Alloy Steel (a Textbook Of Machine Design).docx

Alloy Steel (A Textbook of Machine Design) An alloy steel may be defined as a steel to which elements other than carbon are added in sufficient amount to produce an improvement in properties. The alloying is done for specific purposes to increase wearing resistance, corrosion resistance and to improve electrical and magnetic properties, which cannot be obtained in plain carbon steels. The chief alloying elements used in steel are nickel, chromium, molybdenum, cobalt, vanadium, manganese, silicon and tungsten. Each of these elements confer certain qualities upon the steel to which it is added. These elements may be used separately or in combination to produce the desired characteristic in steel. Following are the effects of alloying elements on steel: 1. Nickel. It increases the strength and toughness of the steel. These steels contain 2 to 5% nickel and from 0.1 to 0.5% carbon. In this range, nickel contributes great strength and hardness with high elastic limit, good ductility and good resistance to corrosion. An alloy containing 25% nickel possesses maximum toughness and of fers the greatest resistance to rusting, corrosion and burning at high temperature. It has proved to be of advantage in the manufacture of boiler tubes, valves for use with superheated steam, valves for I.C. engines and spark plugs for petrol engines. A nickel steel alloy containing 36% of nickel is known as invar. It has nearly zero coefficient of expansion. So it is in great demand for measuring instruments and standards of lengths for everyday use. 2. Chromium. It is used in steels as an alloying element to combine hardness with high strength and high elastic limit. It also imparts corrosion-resisting properties to steel. The most common chrome steels contains from 0.5 to 2% chromium and 0.1 to 1.5% carbon. The chrome steel is used for balls, rollers and races for bearings. A nickel chrome steel containing 3.25% nickel, 1.5% chromium and 0.25% carbon is much used for armour plates. Chrome nickel steel is extensively used for motor car crankshafts, axles and gears requiring great strength and hardness. 3. Tungsten. It prohibits grain growth, increases the depth of hardening of quenched steel and confers the property of remaining hard even when heated to red colour. It is usually used in conjuction with other elements. Steel containing 3 to 18% tungsten and 0.2 to 1.5% carbon is used for cutting tools. The principal uses of tungsten steels are for cutting tools, dies, valves, taps and permanent magnets. 4. Vanadium. It aids in obtaining a fine grain structure in tool steel. The addition of a very small amount of vanadium (less than 0.2%) produces a marked increase in tensile strength and elastic limit in low and medium carbon steels without a loss of ductility. The chrome-vanadium steel containing about 0.5 to 1.5% chromium, 0.15 to 0.3% vanadium and 0.13 to 1.1% carbon have extremely good tensile strength, elastic limit, endurance limit and ductility. These steels are frequently used for parts such as springs, shafts, gears, pins and many drop forged parts. 5. Manganese. It improves the strength of the steel in both the hot rolled and heat treated condition. The manganese alloy steels containing over 1.5% manganese with a carbon range of 0.40 to 0.55% are used extensively in gears, axles, shafts and

other parts where high strength combined with fair ductility is required. The principal uses of manganese steel is in machinery parts subjected to severe wear. These steels are all cast and ground to finish. 6. Silicon. The silicon steels behave like nickel steels. These steels have a high elastic limit as compared to ordinary carbon steel. Silicon steels containing from 1 to 2% silicon and 0.1 to 0.4% carbon and other alloying elements are used for electrical machinery, valves in I.C. engines, springs and corrosion resisting materials. 7. Cobalt. It gives red hardness by retention of hard carbides at high temperatures. It tends to decarburise steel during heat-treatment. It increases hardness and strength and also residual magnetism and coercive magnetic force in steel for magnets. 8. Molybdenum. A very small quantity (0.15 to 0.30%) of molybdenum is generally used with chromium and manganese (0.5 to 0.8%) to make molybdenum steel. These steels possess extra tensile strength and are used for air-plane fuselage and automobile parts. It can replace tungsten in high speed steels. Unsur

Komposisi (%) Standar AISI 4340

C

0.38-0.43

Si

0.20-0.35

Mn

0.60-0.80

P

0.40 Max

S

0.04 Max

Ni

1.65-2.00

Cr

0.70-0.90

Mo

0.20-0.30

Baja Paduan (A Textbook of Machine Design) Baja paduan dapat didefinisikan sebagai baja yang unsurnya selain karbon ditambahkan dalam jumlah yang cukup untuk menghasilkan peningkatan sifat. Paduan dilakukan untuk tujuan khusus untuk meningkatkan ketahanan aus, ketahanan korosi dan untuk meningkatkan sifat listrik dan magnetik, yang tidak dapat diperoleh dalam baja karbon biasa. Unsur-unsur paduan utama yang digunakan dalam baja adalah nikel, kromium, molibdenum, kobalt, vanadium, mangan, silikon dan tungsten. Masing-masing elemen ini memberikan kualitas tertentu pada baja yang ditambahkan. Elemen-elemen ini dapat digunakan secara terpisah atau dalam kombinasi untuk menghasilkan karakteristik yang diinginkan dalam baja. Berikut ini adalah efek dari elemen paduan pada baja: 1. Nikel. Ini meningkatkan kekuatan dan ketangguhan baja. Baja ini mengandung 2 hingga 5% nikel dan karbon dari 0,1 hingga 0,5%. Dalam kisaran ini, nikel memberikan kekuatan dan kekerasan yang besar dengan batas elastis tinggi, keuletan yang baik, dan ketahanan terhadap korosi yang baik. Paduan yang mengandung 25% nikel memiliki kekuatan dan memiliki ketahanan terbesar terhadap karat, korosi, dan pembakaran pada suhu tinggi. Ini telah terbukti bermanfaat dalam pembuatan tabung boiler, katup untuk digunakan dengan uap super panas, katup untuk I.C. mesin dan busi untuk mesin bensin. Paduan baja nikel yang mengandung 36% nikel dikenal sebagai invar. Ini memiliki koefisien ekspansi hampir nol. Sehingga sangat diminati untuk mengukur instrumen dan standar panjang untuk penggunaan seharihari. 2. Chromium. Ini digunakan dalam baja sebagai elemen paduan untuk menggabungkan kekerasan dengan kekuatan tinggi dan batas elastis tinggi. Ini juga memberikan sifat tahan korosi pada baja. Baja krom paling umum mengandung 0,5-2% kromium dan 0,1 hingga 1,5% karbon. Baja krom digunakan untuk bola, rol dan balapan untuk bantalan. Baja krom nikel yang mengandung 3,25% nikel, kromium 1,5% dan Karbon 0,25% banyak digunakan untuk pelat baja. Baja nikel krom banyak digunakan untuk poros engkol mobil, gandar dan roda gigi yang membutuhkan kekuatan dan kekerasan besar. 3. Tungsten. Ini melarang pertumbuhan biji-bijian, meningkatkan kedalaman pengerasan baja yang dipadamkan dan menganugerahkan sifat yang tetap keras bahkan ketika dipanaskan hingga warna merah. Biasanya digunakan bersama dengan elemen lain. Baja yang mengandung 3 hingga 18% tungsten dan karbon 0,2 hingga 1,5% digunakan untuk alat pemotong. Penggunaan utama baja tungsten adalah untuk alat pemotong, cetakan, katup, keran, dan magnet permanen.

4. Vanadium. Ini membantu dalam memperoleh struktur butiran halus dalam baja perkakas. Penambahan vanadium dalam jumlah yang sangat kecil (kurang dari 0,2%) menghasilkan peningkatan kekuatan tarik dan batas elastis yang nyata pada baja karbon rendah dan sedang tanpa kehilangan keuletan. Baja krom-vanadium yang mengandung sekitar 0,5 hingga 1,5% kromium, 0,15 hingga 0,3% vanadium dan karbon 0,13 hingga 1,1% memiliki kekuatan tarik, batas elastis, batas daya tahan dan daktilitas yang sangat baik. Baja ini sering digunakan untuk bagian-bagian seperti pegas, poros, roda gigi, pin dan banyak bagian yang ditempa jatuh. 5. Mangan. Ini meningkatkan kekuatan baja dalam kondisi canai panas dan panas. Baja paduan mangan yang mengandung lebih dari 1,5% mangan dengan kisaran karbon 0,40 hingga 0,55% digunakan secara luas pada roda gigi, gandar, poros, dan bagian lain di mana diperlukan kekuatan tinggi yang dikombinasikan dengan keuletan yang adil. Penggunaan utama baja mangan adalah pada bagian-bagian mesin yang mengalami keausan parah. Baja ini semuanya dilemparkan dan ditumbuk sampai selesai. 6. Silikon. Baja silikon berperilaku seperti baja nikel. Baja ini memiliki batas elastis yang tinggi dibandingkan dengan baja karbon biasa. Baja silikon yang mengandung dari 1 hingga 2% silikon dan karbon 0,1 hingga 0,4% dan elemen paduan lainnya digunakan untuk mesin listrik, katup di I.C. mesin, pegas dan material anti karat. 7. Cobalt. Ini memberikan kekerasan merah dengan retensi karbida keras pada suhu tinggi. Itu cenderung decarburise steel selama perlakuan panas. Ini meningkatkan kekerasan dan kekuatan dan juga sisa magnetisme dan gaya magnet koersif dalam baja untuk magnet. 8. Molibdenum. Sejumlah kecil (0,15 hingga 0,30%) molibdenum umumnya digunakan dengan kromium dan mangan (0,5 hingga 0,8%) untuk membuat baja molibdenum. Baja ini memiliki kekuatan tarik ekstra dan digunakan untuk badan pesawat terbang dan suku cadang kendaraan bermotor. Itu dapat menggantikan tungsten dalam baja kecepatan tinggi.