Apa yang disebut baja dan besi cor. Besi cor. Sifat-sifat besi cor. Besi cor adalah paduan besi dan karbon. Sejarah penggunaan besi cor di Tiongkok kuno

Paduan besi dan karbon disebut besi cor. Kami akan mencurahkan artikel ini untuk besi cor yang dapat ditempa. Yang terakhir ini terkandung dalam struktur paduan baik dalam bentuk grafit atau sementit. Selain komponen di atas, besi cor mengandung kotoran berdasarkan bahan kimia berikut - silikon, mangan, dll.

Komponen paduan dapat ditambahkan ke paduan besi tuang, yang mempunyai pengaruh signifikan terhadap parameter teknisnya.

Besi cor digunakan dalam produksi produk dengan cara pengecoran, misalnya rumah peralatan mesin, yang beroperasi pada beban statis dan dinamis kecil, termasuk beban multiarah.

Berbeda dengan baja, besi cor memiliki parameter pengecoran yang baik dan harga yang murah. Selain itu, bahan mentah ini lebih baik diproses pada peralatan pemotong logam dibandingkan kebanyakan baja paduan. Namun, di sisi lain, paduan besi cor, apa pun jenisnya, dilas dengan kesulitan tertentu. Selain itu, besi cor memiliki parameter kekuatan, kekerasan, dan kerapuhan yang rendah.

Jenis besi cor

Tingkat paduan besi cor ditentukan oleh jumlah karbon dan zat lain dalam komposisinya.

Pendekatan ini memungkinkan kita untuk membedakan jenis bahan berikut:

• putih;
• abu-abu (GOST 1412);
• mudah dibentuk (GOST 1215);
• kekuatan tinggi (GOST 7293).

Besi cor putih

Pada paduan ini, karbon dikumpulkan dalam bentuk sementit. Bahan kelas ini tahan aus dan memiliki parameter kekerasan yang baik. Pada saat yang sama, pemrosesannya agak buruk pada peralatan pemotong logam.

Besi cor putih dibagi menjadi beberapa kelompok berikut:

• hipoeutektik dengan konsentrasi karbon 2,14% hingga 4,3%;
• eutektik - 4,3%;
• hipereutektik dari 4,3% menjadi 6,67%.

Pada besi cor tingkat lain, karbon berbentuk grafit.

Besi cor kelabu

Karbon pada besi cor kelas ini berbentuk pelat. Besi cor kelabu juga mengandung komponen seperti:

• silikon hingga 0,8%;
• mangan hingga 0,3%, dll.

Untuk menghasilkan coran dari bahan ini digunakan cetakan yang terbuat dari tanah tuang atau baja. Bentuk seperti ini disebut cetakan dingin. Bidang utama penggunaan besi cor kelabu adalah teknik mesin. Digunakan untuk membuat struktur yang dapat beroperasi tanpa adanya benturan, misalnya penggerak roda V-belt, bearing cup, dll. Paduan besi cor jenis ini ditandai sebagai berikut: SCH 32 - 52. Angka pertama menunjukkan kekuatan tarik, yang kedua batas lenturnya.

Sebagai bagian dari bahan ini, karbon memiliki bentuk flokulan. Komposisi kimia bahan ini mencakup silikon hingga 1,4%, mangan 1%, dll. Besi cor lunak terbuat dari besi cor putih.

Untuk melakukan ini, ia mengalami perlakuan panas, yaitu dipanaskan dan disimpan dalam keadaan ini selama waktu yang ditentukan oleh teknologi. Operasi ini disebut merana. Besi tuang lunak ditandai dengan CN 45 - 6. Angka pertama menunjukkan kekuatan tarik, angka kedua menunjukkan perpanjangan dalam persentase.

Karbon pada besi cor ini berbentuk bulat. Untuk memproduksi besi tuang jenis ini digunakan modifikasi, yaitu magnesium dimasukkan ke dalam lelehan. Ini memastikan pembentukan karbon dalam bentuk inklusi bola. Solusi ini memungkinkan besi cor dengan kadar ini lebih dekat dengan baja karbon dalam beberapa sifat. Parameter pengecorannya lebih tinggi dibandingkan dengan merek paduan besi cor lainnya, kecuali abu-abu.

Besi cor kelas ini digunakan dalam produksi suku cadang seperti piston, poros engkol, dan komponen sistem pengereman.

Besi cor berkekuatan tinggi ditandai sebagai berikut - HF - 45-5. Angka pertama menunjukkan kekuatan tarik, angka kedua menunjukkan persentase perpanjangan.

Fitur produksi besi cor yang dapat ditempa

Produksi besi cor KCh memiliki sejumlah kehalusan yang ditentukan oleh karakteristik pengecoran dan sifat lainnya.

Besi cor grade BC yang merupakan produk utama besi lunak tidak memiliki parameter pengecoran yang sangat baik. Secara khusus, fluiditasnya berkurang, penyusutannya besar selama pendinginan, dan rentan terhadap pembentukan berbagai cacat pengecoran. Inilah alasan mengapa logam perlu terlalu panas selama produksi dan mengambil tindakan untuk memerangi cacat pengecoran. Produksi besi cor lunak dapat dilakukan dengan pertimbangan wajib terhadap penyusutan dan perubahan dimensi benda kerja selama perebusan. Benda kerja yang tipis mempunyai penyusutan yang maksimal, benda kerja yang tebal mempunyai penyusutan yang minimal. Operasi perebusan dilakukan pada suhu 1350 - 1450 derajat Celcius.

Annealing (mendidih) merupakan langkah dasar dalam produksi besi cor. Itu diproduksi di bengkel terpisah yang disebut lesu. Sediaan ditempatkan dalam panci yang terbuat dari baja atau paduan besi cor dengan kadar berbeda untuk dididihkan. Hingga 300 coran dapat ditempatkan dalam pot, berdasarkan fakta bahwa beratnya harus mencapai 1.500 kg per meter kubik.

Besi cor yang dapat ditempa memperoleh kekuatan terbesarnya dalam pot yang terbuat dari besi cor putih dengan tambahan kromium dan jumlah fosfor yang minimal. Konsumsi pot diukur berdasarkan beratnya, dapat berkisar antara 4 hingga 15% dari berat benda kerja. Itulah sebabnya peningkatan daya tahannya memainkan peran besar dalam menentukan biaya besi cor yang dapat ditempa.

Untuk menghindari lengkungan pada coran yang sudah jadi, penempatan blanko dalam pot harus dilakukan dengan sangat hati-hati. Mereka diletakkan sekencang mungkin, untuk meningkatkan efeknya, benda kerja ditaburi pasir atau bijih. Bahan-bahan ini melindungi benda kerja dari deformasi dan oksidasi berlebih.

Tungku listrik digunakan untuk memproduksi besi cor yang dapat ditempa. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa selama proses perebusan harus dimungkinkan untuk mengatur suhu, kenaikan tajam selama pemanasan dan penurunan cepat pada tahap grafitisasinya. Selain itu, tidak akan berlebihan jika bisa mengatur campuran udara di dalam oven.

Sebagian besar tungku yang digunakan untuk memproduksi besi cor lunak adalah tungku peredam. Artinya, hasil pembakaran bahan bakar tidak bersentuhan dengan pot tempat benda kerja ditempatkan.

Coran yang terbuat dari besi lunak menjalani operasi pembersihan beberapa kali, dan setelah anil, pengumpan dilepas dan diluruskan. Pembersihan pertama dilakukan untuk menghilangkan sisa pasir cetakan. Untuk pembersihan digunakan peralatan sandblasting atau drum tumbling khusus. Penghapusan sisa pengumpan dilakukan dengan menggunakan kain ampelas.

Cacat paling umum pada besi cor lunak adalah sebagai berikut:

• penyusutan rongga;
• pengisian yang kurang;
• retak, dll.

Beberapa cacat tidak dapat diperbaiki dengan perlakuan panas lebih lanjut. Perlu dicatat bahwa produksi besi cor yang dapat ditempa memerlukan kepatuhan yang ketat terhadap semua persyaratan gost, peraturan dan regulasi teknologi. Hanya dalam kasus ini kita dapat berbicara tentang mendapatkan besi cor lunak berkualitas tinggi, yang dapat menggantikan bahan mahal lainnya - baja, logam non-besi.

Jenis besi cor yang dapat ditempa

Tingkat paduan besi cor KCh berhubungan langsung dengan kondisi di mana anil dilakukan. Setelah operasi ini, diperoleh tiga kelas besi cor:

• feritik;
• perlit;
• feritik-perlitik.

Yang pertama mengandung komposisi kimia ferit dan karbon dengan struktur flokulan. Yang kedua meliputi perlit dan grafit dengan struktur flokulan. Yang ketiga mengandung ferit, perlit dan karbon seperti serpihan.

Besi cor perlitik yang dapat ditempa dihasilkan dari pendinginan cepat benda kerja saat berada di zona dekomposisi. Dalam hal ini, selain ferit, struktur besi cor juga akan mengandung perlit. Ini akan bertahan bahkan dengan pendinginan lebih lanjut pada benda kerja hingga suhu lebih rendah dari 727 derajat.

Artinya, kita dapat mengatakan bahwa struktur besi cor sangat berkaitan dengan kondisi suhu anil dan keberadaan komponen paduan.

Ciri-ciri utama logam

Parameter utama besi cor ditentukan oleh jumlah karbon, yang berbentuk grafit, dan keberadaan silikon. Paduan besi cor lunak perlitik mengandung dua elemen penyusun lagi - kromium dan mangan.

Perbedaan struktur besi cor yang dapat ditempa juga tercermin pada sifat akhir produk yang diperoleh darinya. Misalnya, benda kerja yang terbuat dari besi cor feritik memiliki kekerasan yang lebih rendah dibandingkan benda kerja yang terbuat dari bahan perlitik, namun pada saat yang sama benda kerja tersebut memiliki keuletan yang lebih tinggi. Grafit dalam bentuk serpihan memberikan parameter kekuatan tinggi pada bagian jadi dengan keuletan yang relatif baik. Produk yang terbuat dari besi cor KCh dapat berubah bentuk pada suhu dan kelembapan ruangan. Sifat inilah yang menentukan nama bahan ini – mudah dibentuk. Sebenarnya, ini adalah nama bersyarat dan tidak berarti bahwa bagian jadi diperoleh darinya dengan menggunakan peralatan tempa. Pengecoran digunakan untuk menghasilkan produk. Sifat utama bahan ini adalah tidak adanya tekanan di dalamnya.

Sifat mekanik besi cor ulet berada di antara besi cor kelabu dan baja. Artinya, besi cor jenis ini memiliki fluiditas yang tinggi, ketahanan terhadap keausan, korosi, dan zat agresif. Selain itu, material ini memiliki sifat kekuatan yang tinggi. Dengan demikian, bagian dengan ketebalan dinding 7–8 mm dapat menahan tekanan kerja hingga 40 atm. Hal ini memungkinkannya digunakan untuk pembuatan alat kelengkapan pipa untuk gas dan air.

Kita tidak boleh lupa bahwa pada suhu rendah, besi cor menjadi sangat rapuh dan sangat rentan terhadap benturan.

Sifat-sifat besi cor yang dapat ditempa

Sifat dasar paduan besi cor KCh adalah mengandung inklusi karbon dalam berbagai bentuk, yang menentukan kekuatan dan keuletannya. Besi tuang dengan jumlah karbon rendah (dekarbonisasi) sebenarnya merupakan satu-satunya bahan paduan besi tuang struktural yang dapat dilas dengan baik dan digunakan untuk menghasilkan struktur logam yang dilas. Untuk pengelasan, digunakan pelindung gas atau teknologi butt. Jenis besi cor ini cocok untuk pengepresan, pengembosan timbul, dan cukup mengisi kekosongan dan celah. Bagian yang terbuat dari paduan besi cor feritik yang dapat ditempa diproses dingin, sedangkan bagian yang terbuat dari paduan perlitik dipanaskan.

Besi cor yang digunakan dalam produksi dibuat dari paduan besi cor putih dengan cara dianil. Struktur yang diperoleh setelah melakukan operasi ini mungkin berbentuk feritik atau perlitik.

Salah satu keunggulan paduan besi cor yang dapat ditempa adalah memiliki sifat penampang yang seragam, selain itu dapat diproses dengan baik pada mesin penggilingan bubut.

Parameter fisik dan teknis utama dari paduan besi cor yang dapat ditempa distandarisasi dalam GOST 1215-79. Penandaan bahan ini didasarkan pada nilai tarik dan perpanjangan yang diperbolehkan. Kekerasan material ditentukan oleh strukturnya, dan parameter kekuatan serta keuletan ditentukan oleh keberadaan grafit.

Harus dipahami bahwa sifat material tidak hanya dipengaruhi oleh bentuknya, tetapi juga oleh jumlah grafit yang terkandung dalam paduan. Besi cor yang dapat ditempa mencapai karakteristik kekuatan maksimumnya dengan adanya perlit halus dan sedikit grafit. Keuletan dan ketangguhan maksimum besi cor kelas ini dicapai dengan adanya ferit dan jumlah grafit yang sama.

Lingkup aplikasi

Besi cor yang dapat ditempa telah menemukan penerapannya dalam teknik mesin untuk produksi peralatan mesin, suku cadang mobil, struktur dan mekanisme yang digunakan dalam transportasi kereta api, dll.

Paling sering, coran ferit digunakan, yang harganya agak lebih murah daripada yang lainnya. Pengecoran perlite digunakan untuk pembuatan suku cadang yang digunakan untuk produk dan rakitan yang beroperasi di bawah beban yang meningkat.

Besi cor lunak digunakan untuk menghasilkan coran dengan dinding tipis, ukurannya bisa berkisar antara 3 hingga 40 mm.

Bahan dasar pembuatan besi cor atau baja adalah besi. Di alam, ini adalah logam dengan warna keperakan dan tidak memiliki kekerasan yang cukup. Logam ini praktis tidak digunakan dalam industri, dan berbagai paduan besi banyak digunakan.

Besi tuang dan baja merupakan paduan besi dan karbon, namun kualitas logamnya akan bergantung pada kandungan unsur dan pengotornya.

Besi cor

Besi cor adalah produk utama metalurgi. Komposisinya mengandung lebih dari 2% karbon dan sejumlah besar pengotor yang mempengaruhi sifat logam: mangan, fosfor, silikon, belerang, aditif paduan.

Besi tuang merupakan logam yang rapuh, mudah pecah menjadi pecahan-pecahan jika terkena benturan, sehingga kurang praktis untuk diolah dan digunakan. Jenis karbon yang terkandung dalam besi cor mempengaruhi sifat-sifatnya, oleh karena itu ada beberapa jenis besi cor:

Logam lunak berwarna abu-abu dengan titik leleh rendah;

Putih, dengan kekerasan yang meningkat, tetapi rapuh;

Dapat ditempa, produk sekunder dari besi cor putih;

Sangat tahan lama.

Massa jenis besi tuang adalah 7000 kg/m3.

Baja

Persentase karbon dalam paduan tidak boleh melebihi 2%, dan besi tidak boleh kurang dari 45%. 53% sisanya mungkin mengandung berbagai aditif paduan dan pengotor yang dapat mengubah sifat-sifatnya.

Ada banyak varietas dan klasifikasi. Tergantung pada jumlah elemen penghubung, ada:

Paduan rendah;

Paduan sedang.

Juga dibedakan berdasarkan jumlah karbon:

Rendah karbon;

Karbon sedang;

Karbon tinggi.

Kualitas logam dipengaruhi oleh adanya inklusi nonlogam (oksida, sulfida, fosfida) dan terdapat klasifikasi berdasarkan kualitas.

Ciri umumnya adalah logam dengan kekuatan, ketahanan aus, kekerasan yang baik, dan cocok untuk berbagai jenis pengolahan. Massa jenis baja adalah 7700 – 7900 kg/m3.

Meskipun terdapat banyak jenis besi cor dan baja, kami dapat menyoroti perbedaan utama antara logam-logam ini:

Baja memiliki kekuatan, keuletan dan kekerasan yang lebih besar;

Ini lebih plastik, oleh karena itu cocok untuk diproses (stamping, penempaan, penggulungan, pengelasan), produk besi cor dibuat dengan cara pengecoran;

Besi cor memiliki biaya lebih rendah;

Baja memiliki konduktivitas termal yang tinggi, kualitasnya ditingkatkan dengan pengerasan, dan besi tuang, karena porositas logamnya, mampu menahan panas;

Paduan memiliki berat jenis yang berbeda.

Metalurgi memasok pasar dengan ratusan jenis kedua paduan, yang memiliki karakteristik dan karakteristiknya sendiri, namun komponen penting dari logam ini adalah besi dan karbon. Oleh karena itu, baja dan besi tuang dapat digabungkan menjadi kelompok paduan besi-karbon.

Besi cor– paduan besi (Fe>90%) dengan karbon (C dari 2,14% menjadi 6,67%).
Karbon dapat terkandung dalam besi tuang dalam bentuk grafit (C) atau sementit (Fe3C).
Besi cor juga mengandung pengotor silikon, mangan, fosfor dan belerang.
Besi cor dengan sifat khusus juga mengandung unsur paduan - kromium, nikel, tembaga, molibdenum, dll.

Besi cor adalah bahan yang paling banyak digunakan untuk pembuatan komponen cor yang digunakan pada tegangan yang relatif rendah dan beban dinamis yang rendah. Keunggulan besi cor dibandingkan baja adalah sifat pengecorannya yang tinggi dan biaya yang rendah. Besi tuang juga lebih baik dalam pemotongan dibandingkan kebanyakan baja (kecuali baja otomatis), tetapi besi cor tidak dapat dilas dengan baik dan memiliki kekuatan, kekakuan, dan keuletan yang lebih rendah.

Tergantung pada keadaan karbon dalam besi cor, ada:
besi cor putih
besi cor kelabu(GOST 1412 - "Besi cor dengan grafit serpihan untuk pengecoran")
besi yang mudah ditempa(GOST 1215 - "Tuangan besi muctile")
besi ulet(GOST 7293 - "Besi cor nodular untuk pengecoran")

Besi cor putih

Pada besi cor putih, seluruh karbon berada dalam keadaan terikat berupa sementit Fe3C.
Besi cor putih memiliki ketahanan aus dan kekerasan yang tinggi, tetapi rapuh dan tidak diproses dengan baik melalui pemotongan, sehingga penggunaannya terbatas dalam teknik mesin dan terutama digunakan untuk diolah menjadi baja.
Berdasarkan kandungan karbonnya, besi cor kelabu dibedakan menjadi:
Hipoeutektik dengan kandungan karbon dari 2,14% hingga 4,3%
Eutektik dengan kandungan karbon 4,3%
Hipereutektik dengan kandungan karbon dari 4,3% hingga 6,67%.

Pada besi cor abu-abu, mudah dibentuk, dan berkekuatan tinggi, seluruh atau sebagian besar karbon berbentuk grafit dengan berbagai bentuk (disebut juga grafit).

Besi cor kelabu

Pada struktur besi cor kelabu, grafit berbentuk pelat.
Besi cor kelabu mengandung: 3,2-3,5% karbon, 1,9-2,5% silikon, 0,5-0,8% mangan, 0,1-0,3% fosfor, dan kurang dari 0,12% sulfur.
Pengecoran bagian besi cor kelabu dibuat dalam cetakan - cetakan tanah atau logam.
Besi cor kelabu banyak digunakan dalam bidang teknik mesin. Karena sifat mekanik yang rendah dari coran besi cor kelabu dan kemudahan produksinya, coran tersebut digunakan untuk pembuatan suku cadang untuk tujuan yang kurang kritis, suku cadang yang beroperasi tanpa adanya beban kejut. Secara khusus, mereka digunakan untuk membuat penutup, katrol, tempat tidur mesin dan mesin press.
Contoh penunjukan besi cor kelabu: SCh32-52. Huruf menunjukkan besi cor kelabu (GC), angka pertama menunjukkan kekuatan tarik (32 kgf/mm2 atau 320 MPa), angka kedua menunjukkan kekuatan lentur.

Besi yang mudah ditempa

Dalam struktur besi cor lunak, grafit berbentuk serpihan.
Besi cor lunak mengandung: 2,4-3,0% karbon, 0,8-1,4% silikon, 0,3-1,0% mangan, kurang dari 0,2% fosfor, tidak lebih dari 0,1% sulfur.
Besi cor lunak diperoleh dari besi cor putih dengan cara dipanaskan dan ditahan dalam waktu lama. Prosedur ini disebut graphitizing annealing atau perebusan.
Contoh penunjukan besi cor lunak: KCH45-6. Huruf-huruf tersebut menunjukkan besi cor lunak (CC), angka pertama adalah kekuatan tarik (45 kgf/mm2 atau 450 MPa), angka kedua adalah perpanjangan relatif dalam% (6%).

Besi ulet

Besi ulet mengandung grafit nodular.
Ia memiliki sifat kekuatan tertinggi.
Besi ulet mengandung: 3,2-3,8% karbon, 1,9-2,6% silikon, 0,6-0,8% mangan, hingga 0,12% fosfor dan tidak lebih dari 0,3% sulfur.
Besi cor berkekuatan tinggi diproduksi dengan memodifikasi (yaitu memperkenalkan aditif pengubah - magnesium) lelehan cair. Pengubah mendorong pembentukan inklusi grafit bulat, yang menyebabkan sifat mekanik besi tuang tersebut mendekati sifat baja karbon, dan sifat pengecorannya lebih tinggi (tetapi lebih rendah dibandingkan besi tuang kelabu).
Besi cor berkekuatan tinggi digunakan untuk membuat bagian-bagian penting dalam teknik mesin - piston, silinder, poros engkol, bantalan rem. Pipa juga terbuat dari besi cor berkekuatan tinggi.
Contoh penunjukan besi cor berkekuatan tinggi: VC45-5. Huruf menunjukkan besi cor berkekuatan tinggi (DC), angka pertama menunjukkan kekuatan tarik (45 kgf/mm2 atau 450 MPa), angka kedua menunjukkan perpanjangan dalam%.

Besi cor adalah paduan besi dengan karbon (isi lebih dari 2,14%).
Karbon masuk besi cor mungkin terkandung di dalamnya berupa sementit dan grafit.
DI DALAM besi cor.
Besi cor V

Besi cor adalah paduan besi dengan mengandung karbon lebih dari 2,14% (titik kelarutan maksimum karbon masuk austenit pada diagram fasa).
Karbon masuk besi cor mungkin terkandung di dalamnya berupa sementit dan grafit.
DI DALAM tergantung pada bentuk grafit dan jumlah sementit, dibedakan: pucat, tidak berwarna, mudah dibentuk dan berkekuatan tinggi besi cor.
Besi cor menampung pengotor permanen (Si, Mn, S, P), dan V dalam peristiwa individu juga unsur paduan (Cr, Ni, V, Al, dll).
Biasanya, besi cor rentan.

Lunak besi cor diperoleh dengan anil panjang warna putih besi cor, V Hasilnya adalah grafit berbentuk serpihan.
Dasar logam ini besi cor: ferit dan lebih jarang perlit.
Lunak besi cor mendapat namanya karena peningkatan plastisitas dan viskositasnya (walaupun tidak mengalami perlakuan tekanan).
Lunak besi cor telah meningkatkan kekuatan tarik dan meningkatkan ketahanan benturan.
Dari mudah ditempa besi cor mereka memproduksi bagian-bagian dengan bentuk yang rumit: rumah gandar belakang mobil, bantalan rem, tee, sudut, dll.

Termasuk coran resistansi kecil dari warna abu-abu besi cor beban tarik dan impak, material ini sebaiknya digunakan untuk bagian yang terkena beban tekan atau lentur.
DI DALAM dalam pembuatan peralatan mesin ini adalah dasar, bagian tubuh, braket, roda gigi, penggerak;
V industri otomotif - blok silinder, ring piston, poros bubungan, cakram kopling.
Coran abu-abu besi cor juga digunakan teknik elektro, untuk pembuatan barang konsumsi.

Karbon masuk besi cor mungkin masuk bentuk sementit, grafit atau V sekaligus dalam bentuk sementit dan grafit.
Munculnya fase permanen - grafit V besi cor mungkin terjadi di sebagai akibat dari pemisahan langsung dari larutan lemah (padat) atau karena disintegrasi sementit yang telah terbentuk sebelumnya (dengan pendinginan lambat dari lelehan besi cor sementit dapat mengalami dekomposisi ResS -> Fe + GC dengan pembentukan ferit dan grafit).
Proses pembentukan dalam besi cor grafit (baja) disebut grafitisasi.

Oleh kandungan karbon besi cor dibagi menjadi hipoeutektik - 2, 14 ...
4,3% C, eutektik - 4,3% C dan hipereutektik - 4,3 ...
6,67%C karbon.
Hipoeutektik besi cor, termasuk 2, 14 ...
4,3% C, setelah pendinginan akhir memiliki struktur perlit, ledeburit (perlit + sementit) dan sementit sekunder.
Eutektik besi cor(4,3% C) pada suhu di bawah +727°C hanya terdiri dari ledeburit (perlit + sementit).
Hypereutektik, yang tidak dapat dibatalkan 4, 3...
6,67% C, pada suhu di bawah +727°C, terdiri dari sementit primer dan ledeburit (perlit + sementit).
Dalam prakteknya yang paling banyak digunakan adalah hipoeutektik besi cor, termasuk 2, 4 ...
3,8%C karbon.
Makna padat kandungan karbon dalam besi cor ditentukan oleh karakteristik teknologinya selama pengecoran - memastikan fluiditas yang baik.
Fluiditas adalah kemampuan logam dan paduan V dalam keadaan cair, isi rongga cetakan, secara akurat mereproduksi garis besar dan dimensi pengecoran.
Diperbesar kandungan karbon besi cor di atas 3,8% C menyebabkan peningkatan tajam dalam kekerasan dan kerapuhan.
Fluiditas ditentukan dengan uji spiral, dan nilainya ditentukan oleh panjang pengisian bagian spiral.
Penyusutan adalah pengurangan dimensi linier dan volumetrik logam yang terendam V angka selama kristalisasi dan pendinginannya.

Dalam industri, jenis besi cor ditandai dengan jenis berikut: konversi besi cor- P1, P2;
konversi besi cor untuk pengecoran (pengolahan - pengecoran) - PL1, PL2, pigmen fosfor besi cor- PF1, PF2, PF3, konversi berkualitas tinggi besi cor- PVK1, PVK2, PVK3;
besi cor dengan grafit pipih - SCh (angka setelah huruf “SCh” berarti nilai kekuatan tarik V kgf/mm) ;
anti gesekan besi cor abu-abu anti-gesekan - AChS, anti-gesekan kekuatan tinggi - AChV, anti-gesekan lunak - AChK;
besi cor dengan grafit bulat untuk coran - HF (angka setelah huruf "HF" berarti kekuatan tarik sementara V kgf/mm dan perpanjangan relatif (%);
besi cor dicampur dengan sifat khusus - Ch.

Paduan besi-karbon dengan kandungan karbon lebih dari 2% secara kondisional disebut besi tuang, terlepas dari tingkat paduannya. Pengecualiannya adalah beberapa baja perkakas dan besi cor dengan kandungan silikon tinggi, misalnya, silal, yang, tergantung pada kadarnya, mengandung 1,6 hingga 2,5% C. Perbedaan yang diterima antara luas besi tuang dan luas baja bertepatan dengan kelarutan maksimum karbon dalam γ-besi.

Sifat-sifat besi cor ditentukan oleh jumlah, bentuk dan sifat sebaran komponen struktur. Komposisi fasa besi tuang bergantung pada komposisi kimia, kondisi peleburan dan kondisi kristalisasi besi tuang.

Diagram fase besi-karbon

Diagram fasa besi-karbon dalam rentang konsentrasi dari besi hingga sementit ditunjukkan pada Gambar. 1. Garis ABCD adalah likuidus sistem, garis AHJECF adalah solidusnya.

Tiga garis horizontal pada diagram (HJB, ECF dan PSK) menunjukkan terjadinya tiga reaksi invarian. Pada 14850 (garis HJB), terjadi reaksi peritektik LB+FN→AJ. Akibat reaksi peritektik terbentuklah austenit. Reaksi ini hanya terjadi pada paduan yang mengandung karbon 0,1 hingga 0,5%. Pada 11300 (ECF horizontal), terjadi reaksi eutektik LC→AE+C. Sebagai hasil dari reaksi ini, terbentuk campuran eutektik. Campuran eutektik antara austenit dan sementit disebut ledeburit. Reaksi ini terjadi pada semua paduan sistem yang mengandung lebih dari 2% karbon. Pada 7230 (PSK horizontal) terjadi reaksi eutektoid AS→FR+C. Produk transformasinya adalah campuran eutektoid. Campuran eutektoid ferit dan sementit disebut perlit.

Semua paduan yang mengandung lebih dari 0,02% karbon, yaitu hampir semua paduan besi-karbon industri, mengalami transformasi perlit (eutektoid). Dengan demikian, diagram besi-karbon mencirikan terjadinya transformasi eutektik, eutektoid, dan peritektik pada paduan tersebut.

Kemunculan diagram besi-karbon (pada bagian pra-sementitnya), yaitu susunan garis-garis pada diagram, cukup pasti dan mapan. Hanya koordinat (yaitu suhu dan konsentrasi titik paling khas) yang disempurnakan.

Nilai koordinat titik-titik pada diagram besi-karbon disajikan pada Tabel 1.

Beras. 1. Diagram besi – karbon

Tabel 1.

Poin-poin karakteristik pada diagram besi-karbon

Komponen dan fase paduan besi-karbon

Komponen utama paduan besi-karbon adalah besi, karbon dan sementit. Besi merupakan logam transisi dengan warna terang keperakan. Ia memiliki titik leleh yang tinggi - 15390±50 C. Dalam keadaan padat, besi dapat ditemukan dalam dua modifikasi. Transformasi polimorfik terjadi pada suhu 9110 C dan 13920 C. Pada suhu di bawah 9110 C, terdapat α-Fe dengan kisi kubik berpusat pada benda. Pada kisaran suhu 9110 13920 C, γ-Fe dengan kisi kubik berpusat muka stabil. Pada suhu di bawah 7680 C, besi bersifat feromagnetik, dan di atasnya bersifat paramagnetik. Titik Curie besi adalah 7680 C.

Besi dengan kemurnian teknis memiliki kekerasan dan kekuatan yang rendah (80 HB) (kekuatan tarik - = 250 MPa) dan karakteristik keuletan yang tinggi ( perpanjangan relatif – δ=50%). Properti dapat bervariasi dalam batas-batas tertentu tergantung pada ukuran butir.

Besi dicirikan oleh modulus elastisitas yang tinggi, yang keberadaannya juga dimanifestasikan dalam paduan berdasarkan padanya, memberikan kekakuan tinggi pada bagian yang terbuat dari paduan ini. Besi membentuk larutan padat dengan banyak unsur: dengan logam - larutan substitusi, dengan karbon, nitrogen, dan hidrogen - larutan interstisial.

Karbon adalah non-logam. Ia memiliki transformasi polimorfik, tergantung pada kondisi pembentukannya, ia ada dalam bentuk grafit dengan kisi kristal heksagonal (titik leleh - 35000C, kepadatan - 2,5 g/cm3) atau dalam bentuk berlian dengan kisi kubik kompleks dengan bilangan koordinasi empat (titik leleh - 50000C).

Karena besi, selain membentuk senyawa kimia Fe3C dengan karbon, memiliki dua bentuk alotropik, fase berikut ada dalam sistem: fase cair, sementit, ferit, austenit.

Fase cair. Dalam keadaan cair, besi mudah melarutkan karbon dalam proporsi berapapun untuk membentuk fase cair yang homogen.

Sementit merupakan senyawa kimia besi dan karbon (besi karbida), mengandung 6,67% karbon. Tidak mengalami transformasi alotropik. Kisi kristal sementit terdiri dari serangkaian oktahedra, yang sumbunya cenderung satu sama lain. Titik leleh sementit belum diketahui secara pasti (1250, 15500C). Pada suhu rendah, sementit bersifat feromagnetik lemah, kehilangan sifat magnetiknya pada suhu sekitar 2170C.

sementit memiliki kekerasan tinggi (lebih dari 800 HB, kaca mudah tergores), tetapi keuletannya sangat rendah, hampir nol. Sifat-sifat tersebut merupakan konsekuensi dari struktur kompleks kisi kristal. sementit mampu membentuk larutan padat substitusi. Atom karbon dapat digantikan oleh atom nonlogam: nitrogen, oksigen; atom besi - logam: mangan, kromium, tungsten, dll. Larutan padat yang didasarkan pada kisi sementit disebut sementit paduan.

sementit– senyawa tersebut tidak stabil dan dalam kondisi tertentu terurai dengan terbentuknya karbon bebas berupa grafit. Proses ini sangat penting secara praktis dalam pembentukan struktur besi cor.

Paduan besi-karbon juga mengandung fase: sementit primer (CI), sementit sekunder (C II), dan sementit tersier (C III). Sifat kimia dan fisik dari fase-fase ini sama. Sifat mekanik paduan dipengaruhi oleh perbedaan ukuran, kuantitas dan lokasi endapan tersebut. Sementit primer dilepaskan dari fase cair dalam bentuk kristal pipih besar. Sementit sekunder dilepaskan dari austenit dan terletak dalam bentuk jaringan di sekitar butiran austenit (bila didinginkan, di sekitar butiran perlit). Sementit tersier dilepaskan dari ferit dan terletak dalam bentuk inklusi kecil di batas butiran ferit.

Ferit memiliki variabel pembatas kelarutan karbon: minimum – 0,006% pada suhu kamar (titik Q), maksimum – 0,02% pada suhu 7270C (titik P). Karbon terletak pada cacat kisi. Pada suhu di atas 13920C terdapat ferit suhu tinggi dengan batas kelarutan karbon sebesar 0,1% pada suhu 14990C (titik J).

Sifat-sifat ferit mirip dengan besi. Ini lembut (kekerasan - 130 HB, kekuatan tarik = 300 MPa) dan plastik (perpanjangan relatif = 30%), bersifat magnetis hingga 7680C.

Austenitγ-Fe (C) adalah larutan padat karbon interstitial dalam γ-besi. Di tengah sel kubik yang berpusat pada muka terdapat atom karbon. Austenit memiliki batas kelarutan karbon yang bervariasi: minimum – 0,8% pada suhu 7270C (titik S), maksimum – 2,14% pada suhu 11470C (titik E). Austenit memiliki kekerasan 200 250 HB, bersifat plastis (perpanjangan relatif – δ = 40 50%), dan bersifat paramagnetik. Ketika unsur-unsur lain dilarutkan dalam austenit, sifat dan batas suhu keberadaannya dapat berubah.

Struktur mikro besi cor

Perolehan struktur tertentu dari besi tuang bergantung pada banyak faktor: komposisi kimia besi tuang, teknologi peleburan dan pemrosesan logam di luar tungku, laju kristalisasi dan pendinginan lelehan dalam cetakan, dan akibatnya, ketebalan dinding pengecoran, sifat termofisik bahan cetakan, dll. Struktur dasar logam besi cor juga dapat diubah dengan perlakuan panas. Tabel 2 menunjukkan struktur dan komponen struktural besi cor yang paling umum dan beberapa propertinya.

Meja 2.

Struktur dan komponen struktur besi cor

Klasifikasi besi cor

Klasifikasi besi cor berdasarkan komposisi kimianya

Selain besi dan karbon, besi cor mengandung sejumlah silikon, mangan, fosfor, dan belerang sebagai pengotor permanen. Dari jumlah tersebut, fosfor dan belerang dianggap pengotor berbahaya.

Menurut komposisi kimianya, besi cor dibagi menjadi paduan murni, paduan rendah, sedang dan tinggi. Besi tuang yang mengandung hingga 2% mangan dan hingga 4% silikon, hingga 0,1% kromium, dan hingga 0,1% nikel dianggap murni. Jika unsur-unsur ini terdapat dalam jumlah besar atau jika mengandung pengotor khusus, besi cor dianggap paduan.

Pada besi cor paduan rendah, jumlah pengotor khusus (nikel, tembaga, kromium, dll.) biasanya tidak melebihi 3%; pada besi cor paduan sedang, jumlah pengotor paduan adalah 7-10%, dan pada besi cor paduan tinggi secara signifikan melebihi 10%.

Dengan paduan besi cor yang rendah, mereka berusaha untuk meningkatkan sifat umumnya, memperoleh struktur yang homogen, meningkatkan kekuatan tarik dan elastisitas sambil mempertahankan sifat-sifat ini ketika dipanaskan, meningkatkan kekerasan dan ketahanan aus, anti-gesekan, dll. Dengan paduan sedang dan tinggi, the komposisi larutan padat dan karbida berubah secara signifikan, sehingga perubahan sifat dasar logam menjadi yang paling penting.

Klasifikasi besi cor menurut struktur dan kondisi pembentukan grafit

Menurut tingkat grafitisasi, bentuk grafit dan kondisi pembentukannya, jenis besi cor berikut dibedakan: putih, setengah, abu-abu, mudah ditempa dan kekuatan tinggi dengan grafit nodular (lihat diagram Gambar 2). Sifat dasar logam besi cor ditentukan oleh derajat grafitisasi dan paduan, serta jenis perlakuan panas.

Menurut derajat grafitisasinya, besi tuang putih dapat dianggap paling sedikit atau tidak tergrafit sama sekali, setengah besi tuang dapat dianggap tergrafit sebagian, dan besi tuang sisanya dapat dianggap tergrafit secara signifikan.

Beras. 2. Skema klasifikasi besi cor

Pada besi cor putih dan setengah, keberadaan ledeburit (campuran mekanis larutan padat karbon dalam besi dan besi karbida) diperlukan, namun pada besi cor dengan grafit signifikan tidak boleh terdapat ledeburit.

Besi tuang putih adalah besi tuang yang semua karbonnya berada dalam keadaan terikat secara kimia. Besi cor putih sangat keras, rapuh dan sangat sulit untuk dipotong. Struktur mikro besi cor hipoeutektik putih murni terdiri dari ledeburit, perlit dan sementit sekunder. Dalam besi cor paduan atau yang diberi perlakuan panas, martensit atau bahkan austenit dapat diperoleh sebagai pengganti perlit. Besi cor putih digunakan untuk pembuatan suku cadang yang tahan aus, tahan korosi, dan tahan panas. Selain itu, coran yang terbuat dari besi cor putih dengan komposisi yang sesuai digunakan untuk memproduksi komponen dari besi cor yang dapat ditempa dengan cara anil grafit. Besi cor putih disebut demikian karena pola patahannya berbentuk kristal ringan dan bercahaya. Ciri khas dari besi setengah cor adalah selain ledeburite, ia juga mengandung grafit.

Struktur besi setengah cor adalah perlit-ledeburit dengan grafit. Pada besi cor paduan atau yang diberi perlakuan panas, austenit, martensit, atau bainit dapat diperoleh sebagai pengganti perlit.

Disebut besi setengah cor karena pola patahannya merupakan kombinasi area terang (putih) dan gelap (tergrafit). Besi setengah cor keras dan rapuh. Pada bagian besi cor yang diputihkan, lapisan permukaannya berstruktur besi cor putih, dan intinya berstruktur besi cor grafit. Di antara lapisan permukaan dan inti terdapat zona besi setengah cor.

Besi cor kelabu adalah bahan rekayasa yang paling umum. Besi cor kelabu ditandai dengan huruf C - grey dan H - besi cor. Huruf-huruf tersebut diikuti dengan angka yang menunjukkan kekuatan tarik rata-rata (kgf/mm2) dan deformasi relatif.

Ciri pembeda utama besi cor kelabu adalah tidak adanya sementit dan ledeburit dalam jumlah yang tidak dapat diterima dan fakta bahwa grafit pada bidang bagian yang dipoles memiliki bentuk pipih. Pelat grafit yang sangat tersebar disebut bertitik. Bentuk grafit pipih bisa lurus dan memiliki tingkat vortisitas yang bervariasi. Untuk mendapatkan grafit berbentuk pipih, tidak diperlukan perlakuan panas dan modifikasi khusus. Penghapusan inklusi grafit dari bentuk dan kombinasi yang tidak diinginkan dicapai dengan memodifikasi aditif grafit. Jenis patahan besi cor kelabu sangat bergantung pada jumlah grafit: semakin banyak grafit, semakin gelap patahan besi tuang.

Besi cor kelabu dicirikan oleh hampir tidak adanya perpanjangan relatif (hingga 0,5%) dan kekuatan benturan yang sangat rendah. Ciri besi cor kelabu ini merupakan konsekuensi dari efek melemahnya grafit serpihan yang sangat kuat pada dasar logam.

Karena besi cor kelabu, terlepas dari sifat dasar logamnya, memiliki keuletan yang sangat rendah, mereka berusaha keras untuk mendapatkan dasar logam perlit di dalamnya, karena perlit jauh lebih kuat dan lebih keras daripada ferit. Mengurangi jumlah perlit dan meningkatkan jumlah ferit dalam struktur menyebabkan hilangnya kekuatan dan ketahanan aus tanpa meningkatkan keuletan.

Dalam besi cor paduan dan perlakuan panas, austenit, martensit, atau bainit dapat diperoleh sebagai pengganti perlit. Inklusi sementit sekunder dan eutektik sebagian besar tidak diinginkan. Perbedaan mendasar antara besi cor berkekuatan tinggi adalah bentuk grafit bulat, yang diperoleh dengan memasukkan pengubah khusus ke dalam besi cor cair.

Bentuk grafit yang bulat adalah yang paling disukai dari semua bentuk yang diketahui. Grafit nodular melemahkan dasar logam lebih sedikit dibandingkan bentuk lainnya. Basis logam besi cor ini biasanya perlitik, perlitik-feritik, dan feritik, tergantung pada sifat yang diperlukan. Dengan paduan dan perlakuan panas juga dimungkinkan untuk memperoleh basa austenitik, martensit, atau bainit.

Sejumlah grafit serpihan diperbolehkan dalam struktur besi tuang berkekuatan tinggi, asalkan sifat-sifatnya memenuhi kadar yang disyaratkan. Bentuk grafit bola yang tidak beraturan (terdistorsi) juga diperbolehkan. Besi tuang berkekuatan tinggi ditandai dengan huruf HF, diikuti dengan angka yang menunjukkan nilai rata-rata kuat tarik (kgf/mm2).

Perbedaan utama antara besi cor lunak adalah grafit di dalamnya diperoleh dengan cara anil besi cor putih dan berbentuk serpihan atau bulat. Bentuk bulat diperoleh melalui modifikasi khusus atau dekarburisasi anil. Grafit terkelupas memiliki kekompakan dan dispersi yang berbeda, yang secara signifikan mempengaruhi sifat mekanik besi cor.

Besi cor lunak diproduksi tidak hanya dengan feritik, tetapi juga dengan basis logam feritik-perlitik dan perlitik.

Besi cor dengan dasar feritik memiliki keuletan terbesar, oleh karena itu paling sering digunakan. Rekahan besi cor feritik yang dapat ditempa berwarna hitam dan lembut, dengan peningkatan jumlah perlit dalam struktur, rekahan menjadi lebih ringan.

Besi cor lunak ditandai dengan huruf KCH dan angka. Dua digit pertama menunjukkan kekuatan tarik (kgf/mm2), digit kedua menunjukkan perpanjangan relatif (%).

Klasifikasi besi cor berdasarkan sifat-sifatnya

Besi cor dapat diklasifikasikan menurut sifat mekanik dan sifat khususnya. Berdasarkan sifat mekaniknya, coran besi cor dibedakan menjadi kekerasan, kekuatan dan keuletan.

Tabel 3.

Klasifikasi besi cor berdasarkan sifat-sifatnya.

GOST 7769-82 “Besi cor untuk pengecoran dengan sifat khusus” menyediakan sembilan merek besi cor tahan aus putih: merek kromium paduan rendah Chx3t, merek kromium paduan tinggi Chkh9N5, WHO16, ChH16M2, WH22, ChH29D2, ChH32, Mangan yang dimuliakan dari merek nikel CG7X4 dan Low-Loire Disheated Chn4x2. Huruf pertama berarti "besi cor". Angka-angka tersebut menunjukkan kandungan unsur paduan, ditunjukkan dalam persentase setelah huruf yang sesuai. Jika tidak ada angka setelah huruf tersebut, maka kandungan unsur paduan yang bersangkutan adalah 1%. Besi cor khusus paduan lainnya diberi tanda yang sama, kecuali besi cor anti-gesekan, yang huruf pertamanya berarti “anti-gesekan”. Anda juga mungkin menemukan istilah-istilah berikut: “nomag” (besi cor non-magnetik), “niresist”, “silal”, “nikrosilal” (tahan korosi), “chugal” (tahan panas) dan beberapa lainnya.

Dilihat dari sifat kemagnetannya, besi cor yang digunakan saat ini dapat dibedakan menjadi feromagnetik dan paramagnetik. Pada gilirannya, besi cor feromagnetik dapat dibagi menjadi lunak secara magnetis dan keras secara magnetis. Pembagian ini sangat sewenang-wenang, karena dalam keadaan apa pun besi tuang tidak dapat menjadi bahan magnetis lunak atau keras dalam arti sebenarnya. Lembut magnetik termasuk besi cor berwarna abu-abu, mudah ditempa, dan berkekuatan tinggi.

Ciri-ciri umum besi cor kelabu

Besi cor kelabu diperoleh langsung melalui proses kristalisasi dengan pendinginan lambat, sedangkan grafit berbentuk pipih. Tergantung pada tingkat grafitisasi, struktur dasar logam (matriks) besi cor kelabu yang berbeda dapat diperoleh: besi cor perlitik kelabu dengan struktur P+G; besi cor feritik-perlitik abu-abu dengan struktur F+P+G; besi cor feritik abu-abu dengan struktur F+G.

Sifat mekanik besi cor kelabu sebagai bahan struktural bergantung pada sifat dasar logam (matriks) dan jumlah, parameter geometri, dan sifat distribusi inklusi grafit. Semakin sedikit inklusi ini dan semakin kecil ukurannya, semakin tinggi kekuatan besi cor. Basis logam dari besi cor kelabu memberikan kekuatan dan ketahanan aus terbesar jika memiliki struktur perlit. Besi cor kelabu dengan basis feritik memiliki kekuatan paling kecil. Perpanjangan tarik relatif besi cor kelabu, terlepas dari sifat dasar logamnya, praktis nol (δ≤0,5%).

Besi cor kelabu yang dimodifikasi dengan ferrosilikon dan silicocalcium memiliki sifat mekanik yang paling tinggi. Modifikasi - penambahan partikel hancur yang tidak meleleh ke dalam lelehan - memastikan penggilingan inklusi grafit.

Besi cor abu-abu feritik dan feritik-perlit digunakan untuk bagian mesin pertanian, mobil, dan traktor dengan beban ringan. Besi tuang berbahan dasar perlit yang mempunyai kemampuan meredam getaran mekanis yang sangat tinggi (kapasitas redaman tinggi), digunakan untuk pengecoran rangka peralatan dan mekanisme mesin, serta untuk pembuatan silinder diesel, bagian blok mesin. mesin pembakaran dalam (ring piston, batang).

Struktur mikro besi cor kelabu

Saat memeriksa mikroseksi besi cor kelabu melalui mikroskop, inklusi grafit pipih terlihat jelas (Gbr. 3). Ukuran dan lokasi inklusi grafit dipengaruhi oleh laju pendinginan, suhu dan waktu penahanan besi tuang cair sebelum pengecoran, komposisi kimia besi tuang, dan masuknya pengotor (pengubah) tertentu ke dalam besi tuang. Misalnya, laju pendinginan mempengaruhi sedemikian rupa, dengan yang laindalam kondisi yang sama, grafit yang terbentuk semakin besarpendinginan lebih lambat. Semakin besar panas berlebih pada cairanbesi cor dan semakin lama waktu penahanannya, semakin besarinklusi grafit menjadi lebih kecil .

Beras. 3. Penyertaan grafit pipih. Bagian yang belum tergores(x100):

A)lurus;B)berputar; c) roset, d) interdendritik

Basis logam pada besi cor kelabu sangat mirip dengan struktur mikro baja dan, bergantung pada jumlah karbon tetap, dapat berupa feritik, feritik-perlitik, dan perlitik.

Beras. 4. Besi cor kelabu feritik - ferit dan grafit serpihan;

A)

Beras. 5. Besi cor kelabu feritik-perlitik – ferit + perlit + grafit serpihan: a) struktur mikro (x500); b) diagram struktur mikro

Beras. 6. Besi cor kelabu mutiara - perlit + grafit pipih:

A)struktur mikro (x500); b) diagram struktur mikro

Dengan demikian, jenis struktur besi cor kelabu berikut ini dimungkinkan: ferit + grafit serpihan – besi cor kelabu feritik (Gbr. 4). Ferit + perlit + grafit pipih – besi cor kelabu feritik-perlitik (Gbr. 5). Perbandingan jumlah ferit dan perlit dalam struktur besi tuang dapat berbeda-beda bergantung pada komposisi kimia dan kondisi pendinginan. Perlit + grafit serpihan – besi cor kelabu perlit pada Gambar. 6.

Beras. 7.Struktur mikro besi cor kelabu dengan fosfida eutektik:

perlit + plagrafit berselaput + eutektik fosfida(x500)

Pada konsentrasi fosfor yang tinggi dalam besi cor kelabu terdapat fosfida eutektik (Gbr. 7), yang menyebar seluruhnya atau sebagian di sepanjang batas butir.