Analisa Kegagalan Valve

  • Upload
    albar

  • View
    247

  • Download
    3

Embed Size (px)

Citation preview

TEKNIK METALURGI DAN MATERIAL UNIVERSITAS INDONESIA

CO NF IDM.Ekaditya Albar / 0806331683 Januari 2012

EN

TA

Tugas Failure Analysis

L

Analisa Kegagalan Valve

1. Latar Belakang Material yang dianalisa penyebab kegagalannya adalah sebuah non-return valve. Non-return valve dengan kode sampel 16K-150 digunakan untuk mengalirkan air laut ketika sistem eksplorasi minyak dibuka. Valve ini dioperasikan secara manual dengan cara diputar (screw). Non-return valve ini digunakan dalam eksplorasi minyak di Laut Natuna. Kegagalan terjadi diberi tekanan sebesar 5 kg/cm2. Tekanan ini berada di bawah tekanan kerja seharusnya, yaitu 16 kg/cm2. Komposisi kimia air di Laut Natuna menurut Karl K Turekian: Oceans. 1968, Prentice Halls adalah sebagai berikut:Tabel 1. Komposisi Air Laut

Oksigen Chlorine Sulfur

2. Hasil 2.1. Hasil Pengamatan Visual

CO NF IDIndikasi korosi: Produk korosi berwarna kecoklatan Gambar 1. Adanya perpatahan pada dinding non-return valve. Air mengalir dari bagian bawah ke bagian kanan. Valve dalam keadaan terbuka dan ada indikasi korosi pada daerah yang catnya terkelupas.

M.Ekaditya Albar / 0806331683

EN2

TA883000 19400 904

Hidrogen

110000

L

Element Content

ppm

Gambar 2. Bagian luar valve dilapisi dengan cat, namun beberapa lokasi menunjukkan adanya

CO NF IDM.Ekaditya Albar / 0806331683

Gambar 3. Adanya percabangan retak pada dinding valve.

Gambar 4. Adanya bukaan pecahan pada tubuh valve yang mengindikasikan patahan tanpa adanya tanda-tanda necking.

ENChevron Marks

TA3

L

pengelupasan cat dan bagian tersebut terserang korosi.

2.2. Hasil Pengamatan Mikrostruktur

Gambar 5. Hasil macro-etching pada cross section tubuh valve yang menujukkan adanya distribusi

CO NF ID(a)M.Ekaditya Albar / 0806331683

Gambar 6. Adanya perambatan retak tegak lurus terhadap lingkar tubuh valve

EN4

TA

karbida

L

Matrix lost (matriks Fe hilang pada bagian tertentu) menyisakan karbon berbentuk flakes.

(b) Gambar 7. Foto mikrostruktur permukaan patahan yang menunjukkan adanya (a) korosi yang menyerang ujung-ujung patahan dan (b) perbandingan struktur mikro daerah logam yang jauh dari patahan (kiri) dan daerah failure (kanan), pada gambar terlihat bahwa matriks Fe hilang dan meninggalkan grafit (flakes).

2.3. Hasil Pengujian Komposisi Kimia

Tabel 2. Hasil Pengujian Komposisi Kimia

CO NF ID2.9 1.98 0.414 0.013 0.08 2.4. Hasil Pengujian Kekerasan Lokasi HB 1 2 3 4 97 116 119 95 3. DiskusiM.Ekaditya Albar / 0806331683

C

Si

Mn

Ni

ENCr Mo V W 5 97

TATi Cu 6 121 7

LS 116

P

0.27 0.011 0.011 0.003 0.003 0.008 0.02

Pengujian kekerasan dilakukan secara acak di beberapa titik di permukaan.Tabel 3. Hasil Pengujian Kekerasan

8 114

Berdasarkan bukti foto makro (Gambar 1 dan 4), dapat disimpulkan bahwa perpatahan yang terjadi merupakan ciri-ciri perpatahan getas. Hal ini ditandai dengan tidak adanya necking (deformasi plastis) pada daerah perpatahan dan pada permukaannya terdapat chevron marks. Pada permukaan patahan terdapat produk korosi yang berwarna kecoklatan (brown debris). Adanya produk korosi berwarna kecoklatan ini menandakan adanya senyawa Fe2O3 sebagai produk korosi. Valve mengalami kegagalan pada tekanan

5

di bawah tekanan kerjanya sehingga tidak ada kemungkinan valve mengalami kegagalan akibat overloading. Berdasarkan data komposisi kimia (Tabel 2) yang diperoleh dan didukung dengan pengamatan foto mikrostruktur (Gambar 7b), material yang digunakan sebagai non-return valve adalah material gray cast iron. Menurut ASM Handbook Vol.1: Irons, Steels and High-Performance Alloys, gray cast iron mengandung karbon sebesar 2.5 sampai 4% dan kandungan silikon dari 1 sampai 3%. Analisa mikrostruktur terhadap sampel patahan valve menunjukkan adanya berbagai daerah yang terserang korosi di sekitar daerah patahan. Hal ini ditandai dengan adanya

hitam yang menandai adanya kororsi pada valve terjadi pada daerah matriks logam Fe. Hal ini mengindikasikan adanya mekanisme korosi graphitization yang umum dialami oleh logam gray cast iron.

dealloying atau selective leaching. Proses graphitization merupakan salah satu kelemahan dari material gray cast iron dimana metallic constituent (dalam hal ini logam Fe sebagai matriks) mengalami pelarutan atau leaching sehingga hanya meninggalkan karbon yang

CO NF IDM.Ekaditya Albar / 0806331683

berupa flakes. Pada graphitization, bagian matriks akan menjadi lebih anodik dibandingkan dengan karbon yang berbentuk flakes. Alasan inilah yang menyebabkan material Fe terkorosi dan hanya menyisakan karbon di sekitar daerah yang terkorosi (lihat Gambar 7b). Proses terjadinya graphitization ini didukung oleh kondisi lingkungan air laut yang korosif karena adanya garam-garam yang terlarut (lihat Tabel 1).

Gambar 8. Mekanisme Graphitization

Adanya mekanisme korosi jenis graphitization ini sekaligus menjelaskan mengapa terjadinya mode perpatahan getas pada hasil pengamatan foto makro. Hal ini disebabkan karena hilangnya matriks Fe di beberapa tempat sehingga hanya menyisakan karbon dalam6

EN

Graphitization merupakan salah satu jenis korosi selective atau biasa disebut

TAContinuous Network of Graphite Flakes in a Gray Cast Iron Ferrite - BCC

L

bercak-bercak hitam pada foto mikrostruktur. Jika diamati lebih lanjut, bercak-bercak

bentuk flakes yang sangat rapuh. Hal ini juga didukung dengan fakta bahwa terjadi ketidakseragaman data hasil pengujian kekerasan dimana pengujian pada delapan titik secara acak memiliki range kekerasan yang diperoleh berkisar antara 95-121 HB. Berdasarkan data literatur, material gray cast iron SAE Grade G1800 seharusnya memiliki kekerasan Brinell dengan range 120-187 HB.

4. Kesimpulan Hasil pengamatan foto makro menunjukkan bahwa mode perpatahan yang terjadi adalah perpatahan brittle (getas). Hal ini ditandai dengan tidak adanya necking Berdasarkan pengujian komposisi kimia dan pencocokan dengan literatur, material yang digunakan sebagai valve ini merupakan material gray cast iron SAE Grade G1800. Hal ini juga dibuktikan dengan pengujian foto mikro yang menunjukkan Hasil pengamatan mikrostruktur menunjukkan adanya peristiwa selective leaching dalam bentuk graphitization yang merupakan penyebab kegagalan dari valve yang digunakan. Hal ini dapat dilihat dari adanya daerah-daerah matriks Fe yang mengalami

CO NF ID120-187 HB. 5. Rekomendasi kegagalan karena korosi ini.M.Ekaditya Albar / 0806331683

korosi sehingga hanya meninggalkan karbon dalam bentuk flakes.

Ada ketidakseragaman data kekerasan dari material ini di delapan titik yang berbeda dengan range 95-121 HB. Nilai kekerasan yang diperoleh ini juga berada di bawah nilai kekekrasan yang seharusnya dimiliki material gray cast iron SAE Grade G1800 yaitu

Untuk mencegah terjadinya selective leaching jenis graphitization adalah dengan

mengganti material gray cast iron dengan material lain yang lebih tahan terhadap dealloying, contohnya adalah material ductile cast iron. Selain itu, kita juga harus mengontrol kondisi lingkungan untuk meminimalisasi selective leaching. Penggunaan anoda korban juga merupakan langkah untuk melindungi valve agar tidak lagi mengalami

EN

adanya flakes karbon.

TA

L

(deformasi plastis) dan terbentuknya chevron marks pada permukaan patahan.

7

6. Referensi ASM Handbook Vol.1: Irons, Steels and High-Performance Alloys. ASM Handbook Vol. 13: Corrosion. Karl K. Turekian. Oceans. 1968, Prentice Halls. Dealloying, Selective Leaching & Graphitic Corrosion. http://www.corrosionclinic.com/types_of_corrosion/dealloying_selective_leaching_gra phitic_corrosion.htm diakses pada tanggal 11 Januari 2012 pukul 00.10 WIB. External Corrosion and Protection of Ductile Iron Pipe. http://www.angelfire.com/pop/myfile/EXTDIPhtml.htm diakses pada tanggal 11 Gray Iron http://en.wikipedia.org/wiki/Gray_iron diakses pada tanggal 11 Januari 2012 pukul 00.30 WIB.

CO NF IDM.Ekaditya Albar / 0806331683

EN8

TA

L

Januari 2012 pukul 00.24 WIB.