Logam-logam ferus

1. Teknologi Bahan
(KH 2263)
Logam
oleh
Prof. Dr Kamarudin Mohd Yusof
Jabatan Kejuruteraan Awam & Struktur, UKM

2. Logam
Ferus
• besi tuang, besi tempa, keluli.
• di proses daripada bijih besi - besi
oksida, sulfida, klorida, silikat dan
karbonat.
• proses: melombong, membersih bijih,
mengeluarkan besi daripada bijih dan
menulenkan besi.
2

3. Logam Ferus
• Melombong: mengeluarkan bijih daripada kerak
bumi.
• Membersih bijih: mengeluarkan bahan asing
daripada bijih seperti sulfur, karbon dan lain-lain.
• Mengeluarkan besi daripada bijih: proses kimia
menukarkan oksida besi menjadi logam besi dan
bercampur karbon.
• Antara proses-proses: pairometalurgi,
elektrometalurgi dan hidrometalurgi
• Penulenan besi: proses mengurangkan
kandungan karbon - besi tuang, tempa , keluli. 3

4. Logam
Ferus
• Pairometalurgi- proses mengeluarkan besi
jongkong dengan cara memanaskan nya dalam
relau.
• 60% bijih besi dicampurkan dengan 25% kok
(arang batu) dan 15% batu kapur dipanaskan
dalam relau Bagas pada suhu 500 - 600o
C oleh
udara panas dan pada tekanan 0.1MN/m2
.
• Apabila kok terbakar - suhu naik mencapai
1600o
C. Besi cair dan mendap ke bawah.
• karbon menjadi karbon dioksida, sulfur
bercantum dgn. batu kapur dan terasing menjadi
slag.
4

5. Logam
FerusBesi jongkong
dikeluarkan dan
disejukkan dalam bentuk
jongkong 50kg.
Besi ini masih belum tulen
mengandungi kandungan
karbon yang tinggi.
Besi ini ditulenkan
menjadi besi tuang, besi
tempa dan keluli.
5

6. Logam
Ferus
• Besi Tuang (cast iron)
– besi jongkong
dipanaskan semula
dalam relau Kupola
untuk menulenkan
besi/mengurangkan
kandungan karbon.
– 20% kok, 80% besi
jongkong.
– Kandungan karbon :
1.5% - 4%

7. Logam
Ferus
• Besi tuang yang lebih tulen (kurang kandungan
karbon) dikeluarkan oleh relau bergema.
• Slag yang timbul atas besi cair menututp permukaan
dan mengelakkan berlaku pengoksidan semula.
7

8. Logam Ferus
8

9. Logam
Ferus
• Jenis-Jenis Besi Tuang
– Besi cair yang keluar dari relau kupola atau relau
bergema apabila dikawal proses penyejukannya
menghasilkan besi tuang berbeza ciri-cirinya.
– Apabila dilakukan rawatan semula seperti proses
sepuh-lindap (annealing) atau sepuh-lindap lanjutan -
ciri-ciri mekanikal berbeza berbanding dengan yang
tanpa melalui proses ini.
– Besi tuang biasa (susah ditempa), besi tuang putih
(sangat kuat dan rapuh), besi tuang kelabu (kekuatan
lebih rendah tetapi lebih mulur).
– Dengan penambahan logam asing: 0.5% - 3% nikel-
meningkatkan kekuatannya.
9

10. Logam
Ferus
• Kecacatan Besi Tuang
– Besi ini kebiasaannya wujud kecacatan
– i. Gelembong-gelembong terperangkap ketika
proses penyejukan.
– ii. Mengalami rekahan.
– iii. Berlaku pengasingan benda asing ke dalam
kelompok-kelompok - melemahkan/ merapuhkan
besi.
– iv. Struktur ira yang kasar - besi lebih lemah di
satah berkenaan.
10

11. Logam
Ferus
Besi Tempa (Wrought Iron)
besi paling tulen dihasilkan
dengan kandungan karbon
kurang daripada 0.12%.
dalam relau, besi jongkong lebih
tulen digunakan dan karbon yang
terbakar menjadi karbon
monoksida.
bendasing yang terbakar
dielakkan terperangkap dengan
menggunakan Penukar
Bessemer, i.e. besi cair
disejukkan dengan menuang
menjadi bebola besi kecil. 11

12. Logam
Ferus
• Sifat-sifat Besi Tempa
– Kemuluran sangat tinggi- pemanjangan 25% - 30%
panjang asal sebelum gagal.
– Kekuatan tegangan maksimum ~355 N/mm2
.
– Mencapai 415 N/mm2
apabila dicampurkan sedikit
nikel.
– Ketumpatan ~7690 kg/m3
– senang dikerjakan, mudah kimpal.
– Tahan hentaman dan tahan kakisan.
12

13. Logam Ferus- Kegunaan Besi Tempa
13

14. Logam
Ferus• Peranan Karbon dalam logam Ferus
14

15. Logam
Ferus
• Keluli (Steels)
– logam ferus (besi) yang mengandungi karbon
antara 0.12% - 1.8% dan beberapa unsur lain bagi
meningkatkan mutunya.
– Keluli karbon rendah (0.12% - 0.15%)
– keluli karbon sedikit (mild steels) (0.15 - 0.25%)
– keluli karbon sederhana (0.20% - 0.50%)
– keluli karbon tinggi (0.50% - 1.50%)
– Perbezaan karbon ~ logam-logam ini berbeza ciri-
cirinya
– unsur lain: silikon, fosforus, mangganam
membantu meningkatkan kekuatan muktamad,
menjadi lebih keras. 15

16. Logam
Ferus
• Proses Pengeluaran
– Antaranya: Relau lantai Perapian, Proses Bessemer,
Proses Asas Oksigen, Proses Relau Elektrik.
– Pilihan proses bergantung pada jumlah keluli dan
keperluan pengkhususan keluli yang akan
dihasilkan.
– Proses ini : proses pengeluaran kandungan karbon
daripada besi jongkong (biasanya sebanyak
mungkin) dan kemudian memasukkan unsur-unsur
aloi.
– Pembentukan keluli ke dalam bentuk pengeluaran
tertentu seperti rod, kepingan, paip, dawai dan
sebagainya.
16

17. Logam
Ferus
Keluli struktur~0.2%C, Maks. 0.27%
Kod ASTM Jenis Keluli Kegunaan
A36
Keluli karbon terbentuk spt plat dan
batang
Binaan melibatkan kimpalan, rivet
dan bolt. Seperti jambatan, menara,
bangunan dan sturktur kegunaan
umum.
A53 Paip terkimpal, hitam atau
galvanised
Binaan melibatkan kimpalan, rivet
dan bolt. Penggunaan utama dalam
tiang dan truss.
A242
Kekuatan Tinggi, aloi rendah, plat
dan batang
Sama seperti di atas tetapi tahan
kakisan udara 4 kali ganda keluli
karbon biasa.
A440
Kekuatan Tinggi, terbentuk spt plat
dan batang
Binaan rivet dan bolt seperti
jambatan, bangunan, menara dan
struktur lain bersifat tahan kakisan
udara 2 kali ganda keluli karbon
biasa.
A500
Tiub dibentuk sejuk bulat,
empatsegi, empatsegi tepat dan
bentuk khas
Binaan melibatkan kimpalan, rivet
dan bolt seperti jambatan, bangunan
dan binaan struktur kegunaan
umum.
A501
Tiub dibentuk panas bulat,
empatsegi, empat segi tepat dan
bentuk khas.
Sama seperti pada A500
A529
Plat dan batang keluli karbon tebal
sehingga ½ inci.
Binaan bangunan melibatkan
kimpalan, rivet dan bolt terutama
bentuk piawai.
A606
Kepingan /lapisan keluli kekuatan
tinggi, aloi rendah, digilis sejuk dan
panas.
Kegunaan struktur dan lain yang
khusus dimana pengurangan berat
dan penambahan tahanlasak
diutamakan.
17

18. Logam Ferus - Keluli Struktur BS
Antara Piawai British untuk keluli
BS4360:1979 Keluli Struktur boleh Kimpal(Weldable)
BS4848:1975 Bahagian Keluli Struktur Gilis Panas (Hot-rolled)
BS2994:1976 Bahagian Keluli Struktur Gilis Sejuk (Cold rolled)
BS6363:1983 Bhg. Keluli Struktur berlubang terkimpal tempa sejuk
(Welded Cold formed-hollow sections)
BS1449:1983 Keluli Plat, kepingan dan lapisan (steel plate, sheet and
strips)
BS5950:1985 Penggunaan Struktur keluli dalam bangunan
Piawaian British menyatakan gred keluli ini ~40, 43, 50 dan 55
dengan Gred40 ~kekuatan tegangannya : 400 - 480 N/mm2
,
Gred 43 ~430 - 510 N/mm2
Gred 50 dan 55 ~490 - 700 N/mm2
18

19. Logam Ferus - Keluli Tetulang
Jadual ASTM - Saiz dan dimensi keluli tetulang
No. Jenis Berat Nominal
kg/m
Garispusat (mm) Luas Keratan Rentas Perimeter(mm)
3
4
5
6
7
8
9
10
11
14*
18*
0.560
0.994
1.552
2.235
3.042
3.973
5.059
6.403
7.906
11.384
20.238
9.52
12.70
15.88
19.05
22.22
25.40
28.65
32.26
35.81
43.00
57.33
0.71
1.29
2.00
2.84
3.87
5.10
6.45
8.19
10.06
14.52
25.81
29.9
39.9
49.9
59.8
69.8
79.8
90.0
101.4
112.5
135.1
180.1
*: Terdapat dalam bentuk keluli billet
19

20. Logam Ferus
- Keluli
Tetulang
Jadual Gred Keluli tetulang
Jenis Keluli &
ASTM Spec.
Gred No. Saiz Had Alah Minimum
(MPa)
Kekuatan Tegangan
Minimum (MPa)
Pemanjangan
Minimum dlm
203mm (%)
Keluli Billet
A615
Keluli Rel
A616
Keluli Paksi
A617
40
60
50
60
40
60
3
4, 5
6
7
8
9
10
11
14, 18
3, 4, 5
6
7, 8
9, 10,11
14,18
3
4, 5, 6
7
8
9, 10, 11
3
4, 5, 6
7
8
9, 10, 11
3
4, 5
6
7
8
9
10
11
3, 4, 5
6
7
8
9,10,11
276
415
345
415
275
415
483
621
550
620
480
620
11
12
12
11
10
9
8
7
-
9
9
8
7
7
6
7
6
5
5
6
6
5
4.5
4.5
11
12
12
11
10
9
8
7
8
8
7
8
7
20

21. Keluli
21

22. Logam Ferus - Aloi Keluli
• Dua Kategori Kumpulan
– yang bercantum dengan karbon - membentuk sebatian
karbida - Nikel, Silikon dan kuprum.
– yang tidak bercantum dengan karbon -Mangganam,
Kromium, Tungsten, Molybdenum, dan Vanadium.
• Aloi Keluli Kromium
• Aloi Keluli Nikel-Kromium
• Aloi Keluli Moybdenum
• Aloi Keluli Silikon
• Aloi Keluli Tungsten
• Aloi Keluli Kuprum
22

23. Logam Bukan Ferus
• Aluminium
– logam lain daripada besi yang banyak digunakan
dalam industri pembinaan.
– logam ini digunakan dalam bentuk aloi dengan
kuprum, magnesium, zink, silikon, dan
mangganam.
– kebaikannya ialah lebih ringan dan lebih menarik
tetapi masalahnya mudah diserang asid, alkali dan
larutan garam serta mudah terbentuk lapisan nipis
aluminium oksida di permukaan.
23

24. Logam Bukan Ferus
• Aluminium
– aluminium tempa (wrought): 99.0% tulen,
lembut dan mulur.
– aluminium tuang:
• berciri mekanikal tertentu dengan penambahan
bahan aloi.
• berciri tertentu dipertingkat dengan proses rawatan
haba.
– Aloi
24

25. Logam Bukan Ferus
• Pengenalan Aluminium Tempa dengan siri 4 digit
– contoh Aluminium 1035: 1=aluminium tulen 99.0%,
35=peratus sebenar aluminium ialah 99.35%. Digit “0”
bermakna tiada kawalan khas ke atas benda asing. Jika digit
ini 1 - 9 memberi erti bilangan benda asing yang ada dalam
aloi yang peratusnya dikawal.
Logam/bahan aloi Nombor siri
Aluminium tulen 99.00% 1xxx
+ Kuprum 2xxx
+ manganis 3xxx
+ silikon 4xxx
+ magnesium 5xxx
+ Mg & Si 6xxx
+ Zink 7xxx
+ lain-lain logam 8xxx
25

26. Logam Bukan Ferus
• Contoh: Aluminium 7075
– Aloi aluminium dengan logam zink benda asing utama.
– Digit kedua sifar = tiada kawalan pada peratus benda asing.
– 75 bermakna logam aloi lain yang didaftarkan ialah zink
dan magnesium.
• Aluminium Tuang
– Penamaan siri XXX.X dengan digit pertama merupakan
kandungan logam aloi. Digit kedua dan ketiga ialah peratus
aluminium dan digit terakhir bermakna aluminium tuang.
– 1xx.x = tulen 99% atau lebih, 2xx.x=aloi kuprum,
3xx.x=aloi silikon dengan kuprum atau mangganam,
4xx.x=aloi silikon, 5xx.x=aloi magnesium, 6xx.x= tidak
digunakan. 7xx.x=zink, 8xx.x=timah, 9xx.x=lain2 logam.
26

27. Aloi Aluminium
27

28. Logam Bukan Ferus
• Kuprum-terbahagi kepada 4 kategori
• kuprum- termasuk kuprum ETP (electrolytic tough pitch),
kuprum disfosforan, kuprum bebas oksigen, kuprum perak,
kuprum potongan bebas (free cutting) dan kuprum rawatan
haba. Kandungan kuprumnya 99%
• loyang (brass) - zink merupakan bahan aloi utama: aloi Cu
& Zn; Cu, Zn & Pb; Cu, Zn & logam lain (selain Pb)
• gangsa (bronze) - timah sebagai bahan aloi utama.,
terdapat juga Cu & Si (gangsa Silikon) dan Cu & Al
(gangsa Aluminium).
• Aloi nikel (Cu & Ni) - Cupronickel (10 - 30% Ni) dan Aloi
German Silver - Cu, Ni & Zn.
28

29. Aloi Kuprum
29

30. Logam Bukan Ferus
• Zink & aloi Zink
– ciri kekuatannya sederhana dan kemuluran yang
tinggi.
– Terdedah dalam udara akan diselaputi lapisan zink
karbonat berwarna kelabu (dalam tempoh 3 -6
bulan). Menjadi lebih tahan lasak.
– Mudah diserang asid sulfurik.
– Aloi Zink dicampur dgn kuprum dan magnesium
dipasarkan dalam bentuk kepingan atau lapisan,
tiub dan rod.
30

31. Logam Bukan Ferus
• Plumbum
– kekuatan rendah tetapi aloi dengan antimoni dan timah
meningkatkan kekuatannya.
– (a) aloi kosong (b) aloi pematri (c ) aloi antimoni (d) logam
babit.
– Aloi kosong banyak digunakan dalam industri kimia,
pelapis kabel dan dalam bateri.
– Aloi pematri - kerja penyambungan antara dua logam
sebagai “filler”.
– Aloi antimoni - pelapisan kabel, grid bateri, paip, “rolled
sheet”.
– Logam babit - pengalas (bearing)
– logam ini toksik 31

32. Aloi Plumbum
32

33. Logam Bukan Ferus
• Nikel, Timah, Kobalt & Kromium
– Nikel dan aloi nya bersifat sangat tahan terhadap kakisan.
Nikel 99.4% bersama koblat - tahan kakisan,
pengoksidanan dan tahan panas.
– Aloi Nikel tahan kakisan:
• Aloi Monel (campuran Nikel & Kuprum, sedikit silikon)
• Aloi haste (aloi nikel dgn kromium, molybdenum dan besi)
• Aloi Inconel (aloi nikel dgn kromium dan besi)
– Timah - lembut digunakan sebagai bahan pematri dan
bahan aloi untuk logam lain.
– Kobalt dan kromium tidak banyak digunakan sebagai
logam bersendirian kecuali sebagai bahan aloi logam lain
kerana kos nya yang tinggi dan sifat tahan hakisan.
33

34. Aloi Nikel
34

35. Sekian