Besi Tuang: Sifat Utama, Jenis, dan Aplikasi Praktis
Apa itu Besi Tuang ?
Besi tuang adalah leguran besi yang mengandung 2 hingga 4% karbon, serta jumlah yang bervariasi silikon dan mangan dan jejak kotoran seperti sulfur dan fosfor. Bijih besi direduksi dalam blast furnace untuk memproduksinya.
Karbon dalam besi tuang biasanya ada dalam dua bentuk yang terkait bersama
(1 ) Sebagai senyawa cementite yaitu dalam keadaan kombinasi kimia dan besi dikenal sebagai besi tuang putih, dan
(2) Sebagai karbon bebas , yaitu, dalam keadaan campuran mekanis. Karbon dalam bentuk pertama disebut “karbon terikat“, dan dalam bentuk kedua disebut besi tuang abu-abu.
Tahap perantara antara kedua jenis besi ini menunjukkan patch abu-abu dalam struktur putih. Besi ini disebut besi mottled.
Besi tuang mottled (MCI) adalah bahan yang digunakan dalam pabrik rolling terutama di stand pabrik terakhir, karena kombinasi resistensi, konduktivitas termal, dan modul elastis yang tinggi. Dalam MCI area mikrostruktur besi tuang putih dan besi tuang abu-abu merupakan hasil dari solidifikasi.
Kualitas besi tuang tergantung tidak hanya pada jumlah absolut karbon yang terkandung, tetapi juga pada kondisi di mana karbon tersebut ada. Variasi besi tuang yang umum digunakan adalah :
Jenis Besi Tuang
Variasi besi tuang yang umum digunakan adalah:-
- Besi tuang abu-abu
- Besi tuang putih
- Besi tuang taul
- Besi tuang nodular
- Besi tuang chilled
- Besi tuang leguran
- Besi tuang Meehanite
1. Besi Tuang Abu-abu
Ini diperoleh dengan membiarkan logam cair didinginkan dan menyeku secara perlahan. Pada penyekuan , besi mengandung sebagian besar karbon dalam bentuk flakes grafit.
Besi tuang abu-abu mengandung jumlah besar karbon dan jumlah relatif kecil elemen lain, misalnya, silikon fosfor, Sulfur, dan mangan .
Ia menunjukkan struktur kristal abu-abu granular yang kusam dan cahaya kuat akan memberikan efek bersinar karena refleksi flakes grafit bebas. Kehadiran grafit bebas ini juga terlihat saat mengasah atau memesin besi tuang karena membuat tangan hitam.
Besi tuang ini rapuh dan mudah pecah jika palu berat digunakan. Kekuatan besi jauh lebih besar dalam kompresi daripada dalam tarik. Kekuatan tarik akhir besi tuang bervariasi antara 12 hingga 13 kgf per mm2 (120 hingga 300 Newton per mm²) dan bergantung pada komposisi besi. Dalam kompresi, besi tuang abu-abu akan menahan sekitar 60 hingga 75 kgf per mm? (600 hingga 750 Newton per mm2) sebelum retak, sementara dalam geser kekuatannya sekitar 15 hingga 22 kgf per mm2 (150 hingga 225 Newton per mm2). Kekerasan berkisar dari 150 hingga 240 BHN. manfaat utama untuk penggunaannya adalah : (1) harganya murah, (2)
Suhu lelehnya rendah (1.150°C hingga 1.200°C), dan kelincahan saat dalam kondisi cair, dan (3) mudah dipesin. Sifat baik lainnya dari besi tuang adalah bahwa grafit bebas dalam strukturnya tampaknya bertindak sebagai pelumas, dan saat geser mesin besar dibuat darinya gerakan yang sangat bebas diperoleh. Analisis kelincahan besi memungkinkannya digunakan luas untuk membuat cetakan bagian dengan bentuk yang rumit dan dalam hampir semua bentuk besi tuang.
2. Besi Tuang Putih
Besi tuang putih mengandung karbon secara eksklusif dalam bentuk cementite (karbida besi). Ini diperoleh oleh kehadiran jumlah relatif besar mangan, jumlah sangat kecil silikon, dan pendinginan cepat. Laju pendinginan biasa dalam pasir menghasilkan grafit bebas sementara pendinginan cepat membantu menghasilkan cementite. Selain itu, mangan mendorong pembentukan karbida. Komposisi kimia perkiraan besi tuang putih diberikan dalam Tabel 4.2.
Besi tuang putih sangat keras (kekerasan berkisar dari 400 hingga 600 BHN) dan rapuh, dan permukaan retaknya memiliki tampilan logam perak. Dari sudut pandang teknik, besi tuang putih memiliki aplikasi terbatas. Ini disebabkan oleh kesulitan pemesinan dan memiliki, secara umum, kemampuan pemrosesan mekanis yang relatif buruk. Jenis besi ini banyak digunakan untuk memproduksi besi taul. Besi tuang putih juga dicetak sebagai bahan perantara untuk membuat besi tuang taul. Besi tuang putih tidak karat seberapa besi tuang abu-abu.
3. Besi Tuang Taul
Besi tuang biasa keras dan rapuh. Ini, oleh karena itu, tidak cocok untuk artikel yang tipis, ringan dan tunduk pada kejutan dan getaran atau untuk cetakan kecil yang digunakan dalam berbagai komponen mesin.
Penerapan istilah ‘taul‘ pada cetakan adalah sebenarnya salah nama karena mereka tidak begitu taul ketika dibandingkan dengan standar taul. Namun, jika dibandingkan dengan cetakan besi abu-abu, yang cukup rapuh, cetakan taul memang memiliki tingkat ketahanan, dan ini mungkin sebabnya mereka diberi nama tersebut.
Cetakan taul pertama dibuat dari besi yang semua karbonnya dalam bentuk terikat, yaitu, dari besi tuang putih. Dua metode kemudian digunakan untuk memutihkan cetakan: (1) White heart, dan (2) Black heart. Nama-nama merujuk pada warna retakan yang diberikan oleh cetakan yang dihasilkan oleh setiap metode. Komposisi kimia perkiraan untuk kedua variasi diberikan dalam Tabel 4.3.
4. Besi Tuang Duktile
Besi tuang grafit spheroidal, juga disebut besi tuang nodular, adalah grade yang lebih tinggi karena grafit tidak tersedot dalam bentuk flakes tetapi dalam bentuk spheroids. Ini dapat dicapai dengan berbagai metode, misalnya, dengan penambahan salah satu elemen berikut: magnesium, cerium, kalsium, bismut, seng, kadmium, titanium atau boron.
Ferro-silicon juga digunakan sebagai inokulan. Besi tuang spheroidal dapat diproduksi dalam bagian yang lebih tebal daripada yang dihasilkan oleh besi tuang taul. Karakteristik unggul besi tuang spheroidal adalah kelincahan tinggi, yang memungkinkan cetakan bentuk yang rumit, dan kombinasi yang sangat baik antara kekuatan dan duktilitas. Kekuatan tarik besi ini sekitar 33 kgf per mm2 (330 Newton pet mm). Material ini juga dikenal sebagai besi tuang duktile.
Besi tuang spheroidal banyak digunakan dalam bagian cetakan di mana ketepadatan dan ketahanan tekanan adalah kualitas yang sangat diinginkan. Mereka meliputi silinder hidrolik, klep, pipa dan pemasang pipa, kepala silinder untuk kompresor dan mesin diesel. Rolls untuk pabrik rolling dan banyak bagian cetakan sentrifugal juga terbuat dari besi tuang spheroidal.
5. Besi Tuang Chilled
Pendinginan cepat disebut “chilling” dan besi yang dihasilkan adalah “besi chilled”. Semua cetakan chilled di permukaan luarnya dengan kontak dengan pasir dingin dalam cetakan. Karena besi tuang memiliki konduktivitas termal yang lebih tinggi daripada pasir, bagian chilled dari cetakan mengalami solidifikasi dan pendinginan cepat dan, dengan demikian menghasilkan permukaan keras. Namun kekerasan ini hanya menembus sekitar 1 hingga 2 mm kedalaman.
Kadang-kadang sebuah cetakan sengaja di-chill dan kadang-kadang secara tidak sengaja menjadi chilled hingga kedalaman kecil. Pendinginan sengaja dilakukan dengan menggunakan besi tuang alih-alih pasir untuk bagian-bagian cetakan di mana diperlukan permukaan keras. Ketika ini disentuh oleh logam cair, permukaannya tiba-tiba didinginkan dan berubah menjadi besi tuang putih. Dengan cetakan chill, cetakan permanen yang dibuat dengan baja tahan panas atau besi tuang dengan grafit flakes digunakan.
Chills digunakan pada cetakan tempat beberapa bagian diperlukan untuk memiliki kekerasan besi tuang putih, sementara yang lain diperlukan untuk memiliki inti yang relatif lunak dan tahan dari besi tuang abu-abu.
6. Besi Tuang Leguran
Besi tuang leguran telah dikembangkan dalam beberapa tahun terakhir untuk mengatasi beberapa kekurangan bawaan besi tuang biasa dan untuk memberikan kualitas yang lebih cocok untuk tujuan khusus. Penambahan nikel, kromium, molibdenum, titanium, silikon, tembaga dan elemen legur lainnya memberikan sifat khusus pada besi tuang ini.
Penggunaan 1 atau 2 persen nikel pada besi tuang berkualitas baik menawarkan cara sederhana dan efektif untuk meningkatkan sifat besi tuang ini.
Penggunaan 1 hingga 2 persen nikel pada besi tuang berkualitas baik menawarkan cara sederhana dan efektif untuk meningkatkan sifat dan pelayanan yang diberikan oleh cetakan besi tuang. Ini memastikan kemesinan dan keseragaman struktur besi tuang. Dengan penggunaan nikel sebesar 25 persen, umur yang ditingkatkan juga dapat diperoleh pada bagian yang tunduk pada aus abrasif.
7. Besi Tuang Meehanite
Silinder atau pelapis silinder semua ukuran dari yang terkecil hingga yang terbesar memberikan contoh unggul. Besi tuang nikel juga digunakan untuk menahan korosi kaustik. Untuk alasan ini, banyak digunakan untuk membuat pot kaustik, pipa dan cetakan lainnya yang bersentuhan dengan cairan kaustik.
Penambahan hanya 1 persen nikel memberikan manfaat menyeluruh untuk tujuan ini. Faktor paling menonjol untuk penggunaan nikel dalam besi tuang adalah untuk mendapatkan ketepadatan dan ketahanan tekanan dalam cetakan dengan bagian yang besar dan bervariasi. Ini telah mengarah pada penerapan besi tuang nikel untuk banyak bagian mesin uap dan hidrolik, kompresor dan mesin pembakaran dalam.
Di mana peningkatan kualitas penahanan aus sangat penting, penambahan kromium bersama dengan nikel seringkali ditemukan berguna. Besi tuang leguran dengan cara ini banyak digunakan untuk pompa semua jenis di mana aus gesekan, serta aus erosi, harus dipertimbangkan. Besi tuang leguran yang mengandung 10 hingga 30 persen kromium dan 1 hingga 3 persen total karbon, juga menunjukkan tingkat resistensi panas yang tinggi digabungkan dengan kekuatan pada suhu tinggi.
Besi tuang leguran dengan 10 persen nikel dan 6 persen mangan menjadi non-magnetik. Besi tuang non-magnetik khusus yang dipatenkan dikenal dengan nama “Nomag”.
BESI TUANG MEEHANITE
Besi tuang, di mana logam telah diperlakukan dengan kalsium silisida, dikenal dengan nama dagang meehanite. Kalsium silisida bertindak sebagai grafitiser dan menghasilkan struktur grafit halus memberikan besi tuang dengan sifat mekanis yang sangat baik. Kualitas tinggi besi tuang meehanite, namun, tidak sepenuhnya karena penggunaan kalsium silisida tetapi juga karena kontrol hati-hati semua faktor yang terlibat dalam peleburan besi dalam bakaran cupola atau listrik dan dalam pencetakan cetakan. Sangat sedikit kalsium silisida yang tersisa dalam besi setelah penyekuan.
Logam yang digunakan rendah dalam silikon, moderat rendah dalam karbon yang terbatas, sekitar 2,5 hingga 3 persen. Biasanya ini akan putih jika dicetak, tetapi grafitising dengan sistem kontrol meehanite menyediakan berbagai material untuk memenuhi persyaratan luas industri teknik.
Ada secara keseluruhan lebih dari dua puluh enam jenis logam meehanite yang tersedia saat ini di bawah lima klasifikasi luas : (a) teknik umum, (b) tahan panas, (c)tahan aus, (d) tahan korosi, (e) tipe ‘S’ nodular ‘.
Semua besi tuang meehanite memiliki kekuatan, ketahanan, duktilitas, dan kemesinan yang tinggi. Mereka berpendapat untuk menghubungkan celah antara besi tuang biasa dan baja. Cetakan berat dari 500 hingga 6.000 kg. Logamnya berbutir halus dan menunjukkan angka Brinell 200 hingga 210. a
Besi tuang meehanite merespons perlakuan panas berbeda dengan besi tuang abu-abu biasa dan dapat diperlakukan keras sepenuhnya atau pada permukaan. Ini juga dapat diperkuat dengan perlakuan yang sesuai untuk digunakan untuk cetakan mesin perkakas.
Produksi Besi Tuang
Besi tuang dibuat dari besi mentah, yang merupakan hasil samping dari peleburan bijih besi dalam blast furnace. Besi tuang dapat dibuat langsung dari besi mentah cair atau dengan mencairkan kembali besi mentah, sering dengan jumlah besar besi, baja, batu kapur, karbon (kokas), dan berbagai langkah untuk menghilangkan kontaminan yang tidak diinginkan. Fosfor dan sulfur dapat dibakar dari besi cair, tetapi ini juga membakar karbon, yang harus diganti. Kandungan karbon dan silikon disesuaikan dengan tingkat yang diinginkan, yang dapat berkisar dari 2–3,5 % dan 1–3 %, masing-masing, tergantung pada aplikasi. Elemen lain kemudian dapat ditambahkan ke leleh jika diinginkan sebelum mencetak bentuk akhir.
Besi tuang kadang-kadang dilebur dalam jenis blast furnace khusus yang dikenal sebagai cupola, tetapi lebih sering dilebur dalam bakaran induksi listrik atau bakaran arc listrik dalam aplikasi modern. Besi tuang cair dituang ke dalam bakaran tong atau tong setelah proses peleburan selesai.
