BESI COR

Besi cor kelabu mempunyai karakteristik tertentu, diantaranya adalah :Warna patahannya kelabu, hal ini disebabkan oleh adanya karbon (C) bebas dalam bentuk grafit yang terjadi pada waktu pembekuan di dalam besi cor.Mempunyai bentuk grafit serpih (lamellar).Mempunyai berat jenis 7,25 gr/cm3.Mempunyai titik cair 1150 – 1250 oC.Mempunyai temperatur tuang ± 1350 oC.Mempunyai kekuatan tarik sebesar 10 – 35 kgf/mm2. Kekuatan tarik besi cor kelabu bergantung pada jumlah dan bentuk dari grafitnya.Penyusutan yang mungkin terjadi sebesar 0,6 – 1,3 %.Struktur dasar dari besi cor kelabu adalah terdiri dari grafit, ferit, sementit, dan perlit. Dalam struktur besi cor biasa 85 % dari kandungan karbon berbentuk sebagai grafit.


Dalam struktur ada berbagai bentuk dan ukuran dari potongan-potongan grafit, yaitu halus dan besar, serpih, atau asteroid, bergumpal atau bulat. Keadaan potongan-potongan grafit ini memberikan pengaruh yang besar terhadap sifat-sifat mekanis dari besi cor.

Struktur-struktur dasar yang dimiliki oleh besi cor kelabu sangat dipengaruhi oleh kandungan unsur-unsur di dalamnya. Selain mempengaruhi struktur dasar, kandungan unsur-unsur juga sangat menentukan sifat-sifat material yang akan digunakan. Berikut tabel contoh rentang komposisi dari besi cor kelabu yang telah distandarisasikan oleh JIS.

Pengaruh Unsur-unsur terhadap Sifat dari Besi Cor KelabuSifat-sifat dari besi cor kelabu juga tergantung pada unsur-unsur yang terkandung atau ditambahkan ke dalam besi cor kelabu. Unsur-unsur tersebut adalah : a. Carbon (C), Karbon di dalam besi cor terdapat dalam bentuk grafit dan cenderung mendorong terbentuknya matrik perlit. Selain itu, dengan semakin tingginya kadar karbon maka,  titik liquidus dari besi cor menjadi turun. b. Belerang (S)Belerang merupakan salah satu unsur yang dapat merugikan,
karena unsur ini akan membentuk FeS yang memiliki titik cair yang rendah. FeS biasanya terdapat di batas butir dan membuat cairan logam menjadi kental. Untuk mengurangi kandungan belerang dalam cairan logam diberikan unsur Mangan (Mn) agar membentuk reaksi MnS yang akan terkandung di dalam cairan dan mamiliki titik cair yang lebih tinggi dari pada FeS. c. Mangan (Mn)Mangan di dalam besi cor akan mengikat belerang (S), sehingga semakin tinggi kandungan belerang maka semakin tinggi pula kandungan mangan yang harus diberikan. Disamping dapat berfungsi sebagai pengikat belerang, mangan juga mempunyai efek yang dapat merugikan yaitu cenderung akan membentuk sistem metastabil. Keuntungan dari tingginya kandungan MnS adalah meningkatnya sifat mampu permesinan, karena geram dari hasil pemotongan mempunyai sifat mudah patah.d. Phospor (P)Phospor di dalam cairan logam dapat membuat cairan logam menjadi lebih encer sehingga phospor dibutuhkan terutama untuk besi cor kelabu yang tipis. Dengan bertambahnya phospor di dalam cairan logam cenderung mengakibatkan tuangan menjadi porous.e. Silikon (Si)Silikon cenderung membentuk pembekuan sistem stabil dan cenderung mendorong pembentukan grafit. Untuk menghindari pembekuan putih pada tuangan tipis adalah dengan memberikan Si yang tinggi. Silikon larut dalam kristal ferit dan tuangan dapat menjadi rapuh.

Grafit pada besi cor nodular menempati 10 – 15% dari volume total material serta tersebar merata didalam struktur dasar (matriks) yang mirip dengan baja karbon. Oleh karena itu sifat-sifat mekanik dari besi cor nodular dapat dihubungkan secara langsung dengan mampu tarik dan keuletan dari matriks yang dimilikinya sebagaimana halnya dengan baja karbon.

Namun demikian karena didalam struktur besi cor nodular juga terdapat grafit, maka mampu tarik, modulus elastisitas maupun  ketahanan impak secara proporsional akan lebih rendah dari baja karbon dengan matriks yang serupa.

Matriks besi cor nodular bervariasi dari mulai struktur ferit yang lunak dan ulet sampai dengan struktur perlit yang lebih keras serta kuat bahkan struktur-struktur yang hanya dapat dicapai melalui penambahan bahan paduan maupun melalui perlakuan panas seperti martensit dan bainit.
Sifat-sifat mekanik besi cor nodular dalam kaitannya dengan matriks yang dimilikinya dapat dilihat pada tabel .
Mekanisme pembekuan besi cor nodular dapat dijelaskan secara lebih mudah dengan menggunakan diagram terner Fe-C-Si, dimana akibat pengaruh kandungan Si, maka diagram Fe-C akan berubah.
Pada paduan hipoeutektik, pembekuan dimulai dari tumbuhnya besi padat (austenit) dari cairan besi. Peristiwa ini berlangsung bersamaan dengan turunnya temperatur cairan hingga melampaui temperatur eutektik (undercooling) dan naiknya konsentrasi karbon didalam cairan sisa menuju ke titik eutektik seperti terlihat pada kurva pendinginan spesifik untuk paduan hipoeutektik (gambar 2).
Jumlah inti pembekuan yang sedikit akan mengakibatkan terjadinya undercooling dibawah temperatur eutektik. Pada saat pengintian terjadi, energi bebas dilepaskan sebesar energi yang dipergunakan untuk pencairan. Pelepasan energi ini akan mengakibatkan naiknya kembali temperatur hingga mencapai temperatur eutektik (rekaleszenz).
Pada tingkat keadaan ini selain austenit tumbuh pula grafit eutektik secara bersamaan (disebut sel-sel eutektik). Pertumbuhan grafit mengakibatkan berkurangnya konsentrasi karbon didalam paduan sehingga pada akhirnya akan tersisa grafit bulat diantara butiran-butiran austenit yang akan tertransformasi menjadi perlit.

Untuk coran berdinding tebal atau karena suatu pendinginan lambat, maka karbida besi yang membentuk perlit akan menjadi grafit, sehingga selain perlit disekeliling grafit bulat akan terdapat struktur ferit. Persentase dari perlit-ferit ini menentukan mampu tarik besi cor nodular.Pada paduan hipereutektik pembekuan berlangsung mirip dengan paduan hipoeutektik. Bedanya adalah, kristal yang pertama tumbuh adalah grafit primer yang berbentuk bulat serta menurunkan konsentrasi karbon didalam cairan menuju ketitik eutektik. Pembekuan selanjutnya berlangsung sama seperti pada paduan hipoeutektik.
Gambar 3 adalah kurva yang menunjukkan daerah-daerah komposisi besi cor nodular baik hipo maupun hipereutektik, dimana dari kurva ini dapat ditentukan komposisi C maupun Si.Mekanisme pembentukan grafit bulat telah diteliti oleh banyak peneliti, namun demikian jawaban yang lebih memuaskan tentang fenomena ini masih terus dikembangkan dan didiskusikan.Dari sekian banyak teori tentang pembulatan grafit, maka teori gelembung gas (gas bubble theory) memberikan penjelasan yang mudah dipahami serta mencakup beberapa teori yang lainnya, sebagaimana hasil penelitian dari Haruki Itofuji.Penelitian dilakukan terhadap suatu cairan besi cor nodular yang dikuens pada saat pendinginan sehingga pada tempat dimana akan terbentuk grafit bulat, ditemukan gelembung-gelembung gas yang merupakan gas Mg, gas Ca dan/atau gas N₂ yang terabsorbsi oleh unsure tanah jarang (rearearth). Pada penelitian tersebut tampak bahwa hanya grafit bulat berukuran kecil (dibawah 10 mm) yang ditemukan terbentuk didalam cairan.Untuk partikel yang lebih besar, bentuk grafit ditentukan oleh lapisan austenit yang berada disekelilingnya. Grafit menjadi bulat bila austenit dapat terbentuk disekelilingnya dengan sempurna, sebaliknya grafit vermikular tebentuk bila pada austenit, akibat adanya unsur-unsur pengganggu, terjadi kanal-kanal yang menghubungkan grafit dengan cairan. Sedangkan bila pertumbuhan grafit dalam gelembung gas terhenti serta tumbuh grafit dari inti-inti baru disekitar austenit, akan terjadi grafit chunky .