Baja dan Besi Tuang

1

MATERIAL LOGAM FERROUS

Dept. Teknik Metalurgi dan Material – Universitas Indonesia

Klasifikasi Logam

2


Definisi Baja

Baja : Material dengan bahan dasar Fe, dengan C maks : 2%

Bisa C ≥ 2% → Harus ada unsur lain (paduan)

Serta mengandung unsur pengikut seperti Si, P, S, Mn dan unsur paduan seperti Cr, Ni, Mo dll.


Baja (Steel)Keuntungan:

Relatif MurahKekuatan dan Keuletan memadaiKetangguhan tinggiDapat dilas

Kekurangan: Berat (berat jenis tinggi)Mudah berkaratTidak Tahan Temperatur TinggiTidak Tahan Aus

3



4



Diagram Fasa Fe-Fe3C

5


Fe-Fe3C

0.4% C ferrite + pearlite

1.4% C ferrite + cementite


6


Pengaruh Unsur Dalam BajaKarbon (C)- Mempengaruhi kekerasan (hardness) dan kekuatan(strength)

- Membentuk sementit dan karbida lainnya.Mangan (Mn)- Unsur deoksidator yang mereduksi kerentanan terhadaphot shortness pada aplikasi pengerjaan panas

- Dengan sulfur membentuk MnS,memperbaiki mampu mesinSilikon (Si)- Unsur yang berpengaruh dalam proses deoksidasi danjugameningkatkan ketahanan terhadap scalling

Phosfor (P)- Membentuk Steadit (Fe3P)Sulfur (S), Memberikan efek negatif “Hot Shortness”


Pengaruh Unsur Paduan “Carbide Former”Cr, Nb, Mo, Ti, W, V

Khromium (Cr)- Meningkatkan ketahanan terhadap korosi dan oksidasi- Unsur pembentuk karbida- Pada temperatur tinggi, meningkatkan kekuatan dan

meningkatkan ketahanan terhadap abrasi.Vanadium (V)- Menghambat pertumbuhan butir selama dikenai panas- Memperbaiki ketangguhan dan mampu keras dari baja. - Merupakan penstabil austenit.

Molybdenum (Mo )- Unsur yang berfungsi meningkatkan mampu keras bajakarena membentuk karbida yang stabil pada suhu tinggi.

7


Austenite Stabiliser

Co, Cu, Ni, MnJika elemen tersebut ditambahkan pada C-Steel akan menstabilkan fasa γ.Elemen paduan ini tidak membentuk carbida, C tetap tinggal dalam “solid solution” dalam γ.Bahkan jika paduan jumlahnya tinggi padatemperatur kamar tetap berfasa γ(non magnetis), misal : Austenitik Stainless Steel


Ferrite Stabilisers

Al, Cr, SiPenstabil ferrite.

Struktur BCC penstabil ferrite yang padaTemp. room = BCC

Contoh: Ferritic Stainless Steel

8


Ferrite Stabilisers


Beberapa Aplikasi Ferrous Material

Steel Plate (SPCE + Finishing Zn Plating) untuk Fuel TankSPCC untuk komponen2 Frame Body, Rim = WheelSTKM (Steel Pipe) untuk Frame Body, Steering HandleFerro Casting FC 20, FC 30 = Cylinder Comp

9


Cold Rolled Carbon Steel Sheet and Strip

Dipasaran dalambentuk:

‘Plain Sheet”‘Coil’

For Extra Deep Drawing Use

SPCE

For Deep Drawing UseSPCD

For General useSPCC

KeteranganSymbol


Komposisi Kimia (%)

0.030 max

0.030max

0.40 max

-0.08 max

SPCE

0.035max

0.035max

0.45 max

-0.10 max

SPCD

0.045max

0.040max

0.50 max

-0.12maxSPCC

SPMnSiCSymbol

10


Sifat Mekanik

36 min270 minSPCE

34 min270 minSPCD

32 min270 minSPCC

Elongation 0.2 (%)

Tensile Strength (N/mm2)

Symbol


Smooth-finished by the roll the surface of which is finished smooth

BBright finish

Dull-finished by the roll the surface of which is made rough mechanically or chemically

DDull finish

RemarkSymbol of Surface finish

Distinction of surface finish

1Full hardness2½ hardness4¼ hardness81/8 hardnessSNormal refiningAAs annealed

Symbol for thermal refining

Distinction of thermal refining

11


Carbon Steel Tubes For Machine Struktural Purposes (STKM)

Aplikasi:MachineryAutomobilesBicyclesFurnitureOther Machine Parts


12


BESI TUANG (CAST IRON)

13


Besi Tuang (Cast Iron)Lebih Murah dari Baja (Biaya Produksi lebih rendahdan peralatan lebih sederhana)Temperatur Peleburan Rendah (1140-12000C) Kemampuan Cor Tinggi (Casting ability)Mudah PermesinanTahan Aus (wear resistance) “Damping Capacity” TinggiSangat cocok untuk applikasi yang membutuhkan“rigidity and resistance to wear”


Damping CapacitiesKemampuan material meredam getaran (adsorb vibration)

14


Besi Tuang (Cast Iron)Besi tuang adalah Fe yang mengandung C > 2,14 % dengan struktur terdiri dari partikel karbon bebas(grafit) dan matriks perlit dan ferit austenitic, martensitic, bainitic (austempered).Unsur lain : silikon, mangan, phosfor dan sulfurTambahan unsur lain : Cr, Mo, Cu, Sn dlldimaksudkan agar mempunyai sifat tertentu.


Tipe Besi Tuang

1. White Cast Iron

2. Grey Cast Iron (FC)

3. Mallable Cast Iron

4. Ductile Cast Iron (FCD)

5. Austempered Ductile Iron (ADI)

Matrix: Ferritic, pearlitic, austenitic, martensitic, bainitic (austempered).

15


Bentuk Grafita) Flakes

b) Spheroidal

c) Mallaeble


Mikrostruktur Besi Tuang

Hypo-eutectic white cast iron, cementite and

pearlite(black) (x 100) BH =100

Enlarged view of graphite spheroid. Polarised light (x 600)

16



Grey iron. High duty; pearlite and graphite

(x 200)

Hyper-eutectic white cast iron (x 100). White primary crystals of

cementite in eutectic (cementite and pearlite)



Temper carbon in a malleable iron; ferrite

crystals etched (x 100)

Coarse graphite flakes. Matrix unetched (x 60)

17


(FC/Grey Cast Iron)(FC/Grey Cast Iron)Awal digunakan : 800-700 SM ChinaMulai diproduksi : 1642 USAGrafit flakes/serpihan (duadimensi)Eutektik sell berbentuk KOL (tiga dimensi)σmax = 10 - 30 kg/mm2

ε < 1,0%

Struktur mikro FC

Eutektik Cell Besi FC

Besi Tuang Kelabu (Grey Cast Iron)


Besi Tuang Kelabu

Struktur grafitserpihan, dilihat denganscanning electron mikroskopdengan perbesaran125 x

18


Bentuk Grafit Pada Grey Cast Iron



Karena patahannya berwarna keabu-abuanGrafitnya berbentuk serpihan (flake) Keuletannya sangat rendah, sehingga tidak mamputempa dan menerima beban kejut (mudah patah-retak)

Mudah dalam pengerjaan mesin seperti Frais, pembubutan, pemotongan (machinability)Besi tuang kelabu juga tidak meneruskan getaranPenggunaannya yaitu pada komponen automotivseperti pada blok silinder, tutup silinder, rumah engkol, brake drum, Alat rumah tangga, Pompa

19


Sifat Gray Cast Iron

Mekanik: Fisik dan Kimia:

Sangat baikMampu mesin

Getas danlemah

Kekuatan bentur

130 – 270 brinell

Kekerasan

0.3 – 1.2Perpanjangan Berat jenis:7.1 – 7.3Temperatur kamar

10 x 10-6/0CPemuaian panas6.75 – 6.95Cair


Besi tuang adalah baja yang mengandung Grafit. Adanyagrafit dalam “baja” menyebabkan sifat mekanis menurun

Baja Besiσ 70 Kg/mm2 10-30 Kg/mm2

ε 20 % < 1 %

Turunnya sifat mekanis ini akibat adanya grafit berbentukserpihan (flakes) menyebabkan terjadinya konsentrasitegangan, sehingga jika mendapat beban bagian tersebutakan mudah patah.

Besi Tuang Kelabu

20


Komposisi Besi TuangUtama : Fe (besi)Paduan : C (karbon)

Si (silikon)Mn (mangan)P (posfor)S (sulfur)

Carbon Equivelent :CE (%) = C (%) + 0,33 (Si + P) %

Besi Tuang Kelabu


The metastable iron-iron carbide phase diagram/diagram fase besi-karbon

21


Jika komposisi

CE << 4,3 % besi hypo eutektikCE == 4,3 % besi eutektikCE >> 4,3 % besi hyper eutektik

CE makin rendah : kekuatan besi akan lebih tinggitemperatur tuang lebih tinggi

Besi Tuang Kelabu


Nilai CE vs Tensile StrengthTensile Strength. MPa in 30 mm dia. bar

22


CE makin tinggi :

jumlah grafit semakin banyak, sifat mekanissemakin rendah.

pada komposisi hyper eutektik, makin tinggi kadarCE, maka temperatur tuang menjadi lebih tinggitemp. pembekuan paling rendah adalah saatkomposisi eutektik 1130 oC

Besi Tuang Kelabu


Pengaruh C dan Si

Common grey iron showing ferrite (F), pearlite (P) and phosphide eutectic (PH) (x250). Ferrite is associated with the graphite. Note banded structure in the phosphide eutectic

Diagram indicating the structures of iron resulting from variation of silicon and carbon contents

23


Besi Tuang kelabuPengaruh Unsur

SilikonUnsur dalam besi tuang yang merangsang

terbentuknya grafit. Mencegah terbentuknya besi karbida (Fe3C)yang keras dan getas.

TembagaMeningkatkan kekuatan (umumnya FCD) dengan tetap menjaga sifat keuletan.Memperhalus struktur perlit.


Besi Tuang kelabuInokulasi

proses penambahan sejumlah unsur (element) kedalam besi cair sewaktu didalam ladle denganmaksud untuk menambah inti/bibit atau nucleus yang akan membantu proses pembekuan besi tuang.

pemberian inokulan sebanyak 0,1 % tidak akanmerubah komposisi besi cair atau menyebabkanperubahan sifat mekanis

dimasukkan kedalam ladel sewaktu tapping dari dapur(agar tercampur dengan homogen).

24


Besi Tuang kelabuInokulasi

diberikan dalam bentuk komponen utamaFeSi (sebagai carrier), dengan element inokulan :

AluminiumCalsiumBariumZirkoniumCerium (terbaik)


Besi Tuang Kelabu

Pengaruh Inokulasi :

Pada Besi Tuang Kelabumengurangi chill dan merangsang grafitmengurangi perlit halus dan struktur feritstruktur homogenkuat tarik agak turun sedikit

25


Besi Tuang KelabuBeda Inokulasi dan Non Inokulasi


Besi Tuang KelabuInokulasi

mempunyai sifat “fade” atau memudar, yakni makin lama akan semakin melemahfungsinya, sehingga akhirnya tidakberfungsi sebagai inokulan.

waktu yang paling efektif sebagaiinokulan adalah 2 – 10 menit, sehinggakadang-kadang inokulan dimasukkankedalam cetakan (mould inoculation) agar fungsinya lebih efektif.

26


INOKULASISebelum besi cair yang sudah di inokulandituang kedalam cetakan dapat dicheckdahulu ke sampel “edge test”. Jika bagianujungnya masih ada bagian yang berwarnaputih, berarti proses inokulasi belumsempurna.

Besi Tuang Kelabu



277 max35 minFC 35Class 6






Hardness (HB)

UTS (kg/mm2)

SymbolClass

27


Komposisi Kimia Besi Tuang


28


Grafit berbentuk kapas / aggregat.Hasil temper besi cor putih (waktu lama = 50 jam)

Fe3C → 3 Fe + C grafit pada 950 oCTemper grafit hasil cor (merubah strukturFe3C = temper grafit)

Kadar Si rendah, cegah timbul grafitUTS : 40 – 47 Kg/mm2

Yield : 28 – 30 Kg/mm2

Regangan : 15 – 20 %Kekerasan : 135 – 155 HB

Besi Tuang Mallable (Mampu Tempa)


Penemu : Henton Morrogh, BCIRA, Inggrisdan Team INCO – USAs = 45 - 55 kg/mm2

e = 3 – 20 %Tergantung :1. Nodularity grafit2. Jumlah nodul/mm2

3. Komposisi Matriks (ferrite/pearlite)

4. Adanya paduan (Cu, Ni,Mo, dll.)

Mg : 0,040 – 0,080 % menyebabkan grafitberubah menjadi bulat

S < 0,010 %, diatas nilai ini akan bereaksidulu dengan Mg, kemudian baruberfungsi sebagai noduliser.

Besi Tuang Nodular (FCD) 1948

29


Nodularity(kebulatan nodulgrafit) pada BesiTuang Nodular

Besi Tuang Nodular


Besi Cor Austemper (FCA) 1970anBesi cor grafit bulat dengan matriks ausferit (ferit + austenit)- ferit berbentuk jarum

kekuatan- a u s t e n i t

keuletanσ mencapai > 100kg/mm2 :

ferit jarumε = 4 – 7 % :

austenitAplikasi : pengganti komponen baja cor/tempa

Austempered Ductile Iron (ADI)

30


Bentuk grafit : pita pendek yang tebal yang tak teratur, seperti cacingSifat mekanis antara BTK dan BTNMg = 0,013 – 0,022 % S = 0,008 – 0,017 %Sifat mekanis : tergantung matriks (a / perlit) σ max = 30 - 40 kg/mm2

ε = 2 - 5 %Aplikasi : komponen otomotivalat hydraulis, permesinan dan lain-lain

Compacted Compacted GrafitGrafit (Vermicular Grafit)

TERIMA KASIH

Baja dan Besi Tuang

Documents