Dua cara utama digunakan; a) penyusuk karbon bungkus (pack carburizing) Dalam penyusuk karbon bungkus , komponen - komponen hendak dirawat akan dipanaskan ke suhu atas Garis Kritikal Atas dan bersentuh dengan bahan karbon seperti kayu, kayu arang, atau barium carbonate dalam bekas besi tuangan. b) penyusuk karbon gas (gas carburizing) Dalam penyusukkarbon gas, komponen-komponen dipanaskan ke suhu atas Garis Kritikal Atas dalam satu relau yang dipenuhi dengan methane atau gas-gas campuran hidrokarbon.

nitrogen diresap dengan cepat ke dalam keluli. Permukaan yang tidak dikeraskan ditutup dengan saduran nikel. Contoh-contoh komponen yang dinitridkan ialah blok acuan, aci pam, acuan percetakan, gandar dan gelendong brek (brake drum). Antara kelebihan-kelebihanya ialah: i. Retakan dan erotan dapat dihapuskan kuenc sebab tiada proses

terlibat. ii.Rintangan hakisan bertambah. iii.Kekerasan yang dihasil boleh dikekalkan sehingga suhu 500oC berbanding 220oC yang dikeraskan dengan cara pengerasan selongsong. iv.Nilai kekerasan komponen dapat ditingkatkan sehingga 1100 HV. v.Proses ini adalah sesuai untuk merawat bilangan komponen yang banyak supaya kos pemprosesan boleh diturunkan. Kelemahan-kelemahannya ialah: i. Kos kapital bagi loji adalah tinggi. ii. Keluli aloi yang diperlukan dalam proses ini mempunyai kos yang tinggi. iii.Proses ini mengambil masa yang lama dan memerlukan kawalan yang rapi. Sebagai contoh, untuk ketebalan 0.2mm, rendaman pada suhu 500oC dijalankan selama 36 jam.

Suhu pembajaan (oC) 220 240 250 280

Penggunaan mata gergaji mata gerudi, mata kisar acuan, penebuk pahat

Rawatan Selepas Penyusukkarbon Keluli yang telah melalui proses penyusuk-karbon tidaklah keras yang disangkakan. Apa yang terjadi hanyalah penambahan kandungan karbon pada bahagian luar (kulit) komponen tersebut dan pada bahagian dalamnya (teras) pula adalah seperti disepuh lindap penuh dengan struktur bijian yang kasar. Rawatan haba selanjutnya perlu dijalankan bagi mengeraskan kulit/selongsong dan seterusnya menghaluskan bijian supaya keliatan dan kekuatan yang sempurna diperolehi., proses yang dijalankan ialah: i. penghalusan (bijian) teras (core refining) ii. pengerasan permukaan/kulit (case hardening) iii. pembajaan permukaan (case tempering) 2. Penitridaan (Nitriding) Proses ini dilakukan untuk memberikan satu salutan yang keras dan boleh merintang kehausan kepada komponen yang dibuat daripada keluli aloi. Nitrogen diresapkan ke dalam permukaan logam untuk membentuk nitrid. Kejadian ini dicapai dengan memanaskan komponen dalam atmosfera gas ammonia pada suhu 500 - 600 oC melebihi 40 jam. Pada suhu ini, ammonia akan berpecah dan atom

UNIT 9: UJIAN BAHANTujuan Untuk menentukan mutu/kualiti sesuatu bahan. Untuk menentukan sifat-sifat mekanikal seperti kekuatan,kekerasan dan kemuluran. Untuk mengesan kecacatan dalam bahan komponen yang dihasilkan. Untuk menilai prestasi bahan dalam keadaan perkhidmatan yang tertentu.

Sifat Bahan(Logam) Sifat sesuatu logam akan menentukan perlakuan logam terhadap persekitaran/kerja yang dikenakan terhadapnay. Contoh : Logam berkarat bila terdedah pada suhu yang lembap patah/pecah bila dikenakan beban

SIFAT MEKANIKAL Ialah sifat yang menunjukkan perlakuan sesuatu logam,yang diujimenggunakan alat penguji tertentu.

1.

Kemuluran (Ductility) Kebolehan sesuatu bahan ditarik oleh daya tegangan tanpa putus.Sifat ini adalah penting dalam proses tarikan(drawing) dan tekanan(pressing) Contoh : Logam mulur Tembaga dan Aluminium(sangat sesuai untuk dibuat dawai/rod) Kebolehtempaan (Malleability) Kemampuan sesuatu bahan menerima canggaan atau ubah-bentuk plastik oleh daya mampatan tanpa pecah(boleh dibentuk dengan mudah).Sifat ini membolehkan bahan itu ditempa dan digelek Contoh : Kepala rivet Keliatan (Toughness) Kebolehan sesuatu bahan menyerap tenaga dan mengalami ubah-bentuk plastik sebelum ianya patah semasa menerima hentaman dan kejutan. Kerapuhan (Brittleness) Ketidak mampuan sesuatu bahan mengalami ubah-bentuk plastik dan pecah jika dihentamkan secara mengejut. Kekerasan (Hardness) Kebolehan sesuatu bahan menentang cakaran,kehausan dan tembusan. Contoh : Logam keras Keluli berkarbon,keluli tahan lasak dan keluli alat (boleh dijadikan alat pemotong selepas proses pengerasan dan pembajaan)

2.

3.

4.

5.

23

UJIAN MUSNAH Ujian musnah merupakan satu pemeriksaan ujian bahan yang dijalankan ke atas bahan dan ia akan mengakibatkan kerosakan pada bahan itu. Ujian ini amat penting bagi menentukan sifat-sifat mekaniikal sesuatu bahan seperti kekuatan, kekerasan dan kemuluran.ia menentukan mutu atau kualiti sesuatu bahan. Ujian musnah juag menilaiprestasi bahan dalam keadaan perkhidmatan yang tertentu. Ujian Kekerasan (Hardness Test) Kekerasan diukur dengan mengunakan satu pelekuk yang ditusuk di atas permukaan logam. Pelekuk berbentuk berbola,pyramid/kon. Dibuat daripada bahan yang keras-berlian,tungsten karbida/keluli yang dikeraskan. Ujian Brinell Ujian Vickers Ujian Rockwell Ujian Shore Soleroscope Ujian Hentaman (Impact Test) Untuk menentukan keliatan sesuatu bahan itu. Sifat ini ialah gabungan antara kekuatan dan kemuluran. Kaedah yang biasa digunakan ialah Ujian Izod Ujian Charpy

Ujian IzodSpecimen dikapitkan satu hujung dengan ragum Hentaman penukul 162.72J V=3.8m/s

Ujian CharpySpecimen hanya disokong sebagai rasuk Hentaman penukul 298.3 J tnaga kinetic V=5m/s

24

Rajah Kaedah Ujian Hentaman

UJIAN TANPA MUSNAH/NON DESTRUCTIVE TEST Ujian yang dilakukan tanpa memusnahkan komponen/spesimen yang diuji Ujian yang mahal,melibatkan satu siri aturcara pemeriksaan yang rapi Penggunaan alat-alat kelengkapan yang sofistikated Memerlukan tenaga yang mahir/kepakaran tinggi

Tujuan Mengesan sebarang kecacatan 1. 2. 3. meningkatkan produktiviti dimana UTM/NDT dapat mengesan kecacatan pada peringkat awal proses Pemeriksaan kecacatan dalam komponen boleh membawa kepada kawalan kualiti komponen mempunyai tahap keselamatan yang tinggi Meningkatkan perkhidmatan dimana kecacatan yang wujud boleh mengurangkan hayat gua\na dapat dikenalpasti pada peringkat awal

Jenis Kecacatan Bahan Yang Telah proses biasanya akan mengalami kecacatan-kecacatan akibat keterikan dalaman. Contoh : Proses Tuangan,Proses Pemesinan Kecacatan : retak,keliangan terjadi di atsas atau bawah permukaan bendakerja

Kecacatan boleh dikategori ke dalam 3 kategori 1. Kecacatan terwujud(inherent discontinuity) Kecacatan yang berhubung dengan proses pemejalan logam seperti tuangan

25

2.

Kecacatatan Proses Kecacatan berhubung dengan berbagai proses seperti memesin, pembentukan(forming), tempaan, extrusi, menggelek, kimpalan dan rawatan haba Kecacatan Perkhidmatan Kecacatan berhubung dengan berbagai keadaan atau suasana perkhidmatan seperti kakisan, tegasan dan kelesuan

3.

Jenis-Jenis/Kaedah Ujian Tanpa Musnah 1. Ujian Penusukan Penusuk cecair adalah kaedah ujian yang secara relatif lebih mudah dan murah untuk mengesan kecacatan pada permukaan bahan. Terlebih dahulu, semburkan Penentrant Remover pada permukaan bahan yang hendak diuji untuk mengelakkan kehadiran bendasing seperti minyak, habuk, air dan pengoksidaan logam. Cecair Penusuk (Red Dye Penentrant) yang terdiri daripada cecair yang rendah kelikatannya dapat meresap masuk 5 mm dari permukaan retak bahan. Cecair tersebut boleh dikenakan dengan cara menyembur, menggosok atau mencelup bahagian bahan yang hendak diuji. Cecair penusuk yang berlebihan pada permukaan bahan dikeluarkan selepas berlakunya penusukan yang lengkap selepas suatu selang masa tertentu. Kemudian permukaan bahan itu dicuci secara menyalutkannya dengan suatu lapisan serbuk penyerap yang halus. Bahan penyerap yang terdapat di atas kecacatan akan menyedut keluar cecair penusuk dari dalam kecacatan itu. Tanda-tanda merah pada permukaan penyerap menunjukkan kewujudan kecacatan. Semburkan Developer pada permukaan bahan bagi menjelaskan lagi kesan kecacatan itu. Kaedah ini boleh digunakan untuk sebarang bahan yang tak telap dan tak menyerap. 2. Ujian Serbuk Magnet Kaedah ini sungguh pun murah dan boleharap, tetapi penggunaannya terhad kepada pengesahan retakan permukaan di atas bahan-bahan ferus seperti besi tuangan dan keluli. Teknik ini berdasarkan prinsip bahawa keretanan magnet (susceptibility) dalam kawasan sekitar sesuatu retakan tidaklah begitu berkesan seperti di sekeliling logam. Ciri ini akan mengherotkan agihan fluks magnet yang teraruh. Herotan fluks ini biasanya dikesan dengan serbuk magnet (oksida besi) terampai dalam minyak atau paraffin. Ampaian serbuk merebak secara sekata ke seluruh permukaan komponen dan serbuk magnetik akan menggugus (bunches) di sekitaran retakan itu. Keberkesanan pengesanan sesuatu retakan bergantung pada orientasi retakan dengan garis-garis daya magnet dan yang paling baik sekali bersudut tepat di antara satu sama lain. Penyambungan garis daya magnet terganggu bila bertemu jurang udara (retakan) di mana ia akan menyesar dari laluan yang sepatutnya. Keadaan ini adalah seperti satu kutub tempatan yang dapat mengherotkan fluks magnet melaluinya. Jika orientasi jurang udara selari dengan garis-garis daya magnet, maka kesesaran garis daya dan herotan fluks magnet adalah minima dan ternyata. Medan magnet yang teraruh dalam komponen ujian adalah ditentukan oleh cara bagaimana ia diwujudkan.

26

Terdapat dua jenis medan magnet yang dapat diwujudkan oleh berbagai cara pemagnetan iaitu medan magnet membujur dan medan magnet membulat. 3. 4. 5. 6. Ujian Ultrasonik Ujian Sianr X Ujian Arus Pusar Ujian Penglihatan

27

UNIT 10:KAKISANPROSES PENURUNAN LOGAM DRPD KEADAAN YG BOLEH DIGUNAKAN KPD KEADAAN YG TIDAK BOLEH DIGUNAKAN.

Kakisan boleh dikelaskan kepada dua bentuk yang utama iaitu: a. Kakisan Pengoksidaan Terus b. Kakisan Galvanik/EletrokimiaKAKISAN PENGOKSIDAAN TERUS (KAKISAN KERING)

Besi -0.05 Plumbum -0.13 Timah -0.14 Nikel -0.25 Kadmium -0.40 Kromium -0.74 Zink -0.76 Aluminium -1.66 Magnesium -2.37 Lebih Anodik Jadual:Siri-siri elektrokimia mengikut susunan potensi elektrod