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