Chapter 4 - Plain Carbon Steel

1. CHAPTER 4:
PLAIN
CARBON
STEEL
© Mechanical Engineering Department

2. CHAPTER 4: PLAIN CARBON STEEL
1 Allotropy of Metal
JF302 – MATERIAL TECHNOLOGY 1
5 Classification and Uses of
Plain Carbon Steel
The Limits of Plain Carbon
2 Phase Diagram Iron-Carbon 6
Steel
3 Plain Carbon Steel
4 Effect of Other Elements

4. CHAPTER 4: PLAIN CARBON STEEL
JF302 – MATERIAL TECHNOLOGY 1
• Besi dan karbon menunjukkan sifat kelarutan yang
lengkap dalam keadaan cecair tetapi terhad dalam
keadaan pepejal
• allotropi ialah bahan yang boleh berubah dalam
beberapa bentuk hablur yang berlainan pada suhusuhu tertentu

5. CHAPTER 4: PLAIN CARBON STEEL
JF302 – MATERIAL TECHNOLOGY 1
• 910 o C, hablurnya adalah kiub
berpusat jasad (b.c.c)
{besi alfa( ∝ -Fe)}
• 910 o C-1400 o C, hablurnya
adalah berkiub berpusat
muka (f.c.c){besi-gamma ( γ
-Fe)}
• 1400 o C-1537 o C, hablurnya
adalah kiub berpusat jasad
(b.c.c){ besi delta ( δ -Fe)}
Perubahan Dimensi Besi Tulin Berbanding Dengan Suhu

6. CHAPTER 4: PLAIN CARBON STEEL
JF302 – MATERIAL TECHNOLOGY 1
• Perubahan struktur hablur dalam keadaan pepejal
adalah berkait rapat dengan pembebasan haba
semasa besi disejukkan daripada takat beku
• Titik di mana perubahan hablur ini berlaku dikenali
sebagai titik-titik kritikal
• Atom-atom pada kekisi FCC adalah lebih padat
berbanding bentuk BCC

7. CHAPTER 4: PLAIN CARBON STEEL
JF302 – MATERIAL TECHNOLOGY 1
•
Semasa pemanasan besi- α ke besi- γ , pengecutan berlaku
•
Semasa pemanasan besi- γ ke besi- δ , pengembangan berlaku
•
Kesemua perubahan ini berlaku pada titik-titik kritikal
•
Suhu-suhu kritikal berubah semasa proses pemanasan dan
penyejukan
•
Pada suhu 723 ° C, besi tulin hilang kemagnetannya
•
Penambahan karbon dalam besi boleh mengurangkan takat
beku logam dan mengubah suhu perubahan (suhu kritikal)
struktur hablur

8. CHAPTER 4: PLAIN CARBON STEEL
JF302 – MATERIAL TECHNOLOGY 1
kelarutan
karbon
Besi Alfa
(α – Fe)
910ºC
BCC
Kelarutan
Besi Gamma
(γ – Fe)
910ºC - 1400ºC
FCC
Kelarutan
Besi Delta
(δ – Fe)
1400ºC-1537ºC
BCC
Kelarutan
maksima : 0.03%
maksima : 1.7%
maksima : 0.07%
kelarutran
pepejal
Suhu : 723ºC
Suhu : 1130ºc
Suhu : 1490ºC
Ferrite (fasa α)
Autenite (fasa γ)
fasa δ
suhu
hablur

10. CHAPTER 4: PLAIN CARBON STEEL
•
•
•
•
•
JF302 – MATERIAL TECHNOLOGY 1
Sifat pembuatan bagi sesuatu aloi bergantung kepada sifat,
taburan, saiz dan bentuk pelbagai fasa.
Kelakuan besi di dalam kitaran pemanasan-penyejukan boleh
difahami melalui rajah keseimbangan besi karbon
Fasa δ tidak begitu penting kerana proses-proses pembuatan
lazimnya melibatkan suhu yang lebih rendah
Untuk proses-proses tuangan, penjelmaan cecair pepejal
berlaku pada suhu 1125ºC
Untuk rawatan haba sesuatu keluli, penjelmaan berlaku
sekitar 723ºC

11. CHAPTER 4: PLAIN CARBON STEEL
•
•
•
JF302 – MATERIAL TECHNOLOGY 1
Struktur mikro keluli karbon biasa boleh mengandungi manamana fasa jika disejukkan dengan perlahan (seimbang)
bergantung kepada kandungan karbon masing-masing.
Keluli yang mengandungi kurang daripada 0.83% karbon
dikenali sebagai keluli hypo-eutektiod
Keluli yang mengandungi lebih daripada 0.83% dipanggil
keluli hyper-eutektiod

12. CHAPTER 4: PLAIN CARBON STEEL
JF302 – MATERIAL TECHNOLOGY 1

13. CHAPTER 4: PLAIN CARBON STEEL
1. Austenit
•larutan pepejal karbon dalam
besi yang kiub berpusat muka
•Kelarutan maksima karbon
ialah 2% pada 1125 o C
•kelarutan karbon yang
melebihi 1.4% jarang berlaku
dalam praktik
JF302 – MATERIAL TECHNOLOGY 1

14. CHAPTER 4: PLAIN CARBON STEEL
2. Ferrit
•Larutan pepejal karbon dalam besi
yang kiub berpusat jasad
•Kelarutan maksima karbon adalah
0.03% pada suhu 723 o C bagi fasa α
dan 0.01% pada suhu 1492ºC
•bahan yang mulur, lembut dan
mempunyai kekuatan yang agak
rendah
JF302 – MATERIAL TECHNOLOGY 1

15. CHAPTER 4: PLAIN CARBON STEEL
3. Pearlite
•Mengandungi lapisan-lapisan
simentit dan ferrit
JF302 – MATERIAL TECHNOLOGY 1

16. CHAPTER 4: PLAIN CARBON STEEL
4. Sementit
•karbida besi di mana atomatom karbon yang lebih
bergabung dengan atom-atom
besi membentuk sebatian yang
keras dan rapuh
JF302 – MATERIAL TECHNOLOGY 1

18. CHAPTER 4: PLAIN CARBON STEEL
JF302 – MATERIAL TECHNOLOGY 1
•
jenis keluli yang paling banyak dihasilkan berbanding dengan
jenis-jenis yang lain
•
penggunaannya merangkumi barangan berbentuk tiub, plat,
kepingan dan jalur dawai

19. CHAPTER 4: PLAIN CARBON STEEL
JF302 – MATERIAL TECHNOLOGY 1
•
ditakrifkan sebagai aloi besi dan karbon yang mengandungi
kurang daripada 1.7% karbon
•
kekuatan keluli bertambah jika peratusan kandungan
karbonnya tinggi tetapi akan mengakibatkan kemuluran dan
kebolehkerasan yang rendah
•
terdiri dari unsur-unsur lain seperti mangan (Mn), sulfur (S)
dan fosfurus (P)
•
Unsur-unsur ini sama ada sengaja dicampurkan (Mn) atau
sebagai bendasing (S dan P).

20. CHAPTER 4: PLAIN CARBON STEEL
JF302 – MATERIAL TECHNOLOGY 1
Kekuatan
%
Kekerasan
Tegangan
Pemanjangan
330
Ferit
40
100 HV
2
N/mm
900
Pearlit
5
270 HV
2
N/mm
Sememtit
sifat-sifat mekanik keluli karbon biasa yang disejukkan
650HV
dengan perlahan dan didapati sifat-sifat mekanik keluli ini
bergantung kepada kandungan juzuk-juzuk mikro
Juzuk mikro

22. CHAPTER 4: PLAIN CARBON STEEL
•
•
•
boleh membebaskan keluli
daripada rongga-rongga
gas/udara
bertindak sebagai agen
pengoksidaan
boleh bertindakbalas dengan
sulfur yang hadir dan membentuk
MnS yang boleh melemahkan
keluli.
JF302 – MATERIAL TECHNOLOGY 1
Name
Atomic Number
Colour
Classification
:
:
:
:
Manganase
25
Silvery Metallic
Metallic

23. CHAPTER 4: PLAIN CARBON STEEL
•
boleh larut dalam austenit dan
membentuk karbida yang stabil
iaitu Mn 3 C
•
meningkatkan kekuatan alah,
kekuatan tegangan dan rintangan
hentaman (keliatan) keluli
hendaklah dihadkan kurang
daripada 0.5% bagi keluli karbon
sederhana
JF302 – MATERIAL TECHNOLOGY 1
•
Name
Atomic Number
Colour
Classification
:
:
:
:
Manganase
25
Silvery Metallic
Metallic

24. CHAPTER 4: PLAIN CARBON STEEL
•
•
•
•
•
didapati bersama bijih besi itu
sendiri
berguna jika kandungannya di
antara 0.05 - 0.3% bagi keluli
terbunuh
untuk keluli berim kandungannya
dihadkan kepada 0.05%
memberi kesan yang sedikit
kepada keluli tetapi
kandungannya hendaklah
dihadkan kepada 0.2% bagi keluli
karbon tinggi
meninggikan kebendaliran keluli
JF302 – MATERIAL TECHNOLOGY 1
Name
Atomic Number
Colour
a
Classification
: Silicone
: 14
: Dark grey with
bluish tinge
: Semi-Metallic

25. CHAPTER 4: PLAIN CARBON STEEL
•
Kehadiran sulfur dalam keluli
adalah dalam bentuk MnS atau
FeS
•
Kehadiran MnS pada keluli ini
meningkatkan lagi
kebolehmesinannya.
•
JF302 – MATERIAL TECHNOLOGY 1
kandungan sulfur pada keluli
mestilah tidak melebihi 0.05%
Name
Atomic Number
Colour
Classification
:
:
:
:
Sulphur
16
Lemon yellow
Non-Metallic

26. CHAPTER 4: PLAIN CARBON STEEL
•
Fosforus membentuk fosfid besi,
Fe 3 P yang rapuh dan larut dalam
keluli
•
memberi kesan kepada
kekerasan keluli
•
JF302 – MATERIAL TECHNOLOGY 1
kandungannya haruslah dihadkan
bawah 0.05%
Name
Atomic Number
Colour
/
Classification
: Phosphorus
: 15
: colourless / red
silvery white
: Non-Metallic

28. CHAPTER 4: PLAIN CARBON STEEL
• Mempunyai sifat
kebolehbentukan dan
kebolehkimpalan yang
baik tetapi kurang sifat
kebolehkerasan
• Strukturnya ialah ferrit
dan pearlit
JF302 – MATERIAL TECHNOLOGY 1

29. CHAPTER 4: PLAIN CARBON STEEL
JF302 – MATERIAL TECHNOLOGY 1
Keluli Lembut Mati
0.05%C – 0.10%C
dalam bentuk
kepingan, jalur, rod,
wayar dan tiub
• kemuluran yang
tinggi tetapi
kekuatan yang
rendah
• badan kereta-motor,
peti sejuk, mesin
basuh, perabut,
rivet dan paku
•
•
Keluli Karbonan
•
•
0.1%C – 0.2%C
kekuatan dan
kekerasan yang
rendah tetapi
permukaan yang
keras
Keluli Lembut
Pembinaan
0.2%C – 0.3%C
kualiti fabrikasi
yang baik, mudah
untuk dikimpal dan
mudah di kerja
sejuk atau panas
• dandang, kapal,
kenderaan,
jambatan dan
bangunan
•
•

30. CHAPTER 4: PLAIN CARBON STEEL
• Mempunyai kekuatan dan
keliatan yang baik
• Digunakan untuk
membuat aci, gear aci
engkol
JF302 – MATERIAL TECHNOLOGY 1

31. CHAPTER 4: PLAIN CARBON STEEL
• Mempunyai kekuatan yang
tinggi dengan keliatan yang
%Karbon Jenis-Jenis Alat
terhad
Pahat, Bilah Pemotong,
Pengetuk, Penukul
1.0 – 1.2 Kikir, Kapak, Mata Gergaji, Pisau
0.8 – 1.0
1.2 – 1.4 Pisau Pencukur, Mata Gerudi
JF302 – MATERIAL TECHNOLOGY 1

33. CHAPTER 4: PLAIN CARBON STEEL
JF302 – MATERIAL TECHNOLOGY 1
1. Kekuatan tegangan yang maksima ialah 700 N/mm 2
2. Komponen-komponen yang besar sukar untuk dikeraskan
dengan berkesan dengan itu terhad untuk bahagian-bahagian
yang kecil.
3. Melindap-kejut (kuenc) dengan air menghasilkan kekerasan
yang sepenuhnya tetapi terdedah kepada herotan dan retakkan.
4. Jika dilembutkan dengan cepat pada suhu 300 o C,
kegunaannya terhad untuk memotong logam dengan kelajuan
yang tinggi.
5. Mempunyai daya rintangan yang rendah kepada kakisan dan
pengoksidaan pada suhu yang tinggi.