Makalah Besi Tuang Ilmu Bahan
-
Upload
reza-mahendra -
Category
Documents
-
view
530 -
download
50
description
Transcript of Makalah Besi Tuang Ilmu Bahan
Makalah Besi Tuang Ilmu Bahan
BAB IPENDAHULUAN
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 Penulisan1. 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 IILANDASAN 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 TuangSebelum 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 TuangDalam 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 alatpengepres.
- Puli sabuk-v dalam motor dan mesin
- Pipa saluran.
- Pintu gerbang, tiang lampu dan sebagainya
2.4 Sifat Mekanisme Besi TuangBesi 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 TuangTerdapat 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 IIIPEMBAHASAN
3.1 Pengolahan Besi TuangBesi 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 TuangDibandingkan 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.
BAB IVPENUTUP
4.1 KesimpulanBesi 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 diproduksidalam jumlah besar. Besi tuang
mempunyai klasifikasi yaitu : Besi tuang putih, besi tuang kelabu, besi tuang mampu
tempa dan besi tuang nodular. Besi tuang mempunyai sifat mekanisme antara lain
tahan dalam tekanan tinggi dan juga tidak mudah berkarat. Besi tuang mempunyai
kegunaan pada alat berat yang digunakan untuk bahan baku dari silinder blok.
4.2 SaranBeberapa 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.