Besi coradalah kelompok paduan besi-karbon dengan kandungan karbon lebih besar dari 2%.Kegunaannya berasal dari suhu lelehnya yang relatif rendah.Konstituen paduan mempengaruhi warnanya ketika retak: besi cor putih memiliki kotoran karbida yang memungkinkan retakan melewatinya, besi cor kelabu memiliki serpihan grafit yang membelokkan retakan yang lewat dan memulai retakan baru yang tak terhitung jumlahnya seiring pecahnya material, dan besi cor ulet memiliki bentuk bulat grafit "nodul" yang menghentikan retakan agar tidak berkembang lebih jauh.

Karbon (C) berkisar antara 1,8 hingga 4% berat, dan silikon (Si) 1–3% berat, merupakan elemen paduan utama besi tuang.Paduan besi dengan kandungan karbon lebih rendah dikenal sebagai baja.

Besi tuang cenderung rapuh, kecuali besi tuang yang mudah dibentuk.Dengan titik leleh yang relatif rendah, fluiditas yang baik, kemampuan pengecoran, kemampuan mesin yang sangat baik, ketahanan terhadap deformasi dan ketahanan aus, besi cor telah menjadi bahan rekayasa dengan berbagai aplikasi dan digunakan dalam pipa, mesin, dan suku cadang industri otomotif, seperti silinder. kepala, blok silinder dan kotak gearbox.Ini tahan terhadap kerusakan akibat oksidasi.

Artefak besi tuang paling awal berasal dari abad ke-5 SM, dan ditemukan oleh para arkeolog di tempat yang sekarang disebut Jiangsu di Tiongkok.Besi cor digunakan di Tiongkok kuno untuk peperangan, pertanian, dan arsitektur.Selama abad ke-15, besi cor digunakan untuk meriam di Burgundy, Prancis, dan di Inggris selama Reformasi.Jumlah besi cor yang digunakan untuk meriam memerlukan produksi skala besar. Jembatan besi cor pertama dibangun pada tahun 1770-an oleh Abraham Darby III, dan dikenal sebagai Jembatan Besi di Shropshire, Inggris.Besi cor juga digunakan dalam konstruksi bangunan.

Elemen paduan

Sifat besi cor diubah dengan menambahkan berbagai unsur paduan, atau paduan.Selain karbon, silikon merupakan paduan yang paling penting karena memaksa karbon keluar dari larutan.Persentase silikon yang rendah memungkinkan karbon tetap berada dalam larutan membentuk besi karbida dan produksi besi cor putih.Persentase silikon yang tinggi memaksa karbon keluar dari larutan membentuk grafit dan produksi besi cor kelabu.Bahan paduan lainnya, mangan, kromium, molibdenum, titanium dan vanadium melawan silikon, mendorong retensi karbon, dan pembentukan karbida tersebut.Nikel dan tembaga meningkatkan kekuatan dan kemampuan mesin, namun tidak mengubah jumlah grafit yang terbentuk.Karbon dalam bentuk grafit menghasilkan besi yang lebih lunak, mengurangi penyusutan, menurunkan kekuatan, dan menurunkan kepadatan.Belerang, yang sebagian besar merupakan kontaminan, membentuk besi sulfida, yang mencegah pembentukan grafit dan meningkatkan kekerasan.Masalah dengan belerang adalah membuat besi cor cair menjadi kental, sehingga menyebabkan cacat.Untuk melawan efek belerang, mangan ditambahkan karena keduanya terbentuk menjadi mangan sulfida, bukan besi sulfida.Mangan sulfida lebih ringan dari lelehannya, sehingga cenderung mengapung keluar dari lelehan dan masuk ke dalam terak.Banyaknya mangan yang dibutuhkan untuk menetralkan belerang adalah 1,7 × kandungan belerang + 0,3%.Jika lebih dari jumlah mangan yang ditambahkan, maka mangan karbida akan terbentuk, yang meningkatkan kekerasan dan pendinginan, kecuali pada besi abu-abu, di mana hingga 1% mangan meningkatkan kekuatan dan kepadatan.

Nikel adalah salah satu elemen paduan yang paling umum karena menghaluskan struktur perlit dan grafit, meningkatkan ketangguhan, dan meratakan perbedaan kekerasan antar ketebalan bagian.Kromium ditambahkan dalam jumlah kecil untuk mengurangi grafit bebas, menghasilkan dingin, dan karena merupakan penstabil karbida yang kuat;nikel sering ditambahkan bersamaan.Sejumlah kecil timah dapat ditambahkan sebagai pengganti kromium 0,5%.Tembaga ditambahkan dalam sendok atau tungku, dengan urutan 0,5–2,5%, untuk mengurangi rasa dingin, menghaluskan grafit, dan meningkatkan fluiditas.Molibdenum ditambahkan sebanyak 0,3–1% untuk meningkatkan suhu dingin dan menghaluskan struktur grafit dan perlit;sering kali ditambahkan bersama dengan nikel, tembaga, dan kromium untuk membentuk besi berkekuatan tinggi.Titanium ditambahkan sebagai degasser dan deoxidizer, tetapi juga meningkatkan fluiditas.Vanadium 0,15–0,5% ditambahkan ke besi tuang untuk menstabilkan sementit, meningkatkan kekerasan, dan meningkatkan ketahanan terhadap keausan dan panas.Zirkonium 0,1–0,3% membantu membentuk grafit, mendeoksidasi, dan meningkatkan fluiditas.

Dalam lelehan besi lunak, bismut ditambahkan, pada skala 0,002–0,01%, untuk meningkatkan jumlah silikon yang dapat ditambahkan.Pada besi putih, boron ditambahkan untuk membantu produksi besi lunak;itu juga mengurangi efek pengerasan bismut.

Besi cor kelabu

Besi cor kelabu dicirikan oleh struktur mikro grafitnya, yang menyebabkan retakan material tampak abu-abu.Ini adalah besi cor yang paling umum digunakan dan bahan cor yang paling banyak digunakan berdasarkan beratnya.Kebanyakan besi cor memiliki komposisi kimia 2,5–4,0% karbon, 1–3% silikon, dan sisanya besi.Besi cor kelabu memiliki kekuatan tarik dan ketahanan guncangan yang lebih kecil dibandingkan baja, namun kekuatan tekannya sebanding dengan baja karbon rendah dan sedang.Sifat mekanik ini dikendalikan oleh ukuran dan bentuk serpihan grafit yang ada dalam struktur mikro dan dapat dikarakterisasi sesuai dengan pedoman yang diberikan oleh ASTM.

Besi cor putih

Besi cor putih menampilkan permukaan retak berwarna putih karena adanya endapan besi karbida yang disebut sementit.Dengan kandungan silikon yang lebih rendah (zat penggrafit) dan laju pendinginan yang lebih cepat, karbon dalam besi cor putih mengendap dari lelehan sebagai sementit fase metastabil, Fe.₃C, bukan grafit.Sementit yang mengendap dari lelehan membentuk partikel yang relatif besar.Saat besi karbida mengendap, ia menarik karbon dari lelehan aslinya, menggerakkan campuran ke arah yang mendekati eutektik, dan fase sisanya adalah besi-karbon austenit yang lebih rendah (yang jika didinginkan dapat berubah menjadi martensit).Karbida eutektik ini terlalu besar untuk memberikan manfaat dari apa yang disebut pengerasan presipitasi (seperti pada beberapa baja, di mana endapan sementit yang jauh lebih kecil dapat menghambat [deformasi plastis] dengan menghambat pergerakan dislokasi melalui matriks besi ferit murni).Sebaliknya, bahan-bahan tersebut meningkatkan kekerasan sebagian besar besi tuang hanya karena kekerasannya yang sangat tinggi dan fraksi volumenya yang besar, sehingga kekerasan sebagian besar dapat diperkirakan dengan aturan campuran.Bagaimanapun, mereka menawarkan kekerasan dengan mengorbankan ketangguhan.Karena sebagian besar bahannya adalah karbida, besi cor putih dapat diklasifikasikan sebagai logam sermet.Besi putih terlalu rapuh untuk digunakan pada banyak komponen struktural, namun dengan kekerasan dan ketahanan abrasi yang baik serta biaya yang relatif rendah, besi putih dapat digunakan dalam aplikasi seperti permukaan aus (impeller dan volute) pompa lumpur, pelapis cangkang, dan batang pengangkat pada bola. pabrik penggilingan dan pabrik penggilingan autogenous, bola dan cincin dalam penghancur batubara, dan gigi ember penggali backhoe (meskipun baja martensit karbon menengah cor lebih umum untuk aplikasi ini).

Sulit untuk mendinginkan coran tebal dengan cukup cepat untuk memadatkan lelehan besi cor putih sepenuhnya.Namun, pendinginan cepat dapat digunakan untuk memadatkan cangkang besi cor putih, setelah itu sisanya mendingin lebih lambat untuk membentuk inti besi cor kelabu.Hasil pengecoran disebut apengecoran dingin, memiliki keunggulan permukaan yang keras dengan interior yang agak lebih keras.

Paduan besi putih dengan kromium tinggi memungkinkan pengecoran besar (misalnya, impeler seberat 10 ton) menjadi pengecoran pasir, karena kromium mengurangi laju pendinginan yang diperlukan untuk menghasilkan karbida melalui material dengan ketebalan lebih besar.Kromium juga menghasilkan karbida dengan ketahanan abrasi yang mengesankan.Paduan kromium tinggi ini menunjukkan kekerasannya yang unggul karena adanya kromium karbida.Bentuk utama karbida ini adalah M. eutektik atau primer₇C₃karbida, dengan "M" mewakili besi atau kromium dan dapat bervariasi tergantung pada komposisi paduannya.Karbida eutektik terbentuk sebagai kumpulan batang heksagonal berongga dan tumbuh tegak lurus terhadap bidang dasar heksagonal.Kekerasan karbida ini berada dalam kisaran 1500-1800HV.

Besi cor yang mudah ditempa

Besi lunak dimulai sebagai besi tuang berwarna putih yang kemudian dipanaskan selama satu atau dua hari pada suhu sekitar 950 °C (1.740 °F) dan kemudian didinginkan selama satu atau dua hari.Akibatnya karbon pada besi karbida berubah menjadi grafit dan ferit ditambah karbon (austenit).Proses yang lambat memungkinkan tegangan permukaan membentuk grafit menjadi partikel bulat, bukan serpihan.Karena rasio aspeknya yang lebih rendah, spheroid tersebut relatif pendek dan berjauhan satu sama lain, serta memiliki penampang yang lebih rendah dibandingkan dengan retakan atau fonon yang merambat.Besi cor kelabu juga memiliki batas yang tumpul, tidak seperti serpihan, sehingga mengurangi masalah konsentrasi tegangan yang ditemukan pada besi cor kelabu.Secara umum, sifat-sifat besi cor yang dapat ditempa lebih mirip dengan baja ringan.Ada batasan seberapa besar suatu bagian dapat dituang pada besi lunak, karena terbuat dari besi cor putih.

Besi cor ulet