Jenis-jenis Besi Tuang: Klasifikasi, Kelas & Aplikasi

Besi tuang adalah paduan besi-karbon dengan kandungan karbon mulai dari 2,5% hingga 4%, biasanya melebihi 2,11%. Besi cor terdiri dari beberapa komponen, termasuk besi, karbon, dan silikon, dan mungkin juga mengandung pengotor seperti mangan, belerang, dan fosfor, yang lebih banyak terdapat pada baja karbon.

Jenis-jenis besi tuang terutama diklasifikasikan berdasarkan bentuk karbon dan morfologi grafit yang ada. Berikut ini adalah jenis-jenis utama besi tuang:

Besi Cor Putih: Karbon terdapat dalam bentuk sementit (Fe3C), dan permukaan patahannya berwarna putih keperakan. Besi ini rapuh dan jarang digunakan sendiri. Besi tuang putih adalah produk antara untuk pembuatan besi tuang yang dapat ditempa, dan besi tuang dingin dengan lapisan permukaan besi tuang putih biasanya digunakan untuk gulungan.

Besi Cor Kelabu: Semua atau sebagian besar karbon ada dalam bentuk grafit, yang bersisik. Jenis besi ini memiliki aplikasi yang berbeda tergantung pada bentuk grafitnya, seperti besi tuang kelabu biasa (grafit serpihan) dan besi tuang vermicular (grafit seperti cacing).

Besi Tuang yang Dapat Ditempa: Grafit ada dalam bentuk flokulan, diperoleh dengan menganil besi tuang putih dengan komposisi tertentu pada suhu tinggi untuk waktu yang lama. Sifat mekanisnya, terutama ketangguhan dan plastisitas, lebih tinggi daripada besi cor kelabu.

Besi Tuang Ulet: Grafit ada dalam bentuk bulat, diperoleh dengan perlakuan spheroidizing sebelum menuangkan besi cair. Jenis besi ini tidak hanya memiliki sifat mekanik yang lebih tinggi daripada besi tuang kelabu dan besi tuang lunak, tetapi proses pembuatannya juga lebih sederhana daripada besi tuang lunak. Selain itu, sifat mekaniknya dapat ditingkatkan lebih lanjut melalui perlakuan panas.

Besi Tuang Vermicular: Grafit ada dalam bentuk seperti cacing, dan memiliki sifat mekanis dan pemrosesan yang baik.

Besi Cor Paduan: Untuk meningkatkan sifat mekanik atau fisik dan kimia besi tuang, sejumlah elemen paduan dapat ditambahkan untuk mendapatkan besi tuang paduan. Jenis besi ini mencakup berbagai besi cor paduan khusus yang tahan korosi, tahan panas, dan tahan aus.

Jenis-jenis besi cor

Menurut bentuk karbon yang berbeda

Menurut bentuk karbon yang berbeda dalam besi tuang, besi tuang dapat dibagi menjadi:

1. Besi cor putih

Pada besi tuang, karbon ada terutama sebagai sementit, dengan hanya sedikit yang terlarut dalam ferit.

Patahannya memiliki tampilan berwarna putih keperakan, oleh karena itu dikenal sebagai besi cor putih.

Saat ini, besi tuang putih terutama digunakan sebagai bahan baku dalam pembuatan baja dan sebagai bahan dasar untuk memproduksi besi tuang yang dapat ditempa.

2. Besi tuang abu-abu

Pada besi tuang, sebagian besar atau seluruh karbon ada sebagai grafit seperti serpihan, dan patahannya menampilkan warna abu-abu gelap. Akibatnya, ini disebut sebagai besi cor abu-abu.

3. Mbesi cor yang diikat

Pada besi tuang, sebagian karbon ada sebagai grafit, seperti halnya besi cor abu-abusedangkan bagian lainnya ada sebagai sementit bebas, mirip dengan besi tuang putih.

Hal ini menghasilkan permukaan patahan yang menampilkan bintik-bintik hitam dan putih, sehingga diberi nama "besi cor berbintik-bintik."

Sayangnya, besi cor jenis ini juga keras dan rapuh, sehingga jarang digunakan dalam aplikasi industri.

Menurut bentuk grafit yang berbeda

Menurut bentuk grafit yang berbeda dalam besi tuang, besi tuang dapat dibagi menjadi:

1. Besi Tuang Abu-abu

Pada besi cor kelabu, karbon ada dalam bentuk grafit seperti serpihan.

2. Besi Tuang yang Dapat Ditempa

Besi tuang yang dapat ditempa diperoleh dengan anil besi tuang putih dengan komposisi tertentu pada suhu tinggi untuk waktu yang lama. Hasilnya, karbon dalam besi tuang yang dapat ditempa ada dalam bentuk flokulan.

Jenis besi tuang ini memiliki sifat mekanis yang lebih baik, terutama dalam hal ketangguhan dan plastisitas, dibandingkan dengan besi tuang kelabu, oleh karena itu dinamakan "besi tuang yang dapat ditempa."

3. Besi ulet

Pada besi tuang, karbon ada dalam bentuk grafit bulat.

Hal ini dicapai melalui perawatan spheroidizing sebelum proses pengecoran.

Jenis besi tuang ini memiliki sifat mekanis yang unggul dibandingkan dengan besi tuang kelabu dan besi tuang lunak. Selain itu, proses produksinya lebih sederhana dibandingkan dengan besi tuang lunak, dan sifat mekanisnya dapat ditingkatkan lebih lanjut melalui perlakuan panas. Sebagai hasilnya, penggunaannya dalam produksi menjadi semakin meluas.

Klasifikasi dan penunjukan besi tuang

Besi tuang adalah paduan besi-karbon yang mengandung lebih dari 2.1% karbon.

Produk ini diproduksi dengan melebur ulang besi tuang (komponen besi tuang pembuatan baja) di dalam tungku, dan menyesuaikan komposisinya dengan menambahkan ferroalloy, baja bekas, dan besi daur ulang.

Perbedaan utama antara besi tuang dan besi tuang adalah besi tuang mengalami langkah pemrosesan sekunder, dan sebagian besar dilemparkan ke dalam coran besi.

Coran besi memiliki sifat pengecoran yang sangat baik dan dapat dibentuk menjadi bentuk yang kompleks. Mereka juga memiliki kemampuan mesin yang baik dan dikenal karena ketahanannya terhadap keausan dan penyerapan guncangan, serta biayanya yang rendah.

Penunjukan besi tuang: (menurut GB5612-85)

Kode besi cor terdiri dari huruf pertama alfabet Cina, yang menunjukkan karakteristik spesifiknya.

Jika dua nama besi tuang memiliki huruf kode yang sama, keduanya dapat dibedakan dengan menambahkan huruf kecil setelah huruf kapital.

Untuk besi tuang dengan nama yang sama yang memerlukan klasifikasi lebih lanjut, huruf pertama dari Pinyin Cina yang mewakili karakteristik subkelasnya ditambahkan di bagian akhir.

Deskripsi nama, kode, dan merek besi tuang:

Catatan: Serangkaian angka yang mengikuti kode dalam kelas menunjukkan nilai kekuatan tarik.

Dalam kasus di mana terdapat dua set angka, set pertama mewakili nilai kekuatan tarik, dan set kedua mewakili nilai perpanjangan.

Kedua set angka ini dipisahkan oleh "satu".

Elemen paduan direpresentasikan menggunakan simbol elemen internasional. Jika konten sama dengan atau lebih besar dari 1%, konten tersebut direpresentasikan sebagai bilangan bulat. Jika isinya kurang dari 1%, biasanya tidak ditunjukkan.

Unsur-unsur umum seperti C, Si, Mn, S, dan P biasanya tidak ditandai. Simbol elemen dan kandungannya hanya ditandai jika memiliki tujuan tertentu.

Penggunaan berbagai macam besi tuang

Besi cor putih

Pada besi tuang putih, semua karbon ada dalam bentuk karbon yang meresap (Fe3C), sehingga menghasilkan permukaan patahan yang berwarna putih cerah.

Karena itu, ini disebut sebagai besi cor putih.

Namun, karena tingginya konsentrasi Fe3C yang keras dan rapuh, besi tuang putih memiliki tingkat kekerasan yang tinggi tetapi juga sangat rapuh dan sulit untuk diproses.

Akibatnya, ini tidak umum digunakan secara langsung dalam aplikasi industri, kecuali untuk beberapa aplikasi yang membutuhkan ketahanan aus tanpa benturan, seperti wire drawing dies dan bola besi untuk ball mill.

Sebaliknya, ini terutama digunakan sebagai bahan baku untuk pembuatan baja dan produksi besi tuang yang dapat ditempa.

Besi tuang abu-abu

Pada besi tuang, sebagian besar atau seluruh karbon ada dalam bentuk grafit seperti lembaran dalam keadaan bebas, sehingga menghasilkan permukaan patahan yang berwarna abu-abu.

Besi cor kelabu memiliki sifat pengecoran yang baik, mudah dikerjakan dengan mesin, memiliki ketahanan aus yang baik, proses peleburan dan pengelompokan yang sederhana, dan biaya yang rendah, sehingga banyak digunakan untuk produksi coran dengan struktur yang rumit dan komponen yang tahan aus.

Besi cor kelabu dapat dibagi menjadi besi cor kelabu berbasis ferit, besi cor kelabu berbasis perlit-ferit, dan besi cor kelabu berbasis perlit berdasarkan struktur matriksnya.

Karena adanya grafit seperti serpihan, besi cor kelabu memiliki kepadatan, kekuatan, kekerasan, serta plastisitas dan ketangguhan yang rendah.

Keberadaan grafit ini mirip dengan adanya banyak takik kecil pada substrat baja, yang mengurangi area bantalan dan meningkatkan jumlah retakan, sehingga menghasilkan kekuatan yang rendah dan ketangguhan yang buruk pada besi tuang kelabu, serta membuatnya tidak cocok untuk pemrosesan tekanan.

Untuk meningkatkan sifat-sifatnya, inokulan tertentu seperti ferrosilikon dan kalsium silikat ditambahkan ke dalam besi cair sebelum pengecoran untuk memperbaiki matriks perlit.

Mbesi yang dapat disembuhkan

Besi lunak dibuat dari bahan dasar besi tuang putih yang dicetak dari paduan besi-karbon dengan kandungan karbon dan silikon yang rendah. Setelah mengalami suhu tinggi jangka panjang anilsementit terurai menjadi kelompok grafit flokulan, menghasilkan jenis besi tuang putih yang tergrafitisasi.

Besi tuang lunak dapat dibagi menjadi dua jenis berdasarkan struktur mikronya setelah perlakuan panas: besi tuang lunak inti hitam dan besi tuang lunak pearlescent. Struktur besi tuang lunak inti hitam terutama berbasis ferit (F) dengan grafit flokulan, sedangkan struktur besi tuang lunak mutiara terutama matriks mutiara (P) dengan grafit flokulan.

Jenis ketiga adalah besi tuang lunak inti putih, yang memiliki struktur yang bergantung pada ukuran bagian. Untuk bagian kecil, matriksnya adalah ferit, sedangkan untuk bagian yang lebih besar, area permukaannya adalah ferit dengan bagian tengahnya adalah perlit dan karbon anil.

Besi tuang inokulasi diproduksi ketika grafit menjadi halus dan merata setelah perlakuan inokulasi.

Besi ulet

Sebelum menuangkan besi cair (besi kasar nodular), zat spheroidizing, yang biasanya terbuat dari ferrosilikon atau magnesium, ditambahkan untuk membuat sferoidisasi grafit di dalam besi tuang. Penambahan zat spheroidizing sangat meningkatkan kekuatan tarik, kekuatan luluhplastisitas, dan ketangguhan impak dari besi cor nodular. Hal ini karena karbon (grafit) dalam matriks besi tuang ada dalam bentuk bulat, sehingga meningkatkan efek pemisahannya pada matriks.

Besi cor nodular memiliki beberapa keunggulan, termasuk ketahanan aus, penyerapan goncangan, kinerja proses yang baik, dan biaya rendah. Keunggulan ini telah menyebabkan penggunaannya secara luas dalam menggantikan besi tuang yang dapat ditempa, serta beberapa baja tuang dan komponen baja tempa, seperti poros engkol, batang penghubung, gulungan, dan as roda belakang mobil.

Bagaimana elemen paduan meningkatkan kinerja besi cor?

Elemen paduan yang umum dalam besi tuang paduan meliputi silikon, mangan, fosfor, nikel, kromium, molibdenum, tembaga, aluminium, boron, vanadium, titanium, antimon, dan timah. Elemen-elemen ini meningkatkan kinerja besi tuang melalui berbagai mekanisme:

• Silikon (Si): Sebagai elemen yang bermanfaat, ini mendorong grafitisasi, meningkatkan sifat mekanis dan ketahanan aus coran.
• Mangan (Mn): Ini memperhalus struktur butiran, sehingga meningkatkan sifat mekanis.
• Fosfor (P) dan Sulfur (S): Meskipun biasanya dianggap sebagai kotoran, mereka dapat meningkatkan kemampuan mesin dalam keadaan tertentu.
• Unsur-unsur paduan lainnya seperti Nikel (Ni), Kromium (Cr), Molibdenum (Mo), Tembaga (Cu), Aluminium (Al), Vanadium (V), Titanium (Ti), Antimon (Sb), dan Timah (Sn): Penambahan elemen-elemen ini secara signifikan meningkatkan kekuatan, kekerasan, ketahanan aus, ketahanan oksidasi, dan ketahanan korosi besi cor.

Selain itu, penyertaan elemen paduan dapat mengubah struktur internal besi tuang, yang mengarah pada perubahan fasa baru, sehingga meningkatkan kinerja prosesnya, seperti termoplastisitas, deformabilitas dingin, kemampuan mesin, kemampuan pengerasan, dan kemampuan las. Sebagai contoh, silikon dan karbon bersama-sama mendorong grafitisasi, meningkatkan kekompakan dan ketangguhan coran, mengurangi kecenderungan terjadinya white mouth, menstabilkan austenit, dan memurnikan grafit dan perlit.

Dengan meningkatkan sifat mekanis, ketahanan aus, ketahanan oksidasi, dan ketahanan korosi besi cor, elemen paduan meningkatkan kinerja keseluruhan besi cor paduan.

Apa saja aplikasi terperinci dan karakteristik kinerja besi cor putih pada besi cor?

Besi tuang putih, dinamai demikian karena permukaan patahannya yang berwarna putih keperakan, adalah jenis besi tuang yang tidak mengendapkan grafit selama proses kristalisasi. Besi tuang jenis ini memiliki jumlah sementit bebas yang tinggi dalam strukturnya, sehingga menghasilkan kekerasan yang tinggi (umumnya di atas HB500), tetapi juga sangat rapuh. Karena kekerasan dan ketahanan ausnya yang tinggi, serta harganya yang murah, besi tuang putih merupakan pilihan yang tepat untuk aplikasi tahan aus, meskipun dianggap terlalu rapuh untuk banyak komponen struktural.

Bidang aplikasi utama besi tuang putih meliputi komponen tahan aus seperti alat pertanian, bola gerinda, komponen pabrik batu bara, bilah mesin peledakan, komponen pompa lumpur, pipa pasir pengecoran, dan lapisan luar gulungan pengerolan keras yang dingin. Selain itu, digunakan sebagai bahan baku pembuatan baja dan blanko untuk memproduksi besi tuang lunak. Secara khusus, besi tuang putih tungsten mangan dan besi tuang putih kromium tungsten masing-masing digunakan untuk komponen yang membutuhkan pemesinan mekanis dan kondisi dengan beban benturan besar, keausan abrasif tegangan rendah, dan keausan abrasif gerinda tegangan tinggi.

Dari segi karakteristik performa, besi cor putih bersifat keras dan rapuh, tidak mudah dikerjakan dengan mesin, dan jarang digunakan secara langsung untuk pengecoran komponen. Karbonnya seluruhnya berada dalam bentuk sementit (Fe3C), sehingga memiliki sifat mekanik yang lebih tinggi daripada besi cor kelabu dan besi cor lunak, dan proses produksinya relatif sederhana. Namun, karena kerapuhannya, besi cor putih tidak dapat menahan pekerjaan dingin atau panas dan hanya dapat digunakan secara langsung dalam kondisi pengecoran.

Besi cor putih, dengan kekerasan dan ketahanan aus yang tinggi, memainkan peran penting dalam skenario aplikasi tertentu, meskipun kerapuhannya membatasi aplikasinya dalam rentang yang lebih luas.

Apa perbedaan spesifik dalam sifat mekanis antara besi abu-abu dan besi lunak?

Perbedaan spesifik dalam sifat mekanis antara besi abu-abu dan besi lunak terutama tercermin dalam aspek-aspek berikut:

Morfologi grafit: Grafit pada besi abu-abu berbentuk serpihan, sedangkan grafit pada besi lunak berbentuk seperti cacing. Perbedaan morfologi grafit ini menyebabkan perbedaan sifat mekanisnya. Grafit serpihan memberikan tingkat kerapuhan tertentu pada besi kelabu, sedangkan grafit seperti cacing membantu meningkatkan ketangguhan material.

Sifat mekanis: Karena perbedaan morfologi grafit, sifat mekanik besi lunak biasanya lebih unggul daripada besi abu-abu. Sifat mekanik besi lunak terletak di antara besi ulet dan besi abu-abu, yang berarti lebih kuat dari besi abu-abu, tetapi tidak sekuat besi ulet.

Kinerja pengecoran: Performa pengecoran besi lunak berada di antara besi kelabu dan besi ulet. Hal ini menunjukkan bahwa besi lunak memiliki kemampuan beradaptasi dan fleksibilitas yang baik dalam proses pengecoran, yang mampu memenuhi tuntutan skenario aplikasi yang berbeda.

Sensitivitas terhadap komposisi kimia: Dibandingkan dengan besi kelabu, besi lunak memiliki dampak yang lebih kecil terhadap sifat mekanis ketika kandungan karbon dan silikon berubah dari hipoeutektik ke eutektik. Hal ini menyiratkan bahwa besi lunak memiliki fleksibilitas yang lebih besar dalam menyesuaikan komposisi kimianya untuk mengoptimalkan kinerjanya.

Kemampuan perlakuan panas: Besi lunak dapat menjalani berbagai perlakuan panas, termasuk pendinginan isotermal, yang memberikan kemungkinan untuk lebih meningkatkan sifat mekaniknya melalui perlakuan panas.

Bagaimana dampak proses anil pada sifat mekanis besi cor yang dapat ditempa diukur?

Pengaruh proses anil pada sifat mekanis besi cor yang dapat ditempa dapat diukur dengan cara berikut:

Peningkatan kekuatan dan plastisitas: Melalui perlakuan anil grafitisasi, besi tuang lunak dapat mencapai kekuatan, plastisitas, dan ketangguhan benturan yang lebih tinggi, yang memungkinkannya untuk menggantikan baja karbon sampai batas tertentu. Dibandingkan dengan besi cor kelabu, besi cor lunak memiliki kekuatan dan plastisitas yang lebih baik, terutama performa benturan pada suhu rendah.

Peningkatan ketahanan aus dan peredaman getaran: Ketahanan aus dan peredaman getaran dari besi tuang yang dapat ditempa melampaui baja karbon biasa, sebagai hasil dari struktur mikro dan komposisi kimianya yang spesifik. Pengoptimalan selama proses anil dapat lebih meningkatkan sifat-sifat ini.

Memperpendek siklus produksi dan mengurangi konsumsi energi: Perbaikan dalam proses anil, seperti menyesuaikan kandungan karbon dan silikon serta menambahkan elemen seperti bismut, boron, dan aluminium untuk perlakuan modifikasi, tidak hanya dapat memperpendek siklus anil, tetapi juga meningkatkan tingkat kualifikasi produk tanpa mengorbankan performa mekanis. Selain itu, penelitian tentang proses anil cepat telah mengindikasikan bahwa mengoptimalkan kondisi anil dapat secara efektif mengurangi konsumsi energi dan pencemaran lingkungan.

Peningkatan derajat grafitisasi: Selama proses anil, sementit eutektik pada besi tuang putih mengalami grafitisasi, sebuah proses yang sangat penting untuk meningkatkan ketangguhan dan plastisitas besi tuang yang mudah dibentuk. Mengoptimalkan proses anil grafitisasi membantu meningkatkan sifat mekanik dari pengecoran.

Peningkatan ketangguhan retak: Proses perlakuan pemanasan awal dan struktur mikronya memiliki pengaruh yang signifikan terhadap ketangguhan patah pada besi tuang yang dapat ditempa. Dengan mengoptimalkan waktu anil dan parameter proses terkait lainnya, ketangguhan patah besi tuang yang dapat ditempa dapat ditingkatkan secara efektif, yang sangat penting untuk meningkatkan masa pakai dan keandalannya.

Bagaimana proses perawatan spheroidizing besi ulet dan peran spesifiknya dalam meningkatkan sifat mekanik?

Proses perlakuan spheroidizing besi ulet terutama meliputi spheroidizing dan inokulasi, yang melaluinya grafit bulat diperoleh. Metode perawatan ini secara efektif mengurangi efek rekahan grafit pada matriks, yang secara signifikan meningkatkan sifat mekanik besi tuang, termasuk plastisitas, ketangguhan, dan kekuatan. Secara khusus, perlakuan spheroidizing memungkinkan grafit berada dalam bentuk bola di dalam besi tuang. Struktur ini, dibandingkan dengan grafit serpihan atau flokulan tradisional, lebih kondusif untuk mengurangi konsentrasi tegangan di dalam material, sehingga meningkatkan kinerja secara keseluruhan.

Peran spesifik dari perlakuan spheroidizing terletak pada peningkatan struktur mikro besi tuang, yang mengarah pada distribusi grafit yang lebih seragam, dan mengurangi risiko retak dan patah yang disebabkan oleh konsentrasi tegangan selama penggunaan. Selain itu, keberadaan grafit bulat meningkatkan ketahanan aus dan peredaman getaran pada besi tuang, yang sangat penting untuk aplikasi yang perlu menahan beban tinggi dan kondisi tegangan yang kompleks. Misalnya, pada komponen seperti poros engkol mesin listrik, besi ulet banyak digunakan karena sifatnya yang sangat komprehensif.

Proses perlakuan spheroidizing pada besi ulet, dengan mengubah bentuk grafit, tidak hanya meningkatkan plastisitas, ketangguhan, dan kekuatan besi tuang, tetapi juga membantu meningkatkan ketahanan aus dan peredaman getarannya, sehingga meningkatkan kinerja mekanis sampai batas tertentu. Peningkatan ini menjadikan besi ulet sebagai material dengan kekuatan tinggi, ketangguhan yang baik, dan plastisitas. Performanya yang komprehensif mendekati baja, sehingga cocok untuk berbagai aplikasi teknik yang membutuhkan tegangan kompleks, kekuatan tinggi, dan ketangguhan yang baik.