Besi Tuang

BESI TUANG

1.Tinjauan Umum

Besi tuang seperti halnya baja, pada dasarnya adalah paduan besi-karbon yang lebih tinggi, biasanya antara 2,5-4,0 % C. ductilitinya rendah, tidak dapat ditempa, diroll, didrawing, dll. Satu-satunya cara pembuatan yang dapat dikerjakan adalah dengan penuangan, karena itu namanya besi tuang.

Walaupun keuletan dan kekuatannya lebih rendah daripada baja, tetapi karena mudah di tuang dan mempunyai beberapa sifat khusus yang berguna, maka penggunaannya lebih luas, apalagi dengan diberi tambahan unsur paduan dan proses laku panas yang tepat, maka sifatnya dapat diatur sesuai dengan kebutuhan.

2.Klasifikasi

besi tuang biasanya di klasifikasikan menurut struktur metalografinya. Dalam hal ini karbon dalam besi tuang sangat menentukan. Karbon dalam besi tuang dapat berupa instentisial yaitu sementit karbida besi atau berupa grafit karbon bebas. Pengelompokan dapat dimulai berdasarkan kondisi karbonnya. Bila Seluruh karbon berupa sementit maka ia adalah besi tuang putih, selanjutnya dikelompokkan berupa bentuk fisik grafitnya,. Terjadinya struktur yang berbeda-beda ini di pengaruhi oleh beberapa faktor terutama kadar karbon, kadar paduan dan pengotoran, laju pendinginan selama dan sesudah pendinginan.dan laku panas sesudah penuangan.

            Biasanya besi tuang dikelompokkan menjadi:

a.       besi tuang putih, dimana Seluruh karbon berupa sementit.

b.      Besi tuang mampu tempa, dimana karbonnya berupa temper karbon, debngan matrik berupa perlitik dan ferritik.

c.       Besi tuang kelabu, dimana karbonnya berupa grafit berbentuk flake dengan matrik ferlitik dan perlitik.

d.      Besi tuang modular, dimana karbonnya berupa nodular graphite dengan matrik feritik dan perlitik.

3. Besi Tuang Putih

            besi tuang putih biasa diproduksi adalh besi tuang putih hypoeutectic. Untuk mempelajari perubahan yang terjadi selama pembakuan dan pendinginan perhatikan diagram fasa besi karbida.

            Pada temperature X₁ berupa cairan dan mulai membeku pada X₂, membentuk kristal austenit. Dengan penurunan temperature maka makin banyak austenit yang terbentuk, makin sedikit sisa cairan dan komposisinya makin kaya karbon . pada temperature X₃ sudah banyak austenit yang terbentuk, bila reaksi austetik selesai maka akan mulai lagi terjadi penurunan temperature dengan makin rendahnya temperature makin rendah pula kelarutan karbon dalam austenit. Pada X₄ komposisi austeniy akan bertranformasi menjadi autectoid sehingga struktur akhir akan terdiri dari dendrite austentit yang bertranformasi menjadi perlit.

            Mengingat bahwa sementit adalah struktur yang sangat keras dan getas maka besi tuang putih yang mengandung sejumlah besar sementit yang berupa jaringan yang kontinyu juga akan keras, tahan aus dan sangat sulit dimaching.

4.Besi Tuang Mampu Tempa

            Sementit adalah struktur yang metastabil, ia cenderung untuk bedekomposisi menjadi besi dan karbon. Besi tuang mampu tempa dibuat dari besi tuang putih dengan suatu proses yang dinamakan meleableisasi bertujuan mengubah sementit besi tuang putih menjadi temper karbon dan ferrit, proses ini dilakukan dengan dua tahapan annealing. Annealing tahap pertama dan annealing tahap kedua.

            Pada annealing tahap pertama, besi tuang putih dipanaskan sampai 900-950⁰C selama beberapa jam, selama pemanasan perlit akan bertamformasi menjadi austenit, yang juga akan melarutkan sebagian sementit. Setelah itu didinginkan cepat ke 760⁰C untuk melakukan annealing tahap kedua.

Pada annealing tahap kedua, benda kerja didinginkan sangat lambat laju pendingnan 3-9 ⁰C per jam, melewati daerah temperature kritis dimana reaksi autektoit akan berlangsung, selama pendinginan ini karbon yang masih terlarut dalam austenit akan keluar dari austenit, tidak sebagai sementit seperti biasanya, tetapi sebagai grafit.austenit akhirnya akan bertranformasi menjadi ferrit. Bila pendinginan pada annealing tahap kedua lebih dipercepat maka akan ada sebagian karbon yang tidak samapi keluar menjadi grafit, masih tetap larut dalam austenit, yang pada pendinginan selanjutnya akan bertranformasi menjadi perlit. Makin tinggi temperature awal quenching dan makin tinggi laju pendinginannya makin banyak perlit yang terbentuk. Dengan laju pendinginan yang cukup tinggi akan dapat diperoleh matrik yang sepenuhnya perlitik.

            Bila laju pendinginan pada saat melalui daerah kritis tidak cukup tinggi maka hanya karbon yang ada disekitar inti grafit yang sempat keluar keluar dari austenitsehingga disekitar grafit akan terjadi ferrit dan di daerah yang agak jauh akan terjadi perlit.

Biasanya struktur perlitik dari melleabel cast iron perlu ditemparing untuk yang berstruktur perlitik kasar, temparing dilakukan pada temperature antara 650-700⁰C, sehingga diperoleh speroidized carbide, karena sementit yang ada pada perlit akan berubah menjadi spheoroidit dengan demikian machinability akan naik, begitu juga dengan ketangguhannya, sedangkan kekerasannya akan menurun.

5.Besi Tuang Kelabu

            Besi tuang kelabu adalh besi tuang yang paling banyak diguanakan, berbeda dengan besi tuang melleabel grafit pada besi tuang kelabu terbentuk pada saat pembakuan . proses grafitisasi ini didorong oleh tingginya kadar karbon. Grafit merupakan bagian terlemah dalam besi tuang, kekuatan besi tuang sangat tergantung kekuatan dari matriksnya, matrik ini tergantung apada kondisi dari semenrtit pada autektoid, bila komposisi dan laju pendinginan diatur sedemikian rupa, sehingga sementit pada eutectoid juga akan menjadi grafit. Maka struktur dari matrik sepenuhnya ferrit.

5.1. Penggaruh unsur lain terhadap besi tuang

            pada besi tuang biasanya terdapat unsur lain selain besi dan karbon. Adsanya unsur ini kan mempengaruhi sifat besi tuang. Antara lain:

a.       Silikon

Silikon merupakan unsur yang sangat penting dalam pembuatan besi tuang, ia menaikkan fluidity dari cairan besi sehiongga mudah dituang ke dalm cetakan yang tipis dan rumit. Silikon adalh unsur yang mendorong pembentukan grafit pada besi tuang, selama pembakuan dengan adanya silikon karbon kan membeku sebagai grafit yang berbentuk flake. Bentuk ini hanya bisa dirubah mencairkan kembali.

b.      Sulfur

Sulfur berlawanan dengan silikon, sulfur akan mendorong terbentuknya karbida, dalam jumlah yang cukup bsar sulfur akan menyebabkan besi tuang menjadi besi tuang putih yang sangat keras dan getas.

c.       Mangan

Mangan mendorong pembentukan karbida, tapi tak sekuat sulfur. Bila jumlah mangan yang diguanakan untuk pembentukan MnS, maka mangan tersebut mengurangi pengaruh sulfur dalam pembentukan karbida

d.      Phosphor

Phosphor menaikkan fluidity dan memperluas daerah pembakuan eutektik, juga untuk mendorong pembentukan grafit, bila kadar silikon cukup tinggi dab kadar phosphor rendah, phosphor diperlukan bila harus menuang benda tuang dengan dinding tipis.

5.2. laku panas besi tuang kelabu

            besi tuang mengalami pemanasan biasanya jauh di bawah daerah temperature kritis, temperature transformasi perlit menjadi austenit, yaitu sekitar 510-565⁰C dengan pemanasan selama 1 jam pada temperature tersebut akan menghilangkan 75-85% dari tegangan yang diinginkan.

            Annealing pada temperature 710-800^oC akan meningkatkan machinability. Pada temperature ini sementit yang akan berdekomposisi menjadi grafit dan ferrit. Besi tuang harus berada pada temperature ini dalam waktu yang cukup panjang sehingga dapat terjadfi grafitisasi yang sempurna.

            Normalising dilakukan untuk memperbaiki sifat mekanik atau untuk mengembalikan sifatnya semula, yang berubah akhibat proses laku panas sebelumnya. Normalizing dilakukan dengan memanaskan besi tuang di atas temperature tranformasi, ditahan kuarng lebih 1 jam/inc tebak benda, lalu didinginkan dengan udara diam.

5.3. ukuran dan distribusi dari grafile flakes

            grafit berbentuk flake dengan ukuran yang besar akan memutuskan kontinyuitas matrik, akibatnya menurunkan kekuatan dan keuletan besi tuang kelabu.flake ndengan ukuran kecil tidak terl;alu berpengaruh buruk, karenanya biasanya banyak diinginkan. Ukuran flake dapat ditetapkan dengan cara membandingkan dengan suatu ukuran standar yang sudah ditetapkan bersama antara AFS dan ASTM yaitui dengan mengukur panjang grafit flake yang terpanjang dari besi tuang kelabu. Dengan menambah jumlah silikon maka jumlah eutectic yang terjadi juga akan bertambah dan memperkecil ukuran flake mengingat bahwa silikon adalh unsur yang mendorong grafitisasi. Cara terbaik untuk memperkecil ukuran grafit dan memperbaiki penyebaranya ialah dengan menambahkan jumlah bahan yang di kenal sebagai innoculen.

5.4.sifat mekanik dan penggunaan besi tuang kelabu

            kekuatan tarik merupakan sifat yang penting dalam memilih besi tuang untuk bagian konstruksi yang akan menerioma beban tarik.kekerasan dari besi tuang kelabu merupakan harga rata-rata dari grafit yang lunak dan matriknya. Komposisi juga merupakan pengaruh terhadap kekerasan , kadar karbon, dan silikon yang makin tinggi akan menurunkan kekerasan, walaupun pengaruhnya tak sebesar pengaruh terhadap kekuatan tarik.karena besi tuang kelabu adalah jenis benda tuangan yang paling murah maka bila diperlukan benda tuangan kelabu merupakan pilihan pertama logam lain dapat dipilih bila sifat mekanik dan sifta fisik dari besi tuang kelabu tidak memenuhi syarat.

6.Nodular Cast Iron

            nodular cast iron dikenal juga dengan nama ductile iron, dari namanya dapat diterka bahwa besi tuang ini grafit berbentuk bola-bola kecilkarena grafitnya yang terbentuk speroid yang padat ini kekuatan dan ketangguhannya lebih tinggi dari besi tuang dengan grafit berbentuk flake, oleh karena itu da yang menamakannya besi tuang ulet. Besi tuang nodular austenitic termasuk besi tuang paduan berkadar tinggi, besi ini penting karena sifat tahan korosinya yang relatif tinggidan sifat creepnya pada temperature tinggi baik. Besi tuang nodular banyak di gunakan di bidang pertanian, untuk traktor, dan perlengkapannya, diesel, automotive, untuk poros engkol, kepala silinder, dll

7. Besi Tuang Paduan

          Besi tuang paduan adalah besi tuang yang mengandung satu atau beberapa unsur paduan dalam jumlah yang cukup untuk menghasilkan modifikasi terhadap sifat fisik maupun mekaniknya. Unsur paduan yang sering dipakai dalam grafitisasi:

a.       Chrom

Chrom akan memperbanyak jumlah karbon yang terikat yaitu dengan membentuk karbida kompleks chrom-besi, penambahan sedikit chrom akan menaikkan kekuatan, kekerasan, dept of chill, tahan aus, tahan panas tapi machinabilitynya menurun

b.      Tembaga

Tembaga bertindak sebagai grafitisert, tapi kemmaampuannya hanya seperlima dari silikon, kadar tembaga biasanya antara 0,25-2,5% tembaga cendereung memecah karbidayang besar menjdai lebih halus dan akan memperkuat matrik.

c.       Molybden

Molybden akan memperbaiki sifat mekanik, biasanya di tambahkan0,25-1,25% dan pengaruhnya sama seperti terhadap baja, kekerasan besi tuang menjadi lebih baikmencegah terjadinya Distorsi dan retak pada besi tuang.

d.      Vanadium

Vanadium unsur pembentuk karbida yang sangat kuat, dan menghallangibentukan grafit dengan menambah 0,10-0,25%%V akan menaikkan tensiule strength, tranverse strength,  dan kekerasan

e.       Nikel

Nikel adalah unsur yang mendorong pembentukan grafit, tapi kekuatannya separuh dari silikon. Nikel pada besi tuangh dimaksudkan untuk mengontrol struktur mikro yaitu dengan menghalangi tranformasi austenit, menstabilkan perlit dan mempertahankan jumlah karbida.