Besi Tuang vs Baja Tuang: Perbedaan Utama dan Kasus Penggunaan

Apa perbedaan antara besi tuang dan baja tuang?

Pencetakan menawarkan kapasitas luar biasa untuk detail desain, seringkali menghilangkan kebutuhan untuk pembuatan dan assembly tambahan. Banyak bahan dapat dicasting, termasuk beberapa jenis logam dan sintetik, tetapi besi dan baja secara khusus memiliki properti mekanis yang luar biasa untuk berbagai aplikasi.

Sementara besi tuang dan baja mungkin tampak mirip di permukaan, mereka masing-masing memiliki keuntungan dan kerugian yang berbeda dari produksi hingga aplikasi. Memahami keuntungan dan kerugian ini dan memilih dengan tepat dapat berarti perbedaan antara kekuatan dan daya tahan yang tidak maaf dan bagian yang retak atau berubah bentuk yang akan segera kehilangan kilatnya.

Kandungan karbon adalah perbedaan utama

Besi dan baja keduanya adalah logam ferrous yang terdiri terutama dari atom besi. Dalam manufaktur, namun, tidak begitu sederhana—ada banyak legas dan grade yang berbeda yang digunakan dalam produksi. Untuk memahami mereka, penting untuk membedakan antara besi yang digunakan dalam produk sehari-hari, dan elemen ilmiah besi (Fe). Besi elemen adalah bahan yang ditemukan di alam, biasanya dalam bentuk oksidasi yang memerlukan pemrosesan intensif yang disebut peleburan untuk diekstrak.

Besi elemen murni terlalu lunak untuk berguna dalam sebagian besar aplikasi. Ia menjadi lebih keras, dan oleh karena itu lebih berguna, saat dialloy, atau dicampur, dengan karbon. Padahal, komposisi karbon adalah perbedaan utama antara besi tuang dan baja. Besi tuang biasanya mengandung lebih dari 2 persen karbon, sementara baja tuang sering mengandung antara 0.1–0.5 persen karbon.

Karakteristik

Tabel berikut memberikan gambaran umum tentang kualitas setiap bahan. Sementara ada banyak jenis besi dan baja yang perlu dipertimbangkan, tabel ini difokuskan pada grey iron, cast iron, dan carbon steel.

Properti	Grey Iron	Ductile Iron	Baja
Machinability	★
Castability		★
Vibration Damping	★
Corrosion Resistance	★	★
Toughness			★
Brittleness	★
Compressive Strength		★
Tensile Strength			★
Hardness	★
Aplikasi	Blok mesin, kepala silinder, manifold, pemarang gas, blank gear, enclosure, housing, produk hardscape outdoor, wajan, kotak listrik, cetakan dekoratif, bagian kompor, beban	Bolcah, furnitur situs, knuckle pengarah, crankshaft, gear berat, komponen suspensi mobil dan truk, komponen hidrolik, pintu mobil	Bolcah, roda industri, gear cetakan, badan klep, mesin pertambangan, roda turbin listrik air, pres pabrik, frame kereta api, casing pompa, peralatan laut, casing mesin, truk berat, alat konstruksi

Castability

Sebagian besar orang belum pernah menemui besi atau baja dalam keadaan cair mereka—yang dapat dipahami, karena besi meleleh pada sekitar 2300˚F dan baja meleleh pada 2600˚F, dan keduanya dicurahkan ke dalam cetakan pada suhu yang bahkan lebih panas. Orang yang bekerja dengan besi dan baja cair dengan cepat menemukan bahwa mereka sangat berbeda dalam kemampuan curah dan tingkat penyusutan.

Besi tuang relatif mudah dicasting, karena mudah dicurah dan tidak menyusut sebanyak baja. Ini berarti ia akan dengan mudah mengisi rongga kompleks dalam cetakan dan memerlukan lebih sedikit bahan cair untuk melakukannya. Kemampuan alur ini membuat besi tuang menjadi logam yang ideal untuk struktur besi arsitektur atau hiasan seperti pagar dan bangku.

Mencurahkan baja jauh lebih sulit. Ia lebih kurang fluida daripada besi cair, dan lebih reaktif terhadap bahan cetakan. Ia juga menyusut lebih banyak saat pendingin, yang berarti lebih banyak bahan cair perlu dicurah—biasanya ke dalam reservoir berlebihan, yang disebut riser, yang cetakan ambil saat pendingin.

Cetak, namun, biasanya tidak pendingin secara merata di seluruh struktur internalnya. Area luar dan bagian yang lebih tipis akan pendingin dan menyusut pada tingkat yang berbeda dari area dalam dan bagian yang lebih besar—seringkali menciptakan tekanan internal, atau stres, yang hanya dapat diatasi melalui perlakuan panas. Baja jauh lebih rentan terhadap stres penyusutan daripada besi, dan dalam beberapa situasi, tegangannya dapat mengarah pada rongga internal dan/atau eksternal yang signifikan, dan pecahan yang mungkin terjadi.

Untuk alasan ini, baja tuang memerlukan lebih banyak perhatian dan inspeksi selama proses cetakan, membuat produksi lebih intensif sumber daya.

Machinability

Bergantung pada aplikasi akhir, bagian cetak mungkin perlu dimesin untuk mencapai toleransi tertentu, atau untuk menciptakan finishing yang diinginkan. Secara minimum, objek seperti gerbang dan pelarian perlu dipotong dan digosok.

Machinability adalah ukuran seberapa mudah suatu bahan untuk dipotong atau digosok; beberapa bahan lebih sulit untuk dimesin daripada yang lain. Sebagai generalisasi, logam dengan penambahan legas tinggi untuk meningkatkan performa mekanis memiliki machinability yang lebih rendah.

Besi tuang biasanya jauh lebih mudah dimesin daripada baja. Struktur grafit dalam besi tuang terlepas lebih mudah, dan dengan cara yang lebih seragam. Besi yang lebih keras, seperti besi putih, jauh lebih sulit dimesin karena kerapuhannya.

Baja tidak mudah dipotong dengan konsistensi yang sama, dan menyebabkan lebih banyak aus alat, mengarah pada biaya produksi yang lebih tinggi. Baja yang dikeras, atau yang memiliki kandungan karbon yang tinggi, juga meningkatkan aus alat. Lunaknya baja tidak selalu lebih baik, bagaimanapun—baja rendah karbon, meskipun lebih lunak, dapat menjadi lengket dan sulit dikerjakan.

Vibration damping

Properti damping harus dipertimbangkan saat memilih bahan cetak, karena kurangnya kemampuan damping dapat mengarah pada getaran berlebihan dan kebisingan, seperti dering atau deris. Bergantung pada di mana bahan digunakan, damping yang efektif dapat menghasilkan performa yang lebih kokoh dan dapat diandalkan.

Struktur grafit dalam besi tuang, terutama formasi irisan dalam besi abu-abu, sangat baik untuk menyerap getaran. Ini membuat besi tuang ideal untuk blok mesin, housing silinder, dan base mesin, dan aplikasi lain di mana kokoh dan presisi penting. Mengurangi getaran dapat meminimalkan stres dan mencegah aus pada bagian bergerak.

Compressive strength

Kekuatan tekan adalah kemampuan material untuk menahan gaya yang akan mengurangi ukuran objek. Ini berlawanan dengan gaya yang ditujukan untuk menarik material. Kekuatan tekan bermanfaat dalam aplikasi mekanis di mana tekanan dan kontainment adalah faktor. Biasanya, besi tuang memiliki kekuatan tekan yang lebih baik daripada baja.

Impact resistance

Sampai saat ini, mungkin tampak bahwa ada lebih banyak keuntungan dalam menggunakan besi tuang daripada baja, tetapi baja memiliki satu keuntungan yang signifikan: ketahanan dampak. Baja sangat baik dalam menahan dampak tiba-tiba tanpa merungkai, berubah bentuk, atau pecah. Ini karena ketawalan: kemampuannya untuk menahan gaya stres dan regangan tinggi.

Kekuatan tanpa duktibilitas menghasilkan material rapuh yang sangat rentan terhadap pecahan—dan besi tuang adalah contoh terbaik kekuatan tanpa duktibilitas. Karena kerapuhannya, besi tuang memiliki rentang aplikasi yang terbatas.

Di saat yang sama, duktibilitas tinggi, atau kemampuan untuk merubah bentuk tanpa kegagalan, tidak terlalu berguna tanpa kekuatan untuk menahan dampak yang signifikan. Karet getah, misalnya, dapat melalui deformasi yang signifikan tanpa pecah, tetapi jumlah gaya yang dapat ditahan sangat terbatas.

Sementara besi mungkin lebih mudah dikerjakan dalam sebagian besar aplikasi cetakan, baja memiliki campuran optimal antara kekuatan dan duktibilitas untuk banyak aplikasi, dan baja tuang sangat tahan. Kualitas tahan dampak dan sifat menahan beban secara menyeluruh dari baja membuatnya diinginkan untuk banyak aplikasi mekanis dan struktural—itulah mengapa baja adalah logam yang paling banyak digunakan di dunia.

Corrosion Resistance

Besi memiliki ketahanan korosi yang lebih baik daripada baja. Keduanya logam mengoksidasi dalam kehadiran kelembaban, tetapi besi mengembangkan patina untuk mencegah korosi dalam pada integritas logam. 

Cara lain untuk mencegah korosi adalah dengan cat atau bubuk coating, atau IronArmor untuk perlindungan tambahan. Setiap keropong atau retak yang membuka logam yang di bawah akan mengarah pada korosi, jadi pemeliharaan teratur penting untuk logam yang dilapisi. 

Jika ketahanan korosi sambil mempertahankan penampilan logam mentah berwarna perak adalah faktor penting, alloy steel kemungkinan merupakan pilihan yang lebih baik—spesifik stainless steels, yang memiliki chromium dan alloy lain yang ditambahkan untuk mencegah oksidasi.

Wear resistance

Besi tuang biasanya memiliki resistensi yang lebih baik terhadap aus mekanis daripada baja, terutama dalam situasi aus gesekan. Sejumlah kandungan grafit dalam matriks besi tuang menciptakan pelumas kering grafit yang memungkinkan permukaan padat untuk meluncur satu sama lain tanpa merusak kualitas permukaan, membuatnya lebih sulit untuk aus.

Baja aus lebih mudah daripada besi tetapi mungkin masih tahan terhadap beberapa jenis abrasi. Penambahan alloy tertentu juga dapat meningkatkan kualitas abrasi baja.

Cost

Besi tuang seringkali lebih murah daripada baja tuang karena biaya material, energi, dan tenaga kerja yang lebih rendah yang diperlukan untuk menghasilkan produk akhir. Besi mentah lebih mahal untuk dibeli, dan memerlukan lebih banyak waktu dan perhatian untuk dicasting. Namun, saat merancang produk cetak, layak untuk mempertimbangkan biaya penggunaan dan penggantian jangka panjang. Bagian yang lebih mahal untuk diproduksi dapat akhirnya lebih murah dalam jangka panjang.

Baja juga tersedia dalam banyak bentuk prefabricated—seperti lembar, batang, bar, tabung, dan balok—dan seringkali dapat dimesin atau dirakit untuk sesuai dengan aplikasi tertentu. Bergantung pada produk, dan jumlah yang diperlukan, fabrikasi produk baja yang ada mungkin merupakan opsi hemat biaya.

Different types of cast iron and cast steel

Kami telah membandingkan kualitas bentuk paling dasar dari besi tuang (besi abu-abu) dan baja tuang (baja ringan atau karbon), tetapi komposisi dan struktur fasa spesifik dari besi dan baja dapat sangat mempengaruhi properti mekanis. Misalnya, karbon dalam besi abu-abu standar berbentuk irisan grafit tajam, sementara besi ductile memiliki struktur grafit yang lebih bolak. Grafit irisan adalah apa yang membuat besi abu-abu rapuh, sementara partikel grafit bulat dalam besi ductile meningkatkan ketawalan—membuatnya lebih cocok untuk aplikasi tahan dampak.

Alloy dapat ditambahkan ke baik besi maupun baja untuk merancang properti yang diinginkan. Mangan, misalnya, meningkatkan ketawalan, sementara chromium meningkatkan ketahanan korosi. Perbedaan kandungan karbon juga apa yang membedakan antara baja rendah-, standar- dan tinggi-karbon—jumlah yang lebih tinggi membuat bahan yang jauh lebih keras.

Akhirnya, pilihan antara besi tuang dan baja tuang akan tergantung pada tipe dan aplikasi instalasi akhir.

Untuk informasi lebih lanjut tentang besi atau baja, atau untuk meminta penawaran untuk proyek kustom, silakan hubungi kami.

Sources

• American Foundry Society. "Machining Cast Iron Components". afsinc.org
• American Foundry Society. "Understanding Material Specifications for Steel Castings". afsinc.org
• Machine Design. "Cast Iron". machinedesign.com
• Nickel Institute. "Cast Irons & Cast Alloys". nickelinstitute.org
• Hosford, William F. Iron and Steel. Cambridge University Press. 2012.
• Woodford, Chris. "Iron and steel". explainthatstuff.com