Bincang-bincang mengenai ADI ( Austempered Ductile Iron)

Bincang-bincang mengenai ADI ( Austempered Ductile Iron)

Apakah bahan yang paling bagus dipilih oleh jurutera yang memiliki kombinasi berikut

1. Rendah kos

2. Keanjalan design

3. Kebolehmesinan yang baik

4. Kekuatan tinggi kepada nisbah berat

5. Tinggi ketahanan (toughness)

6. Kekuatan fatigue

Jawapan paling kerap didengari ialah ADI (austempered ductile iron). Apa itu ADI?

Austempered ductile iron (ADI) mengandungi silicon yang diproses melalui austenizing sehingga terbentuk austenite dan graphite matriks diiukuti dengan austempering pada suhu lebih rendah untuk membentuk ausferrite yang mengandungi sedikit bainite-ferrite dengan diperkaya dengan carbon -retained austenite.

Ciri-ciri mekanikal ADI ini bergantung kepada matrixnya iaitu kandungan pearlite dan ferrite dimana dua struktur ini WAJIB dikawal.

Kadangkala ADI juga digelar Bainitic Ductile Iron, walaupun sebenarnya jika telah diheat treatment, mengandungi sedikit sahaja bainite atau terus tiada lansung. Bainite (jika ada sekalipun) terdiri daripada ferrite dan carbide (dalam bentuk plate)

Sebenarnya saya telah terkena tadi, semasa membuat pemerhatian melalui microscope saya hanya menjumpai Bainite! Saya terus kata…oooo ADI ini banyak Bainite. Bila diperhati betul-betul saya sebenarnya terlepas pandang nodul-nodul yang ada!

Kehadiran austenite dalam ADI kadangkala disalah anggap sebagai retained austenite yang muncul akibat kegagalan quenching mendapat martensite. Sebenarnya austenite tersebut distabilkan oleh carbon yang tinggi kerana ductile iron mengandungi lebih 3% carbon. Austenite kadangkala tidak bertukar kepada martensite walaupun di bawah sub zero temperature.

ADI dihasilkan melalui heat treatment isothermal yang dikenalpasti sebagai austempering. Proses austempering melibatkan:-

1. Panaskan casting (austenizing) pada julat 1500-1700F (815-927C).

2. Lengahkan (holding)casting pada masa yang sesuai untuk mendapat austenizing sepenuhnya dan berdasarkan kandungan silicon serta bilangan nodul dalam microstructurenya.

3. Quenching (cooling) casting secara pantas untuk elak pembentukan pearlite pada suhu austempering iaitu julat masa of 450-750F (232-400C). Suhu ini mestilah melebihi suhu pembentukan martensite (Ms) untuk sesuatu material. Hal ini adalah kerana kita ingin mengelakkan pembentukan martensite pula.

4. Austempering casting pada suhu yang sesuai ini adalah untuk hasilkan Ausferrite matriks (austenite+ ferrite). Matriks ini distabilkan dengan 2% carbon.

5. Kemudian sejukkan pada suhu bilik.

Austempering tersebut dilakukan dengan quenching dalam mandian garam nitrat (nitrite/nitrate salt bath) tetapi dalam kes tertentu boleh digunakan minyak panas (panaskan 470F (243C)), atau leburan plumbum atau timah.

Ausferrite menunjukkan kekuatan dua kali ganda serta kemuluran(ductility) berbanding pearlitic, ferritic atau martensitic.

Austenizing adalah satu proses menahan (holding) ADI melebihi suhu kritikal untuk membentuk austenite sepenuhnya. Suhu austenizing dan masa austenizing bergantung kepada microstructure dan komposisi kimia ADI selepas dituang (as cast condition). Graphite perlu dilihat dahulu sebelum heat treatment ditentukan.

Dalam usaha memecahkan primary carbide (dutile iron memerlukan graphite bukannya carbide) suhu sekitar 900-940 C digunakan serta holding time selama 1-3 jam.

Jika silicon tinggi serta nodul graphite banyak masa untuk breakdown (pemecahan) carbide akan dikurangkan. Hal ini kerana, silicon larut sepenuhnya dalam ferrite.

Tetapi jika kandungan vanadium, Chromium, Molybdenum tinggi, maka masa austenizing perlu lebih lama kerana ingin memecah carbide. Kesemua elemen di atas adalah penstabil carbide yang baik terutama vanadium.

Dalam proses austenizing, penguraian (decomposition) pearlite lebih banyak berbanding pemecahan carbide (breakdown). Pearlite terdiri daripada Ferrite dan FeC ( atau Iron carbide). Proses pemecahan pearlite melalui austenizing juga terganggu jika kandungan manganese, copper(kuprum), tin, arsenic dan antimony tinggi. Ini kerana bahan tersebut adalah penstabil pearlite.

Jika inginkan bebas carbide dan ferrite matrix sepenuhnya, disarankan agar dilakukan annealing (sepuhlindap).

Grades of ASTM A897 Austempered Ductile Iron Produced at Smith Foundry

Ref. Grade #	ASTM A897 Grade	Tensile Strength	Yield Strengths	Elongation	Brinell Hardness
1	130-90-09	130,000 p.s.i.	90,000 p.s.i.	9 %	269-341
2	150-110-07	150,000 p.s.i	110,000 p.s.i	7 %	302-375
3	175-125-04	175,000 p.s.i.	125,000 p.s.i.	4 %	341-444
4	200-155-02	200,000 p.s.i	155,000 p.s.i.	2 %	388-477
5	230-185-1	230,000 p.s.i.	185,000 p.s.i.	1 %	402-512

*Tensile, Yield and Elongation values are minimums required by ASTM A897 for an independantly cast tensile test bar sample. Consult ASTM A897 or Smith Foundry for more information.

Kegunaan ADI :-

* Diesel Engine Timing Gears

* Hypoid Ring and Pinion Gears

* Jack Stand Gears

* Suspension Brackets

* Gear Housings

* Sprockets

* CV Joints

* Differential Housings

* Wheel Hubs

Muhammad Nuruddin Bin Bashah

Ini contoh microstruktur ADI yang berstruktur Ausferrite. Lihat ada sedikit bainite dan ferrite bersama nodul-nodul yang dikecilkan...
ADI microstructure - graphite spheroids in a matrix of ausferrite (a mixture of acicular ferrite and austenite).



Cuba teliti gambar mikrostruktur lagi di...
http://www.eng.um.edu.mt/~met/aboutus.html