BESI COR. 4.1 Struktur besi cor

Transkripsi

1 BESI COR Pendahuluan Besi cor adalah bahan yang sangat penting dan dipergunakan sebagai bahan coran lebih dari 80%. Besi cor merupakan paduan besi dan karbon dengan kadar 2 %s/d 4,1% dan sejumlah kecil silikon, mangan, posfor, sulfur dan unsurunsur lainnya. Besi cor dibuat dengan cara melebur kembali besi mentah bersamasama dengan kokas dan soda di dalam furnace yang disebut cupola. 4.1 Struktur besi cor Pembekuan besi cor Pada umumnya patahan besi cor mempunyai warna kelabu yang disebabkan oleh grafit yang terjadi pada saat pembekuan, sehingga besi cor demikian dinamakan besi cor kelabu. Jika laju pendinginan pada pembekuan tinggi maka patahan besi cor berwarna putih disebut besi cor putih. Pada besi cor, berbentuknya grafit atau terbentuknya sementit tergantung dari laju pendinginan dan juga pengaruh dari komposisi kimia. Adanya unsur-unsur pada besi cor, sangat mempengaruhi kecepatan penggrafitan pada waktu pembekuan. Unsur-unsur yang mempercepat penggrafitan : Si, Ti, Ni, Al, Al, Co, Au, Pt Unsur-unsur yang menghambat penggrafitan : Cr, Te, S, V, Mn, Mo, P, W, Mg, B, O, H, N Struktur besi cor Berdasarkan distribusi dari grafit dalam besi cor terbagi menjadi 4 yaitu; A : menunjukkan serpih grafit yang mempunyai panjang medium terdistribusi sembarang, merupakan struktur yang paling disukai. B : menunjukkan butir grafit yang halus karena pendinginan super atau agak cepat dan disekelilingnya terdapat serpih grafit C: menunjukkan grafit primer mengkristal secara kasar dan memiliki sifat-sifat teknis yang rendah.

2 D: terjadi karena pendinginan yang lanjut dan pada waktu pembekuan semua grafit menjadi halus. Hal ini memberikan kekuatan yang tinggi pada besi cor tetapi kurang ulet. E: terjadi jika kadar karbon kurang, grafit terdistribusi dan tumbuh besar-besar. Gambar 4.1 Penyebaran grafit serpih Kekuatan besi cor Besi cor umumnya diklasifikasikan oleh kekuatan tariknya, besi cor mempunyai kekuatan tarik 30 kgf/mm 2 disebut besi cor konstruksi yang berkekuatan tinggi. Dalam besi cor, grafit terdistribusi dalam matriks, yang kalau ada tegangan terjadi konsentrasi tegangan di sekitar grafit yang menyebabkan retak, jadi kekuatan sangat dipengaruhi oleh jumlah, bentuk dan distribusi grafit. Jumlah karbon eutektik = 4,26-0,31(%Si)-0,33(%P)+0,27(%Mn) Jumlah karbon sebenarnya dibagi dengan karbon eutektik ini menyatakan sejauh mana komposisi kimia besi cor menyimpang daripada komposisi komponen eutektik, yang disebut derajat eutektik S c. Yang disederhanakan dan biasa dipergunakan sbb: S c = %C/ (4,3-1/3(%Si+%P) Jika S c menjadi besar jumlah grafit meningkat tetapi sifat-sifat mekaniknya menjadi buruk, Hubungannya adalah : Kekuatan tarik σ B = S c (kgf/mm 2 ) untuk batang bulat 30 mm Kekerasan Brinell, H B = S c (kgf/mm 2 ) untuk batang bulat 30 mm H B = 100+4,3 σ B Perbandingan antara kekuatan tarik yang diukur dan kekuatan standar disebut kekuatan relative dan apabila harganya lebih besar dari 1 maka bahan tersebut memiliki kekuatan berkualitas tinggi.

3 Perbandingan antara kekerasan tarik yang diukur dan kekerasan standar disebut kekerasan relative dan memiliki harga kurang dari 1 mudah dikerjakan dengan mesin. Jika lebih besar dari 1 berarti bahan tersebut mempunyai sifat-sifat metalurgi yang kurang baik Besi cor yang mempunyai kekuatan tarik tinggi Untuk mendapatkan besi cor dengan kekuatan tarik tinggi diatas 30 kgf/mm 2, harga S c harus lebih kecil. Besi cor dengan harga S c yang kecil mempunyai kecairan yang jelek dan mudah membentuk rongga-rongga tegangan sisa,melenting dan cacat lainnya. Dari studi tentang hal ini maka untuk mengatasinya dengan menambahkan kalsium silicon atau ferro silicon beberapa saat sebelum penuangan dengan maksud mencegah terbentuknya besi cor putih. Selain itu grafit halus akan terdistribusi secara merata pada matriks perlit. Proses penambahan paduan ini disebut inokulasi dan secara besar-besaran telah diaplikasikan untuk menghasilkan besi cor meehanit. 4.2 Coran cil Besi cor cair mempunyai komposisi kimia yang cocok dituangkan dalam sebuah cetakan logam atau sebagian dari logam dan bagian yang bersentuhan dengan cetakan akan terdinginkan secara cepat menjadi besi cor putih yang sangat keras sedangkan bagian dalamnya menjadi besi cor kelabu yang memiliki keuletan yang lebih baik. Pengecoran ini disebut pengecoran cil. 1. Perlakuan panas besi cor cil Coran cil mempunyai perbedaan laju pendinginan disetiap bagiannya dan perbedaan struktur mikro, yang menyebabkan tegangan-tegangan sisa yang dapat menyebabkan deformasi dan keretakan, jadi tegangan sisa perlu dihilangkan dan perlu pemanasan untuk memperbaiki struktur mikronya. Contoh untuk perlakuan panas dengan memanaskan sampai 820 o C untuk 20 jam, atau 850 o C untuk 9 jam, dan 870 o C untuk 7 jam, laju pendinginan 10 o C per jam sampai 650 o C secara perlahan-lahan dan didinginkan di udara. 2. Penggunaan coran cil

4 Coran cil yang mempunyai sifat keras permukaannya dan apabila kondisi keseluruhannya masih ulet banyak dipakai untuk peralatan berbentuk rodaroda dan rol-rol misalnya; perkakas pertanian atau pompa pasir Besi cor maleabel Besi cor maleabel memiliki grafit berbentuk daun dan tidak menguntungkan dari segi kekuatan. Untuk memperbaiki keuletannya, bentuk grafit daun diubah menjadi bongkahan. Besi cor maleabel ada 2 jenis yaitu; a. Besi cor maleabel perapian putih yang dibuat dengan dekarburisasi dari permukaan mempunyai warna patahan putih dan ketebalan coran dibatasi sampai kira-kira 9-15 mm. b. Besi cor maleabel perapian hitam yang dibuat dari besi cor putih, dianil untuk mengubah Fe 3 C menjadi grafit dan Fe dan memiliki patahan berwarna hitam. Ketebalan besi cor tersebut dapat diatur, tergantung komposisi dan waktu anilnya Gambar 4.2 Penganilan untuk penggrafitan dari besi cor perapian putih Pada gambar 4.2, menunjukkan penganilan dalam dua tahap. Tahap pertama penggrafitan sementit bebas pada o C, dan tahap kedua penggrafitan Fe 3 C dalam pada o C. Dengan demikian akan terjadi matriks ferit sebagai struktur, di mana kelompok grafit terdispersikan.

5 4.4. Besi cor nodular Kalau Mg atau Ce ditambahkan pada cairan besi cor, maka grafit pada coran membentuk bulatan. Grafit yang berbentuk bulat atau nodular mempunyai derajat konsentrasi tegangan yang sangat kecil, sehingga kekuatan besi cor menjadi lebih baik dibanding grafit yang berbentuk daun. Unsur-unsur lain yang dapat membulatkan grafit yaitu; Ca, Na, K, Li, Ba, Sr, Zn, dsb. Tetapi jika ditinjau dari segi harga yang lebih menguntungkan dipilih unsur Mg. Besi cor ini dinamakan besi cor liat yang dikenal di Amerika Serikat dan Jepang sedangkan di Inggris disebut besi cor nodular. Besi cor nodular memiliki keuletan dan ketahanan panas yang baik sehingga dapat dipakai untuk berbagai keperluan, misalnya; pipa-pipa, rol penggiling, cetakan, komponen mekanik, komponen-komponen untuk tungku dan bahan konstruksi untuk teknik sipil. Besi cor berdasarkan bentuk grafitnya dapat diklasifikasikan atas: a. Bentuk I adalah grafit serpih yang biasa b. Bentuk II adalah bentuk grafit berujung runcing dan terbentuk bila unsur pembulat kelebihan. c. Bentuk III untuk grafit berujung bulat yang biasa terjadi baila unsur pembulat tidak cukup. d. Bentuk IV untuk grafit gumpalan yang biasa terjadi pada besi cor maleabel perapian hitam e. Bentuk V dan VI adalah bentuk grafit nodular. Gambar 4.3 Klasifikasi bentuk grafit oleh kongres Committee of International Foundry

6 4.5. Besi cor paduan Unsur-unsur paduan ditambahkan pada besi cor untuk memperbaiki sifatsifat mekanik dan memberikan sifat-sifat khusus seperti ketahanan korosi, ketahanan panas dan kemagnetan. Besi cor dengan kekuatan tinggi mempunyai kekuatan tarik yang lebih baik dengan menambahkan Ni, Cr, Mo, dsb, pada 0,5-1,5% untuk memberikan struktur grafit. Besi cor ini digunakan pada selinder motor, rol dsb. Besi cor memiliki ketahanan terhadap asam jika dipadu dengan 10% atau lebih Si untuk mendapatkan ketahanan korosi, besi cor Nikel tinggi, besi cor Cr tinggi dsb. Untuk mendapatkan besi cor tahan panas, maka dipadu dengan Cr, Mo, Si, Al, Ni dsb. Selanjutnya besi cor yang tidak magnetik dipadu dengan 5-15% Ni dan 9% Mn Kesimpulan Pada umumnya besi cor mempunyai warna kelabu yang disebabkan oleh grafit yang terjadi pada saat pembekuan, sehingga besi cor tersebut dinamakan besi cor kelabu. Sedangkan besi cor putih disebabkan oleh terbentuknya sementit karena laju pendinginan pada pembekuan cepat. Pengecoran cil adalah proses dimana besi cor cair dengan komposisi kimia yang cocok dituangkan dalam sebuah cetakan logam atau sebagian dari logam dan bagian yang bersentuhan dengan cetakan akan terdinginkan secara cepat menjadi besi cor putih yang sangat keras sedangkan bagian dalamnya menjadi besi cor kelabu yang memiliki keuletan yang lebih baik. Besi cor ditinjau dari bentuk grafitnya dapat dibedakan menjadi besi nodular (grafitnya membentuk bulatan) dan besi cor maleabel (grafitnya membentuk daun).