ariefsuwandi.weblog.esaunggul.ac.idariefsuwandi.weblog.esaunggul.ac.id/.../04/besi-cor.docx · web...
TRANSCRIPT
AS-Material Teknk 2
BAB I
PENDAHULUAN1.1 Latar belakang
Besi cor merupakan salah satu jenis logam tertua dan murah yang pernah
ditemukan umat manusia di antara sekian banyak logam yang ada. Logam ini
memiliki banyak aplikasi, sekitar 80 persen mesin kendaraan terbuat dari besi cor.
Besi cor pada dasarnya merupakan paduan eutektik dari besi dan karbon.
Dengan demikian temperature lelehnya relative rendah, sekitar 1200 celcius.
Temperature leleh yang rendah sangat menguntungkan, karena mudah dicairkan,
sehingga pemakaian bahan bakar atau energy lebih hemat dan murah. Selain itu
dapur peleburan dapat di bangun dengan lebih sederhana.
Besi cor merupakan paduan Besi-Karbon dengan kandungan C diatas 2%
(pada umumnya sampai dengan 4%). Paduan ini memiliki sifat mampu cor yang
sangat baik namun memiliki elongasi yang relatif rendah. Oleh karenanya proses
pengerjaan bahan ini tidak dapat dilakukan melalui proses pembentukan,
melainkan melalui proses pemotongan (pemesinan) maupun pengecoran.
1.2 Tujuan penulisan makalah
1. Mahasiswa dapat memahami karakteristik dan pengertian Besi cor
2. Mahasiswa dapat memahami jenis dan sifat besi cor
AS-Material Teknk 3
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1Pengertian Definisi Besi CorBesi cor merupakan salah satu jenis logam tertua dan murah yang pernah
ditemukan umat manusia di antara sekian banyak logam yang ada. Logam ini
memiliki banyak aplikasi, sekitar 80 persen mesin kendaraan terbuat dari besi cor.
Besi cor pada dasarnya merupakan paduan eutektik dari besi dan karbon.
Dengan demikian temperature lelehnya relative rendah, sekitar 1200 celcius.
Temperature leleh yang rendah sangat menguntungkan, karena mudah dicairkan,
sehingga pemakaian bahan bakar atau energy lebih hemat dan murah. Selain itu
dapur peleburan dapat di bangun dengan lebih sederhana.
Besi cor cair memiliki mampu tuang atau mampu cor yang tinggi, sehingga
memiliki kemampuan mengisi cetakan yang rumit sekalipun. Ditinjau dari desain
produk, besi cor merupakan bahan yang serba guna dan murah.
Bisi cor umumnya mengandung unsure silicon antara 1 – 3 persen. Dengan
kandungan sebesar ini, silicon mampu meningkatkan kekuatan besi cor melalui
penguatan fasa ferit. Besi cor dengan kadar karbon antara 2 – 3 persen dan
dengan kandungan silicon tersebut memiliki tempertur leleh eutektik lebih rendah.
Kehadiran silicon dalam besi cor mengakibatkan terjadinya dekomposisi
karbida menjadi besi dan grafit:
Fe3C —-Si–> 3Fe + C (grafit)
Proses dekomposisi ini disebabkan oleh sifat Fe3C yang metastabil.
Dekomposisi ini disebut grafitisasi yang menghasilkan grafit dalam besi cor.
AS-Material Teknk 4
2.2Jenis- jenis besi cor
Jenis-jenisbesicoryaitu :
1 Besi Cor Kelabu, Gray Cast Iron
Besi cor kelabu memiliki kandungan silicon relative tinggi yaitu antara satu
sampai tiga persen. Dengan silicon sebesar ini, besi cor akan membentuk garfit
dengan mudah, sehingga fasa karbida Fe3C tidak terbentuk. Grafit serpih besi cor
ini terbentuk saat proses pembekuan.
Besi cor kelabu memiliki kandungan karbon antara 2,5 – 4,0 persen, dan
kandungan mangan antara 0,2 – 1,0 persen. Sedangkan kandungan fosfor antara
0,002 – 1,0 persen, dan sulfur antara 0,02 – 0,025 persen.
Gambar 2.2.1 : Struktur Mikro Besi Cor Kelabu
Salah satu Karekteristik dari besi cor ini adalah bidang patahannya. Patahan
terjadi dengan rambatan yang melintasi satu serpih ke serpih yang lainnya. Karena
sebagian besar permukaan patahan melintasi serpih-serpih grafit, maka
permukaannya berwarna kelabu. Untuk itu disebut besi cor kelabu, besi cor ini
memiliki kapasitas peredaman tinggi.
Perlakuan panas yang dialami oleh besi cor kelabu dapat mengahasilkan besi cor
dengan struktur yang berbasis pada fasa feritik, perlitik, atau martensitik. Dengan
AS-Material Teknk 5
sifat-sifat yang dimilikinya, besi cor ini lebih banyak digunakan sebagai landasan
mesin, poros penghubung, dan alat berat.
2 Besi Cor Nodular, Nodular Cast Iron
Besi cor nodular dibuat dengan menambahkan sedikit unsure magnesium atau
serium. Penambahan unsure ini menyebabkan bentuk grafit besi cor menjadi
nodular, atau bulat, atau speroid. Perubahan bentuk grafit ini diikuti dengan
perubahan keuletan. Keulutan besi cor naik. Maka dari itu, besi cor nodular
disebut besi cor ulet. Besi cor ini memiliki keuletan antara 10 – 20 persen.
Gambar 2.2.2 : Besi Cor Nodular
Besi cor nodular memiliki kandungan karbon antara 3,0 – 4,0 persen, kandungan
silicon antara 1,8 – 2,8 persen dan mangan antara 0,1 – 1,0 persen. Sedangkan
kandungan fosfornya antara 0,01 – 0,1 persen, dan sulfur antara 0,01 – 0,03
persen.
Perlakukan panas yang diterapkan pada besi cor nodular akan menghasilkan besi
cor ferit, perlit atau martensit temper. Dengan sifat yang dimilikinya, besi cor ini
banyak digunakan untuk aplikasi poros engkol, pipa dan suku cadang khusus.
AS-Material Teknk 6
3 Besi Cor Putih, White Cast Iron.
Besi cor putih dibuat dengan pendinginan yang sangat cepat. Pada laju
pendinginan yang cepat akan terbentuk karbida Fe3C yang metastabil dan karbon
tidak memiliki kesempatan untuk membentuk grafit. Karbida yang terbentuk
mencapai sekitar 30 persen volume.
Besi cor putih mengandung karbon antara 1,8 – 3,6 persen, dan kandungan
mangan antara 0,25 – 0,80 persen. Sedangkan kandungan fosfornya antara 0,06 –
0,2 persen, dan sulfur antara 0,06 – 0,2 persen.
Gambar 2.2.3 : Besi Cor Putih
Besi cor ini memiliki sifat yang getas, namun memiliki kekerasan yang tinggi.
Sifat yang dimilikinya menyebabkan besi cor ini lebih aplikatif untuk suku cadang
yang mensyaratkan ketahanan aus tinggi.
4 Besi Cor Mampu Tempa, Malleable Cast Iron
Besi Cor mampu tempa dibuat dari besi cor putih dengan menerapkan suatu
perlakuan panas. Perlakuan panas yang diterapkan pada besi cor putih umumnya
adalah anil. Dengan perlakukan ini fasa-fasa karbida Fe3C akan terdekomposisi
AS-Material Teknk 7
menjadi besi dan grafit. Grafit yang terbentuk tidak serpih atau bulat, namun
berbentuk gumpalan grafit yang tidak memiliki tepi-tepi tajam.
Besi cor mampu tempa memiliki kandungan karbon antara 2,2 – 2,9 persen,
kandungan silicon antara 0,9 – 1,9 persen, dan mangan antara 0,15 – 1,2 persen.
Sedangkan kandungan fosfor nya antara 0,02 – 0,2 persen dan sulfur antara 0,02 –
0,2 persen.
Gambar 2.2 4 : Besi Cor Mampu Tempa
Perlakuan panas yang dialaminya dapat membentuk besi cor berfasa feritik,
perlitik atau martensit temper. Perubahan struktur pada laku panas diikuti juga
dengan perubahan sifat mekaniknya. Besi cor ini memiliki keuletan yang tinggi
dan mampu tempa yang baik. Oleh kerena itu disebut Besi cor mampu tempa.
Besi cor ini umumnya digunakan untuk perkakas dan alat-alat kereta api,
Jenis dari ketiga besi cor tersebut sangat tergantung dari kandungan dan
komposisi antara C dan Si serta laju pendinginannya, dimana laju pendinginan
yang tinggi akan menghasilkan struktur besi cor putih sedangkan laju pendinginan
yang lambat akan menghasilkan pembekuan kelabu.
Didaerah ujung kiri sampel, karena pada bagian tersebut merupakan media
cetakan logam akan membeku secara cepat dan menghasilkan struktur ledeburit
yang keras, sedangkan didaerah ujung kanan yang menggunakan media cetak
pasir yang menghasilkan laju pembekuan lambat menghasilkan struktur kelabu.
Didaerah tengah yang merupakan daerah transisi keduanya terdapat struktur
meliert.
AS-Material Teknk 8
Paduan biner Besi-Karbon pada pendinginan normal akan membeku
secara metastabil sehingga pada pada komposisi hipoeutektik akan menghasilkan
struktur ledeburit (perlit + sementit sekunder), sedangkan pada komposisi
hipereutektik terdiri dari sementit primer dan ledeburit. Barulah pada laju
pendinginan yang amat sangat lambat, atau dengan kandungan Si yang cukup
tinggi, pembekuan akan berlangsung secara stabil, dimana sementit
(Fe3C/besikarbida) pada temperatur tinggi akan terurai sebagai berikut:
Fe3C –> 3Fe + C
Dalam hal ini C merupakan unsur elementer yang berkoloni membentuk
grafit (penggrafitan tak langsung), serta tidak menutup kemungkinan bahwa grafit
telah pula terbentuk langsung dari cairan (penggrafitan langsung). Dengan
demikian paduan tidak lagi menganut sistem Besi-Besikarbida, melainkan Besi-
Grafit.
Pada kenyataannya, dikarenakan oleh berbagai hal, kristalisasi dari besi
cor kelabu berlangsung tidak demikian, dan bagian-bagian dari struktur tidak
dapat dengan mudah dibatasi sebagaimana pada besi cor putih.
Akibat dari terjadinya undercooling, terdapat sebagian kecil dari karbon
yang tertransformasi menjadi besikarbid setelah sebagian besar dari cairan
tertransformasi menjadi besi dan grafit. Pembentukan grafit sangat tergantung dari
jumlah inti-inti grafit. Sementara itu grafit memiliki kecenderungan kuat untuk
saling mengelompok serta menjadi bentuk lembaran-lembaran grafit.
Sistem Metastabil (Fe-Fe3C) Sistem Stabil (Fe-C)
Ledeburit (austenit + sementit) Grafit eutektik (austenit + grafit)
Perlit (ferit + sementit) Grafit eutektoid (ferit + grafit)
Sementit primer (sepanjang garis CD) Grafit primer (sepanjang garis C’D')
Sementit sekunder (sepanjang garis SE) Grafit segregat (sepanjang garis S’E')
Tabel 1. Perbandingan struktur pada sistem metastabil dengan stabil
Peristiwa ini terjadi pada saat sisa cairan mencapai konsentrasi eutektiknya
yang diikuti dengan segregasi grafit, dimana pada stiap laju pendingainan yang
AS-Material Teknk 9
lebih rendah, maka pertumbuhan lembaran grafit tersebut akan semakin kasar,
bahkan hingga menjadi grafit batas butiran.
Gambar 2.2.5 : Grafit eutektik pada besi cor kaya Si.
Non-etsa.
Gambar 2.2.6 : Grafit batas butiran.
Non-etsa.
Grafit yang halus dapat dicapai pada besi cor dengan kandungan Si sangat tinggi
(lebih kurang 4%) dan melalui proses pendinginan yang cepat. Selain dari itu,
perlakuan-perlakuan peleburan maupun karena pengaruh dari terdapatnya unsur-
unsur lainnya dapat pula mempengaruhi pertumbuhan dari grafit. Suatu
penahanan yang lama pada temperatur diatas Tliq akan menyebabkan terjadinya
pengahalusan grafit sebagai akibat dari penghancuran kumpulan grafit.
AS-Material Teknk 10
Gambar 2.2.7 : Grafit Nester pada besi cor kaya P. Non-etsa.
2.3Struktur Besi Cor
Bentuk-bentuk grafit dinyatakan dengan angka romawi I sampai dengan VII
sebagaimana ditunjukkan pada gambar 6 dan 7.
Gambar 2.3 : Standar bentuk grafit menurut ASTM-Spezifikation A 247.
(I = Grafit Bulat, IV = Grafit Vermikular, VII = Grafit Lamelar)
Sedangkan sebaran grafit khususnya untuk bentuk I dinyatakan dengan huruf
kapital A sampai E sebagaimana ditunjukkan pada gambar 8.
AS-Material Teknk 11
Gambar 2.3.1 : Standar sebaran grafit menurut VDG-Merkblatt P441.
Grafit A : Grafit eutektik lamelar (grafit lamelar yang tersebar secara merata
dan seragam).
Grafit B : Grafit mawar (Rosette).
Grafit C : Grafit kasar (grafit primer) yang tersebar diantara grafit-grafit
eutektik. Umumnya terdapat pada komposisi besi cor hipereutektik.
Grafit D : Grafit interdenditrik (grafit undercooling). Umumnya terjadi pada
komposisi besi cor hipoeutektik.
Grafit E : Grafit interdendritik yang terurai. Umumnya terjadi pada komposisi
besi cor hipoeutektik.
Sejak berhasilnya pembulatan grafit dalam besi cor, berbagai bentuk rafi mulai
diamati antara bentuk sepih dengan bentuk bulat, maka pada Kongres Pengecoran
Internasional pada tahun 1962, bentuk-bentuk grafit tersebut diklasifikasikan
seperti ditunjukan dalam Gb. 2.42. Bentuk I adalah grafit serpih yang biasa,
bentuk II bentuk grafit yang berujung runcing yang biasa terjadi kalau kelebihan
unsur pembulat, bentuk III untuk grafit yang berujung bulat yang biasa terjadi bila
unsur pembulat tidak cukup , ini disebut grafit serpih palsu grafit berbentuk
cacing. Bentuk IV untuk grafit gumpalan yang bbiasa terjadi pada besi cor
meleabel perapian hitam dan bentuk V adalah bentuk grafit nodular.
AS-Material Teknk 12
2.4 Klasifikasi besi corUmumnya besi cor akan mengandung unsur Fe dan C [3,5% - 4,3%]. Besi cor,
diklasifikasikan menjadi :
a. Besi cor putih (white cast iron) Besi cor putih mempunyai fasa
sementid+perlit sehingga mempunyai sifat keras dan getas.
b. Besi cor kelabu (grey cast iron) Unsur penyusun dari besi cor kelabu yakni :
Fe + C + Silikon (Si).dengan sifat : agak getas yang dikarenakan ujung-
ujung grafit berbentuk serpih tajam, akibatnya konsentrasi tegangan tinggi
sehingga mudah patah.
c. Besi cor bergrafit bulat (ductile cast iron atau noduler cast iron) Unsur
penyusun dari besi cor bergrafit bulat yakni : Fe + C + Si + Mg /
Ce.Penambahan Mg atau Ce bertujuan untuk “melunakan” grafit menjadi
bulat sehingga konsentrasi tegangan sedikit sekali (besi cor bersifat ulet).
d. Besi cor mampu tempa (malleable cast iron) Untuk membuat besi cor
mampu tempa dapat dibuat dengan memanaskan besi cor putih hingga
mencapai suhu 700 Derajat Celcius selama 30 Jam. Hal ini bertujuan agar
sementid terturai menjadi Fe (ferit) dan C (grafit). Grafit yang dihasilkan
berbentuk pipih.
AS-Material Teknk 13
BAB III
PEMBAHASAN
3.1Pembekuan Besi cor
Secara umum proses pembekuan dari besi cor dengan kandungan C antara 2%
sampai 4% adalah sebagai berikut: Dari cairan (kemungkinan pada saat ini telah
terdapat inti-inti grafit) akan terbentuk kristal g-primer yang dengan demikian
konsntrasi C didalam sisa cairan akan meningkat menuju kekomposisi eutektik.
Sisa cairan kemudian akan tertransformasi secara eutektik menjadi ledeburit dan
sejumlah grafit.
Pada pendinginan selanjutnya sementit pada ledeburit akan tertransformasi
menjadi austenit dan grafit dan untuk selanjutnya grafi-grafit akan tersegregasi
keluar dari austenit (serpanjang garis E’S’ diagram biner Besi-Karbon). Grafit-
grafit sekunder ini terbentuk menempel pada grafit primer yang oleh karenanya
tumbuh semakin besar.
Akhirnya, pada pendinginan stadium 3, terjadilah transformasi eutektoid
dimana kristal g (austenit) akan berubah menjadi perlit. Ketika pendinginan
berlanjut (temperatur sesaat setelah 720 oC), sebagian dari perlit juga akan terurai
menjadi ferit dan grafit yang sebagaimana grafit terdahulu tumbuh menempel
pada grafit-grafit yang telah ada, sehingga akhirnya ferit yang terbentuk akan
selalu berada disekitar grafit (awan ferit).
Hal yang sangat penting sehubungan dengan struktur dasar (matriks) besi cor
adalah pengaruh unsur Si terhadap besikarbida (Fe3C), dimana Si akan
mengakibatkan besikarbida terurai menjadi besisilikat dan karbon (grafit)
sebagaimana reaksi berikut:
Fe3C + Si –> Fe3Si + C
Kandungan Si yang tinggi memiliki pengaruh yang mirip dengan kandungan C
yang dinaikkan serta mengakibatkan perlambatan laju pendinginan sehingga
mengarah ke sistim stabil Besi-Grafit.
AS-Material Teknk 14
Gambar 3.1 : Diagram besi cor menurut Maurer.
Maurer mengembangkan suatu diagram besi cor dengan kandungan C dan
Si berbeda-beda pada suatu laju pendinginan tertentu (yaitu pada spesimen cor
diameter 30 mm) yang memperlihatkan perbedaan matriks pada setiap kandungan
C dan Si.
Kandungan C dan si yang rendah akan menyebabkan terjadinya
pembekuan putih dengan struktur ledeburitnya (gambar 10). Peningkatan
kandungan Si akan menyebabkan struktur yang terjadi adalah perlit dengan
sebaran grafit lamelar diantaranya
Gambar 3.1.1 : Besi cor putih.
(Ledeburit + perlit)
AS-Material Teknk 15
Gambar 3.1.2 : Besi cor perlitik.(Perlit + grafit)
Apabila kandungan Si lebih tinggi lagi, maka akan diperoleh struktur besi cor
ferit-perlit dan grafit. Sedangkan pada kandungan C tinggi dengan Si rendah akan
terjadi struktur meliert yang terdiri dari ledeburit, perlit dan sedikit grafit
Gambar 3.1.3 : Besi cor ferit-perlit.
AS-Material Teknk 16
Gambar 3.1.4 : Besi cor meliert.
Sebaliknya dari unsur Si yang menyebabkan stabilitas besikarbida
menurun, maka unsur Mn justru meningkatkannya. Stabilitas karbida menjadi
tinggi dengan terbentuk sebagai karbida campuran (Fe, Mn)3C. Oleh karena itu
kandungan Mn didalam besi cor dibatasi antara 0.3% – 1.2%. Adanya Mn
didalam besi cor akan mebuat karbida dalam perlit menjadi halus akibat dari
berkurangnya transformasi g/a. Kandungan Mn yang semakin tinggi, sebagaimana
pada baja, akan membentuk struktur menjadi martensit atau bahkan austenit.
Kandungan unsur S (belerang) dalam besi cor diijinkan hingga 1.2%.
Tidak seperti halnya pada baja, unsur ini tidak berpengaruh terlalu penting,
mengingat kandungan Mn yang cukup tinggi dapat mengingat unsur S ini menjadi
MnS (mangansulfid) yang tidak berpengaruh buruk.
Kandungan P pada besi cor normal diijinkan sebesar 0.1% – 0.6%. Unsur
ini memiliki efek meningkatkan fluiditas besi cor cair sehingga mampu mengisi
rongga-rongga cetakan yang tipis, serta meningkatkan ketahanan geseknya. Besi g
(austenit), Fe3C dan Fe3P pada temperatur 950 oC akan membentuk eutektikum
yang disebut Pospideutektikum (steadit) yang mengandung 2.4% C dan 6.89% P.
stedit inilah yang menyebabkan besi cor menjadi tahan terhadap beban gesek.
AS-Material Teknk 17
Gambar
3.1.5 : Steadit didalam
struktur besi cor perlitik.
Gambar 3.1.6 :Stedit kasar didalam struktur besi cor perlitik.
3.2Apliksi Besi cor pada mesin alat berat
Besi cor Klabu : Landasan Mesin, poros
penghubung, blok mesin
AS-Material Teknk 18
Besi cor nodular :Poros engkol pipa
Besi cor putih : sukucadang
Besi cor mampu tempa : spare part berukuran kecil, alat-alat kreta
api
Besicorbergrafit bulat : : batang torak kompresor, penjepit kreta api
3.3 Kelebihan dan Kekurangan Besi CorDibandingkan dengan baja cor, ada beberapa keunggulan besi cor ini,
misalnya:
• Hasilnya akan lebih murah dibandingkan dengan baja cor
• Temperatur peleburan lebih rendah, oleh karena
itu “Dapur Kupola” dapat dipakai.
• Besi tuang cair akan lebih baik mengalirnya, sehingga dapat mengisi
rongga-rongga cetakan (mould) dengan lebih sempurna.
• Hasilnya siap untuk dikerjakan lebih lanjut.
• Menghasilkan kombinasi kekuatan tarik dan tekan yang baik
• Tahan terhadap keausan, gerusan, dll.
• Tidak berkarat.
Dibandingkan dengan baja cor, ada beberapa kekurangan besi cor ini, misalnya:
• Tidak dapat di tempa.
• Tidak dapat disambung dengan paku keling atau dilas, dua buah besi tuang
hanya dapat disambung dengan baut dan sekrup.
• Tidak dapat diberi muatan magnet
• Getas sehingga tidak dapat menahan lenturan
BAB IV
PENUTUP
AS-Material Teknk 19
4.1 Kesimpulan
Besi cor pada dasarnya merupakan paduan eutektik dari besi dan karbon. Dengan
demikian temperature lelehnya relative rendah, sekitar 1200 celcius. Temperature
leleh yang rendah sangat menguntungkan, karena mudah dicairkan, sehingga
pemakaian bahan bakar atau energy lebih hemat dan murah.
Dari warna patahan, dapat dibedakan 3 jenis besi cor yaitu Besi Cor Putih yang
terdiri dari struktur ledeburit (coran keras), struktur campuran antara perlit dengan
ledeburit yang disebut Besi Cor Meliert dan struktur perlit dan atau ferit serta
ledeburit masih terdapat sejumlah unsur karbon dalam bentuk koloni grafit yang
disebut Besi Cor Kelabu.
4.2 Saran
Beberapa saran yang bisa diberikan untuk penyempurnaan “Tugas Ilmu Bahan”
ini adalah:
Sebelum menggunakan alat untuk alat berat, pahami dulu alat tersebut
dari bahan apa dan sifat mekanismenya.
Teliti sebelum mengerjakan sesuatu.
Selalu ikuti petunjuk penggunaan.
Dan berhati-hatilah.
DAFTAR PUSTAKA
1. ASM Handbook, 1992, “ Metallography And Microstructures”, Volume 9,
American Society For Metal,
AS-Material Teknk 20
2. http://ardra.biz/metalurgi/besi-cor-cast-iron
3. http://sonjaya45.wordpress.com/2010/03/13/besi-cor/