Jenis besi tuang, klasifikasi, komposisi, sifat, penandaan, dan aplikasi

2024 Pengarang: Howard Calhoun | [email protected]. Terakhir diubah: 2023-12-17 10:31

Saat ini hampir tidak ada bidang kehidupan manusia yang tidak menggunakan besi tuang. Bahan ini telah dikenal umat manusia untuk waktu yang cukup lama dan telah membuktikan dirinya dengan sangat baik dari sudut pandang praktis. Besi tuang adalah dasar dari berbagai macam suku cadang, rakitan dan mekanisme, dan dalam beberapa kasus bahkan produk mandiri yang mampu melakukan fungsi yang ditugaskan padanya. Oleh karena itu, dalam artikel ini kita akan memperhatikan dengan seksama senyawa yang mengandung zat besi ini. Kita juga akan mengetahui apa saja jenis besi tuang, ciri fisik dan kimianya.

Definisi

Besi cor adalah paduan besi dan karbon yang benar-benar unik, di mana Fe lebih dari 90%, dan C tidak lebih dari 6,67%, tetapi tidak kurang dari 2,14%. Selain itu, karbon dapat ditemukan pada besi tuang dalam bentuk sementit atau grafit.

Karbon memberikan paduan kekerasan yang cukup tinggi, namun, pada saat yang sama, mengurangi kelenturan dan keuletan. Akibatnya, besi cor adalah bahan yang rapuh. Juga, aditif khusus ditambahkan ke kadar besi cor tertentu, yang dapat memberikan sifat tertentu pada senyawa. Peran elemen paduan dapat berupa: nikel, kromium, vanadium, aluminium. Indeks kepadatan besi cor adalah 7.200 kilogram per meter kubik. Dari situ dapat disimpulkan bahwaberat besi cor adalah indikator yang tidak bisa disebut kecil.

Latar belakang sejarah

Melebur besi sudah lama dikenal manusia. Penyebutan pertama dari paduan tanggal kembali ke abad keenam SM.

Pada zaman dahulu, Cina memproduksi besi tuang dengan titik leleh yang cukup rendah. Besi cor mulai diproduksi di Eropa sekitar abad ke-14, ketika blast furnace pertama kali digunakan. Pada waktu itu, pengecoran besi seperti itu digunakan untuk produksi senjata, cangkang, bagian konstruksi.

Di Rusia, produksi besi cor aktif dimulai pada abad ke-16 dan kemudian berkembang pesat. Selama masa Peter I, Kekaisaran Rusia mampu melewati semua negara di dunia dalam hal produksi besi, tetapi seratus tahun kemudian mulai kehilangan pijakan lagi di pasar metalurgi besi.

Besi tuang telah digunakan untuk membuat berbagai karya seni sejak Abad Pertengahan. Secara khusus, pada abad ke-10, master Cina membuat sosok singa yang benar-benar unik, yang beratnya melebihi 100 ton. Mulai dari abad ke-15 di Jerman, dan setelah itu di negara-negara lain, pengecoran besi cor menjadi tersebar luas. Pagar, kisi, patung taman, furnitur taman, batu nisan dibuat darinya.

Pada tahun-tahun terakhir abad ke-18, pengecoran besi paling banyak terlibat dalam arsitektur Rusia. Dan abad ke-19 umumnya disebut "zaman besi tuang", karena paduan ini sangat aktif digunakan dalam arsitektur.

Fitur

Ada berbagai jenisbesi cor, bagaimanapun, titik leleh rata-rata senyawa logam ini adalah sekitar 1200 derajat Celcius. Angka ini 250-300 derajat lebih rendah dari yang dibutuhkan untuk pembuatan baja. Perbedaan ini terkait dengan kandungan karbon yang cukup tinggi, yang menyebabkan ikatannya yang kurang dekat dengan atom besi pada tingkat molekuler.

Pada saat peleburan dan kristalisasi berikutnya, karbon yang terkandung dalam besi tuang tidak sempat menembus secara sempurna ke dalam kisi molekul besi, dan oleh karena itu besi tuang akhirnya menjadi cukup rapuh. Dalam hal ini, tidak digunakan di mana ada beban dinamis konstan. Tetapi pada saat yang sama, ini sangat bagus untuk bagian-bagian yang memiliki persyaratan kekuatan yang meningkat.

Teknologi produksi

Benar-benar semua jenis besi cor diproduksi di tanur tinggi. Sebenarnya, proses peleburan itu sendiri adalah kegiatan yang agak melelahkan yang membutuhkan investasi material yang serius. Satu ton besi kasar membutuhkan sekitar 550 kilogram kokas dan hampir satu ton air. Volume bijih yang dimuat ke dalam tungku akan tergantung pada kandungan besi. Paling sering, bijih digunakan, di mana besi setidaknya 70%. Konsentrasi elemen yang lebih rendah tidak diinginkan, karena tidak ekonomis untuk menggunakannya.

Produksi tahap pertama

Melebur besi adalah sebagai berikut. Pertama-tama, bijih dituangkan ke dalam tungku, serta kadar batu bara kokas, yang berfungsi untuk memberi tekanan dan mempertahankan suhu yang diperlukan di dalam poros tungku. Selain itu, produk-produk ini selama proses pembakaran secara aktif terlibat dalam reaksi kimia yang sedang berlangsung diperan zat pereduksi besi.

Pada saat yang sama, fluks dimuat ke dalam tungku, yang berfungsi sebagai katalis. Ini membantu batuan mencair lebih cepat, yang mendorong pelepasan besi.

Penting untuk dicatat bahwa bijih menjalani pra-perlakuan khusus sebelum dimasukkan ke dalam tungku. Itu dihancurkan di pabrik penghancur (partikel kecil meleleh lebih cepat). Kemudian dicuci untuk menghilangkan partikel bebas logam. Setelah itu, bahan baku dibakar, karena ini, belerang dan unsur asing lainnya dikeluarkan darinya.

Produksi tahap kedua

Gas alam dipasok ke tungku yang terisi penuh dan siap dioperasikan melalui pembakar khusus. Coke memanaskan bahan mentah. Dalam hal ini, karbon dilepaskan, yang bergabung dengan oksigen dan membentuk oksida. Oksida ini kemudian mengambil bagian dalam pemulihan besi dari bijih. Perhatikan bahwa dengan peningkatan jumlah gas dalam tungku, laju reaksi kimia menurun, dan ketika rasio tertentu tercapai, itu berhenti sama sekali.

Kelebihan karbon menembus lelehan dan bergabung dengan besi, akhirnya membentuk besi tuang. Semua elemen yang belum meleleh ada di permukaan dan akhirnya dihilangkan. Limbah ini disebut terak. Itu juga dapat digunakan untuk menghasilkan bahan lain. Jenis besi tuang yang diperoleh dengan cara ini disebut pengecoran dan besi kasar.

Diferensiasi

Klasifikasi besi tuang modern mengatur pembagian paduan ini ke dalam jenis berikut:

• Putih.
• Setengah.
• Abu-abu dengan grafit serpihan.
• Grafit nodular kekuatan tinggi.
• ulet.

Mari kita lihat masing-masing secara terpisah.

Besi cor putih

Besi cor ini adalah besi yang hampir semua karbonnya terikat secara kimia. Dalam teknik mesin, paduan ini tidak terlalu sering digunakan, karena keras, tetapi sangat rapuh. Juga, tidak dapat dikerjakan dengan berbagai alat pemotong, dan oleh karena itu digunakan untuk casting bagian yang tidak memerlukan pemrosesan apa pun. Meskipun besi cor jenis ini memungkinkan penggilingan dengan roda abrasif. Besi cor putih bisa biasa dan paduan. Pada saat yang sama, pengelasan menimbulkan kesulitan, karena disertai dengan pembentukan berbagai retakan selama pendinginan atau pemanasan, dan juga karena heterogenitas struktur yang terbentuk di titik pengelasan.

Setrika tuang tahan aus putih diperoleh dengan kristalisasi primer dari paduan cair selama pendinginan cepat. Mereka paling sering digunakan untuk aplikasi gesekan kering (misalnya bantalan rem) atau untuk produksi suku cadang dengan peningkatan ketahanan aus dan panas (rolling mill roll).

Omong-omong, besi tuang putih mendapatkan namanya karena fakta bahwa penampakan retakannya adalah permukaan kristal cahaya yang bercahaya. Struktur besi cor ini merupakan kombinasi dari ledeburite, perlite dan secondary cementite. Jika besi cor ini dicampur, maka perlit berubah menjaditroostit, austenit atau martensit.

Setengah cor besi

Klasifikasi besi tuang tidak lengkap tanpa menyebutkan jenis paduan logam ini.

Besi cor ini dicirikan oleh kombinasi eutektik karbida dan grafit dalam strukturnya. Secara umum, struktur penuh memiliki bentuk berikut: grafit, perlit, ledeburit. Jika besi tuang mengalami perlakuan panas atau paduan, ini akan mengarah pada pembentukan austenit, martensit atau troostit acicular.

Jenis besi cor ini cukup rapuh, sehingga penggunaannya sangat terbatas. Paduan itu sendiri mendapatkan namanya karena frakturnya merupakan kombinasi area gelap dan terang dari struktur kristal.

Material teknik yang paling umum

Besi cor kelabu GOST 1412-85 mengandung sekitar 3,5% karbon, dari 1,9 hingga 2,5% silikon, hingga 0,8% mangan, hingga 0,3% fosfor dan kurang dari 0, 12% belerang.

Grafit pada besi cor tersebut memiliki bentuk pipih. Tidak memerlukan modifikasi khusus.

Pelat grafit memiliki efek pelemahan yang kuat dan oleh karena itu besi cor kelabu dicirikan oleh kekuatan impak yang sangat rendah dan hampir tidak ada pemanjangan (kurang dari 0,5%).

Besi cor kelabu dikerjakan dengan baik. Struktur paduan dapat sebagai berikut:

• Ferrite-graphite.
• Ferrite-pearlite-graphite.
• Perlite-grafit.

Besi cor abu-abu bekerja jauh lebih baik dalam kompresi daripada dalam ketegangan. Dia jugapengelasan cukup baik, tetapi ini memerlukan pemanasan awal, dan batang besi cor khusus dengan kandungan silikon dan karbon yang tinggi harus digunakan sebagai bahan pengisi. Tanpa pemanasan awal, pengelasan akan sulit karena besi tuang akan memutih di area las.

Besi cor kelabu digunakan untuk memproduksi suku cadang yang beroperasi tanpa beban kejut (katrol, penutup, tempat tidur).

Penunjukan besi cor ini terjadi sesuai dengan prinsip berikut: SCH 25-52. Dua huruf menunjukkan bahwa ini adalah besi cor kelabu, angka 25 adalah indikator kekuatan tarik (dalam MPa atau kgf / mm 2), angka 52 adalah kekuatan tarik saat ini dari membungkuk.

Besi ulet

Besi cor nodular pada dasarnya berbeda dari "saudara" lainnya karena mengandung grafit nodular. Itu diperoleh dengan memasukkan pengubah khusus (Mg, Ce) ke dalam paduan cair. Jumlah inklusi grafit dan dimensi liniernya bisa berbeda.

Apa yang bagus dari grafit spheroidal? Fakta bahwa bentuk seperti itu melemahkan dasar logam secara minimal, yang, pada gilirannya, dapat berupa perlitik, feritik, atau perlitik-feritik.

Karena penggunaan perlakuan panas atau paduan, dasar besi cor bisa acicular-troostite, martensitic, austenitic.

Kadar besi ulet berbeda-beda, tetapi secara umum peruntukannya adalah sebagai berikut: VCh 40-5. Mudah ditebak bahwa HF adalah besi cor kekuatan tinggi, angka 40 adalah indikatornyakekuatan tarik (kgf/mm2), angka 5 relatif terhadap perpanjangan, dinyatakan dalam persentase.

Besi ulet

Struktur besi ulet adalah adanya grafit di dalamnya dalam bentuk serpihan atau bola. Pada saat yang sama, serpihan grafit dapat memiliki kehalusan dan kekompakan yang berbeda, yang pada gilirannya berdampak langsung pada sifat mekanik besi tuang.

Besi ulet industri sering diproduksi dengan basis feritik, yang memberikan keuletan yang lebih besar.

Tampilan patahan besi ulet feritik memiliki penampilan beludru hitam. Semakin tinggi jumlah perlit dalam struktur, semakin ringan retakannya.

Secara umum, besi ulet diperoleh dari coran besi putih karena lama mendekam di tungku yang dipanaskan hingga suhu 800-950 derajat Celcius.

Saat ini, ada dua cara untuk membuat besi ulet: Eropa dan Amerika.

Metode Amerika adalah mendekam paduan di pasir pada suhu 800-850 derajat. Dalam proses ini, grafit terletak di antara butiran besi paling murni. Akibatnya, besi tuang menjadi kental.

Dalam metode Eropa, coran mendekam dalam bijih besi. Suhu pada saat yang sama adalah sekitar 850-950 derajat Celcius. Karbon masuk ke bijih besi, karena itu lapisan permukaan coran didekarburasi dan menjadi lunak. Besi tuang menjadi lunak, sedangkan inti tetap rapuh.

Penandaan besi lunak: KCh 40-6, di mana KCh adalah, tentu saja, besi lunak; 40 - indeks kekuatan tarik;6 – perpanjangan, %.

Indikator lainnya

Adapun pembagian besi tuang berdasarkan kekuatan, klasifikasi berikut diterapkan di sini:

• Kekuatan khas: v hingga 20 kg/mm2.
• Meningkatkan kekuatan: v=20 - 38 kg/mm2.
• Kekuatan tinggi: v=40 kg/mm2 ke atas.

Menurut daktilitasnya, besi tuang dibagi menjadi:

• Tidak fleksibel - perpanjangan kurang dari 1%.
• Plastik rendah - dari 1% hingga 5%.
• Plastik - dari 5% hingga 10%.
• Peningkatan plastisitas - lebih dari 10%.

Sebagai kesimpulan, saya juga ingin mencatat bahwa sifat-sifat besi tuang apa pun sangat dipengaruhi bahkan oleh bentuk dan sifat tuangan.