I. Pembuatan Besi Tuang

Besi Tuang terbuat dari besi kasar (pig iron) hasil tanur tinggi dari bijih 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

1

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.

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.

II. 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.

2

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

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

3

Gambar struktur besi tuang putih

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.

4

Gambar struktur besi tuang mampu tempa

Gambar struktur besi tuang nodular

III. Standard dan kodifikasi

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

5

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

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

6

IV. Pengaruh unsur paduan

Besi Cor terbuat dari paduan besi - karbon - silikon dengan unsur tambahan lainnya.

Seperti halnya bahan campuran yang lainnya, besi cor juga bisa dipengaruhi unsur-unsur

kimia.

Seperti tingginya kadar karbon menyebabkan besi cor bersifat rapuh dan tidak dapat

ditempa. Unsur-unsur paduan yang dimasukan ke dalamnya seperti : karbon, silicon, mangan,

fosfor dan belerang akan berpengaruh besar pada pembentukan sifat fisik/mekaniknya.

Secara detailnya akan dibahas sebagai berikut :

1. Karbon (C)

Besi yang mengandung kadar karbon > 2 % adalah besi cor dan besi cor kelabu (3 - 4

%). 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 permesinan. Kekuatan dan kekerasan besi meningkat

dengan bertambahnya kadar karbon.Bila karbon terikat pada besi tuang sebagai sementit akan

diperoleh besi tuang putih, dan bila karbon terikat sebagai grafit akan diperoleh besi tuang

kelabu

2. Belerang (S)

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. Setiap kali melebur besi

cor, kadar belerang akan meningkat sebesar 0,03 % yang berasal dari bahan bakar.

3. Fosfor (P)

Bahan ini membuat besi mudah mencair dan bertambah getas. Bila kandungan fosfor

tidak lebih dari 0,3%, besi tuang menjadi kehilangan kekerasannya. Dan tidak mudah

dikerjakan. Bila besi yang diinginkan amat halus dan tipis kandungan fosfornya bervariasi

sekitar 1 sampai 1,5%.

7

4. Silikon (Si)

Silikon bersama-sama dengan besi dalam bentuk massa. Bila kandungan silikon

kurang dari 2,5% menjadi besi bersifat lebih mudah di tuang. Silikon juga mengurangi besar

susut pengerasan maupun menjadikan besi bersifat lunak. Kandungan kadar silikon sampai

3,25 % bersifat menurunkan kekerasan besi. Sebaliknya kelebihan silikon diatas 3,25 % akan

membentuk ikatan yang keras dengan besi, sehingga meningkatkan kekerasan besi. Kadar

silikon menentukan berapa bagian dari karbon terikat dengan besi dan berapa bagian

membentuk grafit (karbon bebas) setelah tercapai keadaan setimbang. Pada benda coran yang

kecil dianjurkan menggunakan kadar silicon yang tinggi dan yang besar dengan kadar yang

lebih rendah. Untuk memperoleh paduan yang tahan asam dan tahan korosi, sebaiknya diberi

kadar silicon 13 - 17 %. Besi tuang kelabu berkadar silicon rendah mudah untuk perlakuan

panas. Silikon yang mungkin hilang selama proses peleburan berkisar ± 10 %.

5. Mangan (Mn)

Mangan merupakan unsur deoksidasi, pemurni sekaligus meningkatkan fluiditas,

kekuatan dan kekerasan besi. Bila kadarnya ditingkatkan, kemungkinan terbentuknya ikatan

kompleks dengan karbon meningkat dan kekerasan besi cor akan naik. Jumlah mangan yang

hilang selama proses peleburan berkisar antara 10-20 %. Kandungan mangan tidak boleh

lebih dari 0,1%.

V. Sifat Mekanis dari Besi Tuang

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 di beri muatan magnit

8

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

VI. Kegunaan

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

Psabuk-V dalam motor dan mesin

Besi silinder

Pipa yang menahan tekanan dari luar sangat tinggi

Tutup lubang saluran drainasi dan alat saniter lain

Bagian mesin, blok mesin

Pintu gerbang,tiang lampu

Sendi, rol jembatan.

VII. Masalah dan solusinya

Mengapa Cast Iron jika di Las Sering terjadi retak?

Keretakan pada proses pengelasan Cast Iron, ada beberapa faktor yang saling dukung

mendukung sehingga memudahkan terjadinya Crack.

Faktor utamanya adalah :

1. Chemical Composition : %C = Carbon terlalu tinggi. Unsur C yang tinggi memang

akan menurunkan Titik Lebur baja, antara proses peleburan dan penuangan di cetakan

lebih mudah. Tetapi karena sifatnya yang lunak akan menjadi sumber keretakan di

paduan Besi Cor, apalagi yang C nya berbentuk Flake. %P= Posphor dan %S= Sulfur 9

Tinggi. Dalam paduan Fe, kadar P dan S tidak boleh lebih besar dari keteentuan.

Karena lebih dari itu akan menyebabkan sumber keretakan. Dalam proses pengecoran,

unsur P dan S sangat diperlukan untuk meningkatkan mampu alir dari cairan besi.

2. Faktor-faktor lain seperti bentuk yang kompleks dan lain tidak banyak berpengaruh,

karena kebanyakan pada proses pengelasan Cast Iron, keretakan terjadi pada daerah

HAZ.

3. Bagaimana pengaruh Oli dll ? Pengotor seperti ini lebih banyak berpengaruh terhadap

terjadinya Porosity pada weld metal.

Untuk menghindari terjadinya keretakan pada cast iron dengan cara sebagai berikut :

1. Gunakan kawat las Nickel.

2. Kontrol heat input dan Cooling rate

3. Sebelum mengelas harus dibersihkan terlebih dulu dari misalnya Oli, cat, dan lain-

lain.

Pada umumnya Besi Tuang (Cast Iron) mempunyai bentuk yang rumit suatu contoh (PIPE

FITTING, SPROKECT, PUMP, CRANK SHAFT MESIN MOBIL dan beberapa peralatan

yang lain dengan ukuran besar.

Dengan adanya bentuk yang rumit besi tuang tersebut sedikit banyak mempunyai

ketebalan yang tidak seragam hal ini akan mempengaruhi konstraksi tegangan yang terjadi

pada material tersebut dan mudah terjadi retak.

Untuk menghindari timbulnya keretakan pada sebuah besi tuang karena ketegangan

akibat konstraksi tegangan selama pengelasan sering dilakukan dengan memperluas bidang

yang dipanasi dengan PREHEATING untuk menyeimbangkan KONTRAKSI TEGANGAN

dalam hal ini ada metode yang dilakukan dalam preheating :

1. PREHEATING SETEMPAT.Tujuannya untuk menghambat tingkat pendinginan

sambungan las.

2. PREHEATING KESELURUHAN.Mempunyai fungsi untuk melepaskan tegangan

internal yang tersembunyi dan untuk memperlambat pendinginan pengelasan. Hal ini

10

cocok untuk material yang mempunyai bentuk rumit Seperti RODA GIGI, SPROKET

dsb

11