MODUL IV

PENGUJIAN KEAUSAN

I. Tujuan Praktikum

1. Menjelaskan tujuan dan prinsip dasar pengujian keausan pada logam

2. Menganalisis mekanisme keausan yang terjadi pada beberapa jenis logam

(baja lunak, besi tuang, paduan tembaga dan paduan alumunium)

3. Membandingkan ketahanan aus beberapa jenis logam-logam tersebut

II. Dasar Teori

Keausan merupakan hilangnya sejumlah volume pada permukaan material

akibat adanya interaksi dengan lingkungannya baik dengan proses secara fisika

maupun kimia. Keausan telah menjadi perhatian praktisi sejak lama, tetapi hingga

beberapa saat lamanya masih belum mendapatkan penjelasan ilmiah yang besar

sebagaimana halnya pada mekanisme kerusakan akibat pembebanan tarik, impak,

puntir ataupun fatik. Hal ini disebabkan masih lebih mudah untuk mengganti

komponen atau part suatu sistem yang rusak dibandingkan melakukan disain

komponen dengan ketahanan atau umur pakai (lifetime) yang lama. Saat ini, prinsip

penggantian dengan mudah seperti itu tidak dapat diberlakukan lebih lanjut karena

pertimbangan biaya (cost).

Ketahanan aus (wear resistance) merupakan fungsi dari beberapa variabel

yang menentukan sifat mekanik material (kekerasan, kekuatan, dll). Variabel tersebut

adalah keausan, friksi serta lubrikasi. Oleh sebab itu penelaahan subyek ini yang

dikenal dengan nama ilmu Tribologi.

Keausan merupakan sifat mekanik yang menunjukan respon material terhadap

sistem luar (kontak permukaan). Material apapun dapat mengalami keausan

disebabkan mekanisme yang beragam.

Keausan yang terjadi pada komponen engineering dapat berakibat:

- Rendahnya operating efficiency

- Meningkatnya oil consumption

- Meningkatnya power losses

- Meningkatnya component replacement rates.

ASTM yang berkaitan dengan pengujian keausan antara lain, G99-05. Salah

satu pengujian keausan adalah dengan metode Ogoshi yaitu memperoleh beban gesek

dari cincin yang berputar (Revolving disc). Pembebanan gesek ini akan menghasilkan

kontak antar permukaan yang berulang-ulang yang pada akhirnya akan mengambil

sebagian material pada permukaan benda uji. Besarnya jejak permukaan dari material

tergesek itulah yang dijadikan dasar penentuan tingkat keausan pada material.

Semakin besar dan dalam jejak keausan maka semakin tinggi volume material yang

terlepas dari benda uji. Skema pengujian keausan dengan metode Ogoshi ialah

sebagai berikut :

Besarnya volume material yang terabrasi adalah:

W = B.b3/12r

Dengan B adalah tebal revolving disc (mm), r jari-jari disc (mm), b lebar celah

material yang terabrasi (mm)

Laju keausan (V) dapat ditentukan sebagai perbandingan volume terabrasi (W)

dengan jarak luncur x (setting pada mesin uji):

V = W/x = B.b3/12r.x

Sebagaimana telah disebutkan sebelumnya, material jenis apapun akan

mengalami keausan dengan mekanisme yang beragam, yaitu : keausan adhesif,

abrasif, fatik, dan oksidasi. Di bawah ini diberikan penjelasan ringkas dari

mekanisme-mekanisme tersebut.

a. Keausan adhesif

Yaitu mekanisme aus akibat adanya perlekatan pada dua permukaan yang

saling bersentuhan dan memiliki sifat adesif karena adanya panas lokal dan

tekanan (microweld). Kedua permukaan tersebut saling slip pada arah

berlawanan akibat tekanan. Tekanan normal yang diaplikasikan pada kedua

permukaan menyebabkan tekanan lokal pada daerah asperity meningkat. Jika

yield stress terlampaui, maka daerah asperity ini mengalami deformasi plastis

hingga akhirnya patah.

Jika tidak terdapat pelumas

pada kedua permukaan,

permukaan kedua benda akan

saling menempel dan akibat

adanya gaya geser, akan

terbentuk kontak yang baru

dan akhirnya akan patah

menjadi serpihan. Mekanisme

aus ini tidak hanya merusak

permukaan-permukaan yang

mengalami slip, akumulasi

dari partikel-partikel akibat

aus dapat menimbulkan erosi dan membentuk rongga yang dapat memicu

terjadinya perpatahan pada komponen. Oleh karena itu, pemberian pelumas

yang tepat dan dalam jumlah yang sesuai dapat mencegah terjadinya adhesive

wear.

b. Keausan abrasif

Abrasive wear (aus akibat abrasi) terjadi ketika terdapat partikel (asperity)

atau serpihan yang keras diantara 2 permukaan material yang lebih lunak yang

bergerak relative satu sama lain sehingga terjadi pelepasan sejumlah volume

pada permukaan material yang lunak akibat kerusakan permukaan yang

terjadi.

Bentuk kerusakan permukaan yang diakibatkan oleh mekanisme keausan

abrasive ini antara lain:

Scratching (penggoresan)

Scoring

Gouging (pengcungkilan)

Faktor yang berperan dalam kaitannya dengan ketahanan material

terhadap abrasive wear antara lain :

• Material hardness

• Kondisi struktur mikro

• Ukuran abrasif

• Bentuk abrasif

Abrasive wear terjadi pada dua kondisi :

• Two body abrasion

Pada kondisi ini, salah satu permukaan lebih keras daripada permukaan

lain yang tergores. Contoh mekanisme ini terjadi pada proses cutting dan

machining.

• Three body abrasion

Pada kasus ini, terdapat benda ketiga berupa partikel kecil atau butiran-

butiran halus yang abrasif yang terletak atau terperangkap diantara dua

permukaan yang saling bergesekan sehingga akan mengikis kedua permukaan

tersebut.

Mekanisme dari kedua bentuk abrasive wear ditunjukkan pada gambar

di bawah ini.

c. Keausan lelah (fatik)

Ketika suatu komponen diberikan beban secara bersiklus atau secara

fluktuatif, daerah permukaan komponen akan mengalami fatigue. Dua

permukaan yang saling slip pada arah yang berlawanan atau salah satu

permukaan tidak bergerak menghasilkan maksimum shear stress dan

menyebabkan microcrack yang dapat berperan sebagai awal perpatahan dan

menyebabkan kerusakan pada permukaan (aus). Pada kasus tertentu, inisiasi

crack tersebut akan terus merambat dan mengakibatkan perpatahan pada

komponen. Kecepatan propagasi crack ditentukan oleh ketahanan fatik

material dan besarnya beban dinamis yang bekerja pada komponen.

d. Keausan erosif

Keausan erosif disebabkan oleh gas dan cairan yang membawa

partikel padatan yang membentur permukaan material. Jika sudut benturannya

kecil, keausan yang dihasilkan merupakan keausan abrasif. Namun, jika sudut

benturannya membentuk sudut gaya normal (90o), maka keausan yang terjadi

adalah keausan erosif.

Fenomena erosi seringkali terjadi pada peralatan sand blasting, shot

blasting, impeller, dan sebagainya.

Material dengan kekerasan yang lebih tinggi atau telah mengalami

mekanisme penguatan permukaan, umumnya memiliki ketahanan terhadap

erosi yang lebih baik.

e. Keausan oksidasi

Dikenal sebagai corrosive wear, adalah bentuk aus akibat interaksi

antara lingkungan dengan permukaan yang memicu terjadinya pembentukan

lapisan oksida pada permukaan padat yang dapat terdegradasi sehingga

menjadi lapisan permukaan yang terlepas. Media korosif pada lingkungan

akan menyerang permukaan material. Material dengan ketahanan korosi yang

buruk akan terkikis dengan mudah. Keausan korosif atau keausan oksidasi

merupakan jenis keausan dimana kerusakan dimulai dengan adanya

perubahan kimiawi material di permukaan oleh faktor lingkungan. Kontak

dengan lingkungan ini akan menghasilkan pembentukan lapisan pada

permukaan dengan sifat yang berbeda dengan material Induk. Sebagai

konsekuensinya, material pada lapisan permukaan akan mengalami

keausan/pengelupasan. Skematis mekanismenya dapat dilihat pada gambar di

bawah ini :

Mikrosrtuktur yang dimiliki oleh logam dapat mempengaruhi ketahanan aus

dari logam tersebut. Semakin ke atas (tanda panah), maka ketahanan aus semakin

tinggi.

High carbon martensitic matrix

High carbon pearlitic matrix

Bainite

Soft Pearlite

Pearlite dan ferrite

Low carbon ferrite

III. Metodologi Penelitian

III. 1. Alat dan Bahan

1. Ogoshi wear testing machine

2. Caliper dan atau mikrometer

3. Pemasang-pembuka gir (tracker)

4. Mikroskop pengukur (measuring microscope)

5. Sampel uji keausan (baja, besi tuang, paduan tembaga dan paduan aluminium)

III. 2 Flow Chart Alur Kerja

Mengukur tebal (B) cincin pemutar, memasang pada

tempatnya, dan mengencangkannya

Memasang benda uji pada sampel holder, dan mengencangkannya

Mengatur parameter pengujian (beban, kecepatan,

jarak luncur)

Mengatur skala lubang intip pada posisi nol

Menyentuhkan sampel uji dengan revolving disc dan mengatur

pasangan gir beban hingga skala 4.5 pada preload

Membersihkan mesin uji

Menekan tombol switch-on untuk memulai pengujian

Melepaskan sampel bila mesin telah mati. Dam melakukan pengujian untuk lokasi atau

sampel lain

Mengukur lebar celah (b), mengamati jejak keausan, dan

membuat sketsa serta deskripsi jejak tersebut

Mulai

Selesai

Menyiapkan sampel uji (5

buah), satu set gir, tracker

Daftar Pustaka

Callister, William D. 2007. Materials Science and Engineering An Introduction,

Modul Praktikum Desctructive Test (DT) 2014ftkceria.com/2012/04/28/uji-keausan-wear/https://www.google.com/search?q=skema+mekanisme+keausan+adhesivekeausan.htmhttp://www.substech.com/dokuwiki/doku.php?id=mechanisms_of_wearhttp://www.flitalia.it/en/fl/manuale/en/trasm_0107.htm