Metalurgi: Logam Ferus

Dzulqarnain

METALURGI: LOGAM FERUS


METALURGI

Metalurgi atau kaji logam merujuk satu bidang dalam
sains bahan dan kejuruteraan bahan yang mengkaji sifat fizik dan kimia
unsur logam dan sebatiannya (yang dipanggil aloi).

Metalurgi tidak terhad kepada mengeluarkan logam dari bijih atau batuan asalnya.
Istilah metalurgi moden kini lebih meluas;
- mengeluarkan dan menyediakan logam beradioaktif,
- mengeluarkan logam dari bijih batuan bermutu rendah,
- mengeluar dan menulenkan logam berharga, dan
- menyediakan formulasi campuran logam bagi membentuk aloi.
Kini metalurgi dalam bidang logam berharga semakin mendapat perhatian
dan pakar di dalam metalurgi logam berharga sering diperlukan.

'Metal' berasal dari perkataan Greek; "metallon" dan Latin; "metallum"
yang kedua-duanya membawa maksud yang sama; "mine" atau 'metal' (logam).
Logam terbahagi kepada dua kumpulan:
- "Ferus" dan
- "tidak-Ferus."
Logam ferus mengandungi besi (ferum)
manakala logam bukan-ferus terdiri dari tiga jenis;
- "nobel" atau logam yang berharga,
- logam asas (base metal) dan
- logam ringan (light metal).


LOGAM FERUS (BESI)

Besi adalah unsur dalam jadual berkala yang mempunyai simbol Fe dan nombor atom 26.
Besi merupakan logam yang berada dalam kumpulan 8 dan kala (period) 4.

Ciri-ciri jelas

Atom besi biasa mempunyai 56 ganda jisim atom hidrogen biasa.
Besi adalah logam paling banyak, dan dipercayai unsur kimia
kesepuluh paling banyak di alam sejagat.
Besi juga merupakan unsur paling banyak (menurut jisim, 34.6%) membentuk Bumi;
penumpuan besi pada lapisan berlainan di Bumi berbeza
antara tinggi peratusannya pada lapisan dalam sehingga 5% pada kerak bumi;
terdapat kemungkinan bahawa teras dalam Bumi mengandungi hablur besi tunggal
walaupun ia berkemungkinan sebatian besi dan nikel;
jumlah besar besi dalam Bumi dijangka menyumbang kepada medan magnet Bumi.
Simbolnya adalah Fe ringkasan kepada ferrum, perkataan Latin bagi besi.

Besi adalah logam yang dihasilkan dari bijih besi,
dan jarang dijumpai dalam keadaan unsur bebas.
Untuk mendapatkan unsur besi, campuran lain mesti disingkir melalui pengurangan kimia.
Besi digunakan dalam penghasilan besi waja, yang bukannya unsur tetapi aloi,
sebatian logam berlainan (dan sebahagian bukan-logam, terutamanya karbon).

Nukleus besi adalah antara nukleus-nukleus yang mempunyai
tenaga pengikat tertinggi per nukleon, dan hanya diatasi oleh isotop nikel 62Ni.
Nukleid stabil yang paling banyak di dalam alam semesta adalah 56Fe.
Ini merupakan hasil daripada pelakuran nuklear pada bintang.
Walaupun perolehan tenaga yang lebih tinggi boleh didapati dengan mensintesis 62Ni,
namun proses ini tidak digemari kerana keadaan yang kurang sesuai pada bintang-bintang.
Apabila bintang gergasi mengecut pada penghujung hayatnya,
tekanan dalaman dan suhu akan meningkat,
membolehkan bintang seterusnya menghasilkan unsur yang lebih berat,
walaupun keadaan ini adalah kurang stabil berbanding dengan unsur-unsur
pada sekitar nombor jisim 60 ("kumpulan besi").
Ini menjurus kepada berlakunya supernova.

Model kosmologi dengan alam sejagat terbuka meramalkan bahawa
terdapatnya fasa di mana semua benda akan bertukar menjadi besi,
hasil daripada tindak balas pembelahan dan pelakuran yang perlahan.


Kegunaan

Besi merupakan logam paling biasa digunakan di antara semua logam,
iaitu merangkumi sebanyak 95 peratus daripada semua tan logam
yang dihasilkan di seluruh dunia.
Gabungan harganya yang murah dengan kekuatannya menjadikan ia amat diperlukan,
terutamanya dalam penggunaan seperti kereta, badan kapal bagi kapal besar,
dan komponen struktur bagi bangunan.
Besi waja merupakan aloi besi paling dikenali,
dan sebahagian dari bentuk yang dibentuk oleh besi termasuk:

Besi mentah atau Pig iron yang mengandungi 4% – 5% karbon
dengan sejumlah bendasing seperti belerang, silikon dan fosforus.
- Kepentingannya adalah ia merupakan perantaraan daripada bijih besi
kepada besi tuang dan besi waja.

Besi tuang (Cast iron) mengandungi 2% – 3.5% karbon dan sejumlah kecil mangan.
Bendasing yang terdapat di dalam besi mentah yang dapat memberikan kesan buruk kepada
sifat bahan, seperti belerang dan fosforus, telah dikurangkan kepada tahap boleh diterima.
- Ia mempunyai takat lebur pada julat 1420–1470 K, yang lebih rendah
berbanding dua komponen utamanya, dan menjadikannya hasil pertama yang melebur
apabila karbon dan besi dipanaskan serentak.
- Sifat mekanikalnya berubah-ubah, bergantung kepada bentuk karbon
yang diterap ke dalam aloi.
- Besi tuang 'putih' mengandungi karbon dalam bentuk cementite, atau besi karbida.
Sebatian keras dan rapuh ini mendominasi sifat-sifat utama besi tuang 'putih',
menyebabkannya keras, tetapi tidak tahan kejutan.
- Dalam besi tuang 'kelabu', karbon hadir dalam bentuk serpihan halus grafit,
dan ini juga menyebabkan bahan menjadi rapuh kerana ciri-ciri grafit yang mempunyai
pinggir-pinggir tajam yang merupakan kawasan tegasan tinggi.
Jenis besi kelabu yang baru, yang dinamakan 'besi mulur',
adalah dicampur dengan kandungan surih magnesium untuk mengubah bentuk grafit
menjadi sferoid, atau nodul, lantas meningkatkan ketegaran dan kekuatan besi.

Besi karbon mengandungi antara 0.5% dan 1.5% karbon,
dengan sejumlah kecil mangan, belerang, fosforus, dan silikon.

Besi tempa (Wrought iron) mengandungi kurang daripada 0.5% karbon.
- Ia keras, mudah lentur, dan tidak mudah dilakurkan berbanding dengan besi mentah.
Ia mempunyai sejumlah kecil karbon, beberapa persepuluh peratus.
Jika ditajamkan menjadi tirus, ia cepat kehilangan ketajamannya.

Besi aloi (Alloy steel) mengandungi kandungan karbon yang berubah-ubah
dan juga logam-logam lain, seperti kromium, vanadium, molibdenum, nikel, tungsten dsb.

Besi oksida (III) digunakan dalam penghasilan storan magnetik dalam komputer.
Ia sering dicampurkan dengan bahan lain, dan mengekalkan ciri-ciri mereka dalam larutan.


Sejarah

Tanda-tanda pertama kegunaan besi datangnya dari Sumeria dan Mesir,
di mana sekitar 4000 SM, benda kecil, seperti mata lembing dan perhiasan,
dihasilkan dari besi yang didapati dari meteor.
Oleh kerana meteor jatuh dari langit sebahagian ahli bahasa menjangkakan
bahawa perkataan Inggeris 'iron', yang 'which has cognates in many northern and'
bahasa Eropah barat, terhasil dari perkataan Etruska aisar yang bererti "Dewa-dewa".

Sekitar 3000 SM hingga 2000 SM, semakin banyak objek besi yang dikerjakan dihasilkan
(dibezakan dengan besi meteor melalui ketiadaan nikel dalam barangan besi tersebut)
di Mesopotamia, Anatolia, dan Mesir.
Bagaimanapun, kegunaannya kemungkinannya untuk upacara tertentu,
dan besi merupakan logam yang mahal, lebih mahal berbanding emas.
Dalam epik Iliad, kebanyakan senjata merupakan gangsa, tetapi ketulan besi digunakan
untuk perdagangan.
Sebahagian sumber (lihat rujukan 'What Caused the Iron Age?')
mencadangkan bahawa besi dihasilkan sebagai hasil sampingan dari
penyucian tembaga ketika itu, sebagai besi span, dan tidak dihasilkan
oleh pakar logam masa itu.
Pada 1600 SM hingga 1200 SM, besi digunakan secara lebih meluas di Timur Tengah,
tetapi tidak menggantikan kegunaan gangsa.

Dari tempoh abad ke-12 SM hingga abad ke-10 SM,
terdapat peralihan pantas di Timur Tengah dari segi peralatan
dan senjata gangsa kepada besi.
Faktor utama peralihan ini tidak kelihatannya sebagai kelebihan teknologi kerjabesi,
tetapi sebaliknya disebabkan gangguan bekalan timah.
Tempoh peralihan ini, yang berlaku pada tempoh berlainan ditempat berlainan di dunia,
mengorak langkah ke zaman tamadun yang dikenali sebagai Zaman Besi.

Serentak dengan peralihan dari gangsa kepada besi adalah jumpaan proses pengkarbonan,
yang merupakan proses menambah karbon kepada besi masa itu.
Besi yang dihasilkan adalah besi span, campuran besi dan sanga dengan karbon dan karbida,
yang kemudiannya diketuk dan dilipat untuk membebaskan jismi slag
dan mengoksidakan kandungan karbon, dengan itu menghasilkan besi tempa.
Besi tempa amat kurang kandungan karbon dan tidak mudah dikeraskan melalui celupan.
Orang-orang Timur Tengah mendapati bahawa hasil yang lebih keras boleh dihasilkan
dengan memanaskan objek besi tempa dalam campuran arang untuk tempoh yang lama,
dan kemudiannya dicelup dalam air atau minyak.
Barangan yang terhasil, yang mempunyai permukaan besi waja, adalah lebih keras
dan tahan berbanding gangsa yang digantikannya.

Di negara China besi pertama digunakan juga adalah besi meteor,
dengan bukti arkeologi mengenai barangan besi tempa muncul di barat laut,
berhampiran Xinjiang, pada abad ke-8 SM. Barangan ini dibuat dengan besi tempa,
dicipta melalui proses yang sama dengan yang digunakan di Timur Tengah dan Eropah,
dan dipercayai diimport oleh penduduk bukan Cina.

Pada tahun-tahun terakhir Dinasti Zhou (ca 550 BC),
keupayaan penghasilan barangan besi bermula disebabkan teknologi tanur
yang berkembang tinggi.
Menghasilkan rerelau bagas (blast furnace) yang berupaya menghasilkan suhu
melebihi 1,300 K, negara Cina telah memajukan penghasilan besi tuang, atau besi mentah.

Jika bijih besi dipanaskan serentak dengan karbon sehingga 1420–1470 K,
cecair likat terbentuk, satu aloi sekitar 96.5% besi dan 3.5% karbon.
Hasil ini kuat, boleh dibentuk menjadi bentuk halus, tetapi terlalu rapuh untuk dibentuk,
kecuali ia dinyahkarbon (decarburized) untuk menyingkir kebanyakan karbon.
Sebahagian besar penghasilan besi zaman Dinasti Zhou berikut, adalah besi tuang.
Besi, bagaimanapun, kekal sebagai penghasilan orang bawahan,
digunakan oleh peladang selama beberapa ratus tahun,
dan tidak menarik minat kaum bangsawan China sehingga Sinasti Qin (sekitar 221 SM).

Besi tuang mundur di Eropah, disebabkan pelebur Eropah
hanya mampu mencapai suhu sekitar 1000 K.
Sebahagian besar Abad Pertengahan, di Eropah Barat,
besi masih dihasilkan dengan menggunakan besi sponge menjadi besi tempa.
Contoh besi tuang yang terawal di Eropah dijumpai dua tempat
di Sweden, Lapphyttan dan Vinarhyttan, antara 1150 hingga 1350.
Terdapat cadangan oleh para penyelidik bahawa ia mungkin diperkenalkan oleh
puak Mongol menyeberangi Russia ketapak tersebut,
tertapi tidak terdapat bukti kepada hipothesis ini.
Bagaimanapun, menjelang akhir abad ke empat belas,
pasaran bagi besi tuang mulai terbentuk,
sebagai permintaan bagi peluru meriam yang diperbuat daripada besi tuang.

Peleburan besi awal (sebagaimana proses ini dikenali)
menggunakan arang sebagai sumber haba dan agen penurun.
Pada abad ke-18 bekalan kayu di England kehabisan dan kok(arang),
bahanapi fosil, digunakan sebagai ganti.
Innovasi ini oleh Abraham Darby membekalkan tenaga untuk
Revolusi Perindustrian di England.

- LINK

auntie_girl

Keje lombong iron ore ke dik?

Dzulqarnain

auntie_girl posted on 19-5-2014 01:58 PM
Keje lombong iron ore ke dik?

X lah khak, knp?

auntie_girl

Dzulqarnain posted on 19-5-2014 02:04 PM
X lah khak, knp?

Yer la. Tetiba tajuk. Metalurgi, bijih besi.

tapi kamu bidang metalurgi ke? Amek kat usm ke kat unimap?

me_ai

carbon steel -> mild steel.
hampeh ada 2 jenis.
- jenis keras
- jenis lembut

dah mild steel patutnya lembut la.
sekian pengenalan mild steel.

Dzulqarnain

auntie_girl posted on 19-5-2014 02:08 PM
Yer la. Tetiba tajuk. Metalurgi, bijih besi.

tapi kamu bidang metalurgi ke? Amek kat usm ke kat ...

Kn sub-topik tu logam ferus kn kak?
Kt USM ngan UNIMAP ada lombong besi ke kak?
- x faham la...

Dzulqarnain

me_ai posted on 19-5-2014 09:43 PM
carbon steel -> mild steel.
hampeh ada 2 jenis.
- jenis keras

Mmg lucu sket...
- sbb yg tu ikut proses/kekdah dia, dan logam tetap logam kn

Xpa, santai dulu.
Maaf le sbb xmau dtail sgt bab perlombongan/penguraian bijih/etc.
Lbh minat kpd proses pembuatan dan gunaan gtu
Lps ni masuk detail la sket bab:
- takat lebur
- pemangkin
- penyejukan
- pembentukan/kerja logam
- rawatan haba
- etc.

Yg nk ditekankan tu ciri² dan sifat fizik/mekanikalnya
Yg ni kena bawak rajah fasanya suhu lawan % karbon, gini...



Last skali kita compare je struktur hablur dgn sifat bahan tersebut...

me_ai

Dzulqarnain posted on 19-5-2014 11:54 PM
Kn sub-topik tu logam ferus kn kak?
Kt USM ngan UNIMAP ada lombong besi ke kak?
- x faham la...{ ...

meh tlg jwbkan...

USM, kampus eng, ada school of materials -> secara asasnya mengaji ttg bahan2 dan material2
sifat fizik, sifat kimia, sifat lain2 kat sekolah tak ajar la.

unimap mungkin ada yg sama kot.

me_ai

Dzulqarnain posted on 20-5-2014 12:24 AM
Mmg lucu sket...
- sbb yg tu ikut proses/kekdah dia, dan logam tetap logam kn

application kurang benda graf ni.
lebih kepada 2nd proses,
- bending,
- forming
- cutting
- etc

skrg lebih minat nak meleburkan besi...
tanpa guna furnace or stove

Dzulqarnain

me_ai posted on 20-5-2014 12:33 AM
application kurang benda graf ni.
lebih kepada 2nd proses,
- bending,

meh tlg jwbkan...

USM, kampus eng, ada school of materials -> secara asasnya mengaji ttg bahan2 dan material2
sifat fizik, sifat kimia, sifat lain2 kat sekolah tak ajar la.

unimap mungkin ada yg sama kot.

Ye ke? Mana saya tau...
Sbb ahkak tanya keje lombong, tu yg ternganga sket.

Kt sini kita bincang je le ye.

application kurang benda graf ni.
lebih kepada 2nd proses,
- bending,
- forming
- cutting
- etc

skrg lebih minat nak meleburkan besi...
tanpa guna furnace or stove

Graf fasa ni kunci kpd kajian bahan logam ferus
sbb mana² end-produk yg gagal akan kembali kpd graf ni
- utk kesan proses mana punca gagal dgn ujian² tertentu i.e. kekerasan, tegangan, terikan, etc.

Setiap proses dlm pembuatan logam pn dikaji seekonominya gtu

Nk melebur besi utk apa? Perlu kajian juga kn...
Kekdah arka pn x guna dandang atau nyala, hanya arus je.
- tp sesuai utk small/large scale yg terhad kpd besi jongkong/tuang

Utk mass production plk guna kebuk tekanan dan lbh mudah dikawal
- masih guna conventional furnace/stove yg ekonomika

Proses/kekdah yg diguna ada pros & cons dia, yg lbh penting tu struktur hablur logamnya

mnm77

Dalam Al-Quran ada satu surah dinamakan sempena logam ini....

Betapa banyak manfaat daripada logam ini yang dapat manusia usahakan....

BESI

Dzulqarnain

mnm77 posted on 27-5-2014 08:13 AM
Dalam Al-Quran ada satu surah dinamakan sempena logam ini....

Betapa banyak manfaat daripada loga ...

Dalam Al-Quran ada satu surah dinamakan sempena logam ini....

Betapa banyak manfaat daripada logam ini yang dapat manusia usahakan....

BESI

Betul³ lg benar...

Besi juga merupakan simbol kekuatan (atau had², lawan, ketajaman) dan juga belenggu materi
- dan metalurgi bole dikias sbg ikatan dan kecacatan bijiannya

Juga terdpt di byk tempat (surah) antaranya berkenaan yg berkait (i.e. #17, 18, 22, 34, 50, 54):
- batu/karbon dan besi (logam ferus/komposit konkrit bertetulang keluli)
- blok besi, pengaloian
- tembok besi-tembaga
- Daud (pelembut besi) a.s., pembentukan besi mulur (lembut - sepuh lindap)
- Sulaiman (pelombong aloinya) a.s., angin (penyejukan), api (pemanasan) dan air (lindap kejut)
- cangkuk/kolar besi dlm 70x kepanasan
- tar (fluks)

Tp hanya sedikit je yg bersyukur...