Penerangan K1

ID UNIT KOMPETENSI 1 MC-024-3;2012-C01/P(7/27) Muka / Page : 1
Drpd/of : 32

1.0 PENDAHULUAN

Memahami dan mengenal pasti logam kimpalan adalah salah satu pengetahuan yang
penting untuk menjadi pengimpal yang berjaya. Tindak balas setiap logam dan aloi logam dengan
haba adalah berbeza dan juga dengan cara logam tersebut dimanipulasi. Logam mengembang
dan melembut apabila dipanaskan, menghasilkan kegunaan dan aplikasi yang berlainan. Ia
juga bertindak balas dengan cara yang berbeza untuk pelbagai jenis kaedah kimpalan yang
digunakan. Pengimpal perlu menyemak ciri-ciri setiap logam sebelum melakukan kerja kimpalan.
Kebolehan untuk mengenalpasti bahan/ logam amat penting untuk kerja-kerja seperti:

i. Mengimpal – Kebanyakan logam yang hendak dikimpal memerlukan elektrod yang
berlainan jenis dan kaedah mengimpal yang berbeza. Keluli dan besi tuang tidak boleh
dikimpal menggunakan kaedah dan elektrod yang sama. Aluminium dan magnesium
kelihatan sama tapi mesti dikenalpasti secara positif sebelum dikimpal.

ii. Memesin – Kekerasan pelbagai jenis logam tidak sama. Mata gerudi dan mesin
pemotong milling akan rosak apabila memesin logam keras. Salah satu cara untuk
menguji kekerasan ialah dengan mengguna kikir. Jika logam boleh dikikir, maknanya ia
juga boleh dimesin. Pengetahuan ini boleh menjimatkan kos bagi kerja-kerja di dalam
bengkel.

iii. Memotong - Keluli tahan karat boleh dipotong dengan menggunakan mata gerudi yang
berkualiti tinggi dengan menggunakan putaran yang perlahan dan tekanan yang lebih.
Oleh kerana keluli tahan karat mengeras semasa dikerjakan, pastikan mata gerudi
tidak tergelincir dan bergeser dengan permukaan logam untuk menggelakkkan mata
gerudi tumpul.

iv. Kerja Fabrikasi – Pengetahuan tentang sifat pelbagai jenis logam boleh menggelakkan
berlaku kesilapan semasa mendirikan projek menggunakan logam yang salah seperti
menggunakan logam kekuatan regangan rendah bagi kerja yang memerlukan kekuatan
regangan yang tinggi, menggunakan logam yang mudah berkarat pada keadaan yang
terdapat hakisan yang tinggi. Bahan untuk sesendal lengan (sleeve bushings) juga
perlu berlainan logam. Loyang dan keluli mempunyai rupa bentuk permukaan yang
berlainan dan akan kurang haus berbanding jika menggunakan keluli bagi kedua-dua
aci oleng dan sesendal (shaft dan bushing

Rajah 1.1 - Pelbagai jenis bahan

ID UNIT KOMPETENSI / MC-024-3;2012-C01/P(7/27) Muka / Page : 2
COMPETENCY UNIT ID Drpd/of : 32

1.1 PENGKELASAN LOGAM (METAL CLASSIFICATION)

Sistem yang digunakan untuk nombor logam yang mengkelaskan logam dan aloi, didapati
dalam spesifikasi dan lukisan. Dalam sistem ini, kelas logam, ejen pengaloian utama (principal
alloying element) dan peratusan kandungan karbon purata diperincikan.

Dengan percambahan jenis logam, terdapat pertumbuhan yang sama dalam bagaimana logam
diklasifikasikan. Pengimpal, Peloyang (brazers), Pemateri dan pakar metalurgi perlu mahir
dengan skim pengelasan nombor logam:

Terdapat banyak sistem pengkelasan yang digunakan dalam industri. Pelajar perlu membiasakan
diri dengan beberapa pengkelasan yang lazim digunakan. Secara amnya, pengimpal merujuk
kepada tiga badan utama;

i. ASME – American Society of Mechanical Engineers, badan yang menentukan kod
bagi dandang tekanan (pressure vessel), pemasangan (fittings) dan paip.

ii. AISI - American Iron and Steel Institute, badan yang mengkelaskan pelbagai jenis
keluli.

iii. SAE – Society of Automobile Engineers, badan yang mengkelaskan ASTM –
American Society of Testing Materials telah mengumpul 12,000 kod untuk pelbagai
produk logam.

iv. AA (Aluminium Association) - Untuk stok aluminium.
v. API – American Petroleum Institute mengekalkan lebih kurang 500 piawaiannya

(standard) sendiri. Ia merangkumi industri minyak dan gas.

vi. U.S. Military (MIL): Untuk projek-projek kerajaan persekutuan Amerika Syarikat.

vii. CSA (Canadian Standards Association): Membangunkan piawaian dalam 57
bidang. Kumpulan CSA menerbitkan standard dalam bentuk cetak dan elektronik
dan menyediakan perkhidmatan latihan dan nasihat.

ID UNIT KOMPETENSI / MC-024-3;2012-C01/P(7/27) Muka / Page : 3
COMPETENCY UNIT ID Drpd/of : 32

Terdapat satu badan yang ditubuhkan di Amerika untuk memantau dan mengkaji semua
standard Negara maju. Ia dikenali dengan ANSI – American National Standards Institute.

Secara global pula, ISO – International Organization for Standardization cuba mengabung dan
mengukuhkan pelbagai kod di seluruh dunia. Pada tahun 1970an, UNS – Unified Numbering
System for Metals and Alloy telah ditubuhkan oleh ASTM dan SAE.

Semua logam boleh dikelaskan sebagai ferus atau bukan ferus (ferrous or nonferrous). Logam
ferus mengandungi besi sebagai unsur utama. Logam masih dianggap ferus walaupun ia hanya
mengandungi 50% besi selagi ia masih mengandungi lebih banyak kandungan besi dari logam-
logam yang lain. Logam dianggap bukan ferus jika ia mengandungi kurang kandungan besi
daripada logam-logam lain.

Rajah 1.2 - Carta Spesifikasi Keluli

ID UNIT KOMPETENSI / MC-024-3;2012-C01/P(7/27) Muka / Page : 4
COMPETENCY UNIT ID Drpd/of : 32

1.2 LOGAM FERUS (FERROUS METALS)

Logam ferus terdiri daripada besi tuang, keluli dan pelbagai keluli aloi. Yang membezakan diantara
besi tuang dengan keluli ialah kandungan karbon. Besi tuang mengandungi lebih daripada 2%
karbon manakala keluli mengandungi kurang daripada 2% karbon.

Aloi pula ialah bahan (substance) yang mengandungi dua atau lebih unsur, maka semua keluli
adalah aloi kerana mengandungi besi dan karbon. Istilah keluli aloi (alloy steel) lazimnya
merujuk kepada keluli yang juga mengandungi satu atau lebih unsur-unsur lain. Sebagai contoh,
jika unsur aloi utama ialah tungsten, maka keluli tersebut dipanggil “keluli tungsten” atau “aloi
tungsten”. Jika tiada bahan aloi, maka ia dikenali sebagai “keluli karbon”.

Nama Kandungan Karbon Sifat Kegunaan

Keluli berkarbon Logam yang paling
rendah/ Keluli
Lembut Teguh. Kekutan tensil banyak digunakan di
(Low carbon steel/
Mild Steel) Karbon 0.05 - 0.25% tinggi. Boleh dibuat dalam bengkel.

Keluli Berkarbon rawatan haba peti Untuk kegunaan
sederhana
(Medium Carbon (case hardened) produk am dan kerja
Steel)
kejuruteraan

Teguh dan liat. Boleh

di lakukan proses

Karbon 0.25 - 0.55% pengerasan dan Alat pemotong

pembajaan (hardened seperti mata gerudi

and tempered)

Keluli Berkarbon Karbon 0.55 - 0.95% Keras tetapi rapuh Alat pemotong,
tinggi berbanding dengan spring dan dawai
(High Carbon Steel) keluli karbon yang kekuatan tinggi
lain

Keluli Tahan Karat Karbon 0.08% Teguh, tahan karat Pisau dapur,
18/8
(Stainless steel) dan hakisan peralatan perubatan

Besi Tuang Karbon 2 - 6% Keras tetapi rapuh. Tuangan, penutup
(Cast iron) Kekuatan mampatan lubang dan enjin
tinggi

Besi Tempawan Hampir 100% besi Berserat (fibrous), Pintu pagar yang
(Wrought iron) teguh, mulur dan berhias dan landasan
rintangan kepada keretapi. Kurang
karat digunakan

Jadual 1.1 – Jenis logam ferus, sifat dan kegunaannya

ID UNIT KOMPETENSI / MC-024-3;2012-C01/P(7/27) Muka / Page : 5
COMPETENCY UNIT ID Drpd/of : 32

1.3 BESI TEMPAWAN (WROUGHT IRON)

Besi Tempawan mengandungi peratus karbon yang sedikit, diantara 0.06 – 0.08%,
mempunyai kekuatan dan kekerasan yang rendah tetapi mempunyai sifat kebolehtempaan
(ductility) dan rintangan kakisan (corrosion resistant) yang tinggi.

Rintangan kakisan ini terjadi apabila sanga yang berbentuk untaian/ rangkaian serat (fibrous
stringers slag) yang disebarkan secara seragam keseluruhan logam. Jika berlaku kakisan, ia
akan terhenti apabila bertemu dengan sanga yang berbentuk untaian/ rangkaian serat ini.
Besi tempawan digunakan untuk membuat paku, rivet, bol dan nat, jeriji, pagar dan
pencangkuk kren.

Rajah 1.3 – Produk-produk besi tempawan

1.4 KELULI (STEEL)

Keluli ialah bahan yang kebanyakannya mengandungi lebih daripada 99% besi. Semua keluli
mempunyai unsur kedua, iaitu karbon. Unsur-unsur yang lain dan juga aloi juga terdapat dalam
keluli, seperti phosphorus, manganese, silicon, tungsten, vanadium, aluminium, sulfur dan
sebagainya.
Keluli yang mempunyai kandungan karbon yang kurang akan lebih mudah lentur dan mudah
ditempa tetapi kekuatannya agak rendah. Semakin karbon bertambah, begitu juga dengan
kekuatan, kekerasan dan kerapuhannya.
Perbezaan diantara keluli dengan besi tempawan, keluli berkarbon dan besi tuang adalah
kandungan karbonnya. Kandungan karbon di dalam besi tempawan dan keluli berkarbon ialah
diantara 0.0% hingga 2.0% dan besi tuang diantara 2% hingga 4.0%. Karbon pada 6%
membuatkan bahan terlalu rapuh dan tidak berguna.
Keluli dikelaskan sebagai keluli berkarbon atau keluli aloi. Keluli berkarbon murah kerana
mengandungi kurang aloi dan kurang bahan-bahan yang berharga dalam kandungannya.
Keluli aloi mempunyai kualiti khas seperti kekuatan yang tinggi, rintangan hakisan, keupayaan
menahan haba yang lebih tinggi (high temperature capability). Hampir 90% penghasilan keluli
dunia merupakan keluli berkarbon.Terdapat tiga jenis keluli berkarbon, keluli berkarbon rendah,
keluli berkarbon sederhana dan keluli berkarbon tinggi.

ID UNIT KOMPETENSI / MC-024-3;2012-C01/P(7/27) Muka / Page : 6
COMPETENCY UNIT ID Drpd/of : 32

Jadual 1.2 – Jenis-jenis Logam

1.4.1 Keluli Berkarbon Rendah (Low Carbon Steel)
Penghasilan dan pengeluaran keluli berkarbon yang terbesar ialah Keluli berkarbon
rendah. Ia mengandungi diantara 0.05 dan 0.25% karbon. Keluli berkarbon rendah kurang
keupayaan untuk menjadi keras seperti keluli lain tetapi ia mudah dikerjakan (dibentuk dan
ditempa) dan dimesinkan. Keluli berkarbon rendah lebih murah dan digunakan untuk membuat
pagar, badan kereta, bahagian-bahagian dalam bangunan, jambatan dan kapal laut. Kos keluli
berkarbon rendah murah dan mudah didapati.

Rajah 1.4 - Produk Keluli Berkarbon Rendah

ID UNIT KOMPETENSI / MC-024-3;2012-C01/P(7/27) Muka / Page : 7
COMPETENCY UNIT ID Drpd/of : 32

1.4.2 Keluli Berkarbon Sederhana

Keluli berkarbon sederhana mengandungi 0.25 hingga 0.55% karbon. Ia boleh dibuat rawatan
haba (heat treatment). Jika rawatan haba dilakukan dengan betul, ia akan menjadi keras dan
teguh. Ia digunakan sebagai peralatan menempa (forging) dan acuan. Ia juga digunakan untuk
roda, pasak (axle), aci oleng (crankshaft) dan gear.

Rajah 1.5 - Produk Keluli Berkarbon Sederhana

1.4.3 Keluli Berkarbon Tinggi
Kandungan karbon Keluli berkarbon tinggi melebih 0.55% dan boleh melebihi 0.95%. Keluli
berkarbon tinggi sesuai untuk dibuat rawatan haba dan menghasilkan kekuatan dan
kekerasan yang tinggi. Walaubagaimanapun, ia juga mempunyai kadar herotan yang tinggi
dan boleh retak atau menjadi sangat rapuh semasa proses pengerasan. Keluli ini digunakan
untuk membuat alat tangan, acuan (dies), pisau, roda keretapi dan lain-lain aplikasi yang
memerlukan kekuatan yang tinggi.

Rajah 1.6 – Produk Keluli Berkarbon Tinggi

ID UNIT KOMPETENSI / MC-024-3;2012-C01/P(7/27) Muka / Page : 8
COMPETENCY UNIT ID Drpd/of : 32

Jenis Keluli Peratus Sifat Logam Kegunaan
Karbon
Dihasilkan dalam ben-
Keluli Berkarbon 0.05 - 0.25% • Kekuatan yang tuk:
Rendah rendah • plat
• bar
• Mulur • rod
• Kekerasan yang • dawai
rendah • keluli struktur
untuk kerja-kerja am
• Mudah dibentuk, dan binaan
ditempa dan dimesin

Keluli Berkarbon 0.25 - 0.55% • Keras dan teguh • Mata gerudi
sederhana selepas dibuat • Acuan
rawatan haba • Alat tangan

• Lebih mahal dari keluli
berkarbon rendah

Keluli Berkarbon 0.55 - 0.95% • Sangat keras dan • Kikir
tinggi teguh selepas dibuat • Mata alat
rawatan haba • Gear
• Bahagian mesin
• Lebih mahal dari keluli
berkarbon rendah dan
sederhana

• Tahan haus (wear)

Jadual 1.3 – Peratus karbon, sifat dan kegunaan keluli berkarbon

1.5 KELULI ALOI (ALLOY STEELS)

Keluli Aloi ialah gred keluli yang mengandungi satu atau lebih unsur untuk memberi sifat- sifat
khas yang tidak boleh didapati pada keluli berkarbon. Keluli yang mengandungi peratus yang
disenaraikan pada Jadual 7 dikelaskan sebagai keluli aloi. Berikut adalah kelebihan keluli aloi:

i. Kekuatan lebih tinggi
ii. Tahan haus
iii. Lebih Teguh (toughness)
iv. Tahan haba yang tinggi
v. Mempunyai sifat mudah tempa yang khas
vi. Rintangan hakisan yang lebih baik
vii. Mempunyai sifat elektrik yang lebih baik

ID UNIT KOMPETENSI / MC-024-3;2012-C01/P(7/27) Muka / Page : 9
COMPETENCY UNIT ID Drpd/of : 32

Sifat-sifat khas yang terdapat pada aloi ialah, rintangan kepada hakisan (corrosion
resistance), keupayaan menahan suhu yang tinggi (high temperature capability), tingkahlaku
elektrik dan magnetik (electrical-magnetic behavior), kekuatan yang tinggi (high strength) dan
rintangan kepada haus (wear resistance). Keluli aloi lebih mahal dan digunakan jika sifat-sifat
khas ini diperlukan. Unsur-unsur aloi yang lazimnya terdapat dalam keluli alaoi adalah:

i. Aluminium
ii. Chromium
iii. Cobalt
iv. Columbium
v. Tembaga (lebih dari 0.6%)
vi. Manganese (lebih dari 1.6%)
vii. Molybdenum
viii. Nikel
ix. Silicon (lebih dari 0.6%)
x. Titanium
xi. Tungsten
xii. Vanadium
xiii. Zirconium

1.5.1 Keluli Struktur Aloi Rendah (Low Alloy Structural Steels)

Keluli struktur aloi rendah mempunyai kurang kandungan aloi berbanding dengan keluli aloi
yang lain. Ia lebih kuat berbanding dengan keluli berkarbon dan tidak terlalu mahal. Berikut
adalah sifat-sifat khas Keluli Struktur Aloi Rendah (Low Alloy Structural Steel).

i. Kurang kandungan aloi berbanding dengan keluli aloi yang lain
ii. Lebih kandungan aloi daripada keluli berkarbon
iii. Lebih murah berbanding dengan keluli aloi yang lain
iv. Mudah dikimpal
v. Digunakan pada kerja-kerja struktur
vi. Mengandungi aloi;
vii. Manganese, Silicon, Columbium, Vanadium, Tembaga
viii. Perintang hakisan yang baik

Rajah 1.7 – Keluli struktur aloi rendah

ID UNIT KOMPETENSI / MC-024-3;2012-C01/P(7/27) Muka / Page : 10
COMPETENCY UNIT ID Drpd/of : 32

1.5.2 Keluli Struktur Lindapkejut dan Pembajaan (Quench & Temper Structural Steel)

Keluli Struktur Lindapkejut dan Pembajaan lebih kuat daripada keluli struktur aloi rendah dan
mempunyai rintangan hentaman (impact resistance) yang lebih baik pada suhu rendah. Ia
juga mempunyai rintangan hakisan dan sifat yang lebih baik dari keluli struktur aloi rendah.
Keluli ini lazimnya digunakan untuk membina dandang tekanan (pressure vessel), badan kapal
selam dan lain-lain aplikasi untuk mendapatkan kekuatan yang lebih serta rintangan hakisan
yang baik. Berikut adalah sifat-sifat khas keluli struktur lindapkejut dan pembajaan:

i. Lebih kuat dan mempunyai sifat yang lebih baik dari keluli struktur aloi rendah

ii. Lebih mahal dari keluli struktur aloi rendah

iii. Digunakan dalam kerja struktur

Rajah 1.8 – Kegunaan keluli struktur lindapkejut dan pembajaan

1.5.3 Keluli Maraging (Maraging Steel)

Keluli Maraging menpunyai kandungan nikel yang tinggi dan karbon yang rendah. Lazimnya
mengandungi 18 – 25% nikel. Kekuatan regangan sehingga 250,000 psi tetapi masih
mengekalkan kemuluran (ductility) dan keteguhan/ keliatan (toughness). Keluli ini boleh ditarik
sehingga 11% saiz asalnya sebelum putus. Keluli Maraging digunakan untuk membuat peti
motor roket dan lain-lain aplikasi berkaitan penerbangan (aerospace) yang memerlukan
kekuatan yang tinggi, keteguhan dan kemuluran yang baik. Berikut adalah komposisi keluli
Maraging:

i. Carbon – 0.03%
ii. Nikel – 18.5%
iii. Cobalt – 7.5%
iv. Molybdenum – 4.8%
v. Titanium – 0.4%
vi. Zirconium – 0.01%
vii. Aluminium – 0.10%
viii. Silicon – 0.10% maksima
ix. Manganese – 0.10% maksima
x. Sulfur – 0.01% maksima
xi. Phosphorus – 0.01% maksima

ID UNIT KOMPETENSI / MC-024-3;2012-C01/P(7/27) Muka / Page : 11
COMPETENCY UNIT ID Drpd/of : 32

Rajah 1.9 – Peralatan yang diperbuat daripada keluli Maraging

1.5.4 Keluli Alat (Tool Steels)

Terdapat banyak jenis Keluli alat. Ada yang digunakan untuk memotong, membuat acuan
(mold and dies). Keluli alat juga digunakan untuk membuat bahagian mesin yang mana
memerlukan rintangan haus dan kestabilan dimensi. Jadual 1.4 menunjukkan 11 kategori
keluli alat. Kategori ‘S’ adalah untuk aplikasi yang terdapat gegaran yang ekstrem, seperti
tukul yang mengggunakan pemampat udara dan stamping dies. Kategori ‘A’ ialah keluli alat
yang mempunyai aloi khas yang membolehkan ia menjadi keras apabila dilindapkejut (quench)
dalam air. Kategori ‘M’ dan ‘T’ adalah untuk kerja kelajuan tinggi dan mengandungi kandungan
molybdenum dan tungsten yang tinggi. Kategori ‘H’ mempunyai kekuatan pada suhu tinggi dan
digunakan dalam kerja menempa (forging) dan membuat acuan (die casting).

Kategori Kategori Keluli Alat
W Contoh Penerangan
O W1 & W5 Pengerasan air (Water hardening)
A O1 & O6 Pengerasan minyak (Oil hardening)
D A2 & A6 Pengerasan udara (Air hardening)
S D1 & D2 Pengerasan minyak dan air
H S2 & S4 Rintangan gegearan (Shock resistance)
M
T H10 & H41 Kerja panas (Hot working)
L M 1 & M34 Kelajuan tinggi (Molybdenum)
F T2 & T15 Kelajuan tinggi (Tungsten)
P
L1 & L2 Kegunaan khas (Special purpose)
F1 & F3 Kegunaan khas
P5 & P20 Membuat acuan
Jadual 1.4 – Kategori am keluli alat

ID UNIT KOMPETENSI / MC-024-3;2012-C01/P(7/27) Muka / Page : 12
COMPETENCY UNIT ID Drpd/of : 32

Rajah 1.10 – Peralatan yang diperbuat dari keluli alat

1.5.5 Keluli Tahan Karat (Stainless Steel)

Keluli Tahan Karat ialah kategori keluli aloi yang istimewa dan digunakan secara meluas. Ia
digunakan untuk peralatan kesihatan dan proses pemakanan dan juga menyalurkan kimia
melalui paip.
Semua keluli tahan karat mengandungi aloi kromium dan nikel yang banyak. Ini membuatkan keluli
tahan karat dan berkeupayaan untuk menahan hakisan. Maka, dapur-dapur restoren dipenuhi
dengan kelengkapan keluli tahan karat. Lain-lain aloi yang terdapat dalam keluli tahan karat
ialah nickel dan molybdenum.
Terdapat tiga kategori keluli tahan karat; austenitic, ferritic dan martensitic. Pengkelasan bagi
ketiga-tiga kategori ini sukar dilakukan secara visual. Salah satu cara ialah menggunakan
magnet. Jenis austenitic tidak bermagnet.

i. Austenitik (Austenitic) – Paling lazim digunakan dan terdapat pelbagai jenis. Ia tidak
bermagnet. Jenis yang paling banyak digunakan dirujuk sebagai 18 – 8 (18% Chromium
dan 8% Nickel). Ia rintangan hakisan dan digunakan untuk peralatan makanan dan
kimia serta aplikasi arkitek dan struktur.

ii. Feritik (Ferritic) – Biasanya diperbuat daripada aloi chromium tanpa ada tambahan
lain. Ia bermagnet dan tidak dibuat rawatan haba (heat treatment). Digunakan dalam
industri automobile dan peralatan memasak.

iii. Martensitik (Martensitic) – Digunakan untuk membuat peralatan mengikat (fasteners),
aci oleng turbin (shaft turbine) dan bilah turbin (turbine blade). Bermagnet.

Terdapat juga dua pengkelasan keluli tahan karat yang digunakan untuk aplikasi khas:

i. Keluli tahan karat pengerasan pemendakan (Precipitation Hardening stainless steel)
– Keluli tahan karat chromium-nickel yang dikuatkan dengan rawatan haba. Ia dirujuk dengan
peratus chromium-nikel seperti 13/8, 15/5 atau 17/7. Digunakan untuk membuat injap, gear dan
pelalatan petro-kimia.

ii. Duplex – Gabungan tiga aloi ; chromium, nikel dan molybdenum. Ia lebih rintangan
kepada retak hakisan tegasan (stress corrosion craking) berbanding dengan austenitic
dan lebih kuat dan teguh dari aloi ferritic. Digunakan untuk saluran paip minyak dan
gas (pipeline).

ID UNIT KOMPETENSI / MC-024-3;2012-C01/P(7/27) Muka / Page : 13
COMPETENCY UNIT ID Drpd/of : 32

Keluli Tahan Karat SAE
200 series – austenitic aloi chromium-nikel-manganese

201 Austenitic; dikeraskan melalui kerja sejuk (cold working)

202 Austenitic; keluli tahan karat kegunaan am
300 series – austenitic aloi chromium-nikel

304 Gred yang paling lazim digunakan. Dikenali dengan keluli tahan karat 18/8. Dirujuk
sebagai "A2" mengikut ISO 3506

304L Versi 304 berkarbon rendah dan banyak digunakan untuk kerja kimpalan.

309 Lebih tahan suhu dari (temperature resistance) dari 304

Gred kedua yang paling banyak digunakan selepas 304; untuk peralatan pembe-
dahan dan pemakanan. Tambahan molybdenum menghalang hakisan dan
meminimakan pencemaran logam (metallic contamination)

Ia juga dikenali sebagai gred keluli tahan karat marin (marine grade stainless steel)
kerana perintang kepada hakisan choloride berbanding dengan gred 304. Gred
316 316 juga sering digunakan untuk membina janakuasa pemprosesan nuklear.
Kebanyakan jam tangan juga dibuat dari gred ini. Dirujuk sebagai “A4” mengikut
ISO 3506. Gred 316Ti (yang mengandungi titanium) yang perintang haba panas
digunakan untuk cerobong mudahlentur (flexible chimney liners) dan boleh
menahan haba sehingga 2,000 darjah Farenheit, suhu paling panas bagi
cerobong.

316L Versi 316 berkarbon rendah
400 Series—ferritic and martensitic chromium alloys

405 Gred ferritic untuk aplikasi kerja kimpalan

408 Perintang haba (heat-resistant); perintang hakisan yang lemah; 11% chromium,
8% nickel

409 Gred ferritic (besi/ chromium sahaja) paling murah; digunakan untuk saluran gas
dan wap.

410 Gred martensitic besi/ chromium kekuatan tinggi (high-strength iron/ chromium).
Tahan haus tetapi kurang rintanga kepada hakisan

420 Gred martensitic untuk membuat peralatan memotong (cutlery); tidak berkarat dan
berkilat

430 Gred ferritic, digunakan untuk bahagian kenderaan. Mudah dibentuk dan tahan
hakisan

446 Untuk kerja-kerja bersuhu tinggi
500 Series—Aloi kromium tahan haba (heat-resisting chromium alloys)

600 Series—Aloi martensitic pengerasan mendakan (martensitic precipitation hardening alloys)

601 - 604 Keluli martensitic aloi rendah

610 - 613 Keluli martensitic pengerasan sekunder (secondary hardening)

614 - 619 Keluli chromium martensitic

Keluli tahan karat pengerasan pemendakan semiaustenitic and martensitic. Gred
630 - 635 630 paling banyak digunakan dan dikenali sebagai 17-4; 17% chromium, 4%

nickel.

650 - 653 Keluli Austenitic yang dikuatkan dengan kerja sejuk atau panas

Jadual 1.5 - Keluli tahan karat pengkelasan SAE/ AISI

ID UNIT KOMPETENSI / MC-024-3;2012-C01/P(7/27) Muka / Page : 14
COMPETENCY UNIT ID Drpd/of : 32

1.5.6 Keluli Tahan Karat Duplex (Duplex Stainless Steels)

Keluli Tahan Karat Duplex telah menjadi amat popular kerana kandungan ferrit dan austenite
yang seimbang. Keseimbangan ini akan menghasilkan kekuatan yang lebih tinggi untuk:

i. Dandang tekanan
ii. Tangki simpanan (Storage Tanks)
iii. Kerja struktur seperti jambatan
iv. Mengimpal logam tebal
v. Menahan suhu sehingga sifar 50 darjah C sehingga 80 darjah C
vi. Rintangan kepada hakisan; untuk tangki air panas
vii. Janakuasa
viii. Struktur kolam renang

Rajah 1.11 – Peralatan yang diperbuat daripada keluli tahan karat

1.5.7 Keluli Spring (Spring Steel)
Keluli Spring adalah kategori keluli khas yang mempunyai kekerasan yang tinggi, kekuatan
dan sifat elastic. Ia digunakan untuk daun spring (leaf spring), spring jam, bilah pisau dan shaft
batang golf (golf club). Kandungan karbon diantara 0.35 hingga 1.4%. Ia lebih mahal
berbanding dengan keluli berkarbon. Ia mempunyai kekuatan khas dan sifat mulur (ductility).
Aloi yang terdapat dalam keluli spring ialah manganese sehingga 0.8%, chromium, silicon,
vanadium atau molybdenum.
Keluli spring digunakan untuk camera shutter, pemotong dalam indutri membuat alat mesin
(machine tool industry), joran pancing, pisau, kikir kuku, pisau potong roti, pembuluh getaran
elektronik (electronic vibrator reed), pita pengukur, pembaris keluli, kulir (trowels), tolok ujian dan
spring untuk jam.

Rajah 1.12 – Peralatan yang diperbuat dari keluli spring

ID UNIT KOMPETENSI / MC-024-3;2012-C01/P(7/27)
COMPETENCY UNIT ID

Contoh Aloi di dalam Keluli

Keluli (SAE/AISI) Society Jenis Keluli Kekuatan C
of Automotive Engineers/ Tensil
x 1000 psi
American Iron & Steel
Institute)

SAE/ AISI 1020 Keluli berkarbon 58– 80 0.17 –
(ASTM A36 ASME rendah/ 0.23
Keluli Lembut 60 -103
SA 36) 80 – 182 0.22 –
1025 Keluli berkarbon rendah/ 90 – 213 0.28
Keluli Lembut 0.43 –
1045 0.50
Keluli berkarbon 0.90 –
1095 sederhana 1.03

Keluli berkarbon tinggi

1112 Keluli karbon mudah 60 - 100 0.13
dimesin max

17 1330 Manganese 90 – 162 0.28 -
2517 88 – 190 0.33
3310 Nikel 104 –172 0.15 –
4023 105 –170 0.20
52100 Nikel-Chromium 100 –240 0.80 –
6150 96 – 230 0.13
9840 Molybdenum 120 –280 0.20 –
0.25
Chromium 0.98 –
Chromium – Vanadium 1.10
Nikel – Chromium -
Molybdenum 0.48 –
0.53

0.38 –
0.43

4140 Chromium - 95 - 125
Molybdenum

Jadual 1.6 – Kandungan aloi di dalam keluli

Muka / Page : 15
Drpd/of : 32

Mn P S Si Ni Cr Mo V

0.80 – 0.04 0.05 0.40 - - - -
1.20 max max max
0.04 0.05 - - - -
0.30 – max max - -
0.60 0.4 0.05 - - - -
0.60 – max max - -
0.90 0.4 0.05 - - - -
0.30 – max max - -
0.50 0.07 – 0.16 – - - - -
0.70 – 1.2 0.23 - -
1.00 0.035 - - - -
1.60 – 0.04 0.20 – 4.75 – 0.15
1.90 0.025 0.35 5.25 - - max
0.45 – 0.025 0.20 – 3.25 – 1.40 – -
0.60 0.025 0.35 3.75 1.75 - -
0.45 – 0.025 0.20 – - 0.20 –
0.60 0.035 0.35 - 0.30
0.70 – 0.04 0.20 – - 1.30 –
0.90 0.035 0.35 1.60 -
0.25 – 0.04 0.20 – - 0.80 –
0.45 0.035 0.35 0.85 – 1.10 -
0.70 – 0.4 0.20 – 1.15 0.70 – 0.20 –
0.90 0.4 0.35 - 0.90 0.30
0.70 – 0.4 0.20 – 0.80 – 0.15 –
0.90 0.035 0.35 1.10 0.25
0.40 0.20 –
0.35

ID UNIT KOMPETENSI / MC-024-3;2012-C01/P(7/27) Muka / Page : 18
COMPETENCY UNIT ID Drpd/of : 32

Rajah 1.13 – Sistem nombor AISI

Sistem nombor AISI menerangkan secara spesifik kandungan aloi dan karbon. Abjad di
hadapan menunjukkan kaedah penghasilan keluli (B – Bessemer, C – Open Hearth dan E –
Electric Furnace)

1.6 BESI TUANG (CAST IRON)

Besi tuang adalah bahan yang mengandungi besi, 2.0 hingga 6.0% karbon dan sedikit
kandungan silicon. Terdapat juga aloi-aloi yang lain dalam besi tuang. Besi tuang bersifat
rapuh tetapi mempunyai kekuatan mampatan (compressive strength) yang tinggi. Besi tuang
lazimnya digunakan untuk membuat bingkai atau badan bagi kelengkapan/ mesin yang besar.
Oleh kerana besi tuang juga mempunyai sifat tahan haus yang baik, ia digunakan untuk blok
enjin, gelang piston, dram brek, penggulung dan pemecah (crushers). Terdapat empat jenis
besi tuang; besi tuang kelabu (gray), besi tuang putih, besi tuang boleh tempa (malleable) dan
nodular/ mulur. Terdapat empat jenis besi tuang:

i. Besi Tuang Kelabu – paling banyak digunakan
ii. Besi Tuang Putih – paling rapuh
iii. Besi Tuang Mudah/ boleh tempa – berkualiti tinggi
iv. Besi Tuang Mulur/ Nodular – berkualiti tinggi

1.6.1 Besi Tuang Kelabu (Gray Cast Iron)

Besi tuang kelabu paling banyak digunakan berbanding dengan besi tuang yang lain.
Walaupun besi tuang kelabu tidak mempuyai sifat boleh tempa atau mulur, ia dianggap murah.
Besi tuang kelabu amat keras, rapuh dan mempunyai kekuatan regangan yang rendah.
Walaubagaimapaun, ia mempunyai kekuatan mampatan yang tinggi dan juga berkeupayaan
meresap mampatan (damping capacity) dan mudah untuk jadikan tuangan. Mudah dimesin
dan dikimpal.

ID UNIT KOMPETENSI / MC-024-3;2012-C01/P(7/27) Muka / Page : 19
COMPETENCY UNIT ID Drpd/of : 32

1.6.2 Besi Tuang Putih (White Cast Iron)

Besi tuang putih tidak banyak digunakan seperti besi tuang kelabu. Ia lebih keras, lebih rapuh
dan susah untuk dimesin dan dikimpal.Kekuatan mampatan juga kurang. Kekerasan besi
tuang putih menjadikan ia sesuai untuk dijadikan penggulung untuk memcahkan batu dan lain-
lain bahan. Besi tuang putih juga digunakan sebagai langkah pertengahan untuk
menghasilkan besi tuang mudah tempa.

1.6.3 Besi Tuang Mudah Tempa (Malleable Cast Iron)

Besi tuang mudah tempa mempunyai sifat khas yang menjadikan ia lebih baik daripada besi
tuang kelabu dan putih. Ia mempunyai kekuatan tensil yang lebih tinggi, boleh ditempa dan
kekuatan mampatan yang lebih baik. Besi tuang mudah tempa dihasilkan melalui besi tuang
putih. Besi tuang putih dipanaskan pada suhu tinggi dan kabida dipecahkan untuk menjadi
carbon dan besi bebas. Besi terkumpul dalam bentuk bebola halus dan ini membuatkan besi
tuang ini lebih mulur dan boleh dikerjakan dengan mudah tanpa mengurangkan kekuatan
mampatannya.

1.6.4 Besi Tuang Mulur/ Nodular (Nodular Or Ductile Cast Iron)

Besi tuang mulur juga dikenali dengan besi tuang nodular kerana grafitnya berbentuk bujur
halus (tiny sphere). Ia mempunyai sifat kemuluran yang baik. Kekuatan tensilnya paling tinggi
berbanding dengan besi tuang yang lain. Oleh kerana harganya yang agak murah, besi tuang
Mulur telah banyak menggantikan penggunaan besi tuang kelabu.

Rajah 1.14 – Struktur mikro besi tuang

ID UNIT KOMPETENSI / MC-024-3;2012-C01/P(7/27) Muka / Page : 20
COMPETENCY UNIT ID Drpd/of : 32

Jenis Besi Karbon Peratus aloi Sulfur Phosphorus
Tuang Silicon Manganese

Kelabu 2.5 – 4.0 1.0 – 3.0 0.2 – 1.0 0.02 – 0.25 0.02 – 1.0

Mulur 3.0 – 4.0 1.8 – 2.8 0.1 – 1.0 0.01 – 0.03 0.01 – 0.1

Mudah Tempa 2.0 – 2.9 0.9 – 1.9 0.15 – 1.2 0.02 – 0.2 0.02 – 0.2

Putih 1.8 – 3.6 0.5 – 1.9 0.25 – 0.8 0.06 – 0.2 0.06 – 0.2

Jadual 1.7 – Peratus aloi dalam besi tuang

Sifat-sifat Besi Tuang

Jenis Besi Tuang Kelabu Putih Mudah Mulur/
Tempa Nodular

Berat lbs/in3 0.25 – 0.27 0.27 – 0.28 0.26 – 0.27 0.25 – 0.27

Kekuatan Tensil 20 - 70 20 – 50 50 - 100 60 -150
(Tensile strength) Psi 100 - 170
Rendah 100 - 150 200 - 290 120 - 300
 10‾3 140 - 290
3 - 10 14 - 17 2 - 30
Kekuatan Mampatan
(Compressive strength) 300 - 580 110 - 270 140 - 330

Psi  10‾3

Kekuatan hentaman V-
notched charpy
(Impact strength)
“ft-lb”

Kekerasan (Hardness)
BHN (Brinell Hardness

Number)

Modulus Elastik Psi 12 - 20 Rendah 25 - 28 18 - 25
 10‾8 6 - 10

Pengembangan Termal 6 5 6-8
(Coefficient of Thermal

expansion)
In/in F  10+8

Jadual 1.8 – Perbandingan sifat besi tuang

ID UNIT KOMPETENSI / MC-024-3;2012-C01/P(7/27) Muka / Page : 21
COMPETENCY UNIT ID Drpd/of : 32

1.7 LOGAM BUKAN FERUS (NONFERROUS METALS)

Logam bukan ferus termasuk logam-logam yang banyak digunakan untuk peralatan
perhiasan, menyadur logam (metal plating) atau sebagai unsur pengaloian (alloying elements),
seperti timah (tin), zinc, perak (silver) dan emas (gold). Dalam bab ini, penumpuan akan diberikan
kepada logam yang digunakan untuk industri pembuatan seperti aluminium, magnesium,
titanium, nikel, tembaga (copper) dan aloi timah.

Nama Warna Kandungan aloi Sifat Kegunaan

Aluminium Kelabu cerah Aluminium 95% Mulur, lembut, Bingkai tingkap,
(Light grey) Tembaga 4% mudah ditempa, badan kapal
Manganese 1% senang dimesin terbang dan
dan ringan peralatan dapur

Mulur dan boleh Pendawaian

Tembaga Perang (Reddish Bukan aloi dibentuk. elektrik, tiub,
(Copper) brown)
Pengalir elektrik dan cerek, mangkuk
Loyang
(Brass) haba yang baik dan paip

Perak Kuning Campuran tem- Keras. Boelh dibuat Bahagian untuk
(Silver) baga dan zinc tuangan dan mudah pemasangan
65% - 35%, dimesin. Mudah elektrik dan
nisbah yang lazim kusam (tarnishes). perhiasan
Pengalir eletrik

Lazimnya 100% Mulur, Mudah Barang kemas,
perak tetapi ditempa, pateri dan pateri dan
kadangkala rintangan hakisan perhiasan
Kelabu keputihan dialoikan dengan
(Whitish grey) tembaga untuk
menghasilkan
Perak sterling
(sterling silver)

Plumbum Kelabu kebiruan Bukan aloi Lembut, berat, Pateri, paip,
(Lead) (Bluish grey) mulur. Berubah bateri dan
bentuk jika bumbung
dikenakan tekanan

Jadual 1.9 – Jenis logam bukan ferus, sifat dan kegunaannya

ID UNIT KOMPETENSI / MC-024-3;2012-C01/P(7/27) Muka / Page : 22
COMPETENCY UNIT ID Drpd/of : 32

1.8 KEKERASAN BAHAN (MATERIAL HARDNESS)

Metals Handbook mendefinisikan kekerasan sebagai "Rintangan logam kepada kecacatan
plastik (plastic deformation), lazimnya dengan lekukan (indentation). Bagaimanapun istilah itu
boleh juga merujuk kepada rintangan kepada gorisan (scratching), lelasan (abrasion) atau
pemotongan. Ia adalah sifat logam yang boleh menahan dari kecacatan (bengkok, patah atau
berubah bentuk). Semakin keras logam, semakin kuat rintangan kepada kecacatan.

Kamus Metallurgy mendefinasikan kekerasan lekukan sebagai rintangan bahan kepada lekukan.
Ini adalah jenis ujian kekerasan dimana pelekuk (identer) berbentuk tajam atau bulat ditekan
pada permukaan dengan beban statik yang ditetapkan.

1.8.1 Pengukuran Kekerasan (Hardness Measurement)

Pengukuran kekerasan boleh dikelas dengan skala macro, micro atau nano bergantung pada
tekanan yang dikenakan dan perubahan (displacement) yang diperolehi. Pengukuran bahan
secara kaedah pengerasan makro lebih cepat dan mudah untuk mendapatkan data sifat
mekanikal himpunan bahan yang besar dengan menggunakan sampel yang kecil.Ia juga lazim
digunakan untuk kawalan kualiti pada permukaan logam yang telah dibuat rawatan haba.
Jika bahan mempunyai struktur micro (microstructure) yang halus, pengukuran pengerasan
micro lebih sesuai untuk mengenalpasti sifat permukaan bahan. Struktur micro ditentukan
dengan menekan pelekuk, samada pelekuk Vickers atau Knoop ke dalam permukaan logam
pada beban diantara 15 hingga 1,000 gf (gram-force). Biasanya pelekuk adalah kecil dan
lekukan hendaklah diukur menggunakan mikroskop.
Pelekuk micro berfungsi dengan menekan hujungnya ke dalam sampel dan mengukur beban
yang dikenakan, dalam penusukan dan kitar masanya (cycle time). Perubahan dari nilai
kekerasan micro kepada nilai kekuatan regangan dan lain-lain skala kekerasan seperti Rockwell
boleh didapati bagi kebanyakan logam dan aloi.
Kaedah Pengukuran Kekerasan (Hardness Measurement Methods). Terdapat tiga jenis ujian
yang yang lazim digunakan oleh industri logam:

i. Rockwell
ii. Brinell
iii. Vickers

Dalam metalurgi, definasi kekuatan terunggul (ultimate strength) dan kekerasan adalah sama,
maka kita boleh anggap logam yang kuat juga merupakan logam yang keras.

Ketiga-tiga jenis ujian kekerasan ini adalah untuk mengukur kekerasan logam bagi menentukan
rintangannya kepada penusukan pelekuk bebola atau kon. Ujian menentukan kedalaman bebola
atau kon meninggalkan lekuk di dalam logam pada beban yang diberi pada jangka masa yang
ditetapkan.

ID UNIT KOMPETENSI / MC-024-3;2012-C01/P(7/27) Muka / Page : 23
COMPETENCY UNIT ID Drpd/of : 32

1.8.2 Ujian Kekerasan Rockwell (Rockwell Hardness Test)

Ujian Rockwell kekerasan adalah ukuran kekerasan berdasarkan kedalaman kesan beban
dikenakan pada permukaan bahan.Nombor kekerasan biasanya diberikan dalam skala R, L, M,
E dan K. Lebih tinggi skala, bermakna bahan lebih keras.

Dalam kaedah ujian kekerasan Rockwell, kedalaman penembusan pelekuk (indenter)
ditentukan. Pelekuk sama ada berbentuk bola keluli berdiameter tertentu atau kon berlian
berbentuk sfera 120 ° sudut dan berjejari 0.2 mm , yang dipanggil Brale. Jenis pelekuk dan
beban ujian akan menentukan skala kekerasan (A, B, C, dan sebagainnya)..

Penguji kekerasan Rockwell mengukur rintangan kekerasan kepada penembusan sama
seperti ujian Brinell, tetapi dalam kes Rockwell, yang diukur ialah kedalaman lekukan/
penusukan berbanding dengan Brinell yang mengukur kawasan lekukan diameter bebola.

Dengan penguji Rockwell, kekerasan ditunjukkan secara langsung pada skala yang terdapat
pada mesin. Dail seperti skala ini adalah tolok kedalaman (depth gauge) dalam unit khas.
Ujian kekerasan Rockwell adalah yang paling banyak digunakan dan ujian kekerasan dan
yang paling versatil.

Rajah 1.15 – Mesin Ujian Kekerasan Rockwell

Untuk bahan-bahan lembut seperti aloi tembaga, keluli lembut, dan aloi aluminium, bola
diameter keluli berukuran 1/16 "digunakan dengan beban 100 kilogram dan kekerasan yang
dibaca pada skala “B”. Untuk menguji bahan yang lebih keras, seperti besi tuang dan keluli
aloi, berlian kon 120 darjah digunakan sehingga beban mencapai 150 kilogram dan kekerasan
dibaca pada skala "C".

Ujian Rockwell menggunakan dua beban yang digunakan secara langsung satu demi satu.
Beban pertama,10kg yang dikenali sebagai beban "minor", beban 10 kilogram ditekan pada
spesimen untuk membantu menampung pelekuk dan mengeluarkan kesan yang tidak diingini
pada permukaan logam sebelum beban “major” dikenakan pada permukaan bahan.,
Perbezaan dalam kedalaman lekukan di antara beban minor dan major akan menunjukkan
nombor kekerasan Rockwell.

ID UNIT KOMPETENSI / MC-024-3;2012-C01/P(7/27) Muka / Page : 24
COMPETENCY UNIT ID Drpd/of : 32

1.8.3 Ujian Kekerasan Brinell (Brinell Hardness Test)

Kekerasan Brinell ditentukan dengan memaksa keluli keras atau sfera karbida (carbide sphere)
berdiameter spesifik pada beban yang ditetapkan ke dalam permukaan bahan dan mengukur
diameter lekukan yang terhasil selepas ujian kekerasan dilakukan.Nombor kekerasan Brinell,
atau Nombor Brinell diperolehi dengan membahagikan beban yang digunakan, dalam
kilogram, dengan luas permukaan sebenar lekukan dalam millimeters persegi (square
millimeters).Hasilnya adalah ukuran tekanan, tetapi unit jarang dinyatakan.

Ujian kekerasan Brinell menggunakan mesin meja (desk top machine) untuk menekan bola
keluli keras berukuran 10mm diameter ke dalam permukaan spesimen ujian. Beban 500
kilogram digunakan bagi logam lembut seperti tembaga, loyang dan logam nipis. Beban 1500
kilogram digunakan untuk aluminium tuangan (aluminum castings) dan beban 3000 kilogram
digunakan untuk bahan-bahan seperti besi dan keluli. Beban biasanya ditekan/ dikenakan
selama 10 hingga 15 saat. Selepas lekukan dibuat, ukuran diameter kesan lekukan yang
terhasil diambil. Ia diukur dengan ± .05mm menggunakan mikroskop pembesaran rendah
(low-magnification) mudah alih.

Kekerasan dikira dengan membahagikan beban dengan luas permukaan melengkung
lekukan. (kawasan permukaan hemisfera diperolehi dengan mendarabkan diameter persegi
dengan 3.14159 dan kemudian membahagikan dengan 2). Untuk membuat ia lebih mudah, carta
ditentukur disediakan supaya diameter lekukan nombor kekerasan yang sama bolehdirujuk.

Kekerasan Brinell, "75 HB 10/500/30" yang bermaksud bahawa Kekerasan Brinell 75 telah
diperolehi menggunakan keluli keras berdiameter 10mm dengan beban 500 kilogram
digunakan untuk tempoh masa 30 saat.

Bagi ujian kekerasan pada logam yang amat keras, bola tungsten karbida digunakan
menggantikan bola keluli. Bola Brinell membuat lekukan yang paling dalam dan paling luas
berbanding dengan ujian kekerasan yang lain.

Ujian kekerasan Brinell adalah salah satu ujian kekerasan yang paling banyak digunakan semasa
Perang Dunia II. Untuk mengukur kekerasan plat perisai, ujian biasanya dijalankan dengan
menekan tungsten karbida sfera berdiameter 10mm ke dalam permukaan spesimen selama
10 saat dengan beban 3,000kg, kemudian mengukur diameter lekukan yang terhasil. The
BHN (Brinell Hardness Number) dikira mengikut formula berikut di mana;

BHN = the Brinell hardness number

F (force) = beban yang dikenakan dalam kg

D = diameter pelekuk sfera dalam mm (diameter of the spherical indenter
in mm)

ASTM E-10 adalah ujian standard untuk menentukan kekerasan Brinell bagi logam. Beban
yang dikenakan dalam ujian ini ialah 3,000, 1,500, or 500 kgf, dan diameter lekukan ialah
diantara julat 2.5 to 6.0 mm. Beban dikenakan selama 10 hingga 15 saat. Diameter lekukan
diukur pada sudut tepat dan diameter digunakan sebagai asas untuk mengira Nombor
Kekerasan Brinell (BHN), menggunakan jadual penukaran (conversion table) yang disediakan.

ID UNIT KOMPETENSI / MC-024-3;2012-C01/P(7/27) Muka / Page : 25
COMPETENCY UNIT ID Drpd/of : 32

Rajah 1.16 – Mesin Kekerasan Brinell

1.8.4 Ujian Kekerasan Vickers (Vickers Hardness Test)

Dicipta pada tahun 1920 oleh jurutera di Vickers, Ltd., di United Kingdom. Ia adalah kaedah
yang piawai untuk mengukur kekerasan logam, terutamanya yang mempunyai permukaan
yang amat keras : permukaan ini tertakluk kepada tekanan piawai (standard pressure) untuk
tempoh masa yang telah ditentukan menggunakan berlian berbentuk piramid (pyramid-shaped
diamond). Lekuk berbentuk pepenjuru (diagonal) yang terhasil diukur di bawah mikroskop dan
nilai kekerasan Vickers dibaca daripada jadual penukaran (conversiontable).
Pelekuk ujian Vickers adalah berlian berbentuk piramid persegi (square-based pyramid) dengan
sisi berlawanan bertemu di puncak pada sudut 136º. Berlian ini ditekan ke dalam permukaan
bahan pada beban sehingga kira-kira 120 kilogram -force, dan saiz kesan lekukan (biasanya
tidak lebih daripada 0.5 mm) diukur dengan bantuan mikroskop yang ditentukur (calibrated
microscope). Nombor Vickers (HV) dikira menggunakan formula berikut:

HV = 1.854(F/D2),
Di mana; HV = Vickers Hardness, F = Load (beban) dan D = Arithmetic Mean

Kelebihan ujian kekerasan Vickers adalah bacaannya sangat tepat dan hanya satu jenis pelekuk
digunakan untuk semua jenis logam dan rawatan permukaan. Mesin ujian Vickers sangat
tepat untuk menguji bahan yang paling lembut dan paling keras di bawah beban yang
berbeza-beza. Mesin Vickers lebih mahal daripada Brinell atau Rockwell mesin.

Rajah 1.17 – Mesin Ujian Kekerasan Vickers

ID UNIT KOMPETENSI / MC-024-3;2012-C01/P(7/27) Muka / Page : 26
COMPETENCY UNIT ID Drpd/of : 32

1.8.5 Hubungan Kekerasan Dengan Sifat Bahan Lain

Kekerasan merangkumi beberapa ciri-ciri rintangan kepada ubah bentuk (deformation),
rintangan geseran dan lelasan. Kekerasan dikaitkan dengan kekuatan tegangan, manakala
rintangan kepada ubah bentuk adalah bergantung kepada modulus keanjalan (modulus of
elasticity). Rintangan geseran boleh dibahagikan dalam dua bahagian sama penting: pertalian
kimia bahan dan kekerasan itu sendiri.

Sifat haus (wear) biasanya dipengaruhi oleh beberapa faktor, antaranya pemilihan bahan,
geseran, beban permukaan, jarak, kekerasan permukaan, kemasan permukaan, dan pelinciran
(lubrication). Mengawal faktor-faktor ini boleh membantu untuk mengelakkan kehausan dan
kegagalan produk.

1.9 SIFAT MEKANIKAL LOGAM

Biasanya bahan adalah tertakluk kepada kuasa luar (external force) apabila ia digunakan. Jurutera
mekanikal mengira kuasa-kuasa ini dan ahli sains mengkaji bagaimana bahan berubah bentuk
atau patah disebabkan oleh fungsi tenaga, masa, suhu dan keadaan lain. Ahli sains bahan
belajar tentang sifat-sifat mekanikal dengan menguji bahan-bahan tersebut.
Antara sifat-sifat mekanikal logam yang penting adalah kerapuhan (brittleness), resapan (creep),
kemuluran (ductility), keanjalan (elasticity), kelesuan (fatique), kekerasan (hardness),
kebolehtempaan (malleability), keplastikan (plasticity), ketahanan (resilience), kekakuan
(stiffness), keliatan (toughness) dan kekuatan lesu (yield strength). Dalam tajuk ini, beberapa
sifat mekanik logam akan diterangkan secara ringkas.

1.9.1 Tegasan Tensil/ Regangan (Tensile Stress)

Tegasan tensil atau tegasan ( tension) ialah keadaan tegasan yang yang menyebabkan
pengembangan (expansion); iaitu panjang logam cenderong untuk bertambah ke arah meregang
(tensile). Isipadu (volume) logam tetap sama. Jika kuasa (forces) yang sama dan bertentangan
dikenakan pada logam, tegasan yang disebabkan oleh tekanan ini dipanggil tegasan tensil
atau tegasan regangan. Tegasan tensil adalah lawan kepada tegasan mampatan (compressive
stress).

Rajah 1.18 – Tegasan Tensil dan Tegasan Mampatan

ID UNIT KOMPETENSI / MC-024-3;2012-C01/P(7/27) Muka / Page : 27
COMPETENCY UNIT ID Drpd/of : 32

Bahagian struktur yang terdapat tegasan terus ialah tali, sauh, paku, bolt dan nat dsb. Rasuk
(beams) yang terdedah kepada keadaan membengkok (bending moments) akan terdapat
tegasan tensil dan juga tegasan mampatan serta tegasan ricih (shear stress). Tegasan tensil
akan bertambah sehingga ia mencapai kekuatan tensil (tensile strength) yang merupakan had
kepada tegasan tersebut

1.9.2 Kekuatan Tensil/ Regangan (Tensile Strength)

Kekuatan tensil adalah ukuran kuasa (force) yang diperlukan untuk menarik tali, dawai atau
beam struktur ke satu titik di mana ia akan patah/ putus. Kekuatan tensil sesuatu logam ialah
jumlah maksima (maximum amount) tegasan tensil yang boleh ia terima sebelum patah/ putus.
Terdapat tiga definisi kekuatan tensil:

i. Kekuatan Lesu (Yield Strength):
Tegasan dimana logam boleh menahan tanpa sebarang kecacatan (deformation). Kekuatan
lesu adalah tegasan yang akan menyebabkan kecacatan kekal 0.2% daripada dimensi
asalnya.

ii. Kekuatan Tensil Muktamad (Ultimate Tensile Strength)
Nota: Kekuatan tensil atau kekuatan muktamad, adalah keupayaan sesuatu bahan atau
struktur untuk menahan beban yang cenderung untuk memanjangkan, berlawanan dengan
kekuatan mampatan yang menahan beban yang cenderung untuk mengurangkan saiz.

iii. Kekuatan Patah (Breaking Strength)
Koordinat tegasan pada lengkuk terikan tegasan (stress-strain curve) pada titik ia patah

Rajah 1.19 – Ujian Kekuatan Tensil

ID UNIT KOMPETENSI / MC-024-3;2012-C01/P(7/27) Muka / Page : 28
COMPETENCY UNIT ID Drpd/of : 32

Rajah 1.20 – Lengkuk terikan tegasan tensil (Tensile stress-strain curve)

Sifat Mekanikal Keluli Keluli Aloi Keluli Tahan Keluli Alat
Berkarbon 7.85 Karat
Ketumpatan 100 kg/m3
(Density) 7.85 7.75 – 8.1 7.72 – 8.0

Modulus Elastik (Modulus of 190 - 210 190 - 210 190 - 210 190 - 210
Elasticity) GPa

Kekuatan Tensil 276 - 1882 758 - 1882 515 - 827 640 - 2000
(Tensile Strength) MPa

Kekuatan Lesu (Yield 186 - 758 366 - 1793 207 - 552 380 - 440
Strength) MPa

Peratus Pemanjangan 10 - 32 4 - 31 12 - 40 210 - 620
(Elongation percentange)

No. Kekerasan Brinell 86 - 388 149 -627 137 - 595 210 -620
(Brinell Hardness No.)

3000 kg

Jadual 1.10 – Sifat mekanikal logam

ID UNIT KOMPETENSI / MC-024-3;2012-C01/P(7/27) Muka / Page : 29
COMPETENCY UNIT ID Drpd/of : 32

1.9.3 Kekuatan Hentaman (Impact Strength)

Kekuatan Hentaman ialah keupayaan bahan untuk menahan beban secara mengejut yang
dinyatakan dari segi tenaga. Sering diukur dengan ujian kekuatan hentaman Izod atau ujian
kekuatan hentaman Charpy, kedua-duanya mengukur tenaga hentaman yang diperlukan untuk
mematah sampel.

Dua kaedah yang berbeza untuk menentukan kekuatan hentaman digunakan. Tidak seperti
kekuatan hentaman biasa, kekuatan hentaman takuk (notch impact strength) ditentukan
menggunakan ujian spesimen bertakuk , yang meningkatkan sensitiviti kaedah ujian. Di samping
itu, terdapat perbezaan dibuat antara kedua-dua kaedah mengikut Charpy dan Izod. Mengikut
Charpy, spesimen ujian disokong pada kedua-dua hujung, manakala mengikut Izod spesimen
ujian hanya diapit di satu bahagian.

Rajah 1.21 – Kaedah Ujian Hentaman Specimen Charpy dan Izod

Rajah 1.22 - Ujian hentaman Charpy

ID UNIT KOMPETENSI / MC-024-3;2012-C01/P(7/27) Muka / Page : 30
COMPETENCY UNIT ID Drpd/of : 32

Rajah 1.23 – Bahagian andas dan specimen Ujian Kekuatan Hentaman

1.10 PEMANJANGAN BAHAN (MATERIAL ELONGATION)

Kegagalan pemanjangan adalah ukuran kemuluran bahan, dalam erti kata lain, ia adalah
jumlah tekanan tahan (hold presseure) sebelum gagal dalam ujian tensil. Bahan yang bersifat
mulur (kebanyakan logam dan polimer) akan merekodkan pemanjangan yang tinggi dan
bahan-bahan rapuh seperti seramik cenderung untuk menunjukkan pemanjangan yang
rendah kerana bahan ini secara plastik tidak berubah bentuk.
Getah memanjang dengan jumlah yang besar sebelum kegagalan, tetapi perluasan ini adalah
bersifat anjal dan akan pulih semula. Pemanjangan adalah penting dalam komponen yang
menyerap tenaga sebelum berubah bentuk secara plastik (cth halangan kemalangan, bumper
kereta).
Pemanjangan adalah penting dalam industri pembuatan - ia mengukur berapa banyak lenturan
dan pembentukan bahan boleh ditahan tanpa patah. Ujian Tensil digunakan untuk mengesan
sifat-sifat bahan yang penting Ujian mampatan lebih kurang sama tetapi menggunakan spesimen
tebal untuk mengelakkan bengkok. Oleh kerana pemanjangan adalah sama dengan kegagalan
terikan, ia tidak mempunyai unit, tetapi sering diberikan dalam peratus (%).

ID UNIT KOMPETENSI 1 MC-024-3;2012-C01/P(7/27) Muka / Page : 31
Drpd/of : 32

Rajah 1.24 – Pemanjangan

1.11 NOMBOR-P (P-NUMBER)

P-Number selalu digunakan dalam Prosedur Spesifikasi Mengimpal (WPS) and Ujian
Kelayakan Pengimpal (WQT - Welder Qualification Tests). Mengikut QW- 420.1 daripada ASME IX ,
untuk mengurangkan bilangan prosedur kelayakan kimpalan dan meloyang, logam asas telah
ditetapkan dengan P- Number, dan untuk logam asas ferus yang memerlukan ia dibuat ujian
hentaman (impact test).

Nombor Kumpulan dalam P- Number ini adalah berdasarkan kepada ciri-ciri logam asas, seperti
kandungan, kebolehkimpalan (weldability), kebolehloyang (brazeability) dan sifat-sifat mekanik di
mana ini boleh secara logik boleh dilakukan. Tugasan ini tidak membayangkan bahawa logam asas
boleh sewenang-wenangnya digantikan dengan logam asas yang telah digunakan dalam ujian
kelayakan tanpa mengambil kira keserasian dari sudut sifat metalurgi dan keperluan perkhidmatan.
Jika ujian takek - keliatan (notch-toughness) dilakukan, ia diandaikan bahawa logam asas memenuhi
keperluan khusus. P-Number bagi setiap bahan spesifik disenaraikan dalam QW/QB-422 of ASME IX.

ID UNIT KOMPETENSI / MC-024-3;2012-C01/P(7/27) Muka / Page : 32
COMPETENCY UNIT ID Drpd/of : 34

Logam Asas (Base Metal) Kimpalan (Welding) Meloyang (Brazing)

Keluli dan keluli aloi (Steel P-No. 1 hingga P-No. 11 incl. P- P-No. 101 hingga
and Steel Alloys)
No. 5A, 5B dan 5C P-No. 103
Aluminium dan aloi aluminium
(Aluminum and Aluminum-base P-No.21 hingga P-No. 104 dan
P-No. 25 P-No. 105
Alloys)
P-No. 31 hingga P-No. 107 dan
Tembaga dan aloi tembaga P-No. 35 P-No. 108
(Copper and Copper-Base Alloys)

Nikel dan aloi nikel (Nickel P-No. 41 hingga P-No. 110 hingga
and Nickel base Alloys) P-No. 47 P-No. 112

Titanium dan aloi titanium P-No. 51 hingga P-No. 115
(Titanium and Titanium base P-No. 53

Alloys)

Zirconium dan aloi zirconium P-No. 61 hingga P-No. 62 P-No. 117
(Zirconium and zirconium base

Alloys)

Jadual 1.11 – P-Numbers untuk Kimpalan dan Meloyang

ID UNIT KOMPETENSI / MC-024-3;2012-C01/P(7/27) Muka / Page : 33
COMPETENCY UNIT ID Drpd/of : 34

SOALAN/QUESTION:
1. Berikan 3 (tiga) jenis sifat logam

i. _______________________
ii. _______________________
iii. _______________________

2. Senaraikan 5 (LIMA) sifat mekanikal logam
i. _______________________
ii. _______________________
iii. _______________________
iv. _______________________
v. _______________________

3. Huraikan secara ringkas apakah yang dimaksudkan dengan keluli tahan
karat?
____________________________________________________________
____________________________________________________________
____________________________________________________________
____________________________________________________________

4. Berikan penerangan ringkas mengenai besi tempawan (rough iron)
____________________________________________________________
____________________________________________________________
____________________________________________________________
____________________________________________________________
____________________________________________________________

ID UNIT KOMPETENSI / MC-024-3;2012-C01/P(7/27) Muka / Page : 34
COMPETENCY UNIT ID Drpd/of : 34

RUJUKAN/ REFERENCE:

1. Sacks & Bohnart,2007,Welding Principles & Practices,3rd edition, 1221, Avenue
of the Americas, New York, NY 10020 USA, Mc Graw Hill, ISBN: 978-
0077238773

2. James F. Lincoln, Arc Welding Foundation, 2002, The Procedure Handbook of
Arc Welding, 14th Edition, 22801 St. Clair Avenue, Cleveland, Ohio, 44117 USA,
Lincoln Electric Company, ISBN: 978- 9993897302

3. Robert L. O'Brien, 1997, Jefferson's Welding Encyclopaedia, 18th Edition, 550
N.W. Lejeune Road, Miami, Florida, 33126 USA, American Welding Society,
ISBN: 978-0871715067

4. Joseph W. Giachino, William, Weeks, 1985, Welding Skills & Practices, 6th
edition, Western Michigan University, Kalmazoo, Michigan, Chicago, 60637,
USA, American Technical Society, ISBN:978-0826930019

5. Griffin, Roden, Briggs, 1985, Pipe Welding Techniques, 4th edition, Albany, New
York, 12205 USA, Delmar Publishers, ISBN: 978-0827322486

6. Ivan H. Griffin, Edward M. Roden and Charles W. Briggs, 1984, Basic Arc
Welding 4th edition, Albany, New York, 12205 USA, Delmar Publishers,
ISBN: 978-0827321311

7. ASM International, 1983, Metal Reference Book, 2nd edition, Material Park,
Ohio, 44073 USA, American Society For Metals, ISBN:978-0871701565

8. Gower A. Kennedy, 1982, Welding Technology - Student's Manual, 2nd edition,
Indianapolis, USA, A Howard W. Sams Book, Bobbs- Merill Educational
Publishing, ISBN:978-0672971099

9. Gower A. Kennedy, 1982, Welding Technology, 2nd edition, Lethbridge
Community College, Alberta, New York, USA, Howard W. Sams & Son Inc.,
ISBN: 978-0672979903

10. Frank R. Schell, 1977, Welding Procedures: Electric Arc, 1st edition, Albany,
New York, 12205 USA, Delmar Publishers, ISBN: 978-0827316034