Tag: Gray Cast Iron

Pengertian Definisi Besi Cor-Besi Tuang. Besi cor merupakan salah satu jenis logam tertua dan murah yang pernah ditemukan umat manusia di antara sekian banyak logam yang ada. Logam ini memiliki banyak aplikasi, sekitar 80 persen mesin kendaraan terbuat dari besi cor.

Besi cor pada dasarnya merupakan paduan eutektik dari besi dan karbon. Komposisi eutektik pada 4,3 % karbon dengan temperature 1153 Celcius. Besi Cor berada di daerah eutektik ini karena rata rata kandungan besi cor adalah antara 2,5 hingga 4 persen.

Namun demikian, Besi cor didefinisikan dengan kandungan karbon lebih dari 2 persen. Sedangkan kandungan karbon yang lebih rendah dari 2 persen dikatagorikan sebagai logam baja.

Besi cor memiliki temperature leleh yang relative lebih rendah dari baja, yaitu di bawah 1400 Celcius pada kandungan C 2 %. Temperature leleh yang rendah sangat menguntungkan, karena mudah dicairkan, sehingga pemakaian bahan bakar atau energy lebih hemat dan murah. Selain itu dapur peleburan dapat di bangun dengan lebih sederhana.

Diagram Besi- Besi Karbida yang menunjukkan besi cor dan baja dapat dilihat pada gambar berikut:

Besi cor cair memiliki mampu tuang atau mampu cor yang tinggi, sehingga memiliki kemampuan mengisi cetakan yang rumit sekalipun. Ditinjau dari desain produk, besi cor merupakan bahan yang serba guna dan murah.

Bisi cor umumnya mengandung unsure silicon antara 1 – 3 persen. Dengan kandungan sebesar ini, silicon mampu meningkatkan kekuatan besi cor melalui penguatan fasa ferit. Besi cor dengan  kadar karbon antara 2 – 3 persen dan dengan kandungan silicon tersebut memiliki tempertur leleh eutektik lebih rendah.

Kehadiran silicon dalam besi cor mengakibatkan terjadinya dekomposisi karbida menjadi besi dan grafit:

Fe₃C —-^Si–> 3Fe + C (grafit)

Proses dekomposisi ini disebabkan oleh sifat Fe₃C yang metastabil. Dekomposisi ini disebut grafitisasi yang menghasilkan grafit dalam besi cor.

Rumus Karbon Ekuivalen CE Besi Cor

Kehadiran unsur silicon yang ditambahkan dapat mengurangi kandungan karbon eutektik. Pengaruh silicon ini dapat dinyatakan dengan karbon ekuivalen yang dirumuskan seprti berikut:

CE = C % + 1/3 Si %

Komposisi eutektik selalu sekitar 4,3 % CE. Nilai CE yang tinggi akan mendorong terbentuknya grafit eutektik. Selain itu, pendinginan yang lambat selama solidifikasi memfasilitasi terjadinya grafitisasi (pembentukan grafit).

Contoh Soal Perhitungan Jumlah Silikon dan Karbon Ekuivalen CE Besi Cor.

Jika produk cor hasil pengecoran diharaplam memiliki jenis besi cor kelabu dengan karbon sekitar 4,3 persen. Sedangkan kandungan karbon dalam bahan baku besi cor adalah 3,5 %, berapakah jumlah silicon yang harus ditabahkan?

Jawab:

CE = C % + 1/3 Si %

CE = 4,3%

C = 3,5 %

4,3 % = 3,5% + 1/3 (Si%)

1/3 (Si%) = 4,3 -3,5%

Si % = 3 x (0,8%)

Si = 2,4%

Jadi jumlah silikon yang ditambahkan ke dalam bahan baku besi cor adalah 2,4%

Jenis Jenis Besi Cor, Cast Iron,

Jenis besi cor komersial yang paling umum adalah besi cor gray atau kelabu, putih, nodular atau ductile, malleable atau mampu tempa, dan besi cor compacted graphite.

Jenis besi cor didasarkan pada struktur mikro yang dipengaruhi oleh pola pendinginan, dan komposisi kimianya. Secara skamatik jenis besi cor dan struktur mikro beserta pola pendinginan yang diterapkan dapat dilihat pada gambar berikut:

Pola pendinginan lambat pada perlakuan panas untuk komposisi besi cor dengan tambahan sedikit unsur serium atau magnesium akan menghasilkan struktur ferit dan grafit nodular. Sedangkan pada pendinginan yang moderat akan menghasilkan struktur perlit dan grafit nodular.

Pendinginan yang cepat untuk komposisi besi cor akan menghasilkan struktur perlit dan sementit sebagai besi cor putih. Struktur ini jika dipanaskan kembali pada temperatur sekitar 700 Celcius selama 30 menit hingga satu jam dan didinginkan dengan lambat akan menghasilkan besi cor mampu tempa yang memiliki struktur ferit dan grafit rosette atau gumpalan.

A). Besi Cor Kelabu, Gray Cast Iron

Besi cor kelabu memiliki kandungan silicon relative tinggi yaitu antara satu sampai tiga persen. Dengan silicon sebesar ini, besi cor akan membentuk garfit dengan mudah, sehingga fasa karbida Fe₃C tidak terbentuk. Grafit serpih besi cor ini terbentuk saat proses pembekuan.

Komposisi Kimia Besi Cor Kelabu

Besi cor kelabu memiliki kandungan karbon antara 2,5 – 4,0 persen, dan kandungan mangan antara  0,2 – 1,0 persen. Sedangkan kandungan fosfor  antara  0,02 – 1,0 persen, dan sulfur antara 0,02 – 0,25 persen.

Sifat Mekanik Kuat Tarik, Luluh Elongasi Cor Kelabu Gray

Struktur Mikro Besi Cor Kelabu Gray

Hasil pengamatan secara melalografi dengan menggunakan mikroskop optik untuk besi cor kelabu ditunjukkan pada gambar di bawah.

Pada gambar tampak jelas bahwa grafit berbentuk serpih serpih memanjang bervariasi. Bentuk grafit ini menjadi ciri khas dari besi cor kelabu dengan sifat sifatnya.

Salah satu Karekteristik dari besi cor ini adalah bidang patahannya. Patahan terjadi dengan rambatan yang melintasi satu serpih ke serpih yang lainnya. Karena sebagian besar permukaan patahan melintasi serpih-serpih grafit, maka permukaannya berwarna kelabu. Untuk itu disebut besi cor kelabu.

Serpihan grafit yang dimiliki oleh besi cor ini, menyebabkan keuletan bahan menjadi sangat rendah, bahkan bisa nol persen. Namun demikian, grafit serpih ini mampu meredam getaran dengan cukup baik.  Dengan kata lain, besi cor ini memiliki kapasitas peredaman tinggi.

Perlakuan Panas Besi Cor Kelabu

Perlakuan panas yang dialami oleh besi cor kelabu dapat mengahasilkan besi cor dengan struktur yang berbasis pada fasa feritik, perlitik, atau martensitik. Dengan sifat-sifat yang dimilikinya, besi cor ini lebih banyak digunakan sebagai landasan mesin, poros penghubung, dan alat berat.

B). Besi Cor Nodular, Nodular Cast Iron

Besi cor nodular dibuat dengan menambahkan sedikit unsure magnesium atau serium. Penambahan unsure ini menyebabkan bentuk grafit besi cor menjadi nodular, atau bulat, atau speroid. Dalam hal ini, unsur Serium dan magnesium berfungsi sebagai pembentuk nodular grafit besi cor.

Perubahan bentuk grafit ini diikuti dengan perubahan keuletan. Keulutan besi cor naik.  Maka dari itu, besi cor nodular disebut besi cor ulet. Besi cor ini memiliki keuletan antara 10 – 20 persen.

Komposisi Kimia Besi Cor Nodular

Besi cor nodular memiliki kandungan karbon antara 3,0 – 4,0 persen, kandungan silicon antara 1,8 – 2,8 persen dan mangan antara 0,1 – 1,0 persen. Sedangkan kandungan fosfornya antara 0,01 – 0,1 persen, dan sulfur antara 0,01 – 0,03 persen.

Besi cor nodular mengandung unsur serium dan magnesium sebanyak 0,05% yang berfungsi sebagai pembentuk nodular grafit. Selain itu, besi cor nodular memiliki kandungan silicon lebih tinggi dari besi cor lainnya.

Sifat Mekanik Kuat Tarik, Luluh Elongasi Besi Cor Nodular Ductile

Struktur Mikro Besi Cor Nodular Ductile

Hasil pengamatan mikroskopik dengan menggunakan mikroskop optik untuk besi cor nodular dapat dilihat pada gambar berikut.

Dari gambar terlihat bahwa grafit berbentuk bulat bulat dengan ukuran variatif. Fase matriks yang mengelilingi partikel-partikel ini adalah perlit atau ferit, tergantung pada perlakuan panas.

Bentuk grafit  bulat atau nodul mampu memberikan besi cor menjadi lebih ulet. Besi cor ulet lebih kuat dan jauh lebih ulet daripada besi cor kelabu.

Aplikasi Pengunaan Besi Cor Nodular Ductile

Contoh Aplikasi dari besi cor nodular diantaranya adalah  katup, body pompa, poros engkol, roda gigi, dan komponen mesin dan otomotif lainnya.

Perlakuan Panas Besi Cor Nodular

Perlakukan panas besi cor nodular dilakukan pada temparatur di atas 750 Celcius dan ditahan beberapa waktu agar temparatur homogen dan semua struktur bertransformasi menjadi austenite dan grafit. Pendinginan dapat dilakukan pada laju yang sesuai dengan sifat yang diinginkan.

Perlakukan panas yang diterapkan pada besi cor nodular akan menghasilkan besi cor ferit, perlit atau martensit temper.

C). Besi Cor Putih, White Cast Iron.

Besi cor putih dibuat dengan pendinginan yang sangat cepat. Pada laju pendinginan yang cepat akan terbentuk karbida Fe₃C yang metastabil dan karbon tidak memiliki kesempatan untuk membentuk grafit. Karbida yang terbentuk mencapai sekitar 30 persen volume.

Komposisi Kimia Besi Cor Putih

Besi cor putih mengandung karbon antara 1,8 – 3,6 persen, dan kandungan mangan antara 0,25 – 0,80 persen. Sedangkan kandungan fosfornya antara 0,06 – 0,2 persen, dan sulfur antara 0,06 – 0,2 persen.

Besi cor putih memiliki kandungan sulfur dan fosfor yang lebih rendah dibandingkan dengan besi cor lainnya.

Sifat Mekanik Kuat Tarik, Luluh, Elongasi Besi Cor Putih

Struktur Mikro Besi Cor Putih

Hasil pengamatan mikroskopik secara melalografi dengan menggunakan mikroskop optik untuk besi cor putih ditunjukkan pada gambar berikut:

Besi Cor Putih memiliki struktur mikro yang terdiri dari Fe3C yang tersebar dalam matrik perlit. Sebagai konsekuensi adanya sementit dalam jumlah besar (+/- 30%), besi cor putih sangat keras, namun sangat rapuh, dan sampai-sampai hampir tidak bisa di machining.

Besi cor ini memiliki sifat yang getas, namun memiliki kekerasan yang tinggi. Sifat yang dimilikinya menyebabkan besi cor ini lebih aplikatif untuk suku cadang yang mensyaratkan ketahanan aus tinggi.

Penggunaan Aplikasi Besi Cor Putih

Caontoh penggunaan besi cor putih menjadi terbatas pada aplikasi yang membutuhkan permukaan yang sangat keras dan tahan aus, tanpa tingkat keuletan yang tingg seperti rol di pabrik rolling. Umumnya, besi putih digunakan sebagai produk antara untuk produksi menjadi besi cor malleable.

D). Besi Cor Mampu Tempa, Malleable Cast Iron

Besi Cor mampu tempa dibuat dari besi cor putih dengan menerapkan suatu perlakuan panas. Perlakuan panas yang diterapkan pada besi cor putih umumnya adalah anil. Dengan perlakukan ini fasa-fasa karbida Fe₃C akan terdekomposisi menjadi besi dan grafit.

Grafit yang terbentuk tidak serpih atau bulat, namun berbentuk gumpalan grafit yang tidak memiliki tepi-tepi tajam. Bentuk grafit ini sering disebut dengan bentuk rosettes, mirip bunga mawar.

Bentuk grafit ini mampu meningkatkan keuletan yang lebih baik daripada besi cor kelabu atau putih. Selain itu memiliki sifat machinable yaitu mampu mesin yang tinggi.

Komposisi Kimia Besi Cor Mampu Tempa Malleable

Besi cor mampu tempa memiliki kandungan karbon antara 2,0 – 2,9 persen, kandungan silicon antara 0,9 – 1,9 persen, dan mangan antara 0,15 – 1,2 persen. Sedangkan kandungan fosfor nya antara 0,02 – 0,2 persen dan sulfur antara 0,02 – 0,2 persen.

Sifat Mekanik Kuat Tarik, Luluh, Elongasi Besi Cor Mampu Tempa Malleable

Struktur Mikro Besi Cor Mampu Tempa Malleable.

Hasil pengamatan mikroskopik secara melalografi dengan menggunakan mikroskop optik untuk logam besi cor mampu tempa dapat dilihat pada gambar.

Tampak bahwa besi cor mampu tempa memiliki grafit berbentuk hampir bulat dengan pingirannya yang tidak lancip-lancip atau tajam- tajam. Bentuk grafit yang relatif bulat memungkinkan terjadinya kombinasi yang baik antara kekuatan dan keuletan

Selama perlakuan panas malleabilizing, sementit yang terbentuk selama solidifikasi akan terdekomposisi menjadi grafit, dalam bentuk cluster atau roset atau gumpalan yang dikelilingi oleh matriks ferit atau perlit, atau martensit temper tergantung metoda laku panas dan laju pendinginannya.

Aplikasi Penggunaan Besi Cor Mampu Tempa Malleable

Contoh aplikasi dari besi cor mampu tempa diantaranya adalah roda gigi transmisi, kasing diferensial untuk industri otomotif, flens, fiting pipa, dan katup untuk kereta api, kelautan, dan aplikasi pada beban yang berat lainnya.

Perlakuan Panas Besi Cor Mampu Tempa Malleable

Besi cor mampu tempa, malleable diperoleh dengan memanaskan besi cor putih di bawah temperature eutectoid (< 723 Celcius) sehingga sementit terdekomposisi menjadi grafit rosset seperti reaksi berikut:

Fe₃C à 3Fe (a, Ferit) + C (Grafit)

Jika temperature di atas > 723 Celcius maka reaksi menjadi seperti berikut:

Fe₃C à 3Fe (g) + C (Grafit)

ketika pendinginannya lambat, maka fasa austenite bertransformasi menjadi ferit dan grafit.

Perlakuan panas yang dialaminya dapat membentuk besi cor berfasa feritik, perlitik atau martensit temper. Perubahan struktur pada laku panas diikuti juga dengan perubahan sifat mekaniknya. Besi cor ini memiliki keuletan yang tinggi dan mampu tempa yang  baik. Oleh kerena itu disebut Besi cor mampu tempa.

E). Besi Cor Compacted Graphite Iron, Besi Grafit Terkompaksi

Besi cor Compacted Graphite Iron merupakan jenis baru sebagai penambahan dari jenis besi cor yang sudah ada.

Seperti juga besi cor kelabu, nodular, dan malleable, karbon pada besi cor compacted grafite iron berbentuk sebagai grafit, yang pembentukannya didukung oleh kehadiran unsur silikon.

Seperti besi cor jenis lainnya, sifat mekanis dari besi cor compacted graphite tergantung pada struktur mikro yaitu bentuk partikel grafit dan struktur dari matriknya. Struktur akhir besi cor ini tergantung pada perlakuan panas dimana fase matriks akan menjadi perlit dan / atau ferit.

Komposisi Kimia Besi Cor Compacted Graphite Cast Iron

Kandungan silikon antara 1,0 hingga 3,0 % dengan kandungan karbon umumnya 2,5 hingga 4,0 persen.

Magnesium dan / atau cerium juga ditambahkan, tetapi konsentrasinya lebih rendah daripada besi cor nodular. Komposisi kimia dari besi compacted graphite lebih kompleks daripada jenis besi cor lainnya.

Sifat Mekanik Kuat Tarik Luluh ELongasi Besi Corn Campacted Graphite Cast Iron 

Struktu Mikro Besi Cor Compacted Graphite Cast Iron 

Secara mikro, grafit dalam besi cor Compacted Graphite bebentuk bulat namun saling berhubungan selama proses pembekuan (solidifikasi). Struktur mikro tipikal ditunjukkan dalam Gambar berikut:

Bentuk grafit dalam besi cor compacted graphite adalah intermediate antara serpihan (flakes) dan bulat, nodular (spheres). Jenis Compacted graphite ini, kadang-kadang disebut sebagai grafit wormlike (atau vermicular).

Ujung yang tajam pada grafit yang merupakan karakteristik dari serpihan grafit harus dihindari. Hal ini karena kehadiran grafit dengan ujung tajam menyebabkan menurunnya  ketahanan lelah material.

Partikel-partikel grafit dalam besi cor compacted graphite berorientasi secara acak dan memanjang seperti pada besi kelabu, namun berukuran lebih pendek, lebih tebal dan memiliki ujung yang lebih bulat.

Bentuk grafit ini dapat mengurangi inisiasi dan perambatan retak sehinggan mampu meningkatkan sifat mekanik dan konduktivias termal besi cor.

Seperti jenis lain dari besi cor, sifat mekanis dari besi cor compacted graphite tergantung pada struktur mikro yaitu bentuk partikel grafit dan fase matriknya.

Bentuk partikel grafit yang semakin mendekati nodular akan mampu meningkatan kekuatan dan keuletan. Sedangkan, besi cor compacted graphite dengan matriks feritik memiliki kekuatan yang lebih rendah dan keuletan yang lebih tinggi dibandingkan dengan matriks berstruktur pearlitic.

Aplikasi Penggunaan Besi Cor Compacted Graphite

Besi cor compacted graphite sekarang digunakan di sejumlah aplikasi penting, termasuk blok mesin diesel, manifold buang, rumah gearbox, cakram rem untuk kereta berkecepatan tinggi, dan roda gila.

Daftar Pustaka

1. Noor Hussein, 2017, “ Material Science and Engineering“, International Energy and Environment Foundation
2. ASM Handbook, 1992, “ Metallography And Microstructures”, Volume 9, American Society For Metal,
3. ASM Handbook, 1992, “ Metallography And Microstructures”, Volume 9, American Society For Metal
4. Kata dalam artikel. Pengertian Besi Cor-Besi Tuang dengan  Sifat Besi cor dan Fungsi Besi Cor. Kegunaan Besi Cor untuk Aplikasi Besi Tuang dengan Paduan eutektik besi dan karbon. Temperatur Leleh Besi Cor dan Mampu Tuang Besi Cor atau Castability Besi Cor. Fungsi Silikon pada Besi Cor dengan Kandungan Kadar Silikon Besi Cor.
5. Kata dalam artikel Dekomposisi Karbida menjadi Besi dan Grafit besi cor dengan Kandungan Kadar Karbon besi cor dan Grafitisasi Besi Cor. Jenis Besi Cor dan Struktur Mikro Metalografi Besi Cor dengan Perlakuan Panas Besi Cor. Komposisi Kimia Besi Cor dan Fungsi Perlakuan Panas Besi Cor atau Fungsi Unsur Magnesium dan Serium Besi Cor. Sifat Mekanik Besi Cor dengan Kekuatan Kekerasan Besi Cor.

Versi Awal

Struktur Mikro Besi Cor Kelabu

Struktur Mikro Besi Cor Nodular

Struktur Mikro Besi Cor Putih

Struktur Mikro Besi Cor Mampu Tempa.