Pelajari Tentang Grafit Dalam Besi Cor

Sebagai jenis material teknik dengan sejarah panjang dan aplikasi yang luas, performa besi tuang sangat bergantung pada bentuk grafit di dalamnya. Grafit bagaikan pedang bermata dua pada besi tuang. Tidak hanya memberikan sifat unik pada besi cor, tetapi juga memiliki efek yang kompleks pada propertinya.

Apa itu grafit dalam besi tuang?

Grafit adalah alotrop karbon yang ada sebagai fase independen dalam besi tuang. Besi tuang merupakan paduan besi-karbon dengan kandungan karbon lebih besar dari 2.11% (umumnya 2.5-4.0%). Dan selama proses pembekuannya, unsur karbon akan diendapkan dalam bentuk grafit. Bentuk, ukuran, dan distribusi grafit dalam besi tuang memainkan peran yang menentukan dalam kinerja besi tuang.

Gambaran umum grafit dalam besi tuang

Sifat dasar grafit

Grafit memiliki struktur kristal berlapis yang khas dengan gaya van der Waals yang lemah yang mengikat lapisan-lapisan tersebut. Struktur ini memberikan banyak sifat unik pada grafit. Teksturnya lembut, kekerasan Mohs hanya 1-2, dan ada kesan kehalusan. Grafit memiliki konduktivitas listrik dan termal yang baik, dan konduktivitas listriknya lebih rendah daripada bahan logam pada umumnya. Tapi itu adalah konduktor yang sangat baik dalam bahan non-logam. Selain itu, sifat kimiawi grafit stabil. Dan tidak mudah bereaksi secara kimiawi dengan zat lain pada suhu kamar, dan memiliki ketahanan korosi yang baik.

Pentingnya grafit dalam besi tuang

Grafit memainkan peran kunci dalam besi tuang. Dari sudut pandang sifat mekanis, keberadaan grafit mirip dengan pembentukan sejumlah besar "sumber retakan" kecil dalam matriks logam. Hal ini akan mengurangi kekuatan dan ketangguhan besi tuang. Namun demikian, grafit juga memberikan beberapa sifat khusus pada besi cor. Sebagai contoh, efek pelumasan grafit membuat besi tuang memiliki anti-gesekan dan ketahanan aus yang baik. Hal ini sangat penting dalam pembuatan komponen seperti bantalan biasa dan pemandu alat mesin. Konduktivitas termal grafit membantu besi tuang membuang panas secara merata selama proses pemanasan dan meningkatkan stabilitas termalnya. Selain itu, keberadaan grafit juga dapat membuat besi tuang memperoleh sifat pengecoran yang baik. Seperti mengurangi tegangan permukaan besi cair, meningkatkan fluiditasnya. Hal ini kondusif untuk pengecoran bagian yang berbentuk kompleks.

Berbagai jenis grafit dalam besi cor

Besi cor grafit bulat (Besi cor grafit nodular)

Besi cor grafit nodular dan besi cor grafit bulat mengacu pada bahan yang sama. Dan tidak ada perbedaan mendasar di antara keduanya, hanya dalam hal nama saja.

Mekanisme pembentukan grafit bulat

Menambahkan agen nodulasi (seperti magnesium, tanah jarang, dll.) dan inokulan ke besi cair adalah kuncinya. Agen spheroidizing mengurangi tegangan permukaan karbon dalam besi cair dan membuat grafit tumbuh secara bulat. Inokulan meningkatkan jumlah nukleasi grafit, menghaluskan dan menghomogenkan bola grafit. Dan memadatkan cairan besi menjadi grafit bulat pada suhu yang sesuai.

Sifat-sifat besi tuang bulat

Sifat mekanik yang sangat baik, kekuatan tarik lebih dari 400MPa-1000MPa, jauh melampaui besi cor kelabu. Perpanjangan sekitar 2%-20%, ketangguhan, keuletan yang baik, dapat menahan benturan dan deformasi, sebagian dapat menggantikan baja tuang. Ketahanan aus yang sangat baik, memiliki kekuatan kelelahan yang tinggi, daya tahan yang baik.

Struktur mikro besi cor bulat

Terdiri dari grafit bulat yang didistribusikan secara merata dalam matriks logam (ferit, perlit, atau struktur campuran). Ketangguhan dan plastisitas matriks ferit bagus. Matriks perlit memiliki kekuatan dan kekerasan yang tinggi. Bola grafit yang kecil dan terdistribusi secara merata dapat meningkatkan sifat material secara keseluruhan.

Besi Sg vs besi cor

Dibandingkan dengan besi cor kelabu, sifat mekanisnya sangat meningkat. Grafit serpihan besi cor kelabu secara serius memotong matriks, menghasilkan kekuatan dan ketangguhan yang rendah. Grafit bulat dari besi cor nodular memiliki sedikit pembelahan pada matriks. Meskipun besi cor nodular membutuhkan kontrol yang lebih tepat untuk perlakuan spheroidisasi dan inokulasi, besi cor nodular memiliki fluiditas dan pengisian yang baik. Itu dapat memenuhi produksi coran yang kompleks. Dalam aplikasinya, Anda dapat menggunakan besi cor biasa untuk persyaratan kekuatan dan ketangguhan yang tidak tinggi, seperti alas alat mesin. Besi Sg digunakan untuk membuat komponen utama di bidang otomotif, permesinan, kedirgantaraan, dan bidang lainnya.

Besi cor abu-abu

Struktur mikro besi cor kelabu

Terdiri dari grafit serpihan dan matriks logam (ferit, perlit, atau struktur campuran), grafit serpihan melemahkan kontinuitas matriks, sehingga menghasilkan sifat mekanik yang buruk.

Serpihan grafit pada besi cor abu-abu

Bentuknya tidak beraturan, dalam bentuk serpihan atau strip. Ukuran, jumlah dan distribusinya memengaruhi performa. Serpihan grafit yang besar mengurangi kekuatan dan ketangguhan, dan distribusi yang halus dan seragam dapat meningkatkan performa. Serpihan grafit memberikan penyerapan guncangan yang baik pada besi cor kelabu. Sangat cocok untuk pembuatan alas alat mesin, blok silinder mesin, dan bagian lain yang membutuhkan peredam kejut.

Ukuran serpihan grafit pada besi cor

Diukur berdasarkan panjang dan ketebalan, panjangnya puluhan hingga ratusan mikron, dan ketebalannya beberapa hingga puluhan mikron. Ukurannya dipengaruhi oleh proses pengecoran dan komposisi kimia. Setara karbon yang tinggi dan kecepatan pendinginan yang lambat membuat lembaran grafit tumbuh lebih besar, dan penambahan elemen paduan (seperti silikon dan mangan) dapat disempurnakan.

Besi cor grafit yang dipadatkan

Mekanisme pembentukan grafit seperti cacing

Penting untuk mengontrol secara ketat komposisi zat besi cair dan proses pengolahannya. Tambahkan vermikulator dalam jumlah yang sesuai (magnesium, tanah jarang dan elemen lain yang kompleks) dan siapkan dengan inokulasi. Vermiculator membuat grafit tumbuh menjadi bentuk vermikular dengan ujung yang halus. Bertindak di antara nodulator dan tanpa perlakuan, dan membentuk grafit vermikular dalam kondisi pemadatan yang sesuai.

Sifat-sifat besi cor grafit yang dipadatkan

Performa antara besi ulet dan besi abu-abu. Kekuatan tarik 300MPa-500MPa, lebih tinggi dari besi cor kelabu. Ketangguhan dan keuletan lebih baik daripada besi cor kelabu tetapi sedikit lebih buruk daripada besi cor nodular. Konduktivitas termal yang baik, mendekati besi cor abu-abuketahanan aus dan ketahanan lelah termal, dapat bekerja di bawah suhu tinggi, beban bolak-balik.

Struktur mikro besi cor grafit yang dipadatkan

Terdiri dari grafit seperti cacing yang didistribusikan secara merata dalam matriks logam (ferit, perlit, atau struktur campuran). Ukuran, jumlah, dan distribusi grafit yang dipadatkan memengaruhi sifat material dan secara wajar mengontrol ketersediaan besi cor grafit yang dipadatkan dengan baik.

Analisis struktur mikro besi cor

Metode analisis

Ada berbagai metode untuk mempelajari struktur mikro besi tuang. Biasanya menggunakan mikroskop metalografi. Setelah memoles dan mengkorosi sampel besi tuang, Anda dapat mengamati morfologi grafit, ukuran, distribusi, dan karakteristik struktur matriks logam. Pemindaian mikroskop elektron (SEM) memiliki resolusi yang lebih tinggi dan dapat melihat struktur halus seperti antarmuka antara grafit dan matriks. Electron probe microanalysis (EPMA) dapat menganalisis secara kuantitatif elemen-elemen besi tuang dan menentukan komposisi kimia dari fase yang berbeda. Dan Anda dapat menggunakan difraksi sinar-x (XRD) untuk menganalisis struktur kristal setiap fase.

Hubungan antara struktur mikro dan properti

Struktur mikro besi tuang secara langsung menentukan kinerjanya. Morfologi, ukuran dan distribusi grafit secara signifikan memengaruhi sifat mekanis. Grafit bulat memiliki efek terkecil pada pembelahan matriks, dan kekuatan serta ketangguhannya lebih tinggi. Grafit serpihan dari besi cor kelabu mengurangi kekuatan dan ketangguhan, tetapi memiliki daya serap goncangan yang baik. Grafit yang dipadatkan membuat besi tuang vermicular berada di antaranya. Struktur matriks logam juga sangat penting, ketangguhan besi cor matriks ferit bagus. Dan kekuatan dan kekerasan matriks perlit tinggi. Dengan menyesuaikan pengecoran proses dan komposisi kimia untuk mengontrol struktur mikro, bahan besi cor dapat diperoleh untuk memenuhi persyaratan kinerja yang berbeda.

Kesimpulan

Grafit dalam besi tuang memiliki berbagai bentuk, dan bentuk yang berbeda memberikan sifat yang berbeda pada besi tuang. Dengan mempelajari struktur mikro besi tuang dengan berbagai metode analisis, kita dapat memperjelas hubungan antara struktur mikro dan sifat. Di masa depan, dengan berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi material, penelitian tentang grafit pada besi tuang akan semakin mendalam. Dan diharapkan dapat mengembangkan material besi cor dengan performa yang lebih baik dan aplikasi yang lebih luas.