JBB 121/3 - Bahan I - Mei - Jun 1995

UNIVERSITI SAINS MALAYSIA

Peperiksaan Semester Tambahan Sidang Akademik 1994/95

Mei/Jun 1995

JBB 121/3 ^- Bahan I

Masa: _[3 jam]

ARAHAN KEPADACALON

Sila pastikan bahawa kenas soalan ⁱⁿⁱ mengandungi DUA BELAS ⁽¹²⁾ mukasurat bercetak sebelum anda memulakan peperiksaan ^ini.

Jawab LIMA⁽⁵⁾ soalan

Soalan dibahagikan kepada TIGA(3) bahagian.‘

Jawab semua soalan dalam Bahagian^Adan^B.

Jawab mana-mana^{DUA (2)} soalan dalam Bahagian^C.

Semuajawapan mesti dimulakan pada mukasurat baru.

Bahagian A hendaklah diceraikan dan diikat bersama-sama^kertasjawapan.

39

- 2 ^- [JBB121/3]

Bahagian A (Jawab Semua Soalan)

1. la]

[W

[C]

W]

[e]

Hitungkantenagadi dalam joule bagifoton yang mempunyai jarakgelombang 434.0 nm.

[a] 4.25x 10'19J [b] 4.25x 10"8J

[c] 4.58 x 10'19J [d] 4.58x 10'18J

Apakahtenaga didalam eV bagi foton di dalam soalan(a)?

[a] 2.50 _[b] 2.86 [c] ^3.21 [d] 3.30

Jika nombor kuantum subsidiari ialah^3, apakah nilai-nilai bagi nomborkuantum magnet M?

[a] ^-3, -2, -1,0, 1,

2,3

_[b]

-2,-1,0, 1,2

[0] ^-3, -2, -1, 1, 2 [d] ^{-2, -1, 1, 2}

Jikanomborkuantum utama ialah ^6,apakahnilai yang dibenarkan untuk

t

^?

[a] ^{o, 1, 2, 3, 4,} 5 [b] ^{o, 1,} 2, 3, 4, 5, 6

[c]

1,2,3.4,5

[(1] 1,2, 3, 4,

5,6

Apakah jenis ikatan yang boleh diterangkanseperti berikut: suatu ikatan primer berarah hasil dari perkongsianelektron?

[a] ikatan logam [b] ikatan kovalen

[c] ikatan ionik [d] ikatan dwikutub kekal

Pilih kenyataan yang benar,

[a] Terdapatempat jenisasas sel unit: mudah, berpusatjasad, berpusatmuka dan berpusat dasar.

[b] Terdapat_duajenis_{sel unitdi} dalam sistem tetragonal [c] Terdapat tigajenissel unitdi dalam sistem kubus.

[d] Terdapattigajenis_{sel unit di} dalam sistem ortorombik

40

“82%;: -'

.t 2

2.2, ..

[g]

[h]

[i]

U}

[k]

- 3 ^- [JBB 121/3]

Apakah nombor koordinatan untuk atom-atom^di dalam struktur hablur kubus berpusat jasad (KBJ)?

{a} 4 [b] ⁶ [c] ⁸ [d] ¹²

Apakah indeks Miller^bagi satahyang ditunjukkan ^di bawah?

/ /

1/2

[a] (110) [b] (010) [c] (020) _[d] (220)

Satah yang manakah^yang tidak memantul sinar-x untuk struktur hablur kubus berpusat jasad?

[a] {110} [b] {200} [c] {111} [d] {310}

Apakah satah paling padat^di dalam kekisi kubus berpusat jasad^(KBJ)?

[a] {100} [b] {110} [c] {111} ^[d] {001}

(50 markah)

Manakahdari bahan-bahan berikut bukan seramik [a] Alumina

[b] Silikon karbida [c] PorseIin [d] Teflon

...4/-

41

[l]

[n]

[0]

- 4 ^-

'

[JBB 121/3]

Ubahbentuk plastikyang didapati bilategasan dikenakan ^pada bahan ialah [a] bolehberbalik

[b] terjadi bilategasan dikenakan melebihi kekuatan^alah [c] mematuhi hukum Hooke

[d] ubahbentuk sementara

Rintanganlesu bahan direndahkan oleh [a] tegasan mampatan bakian

[b] penyudah permukaan yang buruk

[c] pengerasanmuka secara kimia dan mekanik [d] permukaan yang ^licin

Terikansebenar diberikan^oleh persamaan berikut [a] ^In (t+ ^e)

[b] M60

[C] ^8/60

[d] ^50/8

Semua kenyataan^di bawah benar^bagi menerangkanubahbentuk rayapan

M

[a] Kadar rayapan keadaan mantap bersandaran dengan suhu dan^tegasar [b] Rayapan logarithma berlaku pada suhu rendah

[c] Rayapan penting dipertimbangkan untuk keadaan servis suhu tinggi [d] Proses rayapan hanya berlaku jika tegasan melebihi tegasan alah ^baha

Semuakenyataan berikut benar^bagi Modulus Young,^E

kecuali

[a] NilaiE boleh didapatkandalam kawasan linear/kenyal lengkuk o- e bagi ujiantegasan

[b] Modulus Youngmerupakan sifatasasyang ditentukan oleh daya ^ikatan antara atom.

[c] Nilai Modulus Young boleh ditingkatkan dengan banyak melalui pengerasankerja.

[d] Bahan dengan nilai Modulus Young yang tinggi mempunyai kekakuan tinggi.

...5/-

42

[q]

[r]

[S]

[t]

- 5 ^- [JBB121/3]

Tindakbalas eutektik boleh ditulis^sebagai [a]

[b]

[c]

[d]

S1#SZ+83

L.-—-281+SZ

L1+S1'#L2+SS L1+S1;‘SZ+SS

(L ^—cecair, S ^-pepejal)

Manakah proses berikut yang ^boleh melemahkan bahan [a]

[b]

[c]

[d]

pengaloian

penghabluran semula pengerasan terikan

pengerasanIarutan pepejal

Manakah kenyataan berikut^yang benar mengenai gambarajah fasa dan mikrostruktur.

[a]

[b]

[C]

[d]

Aloi yang mempunyai^komposisiperitektik tidak ^memejal lengkappada suhu peritektik.

Aloi dengan komposisi eutektik akan memejal ^lengkap padasuhu eutektik.

Aloi dengan^komposisi eutektikmenunjukkan mikrostruktur dengan fasa tunggal.

Pbdan Sn akan membentuk larutan pepejal yang terlarut sempurna.

Manakah dari pelekuk berikut^dipunyai oleh ^ujian kekerasan Vickers.

[a]

[b]

[C]

[d]

Sfera10mm keluli atau tungsten karbida Kon mata intan, 120°

Piramidintan berdasar persegi tepat, ^136°

lntan berbentuk memanjang.

...6/-

43

:mmwmm

3'.ka

1,.

1

,4“;zgsa%7mah@a‘ifi":

“WWWWfiMQM

m2

- 6 ^- [JBB121/3]

BahagianB (Jawab semua soalan)

[a] Lakarkan satah-satah hablur^{kubus yang} mempunyai indeks Miller berikut:

i] (212) _ii] (101) iii] (312)

Carikanindeks Miller Bravais^bagi satah-satah hablur heksagonal^di dalam rajah ^1.

Rajah 1^.

[b] Hitungkan ketumpatanatom satahan (daiam^atom/mmz) untuk satah-satah hablur yang berikut ^di dalam^{kuprum KBM} yang mempunyai pemalar^kekisi 0.3615^nm:

(a) [100] ^(b) [110] ^(C) [111]

[c] Terangkandan lakarkan kecacatan yang berikut^yang terdapatdi dalam hablur logam:

i] kehe|an pinggir ii] kehelan^skru

...7/-

45

_7^_ [JBB121/3]

[d] Apakah indeks Miller^bagisatah-satah kubus ^{(a, b, 0} dan^d) yang ditunjukkan di dalam rajah^2?

Rajah2

[e] Aluminiumialah kubusberpusat_mukadan mempunyai pemalar kekisi ^a, 0.4049nm. Hitungkanpemisahan antara satah yang berikut:

l] d110

ii] dm

iii] dzoo

(100 markah)

[a] Lakarkangambarajah fasabinari unt'ukmewakili sistem di bawah. Dalam setiap kes, berikanlabel-label yangsesuai.

i] Kedua-dua logam_larutsempurna membentuk larutan pepejal (sistem isomorfus).

ii] Kedua-dualogamterlarut separadi dalam satu sama Iain dalam keadaan pepejal_dan terdapat eutektik.

...8/-

48

[b]

[C]

[d]

[e]

[a]

[b]

-8 ^- [JBB 121/3]

Takrifkanmakna ubahbentuk rayapandan jelaskan dalam keadaan servis bagaimanakah rayapan penting dipertimbangkan.

Jelaskan apakah yang dimaksudkan^dengan keliatan bahan?

Lukiskan bentuk umum ^bagi lengkuk TenagaHentaman Charpy-Suhu untuk satu keluli karbon. ^Dida|am rajah yang sama tunjukkan bagaimanakah^lengkuk tersebut berubah^dengan peningkatankandungan karbon.

Jelaskan kenapakah panjang tolok penting^di da|am spesimen logam untuk ujiantegangan?

Satu beban ^{1500 kg} dikenakan ^ke atas satu ^rod logam monel bergarispusat 0.90x ^{10'2 m.} Jika beban^yang sama dikenakan ^{ke atas} logamnikel, didapati ia memberikan nilai terikan yang^sama, kirakan garispusat^{rod nikel}tersebut.

(Moduius Young Monel^{= 179GN/mz,} Modulus YoungNikel⁼ 206 GN/mz.

(100markah) BAHAGIAN^C(Jawab 2 (dua) soalan sahaia)

Terangkan bagaimana kitaboleh menentukan struktur hablur^bagisesuatu bahan dari data pembelauan sinar-x.

(35 markah)

Sinar-x dipantulkan dengansuatu sampel yang mempunyai pemalarkekisi 0.4086 nm. Sudut20yang diperolehi untuksatah {200} ialah 19.99°.

Apakahjarakgelombang ^{bagi sinar—xyang} digunakan?

(30 markah)

...9/-

47

[C]

[a]

[b]

[o]

_ 9 ^_ [JBB121/3]

Profil kepekatan bagi gas elemen ^A yang meresap di sepanjang pepejal pada pelbagai masa ^di dalam arah x ditunjukkan di dalam rajah ^3. Dengan berpandukan graf ini terangkan apakah yang dimaksudkan dengan parameter- parameter yang berikut: Cs. C1, Co, ^{t1, t2, t0}dan x1.

<2 C5

5 12

2

E4)

E _‘1

%

x = 0

x1 Jarak x

(35 markah) Rajah3

Kecacatan strukturhablurdibahagikankepadatiga kelas utama mengikut geometridan bentuk. Nyatakan tiga kelasutamaini danjuga_contoh- contohnya.

(40 markah)

Perihalkan struktur sempadan_butiran. Bagaimana sempadan butiran boleh terbentukdi dalamlogam’? Mengapasempadan butiran dapatdiperhatikan dengan senangdi dalammikroskop optik?

(30 markah) Apakah nombor saizbutiranASTM jikaterdapat500 butiran/in2di atas

fotomikrograf _bagisuatu iogam yang mempunyaipembesaran_{100 x?}

(30 markah)

10/-

48

- 10 ^- [JBB121/3]

5. [a] Data berikut (Jadual 6.1) telah diperolehi dalam satu ujiantegangan yang dijalankan di Makmal Bahan PusatPengajian Kejuruteraan^Bahan, Universiti Sains^Malaysia. Spesimenyang digunakantelah dimesin dengan garispusat spesimen^{ialah 15 mm}dan panjang tolokialah 50 mm.

Jadual 6.1

Beban (KN) ^{70 120 150 160 200 220 233 233 220}

femanlangan

0.25 0.40 0.50 0.60 1.75 3.00 5.00 6.50 8.00 mm)

Garispusat spesimen selepaspatah didapati 12.45 mm.

Tentukan:

i] Kekuatan tegangah ii] Modulus Young

iii] Tegasan bukti0.2% ^(60.2%)

1

iv] Tegasan sebenar ^padaterikan0.8%

E v] Peratusan pemanjangan

vi] Peratusan penguranganiuas keratan rentas

(70 markah)

[b] Lukiskan bentuk pelekuk dan lekukan yang terhasil^untuk ujian-ujian kekerasan

E

Vicker, Rockwell^B, Brinell^{dan Knoop.}

E

(30 markah)

7. [a] Jelaskan bagaimanakah proses pengaloian^boleh meningkatkan kekuatan bahan logam.

(15 markah)

...11/—

49

-11-

^{[J88 121/3]}

[b] Dua logamtulin Adan 8 dan beberapa^{siri aloi} campuran dari kedua-dua^logam

inidisejukkan dari keadaan cecair^dan maklumat berikut diperolehi:

Komposisi(% A) 100 95 85 60 30 10 5 ^O

Suhu penahanan terma pertama 600 575 535 425 300 400 425 450

Suhu penahanan terma kedua ^- 500 300 300 300 350

Suhu penahanan terma ketiga ^- 40 200

i] Menggunakandatadiatas, plotdanlabelkan sepenuhnya gambarajah fasa keseimbangan untuk sistem^aloi logam A dan B.

ii] Berapakah suhu eutektik dan^komposisi eutektik sistem.

iii] Untuk aloi yang mengandungi 75%^A, apakahfasayang ujud pada suhu- suhu 525 °C, 425 °Cdan250 °C dan apakah komposisifasa-fasa

tersebut.

iv] Menggunakanperaturan tuas, kirakanjumlahfasa-fasa yang hadir dalamsoalan ⁽ⁱⁱⁱ⁾

~oooOooo~

50

(85 markah)

-12

^- _[JBB 121/31

Constants ’ Constant x Avogodro Atomic

^moss5

number

^{un11 I}

-I' l-—’—# Symbol

^{6.02;;1.661 Xx 1023}

10'

²⁴

Value mol'

^{9 1}

Electron ^moss

9110

^{x 10 ~26 g}

Elecuonic charge (mognnude)

^{1.602 X}_x ^{10-10 C}

10’

_{3“ J~s}

Velocity

of

light 2998

^{x 108 m/s}

GUS con510n1

1.987

col/(molK);

^8.3111 J/[mol~K}

Bottzmonn’s

constant

^{8.620 x 10-}

5 eV/K

Permifiivity

constom

^8.854

x 10' ^{‘? C?/[N-m2)}

N0 u me

e

Planck’s cons1on1 ^h

(3.626

c

R

k

60

Permeability

constom

^{#0 AW x 10'}

7

Tm/A

Bohrmogneton

^{#9 9.274 x 10}

1"”

Am?

Faraday

^F

96485

^{x 10"}

C/mol

Grovitofiono! occelerofion g

^9.806)_{1 g/Cm3}^m/s

:

^{1 Mg/mJ}

Densify of

wmer

Conversion Factors

Length:

^{1 1n}

: 254 cm 254

^mm

s;

1 m

:

39.37 ^{m 1}

f;

1 A

:

^1O

"0

^m

M035: ¹

lbm1p0und-moss) : 4536 g

^,

04530 kg

1

kg ; 2.2041bm

1:

Force

^{1 N 2 0 2248 1'01}

[pomd-force)

‘

^{1 1bf}

:

AAA ^N

Stress: ¹ Po ^{2 1} N/m?

1P0 :

0.145 ^{x 10 3101/10“}

11mm?

:

^{(5.80 x 103 P0}

Energy

^{1 J 1 1}

N-m

1%.?

'

1

col

^{= 11.18.]}

1eV

¹⁰⁰

x10 ‘°J

% Power: ^{1 W}

*2 1 J/s

E1:

Temperature:

^{°C K}

- 273

‘~'

K - °C ⁺ 273

°C

:

_[°F ^- 321/18

:

Current:

^{1 A r 1}

(2/5

Densify; ¹

g/cm’

^{4 (>24}

lbm/fi‘

In x = 2.303 Iog‘0 ^x

51