UNIVERSITI SAINS MALAYSIA

Peperiksaan Semester Kedua

Sidang Akademik 1 998/99

Februari 1999

EBB 512/3 - GAMBARAJAH & SESEIMBANGAN FASA

Masa : [3 jam]

Arahan Kepada Calon :

Sila pastikan bahawa kertas soalan ini mengandungi EMPAT BELAS (14) mukasurat

bercetak sebelum anda memulakan peperiksaan ini.

Kertas ini mengandungi ENAM (6) soalan.

Jawab hanya LIMA (5) soalan.

Mulakan jawapan pada muka surat baru.

Semua jawapan mesti dalam Bahasa Malaysia atau maksimum DUA (2) soalan boleh

dijawab dalam Bahasa Inggeris.

229

...2t-

A)1.

(i)

IEBB 512131

Untuk Rajah 1.

Gunakan hukum fasa Gibbs untuk pelbagai titik-titik dalam gambarajah

fasa Al2O3 - SiO2.

Terangkan secara kualitatif perkembangan mikrostruktur semasa

penyejukan perlahan

(ii)

a)

b)

50 mof o/o Al2O3 - 50 mol % SiO2 Ceramic and

70 mol % Al2O3 - 30 mol % SiO2 Ceramic.

"c2200

!l(x)

2000

r9co

t8(n

r ?00

r6m

I 500

140()

SiO, lO :0 .10 .10 50 (!0 7( $o e(l A1.0,

, lftrlc'i Al-'(),

[f GURt | ^ttOr-S,tl2

pltttsc tliul;nun. l,'!utlit<' it tut itrttrttt<'iliutt'((,ttt!,(tttnd vttlt i<!c<tl

strti<'hknu'rrr JAIlO j.25i07. tAti<'r 1". -/. A/rr3. S. l'nrh<t'l<t.rtu,l R. ll rr,r,t",t.(r. J. Arll.

Ccraru. Soc. 10. 750 (1987]r.,

a

a e

markah)(60

Rajah 1

231

...31-

B)

-3-

Kira jumlah setiap fasa hadir dalam 10

aloipateripada

a) 300oc,

Rujuk Rajah 2.

IEBB 512l3I

kg bagi 50% berat pb - 50% Sn

oc

400

.1(r0

200

r00

0

b) 2000c, c) 100oC. and OoC

Ato0lic pcrccnugc ain

50 60 70

20 ro 40 50 6tJ 70 str -- so--1"Pb

flcuRr a pb-Stt phusc ,,,,i),tfi'Xil'.lr*.ll'u ,r",,oo* r.6th e,r.. ti,!. 6;lr'lctalf ography. S(ruc(urcs. and phasc Diagrants, Atnericttn Socit,tt f<tr Mct.uls. lttLtuls I'urk. Ohio, 197J. unrl llinary Allo1, phusc [)irgranrs.l|tl. 2..1..lJ. lrlussalski, etl., Antcrican Socicty,litr A!t,trt!_r. llctu!s I>urk. Ottio, t964.J

A)

(i)

(i i)

Rajah 2

(40 markah)

For Figure | :

Apply the Cibbs phase rule to various points in tlre Al:O.; - SiO2 phase diagranr.

Describe qualitatively the nticrostructural developntent during thc slow coolins ofa) a 50 nrol Vo Al2Or - 50 mol% SiO2 Ceramic and

b) a 70 mol% Alror - 30 nrol% SiO, Ceramic.

233

(60 marks)

...4/-

B)

-4-

Calculate the anrount ofeach phase present in

alloy at

a) 300"C,

See Figure 2.

IEBB 512131

l0 kg of a 50 wt % pb - 50wt % Sn solder

c) 100"C. and 0"C

(60 markah)

b) 200"c,

At(xui( F-trf nt Jlc. srpl{f20 10 4{t 50 (t) ?o t{(, 90 lu,,

2.

(40 nrarks)

A) Kira jumlah setiap fasa hadir dalam 1 kg refraktori, alumina yang

komposisinya 7Oo/o mol Al2O3 - 30 o/o mol SiO2 pada

a) 2000oC, b) 1900oC and c) 1800oC.

Jisim atom Al = 26.98. O = 16 and Si = 28.09.

(40 markah)

B) Plotkan peratus berat fasa yang hadir melawan fungsi suhu daripada 800

ke 300oC untuk aloi 95 Al - 5 Cu. Guna Rajah 3.

I too

t({x,

900

E00

?(x,

600

5(x)

{00

.ru,Al l{, l(, I} {0 50 ({r ?0 li(l (,0 ('u

flcuff 3 At-cu phutt r-.;'1,;:;1,#ffi; r,rruse Dr:sra'rr. t.,t. t. t'. il.Itussulski, cd.. Aurcri<'qn So<'icty lor ltctals. ltct<tls Purk. Ohio. l9li6.l

Rajah 3

235

...5/-

IEBB 512l3I

A) Use Figure l. Calculate the amount of each phase present in a I kg aluurina refactory

with cornposition 70 molTo Al2O3 - 30 mol 7o SiO2 at

a) 2000oC, b) l900"Cand c) l800oC.

Atomic mass Al = 26.98. O = l6 and Si = 28.09.

(40 marks)

B) Plot the weight percent of phases present as a function of ternperature frorn 800 to 300oC

for 95 Al - 5 Cu alloy. Use Figure 3.

(60 marks)

Titik lebur A, B dan C ialah 1000oC, 900oC dan750oC. Juzuk sistem

binari bagi sistem ternariABC menunjukkan keterlarutan sempurna

dalam keadaan cecair dan pepejal. Data berikut merujuk kepada aloi-aloi

tiga binari :

Komposis (% berat)

BC Cecair Pepeial

5-

)

A)J.

"qA

950

850

800

975

920

840

50

-5050 50

50

50

237

...6t-

-6- [EBB512/3]

Untuk sistem ternari, lukis dan labelkan juzuk-juzuk di dalam gambarajah

dengan data-data di atas untuk mewakili bentuk yang mungkin bagi

a) unjuran cecair menunlukkan isothermal pada 950oC dan 850oC,

b) unjuran pepejal menunjukkan isothermal pada 950oC dan 850oC,

c) bahagian isothermal pada 950oC,

d) penghubung bahagian menegak A ke titik tengah BC.

Anggap permukaan cecair dan pepejal tidak mempamerkan maksima

atau minima.

(50 markah)

B) Satu sistem ternariABC menunjukkan keterlarutan cecair sempurna dan

mengandungi hanya 2fasa pepjal. Namakan 2larutan pepejal

ditandakan sebagai a dan B. Data berikut merujuk pada komposisi cecair

a dan F yang wujud bersama dalam keseimbangan pada suhu yang

ditunjukkan :

i) Kira % keseimbangan bagi cecair,a dan F yang hadir dalam satu aloi

yang mengandungi 44o/o{,50%B dan 6%C pada 520oC.

Suhu

fc)Komposisi

L g I550 69 %A, 19o/o8,12%C 57o/oA, 41YoB.2o/oC 2Oo/oA,78o/o8,2% C

520 66%A, 18%8,16%C 56%4, 40o/oB,4o/oC 19o/oA, 78o/oB, 3ohC

500 63%4, 17o/oB,2O%C 55%A, 39%8,6%C l$o/oA.7Bo/oB. 4o/oC

239

...7t-

J.

IEBB 512131

ii) Kira nisbah kederas fasa cecair yang hadir pada 550, 520 dan S00oC.

(50 markah)

A) The melting points A, B and C are l000oC, 900oC and 750oC, respectively. The

constituent binary systems of the ternary system ABC each show complete solubility in

both the liquid and the solid states. The follorving data refer to three binary atloys :

Composition (rvt %)

ABC50 50

OC

Liquids Solidus

975 950

920 850

840 800

50 -5050 50

B)

For the temary systenr drau'and label diagrams consistent n,ith the above data to

represent the possible fornrs of

a) a liquids projection, shorving isotherms?or 950oC and 850oC,

b) a solidus projection showing isotherms for 950"C and 850oC,

c) an isothermal section at 950oC,

d) a vertical section joining A to the mid-point of BC.

Assume that the liquids ans solidus surfaces do not exhibit a maximum or a minimurn.

(50 marks)

A ternary systeln ABC shows complete liquid solubility and contairrs only trvo solid

phases, namely two solid solutions designated c and B respectively.

The following data refer to the compositions of liquid, a and B coexisting in equilibriunt

at the temperature shown :

24L

Tenrperature

("c)Compositions

L c[ g

550 69 %4. t9%8.lz%C 57o/oA. 4lo/oB- 2YoC 20%A,78%8,2%C

520 66%A.l8%8.l6%C 56%A- 40o/oB. 4o/oC t9%4.78%8.3%C

500 63VoA,l7%8,20%C ss%A,39%8,6%C t8%A,78%8.4%C

IEBB 512131

Calculate the equilibrium percentage of liquid, a and p respectively, present in an alloy

containing 44yoA,50%B and 6o/oC at 520"C.

Calculate the ratio of the proportions of liquid phase present at 550, 520 and 500oC.

(50 nrarks)

Jelaskan penjelmaan bagi keluli karbon biasa (1 .2%C)daripada 950oC ke

suhu di bawah eutektoid (723"C)?

(50 markah)

Satu keluli karbon biasa hipoeutektoid disejuk perlahan dari kawasan

austerit ke suhu bilik, dan mengandungi 9.1 o/o berat hypoeutektoid ferit.

Anggap tiada perubahan struktur semasa penyejukan daripada suhu di

bawah eutektoid ke suhu bilik. Apakah kandungan karbon di dalam

keluli. Guna Rajah 4.

(50 markah)

8-

i)

ii)

A)4.

B)

243

-9- IEBB 512131

Wcight Jrrctntrgc crrboo

trcURt (l fc-l'etC plnsc dittyranr. N<t,c lh(t! t!rc ttuuluttttitut tt.tis it

6it'cu rtr rr'<.i$hl fcrccill cut'lxn cvcu tlurugh t'c 1C. 4,ut u.rt cathn. is

a &uu!xut<1t!. (AIcr |,ictzls lhndtrook. tith cil.. V'|.6: lrlct:rllogrlphy.Stn:crurcs. :rnd Phasc Dirgranu, Aucri(urt S<tcicry ltr llctcls, llctttltI'urt. Olio. 1973. and l3inary Alloy I'hrsc Dirgrunrs. Vol. l. T. ll. ltas's<tltki. <t|.. Auaricut Socict.rlor L{cutls. kteuls Parl, Qhkt. l9ti6.l

Rajah 4

Explain the transfornlation of 1.2%c plain-carbon steel fi'onl 950oc to just below

Eu lectiod temperature (7 23' C)?

t?m

t({{l

1sfi,

l{ql

D00

t2q,

il(x}

r0q,

9ql

8(0

?@

@

503

.y.r.t

Ixt

2m

t@

0

A)4.

?!

2.t | (.30

f + l:cic

0.?7

o Fi.rc(tiftirc, (ccmcn(i(cl

245

(50 marks)

...10t-

\

A)5.

10- IEBB 512131

B) A hypoeutectiod plain-carbon steel s'hich rvas slorv cooled fi'om the austerictic re_gion to

roonl temperature con{ains 9.1 wt% hypoeutoid ferrite. Assunre no change in structure

on coolittg from just belorr, the eutectiod teulperature to roonr temperature, what is the

carbon conlent on the steel. Use Figure 4. (50 nrarks)

Jelaskan penjelmaan penyejukan berterusan (CCT) untuk keluli karbon

biasa eutektoid.

(40 markah)

Anggarkan kadar lindapkejut yang diperlukan untuk mengelak

pembentukan pearlit dalam

keluli 0.5% berat C

ii) keluli 0.77o/o berat C

iai) keluli 1.13% berat C

Anggarkan kadar lindapkejut yang diperlukan untuk mengelak

pembentukan pearlit dalam

i) keluli 0.5% berat C

ii) keluli 0.77 o/o berat C

iii) keluli 1.% berat C

Guna Rajah 5, 6 dan 7.

(60 markah)

1)B)

2)

247...11t-

- 11 - IEBB 512/31

;l,*l

;l

r;l

'*l-

":lu.l

721"

I scc I nrin

t0 t0: t0.r

Timc. scconds

n6URf 5 A nutre courltlere

wr*CTfT diogruu [ttr cutct.tuitl stccl ,'

Rajah 5

249

..12t-

lKX)

?(xl

600

5(Xl

IEBB 512l3I

400

3@

lu)

tu

0

ll stt

l/*rI sca I nrin I hour

0.t t(P t0{ tor 0Timc. sctonds wr % C

fliURE () 77-f diagruntlor u t,\,percuuctt,id c<unpo.rititttt 1.1.t tr ch C) ct,

Rajah 6

Til&. E(ondrl'fT JfuyonrIr s hrltrrk..,oul<o4\rrr.r,n p., wt % Cl,

t''.

Rajah 7

251

-12-

lt0

...131-

- 13 _ IEBB 512/3]

5. A) Explain the continuous-cooling transformation (CCT) diagram for Eulectiod plain carbon

steel.

(40 marks)

B) l) Estimate the quench rate needed to avoid pearlite fonnation in

i) 0.5 wt% C steel

ii) 0.77 vtf/o C steel

iii) l.13 wt% C steel

2) Calculate the time required for austenrpering at 5oC above Ms

tenrperature for

i) 0.5% u,t C steel

ii) 0.77 wto/o C steel

iii) l.13 rvt% C steel

Use Figure 5, 6 and 7. (60 marks)

6. A) Jelaskan proses berikut

Penyepuhlindapan, pernormalan dan pembajaan keluli karbon biasa.

(40 markah)

B) Apakah kebolehkerasan dan bagaimana ianya diukur.

(60 markah)

253 14t-

A)6.

-14-

Explain the following process

Annealing, normalizing and tenrpering of plain carbon steel.

B) What is Harderability and horv can be nreasured?

ooOoo

IEBB 512l3I

(40 nrarks)

(60 nrarks)

255