Apa Perbedaan Antara Besi Cor Abu-Abu dan Besi Cor Putih?

Perbedaan mendasar antara besi cor kelabu dan besi cor putih adalah bagaimana karbon ada di dalam material . Pada besi tuang kelabu, karbon mengendap sebagai serpihan grafit, menghasilkan permukaan patah berwarna abu-abu dan memberikan karakteristik kemampuan mesin dan sifat peredam getaran pada material. Pada besi cor putih, karbon tetap terkunci dalam besi karbida (sementit, Fe₃C), menghasilkan permukaan patahan yang keras dan berwarna putih cerah dengan kekerasan ekstrem namun hampir tidak memiliki keuletan.

Secara praktis: besi cor kelabu is machinable, dampens vibration, and is used where compressive loads and wear resistance matter; white cast iron is extremely hard, essentially unmachinable, and is used where abrasion resistance is the overriding requirement . Tidak ada satupun yang unggul secara universal – keduanya memiliki tujuan teknis yang berbeda secara fundamental.

Apa itu Besi Cor Kelabu?

Besi cor kelabu adalah bentuk besi cor yang paling banyak diproduksi, menyumbang sebagian besar dari seluruh besi cor yang diproduksi secara global. Ciri khasnya adalah kehadiran grafit dalam bentuk serpihan didistribusikan ke seluruh matriks besi perlitik atau feritik . Ketika pengecoran besi abu-abu retak, permukaan yang terbuka tampak berwarna abu-abu karena serpihan grafit menyerap dan menghamburkan cahaya.

Pembentukan serpihan grafit didorong oleh:

• Kandungan silikon tinggi — biasanya 1,0–3,0%, yang bertindak sebagai zat grafit
• Tingkat pendinginan yang lambat — memberikan waktu yang cukup bagi karbon untuk berdifusi dan membentuk grafit, bukan sementit
• Kandungan karbon total sebesar 2,5–4,0%

Sifat mekanik utama besi cor kelabu (sesuai ASTM A48):

• Kekuatan tarik: 140–400 MPa (Kelas 20 hingga Kelas 60)
• Kekuatan tekan: 570–1.000 MPa
• Kekerasan: 150–300 HB
• Perpanjangan putus: <1% — rapuh dalam ketegangan
• Peredam getaran: hingga 10× lebih baik dari baja

Serpihan grafit besi abu-abu juga berfungsi sebagai pelumas alami selama pemesinan, menjadikannya salah satu bahan besi yang paling mudah dipotong. Aplikasi yang umum mencakup blok mesin, cakram rem, alas peralatan mesin, alat kelengkapan pipa, dan peralatan masak.

Apa itu Besi Cor Putih?

Besi cor putih terbentuk ketika karbon tidak mempunyai kesempatan untuk mengendap sebagai grafit. Sebaliknya, ia tetap terkombinasi secara kimia dengan besi sebagai besi karbida (Fe₃C), biasa disebut sementit . Struktur mikro yang dihasilkan sangat keras dan rapuh, dengan permukaan retakan berwarna putih keperakan yang cerah — sesuai dengan namanya.

Pembentukan besi putih didorong oleh:

• Kandungan silikon rendah — biasanya di bawah 1,0%, menekan grafitisasi
• Pendinginan cepat (chilling) — menolak waktu karbon untuk berdifusi dan bernukleasi sebagai grafit
• Elemen paduan penstabil karbida — kromium, molibdenum, vanadium, dan nikel dengan kadar paduan lebih tinggi
• Kandungan karbon total: 1,8–3,6%

Sifat mekanik utama besi cor putih:

• Kekerasan: 400–700 HB (hingga 65–70 HRC dalam kadar kromium tinggi)
• Kekuatan tarik: 140–210 MPa — rendah karena kerapuhan
• Kekuatan tekan: 1.400–2.100 MPa — sangat tinggi
• Perpanjangan: pada dasarnya 0% — tidak ada deformasi plastis sebelum patah
• Kemampuan mesin: sangat miskin — membutuhkan penggilingan daripada pemotongan

Kekerasan ekstrim besi cor putih membuatnya ideal untuk aplikasi intensif abrasi: pelapis ball mill, impeler pompa lumpur, pelat keausan penghancur, dan komponen pabrik semen yang permukaannya harus tahan terhadap penggerindaan dan benturan terus menerus.

Besi Cor Abu-abu vs Putih: Perbandingan Properti Langsung

Tabel di bawah ini memberikan perbandingan terstruktur dari sifat-sifat yang paling relevan secara teknik antara besi cor kelabu dan putih:

Struktur Mikro: Akar Penyebab Setiap Perbedaan Kinerja

Setiap perbedaan besar dalam perilaku antara besi cor kelabu dan putih dapat ditelusuri kembali ke satu faktor: apa yang terjadi pada karbon selama pemadatan .

Struktur Mikro Besi Abu-Abu

Pada besi abu-abu, serpihan grafit berinti dan tumbuh di dalam matriks besi selama pendinginan lambat. Serpihan ini pada dasarnya adalah inklusi non-logam yang lunak dengan latar belakang perlitik atau feritik yang lebih keras. Di bawah pembebanan tarik, ujung tajam dari serpihan bertindak sebagai pemusat tegangan — inilah sebabnya besi abu-abu menjadi rapuh saat ditarik. Namun di bawah beban tekan atau getaran, serpihan tersebut menyerap dan menghilangkan energi secara efektif, menjadikan besi abu-abu sangat cocok untuk alas, rumah, dan komponen rem.

Struktur Mikro Besi Putih

Pada besi putih, struktur mikronya terdiri dari pelat atau jaringan sementit keras (Fe₃C) yang tertanam dalam matriks perlitik atau martensit . Sementit mempunyai kekerasan Vickers kira-kira 1.000–1.100 HV — lebih keras dibandingkan kebanyakan mineral abrasif yang ditemui dalam pertambangan dan pemrosesan mineral. Hal inilah yang menjadikan besi putih sangat efektif sebagai bahan aus. Namun, sementit pada dasarnya rapuh, dan jaringan karbida yang terus menerus menyebabkan perambatan retakan terjadi dengan cepat dan tidak dapat dihentikan begitu dimulai.

Bagaimana Laju Pendinginan Mengontrol Jenis Yang Terbentuk

Pelelehan besi dasar yang sama dapat menghasilkan besi berwarna abu-abu atau putih tergantung pada seberapa cepat besi tersebut didinginkan. Prinsip ini dimanfaatkan dalam praktik industri:

• Pengecoran pasir dengan bagian yang tebal: Pendinginan lambat → besi abu-abu seluruhnya
• Bagian tipis atau cetakan logam (menggigil): Pendinginan cepat → besi putih pada permukaan atau seluruhnya
• Besi cor dingin: Suatu teknik yang disengaja di mana pendingin besi (sisipan logam) ditempatkan dalam cetakan pada permukaan yang aus, menghasilkan lapisan besi putih keras di atas inti besi abu-abu yang lebih keras — digunakan dalam gulungan dan poros bubungan

Rumus setara karbon (CE) — CE = %C (%Si %P) / 3 — membantu memprediksi apakah komposisi tertentu akan mengeras menjadi besi abu-abu atau putih. CE di atas sekitar 4,3% (titik eutektik) sangat mendukung pembentukan besi abu-abu; nilai CE yang lebih rendah dikombinasikan dengan pendinginan cepat mendukung besi putih.

Jenis dan Nilai Besi Cor Putih

Besi cor putih murni jarang digunakan dalam layanan yang menuntut karena karbidanya, meskipun keras, relatif kasar dan matriksnya tidak optimal. Setrika putih paduan, terstandarisasi di bawah ASTM A532 , mewakili materi praktik yang digunakan dalam industri:

Kelas I - Setrika Putih Nikel-Kromium (Ni-Keras)

Setrika Ni-Hard mengandung 3–5% nikel dan 1,4–4% kromium . Nikel menekan pembentukan perlit untuk menghasilkan matriks martensit; kromium menstabilkan karbida. Kekerasan berkisar dari 550–700HB . Aplikasi umum: pelapis pompa lumpur, pelapis saluran, dan komponen pabrik penggilingan di lingkungan dengan dampak sedang.

Kelas II - Setrika Putih Kromium Tinggi (12–28% Cr)

Besi putih mengandung kromium tinggi 12–28% kromium , yang mengubah fase karbida dari Fe₃C menjadi M₇C₃ kromium karbida yang lebih keras dan tahan korosi. Nilai ini mencapai kekerasan hingga 700–800 HB dan menawarkan ketahanan korosi yang jauh lebih baik dibandingkan Ni-Hard, sehingga cocok untuk lingkungan abrasi basah seperti penanganan bubur mineral. Ini adalah setrika putih yang paling banyak ditentukan untuk servis berat.

Kelas III - Besi Kromium Tinggi, Karbon Tinggi

Setrika ini mendorong kandungan kromium menjadi 23–30% dengan karbon yang lebih tinggi untuk memaksimalkan fraksi volume karbida — terkadang melebihi 30% volume karbida. Digunakan dalam aplikasi abrasi paling ekstrem seperti penghancur klinker semen dan peralatan penambangan batuan keras.

Konsep Besi Berbintik: Antara Abu-Abu dan Putih

Ketika kondisi atau komposisi pendinginan berada di antara kisaran yang menghasilkan besi berwarna abu-abu atau putih sepenuhnya, hasilnya adalah besi berbintik-bintik — struktur mikro yang mengandung serpihan grafit dan besi karbida di berbagai daerah. Permukaan rekahan menunjukkan ciri khas perpaduan area abu-abu dan putih.

Besi berbintik umumnya dianggap tidak diinginkan dalam komponen rekayasa karena menggabungkan kelemahan kedua jenis: lebih sulit untuk dikerjakan dibandingkan besi abu-abu tetapi kurang tahan aus dibandingkan besi putih asli . Kehadirannya dalam pengecoran biasanya menandakan masalah dengan kontrol proses — pendinginan yang tidak konsisten, ketebalan bagian yang bervariasi, atau bahan kimia yang tidak sesuai spesifikasi. Insinyur menentukan besi abu-abu atau putih secara eksplisit dan merancang proses untuk memastikan struktur mikro yang konsisten.

Besi Putih sebagai Perantara: Jalan Menuju Besi Lunak

Salah satu kegunaan industri besi cor putih yang paling penting adalah sebagai a prekursor besi lunak . Besi lunak diproduksi dengan mengambil coran besi putih dan melakukan perlakuan panas anil dalam waktu lama — biasanya 850–950°C selama 20–70 jam — yang menyebabkan sementit terurai dan karbon mengendap kembali sebagai bintil grafit kompak yang disebut “temper carbon”.

Hasilnya adalah material yang memiliki keuletan dan ketangguhan yang meningkat secara signifikan (kepanjangan 5–12%) dibandingkan besi abu-abu atau besi putih, namun tetap mempertahankan kekuatan yang baik. Inilah sebabnya mengapa besi putih harus dapat diproduksi terlebih dahulu — tanpa kemampuan untuk membentuk besi putih karbidik penuh, produksi besi lunak tidak mungkin dilakukan. Bagian besi lunak yang khas meliputi alat kelengkapan pipa, braket peralatan pertanian, dan komponen transmisi otomotif di mana diperlukan bentuk yang kompleks dengan keuletan sedang.

Panduan Aplikasi: Memilih Antara Besi Cor Abu-Abu dan Putih

Keputusan antara besi cor kelabu dan putih harus didorong oleh mode kegagalan dominan yang diperkirakan dalam pelayanan:

Keterbatasan Setiap Material Yang Harus Diperhitungkan Insinyur

Keterbatasan Besi Cor Abu-abu

• Kekuatan tarik rendah dan keuletan nol — besi abu-abu patah secara tiba-tiba akibat pembebanan tarik atau tumbukan tanpa adanya deformasi peringatan
• Resistensi dampak yang buruk — tidak cocok untuk beban kejut dinamis, komponen terjatuh, atau aplikasi palu
• Pengelasan yang sulit — memerlukan pemanasan awal yang ekstensif (biasanya 300–600°C ) dan perlakuan panas pasca pengelasan untuk menghindari retak
• Ketahanan abrasi sedang — tidak cocok untuk lingkungan dengan keausan parah seperti pemrosesan bijih atau produksi semen

Keterbatasan Besi Cor Putih

• Kerapuhan yang ekstrim — besi putih pada dasarnya tidak memiliki ketangguhan dan akan pecah akibat pembebanan tumbukan, terutama pada bagian yang tipis
• Tidak dapat dikerjakan dengan pemotongan konvensional — penggilingan adalah satu-satunya metode penyelesaian yang layak, karena meningkatkan biaya produksi secara signifikan
• Tidak bisa dilas — jaringan karbida membuat pengelasan fusi pada dasarnya tidak mungkin dilakukan tanpa merusak material
• Rentan terhadap guncangan termal — perubahan suhu yang cepat menyebabkan keretakan karena jaringan karbida yang rapuh tidak dapat mengakomodasi gradien tegangan termal
• Biaya lebih tinggi pada nilai paduan — setrika putih kromium tinggi dengan 20–28% Cr memiliki biaya paduan yang lebih mahal dibandingkan besi abu-abu murni

Ringkasan: Sekilas tentang Perbedaan yang Mendefinisikan

1. Bentuk karbon menentukan segalanya — serpihan grafit pada besi abu-abu vs. besi karbida pada besi putih adalah penyebab utama dari semua perbedaan lainnya.
2. Besi abu-abu dapat dikerjakan dengan mesin dan meredam getaran — menjadikannya pilihan dominan untuk komponen mesin, struktur alat berat, dan sistem rem.
3. Besi putih jauh lebih tahan terhadap abrasi — dengan kekerasan hingga 700 HB vs. 300 HB untuk besi abu-abu, besi abu-abu ini bertahan lebih lama beberapa kali lipat dalam lingkungan keausan geser dan gerinda.
4. Keduanya rapuh, tetapi besi putih lebih rapuh — besi abu-abu setidaknya mempunyai ketangguhan tekan; besi putih pada dasarnya tidak memiliki ketahanan benturan dan akan pecah.
5. Laju pendinginan dan kandungan silikon adalah pengungkit proses — pendinginan cepat dan silikon rendah menghasilkan besi putih; pendinginan lambat dan silikon tinggi menghasilkan besi abu-abu dari komposisi basa yang sama.
6. Besi putih berfungsi sebagai pendahulu besi lunak — langkah peralihan yang penting dalam memproduksi komponen besi yang lebih ulet melalui perlakuan panas anil.

Memilih antara besi cor abu-abu dan putih adalah keputusan yang mudah setelah kondisi layanan dominan teridentifikasi: pilih besi abu-abu jika kemampuan mesin, peredam getaran, dan efisiensi biaya penting; pilih besi putih jika ketahanan terhadap abrasi merupakan persyaratan utama dan kerapuhan dapat diatur melalui geometri komponen dan desain pemasangan .