01 brp mk failure-analisis

MEKANIKA PERPATAHAN & FAILURE ANALYSIS

DAFTAR ISI

Halaman

Judul

Daftar Isi 1

BAB I : Informasi Umum 2

BAB II : Tujuan Instruksional Umum dan Sasaran Pembelajaran 3

BAB III : Pokok Bahasan dan Subpokok Bahasan 5

BAB IV : Evaluasi 14

Lampiran - 1 : Matriks Kegiatan

Lampiran –2 : Borang Penilaian dan Umpan Balik

Lampiran –3 : Petunjuk Kegiatan PBL Matakuliah Mekanika Perpatahan dan Failure Analysis

Milik Dept. Metalurgi – Fakultas Teknik – UNTIRTA________________________________

0


BAB I

INFORMASI UMUM

1. Nama Mata Ajaran : Mekanika Perpatahan & Failure Analysis.

2. Lembaga Pendidikan : Dept. Metalurgi – Fak. Teknik - UNTIRTA

3. Status : Mata Ajaran Wajib Departemen

4. Diberikan kepada : Mahasiswa Teknik Metalurgi pada tingkat IV

5. Kode Mata Ajaran : TMT405

6. Jumlah Kredit : 3 sks

7. Jumlah jam/waktu per minggu : 3 jam per minggu (1 X 3 jam sks)

8. Peserta : Mahasiswa tingkat IV Dept. Metalurgi jenjang

Sarjana S-1(Reguler)

9. Prasyarat : Tidak ada

10. Kedudukan Mata Ajaran : Mata kuliah (MK) Mekanika Perpatahan dan Failure

Analysis adalah Mata Ajaran Wajib Dept. Metalurgi

yang wajib diikuti oleh pada semester ketujuh.

11. Evaluasi : Nilai masing-masing mahasiswa diperoleh dari 20%

rerata nilai makalah kelompok + 25% nilai UTS +

25% nilai UAS + 10% nilai presentasi kelompok+

10 % nilai quiz harian + 10 % nilai rerata laporan

tugas mandiri.

12. Peran Pengajar : Fasilitator

13. Sistem/Metode Perkuliahan : Problem Based-Learning (PBL)

14. Buku Ajar : 1). Wulpi J., Understanding How Components Fail,

American Society fot Metals, Metal Park, Ohio, 1995

2). Metals Handbook, Ed.8, Vol. 10, American

Society fot Metals, 1975


1


BAB II

TUJUAN INSTRUKSIONAL UMUM DAN

SASARAN PEMBELAJARAN

A. Tujuan Instruksional Umum

Mengembangkan partisipasi mahasiswa untuk mencapai kemampuan analisis mendasar

terkait dengan fenomena failure (perpatahan) dari memperhatikan berbagai faktor metalurgi

maupun non-metalurgi sebagai modal dasar untuk menjadi seorang matalurgis yang memiliki

jiwa Entrepreneuship (Kewirausahaan).

B. Tujuan Instruksional Khusus

Setelah mengikuti kegiatan matakuliah ini, mahasiswa diharapkan mampu :

1. Menyebutkan dan menjelaskan teknik-teknik dasar analisa patahan, tipe-tipe distorsi,

dan hal-hal mendasar pada patahan beban tunggal (single-load fracture), juga sistem

tegangannya baik pada logam ductile maupun Britlle.

2. Memahami sifat mekanik suatu material mulai dari jenis deformasi, pengaruh

temperatur, sampai kepada pengaruh tegangan, serta hubungan tegangan dengan

kekuatan dalam berbagai distribusi tegangan mulai dari tegangan tarik, puntir,

kompresi, bending, gabungan press/tekan dan shrink, kontak dengan permukaan

cembung, beban sisi yang melintang secara langsung, tekanan pada diding tipis

vessel, sampai pada sub-pemukaan patahan awal.

3. Menyebutkan dan menjelaskan tentang tegangan sisa (residual stresses) mulai dari

tegangan sisa yang diakibatkan proses pemanasan, faktor metalurgi, dan faktor

mekanik, serta efek kimiawi yang diakibatkan oleh tegangan sisa agar sedini mungkin

dapat melakukan pencegahan dan perbaikan pada material/komponen.

4. Menjelaskan fenomena brittle maupun ductile fracture pada baja, karakteristiknya,

mikrostrukturnya, dan/serta memahami patahan fatik mulai dari aspek mikro-makro

patahan, hubungannya dengan stress - strength, tipe-tipe fatik yang lain, sampai

kepada uji laboratoriumnya.

5. Menyebutkan dan menjelaskan tentang wear, jenis-jenisnya, dan/serta kontak stress

fatik (contact stress fatique).


2


6. Menjelaskan fenommena patahan yang terkait dengan korosi, jenis-jenisnya, dan/serta

temperatur elevasi patahan [mulai dari creep, temperatur elevasi fatik, termal fatik,

ketidakstabilan metalurgis, lingkungan penyebab failure(korosi dan korosi erosi,

oksidasi, karbirisasi, kontak liquid dengan logam), dan metode pendinginan (colling

methods)]

Sasaran pembelajaran matakuliah Mekanika Perpatahan dan failure Analysis dijabarkan pada

Matriks/Satuan Acara Pengajaran (SAP) yang terdapat pada lampiran Buku Rancangan

Pengajaran (BRP) ini.


3


BAB III

POKOK BAHASAN DAN SUBPOKOK BAHASAN

A. POKOK BAHASAN DAN SUBPOKOK BASAHAN

I. Failure Analysis, Distortion Failure, dan Dasar-dasar Mode/bentuk Perpatahan

Beban Tunggal (single-load fracture mode), serta Sistem Stress-nya.

1. Prosedur dalam failure analysis, lokasi-lokasi biasa pada perpatahan, serta

pertanyaan-pertanyaan yang berhubungan dengan persoalan perpatahan, tipe-tipe

pada distortion failure (sementara dan tetap)

2. Bentuk Sisi (shear mode), Bentuk Cleavage (cleavage mode), dan mode lainnya,

serta fakta-fakta yang mempengaruhi hubungan antara ductile-brittle, sistem beban

murni (pure load system), beban tarik(tension loading), beban puntir (torsion load),

beban kompresi (compression loading), beban tekuk (bending loading), dan fatik

(fatique).

II. Sifat Mekanik dan Hubungan Tegangan - Kekuatan (Stress vs Strength).

1. Deformasi elastis dan plastis, pengaruh temperatur, nonlinier behavior, tegangan dua

arah (bidirectional stresses), dan pengaruh dari konsentrasi tegangan.

2. Distribusi tegangan elastis sederhana (tarik, torsion, kompresi, bending, gabungan

sesaat press dan shrink, kontak dengan permukaan yang cembung/convex surfaces,

tekanan pada dinding tipis vessel, dan sub-permukaan pada patahan awal.

III. Tegangan Sisa (Residual Stresses)

1. Tegangan sisa akibat panas (thermal residual streesses), faktor metalurgi (metalurgical

residual stresses), faktor mekanik (mechanical residual stresses)

2. Efek kimia tegangan sisa, dan beberapa petunjuk dalam melakukan percegahan

maupun perbaikan.

IV. Brittle - Ductile Fracture dan Fatique Fracture

1. Brittle Fracture pada baja, karakteristik brittle fracture, aspek

mikrostruktur pada brittle fracture, kombinasi dari bentuk-bentuk brittle fracture,

karakteristik ductile fracture, aspek mikrostruktur pada ductile fracture, dan hal-hal

yang diperhatikan dalam interpretasi.

2. Ciri mikro dan makro pada fatique fracture (lack, beachmarks, ratchet

marks, persamaan dan perbedaan antara striation dan beachmarks), hubungan


4


stress-strength dalam fatique, test fatique di laboratorium, tipe-tipe lain dari fatique

(Subpermukaan fatik asli, fatik di bawah kekuatan/daya kompresi, termal fatik, korosi

fatik, bolt fatique, dan aspek statistika, serta contoh patahan fatik).

V. Wear

1. Abrasive wear, adhesive wear, dan Fletting wear.

2. Kontak stess fatik (Subpemukaan fatik awal/subsurface-origin fatique,

permukaan fatik awal/surface-origin fatique, terakan fatiq berasal pada kasus

kekerasan permukaan atau inti/surcase-origin fatique)

VI. Korosi dan Temperatur Elevasi Perpatahan

1. Life cycle pada logam, dasar-dasar korosi, korosi galvanik, uniform

corrosion, crevice corrosion, stress-corrosion cracking (SCC), dan korosi fatik.

2. Creep, temperatur elevasi fatik, termal fatik, ketidakstabilan

metalurgis, lingkungan penyebab failure(korosi dan korosi erosi, oksidasi, karbirisasi,

kontak liquid dengan logam), dan metode pendinginan (colling methods)

Bagan Urutan Pokok Bahasan

Arti dari bagan di atas adalah: Setelah Pokok Bahasan (PB.I) harus dibahas mengenai PB II.

Setelah PB II, dapat dibahas PB III, PB IV, PB V dan PB VI (posisi pokok bahasan ini sejajar).


5

(PB.I.). Failure Analysis, Distortion Failure, dan Dasar-dasar Mode/bentuk Perpatahan Beban Tunggal (single-

load fracture mode), serta Sistem Stress-nya.

(PB.II). Sifat Mekanik dan Hubungan Tegangan - Kekuatan (Stress vs Strength).

(PB.VI). Korosi dan Temperatur Elevasi

Perpatahan

(PB.V).Wear

(PB.IV). Brittle - Ductile Fracture dan

Fatique Fracture

(PB.III). Tegangan Sisa (Residual

Stresses)


B. SASARAN PEMBELAJARAN SETIAP POKOK BAHASAN DAN PEMICU/TOPIK

Pokok Bahasan I: Failure Analysis, Distortion Failure, dan Dasar-dasar Mode/bentuk Perpatahan

Beban Tunggal (single-load fracture mode), serta Sistem Stress-nya.

Sub Pokok Bahasan :

1. Prosedur dalam failure analysis, lokasi-lokasi biasa pada perpatahan, serta pertanyaan-

pertanyaan yang berhubungan dengan persoalan perpatahan, tipe-tipe pada distortion failure

(sementara dan tetap)

2. Bentuk Sisi (shear mode), Bentuk Cleavage (cleavage mode), dan mode lainnya, serta fakta-

fakta yang mempengaruhi hubungan antara ductile-brittle, sistem beban murni (pure load

system), beban tarik(tension loading), beban puntir (torsion load), beban kompresi

(compression loading), beban tekuk (bending loading), dan fatik (fatique).

Sasaran Pembelajaran :

Mahasiswa mampu menyebutkan dan menjelaskan teknik-teknik dasar analisa patahan, tipe-

tipe distorsi, dan hal-hal mendasar pada patahan beban tunggal (single-load fracture), juga

sistem tegangannya baik pada logam ductile maupun Britlle.

Metode : Problem Based Learning (PBL)

Topik I

Detektif Metalurgi 1

Sudah sekian lama Conan Edogawa mengalami penyusutan tubuh akibat meminum tablet

yang diciptakan oleh gerombolan hitam (suatu perkumpulan kejahatan yang selalu memakai jas

dan topi berwarna hitam), akhirnya Prof. Agasha menemukan formula kimia baru untuk mencegah

pengaruh tablet tersebut. Penemuan formula baru ini, tidak terlepas dari jasa seorang alumni

Metalurgi UNTIRTA yang kebetulan bekerja paruh waktu di lab. Kimia Prof. Agasha. Akhirnya,

kurang dari sebulan tubuh Conan kembali seperti semula dan dengan terapi fisik selama 5 hari,

kesehatannya berangsur-angsur pulih.

Sekarang Conan sedang menyelidiki kasus ambruknya jembatan penyeberangan yang

menghubungkan kota Hirosima dan Nagasaki. Ambruknya jembatan ini telah menelan korban 20


6


siswa sekolah dasar Nagasaki yang menumpang bus karena baru kembali mengadakan tour

pariwisata di daerah Hirosima. Beberapa bukti yang Conan kumpulkan antara lain baja yang

patahan dari struktur jembatan, dan beberapa sampel semen dari ambrukan jembatan. Untuk

penyelidikan awal pada aspek metalurgi kasus ini, Conan meminta bantuan alumni Metalurgi

UNTIRTA yang bekerja di lab. Prof. Agasha.

Posisikan diri Anda sebagai seorang ahli failure analysis, dan memberikan solusi terbaik

untuk membantu alumni Metalurgi tadi dalam menyelesaikan masalah di atas.

Tugas:

1. Diskusikanlah topik di atas dalam kelompok PBL dengan mengacu pada sub pokok bahasan!

2. Buatlah makalah kelompok hasil dari diskusi kelompok anda!

3. Buatlah materi presentasi yang merupakan hasil diskusi kelompok lalu dipresentasikan pada

pertemuan berikutnya!

Pokok Bahasan II: Sifat Mekanik dan Hubungan Tegangan - Kekuatan (Stress vs Strength).

Sub Pokok Bahasan :

1. Deformasi elastis dan plastis, pengaruh temperatur, nonlinier behavior, tegangan dua arah

(bidirectional stresses), dan pengaruh dari konsentrasi tegangan.

2. Distribusi tegangan elastis sederhana (tarik, torsion, kompresi, bending, gabungan sesaat

press dan shrink, kontak dengan permukaan yang cembung/convex surfaces, tekanan pada

dinding tipis vessel, dan sub-permukaan pada patahan awal.


Mahasiswa mampu memahami sifat mekanik suatu material mulai dari jenis deformasi, pengaruh

temperatur, sampai kepada pengaruh tegangan, serta hubungan tegangan dengan kekuatan

dalam berbagai distribusi tegangan mulai dari tegangan tarik, puntir, kompresi, bending, gabungan

press/tekan dan shrink, kontak dengan permukaan cembung, beban sisi yang melintang secara

langsung, tekanan pada diding tipis vessel, sampai pada sub-pemukaan patahan awal.



7


Topik II

Detektif Metalurgi-2

Setelah Conan mendapatkan masukan dari Alumni Metalurgi UNTIRTA tentang teknik-

teknik dasar analisa patahan baja hasil penyelidikan awal pada kasus ambruknya jembatan

penyeberangan yang menghubungkan kota Hirosima dan Nagasaki. Sekarang Conan harus

mengumpulan data-data teknis dari rangka jembatan yaitu baja patah yang menjadi salah satu

bukti tadi. Data-data ini akan Conan jelaskan dan presentasikan di kantor polisi Nagasaki minggu

depan.

Posisikan diri Anda sebagai seorang ahli metalurgi yang mengetahui mechanical properti

dari material baja, dan berikan informasi terbaik untuk membantu Conan dalam presentasinya

minggu depan.

Tugas:





Pokok Bahasan III: Tegangan Sisa (Residual Stresses)

Sub Pokok Bahasan :

1. Tegangan sisa akibat panas (thermal residual streesses), faktor metalurgi (metalurgical

residual stresses), faktor mekanik (mechanical residual stresses)

2. Efek kimia tegangan sisa, dan beberapa petunjuk dalam melakukan percegahan maupun

perbaikan.


Mahasiswa mampu menyebutkan dan menjelaskan tentang tegangan sisa (residual stresses)

mulai dari tegangan sisa yang diakibatkan proses pemanasan, faktor metalurgi, dan faktor

mekanik, serta efek kimiawi yang diakibatkan oleh tegangan sisa agar sedini mungkin dapat

melakukan pencegahan dan perbaikan pada material/komponen.


8



Topik III


Setelah mempresentasikan sifat mekanik dari baja yang patah kemarin, Conan dalam

agendanya harus mencari bagian penting yang akan sangat berbahaya oleh karena bentuk dan

magnitudonya yang unik. Sesuatu yang ia cari bisa saja disebabkan oleh semua proses

manufaktur maupun dalam kondisi servis/aplikasi. Kemudian selanjutnya ia harus mencari faktor-

faktor yang menjadi penyebab utama ketidaksabilan pada material baja yang patah kemarin.

Posisikan diri Anda sebagai seorang ahli metalurgi yang mengetahui aspek metalurgi fisik

dari material baja, dan berikan informasi terbaik untuk membantu Conan mencari sesuatu yang

akan memudahkan menyimpulkan kasus jembatan ambruk tersebut.

Tugas:





Pokok Bahasan IV: Brittle - Ductile Fracture dan Fatique Fracture

Sub Pokok Bahasan :

1. Brittle Fracture pada baja, karakteristik brittle fracture, aspek mikrostruktur pada brittle

fracture, kombinasi dari bentuk-bentuk brittle fracture, karakteristik ductile fracture, aspek

mikrostruktur pada ductile fracture, dan hal-hal yang diperhatikan dalam interpretasi.

2. Ciri mikro dan makro pada fatique fracture (lack, beachmarks, ratchet marks, persamaan dan

perbedaan antara striation dan beachmarks), hubungan stress-strength dalam fatique, test

fatique di laboratorium, tipe-tipe lain dari fatique (Subpermukaan fatik asli, fatik di bawah

kekuatan/daya kompresi, termal fatik, korosi fatik, bolt fatique, dan aspek statistika, serta

contoh patahan fatik).


9



Mahasiswa mampu menjelaskan fenomena brittle maupun ductile fracture pada baja,

karakteristiknya, mikrostrukturnya, dan/serta memahami patahan fatik mulai dari aspek mikro-

makro patahan, hubungannya dengan stress - strength, tipe-tipe fatik yang lain, sampai kepada uji

laboratoriumnya.


Topik IV.


Akhirnya Conan mengetahui bahwa tegangan sisa merupakan suatu hal yang penting

penyebab kegagalan pada baja, yang bisa saja timbul pada saat manufaktur maupun pada kondisi

servis. Namun karakteristik berbagai jenis patahan pada baja belum ia kuasai, baik fenomena

patahan brittle dan ductile, karakteristiknya, struktur mikro patahan. Kemudian yang lebih penting

adalah suatu patahan yang terjadi secara tiba-tiba oleh karena fatik harus benar-benar jeli

diperhatikan.

Posisikan diri Anda sebagai seorang ahli di jenis patahan dan fatik, dan berikan informasi

terbaik untuk membantu Conan dalam mendukung penyelidikan kasusnya tersebut.

Tugas:





Pokok Bahasan V: Wear

Sub Pokok Bahasan :

1. Abrasive wear, adhesive wear, dan Fletting wear.

2. Kontak stess fatik (Subpemukaan fatik awal/subsurface-origin fatique, permukaan fatik

awal/surface-origin fatique, terakan fatiq berasal pada kasus kekerasan permukaan atau

inti/surcase-origin fatique)


10



Mahasiswa mampu menyebutkan dan menjelaskan tentang wear, jenis-jenisnya, dan/serta kontak

stress fatik (contact stress fatique).


Topik V.


Agenda berikutnya dari Conan Edogawa dalam memecahkan kasusnya adalah menyelidiki

sifat pada permukaan material. Ia harus bisa menyebutkan dan menjelaskan degradasi/kerusakan

permukaan baja oleh karena erosi, grinding, dan lainnya. Dan mungkin akan lebih detail bisa ia

mengaitkannya dengan tegangan dan kecepatan relatif pada proses abrasi.

Posisikan diri Anda sebagai seorang ahli surface metalurgi, dan berikan informasi terbaik

untuk membantu Conan dalam mendukung penyelidikan kasusnya tersebut.

Tugas:





Pokok Bahasan VI: Korosi dan Temperatur Elevasi Perpatahan

Sub Pokok Bahasan :

1. Life cycle pada logam, dasar-dasar korosi, korosi galvanik, uniform corrosion, crevice

corrosion, stress-corrosion cracking (SCC), dan korosi fatik.

2. Creep, temperatur elevasi fatik, termal fatik, ketidakstabilan metalurgis, lingkungan penyebab

failure(korosi dan korosi erosi, oksidasi, karbirisasi, kontak liquid dengan logam), dan metode

pendinginan (colling methods)


11



Mahasiswa mampu menjelaskan fenomena patahan yang terkait dengan korosi, jenis-jenisnya,

dan/serta temperatur elevasi patahan [mulai dari creep, temperatur elevasi fatik, termal fatik,

ketidakstabilan metalurgis, lingkungan penyebab failure(korosi dan korosi erosi, oksidasi,

karbirisasi, kontak liquid dengan logam), dan metode pendinginan (colling methods)]


Topik VI.


Sampailah Conan pada tahapan akhir dalam mempelajari aspek metalurgi baja yang patah

pada jembatan. Beberapa hal kecil yang perlu dipelajari lagi adalah penyebab-penyebab

halus/yang tidak kelihatan namun harus tetap diperhatikan yang bisa saja menjadi penyebab

utama patahnya baja. Juga penting dikumpulkan informasi tentang cara identifikasi dan preventif

agar baja-baja yang dipakai pada struktur jembatan tidak mengalami failure.

Posisikan diri Anda sebagai seorang ahli korosi, dan berikan informasi terbaik untuk

membantu Conan dalam mendukung penyelesaian akhir kasusnya tersebut.

Tugas:






12


BAB IV

EVALUASI

Evaluasi MK akan dilakukan pada proses dan hasil ujian tengah semester dan hasil ujian

akhir semester serta makalah kegiatan mahasiswa baik berupa kegiatan kelompok maupun

kegiatan mandiri. Proses akan diberikan penilaian pada setiap kegiatan-kegiatan dan akan

diberikan segera hasilnya pada mahasiswa. Mahasiswa akan dibiasakan memberi penilaian

terhadap mahasiswa lainnya (evaluation by peers), dan memberi saran yang bersifat konstruktif.

Dengan demikian mahasiswa akan segera mengetahui perilaku apa yang diharapkan muncul dari

dirinya dan segera memperbaiki kekurangannya. Selanjutnya lembar penilaian dapat disimak di

bagian lampiran. Adapun nilai akhir mahasiswa diperoleh dari nilai-nilai yang dicapai dalam aspek-

aspek sebagaimana diketengahkan dalam kolom berikut


13

Nilai akhir mahasiswa:20 % rerata nilai makalah kelompok + 25% nilai UTS + 25 % nilai UAS +

10 % nilai presentasi kelompok + 10 % nilai Quiz Harian + 10 % nilai rerata laporan tugas mandiri.


LAMPIRAN – 1

MATRIKS KEGIATAN /SATUAN ACARA PENGAJARAN



14


LAMPIRAN – 2

BORANG UMPAN BALIK/ PENILAIAN DAN

JADWAL PENGISIAN BORANG


15


LAMPIRAN – 3

PETUNJUK PELAKSANAAN KEGIATAN PBL



16

01 brp mk failure-analisis

Documents