Besi tuang

Besi tuang atau besi cor (bahasa Inggris: cast iron) adalah paduan besi-karbon dengan kandungan karbon lebih dari 2%.^[1] Paduan besi dengan kandungan karbon kurang dari 2% disebut sebagai baja. Unsur paduan utama yang membentuk karakter besi tuang adalah karbon (C) antara 3-3,5% dan silikon (Si) antara 1,8-2,4%. Perbedaan kadar C dan Si menyebabkan titik lebur besi tuang lebih rendah dari baja, yakni sekitar 1.150 sampai 1.200 °C. Unsur paduan yang terkandung didalamnya mempengaruhi warna patahannya; besi tuang putih mengandung unsur karbida sedangkan besi tuang kelabu mengandung serpihan grafit.

Besi tuang cenderung rapuh, kecuali besi tuang mampu tempa (malleable cast iron). Dengan titik leleh relatif rendah, fluiditas yang baik, mampu tempa, mampu mesin yang sangat baik, ketahanan terhadap deformasi dan ketahanan aus, besi tuang telah menjadi bahan rekayasa dengan berbagai aplikasi dan juga digunakan dalam pipa, mesin dan suku cadang industri otomotif, seperti kepala silinder, blok silinder dan gearbox.

Artefak besi tuang tertua yang ditemukan arkeolog adalah dari abad ke-5 SM di Jiangsu, Tiongkok. Di masa Tiongkok kuno, besi tuang digunakan untuk alat perang, pertanian dan arsitektur.^[2] Selama abad ke-15, besi tuang digunakan untuk membuat artileri di Burgundy, Prancis dan di Inggris selama masa Reformasi.^[3] Jembatan besi tuang pertama dibangun pada tahun 1770-an oleh Abraham Darby III yang dikenal sebagai Iron Bridge. Besi tuang juga banyak digunakan dalam konstruksi bangunan.

Fabrikasi

Besi tuang dibuat dengan meleburkan kembali besi kasar (pig iron) hasil tanur tinggi dari bijih besi, dan ditambah dengan besi tua, baja tua, batu kapur untuk membantu pembentukan terak (slag) yang dapat mengikat kotoran sehingga memisahkannya dari besi cair, dan karbon (kokas) sebagai bahan bakar. Peleburan besi tuang biasanya dilakukan dalam tanur tinggi jenis khusus yang sering disebut kupola, tetapi dewasa ini banyak pabrik pengecoran menggunakan tanur listrik jenis tanur induksi dan tanur busur listrik untuk menggantikan kupola. Logam cair yang keluar dari kupola diangkut menggunakan ladel.

Jenis

Besi tuang kelabu

Besi tuang kelabu (gray cast iron) mengandung grafit berbentuk serpihan-serpihan tipis yang terbagi merata dalam seluruh strukturnya, sehingga menyebabkan bidang patahannya berwarna kelabu. Besi tuang jenis ini sering banyak dipakai karena biayanya yang murah dan mudah dituang dalam jumlah besar. Komposisi kimia besi tuang jenis ini adalah 2,5-4% karbon dan 1-3% silikon. Pada kadar karbon yang tinggi, besi tuang juga mempunyai kadar silikon yang tinggi, dengan presentase sulfur dan mangan yang rendah. Oleh sebab itu, pembentukan karbon bebas meningkat dan setelah didinginkan besi tuang kelabu mengandung grafit. Besi tuang kelabu memiliki kekuatan tarik dan ketangguhan yang lebih rendah dari baja, tetapi kekuatan tekannya setara dengan baja karbon rendah dan sedang. Sifat mekanis tersebut dipengaruhi oleh bentuk, ukuran dan distribusi serpihan grafit yang terdapat dalam struktur mikro.^[4]

Besi tuang putih

Besi tuang putih (white cast iron) memiliki bidang patahan yang berwarna putih karena mengandung sejumlah besar sementit dengan kandungan karbon lebih dari 1,7%. Dengan kandungan silikon yang rendah dan laju pendinginan yang cepat, maka setelah didinginkan akan terbentuk fasa metastabil sementit, Fe₃C. Karena sementit bersifat keras dan getas, besi tuang putih memiliki kekerasan dan ketahanan aus yang tinggi namun mampu mesin dan kekuatan tariknya rendah. Besi tuang putih ini merupakan bahan baku untuk pembuatan besi tuang mampu tempa.

Besi tuang mampu tempa

Besi tuang mampu tempa (malleable cast iron) merupakan besi tuang putih yang diberi perlakuan panas sampai kurang lebih 900 °C. Perlakuan panas yang diterapkan pada besi tuang putih umumnya adalah anil yang bertujuan untuk memisahkan karbida besi Fe₃C menjadi besi dan grafit. Secara umum, besi tuang ini memiliki sifat yang sama seperti baja ringan. Besi tuang jenis ini memiliki mampu tempa yang sangat baik, serta ketahanan terhadap beban kejut dan mampu mesin yang baik sehingga banyak digunakan pada industri kereta api, otomotif, sambungan pipa dan industri pertanian.

Besi tuang nodular

Besi tuang nodular (nodular cast iron) memiliki bentuk grafit yang bulat. Penambahan magnesium dan cerium (paduan Fe-Si-Mg) pada saat besi tuang dalam keadaan cair menyebabkan grafit menjadi bulat (nodularisasi). Besi tuang nodular mempunyai kekuatan, keuletan dan ketangguhan yang lebih baik dibandingkan besi tuang kelabu, karena bentuk grafitnya yang bulat maka konsentrasi regangannya menjadi lebih kecil.

Tabel kualitas komparatif besi tuang

Kualitas komparatif besi tuang^[5]
Nama	Komposisi nominal [% berat]	Bentuk dan kondisi	Kekuatan hasil [ksi (0.2% offset)]	Kekuatan tarik [ksi]	Perpanjangan [%]	Kekerasan [Brinell scale]	Penggunaan
Besi cor kelabu (ASTM A48)	C 3.4, Si 1.8, Mn 0.5	Cast	—	50	0.5	260	Blok silinder mesin, roda gila, kotak roda gigi, alas alat mesin
Besi cor putih	C 3.4, Si 0.7, Mn 0.6	Cast (as cast)	—	25	0	450	Permukaan bantalan bearing
Besi lunak (ASTM A47)	C 2.5, Si 1.0, Mn 0.55	Cast (annealed)	33	52	12	130	Bantalan bearing gandar, roda track, poros engkol otomotif
Besi ulet atau nodular	C 3.4, P 0.1, Mn 0.4, Ni 1.0, Mg 0.06	Cast	53	70	18	170	Roda gigi, poros bubungan, poros engkol
Besi ulet atau nodular (ASTM A339)	—	Cast (quench tempered)	108	135	5	310	—
Ni-keras tipe 2	C 2.7, Si 0.6, Mn 0.5, Ni 4.5, Cr 2.0	Sand-cast	—	55	—	550	Aplikasi kekuatan tinggi
Ni-resist tipe 2	C 3.0, Si 2.0, Mn 1.0, Ni 20.0, Cr 2.5	Cast	—	27	2	140	Ketahanan terhadap panas dan korosi

Bacaan lebih lanjut

Harold T. Angus, Cast Iron: Physical and Engineering Properties, Butterworths, London (1976) ISBN 0-408-70688-0
John Gloag and Derek Bridgwater, A History of Cast Iron in Architecture, Allen and Unwin, London (1948)
Peter R Lewis, Beautiful Railway Bridge of the Silvery Tay: Reinvestigating the Tay Bridge Disaster of 1879, Tempus (2004) ISBN 0-7524-3160-9
Peter R Lewis, Disaster on the Dee: Robert Stephenson's Nemesis of 1847, Tempus (2007) ISBN 978-0-7524-4266-2
George Laird, Richard Gundlach and Klaus Röhrig, Abrasion-Resistant Cast Iron Handbook, ASM International (2000) ISBN 0-87433-224-9

Rujukan

^ Campbell, F.C. (2008). Elements of Metallurgy and Engineering Alloys. Materials Park, Ohio: ASM International. hlm. 453. ISBN 978-0-87170-867-0.
^ Donald B. Wagner (1993). Iron and Steel in Ancient China. BRILL. hlm. 335–340. ISBN 978-90-04-09632-5.
^ Keith Krause (Agustus 1995). Arms and the State: Patterns of Military Production and Trade. Cambridge University Press. hlm. 40. ISBN 978-0-521-55866-2.
^ Committee, A04. "Test Method for Evaluating the Microstructure of Graphite in Iron Castings". doi:10.1520/a0247-10.
^ Lyons, William C. and Plisga, Gary J. (eds.) Standard Handbook of Petroleum & Natural Gas Engineering, Elsevier, 2006

Pranala luar

(Inggris) Cast Iron In China and Europe
(Inggris) Metallurgy of Cast Irons, Cambridge University Diarsipkan 2006-09-24 di Wayback Machine.
(Inggris) Paper on the Tay bridge disaster
(Inggris) Spanish cast-iron bridges

[1] Campbell, F.C. (2008). Elements of Metallurgy and Engineering Alloys. Materials Park, Ohio: ASM International. hlm. 453. ISBN 978-0-87170-867-0.

[Wagner-2] Donald B. Wagner (1993). Iron and Steel in Ancient China. BRILL. hlm. 335–340. ISBN 978-90-04-09632-5.

[Krause-3] Keith Krause (Agustus 1995). Arms and the State: Patterns of Military Production and Trade. Cambridge University Press. hlm. 40. ISBN 978-0-521-55866-2.

[4] Committee, A04. "Test Method for Evaluating the Microstructure of Graphite in Iron Castings". doi:10.1520/a0247-10.

[5] Lyons, William C. and Plisga, Gary J. (eds.) Standard Handbook of Petroleum & Natural Gas Engineering, Elsevier, 2006

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]