Besi Karbon Tuang: Properti dan Aplikasi Kunci
Bagikan
Table Of Content
Table Of Content
Bes carbon casting adalah kategori baja yang dicirikan oleh kandungan karbon yang tinggi dan metode produksinya, yang melibatkan pengecoran logam cair ke dalam cetakan. Kualitas baja ini terutama diklasifikasikan sebagai baja karbon rendah atau sedang, tergantung pada kandungan karbonnya, yang biasanya berkisar antara 0,05% hingga 0,30%. Unsur paduan utama dalam bes carbon casting adalah karbon (C), yang secara signifikan memengaruhi kekerasan, kekuatan, dan daya dukungnya. Unsur lain dapat mencakup mangan (Mn), silikon (Si), dan jumlah kecil belerang (S) dan fosfor (P), yang dapat memengaruhi sifat mekanis dan kinerja baja.
Tinjauan Menyeluruh
Bes carbon casting dikenal karena kemampuan pemrosesannya dan kemampuan pengelasan yang sangat baik, menjadikannya pilihan populer dalam berbagai aplikasi teknik. Karakteristik pentingnya termasuk kekuatan tarik yang baik, ketahanan aus, dan kemampuan untuk diperlakukan panas untuk meningkatkan sifat-sifatnya. Sifat inheren dari bes carbon casting memungkinkan penggunaannya dalam aplikasi di mana kekuatan dan daya tahan sangat penting.
Keunggulan Bes Carbon Casting:
- Kekuatan Tinggi: Menawarkan kekuatan tarik dan kekuatan hasil yang baik, menjadikannya cocok untuk aplikasi struktural.
- Biaya Efektif: Umumnya lebih murah dibandingkan dengan baja paduan dan baja tahan karat.
- Serbaguna: Dapat dengan mudah dicor menjadi bentuk yang kompleks, mengurangi kebutuhan akan pemrosesan yang luas.
Limitasi Bes Carbon Casting:
- Kerentanan Korosi: Rentan terhadap karat dan korosi jika tidak diperlakukan atau dilapisi dengan benar.
- Kekerasan Lebih Rendah: Jika dibandingkan dengan baja paduan, mungkin menunjukkan kekerasan yang lebih rendah, terutama pada suhu rendah.
- Kinerja Suhu Tinggi Terbatas: Tidak ideal untuk aplikasi yang memerlukan ketahanan suhu tinggi.
Secara historis, bes carbon casting telah memainkan peran penting dalam pengembangan mesin industri dan infrastruktur, banyak digunakan dalam pembuatan komponen seperti roda gigi, poros, dan rangka.
Nama Alternatif, Standar, dan Setara
| Organisasi Standar | Penunjukan/Kelas | Negara/Daerah Asal | Catatan/Keterangan |
|---|---|---|---|
| UNS | C10, C20, C30 | USA | Setara terdekat untuk baja karbon rendah dan sedang |
| AISI/SAE | 1020, 1045 | USA | Perbedaan komposisi minor; 1020 adalah karbon rendah, 1045 adalah karbon sedang |
| ASTM | A216 | USA | Spesifikasi untuk pengecoran baja karbon |
| EN | 1.0402, 1.0503 | Eropa | Kelas setara untuk baja cor karbon rendah dan sedang |
| DIN | G20Mn5, G40Mn2 | Jerman | Penunjukan untuk baja cor karbon dengan kandungan mangan tertentu |
| JIS | SCW 40 | Jepang | Standar Jepang untuk pengecoran baja karbon |
Perbedaan antara kelas setara dapat secara signifikan memengaruhi kinerja. Misalnya, meskipun AISI 1020 dan 1045 sering dianggap serupa, kandungan karbon yang lebih tinggi di 1045 memberikan kekerasan dan kekuatan yang lebih baik, menjadikannya lebih cocok untuk aplikasi yang membutuhkan sifat mekanis yang ditingkatkan.
Sifat Utama
Komposisi Kimia
| Unsur (Simbol dan Nama) | Rentang Persentase (%) |
|---|---|
| C (Karbon) | 0,05 - 0,30 |
| Mn (Mangan) | 0,30 - 0,90 |
| Si (Silikon) | 0,10 - 0,40 |
| P (Fosfor) | ≤ 0,04 |
| S (Belerang) | ≤ 0,05 |
Peran utama karbon dalam bes carbon casting adalah untuk meningkatkan kekerasan dan kekuatan melalui penguatan larutan padat dan pembentukan karbida. Mangan meningkatkan hardsbah, sedangkan silikon bertindak sebagai deoksidator dan dapat meningkatkan ketahanan baja terhadap oksidasi.
Sifat Mekanis
| Sifat | Kondisi/Suhu | Nilai/Rentang Tipikal (Satuan Metrik - SI) | Nilai/Rentang Tipikal (Satuan Imperial) | Standar Referensi untuk Metode Uji |
|---|---|---|---|---|
| Kekuatan Tarik | Diana | 370 - 480 MPa | 54 - 70 ksi | ASTM E8 |
| Kekuatan Hasil (offset 0,2%) | Diana | 210 - 310 MPa | 30 - 45 ksi | ASTM E8 |
| Peregangan | Diana | 20 - 30% | 20 - 30% | ASTM E8 |
| Kekerasan (Brinell) | Diana | 120 - 180 HB | 120 - 180 HB | ASTM E10 |
| Kekuatan Impak | Charpy V-notch, -20°C | 20 - 40 J | 15 - 30 ft-lbf | ASTM E23 |
Kombinasi dari sifat mekanis ini membuat bes carbon casting cocok untuk aplikasi yang memerlukan kekuatan dan daya dukung yang baik, seperti komponen struktural dan bagian mesin. Kemampuannya untuk diperlakukan panas lebih meningkatkan kinerjanya di lingkungan yang menuntut.
Sifat Fisik
| Sifat | Kondisi/Suhu | Nilai (Satuan Metrik - SI) | Nilai (Satuan Imperial) |
|---|---|---|---|
| Kepadatan | Suhu Ruang | 7.85 g/cm³ | 490 lb/ft³ |
| Titik Leleh/Rentang | - | 1425 - 1540 °C | 2600 - 2800 °F |
| Kepemimpinan Termal | Suhu Ruang | 50 W/m·K | 29 BTU·in/(jam·ft²·°F) |
| Kapasitas Panas Spesifik | Suhu Ruang | 0.46 kJ/kg·K | 0.11 BTU/lb·°F |
| Resistivitas Listrik | Suhu Ruang | 0.00001 Ω·m | 0.00001 Ω·in |
Kepadatan bes carbon casting berkontribusi terhadap kekuatannya, sementara kemampuan termalnya sangat penting untuk aplikasi yang melibatkan transfer panas. Kapasitas panas spesifik menunjukkan berapa banyak energi yang diperlukan untuk meningkatkan suhu, yang penting dalam aplikasi termal.
Ketahanan Korosi
| Agen Korosif | Konsentrasi (%) | Suhu (°C/°F) | Peringkat Ketahanan | Catatan |
|---|---|---|---|---|
| Atmosferik | Beragam | Ambient | Baik | Rentan terhadap karat tanpa perlindungan |
| Klorida | Beragam | Ambient | Kurang baik | Risiko korosi pitting |
| Asam | Beragam | Ambient | Tidak Direkomendasikan | Sangat rentan |
| Alkaline | Beragam | Ambient | Baik | Ketahanan sedang |
Bes carbon casting menunjukkan ketahanan yang baik terhadap korosi atmosfer, tetapi rentan terhadap karat jika tidak dilapisi atau dirawat dengan baik. Di lingkungan klorida, ia rentan terhadap pitting, sementara paparan asam dapat menyebabkan degradasi cepat. Jika dibandingkan dengan baja tahan karat, ketahanan korosi bes carbon casting jauh lebih rendah, menjadikannya kurang cocok untuk aplikasi maritim atau kimia.
Ketahanan Suhu
| Sifat/Batas | Suhu (°C) | Suhu (°F) | Keterangan |
|---|---|---|---|
| Max Suhu Layanan Kontinu | 400 °C | 752 °F | Di atas ini, sifat dapat menurun |
| Max Suhu Layanan Sementara | 500 °C | 932 °F | Paparan jangka pendek saja |
| Suhu Scaling | 600 °C | 1112 °F | Risiko oksidasi pada suhu ini |
| Pertimbangan Kekuatan Creep | 300 °C | 572 °F | Mulai kehilangan kekuatan |
Pada suhu tinggi, bes carbon casting dapat mengalami oksidasi dan kehilangan sifat mekanis. Suhu layanan kontinu maksimum menunjukkan batas atas untuk paparan berkepanjangan, sementara suhu scaling menyoroti risiko degradasi permukaan.
Sifat Pembuatan
Kemampuan Pengelasan
| Proses Pengelasan | Logam Pengisi yang Direkomendasikan (Klasifikasi AWS) | Gas/Fluks Pelindung yang Umum | Catatan |
|---|---|---|---|
| MIG | ER70S-6 | Argon/CO2 | Baik untuk bagian tipis |
| TIG | ER70S-2 | Argon | Las berkualitas tinggi |
| Stick | E7018 | Tidak Berlaku | Cocok untuk bagian yang lebih tebal |
Bes carbon casting umumnya dianggap memiliki kemampuan pengelasan yang baik, terutama dengan logam pengisi yang tepat. Pemanasan awal mungkin diperlukan untuk bagian yang lebih tebal untuk menghindari retak, dan perlakuan panas pasca-las dapat meningkatkan integritas lasan.
Kemampuan Pemrosesan
| Parameter Pemrosesan | Bes Carbon Casting | AISI 1212 | Catatan/Tips |
|---|---|---|---|
| Indeks Kemampuan Pemrosesan Relatif | 70 | 100 | Kemampuan pemrosesan yang baik, tetapi bervariasi dengan kandungan karbon |
| Kecepatan Pemotongan Tipikal (Putaran) | 30-50 m/menit | 60-80 m/menit | Sesuaikan berdasarkan peralatan dan pengaturan |
Bes carbon casting menawarkan kemampuan pemrosesan yang baik, terutama pada kelas karbon yang lebih rendah. Kecepatan pemotongan optimal dan peralatan dapat meningkatkan kinerja, sementara kandungan karbon yang lebih tinggi mungkin memerlukan peralatan yang lebih kuat karena meningkatnya kekerasan.
Formabilitas
Bes carbon casting dapat dibentuk melalui proses dingin dan panas. Pembentukan dingin cocok untuk bagian yang lebih tipis, sementara pembentukan panas lebih disukai untuk bahan yang lebih tebal. Material ini menunjukkan pengerasan kerja, yang dapat memengaruhi jari-jari pembengkokan dan batas pembentukan.
Perlakuan Panas
| Proses Perlakuan | Rentang Suhu (°C/°F) | Waktu Rendam Tipikal | Metode Pendinginan | Tujuan Utama / Hasil yang Diharapkan |
|---|---|---|---|---|
| Pelemahan | 600 - 700 °C / 1112 - 1292 °F | 1 - 2 jam | Udara atau air | Pelemahan, peningkatan daya dukung |
| Quenching | 800 - 900 °C / 1472 - 1652 °F | 30 menit | Minyak atau air | Pengerasan, peningkatan kekuatan |
| Tempering | 400 - 600 °C / 752 - 1112 °F | 1 jam | Udara | Mengurangi kerapuhan, meningkatkan ketangguhan |
Proses perlakuan panas secara signifikan mengubah mikrostruktur bes carbon casting, meningkatkan sifat mekanisnya. Pelemahan melembutkan material, sementara quenching meningkatkan kekerasan. Tempering sangat penting untuk meredakan tegangan dan meningkatkan ketangguhan.
Aplikasi dan Penggunaan Akhir yang Umum
| Industri/Sektor | Contoh Aplikasi Spesifik | Sifat Baja Kunci yang Digunakan dalam Aplikasi Ini | Alasan Pemilihan (Singkat) |
|---|---|---|---|
| Otomotif | Blok Mesin | Kekuatan tinggi, kemampuan pemrosesan yang baik | Daya tahan dan kinerja |
| Konstruksi | Balok Struktural | Kekuatan tarik tinggi, kemampuan pengelasan | Aplikasi yang mendukung beban |
| Mesin | Transmisi Gigi | Ketahanan aus, ketangguhan | Keandalan di bawah stres |
| Minyak & Gas | Komponen Pipa | Ketahanan korosi, kekuatan | Keamanan dan integritas |
Aplikasi lainnya termasuk:
* - Komponen mesin berat
* - Peralatan pertanian
* - Perkakas dan fixture
Bes carbon casting dipilih untuk aplikasi ini karena keseimbangan antara kekuatan, kemampuan pemrosesan, dan biaya, menjadikannya cocok untuk berbagai penggunaan industri.
Pertimbangan Penting, Kriteria Pemilihan, dan Wawasan Lebih Lanjut
| Fitur/Sifat | Bes Carbon Casting | AISI 4140 | Baja Tahan Karat 304 | Catatan Singkat Pro/Kon atau Trade-off |
|---|---|---|---|---|
| Sifat Mekanis Kunci | Kekuatan tarik yang baik | Kekuatan lebih tinggi | Kekuatan lebih rendah | 4140 menawarkan kekuatan lebih baik tetapi dengan biaya lebih tinggi |
| Aspek Korosi Kunci | Ketahanan baik | Ketahanan baik | Ketahanan sangat baik | Baja tahan karat unggul di lingkungan korosif |
| Kemampuan Pengelasan | Baik | Kurang baik | Hebat | Baja tahan karat memerlukan teknik khusus |
| Kemampuan Pemrosesan | Baik | Kurang baik | Buruk | Bes carbon casting lebih mudah diproses |
| Formabilitas | Baik | Kurang baik | Buruk | Baja tahan karat kurang dapat dibentuk |
| Biaya Relatif Aproksimasi | Rendah | Sedang | Tinggi | Biaya adalah faktor signifikan dalam pemilihan |
| Ketersediaan Tipikal | Tinggi | Sedang | Tinggi | Bes carbon casting tersedia secara luas |
Ketika memilih bes carbon casting, pertimbangan termasuk cost-effectiveness, ketersediaan, dan kebutuhan spesifik aplikasi. Meskipun menawarkan sifat mekanis yang baik dan kemampuan pemrosesan, kerentanannya terhadap korosi mungkin memerlukan pelapisan atau perlakuan pelindung di lingkungan tertentu. Memahami trade-off antara bes carbon casting dan material alternatif sangat penting untuk pemilihan material yang optimal dalam aplikasi teknik.