NOTA J4122 - TEKNOLOGI BAHAN 2

J4122-TEKNOLOGI BAHAN 2
PRASYARAT : J3022-TEKNOLOGI BAHAN 1

TOPIK UTAMA
(1) KELULI TAHAN KARAT
(2) ALOI BUKAN FERUS
(3) BAHAN POLIMER
(4) KESAN PERSEKITARAN
(5) SIFAT ELEKTRIK UNTUK BAHAN

PENILAIAN BERTERUSAN :
TUGASAN (4X) 20%
KUIZ (4X) 20%
AMALI (3X) 20%
UJIAN (2X) 40%

BAB 1
PENGENALAN :
Digunakan dengan meluas dalam bidang kejuruteraan kerana mempunyai sifat tahan kakisan (tahan karat.
Ini adalah disebabkan oleh kehadiran kandungan kromium (Cr).
Untuk mendapatkan sifat tahan kakisan pada keluli tahan karat, kandungan kromium yang tinggi, lebih 12% mesti hadir dalam kandungan keluli.
Sifat merintangi karat itu wujud disebabkan berlakunya lapisan oksida kromium (CrO) di permukaan logam.


TAKRIFAN :
“Keluli karbon biasa yang mengandungi kandungan kromium melebihi 12%.”
Ini adalah kerana wujud satu lapisan nipis kromium oksida yang bertindak sebagai anti pengoksidaan oleh udara dan persekitaran.


KESAN PENAMBAHAN 2% KROMIUM DALAM KELULI KARBON BIASA :
Masih dikategorikan sebagai keluli karbon biasa.
Wujud sedikit sifat tahan karat.
Kesan penambahan 2% Cr akan menstabilkan pembentukan karbida keras dan memperbaiki kerentanan keluli terhadap rawatan haba.
Kandungan Cr yang melarut bersama ferit dalam bentuk BCC akan memberikan sifat yang lebih kuat dan keras.
Boleh dikerja sejuk/kerja panas.


KESAN PENAMBAHAN 12% - 14% KANDUNGAN KROMIUM :
Dengan penambahan 12%-14% Cr dalam keluli karbon biasa ia akan menjadi sifat tahan kakisan dan pengoksidaan sepenuhnya.
Struktur martensit terhasil dalam keadaan stabil pada suhu bilik.
Ia akan membentuk lapisan oksida kromium dipermukaan yang memberikan sifat anti kakisan dan akan lebih keras dan kuat.



JENIS-JENIS KELULI TAHAN KARAT :

1. Keluli Tahan Karat Bermartensit
Beraloi Fe-Cr
Mengandungi 12%-17% Cr, 0.15%-1%C
Bersifat Magnetik
Dipanggil martensit selepas dilindap kejut dan mengaustenit.
Kegunaan : Bahagian mesin, aci pam, injap, galas (bearing), alat pembedahan, bebola galas, alat memasak, alat pemotong


2. Keluli Tahan Karat Beraustenit
Beraloi pertigaan : Fe-Cr-Ni
Mengandungi 16%-25% Cr & 7%-20% Ni.
Tidak bersifat magnetik.
Mempunyai rintangan kakisan lebih baik daripada ferit dan martensit.
Kehadiran nikel akan merendahkan kadar penyejukan kritikal.
Kegunaan : alat proses kimia dan makanan, tangki kimia, injap tekanan, tangki kereta, rod kimpalan dll.


3. Keluli Tahan Karat Berferit
Beraloi perduaan : Fe-Cr
Mengandungi 12%-30% Cr & >1% C
Tidak boleh dikeras dengan rawatan haba
Bersifat magnetik
Sesuai digunakan untuk menekan (pressing), tarikan dalam (deep drawing) dan putaran
Kegunaan : alat restoran, pemanas, kebuk pembakaran, komponen relauan dll.

BAB 2 : ALOI BUKAN FERUS
Dua Kategori Kumpulan
(1) yang bercantum dengan karbon - membentuk sebatian karbida - Nikel, Silikon dan
kuprum.
(2) yang tidak bercantum dengan karbon -Mangganam, Kromium, Tungsten, Molybdenum,
dan Vanadium.
(A) Aloi Keluli Kromium
(B) Aloi Keluli Nikel-Kromium
(C) Aloi Keluli Moybdenum
(D) Aloi Keluli Silikon
(E) Aloi Keluli Tungsten
(F) Aloi Keluli Kuprum

ALOI KELULI

(i) Aloi Kuprum (Loyang)
Loyang ialah hasil pengaloian Cu-Zn.
Dengan penambahan Zn antara 5%-40%.
Kesannya akan meningkatkan kekuatan kerana Zn memasuki larutan pepejal Cu.
Kemuluran aloi Cu akan bertambah dengan penambahan kandungan Zn terlarut
mencapai kepada suatu nilai maksimum pada kandungan Zn 30%.
Kemuluran aloi tersebut akan berkurangan dengan penambahan Zn sehingga 37%.


(ii) 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.


GAMBARAJAH KESEIMBANGAN FASA Cu-Zn

Fasa semua alfa-α, Cu membentuk pepejal gantian Zn sehingga 35%.
Fasa alfa-α + Beta-β, akan terbentuk apabila Zn mencapai 40%.


KEGUNAAN LOYANG
Loyang digunakan secara meluas untuk :
(a) penarikan dawai
(b) putaran
(c) penghasilan tiub dll.


JENIS-JENIS LOYANG
LOYANG KARTRIJ (CARTRIDGE BRASS)
Aloi yang mengandungi 30% Zn. (Loyang 70/30)
Kegunaan : untuk menghasilkan bag yang berkemuluran tinggi, senjata api, alat muzik, tiub dll.
Dari G/Rajah keseimbangan fasa Cu-Zn pada kandungan 30% Zn, mikrostruktur yang wujud ialah satu fasa, iaitu fasa alfa- α.
Loyang α yang dikerjasejuk cenderung kepada bentuk kakisan tegasan yang dinamakan retakan bermusim (retakan yang berlaku apabila penambahan suhu melebihi 40% dan suhu ditingkatkan perlahan-lahan).


B. LOGAM MUNTZ (MUTZ BRASS)
Aloi yang mengandungi 40% Zn. (Loyang 60/40)
Kegunaan : digunakan dengan meluas dalam penghasilan plat gelekan panas, penyempritan (extrusion) dan tuangan yang memerlukan tegangan tinggi, contohnya ialah seperti condensor.
Dari G/Rajah keseimbangan fasa Cu-Zn pada kandungan 40% Zn, mikrostruktur yang wujud ialah 2 fasa, iaitu fasa alfa-α + Beta-β.


C. GANGSA
Aloi Kuprum-Timah (Cu-Sn) yang berkekuatan tinggi dengan rintangan kaisan yang tinggi.
Berdasarkan kepada G/Rajah keseimbangan fasa Cu-Sn, Cu boleh mengandungi sehingga 14%timah dalam larutan pepejal.
Merujuk kepada G/rajah keseimbangan fasa :
fasa δ dalam mikrostruktur menunjukkan tuangan aloi ini mengandungi lebih daripada 5% Sn.
Fasa α aloi yang dikerja sejuk biasanya mengandungi tidak lebih dari 7% Sn. Aloi ini mulur dan sesuai untuk kerja sejuk. Kegunaan aloi ini termasuklah dalam penghasilan pegas bukan ferus, duit syiling dan kepingan logam untuk perhiasan.
Fasa alfa-α + Beta-β iaitu gangsa fosforus digunakan untuk bahan galas timah. Ia boleh wujud dalam 2 bentuk alotrop iaitu timah kelabu yang mempunyai struktur hablur jenis intan dan timah putih dengan struktur tetragon berpusat jasad.


KEGUNAAN ALOI KUPRUM
Loji kimia
Pengubah haba dan paip stim
Condensor
Kemudi
Pegas dan bilah turbin
Dawai elektrik
Elektrod kimpalan
Tuangan berkekuatan tinggi dan tempaan
Senjata api
Alatan rintangan kakisan tinggi
Bearing dan gear yang berkekuatan tinggi


ALOI ALUMINIUM
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.

Aloi Aluminium terbahagi kepada 2 :
(a) Aloi Aluminium Tempawan (wrought Alloy)
(b) Aloi Aluminium Tuangan (casting aluminium alloy)

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.

POLIMER
PENGENALAN
Polimer ialah nama umum bagi bahan-bahan organik seperti plastik, getah, dammar, benang dan kayu.
`poli’ ertinya banyak dan `mer’ mewakili satu unit atau bahagian.
`mer’ juga merupakan molekul-molekul yang dipanggil monomer.
Apabila beberapa molekul yang serupa bersambung untuk membentuk satu sebatian tunggal, dan ia akan membentuk `polimer’.
Tindakbalas yang berlaku dipanggil pempolimeran.

JENIS-JENIS POLIMER
(A) POLIMER SEMULAJADI Berasal daripada haiwan dan tumbuhan.
Semua benda hidup terdiri daripada polimer semulajadi protein (gabungan monomer dan asid amino).
Kapas dan kayu terdiri daripada polimer selulosa.
Susu getah mengandungi polimer getah.

(B) POLIMER SINTETIK
Polimer yang diperbuat daripada bahan kimia.
Contoh: dalam proses industri petrokimia, petroleum diproses kepada petrokimia untuk kegunaan industri membuat barangan plastik.
Contoh polimer terkenal : polietilena digunakan untuk membuat beg plastik, bahan atap, bahan kalis air, botol plastik, plag elektrik, kain alas meja, alat permainan, baldi, baju hujan dll.
Perspek digunakan untuk membuat kaca plastik, kaca gentian dll.
Nilon digunakan untuk membuat bahan tekstil seperti kain, langsir, stoking tali, payung terjun dll.

STRUKTUR POLIMER
Struktur polimer ialah molekul rantai panjang yang dipanggil makro yang dibentuk melalui proses pempolimeran yang disambung dengan monomer-monomer.

Linear, bercabang, bersilang

PLASTIK
Ditakrifkan satu bahan organik polimer yang pada satu jangkamasa berkebolehan untuk mengalir apabila dikenakan haba dan tekanan yang cukup dan mengambil bentuk yang diperlukan apabila haba dan tekanan tersebut diberhentikan.
Jenis-jenis plastik :
(a) plastik haba (termoplastik)
(b) plastik termoset (termosetting plastic)

PLASTIK HABA
Boleh dilembutkan berulang kali melalui pemanasan tanpa mengalami perubahan kimia.
Contoh : asetal, akrilik, ABS, selulase, fluorokarbon, poliamida, polikarbonat, poliester, polietilena, polipropelena, polisterina, polisulfida, PVC dll.
Struktur plastik haba :

M-M-M-M-M-M
M-M-M-M-M-M
M-M-M-M-M-M
M ialah molekul monomer

SIFAT PLASTIK HABA
Boleh dibentuk pada suhu sedikit dari suhu air mendidih.
Perlukan daya yang sedikit untuk ubah bentuk.
Boleh disambung dengan menggunakan haba dan tekanan.
Tidak cair, tetapi boleh mengalir pada tekanan dan suhu yang sesuai.
Sesuai untuk acuan pemancitan (injection moulding) dan penyempritan (extrusion).

CONTOH PRODUK PLASTIK HABA
PLASTIK TERMOSET
Hanya boleh dibentuk sekali sahaja dengan haba dan tekanan.
Tidak boleh dilembutkan kembali.
Sekiranya komponen perlu diubahsuai ia perlu menjalani proses seperti memesin, memotong, mencanai dll.
Contoh : Alkids, aminos, epoksi, fenolik, poliester, silikon, damar dll.

STRUKTUR PLASTIK TERMOSET
Bahan ini akan mengalami perubahan kimia apabila dikenakan haba dan tekanan.
Tidak boleh diubah dengan tindakan haba atau tekanan. Strukturnya adalah seperti berikut :
M-M-M-M-M-M
M-M-M-M-M-M
M-M-M-M-M-M
Semasa proses tekanan dan pemanasan lebih banyak ikatan terbina sehingga jarak tetap dikenakan antara rantai. Oleh itu rantai tidak dapat bergerak antara satu sama lain.
Bahan ini keras dan tidak boleh larut.


KANDUNGAN PLASTIK TERMOSET
Bahan plastik termoset dimasukkan ke dalam pembancuh dalam bentuk :
(a) serbuk acuan
(b) damar (resin) untuk tuangan
(c) kertas atau kain yang disemai dengan damar.
Bahan tambahan lain termasuklah Pengisi, Bahan Pewarna, Pemplastik, Agen Pengeras untuk membina ikatan silang, Pencepat untuk mempercepatkan proses agen pengeras.


LANGKAH-LANGKAH PEMPOLIMERAN
Terdapat 2 langkah proses pempolimeran :
(a) Pempolimeran Tambahan
(b) Pempolmeran Kondensasi

PEMPOLIMERAN TAMBAHAN
Pempolimeran tambahan adalah proses penghasilan polimer yang terbentuk dari tindakan penambahan rantai molekul.
Diakhir tindakbalas tiada bahan yang dihasilkan dari tindakbalas ini.
Ia dikenali juga sebagai tindakan rantai disebabkan kadar yang tinggi membentuk rantai molekul yang panjang dalam masa yang singkat.
Dalam tindakbalas ini mangkin ditambah untuk memecahkan ikatan dubel di antara atom karbon seterusnya proses penyambungan berlaku dengan penambahan monomer untuk membentuk rantai yang panjang.

CONTOH PEMPOLIMERAN TAMBAHAN
Kopolimer dibentuk dengan menyambungkan beberapa monomer dalam rantai yang sama.
Kopolimer : O-M-O-M-O-M
Kopolimer Rawak : -M-O-O-M-O-M-
Kopolimer Blok : M-M-M-M-O-O-O-O

PEMPOLIMERAN KONDENSASI
Pempolimeran kondensasi adalah proses penghasilan polimer yang terbentuk melalui tindakan dua jenis mer.
Tindakbalas ini menghasilkan air yang terpelowap.
Hasil tindakan ini memberi maksud kondensasi.
Proses ini juga dikenali sebagai pertambahan langkah demi langkah sehingga tindakbalas diberhentikan.

SIFAT-SIFAT PLASTIK Ringan, Kekuatan rendahn

KELEBIHAN DAN KEKURANGAN PLASTIK
ELASTOMER
Elastomer dikatakan termasuk dalam kumpulan plastik yang mempunyai pemanjangan elastik melebihi 100%.
Ia boleh memanjang 2 kali ganda dari panjang asal dan balik semula kepada panjang asal apabila beban dilepaskan.
Elastomer tidak boleh dikelaskan kepada plastik haba atau plastik termoset, tetapi ia dikelaskan secara berasingan.
Elastomer banyak digunakan dengan agak meluas seperti untuk permukaan yang bergeseran tinggi atau tidak licin, melindungi daripada kakisan dan lelasan, penebat elektrik, penebat kejutan dan getaran.

GETAH
Getah boleh ditakrifkan sebagai berkeupayaan untuk pulih daripada ubah bentuk yang besar dengan cepat.
Terbahagi kepada dua, iaitu :
(a) Getah Asli
(b) Getah Butadiene

GETAH ASLI
Getah asli merupakan elastomer komersial yang paling klasik digunakan.
Getah asli diproses daripada susu getah (lateks) yang diperolehi dari pokok getah.
Getah mempunyai sifat merintangi lelasan dan lesu yang baik, iaitu mempunyai pekali geseran yang tinggi dan kekuatan tegasan yang tinggi.
Kegunaannya ialah untuk membuat tayar, tapak kasut, pemegang enjin dan sebagainya. Struktur getah asli atau polisoprena-cis :
CH3 H
-CH2-C = C – CH2

GETAH BUTADIENE
Getah Butadiene merupakan getah tiruan yang telah dicipta.
Berbanding getah asli getah tiruan boleh tahan haba, minyak dan bahan kimia dengan baik.
Terdapat perbezaan struktur atom antara getah asli dan getah tiruan iaitu getah asli terdapat ikatan hidrogen dan metil karbon, manakala getah butadiene hanya mempunyai dua hidrogen.


KESAN PERSEKITARAN KEPADA BAHAN KEJURUTERAAN
PENGENALAN
Kelakuan ketika penggunaan sesuatu bahan ditentukan oleh -
sifat terwujud bahan, sistem tegasan yang bertindak ke atasnya
& persekitaran ketika bahan itu beroperasi.

Komponen gagal – apabila bahan yang tidak sesuai dipilih untuk pembuatan komponen @ apabila keadaan penggunaan lebih teruk dari yang dijangka oleh pereka.

KEGAGALAN MEKANIKALAlah, iaitu apabila bahan komponen dikenakan beban statik. Alah menyebabkan ubahbentuk kekal yang boleh menghasilkan ketidakjajaran atau halangan kepada pergerakan mekanikal.

Lengkokan yang berlaku pada tiang yang panjang apabila ia di kenakan beban mampatan, atau tiub berdinding nipis apabila ia dikenakan beban kilasan.

Kegagalan rayapan, berlaku apabila terikan rayapan melebihi toleran yang dibenarkan dan mengakibatkan gangguan kepada komponen. Dalam keadaan yang ekstrim komponen boleh pecah. Bagi sambungan bolt dan aplikasi serupa kegagalan berlaku apabila tegasan awal bersantai pada aras rendah dari had dibenarkan, dan sambungan akhirnya menjadi longgar @ bocor.


Kegagalan disebabkan haus berlebihan yang berlaku dalam komponen yang melibatkan pergerakan relatif seperti galas. Gagal – ketidaktepatan pergerakan, gangguan & hilang bentuk komponen.

Kegagalan secara pecah akibat beban statik iaitu peringkat yang berlaku selepas alah. Kegagalan boleh secara mulur atau rapuh.

Gagal lesu akibat dari lebihan tegasan, kecacatan bahan atau peningkat tegasan. Lazim terjadi secara tiba-tiba tanpa petunjuk visual.

Pecah hasil drpd gabungan tegasan dan kakisan yang berlaku akibat dari pemulaan retak pada titik tumpuan tegasan. Cth- retak disekeliling lubang rivet dalam dandang.



Gagal disebabkan oleh beban hentakan yang berlaku secara belahan dalam bahan mulur. Cth-keluli jika kurang dari suhu peralihan rapuh-mulur.

PATAH
Patah : pemisahan jasad kepada serpihan-serpihan akibat tegasan, pada suhu kurang dari takat lebur.
Langkah patah:
(i) Pembentukan retak
(ii)Perambatan retak
Bergantung kepada keupayaan bahan untuk mengalami ubahbentuk plastik sebelum berlakunya pecah, terdapat dua mod pecah yang boleh dikenalpasti: patah rapuh dan patah mulur.

PATAH MULUR & PATAH RAPUH PATAH/PECAH MULUR (KEHELAN DIBENARKAN)
Patah/Pecah mulur – kebanyakan logam (tidak terlalu sejuk): ubahbentuk plastik yang ekstensif dan penyerapan tenaga (keliatan) sebelum gagal.

retak adalah stabil: menahan pemanjangan selanjutnya melainkan tegasan kenaan ditingkatkan.

Pecah mulur lebih digemari untuk kebanyakan penggunaan



UJIAN HENTAMAN
PENGURANGAN PATAH RAPUH
Utk aplikasi melibatkan tanggungan beban, contoh galas, logam lazimnya digunakan jika keliatan tinggi diperlukan.
Bahan polimer menjadi pilihan jika ciri tambahan diperlukan spt dielektrik yang tinggi, ringan & lutsinar.
Seramik terlalu rapuh utk kegunaan yang melibatkan beban hentaman.
Beberapa pertimbangan penting dalam merekabentuk struktur logam keluli jika pecah rapuh ingin dielakkan: suhu operasi, komposisi dan saiz butir keluli, persekitaran penggunaan dan taburan tegasan.

1. SUHU

Pada suhu subzero, keluli menunjukkan rintangan yang tinggi terhadap aliran plastik, maka ia lebih cenderung untuk gagal secara patah rapuh.

Peralihan dari kelakuan mulur ke rapuh berlaku pada julat suhu tertentu, iaitu suhu peralihan mulur ke rapuh (DBTT).

Kejatuhan mendadak dalam tenaga yang diperlukan untuk memecahkan spesimen apabila sifat rapuh terjadi.

Suhu peralihan bukanlah suhu spesifik kerana ia bergantung kpd: kaedah ujian yang dijalankan, komposisi aloi serta saiz dan bentuk spesimen.

Bahan yang bersifat mulur dalam keadaan plat nipis pada suatu suhu mungkin bersifat rapuh jika ia dalam bentuk plat yang tebal pada suhu yang sama.

2. KOMPOSISI DAN SAIZ BUTIR

Bagi keluli karbon biasa, peningkatan kandungan karbon akan meningkatkan kerapuhan bahan, contoh ia meningkatkan suhu peralihan dan mengurangkan tenaga yang diserap untuk pecah di atas suhu peralihan.

Kandungan unsur pengaloian dalam keluli karbon biasa mempengaruhi suhu peralihan:

Fosforus berlebihan dalam tidak diingini – unsur ini meningkatkan suhu peralihan.

Mn & Ni – memperbaiki suhu peralihan

3. SAIZ BUTIR
Lebih kecil saiz butir ferit – lebih rendah suhu peralihan.

Semakin kecil saiz butir semakin pendek satah gelinciran dalam butir,bilangan interaksi kehelan berkurang
kurang peluang untuk pembinaan tumpuan tegasan yang cukup untuk menukleuskan retak.

4. PERSEKITARAN
Sesetengah persekitaran boleh meningkatkan kecenderungan bahan untuk patah secara rapuh.

Cth: persekitaran yang menyebabkan hidrogen melarut dalam keluli.

Keluli menjadi rapuh pada suhu bilik.

Keluli kekuatan tinggi – menjadi rapuh melalui ‘electrolytic plating”, krn hidrogen dilarutkan dalam keluli semasa di dalam elektrolit.

rapuh jika ia dalam bentuk plat yang tebal pada suhu yang sama.

5. TABURAN TEGASAN

Bahan yg mulur sepenuhnya dalam keadaan beban tegangan satu paksi boleh menjadi rapuh apabila dikenakan tegasan gabungan seperti bahan struktur.
2 faktor perlu dipertimbangkan:
(a) Kesan tumpuan tegasan
(b) Komponen tegasan tegangan dalam arah selain dari arah beban.
(a) Kesan Tumpuan Tegasan dielakkan terutama dalam komponen yg mengalami tegasan
tinggi utk mengurangkan kebarangkalian patah rapuh:

(i) takuk - teknik kerja yg silap tanda pemesinan & kimpalan yg tidak bermutu

mikrostruktur bahan – bilah grafit dlm besi tuang kelabu bertindak spt takuk

(ii)Komponen Tegasan Tegangan Komponen tegangan terbina dalam satah mengufuk :

- hasil drpd pengembangan Poisson meningkat apabila tebal plat meningkat.
plat tebal bertakuk menjadi rapuh & plat nipis



GRAF LENGKUNG RAYAPAN TIPIKAL

Lengkung rayapan ialah pemanjangan diplot melawan masa pada suhu dan beban malar. Lengkung rayapan tipikal pada rajah 1.4 terdiri dari 3 peringkat: 

i. Peringkat Utama (1) (Primary Creep) :
Apabila beban mula dikenakan terhadap spesimen, terikan yang serta merta
terhasil. Pada peringkat ini, Kadar Rayapan Berkurangan dengan masa.
 
ii. Peringkat Sekunder (2) (Secondary Creep):
Peringkat ini menghasilkan Kadar Rayapan Malar dan ia sangat penting dalam
menentukan kadar rayapan sesuatu bahan.
 
iii. Peringkat Tertier (3) (Tertiary Creep) :
Peringkat ini menunjukkan Kadar Rayapan Deras dan meningkat dengan masa
sehingga kegagalan berlaku di titik penghujung.
 

KEGAGALAN LESU

PENGENALAN
Lesu adalah satu bentuk kegagalan patah yang disebabkan oleh beban berkitar pada sesuatu bahan. Secara amnya, satu atau lebih retak halus yang bermula pada bahan, dan ia akan membesar seterusnya membesar sehingga kegagalan berlaku dengan lengkap.

Satu contoh yang mudah bagi bentuk kegagalan jenis ini ialah dengan mematah atau memutuskan satu keping wayar dengan membengkokkannya ke arah belakang dan hadapan untuk satu tempoh masa.

Kegagalan lesu akan berlaku pada tempat tumpuan tegasan selepas satu tempoh masa tertentu dan patah jelas kelihatan di situ. Sebagai contoh yang boleh diperhatikan di sekeliling kita, iaitu sebuah lori yang melintasi jambatan dengan kerapnya akan menyebabkan lesu pada jambatan tersebut.

FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI TAHAP KELESUAN BAHAN

Pengenalan
Terdapat banyak faktor yang mempengaruhi kekuatan lesu sesuatu bahan. Kekuatan lesu logam atau aloi dipengaruhi oleh faktor selain dari kandungan kimia pada logam tersebut, beberapa faktor utama yang penting adalah seperti berikut:-
 
Reka bentuk
Penumpuan tegasan disebabkan oleh reka bentuk biasanya berupa penjuru tajam, perubahan mendadak keratan rentas, atau potong bawah adalah dikelaskan sebagai “retak awal” (incipient crack) dari mana retak lesu mungkin rebak (spread).

Kemasan permukaan
Kemasan permukaan yang dimaksudkan adalah kekerasan permukaan dan keadaan permukaan pada suatu komponen.
Cakaran pada permukaan berkemasan tinggi atau tanda perkakas (tooling marks) yang ditinggalkan semasa pemesinan juga mempersembahkan penumpuan tegasan dimana boleh membawa kepada kegagalan lesu pada komponen bertegasan tinggi.
Kehadiran calaran atau takukan sedemikian rupa akan mengakibatkan kecacatan kecil yang mana retak lesu boleh bermula.
Akibatnya, had lesu bahan akan berkurang. Permukaan bahan yang bergilap biasanya memberikan prestasi lesu yang terbaik.
Had lesu untuk keluli yang sangat bergilap adalah lebih kurang separuh dari nilai kekuatan tegangannya. Permukaan ketakselanjaran yang ditinggalkan semasa proses rawatan haba, kerja panas dan kerja sejuk juga boleh menyebabkan kegagalan lesu bahan.


Suhu
Perubahan suhu pada ujian yang sedang dijalankan dan bagaimana bahan kemudiannya digunakan dalam perkhidmatannya, boleh memberikan kesan yang penting ke atas rintangan lesu pada bahan tersebut.
Ia adalah berhubung rapat terhadap kesan daripada rayapan pada kenaikan suhu.


Tegasan baki
Baki tegasan oleh pemprosesan juga memberi kesan besar terhadap rintangan lesu untuk kepingan kerja.
Proses dimana meninggalkan tegasan mampatan pada permukaan bahan akan memperbaiki rintangan lesunya.
Pada waktu yang sama, proses dimana meninggalkan tegasan tegangan pada permukaan bahan akan mengurangkan rintangan lesunya.
Dalam kes terkini, rawatan legaan tegasan seperti pernormalan boleh menyingkirkan tegasan dalaman bahan tersebut.


Kakisan/karatan
Ini mungkin kesan kakisan atmosfera, pengoksidaan semasa rawatan haba atau serangan masin (saline) yang berpunca dari persekitaran laut.
Rajah menunjukkan perbandingan lengkung S-N untuk satu keluli karbon biasa sebelum dan selepas didedahkan terhadap air laut:-


Kesan saiz
Kekuatan lesu bagi komponen besar adalah lebih rendah daripada saiz yang kecil.
Ini adalah kerana komponen besar mempunyai jumlah luas permukaan yang banyak/besar dan meninggikan kemungkinan retak terjadi.


Kadar kitaran
Kadar tegasan kitaran tidak mempengaruhi kekuatan lesu untuk frekuensi sehingga 150 Hz, tetapi pada frekuensi yang lebih tinggi akan kelihatan sedikit peningkatan pada kekuatan lesu.
Peningkatan ini di sekitar 10 peratus pada frekuensi sehingga 15,000 Hz.

Dua perkara penting yang diperolehi daripada ujian ini adalah hayat lesu pada tegasan tertentu dan had ketahanan bahan tersebut.
Hayat lesu menyatakan berapa lama sesuatu komponen boleh digunakan pada tegasan tertentu yang berulangan. Contohnya, sekiranya untuk mereka bentuk satu komponen keluli yang mesti melalui 100,000 kitaran semasa hayatnya, maka komponen tersebut perlu direka bentuk agar tegasan yang dikenakan adalah kurang daripada 400 MPa.
Had ketahanan pula ialah nilai tegasan tertentu, yang mana di bawah nilai ini, kegagalan lesu tidak akan berlaku. Contohnya, untuk memastikan komponen keluli tidak gagal, maka tegasan yang dikenakan mestilah tidak melebihi 350 MPa.


JENIS-JENIS KITARAN TEGASAN
1. Ulang Alik
2. Turun Naik
3. Berulangan

BAB 5 : SIFAT ELEKTRIK UNTUK BAHAN
BAHAN KONDUKTOR, SEMIKONDUKTOR DAN PENEBAT 

Bahan Konduktor
Bahan yang membenarkan cas elektrik melaluinya.
 
Bahan Semikonduktor
Bahan yang mempunyai nilai rintangan antara suatu pengalir dan suatu penebat.
Ia hanya membenarkan pengaliran elektrik apabila voltan yang dikenakan melebihi nilai tertentu.
Contoh bahan semikonduktor ialah seperti silikon, plumbim, sulfida, gallium arsenida, indium, antimida dan selenium.
 
Penebat
Bahan yang tidak membenarkan cas elektrik melaluinya.
Teori Jalur Tenaga
Teori ini membuat perbandingan pergerakan pembawa-pembawa cas bagi konduktor, penebat dan bahan semikonduktor.

Elektron-elektron dalam suatu atom terpencil hanya memiliki tenaga-tenaga tertentu yang diwakili garis mengufuk yang dinamakan sebagai paras-paras tenaga.

Bagi kumpulan atom-atom, elektron-elektron mereka dipengaruhi oleh medan elektrik gabungan. Oleh itu paras-paras tenaga disebarkan menjadi jalur-jalur tenaga.

Sifat kekonduksian elektrik bagi hablur pepejal bergantung kepada susunan jalur-jalur tenaga itu.

Jalur tenaga terbahagi kepada tiga bahagian :

Jalur Konduksi – diisi oleh elektron-elektron konduksi bertenaga tinggi. Pergerakan elektron dalam jalur ini akan membolehkan pengaliran elektron berlaku.

Jalur Valens – diisi oleh elektron-elektron valens yang bertanaga rendah.

Jalur Terlarang – jurang yang memisahkan jalur konduksi dan jalur valens.

Takrifan Penebat, Konduktor Dan Semikonduktor Merujuk Kepada Sifat Elektrik Dan Teori Jalur Tenaga
Penebat
Bagi penebat jalur konduksi adalah kosong dan dipisahkan denganjalur valens oleh jurang terlarang yang lebar.
Bahan penebat mempunyai jalur ke dalam dan jalur valensi yang
terisi dengan sempurna.
Kesan nukleus atom bersebelahan tidak dapat mewujudkan paras tenaga jalur konduksi seperti dalam bahan penebat.
Keadaan ini tidak membolehkan elektron teruja ke jalur konduksi.


Konduktor (Pengalir)
Bagi konduktor jalur valens dan jalur konduksi bertindih.
Bahan pengalir mempunyai jalur valensi yang separa terisi.
Kesan tindakan nukleus bersebelahan menyebabkan jalur konduksi dan jalur valensi mempunyai paras tenaga yang hampir sama.
Ia membolehkan elektron valensi bebas merayau dalam seluruh bahagian pepejal jika beza upaya dikenakan.

Semikonduktor  
Bagi bahan semikonduktor jalur konduksi yang kosong dipisahkan daripada jalur valens oleh jurang terlarang yang sempit.
Kedudukan jalur valensi dan jalur konduksi diselangi oleh sela tenaga larangan yang mempunyai paras tenaga yang tidak terlalu besar berbanding dalam bahan penebat.


Kesan Suhu dan Bendasing Pada Keberaliran Elektrik Dalam Bahan

SUHU
Dalam kekisi atom atau ion tetap di tapak kekisi dan tidak boleh berputar atau bertranslasi.
Elektron atau ion yang melalui atau melintasi kekisi mempunyai lebih peluang untuk berlanggar dengan atom-atom besar sehingga terhalang untuk melewati kekisi.
Ini bermakna kerintangan konduktor akan meningkat secara berperingkat-peringkat apabila suhu bertambah.


BENDASING
Apabila suatu kuantiti kecil bendasing yang terkawal dimasukkan ke dalam kekisi hablur, bahan semikonduktor akan meningkatkan sifat kekonduksian bahan.
Atom bendasing harus mempunyai saiz yang lebih kurang sama dengan saiz atom bahan.
 

Kesan Keberaliran Elektrik Dalam Bahan
Dalam kekisi, atom atau ion tetap di tapak kekisi dan tidak boleh berputar atau bertranslasi.
Getaran atom atau ion meningkat mendadak apabila suhu meningkat, secara berkesan membuat keratan rentas atom menjadi lebih besar.
Elektron atau ion yang melalui atau melintasi kekisi mempunyai lebih peluang untuk berlanggar dengan atom-atom yang besar sehingga terhalang untuk melewati kekisi.
Ini bermakna kerintangan konduktor akan meningkat secara berperingkat-peringkat apabila suhu bertambah.


BAHAN SEMIKONDUKTOR
Bahan penghantar arus elektrik yang terbatas.
Boleh menghantar dalam jumlah tertentu atau dalam keadaan tertentu.
Contoh : germanium, silikon dan karbon (transistor, diod, komponen aktif, resistor)
Bahan SK yang paling banyak digunakan ialah : kristal silikon, germanium kristal silikon biasanya digunakan untuk lampu LED, juga untuk membuat transistor yang dapat bekerja pada frekuensi tinggi atau dalam daerah gelombang mikro

Semikonduktor Intrinsik
Terdiri daripada unsur silikon atau germanium.
Mengalirkan elektrik disebabkan oleh gerakan elektron intrinsik atau
lubang intrinksik.
Semikonduktor silikon intrinsik terdiri dari atom silikon yang termasuk
dalam kelompok IV dalam JPU.

Semikonduktor Ekstrinsik
Semikoduktor yang diperbuat daripada campuran antara unsur kelompok dengan unsur kelompok III atau V disebut semikonduktor ektrinsik.
Apabila ciri elektrik bahan dikawal oleh bendasing.
Ia terbahagi kepada dua jenis iaitu jenis-N dan jenis-P


Pembentukan Semi Pengalir Extrinsik Jenis - P Dan Jenis - N

Jenis - N

Terhasil melalui proses pendopan atau serapan.
Semikonduktor tulen seperti Silikon atau Germanium yang mempunyai 4 elektron valens akan diserap dengan atom bendasing seperti arsenik atau fosforus (unsur pentavalen).
Akan wujud satu elektron berlebihan.
Atom fosforus merupakan atom penderma manakala semikonduktor yang terhasil dinamakan semikonduktor Jenis-N.
Pembawa cas mejoriti dalam bahan semikonduktor Jenis-N ialah elektron manakala pembawa cas minoriti ialah lohong.


Jenis - P

Terhasil melalui proses pendopan atau serapan.
Semikonduktor tulen seperti Silikon atau Germanium yang mempunyai 4 elektron valens akan diserap dengan atom bendasing seperti Indium (unsur trivalen).
Akan wujud satu kekurangan elektron. Kekosongan ini akan diisi oleh elektron bebas yang berjiranan dan dimasa yang sama lohong terhasil akibat peninggalan elektron valens.
Atom indium merupakan atom penerima manakala semikonduktor yang terhasil dinamakan semikonduktor jenis-P.
Pembawa cas majoriti dalam bahan semikonduktor jenis-P ialah lohong manakala pembawa cas minoriti ialah elektron.

Perbandingan Bahan Semikonduktor Jenis – P dan Jenis – N

SIFAT-SIFAT BAHAN MAGNET

Teori Domain Kemagnetan

Semua bahan yang dapat ditarik oleh magnet dikenali sebagai bahan magnet.
Bahan magnet terdiri daripada zarah atom yang disebut sebagai domain.
Domain bagi bahan magnet membentuk susunan yang menghala ke arah yang sama dan bertindak sebagai magnet halus.
Domain bagi bahan bukan magnet pula sentiasa berselerak dan saling membatalkan antara satu sama lain.
Bahan logam dan bahan bukan logam adalah berbeza.
Pemagnetan spontan akan akan wujud bila bahan-bahan feromagnet dikenakan medan magnet (tidak dipengaruhi oleh tindakan luar).

Keparamagnetan

Bahan paramagnet merupakan bahan yang mempunyai momen magnet tetap tetapi momen ini berkeadaan tak tertib.
Paramagnet hanya didapati apabila medan magnet luar dikenakan dan arah pemagnetan selalunya sama dengan arah medan magnet tersebut.
Oleh itu bahan-bahan paramagnet mempunyai kerentanan positif.