BAB II Tinjauan Pustaka Pada bab ini, dibahas berbagai teori yang berkaitan dengan metode-metode perbaikan komponen yang terbuat dari besi cor didasarkan pada penelusuran jurnal internasional dan paten. Referensi-referensi tersebut telah dipublikasikan sejak tahun 1978 hingga tahun 2006. Penjelasan dimulai dengan membahas sejarah singkat besi cor kelabu dan sifat-sifatnya, dilanjutkan dengan membahas cacat-cacat yang dialami komponen selama pembuatan dan pemakaian. Metode- metode perbaikan yang telah dikembangkan beserta parameter-parameter proses merupakan acuan bagi pengembangan metode perbaikan yang dilakukan pada penelitian ini. II.1 Sejarah Singkat Besi Cor Kelabu Komponen besi cor kelabu dibuat dengan cara mencairkan logam dan dituangkan kedalam cetakan kemudian dibiarkan membeku. Teknologi ini telah digunakan sejak lama yaitu pada tahun 600 S.M dan penggunaan terbesar dimulai ketika Yunani membuat berbagai perkakas, senjata dan arca-arca raksasa seperti Hercules. Pada tahun 1779, di Inggris, dibangun struktur yang sangat terkenal yaituiron bridge yang menghubungkan sungai Severn. Sejalan dengan perkembangan teknologi, besi cor kelabu mulai diperkenalkan pada produk- produk komersial seperti meriam, peluru meriam, tungku, dan pipa. Kini besi cor kelabu dimanfaatkan untuk berbagai keperluan diantaranya untuk membuat blok mesin, pompa, turbin roda gigi, tromol rem, roda daya, rumah mesin listrik, roda ban dan lain lain. Mengingat kebutuhan yang demikian besar maka di Amerika Serikat, pada tahun 1993, besi cor kelabu telah menempati posisi terpopular kedua setelah baja-baja hasil pengerolan (flat rolled-steel). Diantara semua jenis besi cor, besi cor kelabu menempati dua per tiga bagian produksi dan mendominasi 75 prosen diantara produk-produk coran lain seperti coran baja, coran besi, dan coran paduan non-ferro. Jaman sekarang penggunaan besi cor kelabu sangat luas untuk berbagai keperluan industri dan manufaktur. Luasnya penggunaan besi cor kelabu disebabkan temperatur cairnya relatif rendah dibanding baja yaitu sekitar 1200 o C. Temperatur cair yang rendah disertai mampu alir yang baik menyebabkan besi cor kelabu mudah di cor menjadi bentuk-bentuk yang rumit dan mudah dimesin. Kemudahan untuk di cor dan dimesin menjadikan besi cor kelabu sangat popular dan harganya relatif murah. Walaupun besi ini mempunyai kekuatan tarik yang rendah namun mempunyai sifat yang sangat penting yaitu kemampuan meredam getaran. Hal inilah yang dijadikan alasan mengapa besi cor kelabu kini banyak dimanfaatkan untuk pembuatan blok mesin dan kepala silinder (cylinder head). II.2 Sifat-sifat Besi Cor Kelabu Besi cor kelabu adalah besi yang dipadukan dengan 2 – 4.5% karbon dan 1 – 3% silikon (ASTM, 1996). Struktur mikronya mengandung grafit serpih yang bercabang-cabang seperti ranting pohon yang berada pada matriks perlit, ferit atau campuran keduanya. Contoh struktur mikro besi cor kelabu dapat dilihat pada gambar II.1. Perlit 50 μm Ferit Grafit Grafit Perlit Gambar II.1 Struktur mikro besi cor kelabu (ASTM, 1996). 9 Grafit adalah satu bentuk kristal karbon yang lunak dan rapuh, mempunyai kekerasan Brinell kira-kira 1, kekuatan tariknya kira-kira 20 MPa dan massa jenisnya kira-kira 2200 kg/m 3 (Surdia, 2000). Adanya grafit berbentuk serpih menyebabkan besi cor kelabu berifat rapuh dan mempunyai kekuatan tarik yang rendah sekitar 180-200 MPa. Harga kekuatan tarik ini hampir setengah dari harga kekuatan tarik baja karbon St-37 yang sering ditemui sehari-hari. Rendahnya harga kekuatan tarik disebabkan karena grafit serpih mengalami pemusatan tegangan pada ujung-ujungnya sehingga sangat rentan bila dikenai gaya yang tegak lurus terhadap arah serpih. Harga kekerasan Brinellnya terletak diantara 120 – 180 kg/mm 2 , sedangkan massa jenisnya sekitar 7250 kg/m 3 . 2.2.1 Proses Pembekuan Besi Cor Kelabu Secara konvensional, besi cor kelabu diperoleh dari pendinginan lambat. Bila pendinginannya terlalu cepat, akan diperoleh besi cor putih. Hal ini terjadi karena tidak cukup waktu bagi karbida untuk berdisosiasi. Gambar II.2 Diagram fasa Fe-C (Elliott, 1988). 10 Bila Fe3C berada pada suatu temperatur tinggi dalam waktu yang sangat lama, maka Fe 3C akan berdisosiasi membentuk besi dengan karbon bebas. Diagram fasa besi –karbon, diperlihatkan pada gambar II.2. Kenyataannya cara konvensional tidak digunakan karena tidak ekonomis. Salah satu metode yang banyak digunakan untuk pembuatan besi cor kelabu adalah dengan penambahan unsur silikon. Dengan demikian, maka besi cor kelabu merupakan sistem paduan terner Fe-C-Si. Contoh sistem paduan terner dengan kadar silikon 2%, diperlihatkan pada gambar II.3 (Smith, 1993). Pada umumnya besi cor kelabu merupakan paduan hipoeutektik dimana karbon ekivalennya (CE) lebih rendah dari 4.3%. Urutan proses pembekuan pada besi cor kelabu dengan kadar karbon 3% dan silikon 2% dapat dijelaskan melalui bantuan gambar II.3. Pada daerah temperatur diatas titik 1, besi cor kelabu dalam keadaaan cair. Pada saat temperaturnya menurun dan memotong garis liquidus sekitar 1250 O C di titik 1, pembekuan mulai terjadi dan terbentuk dendrit-dendrit austenit proeutektik. Antara titik 1 dan 2, dendrit-dendrit tersebut tumbuh hingga mencapai transformasi eutektik awal (titik 2) yang terjadi pada temperatur 1150 O C. Pada titik 2 tersebut, cairan yang tersisa ini harus membeku dan bertransformasi menjadi dua fasa padat. Kemungkinan yang terjadi dapat berupa fasa padat yang mengikuti reaksi eutektik stabil ataumetastable. Pada kondisi metastable akan dihasilkan austenit dan karbida besi. Sedangkan reaksi stabil terjadi pada pendinginan lambat yang akan menghasilkan fasa austenit dan grafit. Fasa austenit dan grafit yang terjadi pada pendinginan lambat akan terbentuk sebagai sel eutektik. Dengan menurunnya temperatur, sel eutektik tersebut kemudian tumbuh di daerah sempit antara titik 2 dan 3 sehingga pada saat itu semua fasa (austenit proeutektik dan austenit-grafit eutektik) akan membeku. Selanjutnya pada daerah temperatur transformasi eutektik dan eutektoid, antara titik 3 dan 4, austenit berkadar karbon tinggi melepaskan karbon dan berdifusi kedalam grafit serpih. Akhirnya pada transformasi eutektoid yaitu antara titik 4 dan 5, austenit bertransformasi menjadi perlit atau perlit plus ferit tergantung pada laju pendinginan dan komposisi kimia. Pada besi cor tanpa paduan, tidak ada 11 perubahan struktur mikro yang signifikan ketika berada dibawah garis transformasi eutektoid.