Makalah Pengetahuan Bahan Teknik

Judul : Besi Cor (Cast Iron)

Disusun oleh :

1. Fahmi Faizal F141100982. Diang Sagita F141200013. M.Yusup F141200024. M.Fatchur Rahman F141200035. M.Iswadi F141200046. Andi Ismanto F141200057. Giska Setya Priaji F141200068. Sahat T.Munthe F141200079. Nurul Dwi Qurniawati F1412000810. Reggy Apriansyah W. F14120009

Departemen Teknik Mesin dan Biosistem

Fakultas Teknologi Pertanian

Institut Pertanian Bogor

2013

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur sudah selayaknya kami panjatkan kehadirat Allah SWT

yang telah memberikan rahmat dan ridho-Nya sehingga kami dapat

menyelesaikan makalah ini tepat pada waktunya. Makalah ini kami maksudkan

untuk memenuhi tugas Pengetahuan Bahan Teknik. Selain itu, makalah ini juga

dimaksudkan untuk membahas bahan teknik yang lebih spesifik pada BESI COR (

Cast Iron ) .

Para penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada Bapak Dr.Ir.Desrial

M.Eng. atas bimbingannya pada mata kuliah Pengetahuan Bahan Teknik, dan

berbagai pihak yang telah membantu, baik secara moril maupun materiil.

Harapan kami, makalah ini dapat bermanfaat dan dapat menambah wawasan

para pembaca. Kami menyadari bahwa tidak ada manusia yang sempurna

sehingga masih terdapat kekurangan dalam pengerjaan makalah ini. Oleh karena

itu, kami mengharapkan saran dan kritik yang membangun untuk perbaikan di

masa mendatang dari berbagai pihak yang telah membaca makalah ini.

Bogor, 15 Desember 2013

Hormat Kami,

Kelompok 1

I. KANDUNGAN ATOM/UNSUR DAN IKATANNYA

Besi cor adalah paduan besi - karbon dengan beberapa elemen yang dibuat

dengan melelehkan pig iron, scrap dan beberapa elemen tambahan lain. Untuk

membedakan besi cor dengan baja, besi cor merupakan cetakan alloy dengan

kadar karbon minimal 2,03% untuk menghasilkan Besi cor dapat berupa alloy

atau non alloy. Berdasarkan kandungan unsur, berikut adalah tabel jenis-jenis besi

cor

Tabel 1. Chemical Composition Ranges for Typical Unalloyed Cast Iron

Jenis Besi corPersentase Unsur lain (%)

C Si Mn P S

Gray Cast Iron (Kelabu) 2.5-4.0 1.0-3.0 0.2-1.0 0.002-1.0 0.02-0.025

Ductile Iron 3.0-4.0 1.8-2.8 0.1-1.0 0.01-0.1 0.01-0.03

White Cast Iron (putih) 1.8-3.6 0.5-1.9 0.25-0.8 0.06-0.2 0.06-0.2

Malleable Iron 2.2-2.9 0.9-1.9 0.15-1.2 0.02-0.2 0.02-0.2

Sumber: Henkel, Daniel P. 2002. Structure and Properties of Engineering Materials. New York: Mcgraw-Hill Companies

Lima unsur tersebut sangat berpengaruh terhadapat sifat yang dihasilkan.

Didalam besi cor, karbon bersenyawa dengan besi membentuk karbida besi atau

dalam keadaan bebas sebagai grafit. Grafit meningkatkan kemampuan pemesinan.

Kadar karbon mempengaruhi sifat besi cor, kadar karbon ini tergantung dari jenis

besi kasarnya, besi bekas dan yang diserap dari kokas selama proses peleburan.

Sifat fisis logam selain tergantung pada kadar karbon, juga ditentukan oleh bentuk

karbon (grafit)nya. Morfologi grafit tergantung dari laju pendinginan dan kadar

silikon. Kadar silikon yang tinggi memperbesar kemungkinan pembentukan grafit.

Grafit meningkatkan kemampuan pemesinan. Kekuatan dan kekerasan besi

meningkat dengan bertambahnya kadar karbon. Kadar silikon menentukan berapa

bagian dari karbon terikat dengan besi dan berapa bagian membentuk grafit

(karbon bebas) setelah tercapai keadaan setimbang. Mangan merupakan unsur

deoksidasi, pemurni sekaligus meningkatkan fluiditas, kekuatan dan kekerasan

besi. Belerang sangat merugikan, karena menyebabkan terjadinya lubang-lubang

(blow holes) akibat membentuk ikatan dengan karbon dan menurunkan fluiditas

sehingga mengurangi kemampuan tuang besi cor. Jadi, selama proses peleburan

selalu diusahakan untuk mengikatnya, antara lain dengan menambahkan

ferromangan. Fosfor dapat meningkatkan fluiditas logam cair dan menurunkan

titik cair.

II. BENTUK STRUKTUR MIKRO

Pada dasarnya bentuk struktur mikro logam secara umum terdiri dari tiga

macam yaitu:

1. Face Centered Cubic (FCC) atau Kubus Pemusatan Sisi (KPS),

2. Body Centered Cubic (BCC) atau Kubus Pemusatan Ruang (KPR)

3. Hexagonal Close Poked (HCP) atau Hexagonal Tumpukan Padat.

Ada kurang lebih lima belas unsur yang memiliki sifat allotropi, termasuk besi.

Pada temperatur kamar, besi memiliki struktur space lattice BCC (dinamakan besi

alpha,α), pada temperatur antara 910 °C - 1400 °C space latticenya FCC (besi

gamma,γ) dari di atas 1400 °C sampai mencair space latticenya BCC (bentuk

delta). Bila temperatur kembali lagi maka struktur space

lattice juga akan kembali seperti semula. Berikut pengklasifikasian besi tuang

berdasarkan karakteristik struktur mikronya.

Gambar 1 Pola grafit pada sampel (a) CE%-4,4%;Mn-0,760%

(a) (b) (c)

(d) (e) (f)

(b) CE%-4,34%;Mn-0,760% (c) CE%-4,29%;Mn-0,808%

(d) CE%-4,26%;Mn-0,786% (e) CE%-3,97%;Mn-0,923%

III. CARA PEMBUATAN

Proses pengecoran (Casting) merupakan merupakan teknik dalam

pembuatan produk di mana logam dicairkan dalam tungku peleburan kemudian

dituangkan ke dalam rongga cetakan yang serupa dengan bentuk asli dari produk

cor yang akan dibuat. Pengecoran juga dapat diartikan sebagai suatu proses

manufaktur yang menggunakan logam cair dan cetakan untuk menghasilkan

bagian-bagian dengan bentuk yang mendekati bentuk geometri akhir produk jadi.

Beberapa tahapan dalam pembuatan besi cor (cast iron), antara lain :

1. Pencairan

Pada proses ini hampir semua alat pencairan (melter) dapat digunakan,

asalkan karakteristiknya memenuhi kriteria pembuatan besi tuang.

Adapun beberapa kriteria yang harus dipenuhi oleh alat pencairan untuk

peleburan besi tuang, antara lain: pemanasan awal (pre heating), unit

pendinginan, furnace linting, kapasitas pencairan dan charge material, Kontrol

terhadap slag ( besi cair, komposisi kimia serta metalurgi)

Temperatur yang dicapai yaitu antara 1400 °C-1500 °C.

2. Desulfurisasi

Desulfurisasi adalah suatu proses yang diperlukan untuk mengurangi kadar

belerang hingga mencapai di bawah 0,03 %, dengan tujuan supaya proses

selanjutnya dapat berjalan dengan baik dan sesuai dengan yang diinginkan. Untuk

proses desulfurisasi pada umumnya digunakan kalsium karbid (CaC).

3. Inokulasi

Inokulasi adalah penambahan logam lain atau paduan ke dalam cairan besi

sebelum dituangkan. Jumlah penambahan ini kecil sekali, tidak cukup untuk

mengubah komposisi kimia dari besi cair. Inokulasi menyebabkan distribusi grafit

yang merata di dalam struktur logam dan memperbaiki sifat-sifat mekanis.

Inokulasi meninggikan kekuatan tarik dan menurunkan kekerasan. Inokulan yang

(f)

digunakan pada besi cor dapat berupa kalsium silikat dengan 30 sampai 35 % Ca

dan ferro silicon dengan 50 sampai 75 % Si.

4. Material treatment

Material treatment adalah proses penambahan elemen-elemen utama yaitu

C, Si, Mn, P, Satu proses penambahan elemen paduan minor yang meliputi Cr, Ni,

Pb dan Ba. Pada umumnya material treatment dapat dilakukan pada proses

manapun, baik bersama-sama proses pencairan, desulfurisasi, nodularisasi,

maupun inokulasi. Tetapi material treatment lebih baik dilakukan setelah

inokulasi karena setelah proses inokulasi komposisi kimia besi cor sudah tidak

berubah. Sehingga elemen paduan utama dan elemen paduan minor yang akan

ditambahkan jumlahnya dapat diatur dan disesuaikan dengan hasil akhir yang

diinginkan.

5. Penuangan

Proses akhir dari pembuatan besi cor adalah dituangkannya cairan panas

besi cor ke dalam cetakan. Cetakan ini biasanya terbuat dari bahan pasir

ditambahkan bentonit, semen, serta air bila diperlukan. Pasir cetak yang

diperlukan untuk pembuatan cetakan harus mempunyai sifat-sifat yang memenuhi

persyaratan sebagai berikut:

a. Distribusi besar butir yang cocok

b. Permeabilitas yang cocok

c. Mempunyai sifat mampu bentuk sehingga mudah dalam pembuatan cetakan dengan kekuatan yang cocok

d. Tahan panas terhadap temperatur logam yang dituang

e. Mampu dipakai kembali

f. Komposisi yang cocok

IV. KLASIFIKASI/PENGGOLONGAN

Berdasarkan sejarah, klasifikasi pertama dari besi cor berdasarkan dari

serpihannya (fracture), yaitu :

1. Besi Cor Putih (White Cast Iron)

Besi cor putih dibuat dengan cara pendinginan cetakan secara cepat

sehingga sisa karbon terikat secara kimia dan berwarna lebih putih. Sifat dari besi

cor putih yaitu sangat keras, tahan gesek, dan tahan pakai. Jenis in juga diperkeras

melalui proses tempa dengan cara pemanasan yang kemudian didinginkan secara

perlahan. Besi cor putih yang telah ditempa (malleable iron) bersifat lebih keras

dan kuat dibanding sebelumnya. Komposisi dari besi cor putih yaitu karbon (C)

2,6% sampai 4,5%, Si 0,5% sampai 3,0%, dan sisanya adalah besi (Fe).

2. Besi Cor Kelabu (Gray Cast Iron)

Besi cor kelabu merupakan besi cor yang dibuat dengan cara

mendinginkan secara perlahan-lahan pada suhu alami dalam cetakan, sehingga

karbon yang terbentuk berwarna kelabu. Sifat dari besi cor atau besi tuang ini

yaitu rapuh (brittle), tidak kuat untuk gaya tarik, baik untuk gaya tekan, lebih

kaku, dan dapat dicetak untuk segala model. Komposisi dari besi cor kelabu, yaitu

besi (Fe) 93%, Karbon (C) 3,4%, Si 2,1%, P 0,4%, Mg 0,6%, dan S 0,1%.

Adapun keistimawaan besi cor kelabu terhadap baja yakni : mampu meredam

getaran.

Untuk lebih jelas perbedaan antara besi cor putih dan besi cor kelabu dapat

dilihat pada tabel berikut:

Besi cor kelabu Besi cor putih

didinginkan perlahan-lahan

kaku tetapi rapuh

tidak kuat untuk gaya tarik

baik untuk gaya tekan

dapat dicetak untuk segala model

Fe 93%, C 3,4%, Si 2,1%, P 0,4%, Mg 0,6%, S 0,1%.

Didinginkan cepat

sangat keras

tahan gesek

tahan pakai

C 2,6% - 4,5%, Si 0,5% - 3,0%, Fe

3. 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). Contoh

penggunaan besi cor bergrafir bulat pada kontruksi penjepit rel kereta api, batang

torak kompresor, dll.

4. 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. Contoh penggunaan besi cor mampu tempa pada spare

part yang berukuran kecil-kecil.

V. SIFAT-SIFAT TEKNIK BAHAN

SIFAT MEKANIK

1. Kekerasan dan Keuletan Besi Cor (Hard and Ductility of Cast Iron)

Kekerasan diartikan sebagai kemampuan sebuah benda untuk menahan

gesekan atau goresan dari benda lain. Kekerasan akan cenderung meningkat

seiring meningkatya kandungan karbon pada logam. Keuletan diartikan

sebagai besarnya perubahan panjang yang terjadi akibat gaya tarik yang

dikerjakan pada benda sebelum benda tersebut putus. Sebagai besi berkarbon

tinggi dengan presntase antara 2-4%, besi cor tentunya mempunyai

kekerasan yang sangat tinggi. Dengan kekerasan yang tinggi ini, besi cor

mempunyai ketahanan gesek (ketahanan aus yang tinggi). Namun dibalik

keunggulannya itu, besi cor mempunyai beberapa kelemahan. Karena secara

alamiah, benda yang mempunyai kekerasan cukup tinggi akan mempunyai

tingkat kerapuhan yang tinggi dan keuletan yang rendah. Berikut ini disajikan

analisis sifat mekanik besi cor berdasarkan kandungan atom C (karbon).

Tabel 2. Analisis Sifat Mekanik Besi Tuang

Kandunagan

atom c

Tingkat

kekerasan

Tingkat

ketahanan

aus

Tingkat

kerapuhan

Tingkat

keuletan

Tingkat

kelenturan

Rendah

(berkisar 2%)

Paling

Rendah

Paling

Rendah

Paling

Rendah

Paling

Tinggi

Paling

Tinggi

Sedang Pertengah

an

Pertengahan Pertengahan Pertngah

an

Pertengahan

Tinggi

(mendekati

4%)

Paling

Tinggi

Paling

Tinggi

Paling

Rapuh

Paling

Rendah

Paling tak

Lentur

2. Kekuatan Tarik: Kemampuan sebuah logam untuk menerima gaya tarik

sebelum benda tersebut patah. Pada besi cor kemampuan tarinya cukup

rendah karena bersifat rapuh (brittle).

3. Elastisitas: Kemampuan suatu logam untuk kembali ke bentuk semula jika

dikenai suatu gaya. Besi cor mempunyai elastisitas yang cukup rendah.

4. Elongation: Besarnya perubahan dimensi suatu logam jika dikenai gaya.

Sebagian besar besi cor mempunyai elongasi yang cukup rendah, namun besi

cor nodular mempunyai nilai elastisitas hingga 20% dari panjang awal.

SIFAT FISIK

1. Panas dan DinginPengaruh panas dan dingin pada besi cor berbeda-beda. Pada saat besi

terkena panas akan terjadi pemuaian. Biasanya pemuaian terjadi pada siang hari

karena panas matahari. Sehingga apabila besi cor dibuat untuk sebagai bahan

bangunan akan diberi rongga sedikit untuk pemuaiannya, karena akan

berpengaruh pada bangunannya. Pengaruh besi cor terhadap suhu dingin

berbanding terbalik dengan panas, karena besi akan menyusut apabila terkena

suhu dingin, dan mungkin juga bisa terjadi pelapukan. Hal ini bisa merusak

bangunan yang kita buat

2. Machinability

Sifat ini berkenaan mudah tidaknya logam tersebut untuk diolah menjadi

bentuk-bentuk lain meliputi proses pembubutan, pengelasan, penempaan dan lain-

lain. Sebagai besi berkarbon tinggi yang kaku dan rapuh, besi cor mempunyai

sifat pemesinan yang buruk. Besi ini umumnya sukar dilas, apalagi besi cor

dengan kadar karbon yang semakin tinggi (mendekati 4%). Selain keamampuan

lasnya yang buruk, kemampuan tempa besi jenis ini juga tak jauh berbeda.

Meskipun sebagian kecil golongn dari jenis ini masih mampu untuk ditempa

(golongan karbon rendah) namun hasil dari penempaannya tidak sebaik baja

karbon. Hal yang sama juga terjadi pada proses pembubutan atau pengeboran.

Sifat besi cor yang keras dan kaku membuat mata bor atau pisau bubut cepat

rusak.

SIFAT DAN KAITANNYA DENGAN LINGKUNGAN 1. Korosi

Pada besi terdapat unsur Fe. Unsur Fe dapat teroksidasi menjadi Fe2O3.

Hal ini terjadi karena adanya unsur H2O dan O2 yang dapat mengoksidasi Fe

sehingga terjadi peristiwa korosi. Pada besi cor terdapat unsur Fe yang dapat

membuat korosi pada besi cor. Untuk mengurangi atau menghilangkan korosi kita

dapat menggunakan cat atau menggunakan unsur Cr supaya tidak terjadi korosi.

Karena besi tersebut telah dilapisi sehingga besi tidak terkontaminasi oleh H2O

dan O2. hal tersebut yang dapat membuat besi tahan terhadap korosi selain itu bisa

juga kita mengelap air hujan karena air hujan mengandung asam yang bisa

membuat korosi pada besi cor.

2. PelapukanPada besi juga bisa terjadi pelapukan, tapi sebelum terjadi pelapukan

biasanya terjadi korosi karena besi akan menjadi mudah patah apabila sudah

berkarat. Sehingga korosi dengan pelapukan saling berhubungan. Jadi,untuk

mencegahnya sama halnya dengan cara mencegah terjadi korosi. Pelapukan bisa

juga terjadi karena suhu dingin, sehingga hal dilakukan sama dengan cara yang di

atas.

VI. APLIKASI DI BIDANG TEKNIK PERTANIAN/ TEKNIK MESIN

Besi cor (cast iron) mempunyai bentuk yang rumit contoh pipe fitting,

sprokect, pump, crank shaft mesin mobil dan beberapa peralatan yang terdapat

pada pabrik gula. Selain itu kegunaan dari masing-masing jenis besi, di antaranya:

1. Besi tuang putih : mata bajak, roll untuk penggiling padi, bantalan garu piring.

2. Besi cor kelabu : Aplikasi besi cor kelabu antara lain untuk silinder blok, plat

kopling, gear box, bodi mesin Perkakas, konstruksi mesin jahit, bagian- bagian

motor, box transmisi, lampu hias, mesin bubut, karena kemapuannya meredam

getaran.

3. Besi tuang tempa : mesin-mesin pertanian misalnya penutup mesin pemotong

rumput, roda gigi, pelat penyangga, pipa-pipa tertentu, as, rantai, spare part.

4. Besi cor nodular : 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.penjepit rel kereta api, batang torak kompresor, otomotif.

VII. STANDARISASI DAN PENGKODEAN

Standarisasi dan pengkodean terdiri dari ASM, ASTM, JIS, JCC,UNS,

DIN, ISO, AFNOR. Standar Nasional Indonesia (SNI) adalah standar yang

ditetapkan oleh instansi teknis setelah mendapat persetujuan dari Dewan

Standarisasi Nasional dan berlaku secara nasional di Indonesia. Berikut contoh

standarisasi AISI-SAE.

AISI-SAE

Standarisasi dengan sistem AISI dan juga SAE merupakan tipe standarisasi dengan berdasarkan pada susunan atau komposisi kimia yang ada dalam suatu baja. Ada beberapa ketentuan dalam Standarisasi baja berdasarkan AISI atau SAE, yaitu:

Dinyatakan dengan 4 atau 5 angka:1. Angka pertama menunjukkan jenis baja.2. Angka kedua menunjukkan:

a. Kadar unsur paduan untuk baja paduan sederhana.b. Modifikasi jenis baja paduan untuk baja paduan yang kompleks.

3. Dua angka atau tiga angka terakhir menunjukkan kadar karbon perseratus persen.

4. Bila terdapat huruf di depan angka maka huruf tersebut menunjukkan proses pembuatan bajanya.

Contoh standarisasi Baja karbon dengan AISI-SAE :

SAE 1045, berarti :

Angka 1 : Baja Karbon Angka 0 : Persentase bahan alloy (tidak ada) Angka 45 : Kadar karbon (0.45% Karbon)

VIII. BENTUK, UKURAN, DAN HARGA YANG ADA INDONESIA

Setelah dilakukan survey di beberapa tempat di kabupaten Bogor diketahui

bahwa semua toko tidak menyediakan besi cor, karena besi cor tidak dijual dalam

keadaan murni yang digunakan sebagai bahan cetakan karena sifatnya yang rapuh

akibat kandungan karbon yang relatif sedikit. Jenis besi cor yang dijual di pasaran

sudah berupa besi plat,besi siku,dan besi beton. Pada umumnya bengkel teknik

kecil (seperti tukang las) mengambil bahan baku besi cor dari besi-besi kiloan

yang biasa banyak tersedia di pasar loak. Besi-besi kiloan tersebut biasanya dijual

dengan kisaran harga Rp.8000-Rp10.000/kg, untuk besi-besi sisa potongan behel,

siku, plat, dan sebagainya. Untuk limbah-limbah besi yang berupa silinder blok,

silinder head, rumah kopling, arm, dijual dengan kisaran harga Rp.25.000-

Rp.35.000/kg.

IX. DAFTAR PUSTAKA

http://crissitinjak.blogspot.com/2009/11/proses-pembuatan-baja.html

http://www.esabna.comeuweboxy_handbook589oxy15_8.html

http://www.gsa.govportalcontent111738

http://www.twi.co.uktechnical-knowledgejob-knowledgeweldability-of-materials-

cast-irons-025

http://jejakmetalurgis.blogspot.com/2011/12/besi-tuang-cast-iron.html

ASM Handbook, 1992, “ Metallography And Microstructures”, Volume 9,

American.

Henkel, Daniel P. 2002. Structure and Properties of Engineering Materials. New York: Mcgraw-Hill Companies

Syuaib, Faiz.2006. Modul Penuntun Kuliah dan Praktikum Perbengkelan. Bogor: IPB