Go Blog: Makalah Besi Tuang Ilmu Bahan

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dilingkungan industri yang beroperasi pada bidang alat berat, besi merupakan bahan baku yang penting. Karena besi sering digunakan untuk bahan baku dalam pembuatan sebuah unit alat berat. Disamping itu besi mempunyai sifat kuat akan tekanan, yang dibutuhkan dalam komponen alat berat sendiri. Besi sendiri mempunyai beberapa jenis, salah satunya besi tuang. Besi tuang merupakan jenis besi yang berasal dari biji besi yang kasar. Dalam pengolahannya besi tuang biasanya dengan cara dilebur ataupun dituang. Karena proses inilah maka disebut dengan besi tuang. Besi tuang sendiri merupakan besi yang tidak dapat ditempa. Karena memiliki unsur yang beda dengan jenis yang lain. Walaupun keuletan dan kekuatannya lebih rendah daripada baja, tetapi karena mudah dituang dan mempunyai beberapa sifat khusus yang berguna, maka penggunaannya lebih luas, apalagi dengan diberi tambahan unsur paduan dan proses laku panas yang tepat, maka sifatnya dapat diatur sesuai dengan kebutuhan. Agar terciptanya besi tuang yang berkualitas tinggi serta mempunyai harga jual yang bersaing dengan pasar international maka untuk itu besi tuang biasanya dicampur dengan unsur paduan yang telah disebut diatas tadi. Selain itu, besi tuang mempunyai sifat yang sulit untuk berkarat dan tahan akan gerusan. Maka sering kita jumpai didalam kehidupan sehari-hari besi tuang digunakan untuk membuat pintu gerbang rumah, tiang lampu hias serta peralatan rumah tangga.

1.2 Rumusan Masalah

1. Apa itu definisi besi tuang

2. Apa saja klasifikasi besi tuang

3. Apa kegunaan besi tuang

4. Apa saja sifat mekanisme besi tuang

5. Bagaimana standart dan kodifikasi besi tuang

6. Bagaimana pengolahan besi tuang

7. Apa saja kelebihan dan kekurangan besi tuang

8. Apa saja pengaplikasian besi tuang pada system alat berat

1.3 Tujuan Penulisan

1. Untuk mengetahui definisi besi tuang

2. Untuk mengetahui klasifikasi besi tuang

3. Untuk mengetahui kegunaan besi tuang

4. Untuk mengetahui sifat mekanisme besi tuang

5. Untuk mengetahui standart dan kodifikasi besi tuang

6. Untuk mengetahui pengolahan besi tuang

7. Untuk mengetahui kelebihan dan kekurangan besi tuang

8. Untuk mengetahui pengaplikasian besi tuang pada system alat berat

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Definisi Besi Tuang

Besi tuang (cast Iron) dapat didefinisikan sebagai paduan dari besi dengan lebih dari 1,7 % karbon, biasanya kadar karbon ini berada pada kisaran antara 2,4 hingga 4 %, merupakan bahan yang relatif mahal, dimana bahan ini diproduksi dari besi mentah cair, atau besi/baja tua, ini merupakan produk besi tuang yang memiliki fungsi mekanis sangat penting dan diproduksi dalam jumlah besar. Prosesnya sering dilakukan dengan cara menambahkan unsur graphite kedalam ladle sebagai pengendali. paduan besi tuang (alloy iron castings) bahannya telah dilakukan penghalusan (refined) dan pemaduan besi mentah (pig iron). produk-produk seperti crankshaf, conecting rod dan element dari bagian-bagian mesin sebelumnya dibuat dari baja tempa (steel forgings), sekarang lebih banyak menggunakan high-duty alloy iron casting. Benda- benda tuangan dapat membentuk bagian bentuk yang rumit dibandingkan dengan bentuk-bentuk benda hasil tempa (wrought) kendati diperlukan proses machining, akan tetapi dapat diminimalisir dengan memberikan kelebihan ukuran sekecil mungkin dari bentuk yang dikehendaki (smaller allowance), oleh karena itu produk penuangan relatif lebih sedikit dibandin dengan produk tempa.

2.2 Klasifikasi Besi Tuang

Sebelum kita masuk ke dalam klasifikasi besi tuang, kita harus mengenal tentang diagram besi tuang. Jika kita sudah mengenal gambar diagram besi tuang, kita bisa mengubah sifat dan struktur besi tuang yang di inginkan. Berikut dibawah ini gambar diagram besi tuang.

Gambar 2.1 Diagram Besi

Besi tuang biasanya diklasifikasikan menurut struktur metalografinya. Dalam hal ini karbon dalam besi tuang sangat menentukan. Karbon dalam besi tuang dapat berupa instentisial yaitu sementit karbida besi atau berupa grafit karbon bebas. Pengelompokan dapat dimulai berdasarkan kondisi karbonnya. Bila Seluruh karbon berupa sementit maka ia adalah besi tuang putih, selanjutnya dikelompokkan berupa bentuk fisik grafitnya,. Terjadinya struktur yang berbeda-beda ini di pengaruhi oleh beberapa faktor terutama kadar karbon, kadar paduan dan pengotoran, laju pendinginan selama dan sesudah pendinginan.dan laku panas sesudah penuangan. Berikut klasifikasi besi tuang :

1. Besi Tuang Kelabu

Untuk memperoleh besi tuang kelabu kita harus berpangkal pada besi kasar kelabu. Besi kasar kelabu memiliki kadar silikon yang tinggi (kurang lebih 5,5 sampai 50%) dan kadar mangan yang rendah. Karena itu pembentukan karbon bebas jadi meningkat. Jadi besi tuang kelabu setelah didinginkan mengandung grafit. Grafit tersebut terdapat dalam besi-tuang berupa pelat-pelat tipis. Besi tuang kelabu memperoleh namanya dari bidang patahan yang berwarna kelabu, yang disebabkan oleh grafit hitam.

Gambar 2.2 Struktur besi tuang kelabu

2. Besi Tuang Putih

Untuk memperoleh besi tuang putih, kita harus berpangkal pada besi kasar putih. Besi kasar putih itu memiliki kadar silikon yang rendah (kurang lebih 0,5%) dan kadar mangan yang tinggi. Dengan demikian pembentukan sementit digiatkan. Karena kadar silikon yang sangat rendah hanya terbentuk sementit. Jadi untuk besi tuang putih hanya diagram menstabil yang penting.

Dengan demikian besi tuang putih setelah didinginkan tediri dari perlit dan sementit. Besi tuang putih dengan kadar karbon 2.5% sampai 3.6% mengandung banyak sementit. Dengan adanya kadar yang besar dari sementit yang sangat keras, akan tetapi rapuh itu, besi tuang putih memperoleh kekerasan sangat besar, akan tetapi kekuatan tarik yang sangat rendah dan regangan yang sangat kecil.

Gambar 2.3 Struktur besi tuang putih

3. Besi Tuang mampu tempa

Untuk memperoleh besi tuang yang dapat di tempa, kita harus berpangkal pada besi tuang putih. Bahan ini dipanaskan sampai kurang lebih 900 °C dan dibiarkan beberapa hari pada suhu tersebut. Besi tuang jenis ini dibuat dari besi tuang putih dengan melakukan heat treatment kembali yang tujuannya menguraikan seluruh gumpalan grafit akan terurai menjadi matriks ferrit, pearlit, martensit. Besi tuang ini juga mempunyai sifat yang mirip dengan baja

Gambar 2.4 Struktur besi tuang mampu tempa

4. Besi Tuang Nodular

Untuk memperoleh besi tuang noduler, kita harus berpangkal pada besi kasar kelabu. Besi kasar kelabu memiliki kadar silikon yang tinggi (kurang lebih 5,5 sampai 1,5%), dan kadar mangan rendah. Karena itu pada pendinginan perlahan-lahan pembentukan karbon bebas akan meningkat. Karena selama fabrikasi dimasukkan magnesium ke dalam bahan, maka karbon bebas itu terjadi berupa bola. Bola-bola itu dinamakan nodul. Nodul grafit memberikan pengurangan penampang yang lebih kurang dan tidak menyebabkan pengerjaan takik.

Besi tuang noduler, setelah pendinginan dan setelah pengerjaan pemijaran terutama dari ferit, perlit, dan grafit. Karena adanya ferit atau perlit dan karena bentuk nodul grafit yang sangat menguntungkan, maka besi tuang noduler

memiliki kekuatan tarik yang tinggi dan regangan yang besar.

Gambar 2.5 Struktur besi tuang nodular

2.3 Kegunaan Besi Tuang

Dalam kegunaanya, besi tuang sering juga digunakan dalam kehidupan sehari-hari kita selain digunakan pada system alat berat. Misalnya seperti :

- Pipa yang menahan tekanan dari luar sangat tinggi

- Tutup lubang saluran drainasi dan alat saniter lain

- Bagian struk rangka yang menahan gaya tekan

- Bagian mesin, blok mesin

- Pintu gerbang,tiang lampu

- Sendi, rol jembatan

- Kerangka mesin, seperti mesin bubut, mesin ketam, dan alat pengepres.

- Puli sabuk-v dalam motor dan mesin

- Pipa saluran.

- Pintu gerbang, tiang lampu dan sebagainya

2.4 Sifat Mekanisme Besi Tuang

Besi tuang memiliki beberapa sifat mekanisme yang terdapat didalamnya seperti :

- Keras dan mudah melebur/mencair

- Getas sehingga tidak dapat menahan benturan

- Temperatur meleleh 1250°

- Kekuatan tarik menurun

- Regangan menurun

- Sangat tahan terhadap karat (jauh lebih baik daripada baja)

- Tidak dapat diberi muatan magnit

- Tidak dapat disambung dengan las dan paku keling, disambung dengan baut dan sekrup.

- Kuat dalam menahan gaya tekan, lemah dalam menahan tarik kuat tekan sekitar 600 Mpa, kuat tarik 50 Mpa

- Menyusut waktu pendinginan/waktu dituang.

- Besi tuang hampir bisa dicetak dalam bentuk apa saja.

- Bisa tahan terhadap tekanan yang besar.

2.5 Standart dan Kodifikasi Besi Tuang

Terdapat berbagai macam standard dan kodifikasi dalam menentukan jenis besi tuang. Sbeberapa contohnya :

- SAE (Society of Automotive Engineers)

- AISI (American Iron and Steel Institute)

- UNS (Unified Numbering System)

1. SAE

- Sistem SAE hanya menggunakan nomor - nomor angka.

- Angka pertama menunjukkan tanda ‘group Baja´, misal:

1. Unalloy steel 10XX

2. Nickel Steel 23XX

3. Chromiun steel 32XX

- Dua angka terakhir, bila penomoran 4 digit atau tiga angka terakhir bila penomoran 5 digit menunjukkan rata-rata kandungan karbon per-seratus

( % C ), contoh:

1. SAE 1055, artinya Unalloy steel mengandung 0,55 % C

2. SAE 2345, artinya Ni- steel mengandung 0,3 % Ni, 0,45 % C

3. SAE 52100, artinya Cr-steel mengandung 1,45 % Cr, 1,0 C

2. AISI

- Bila terdapat huruf didepan angka maka huruf tersebut menunjukkan proses pembuatan bajanya

1. A = Basic Open-hearth

2. B = Acid Bassemer

3. C = Basic Open-Heath

4. D = Acid Open-Heath

5. E = Electric Furnace

3. UNS

- UNS terdiri dari huruf diikuti oleh lima nomor. Sistem ini hanya menunjukkan komposisi kimia dari metal atau paduannya dan bukan menunjukkan standar atau spesifikasi dari metal tersebut

Tabel 2.1 Tabel UNS

F00001-F99999	Cast irons
F10001-F15501	Cast Iron, Gray
F10090-F10920	Cast Iron Welding Filler Metal
F20000-F22400	Cast Iron, Malleable
F22830-F26230	Cast Iron, Pearlitic Malleable
F30000-F36200	Cast Iron, Ductile (Nodular)
F41000-F41007	Cast Iron, Gray, Austenitic
F43000- F43030	Cast Iron, Ductile (Nodular), Austenitic
F45000 F 45009	Cast Iron, White
F47001-F47006	Cast Iron, Corrosion

BAB III

PEMBAHASAN

3.1 Pengolahan Besi Tuang

Besi Tuang terbuat dari besi kasar (pig iron) hasil tanur tinggi dari biji besi. Kemudian besi kasar dilebur kembali agar bisa menjadi besi tuang. Peleburan besi tuang biasanya dilakukan dalam tungku yang sering disebut Kupola.

Bentuk dan konstruksi Kupola tersebut hampir sama dengan konstruksi tanur tinggi (blast furnace). Bahan baku yang dilebur terdiri dari batang logam besi kasar yang dihasilkan dari proses tanur tinggi. Bahan baku yang dilebur terdiri dari ingot besi kasar yang dihasilkan dari proses tanur tinggi, ditambah dengan skrap baja ataupun skrap besi tuang (return scrap). Disamping itu penambahan bahan-bahan seperti ferosilikon (FeSi) dan feromangan (FeMn) sering pula dilakukan. Hal ini dimaksudkan untuk menaikkan kembali kadar Si dan Mn dalam besi tuang karena sebagian dari kedua unsur tersebut biasanya berkurang (hilang) akibat oksidasi pada saat peleburan.

Bahan bakar yang digunakan adalah kokas dan dimasukkan ke dalam Kupola selang seling dengan muatan logam. Proses pembakaran terjadi dengan meniupkan udara ke dalam Kupola dengan menggunakan Blower. Untuk mendapatkan proses peleburan yang baik maka perbandingan antara muatan logam, bahan bakar dan kebutuhan udara harus dijaga sebaik mungkin.

Disamping membutuhkan bahan-bahan seperti yang disebutkan diatas, ke dalam Kupola juga ditambahkan sejumlah batu kapur. Bahan ini dapat membantu pembentukan terak (slag) yang dapat mengikat kotoran-kotoran sehingga memisahkannya dari besi cair.

Proses peleburan besi tuang dengan Kupola biasanya terjadi secara kontinyu artinya begitu muatan logam mencair maka langsung mengalir keluar tungku. Logam cair yang keluar dari Kupola ditampung pada alat perapian depan (forehearth) yang kemudian diangkut dengan menggunakan ladel untuk dituang ke dalam cetakan. Dengan proses peleburan seperti itu maka sering kali mempersulit untuk melakukan pengaturan komposisi kimia. Hal ini dapat mengakibatkan daerah komposisi kimia yang dihasilkan menjadi lebar sehingga memberikan variasi pula terhadap kualitas produk yang dibuat.

Disamping itu kekurangan lainnya pada proses peleburan dengan Kupola yaitu logam cair mudah mengalami kontaminasi oleh sulfur atau unsur-unsur lainnya yang disebabkan oleh bahan bakar kokas. Pengotoran karena sulfur ini dapat menurunkan sifat-sifat besi tuang.

Karena kekurangan-kekurangan di atas, maka dewasa ini banyak pabrik pengecoran menggunakan tungku listrik untuk menggantikan Kupola. Tungku listrik yang banyak digunakan adalah dari jenis tungku induksi. Bahan baku yang dilebur pada umumnya tidak menggunakan besi kasar melainkan sebagian besar berupa skrap baja atau skrap besi tuang. Peleburan dengan tungku ini dapat menghasilkan logam cair dengan komposisi kimia yang lebih konsisten dengan kadar impuritas yang lebih rendah karena bahan baku yang dilebur biasanya berupa skrap baja, maka untuk menaikkan kadar karbon agar mencapai kadar yang sesuai untuk besi tuang biasanya dilakukan dengan memasukkan sejumlah arang kayu ke dalam tungku. Berikut ini adalah gambar proses peleburan dan penuangan besi tuang

Gambar 3.1 Proses pembuatan besi tuang

Dalam pemakaian di industri, ada tiga jenis besi tuang yang banyak digunakan, yaitu : besi tuang kelabu (grey cast iron), besi tuang ulet atau besi tuang nodular (nodular cast iron) dan besi tuang putih (white cast iron). Ketiga jenis besi tuang ini mempunyai komposisi kimia yang hampir sama yaitu : 2,55 - 3,5 %C, 1-3 %Si, Mn kurang dari 1% sedangkan S dan P dibatasi antara 0,05-0,10 % (maksimum). Walaupun komposisi kimianya hampir sama, tetapi karena prosesnya berbeda maka struktur dan sifat-sifat dari ketiga besi tuang tersebut berbeda.

3.2 Kelebihan dan Kekurangan Besi Tuang

Dibandingkan dengan baja tuang, ada beberapa keunggulan besi tuang ini, misalnya:

• Hasilnya akan lebih murah dibandingkan dengan baja tuang

• 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 tuang, ada beberapa kekurangan besi tuang 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

3.3 Pengaplikasian Besi Tuang pada Sistem Alat Berat

Dalam system alat berat sendiri besi tuang ditempat pada ruang yang sangat penting. Karena ditempatkan dikomponen dalam pada alat berat. Sebabnya besi tuang memiliki kekakuan dan kekuatan dalam menahan tekanan serta tidak mudah berkarat. Untuk itu besi tuang biasanya digunakan pada komponen silinder blok pada system alat berat.

Gambar 3.2 Silinder Blok

Besi tuang juga mempunyai sifat yang mudah dibentuk. Untuk itu pada pengaplikasian pada alat berat, besi tuang digunakan dalam komponen silinder blok, crankshaft dan camshaft.

Gambar 3.3 Camshaft Gambar 3.4 Crankshaft

Walaupun begitu besi tuang tidak berdiri sendiri dalam bahan pembuatan silinder blok, camshaft dan crankshaft. Besi tuang dipadukan dengan bahan-bahan lain seperti Mangan, Silikon dan Baja.