TUGAS MATERIAL TEKNIK
PROSES PEMBUATAN BESI COR PUTIH,BESI COR NODULER,BESI COR MALLEABEL,BESI COR KELABU
NAMA
: ADVENT MANURUNG
NIM
: 03101005075 03101005075
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TENIK UNIVERSITAS SRIWIJAYA 2010/2011
BESI COR Besi cor ( cast iron ) adalah campuran antara besi dan karbon yang berisi beberapa unsur lain seperti Si, Mn, S, dan P kandungan karbon tinggi sehingga besi cor bersifat rapuh dan tidak dapat ditempa. Besi cor mempunyai sifat fisis atau mekanis yang berbeda-beda, hal ini dipengaruhi oleh unsur paduan yang terkandung di dalamnya. Kandungan karbon dalam besi cor antara 2% - 6,6% tetapi yang dibuat dalam perdagangan antara 2,5% - 4%. Jenis-jenis utama dari besi tuang dapatkita bagi ke d alam : 1. Besi tuang kelabu (besi cor) 2. Besi tuang putih 3. Besi tuang yang dapat ditempa(malleable) 4. Besi tuang nodular Besi tuang kelabu atau besi cor (FC) adalah jenis material yang sering digunakan oleh manusia untuk menunjang kehidupannya. Besi cor adalah besi (Fe) yang mengandung unsur pospor. Keunggulan besi cor adalah proses pembuatan yang mudah dan murah serta penggunaan peralatannya cukup sederhana. Untuk memperoleh besi tuang kelabu sebagai dasarnya digunakan besi kasar kelabu. Besi kasar kelabu mempunyai kadar silisium tinggi (0,5 hingga 1,5 %) dan kadar mangan yang rendah. Oleh karena itu pembentukan zat arang bebas meningkat. Besi tuang kelabu setelah pendinginan mengandung grafit, grafit muncul sebagai pelat-pelat tipis dalam besi tuang. Pelat-pelat ti pis inilah yang kita sebut dengan lamel. Dan lamel inilah yang sifatnya getas (mudah retak atau pecah) jika kena pukulan impak (pukulan tiba-tiba) maupun beban lentur, akibat dari grafit atau lamel. Material logam yang dibentuk melalui proses pengecoran harus diketahui karakteristik seperti sifat mekanik, fisik, komposisi kimia, bentuk sel satuan dan lainnya. Logam cor adalah suatu logam yang memiliki karakteristik khusus yang baik untuk dilakukan proses pembentukan melalui proses pengecoran, besi cor merupakan salah satu logam cor yang dapat dibentuk dengan proses pengecoran. Logam cor (cast metals) ini sebagian akan diproses lanjut sebagai bahan baku untuk dibentuk dengan cara ditempa, diekstrusi, diroll, dipres atau sering disebut sebagai wrought metals. Paduan adalah unsur lain yang ditambahkan ke dalam logam cor agar memiliki sifatyang lebih baik jika dibandingkan dengan keadaan awalnya. Logam paduan lebih banyak digunakan untuk pengecoran komersial dibandingkan logam murninya, karena secara umum logam paduan lebih mudah untuk dicor dengan hasil produk yang memuaskan 1.BESI COR PUTIH
Besi cor putih banyak digunakan untuk pembuatan suku cadang yang tahan gesekan karena jumlah karbida yang besar 30% (volume) tahan terhadap kikisan. Grafit berbentuk gumpalan dalam logam padat. Grafit ini tidak memiliki tepi-tepi yang tajam seperti serpih grafit. Memiliki keuletan tertentu dan lebih mampu tempa. Besi cor putih terbentuk ketika banyaknya karbon yang terkandung dalam besi cor cair akan membentuk besi karbida dengan kandungan karbonnya lebih dari 1,7 %. Paduan besi
cor putih yang mengandung karbon (1,7 – 4,2) % disebut besi cor putih hypoeutectic, 4,2% karbon disebut besi cor putih eutectic , (4,2 – 6,67)% karbon disebut besi cor putih hypereutectic. Selain memiliki unsur karbon, di dalam besi cor putih terkandung silikon (0,5 – 1,9) %, mangan (0,25 – 0,80) %, sulfur (max. 0,20%), dan fosfor (max. 0,18%). Aplikasi besi cor putih digunakan untuk membuat komponen yang membutuhkan permukaan material tahan aus akibat abrasi seperti plat landasan, liner pompa, komponen mesin yang bergesekan, dan penggiling pasir. Kuat tarik besi cor putih sekitar 25,000 – 50,000 Psi, kuat tekan 250,000 – 500,000 Psi, kekerasan 350 – 500 HB. Besi cor putih ini merupakan bahan baku untuk pembuatan besi cor malleable.
Gambar .besi cor putih
BESI COR MALLEABLE
Dibuat dari besi cor putih yang dimasukkan ke dalam tanur dalam waktu yang lama. Struktur sementit dari besi cor putih berubah menjadi ferit atau perlit dari karbon yang tertemper mengendap. Besi cor macam ini sangat baik keuletannya dan perpanjangannya dibandingkan dengan besi cor kelabu, lagi pula tidak cocok untuk coran yang tipis dan kecil karena sebelum proses perlunakan keuletannya rendah. Besi cor malleable awalnya dicorkan dalam bentuk besi cor putih yang memiliki banyak besi karbida dan tidak bergrafit. Komposisi kimia besi cor ini sama dengan komposisi dari besi cor putih, kandungan karbonya sekitar (2,0 – 2,6)%, silikon (1,1 – 1,6) %, mangan (0,2 – 1,0) %, sulfur (max. 0,18%), dan fosfor (max. 0,18%). Untuk memproduksi besi cor malleable ini, coran besi cor putih dipanaskan di dalam tungku (malleableizing furnace ) dengan temperatur sekitar 940 oC (1720 oF) untuk memisahkan karbida besi dalam besi cor putih menjadi besi dan grafit. Setelah ini grafit akan membentuk agragat nodular tidak beraturan yang disebut temper carbon dan austenit. Proses pemanasan dan pendinginan dapat diatur untuk menghasilkan matriks tertentu yaitu ferit, perlit dan martensit. Kekuatan tarik besi cor malleable sekitar 340 – 620 MPa, kekerasanya sekitar 110 – 150 HB. Aplikasi dari besi cor malleable ini antara lain peralatan agrikultur, komponen lokomotif, jangkar kapal, komponen mesin industri dan lain-lain.
Gambar. Besi cor malleable
BESI COR KELABU Besi cor kelabu terbentuk ketika karbon dalam paduan berlebih hingga tidak larut dalam fasa austenitnya dan membentuk grafit berbentuk serpih ( flake). Jika besi cor ini dipatahkan maka permukaan patahannya berwarna abu-abu sehingga disebut besi cor kelabu. Besi cor kelabu adalah salah satu material teknik yang penting karena memiliki banyak kegunaan, biaya produksinya relatif murah, mampu mesin yang sangat baik, tahan aus, dan memiliki efek peredam getaran ( damping capacity). Secara umum besi cor kelabu memiliki kandungan karbon (2,5 – 3,5) %, silikon (1,5 – 3,0) %, mangan (0,5 – 0,8) %, sulfur (max. 0,15%), dan fosfor (max. 0,25%). Kekuatan tarik besi cor ini antara 179 – 293 MPa, kekerasan 140 – 270 HB. Aplikasi besi cor kelabu antara lain untuk silinder blok, plat kopling, gear box, bodi mesin diesel, dan lain-lain. Besi cor kelabu adalah paduan besi yang mengandung karbon, silisium, mangan, phospor dan sulfur. Karbon dan silisium ternyata sangat mempegaruhi struktur mikro, ukuran dan bentuk karbon bebas dan keadaan struktur dasar berubah sesuai mutu dan kuantitasnya, karena karbon akan membentuk senyawa Fe3C dan silikon akan menggalakkan pertumbuhan grafit pada saat pembekuan berlangsung. Pembekuan coran dimulai dari bagian logam yang bersentuhan dengan cetakan, yaitu ketika panas dari logam cair diserap oleh cetakan sehingga bagian logam yang bersentuhan dengan cetakan itu mendingin sampai titik beku, kemudian inti-inti kristal tumbuh. Bagian dalam dari coran mendingin lebih lambat dari pada bagian luar, sehingga kristal-kristal tumbuh dari inti asal mengarah ke bagian dalam coran dan butir-butir kristal tersebut berbentuk panjang-panjang seperti kolom, yang disebut struktur kolom. Struktur ini muncul dengan jelas apabila terjadi gradien suhu yang besar pada permukaan coran, umpamanya pada pengecoran dengan cetakan logam. Sebaliknya pengecoran dengan cetakan pasir menyebabkan gradien suhu yang kecil dan membentuk struktur kolom yang tidak jelas. Bagian tengah coran mempunyai gadien suhu yang kecil sehingga terbentuk susunan butir-butir kristal lebih banyak dengan orientasi sembarang. Apabila permukaan beku diperhatikan, yaitu ketika logam cair dituang pada cetakan dan telah membeku pada bagian yang bersentuhan dengan cetakan, sementara pada bagian tengah cetakan, logam belum beku dituang keluar dari cetakan, maka terdapat dua kasus bahwa permukaan itu bisa halus atau kasar. Permukaan halus adalah kasus dari logam yang mempunyai daerah beku (yaitu perbedaan suhu antara mulai dan berakhirnya pembekuan) yang sempit, dan permukaan kasar adalah kasus dari logam yang mempunyai daerah beku
yang lebar. Oleh karena itu cetakan logam menyebabkan permukaan beku yang halus dan cetakan pasir menyebabkan permukaan beku yang kasar ( Kalpakjian, 2003).
Gambar. Ilustrasi Struktur Pembekuan Logam Pada Cetakan Segi Empat (a) logam murni; (b) logam paduan; (c) dengan menggunakan nucleating agen. (Kalpakjian, 2003). Pada sistim grafit-besi (Fe-graphite system ), derajat kejenuhan karbon adalah pada titik 4,23 % C, disebut eutectic iron. Bila kadar karbon berada di bawah titik 4,23 % C disebut hypoeutectic iron dan jika kadar karbon berada di atas titik 4,23 % C disebut hypereutectic iron, umumnya besi cor kelabu termasuk hypoeutectic iron .
Gambar. Diagram kesimbangan Besi- Karbon
Ketika temperatur turun ke 720 οC, setelah seluruhnya menjadi beku, larutan padat γ terurai menjadi dua fasa yaitu larutan padat α dan karbit besi. Gejala ini disebut transformasi eutektoid dan khususnya disebut transformasi A, untuk paduan besi karbon .
Gambar. Struktur perlit
Grafit adalah satu bentuk kristal karbon yang lunak dan rapuh, pada struktur besi cor 85 % dari kandungan karbon terbentuk sebagai grafit. Dalam struktur mi kro ada berbagai bentuk dan ukuran dari potongan-potongan grafit yaitu halus atau besar, serpih atau asteroit, bergumpal atau bulat. Keadaan potongan grafit ini memberikan pengaruh yang besar terhadap sifat-sifat mekanis dari besi cor. Sebagai contoh besi cor kelabu yang mempunyai kandungan karbon 3,6 % dan silisium 2,1 %,mempunyai grafit serpih dengan kekuatan tariknya sekitar 18 kg/mm2, sedangkan besi cor bergrafit bulat yang mempunyai kandungan karbon dan silisium yang sama kekuatan tariknya 55 sampai 70 kg/mm2.
BESI COR NODULAR Besi cor nodular disebut juga sebagai besi cor spherolitic karena bentuk grafitnya yang bulat atau sering disebut ductile iron. Besi cor nodular ini mudah dicor seperti besi cor kelabu dengan keuntungan teknis seperti kekuatan yang tinggi, tangguh, ulet, mampu
kerja temperatur tinggi, dan kekerasanya yang mendekati sifat-sifat baja. Sifat mampu alir dan mampu cornya sangat baik, juga mudah diproses pemesinan dan tahan aus. NODULAR CAST IRON adalah perpaduan BESI TUANG KELABU. Ciri Besi t uang ini bentuk graphite FLAKE dimana ujung – ujung FLAKE berbentuk TAKIK-AN yang mempunyai pengaruh terhadap KETANGGUHAN, KEULETAN & KEKUATAN oleh karena untuk menjadi LEBIH BAIK, maka graphite tersebut berbentuk BOLA (SPHEROID) dengan menambahkan sedikit INOCULATING AGENT, seperti Magnesium atau calcium silicide. Karena Besi Tuang mempunyai KEULETAN yang TINGGI maka besi tuang ini di kategorikan DUCTILE CAST . Besi cor dapat diklasifikasikan menjadi beberapa jenis, diantaranya besi cor kelabu, besi cor nodular, besi cor mampu tempa dan besi cor putih. Karena besi cor nodular memiliki sifat yang unik, yaitu bentuk grafitnya yang bulat, kekuatan dan keuletannya menjadi lebih baik. Untuk mendapatkan sifat mekanik yang lebih baik dari besi cor nodular dilakukan proses austempering . Proses austempering adalah proses transformasi yang terjadi secara isothermal, dimana dari proses tersebut akan dihasilkan material austempered ductile iron (ADI). Material ADI yang dihasilkan dari proses austempering merupakan material dengan kombinasi sifat mekanik yang sangat baik. Keunggulan sifat mekanik tersebut antara lain, sifat ketangguhan ( toughness), kekuatan fatik ( fatique strength), ketahanan aus ( wear resistant ), mampu mesin ( machinability ) dan kekerasan ( hardness ) yang relatif tinggi. Selain
keunggulan sifat mekanik, dari segi harga ADI termasuk logam yang relatif murah. Karena banyaknya keunggulan – keunggulan yang dimiliki oleh ADI, maka sekarang ini ADI menjadi material yang menjadi pilihan dan banyak digunakan dalam dunia industri, terutama industri yang berhubungan dengan alat transportasi dan mesin – mesin berat (heavy machinery ).
Gambar.besi cor nodular
