Upload
adolvin-mahadiputra
View
352
Download
4
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Analisis Perpatahan Akibat Keausan dengan Metode Studi Jurnal, Sisertasi Dan Laporan Hasil Penelitian Yang Telah Di Validasi.
Citation preview
Analisis Perpatahan Akibat Keausan dengan Metode Studi Jurnal, Sisertasi Dan Laporan
Hasil Penelitian Yang Telah Di Validasi.
Disusun oleh
Adolvin Arnol Mahadiputra (5212412017)
teknik mesin s1 Unnes
untuk memenuhi Ujian Tengah Semester perpatahan dan fatik dosen pengampu Bapak
Heri Yudiono
Universitas Negeri Semarang
Teknik Mesin
2014
BAB 1
Pendahuluan
A. Latar Belakang
Metalurgi atau ilmu yang mempelajari tentang metal (logam) merupakan ilmu yang sangat penting
dalam perencanaan suatu komponen mesin. Karena dalam perencanaannya suatu mesin akan
menerima banyak tegangan untuk menahan semua itu, maka diperlukan bahan dengan spesifikasi
yang cocok agar memenuhi standar keamanan.
Di dalam ilmu metalurgi inilah dapat ditemukan banyak material – material baru yang di gunakan
untuk dasar sebuah komponen mesin. Dengan ilmu ini para insinyur dapat merekayasa struktur
mikro dan makro pada komponen baru agar dapat di gunakan sebagai komponen standar mesin.
Pada era sekarang ini banyak sekali di butuhkan mesin – mesin yang besar guna utuk menahan
tegangan yang diterima sewaktu digunakan untuk mengangkat beban berat dalam dunia industri.
Ataupun poros mobil yang mendapat beban gesek yang sangat besar menyebabkan material yang
digunakan juga harus dapat menerima tegangan tersebut.
Dalam dunia teknik mesin sendiri tegangan sangat berpengaruh pada kebutuhan material yang
direncanakan sebagai dasar pembuatan sebuah mesin yang akan menerima perlakuan tertentu.
Dengan banyaknya kejadian pada era sekarang yang mengharuskan para perancang agar dapat
memilih bahan yang tepat guna untuk dasar perencanaannya sangatlah penting.
Dengan banyak sekali kebutuhan akan material pada era sekarang, banyak pula kejadian yang
menyebabkan kecelakaan pada proses pemakaian mesin. Dalam kondisi tertentu suatu komponen
mesin akan menerima beban maksimum yang kemudian koponen tersebut akan tidak kuat untuk
menahan beban tersebut dan menyebabkan kegagalan. Akhirnya komponen akan patah.
Dalam ilmu metalurgi, kondisi ini dipelajari sebagai bentuk studi pada material dan digunakan
agar mendapatkan material yang pas pada saat perancangan mesin. Karena keselamatan adalah
segalanya. Untuk itu, penulis akan membahas dengan studi pustaka mengenai patah aus pada
mesin yang sering digunakan.
B. Permasalahan
Dari uraian diatas dapat kita ambil masalah sebagaiberikut.
1. Mengapa dapat terjadi aus pada material ?
2. Bagaimana Karakteristik pada saat aus ?
3. Kapan terjadinya patah setelah material aus?
C. Tujuan
Adapu tujuan dari pembuatan makalah ini adalah
1. Mengetahui sebab terjadinya aus.
2. Mengetahui karakteristik material aus.
3. Mengetahui tahapan patah aus.
D. Manfaat
Manfaat yang di dapat oleh penulis dan pembaca
1. Penulis dapat menganalisa suatu masalah patah karena aus
2. Penulis dapat mengetahui bagaimana patah aus berlangsung
3. Penulis dapat menganalisa kasus menggunakan studi pustaka
4. Pembaca dapat mengetahui sebab dan pengetahuan tentang patah aus
5. Pembaca dapat mengetahui bahwa aus dapat menyebabkan material patah.
BAB 2
A. Teori
Aus adalah kondisi dimana material mengalami penurunan mutu karena sudah digunakan berlebih
dan sudah pada batasannya. Lebih lanjut (Handoko;2012:5) mengatakan bahwa Definisi dari
korosi adalah perusakan atau penurunan mutu dari material akibat bereaksi dengan lingkungan [1],
dalam hal ini adalah interaksi secara kimiawi. Sedangkan penurunan mutu yang diakibatkan
interaksi secara fisik bukan disebut korosi, namun biasa dikenal sebagai erosi dan keausan.
Keausan umumnya didefinisikan sebagai kehilangan material secara progresif atau pemindahan
sejumlah material dari suatu permukaan sebagai suatu hasil pergerakan relatif antara permukaan
tersebut dan permukaan lainnya. Keausan telah menjadi perhatian praktis sejak lama, tetapi hingga
beberapa saat lamanya masih belum mendapatkan penjelasan ilmiah yang besar sebagaimana
halnya pada mekanisme kerusakan akibat pembebanan tarik, impak, puntir atau fatigue. Hal ini
disebabkan masih lebih mudah untuk mengganti komponen/part suatu sistem dibandingkan
melakukan disain komponen dengan ketahanan/umur pakai (life) yang lama.
Keausan juga merupakan sebuah fenomena yang pasti ada karena umur suatu material maupun
karena lingkungan suatu material itu sendiri. Selanjutnya oleh (Abidin;2010:9) menyatakan
Keausan adalah sebuah fenomena yang sering terjadi dalam engineering. Keausan bukan hanya
proses tunggal, tetapi beberapa proses berbeda yang dapat berlangsung independen atau secara
bersamaan. Kompleksitas proses keausan dapat dibaca dengan mengetahui berbagai variabel yang
terlibat, yaitu kekerasan, ketangguhan, kelenturan, modulus elastisitas, kekuatan tarik, kelelahan,
dan struktur permukaan yang saling bertemu, seperti geometri, temperatur, tegangan, distribusi
tegangan, koefisien gesek, dan atmosfer dari permukaan yang aus. Sebuah pahat gagal dengan tiga
macam cara yang berbeda; perpatahan nyata, deformasi plastis dan keausan bertahap. Dua cara
pertama mewakili kegagalan dini dari pahat. Keausan bertahap adalah hal yang tidak dapat dicegah
dan biasanya telah diperkirakan secara alami pada proses pemotongan logam.
Keausan sendiri juga di golongkan pada beberapa golongan yaitu adhesive, abrasive, lelah dan
oksidasi. Selanjutnya (Handoko;2012:6) mengatakan bahwa
Material apapun dapat mengalami keausan disebabkan mekanisme yang beragam. Keausan dapat
dibagi menjadi:
1. Keausan adhesive yaitu terjadi ketika kontak permukaan dari dua material atau lebih yang
mengakibatkan adanya perlekatan satu sama lain dan pada akhirnya terjadi
pelepasan/pengoyakan salah satu material
2. Keausan abrasif: yaitu terjadi ketika suatu partikel keras (asperity) dari material tertentu
meluncur pada permukaan material lain yang lebih lunak sehingga terjadi penetrasi atau
pemotongan material yang lebih lunak. Tingkat keausan pada mekanisme ini ditentukan
oleh derajat kebebasan (degree of freedom) partikel keras atau sperity tersebut. Sebagai
contoh partikel pasir silica akan menghasilkan keausan yang lebih tinggi ketika diikat pada
suatu permukaan seperti pada kertas amplas, dibandingkan bila partikel tersebut berada di
dalam sistem slury. Pada kasus pertama partikel tersebut kemungkinan akan tertarik
sepanjang permukaan dan mengakibatkan pengoyakan sementara pada kasus terakhir
partikel tersebut mungkin hanya berputar (rolling) tanpa efek abrasi,
3. Keausan lelah: merupakan mekanisme yang relatif berbeda dibandingkan dua mekanisme
sebelumnya, yaitu dalam hal interaksi permukaan. Baik keausan adhesive maupun abrasif
melibatkan hanya satu interaksi sementara pada keausan lelah dibutuhkan interaksi multi.
Permukaan yang mengalami beban berulang akan mengarah pada pembentukan retak-retak
mikro. retak tersebut pada akhirnya menyatu dan menghasilkan pengelupasan material.
Tingkat keausan sangat tergantung pada tingkat pembebanan.
4. Keausan oksidasi (keausan korosif): Pada prinsipnya mekanisme ini dimulai dengan
adanya perubahan kimiawi material di bagian 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 yang berbeda Hal ini selanjutnya mengarah kepada
perpatahan interface antara lapisan permukaan dan material induk dan akhirnya seluruh
lapisan permukaan itu akan tercabut. Pada umumnya lapisan oksida yang terjadi di
permukaan metal cenderung menebal. Berikut ini beberapa mekanisme yang mungkin
terjadi:
a. Jika lapisan oksida yang pertama-tama terbentuk adalah berpori, maka molekul oksigen
bisa masuk melalui pori-pori tersebut dan kemudian bereaksi dengan metal di perbatasan
metaloksida. Lapisan oksida bertambah tebal. Situasi ini terjadi jika rasio volume oksida-
metal kurang dari satu. Lapisan oksida ini bersifat non-protektif, tidak memberikan
perlindungan pada metal yang dilapisinya terhadap proses oksidasi lebih lanjut. Peristiwa
ini digambarkan pada gambar 2.6
b. Jika lapisan oksida tidak berpori, ion metal bisa berdifusi menembus lapisan oksida menuju
bidang batas oksida-udara; dan di perbatasan oksida-udara ini metal bereaksi dengan
oksigen dan menambah tebal lapisan oksida yang telah ada. Proses oksidasi berlanjut di
permukaan. Dalam hal ini elektron bergerak dengan arah yang sama agar pertukaran
elektron dalam reaksi ini bisa terjadi. Peristiwa ini digambarkan pada gambar 2.7
c. Jika lapisan oksida tidak berpori, ion oksigen dapat berdifusi menuju bidang batas metal-
oksida dan bereaksi dengan metal di bidang batas metal-oksida. Elektron yang dibebaskan
dari permukaan logam tetap bergerak ke arah bidang batas oksidaudara. Proses oksidasi
berlanjut di perbatasan metal-oksida. Peristiwa ini digambarkan pada gambar 2.8
d. Mekanisme lain yang mungkin terjadi adalah gabungan antara 2) dan 3) dimana ion metal
dan elektron bergerak ke arah luar sedangkan ion oksigen bergerak ke arah dalam. Reaksi
oksidasi bisa terjadi di dalam lapisan oksida.
Pada aus sebuah material juga ditentukan suhu yang terjadi pada saat proses terjadinya aus oleh
lingkungan selanjutnya dijelaskan oleh (Rusianto;2009:94) Dari penelitian terhadap
bushingdidapat hasil pengukuran ketahanan aus didapat data-data sebagai berikut :Pengujian
keausan dilakukuan dengan metode Ogoshi High Speed Univaersal Wear Testing Machine. Hasil
penelitian keausan bushing setelah sinter, terjadi penurunan laju keausanseperti pada Gambar 8.
Bushing dengan suhu press semakin tinggi diketahui mengalami abrasi semakin kecil, bahwa
ketahanan aus suhu pengepresan 100 °C mencapai 251.997 mm3/kg, untuk keausan rata-rata suhu
pengepresan 200 °C adalah 242.497 mm3/kg, sedangkan keausan rata-rata suhu pengepresan 300
°C hanya 232.389 mm3/kg. Semakin tinggi suhu press tingkat keausan semakin menurun,
dibuktikan dengan perhitungan porositas pada pembahasan struktur mikro bushing semakin tinggi
suhu press yang digunakan porositas semakin rendah, berat jenis meningkat dan kekerasan juga
meningkat. Hal ini menunjukan korelasi positif. Pengaruh suhu press meningkatkan kepadatan,
kekerasan dan ketahanan aus pada spesimen akibat pengaruh tersebut
disebabkan oleh bahan yang menjadi sifat plastis pada suhu tinggi. Sifat plastis bahan dapat
disebabkan oleh terjadinya penurunan kekuatan tegangan tarik akibat naiknya temperatur bahan.
Proses kompaksi merupakan proses perubahan bentuk bahan dimana bahan yang dubah bentuk,
tegangan yang diberikan harus melebihi dari kekuatan bahan itu sendiri, yaitu sifat plastis bahan.
Dengan menurunnya sifat platis bahan
menyebabkan bahan menjadi lebih mudah diubah bentuk. Pada penelitian ini suhu tertinggi yang
dapat dicapai hingga 300 0C, untuk mendapatkan suhu yang lebih tinggi lagi sulit dicapai karena
keterbatasan alat.
Keausan juga dipengaruhi oleh perlakuan panas dan proses pendinginannya. selanjutnya
(purwanto;2011:36) Quenching merupakan salah satu proses Heat treatment dimana baja di
panaskan pada suhu di atas daerah kritis dan dicelupkan pada media pendingin untuk
meningkatkan kekeraskan dan ketahanan terhadap aus.
Fatik atau kelelahan menurut (Zulhanif, 2002) didefinisikan sebagai proses perubahan struktur
permanen progressive localized pada kondisi yang menghasilkan fluktuasi regangan dan tegangan
dibawah kekuatan tariknya dan pada satu titik atau banyak titik yang dapat memuncak menjadi
retak (crack) atau patahan (fracture) secara keseluruhan sesudah fluktuasi tertentu.
Ketahanan fatik suatu bahan tergantung dari perlakuan permukaan atau kondisi permukaan dan
temperatur operasi. Perlakuan permukaan merubah kondisi permukaan dan tegangan sisa di
permukaan. Perlakuan permukaan shoot peening menghasilkan tegangan sisa tekan yang
mengakibatkan ketahan lelah yang meningkat (Collins,1981).
Proses kepecahan memperlihatkan 3 fase yaitu pertumbuhan retak tanpa pembebanan, petumbuhan
retak stabil, dan pertumbuhan retak tidak stabil [6]. Pertumbuhan retak lelah ditentukan oleh 2
(dua) parameter mekanika kepecahan, yaitu ΔK dan Kmax [7]. Pada awalnya, retak awal terjadi
setelah adanya kondisi kritis [8].Perambatan retak terjadi dalam waktu yang lama dalam kondisi
operasi normal. Perambatan retak akibat medan tegangan dan regangan di sekitar ujung retak,
ditunjukkan dengan parameter stress intensity faktor (K), yang merupakan fungsi dari tegangan,
geometri dan dimensi retak. Dari konsep fracture mechanics, laju perambatan retak dinyatakan
dengan da/dN yang merupakan fungsi dari sifat material, panjang retak, dan tegangan operasi.
(hakim dkk:178)
(Sriyanto dkk:452) menyatakan bahwa Lelah korosi (korosi fatik) dapat terjadi pada tingkat-
tingkat tegangan jauh lebih rendah dari tingkatan untuk SCC. Gambar 5 memperlihatkan
karakteristik lelah dan lelah korosi pada baja paduan rendah pada kondisi lembam maupun di
lingkungan yang mengandung natrium klorida.. Lelah korosi dapat terjadi menurut salah satu dari
hal berikut:
1. Aktif : terkorosi dengan bebas, misalnya baja karbon dalam air laut
2. Imun : logam dalam keadaan terlindung baik secara katodik maupun dengan coating
3. Pasif : logam dalam keadaan terlindung oleh selaput permukaan yang dibungkuskan oleh
korosi sendiri,biasanya selaput oksida.
Gambar 5. Karakteristik Umum Kurva Lelah Korosi
B. Studi Kasus
Dalam pembuatan makalah ini, penulis menggunakan studi kasus dengan studi pustaka yaitu studi
analisa menggunakan file – file yang sudah di validasi antara lain jurnal, Tugas Akhir, skripsi,
Disertasi dan Buku. Tahapan dari studi pustaka ini antara lain:
1. Analisa Judul
Adalah memahami dan mencari inti dari judul tugas yang diberikan dosen.
2. Pencarian dasar teori
Pencarian sumber – sumber guna untuk dasar sebuah hipotesa
3. Analisa teori
Wujud dari pencarian kebenaran hipotesa
4. Pengolahan hasil analisa
Proses dari pencapaian hasil analisa.
C. Pembahasan
1. Terjadinya Aus Pada Material
Suatu Material mempunyai umur sendiri – sendiri dan lingkungngan sendiri – sendiri. Material
sendiri dapat mengalami sebuah fenomena seiring berjalannya waktu yang dipengaruhi oleh
lingkungan sekitar dan proses perlakuan pada saat pembuatan material. Aus sendiri dapat timbul
jika material sudah sering digunakan atau lingkungan sekitar mendukung adanya korosi karena
oksigen. Secara singkat seperti yang dibahas oleh (Handoko;2012:6). Terjadinya keausan di
bedakan dengan kasus adhesive, abrasive, lelah dan oksidasi.
Adhesive terjadi karena gesekan dua permukaan yang akhirnya salah satu akan terkoyak dan
terjadilah keausan pada material terkoyak.
Keausan abrasif: yaitu terjadi ketika suatu partikel keras (asperity) dari material tertentu meluncur
pada permukaan material lain yang lebih lunak sehingga terjadi penetrasi atau pemotongan
material yang lebih lunak. Tingkat keausan pada mekanisme ini ditentukan oleh derajat kebebasan
(degree of freedom) partikel keras atau sperity tersebut. Sebagai contoh partikel pasir silica akan
menghasilkan keausan yang lebih tinggi ketika diikat pada suatu permukaan seperti pada kertas
amplas, dibandingkan bila partikel tersebut berada di dalam sistem slury. Pada kasus pertama
partikel tersebut kemungkinan akan tertarik sepanjang permukaan dan mengakibatkan pengoyakan
sementara pada kasus terakhir partikel tersebut mungkin hanya berputar (rolling) tanpa efek abrasi,
Keausan lelah yaitu dalam hal interaksi permukaan. Baik keausan adhesive maupun abrasif
melibatkan hanya satu interaksi sementara pada keausan lelah dibutuhkan interaksi multi.
Permukaan yang mengalami beban berulang akan mengarah pada pembentukan retak-retak mikro.
retak tersebut pada akhirnya menyatu dan menghasilkan pengelupasan material. Tingkat keausan
sangat tergantung pada tingkat pembebanan.
Keausan oksidasi (keausan korosif): Pada prinsipnya mekanisme ini dimulai dengan adanya
perubahan kimiawi material di bagian 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 yang berbeda.
2. Karakteristik Material Saat Aus
Dari pembahasan diatas didapat bahwa karakteristik material saat aus tidak akan berubah, karena
material tidak dikenakan perlakuan panas ataupun perlakuan yang mengubah struktur mikro dan
makro pada material melainkan hanya penambahan unsur pada lapisan permukaan logan dengan
unsur kimia yang dapat membuat renggang material, dan juga struktur tak akan berubah melainkan
karena gesekan yang terus menerus maka terjadinya retakan pada permukaan yang akhirnya
terkikisnya permukaan suatu material dengan tegangan sisa yang terkonsentrasi pada titik – titik
tertentu. Berikut merupakan hasil pengujian oleh (Xu dkk;2011:677)
3. Terjadinya Patah Saat Aus
Seperti yang sudah dibahas, bahwa patah saat au situ dapat terjadi dengan beberapa analisa antara
lain.
Karena terjadinya gesekan antara material yang akhirnya membuat permukaan material menjadi
tidak teratur dan akhirnya timbulah tegangan sisa akibatnya timbul initial crack para material yang
kemudian meraambat sedikit demi sedikit kemudian cracka akan semakin cepat merambat akibat
permukaan material yang tidak teratur dan adanya banyak konsentrasi tegangan pada material juga
karena dilakuakan pembebanan berulang-ulang pada permukaan aus yang tidak merata, tegangan
terkonsentrasi dan hasilnya pada tegangan maksimum yang dapat diterima benda material akan
patah.
Atau karena penambahan zat kimia yang tersisip melapisi permukaan logam, sehingga tida teratur
permukaannya dan akhirnya terjadi tahapan retak karena konsentrasi tegangan dan putus oleh
beban maksimum.
Berikut merupakan hasil penelitian oleh (Xu dkk;2011:676) external surface aus yang
mengakibatkan perpatahan
Dari gambar diperoleh bahwa aus juga menyebabkan retak pada permukaan yang menimbulkan
initial crack olerh konsentrasi tegangan dan kemudian menyebar dan patah.
BAB 3
Penutup
A. Simpulan
Dari pembahasan diatas maka dapat diambil beberapa hal mengenai keausan, bahwa keausan
sendiri merupakan fenomena yang terjadi akibat beberapa hal, seperti umur komponen, lingkungan
dan kandungan zat kimia yang ada di lingkungan tersebut yang mengakibatkan pelapisan zat kimia
pada material dank arena gesekan antar material yang menimbulkan retak dan tegangan sisa yang
kemudian akan patah pada pembebanan maksimal.
B. Saran
Pada studi pustaka memang bagus, tetapi masih kurang mendasar jika tidak di dasari pengujian
analisa sendiri menggunakan bahan-bahan standar. Maka diperlukan pengujian dan penelitian
sebagai tindak lanjut analisa hasil studi pustaka.
Daftar Pustaka
Abidin, Zaenal.2010.Mekanisme Keausan Pahat Pada Proses Pemesinan: Sebuah Tinjauan
Pustaka. Momentum, Vol. 6, No. 1, April 2010 : 9 – 16 diakses dari scholar.google.com
pada 6 November 2014
Handok, Erizal Dwi.2012. Analisis Korosi Erosi Pada Baja Karbon Rendah Dan
Baja Karbon Sedang Akibat Aliran Air Laut. Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Diponegoro: Semarang Purwanto.2011. Analisa Quenching Pada Baja Karbon Rendah Dengan Media Solar. Momentum,
Vol. 7, No. 1, April 2011 : 36-40 diakses dari scholar.google.com pada 6 November 2014
Rusianto, Toto.2009. Hot Pressing Metalurgi Serbuk Aluminium Dengan Variasi Suhu
Pemanasan. Jurnal Teknologi, Volume 2 Nomor 1 , Juni 2009, 89-95 diakses dari
scholar.google.com pada 6 November 2014
Widodo, Sri. 2014.Pengaruh Keausan Permukaan Baja 410 Akibat Implantasi Ion Cr. Fakultas
Teknik Universitas Wahid Hasyim :Semarang
Xu, Xiaolei, Zhiwei Yu, Yuzhen Chen. 2011. Fracture and Wear Failure of a Locomotive
Turbocharger-Bearing Sleeve. J Fail. Anal. and Preven. (2011) 11:672–678 diakses dari
springer-link pada 6 November 2014