Peran elemen yang umum digunakan dalam besi cor kelabu
1.Karbon dan silikon: Karbon dan silikon adalah elemen yang sangat mendorong grafitisasi. Setara karbon dapat digunakan untuk menggambarkan pengaruhnya terhadap struktur metalografi dan sifat mekanik besi cor kelabu. Peningkatan setara karbon menyebabkan serpihan grafit menjadi lebih kasar, bertambah jumlahnya, dan menurunnya kekuatan dan kekerasan. Sebaliknya, pengurangan setara karbon dapat mengurangi jumlah grafit, memurnikan grafit, dan meningkatkan jumlah dendrit austenit primer, sehingga meningkatkan sifat mekanik besi cor kelabu. Namun, pengurangan setara karbon akan menyebabkan penurunan kinerja pengecoran.
2.Mangan: Mangan sendiri merupakan elemen yang menstabilkan karbida dan menghambat grafitisasi. Ini memiliki efek menstabilkan dan memurnikan perlit dalam besi cor kelabu. Dalam kisaran Mn=0,5% hingga 1,0%, peningkatan jumlah mangan akan meningkatkan kekuatan dan kekerasan.
3.Fosfor: Ketika kandungan fosfor dalam besi cor melebihi 0,02%, eutektik fosfor intergranular dapat terjadi. Kelarutan fosfor dalam austenit sangat kecil. Ketika besi cor mengeras, fosfor pada dasarnya tetap berada di dalam cairan. Ketika pemadatan eutektik hampir selesai, komposisi fase cair yang tersisa di antara gugus eutektik mendekati komposisi eutektik terner (Fe-2%, C-7%, P). Fase cair ini membeku pada suhu sekitar 955℃. Ketika besi tuang membeku, molibdenum, kromium, tungsten, dan vanadium semuanya dipisahkan dalam fase cair kaya fosfor, sehingga meningkatkan jumlah eutektik fosfor. Bila kandungan fosfor pada besi tuang tinggi, selain menimbulkan efek merugikan dari eutektik fosfor itu sendiri, juga akan mereduksi unsur paduan yang terkandung dalam matriks logam, sehingga melemahkan efek unsur paduan tersebut. Cairan eutektik fosfor bersifat lembek di sekitar gugus eutektik yang mengeras dan tumbuh, dan sulit untuk diisi ulang selama penyusutan pemadatan, dan pengecoran memiliki kecenderungan penyusutan yang lebih besar.
4.Sulfur: Mengurangi fluiditas besi cair dan meningkatkan kecenderungan coran menjadi retak panas. Ini adalah elemen berbahaya dalam pengecoran. Oleh karena itu, banyak orang yang beranggapan bahwa semakin rendah kandungan sulfurnya, semakin baik. Padahal, bila kandungan sulfurnya ≤0,05%, besi cor jenis ini tidak cocok untuk inokulan yang biasa kita gunakan. Alasannya adalah inokulasi membusuk dengan sangat cepat, dan bintik-bintik putih sering muncul pada coran.
5. Tembaga: Tembaga adalah elemen paduan yang paling umum ditambahkan dalam produksi besi cor kelabu. Alasan utamanya adalah tembaga memiliki titik leleh yang rendah (1083℃), mudah meleleh, dan memiliki efek paduan yang baik. Kemampuan grafitisasi tembaga sekitar 1/5 dari silikon, sehingga dapat mengurangi kecenderungan besi tuang mempunyai warna putih. Pada saat yang sama, tembaga juga dapat mengurangi suhu kritis transformasi austenit. Oleh karena itu, tembaga dapat mendorong pembentukan perlit, meningkatkan kandungan perlit, dan memurnikan perlit serta memperkuat perlit dan ferit di dalamnya, sehingga meningkatkan kekerasan dan kekuatan besi tuang. Namun, semakin tinggi jumlah tembaga, semakin baik. Jumlah tembaga yang ditambahkan adalah 0,2% hingga 0,4%. Saat menambahkan tembaga dalam jumlah besar, menambahkan timah dan kromium secara bersamaan akan merusak kinerja pemotongan. Hal ini akan menyebabkan sejumlah besar struktur sorbit dihasilkan dalam struktur matriks.
6.Kromium: Efek paduan kromium sangat kuat, terutama karena penambahan kromium meningkatkan kecenderungan besi cair untuk menghasilkan warna putih, dan pengecoran mudah menyusut, sehingga menghasilkan limbah. Oleh karena itu, jumlah kromium harus dikontrol. Di satu sisi, besi cair diharapkan mengandung sejumlah kromium untuk meningkatkan kekuatan dan kekerasan pengecoran; di sisi lain, kromium dikontrol secara ketat pada batas bawah untuk mencegah pengecoran menyusut dan menyebabkan peningkatan laju skrap. Pengalaman tradisional menyatakan bahwa bila kandungan kromium pada besi cair asli melebihi 0,35%, maka akan berdampak fatal pada pengecoran.
7. Molibdenum: Molibdenum adalah unsur pembentuk senyawa yang khas dan unsur penstabil perlit yang kuat. Itu dapat memurnikan grafit. Ketika ωMo<0,8%, molibdenum dapat memurnikan perlit dan memperkuat ferit dalam perlit, sehingga secara efektif meningkatkan kekuatan dan kekerasan besi tuang.
Beberapa masalah pada besi cor kelabu harus diperhatikan
1.Meningkatkan panas berlebih atau memperpanjang waktu penahanan dapat menyebabkan inti heterogen yang ada dalam lelehan menghilang atau mengurangi efektivitasnya, sehingga mengurangi jumlah butiran austenit.
2.Titanium memiliki efek pemurnian austenit primer pada besi cor kelabu. Karena titanium karbida, nitrida, dan karbonitrida dapat berfungsi sebagai dasar nukleasi austenit. Titanium dapat meningkatkan inti austenit dan menghaluskan butiran austenit. Sebaliknya, bila terdapat kelebihan Ti pada besi cair, S pada besi akan bereaksi dengan Ti, bukan Mn, membentuk partikel TiS. Inti grafit TiS tidak seefektif MnS. Oleh karena itu, pembentukan inti grafit eutektik tertunda, sehingga meningkatkan waktu pengendapan austenit primer. Vanadium, kromium, aluminium, dan zirkonium mirip dengan titanium karena mudah membentuk karbida, nitrida, dan karbonitrida, serta dapat menjadi inti austenit.
3. Terdapat perbedaan besar pengaruh berbagai inokulan terhadap jumlah cluster eutektik, yang disusun dengan urutan sebagai berikut: CaSi>ZrFeSi>75FeSi>BaSi>SrFeSi. FeSi yang mengandung Sr atau Ti memiliki pengaruh yang lebih lemah terhadap jumlah cluster eutektik. Inokulan yang mengandung tanah jarang mempunyai efek terbaik, dan efeknya lebih signifikan bila ditambahkan dalam kombinasi dengan Al dan N. Ferrosilikon yang mengandung Al dan Bi dapat meningkatkan jumlah cluster eutektik secara signifikan.
4. Butiran pertumbuhan simbiosis dua fase grafit-austenit yang terbentuk dengan inti grafit sebagai pusatnya disebut gugus eutektik. Agregat grafit submikroskopik, sisa partikel grafit yang tidak meleleh, cabang serpihan grafit primer, senyawa titik leleh tinggi dan inklusi gas yang ada pada besi cair dan dapat menjadi inti grafit eutektik juga merupakan inti dari gugus eutektik. Karena inti eutektik merupakan titik awal tumbuhnya gugus eutektik, maka jumlah gugus eutektik mencerminkan jumlah inti yang dapat tumbuh menjadi grafit dalam cairan besi eutektik. Faktor-faktor yang mempengaruhi jumlah gugus eutektik meliputi komposisi kimia, keadaan inti besi cair dan laju pendinginan.
Jumlah karbon dan silikon dalam komposisi kimia mempunyai pengaruh penting. Semakin dekat persamaan karbon dengan komposisi eutektik, semakin banyak gugus eutektik yang ada. S adalah elemen penting lainnya yang mempengaruhi gugus eutektik besi cor kelabu. Kandungan sulfur yang rendah tidak mendukung peningkatan gugus eutektik, karena sulfida dalam besi cair merupakan zat penting dalam inti grafit. Selain itu, belerang dapat mengurangi energi antarmuka antara inti heterogen dan lelehan, sehingga lebih banyak inti yang dapat diaktifkan. Ketika W (S) kurang dari 0,03%, jumlah kelompok eutektik berkurang secara signifikan, dan efek inokulasi berkurang.
Ketika fraksi massa Mn berada dalam 2%, jumlah Mn meningkat, dan jumlah cluster eutektik pun meningkat. Nb mudah menghasilkan senyawa karbon dan nitrogen dalam besi cair, yang bertindak sebagai inti grafit untuk meningkatkan gugus eutektik. Ti dan V mengurangi jumlah gugus eutektik karena vanadium mengurangi konsentrasi karbon; titanium dengan mudah menangkap S dalam MnS dan MgS untuk membentuk titanium sulfida, dan kemampuan nukleasinya tidak seefektif MnS dan MgS. N dalam besi cair meningkatkan jumlah gugus eutektik. Jika konten N kurang dari 350 x10-6, tidak terlihat jelas. Setelah melebihi nilai tertentu, pendinginan super meningkat, sehingga meningkatkan jumlah cluster eutektik. Oksigen dalam besi cair dengan mudah membentuk berbagai inklusi oksida sebagai inti, sehingga seiring dengan peningkatan oksigen, jumlah gugus eutektik meningkat. Selain komposisi kimia, keadaan inti lelehan eutektik merupakan faktor penting yang mempengaruhi. Mempertahankan suhu tinggi dan panas berlebih dalam waktu lama akan menyebabkan inti aslinya hilang atau mengecil, mengurangi jumlah gugus eutektik, dan memperbesar diameter. Perlakuan inokulasi dapat meningkatkan keadaan inti dan meningkatkan jumlah kelompok eutektik. Laju pendinginan mempunyai pengaruh yang sangat nyata terhadap jumlah gugus eutektik. Semakin cepat pendinginan, semakin banyak gugus eutektik yang terbentuk.
5.Jumlah gugus eutektik secara langsung mencerminkan ketebalan butir eutektik. Secara umum butiran halus dapat meningkatkan kinerja logam. Dengan premis komposisi kimia dan jenis grafit yang sama, seiring dengan bertambahnya jumlah gugus eutektik, kekuatan tarik juga meningkat, karena lembaran grafit dalam gugus eutektik menjadi lebih halus seiring dengan bertambahnya jumlah gugus eutektik, sehingga meningkatkan kekuatannya. Namun, dengan meningkatnya kandungan silikon, jumlah gugus eutektik meningkat secara signifikan, namun kekuatannya malah menurun; kekuatan besi tuang meningkat seiring dengan meningkatnya suhu superheat (sampai 1500℃), namun saat ini jumlah gugus eutektik berkurang secara signifikan. Hubungan antara hukum perubahan jumlah kelompok eutektik akibat perlakuan inokulasi jangka panjang dengan peningkatan kekuatan tidak selalu memiliki tren yang sama. Kekuatan yang diperoleh dari perlakuan inokulasi dengan FeSi yang mengandung Si dan Ba lebih tinggi dibandingkan dengan CaSi, namun jumlah gugus eutektik besi tuang jauh lebih sedikit dibandingkan dengan CaSi. Dengan bertambahnya jumlah gugus eutektik maka kecenderungan penyusutan besi tuang semakin meningkat. Untuk mencegah pembentukan penyusutan pada bagian-bagian kecil, jumlah kelompok eutektik harus dikontrol di bawah 300~400/cm2.
6. Menambahkan elemen paduan (Cr, Mn, Mo, Mg, Ti, Ce, Sb) yang mendorong pendinginan super pada inokulan grafit dapat meningkatkan derajat pendinginan super pada besi tuang, menghaluskan butiran, meningkatkan jumlah austenit, dan mendorong pembentukan perlit. Unsur aktif permukaan yang ditambahkan (Te, Bi, 5b) dapat diadsorpsi pada permukaan inti grafit untuk membatasi pertumbuhan grafit dan mengurangi ukuran grafit, sehingga mencapai tujuan untuk meningkatkan sifat mekanik komprehensif, meningkatkan keseragaman, dan meningkatkan regulasi organisasi. Prinsip ini telah diterapkan dalam praktik produksi besi cor karbon tinggi (seperti komponen rem).
Waktu posting: 05 Juni 2024
