89602104 kerusakan kerusakn pada material

Universitas Sriwijaya TUGAS FAILURE ANALYSIS

Rendra Maha Putra Jf (03081005009) December 7, 2011

Teknik Mesin Universitas Sriwijya | FAILURE ANALYSIS 1

JENIS – JENIS

KERUSAKAN MATERIAL

Dibuat Untuk Memenuhi Syarat Mengikuti Mata kuliah Analisa Kegagalan

Pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Sriwijaya

Oleh :

Rendra Maha Putra Jf

03081005009

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SRIWIJAYA

INDRALAYA

2011




KERUSAKAN MATERIAL AKIBAT KOROSI

PENDAHULUAN

Peristiwa korosi pada logam merupakan fenomena yang tidak dapat dihindari, namun

dapat dihambat maupun dikendalikan untuk mengurangi kerugian dan mencegah dampak

negatif yang diakibatkannya. Dengan penanganan ini umur produktif peralatan elektronik

menjadi panjang sesuai dengan yang direncanakan, bahkan dapat diperpanjang untuk

memperoleh nilai ekonomi yang lebih tinggi. Upaya penanganan korosi diharapkan dapat

banyak menghemat biaya opersional, sehingga berpengaruh terhadap efisiensi dalam suatu

kegiatan industri.

PENGERTIAN

Korosi adalah kerusakan atau degradasi logam akibat reaksi dengan lingkungan yang

korosif. Korosi dapat juga diartikan sebagai serangan yang merusak logam karena logam

bereaksi secara kimia atau elektrokimia dengan lingkungan.

PENYEBAB KOROSI

Faktor yang berpengaruh terhadap korosi dapat dibedakan menjadi dua, yaitu :

1. Berasal dari bahan itu sendiri

Faktor dari bahan meliputi kemurnian bahan, struktur bahan, bentuk kristal, unsur-unsur

kelumit yang ada dalam bahan, teknik pencampuran bahan dan sebagainya.

2. Berasal dari lingkungan.

Faktor dari lingkungan meliputi tingkat pencemaran udara, suhu, kelembaban, keberadaan

zat-zat kimia yang bersifat korosif dan sebagainya. Bahan-bahan korosif (yang dapat

menyebabkan korosi) terdiri atas asam, basa serta garam, baik dalam bentuk senyawa an-

organik maupun organik.




CARA CARA PENANGGULANGAN KOROSI ANTARA LAIN:

1. Melapis permukaan logam dengan cat.

2. Melapis permukaan logam dengan proses pelapisan atau Electroplating.

3. Membuat lapisan yang tahan terhadap korosi seperti Anodizing Plant .

4. Membuat sistem perlindungan dengan anoda korban.

5. Membuat logam paduan yang tahan terhadap korosi.

PENGENDALIAN KOROSI BIASANYA MERUPAKAN SERANGKAIAN

PEKERJAAN YANG TERPADU, ANTARA LAIN:

1. Perancangan geometris alat atau benda kerja

2. Pemilihan bahan yang sesuai dengan lingkungan

3. Pelapisan dengan bahan lain lain untuk mengisolasi bahan dari lingkungan, atau coating

4. Pemberian bahan kimia pada media mengalir yang dapat menghambat korosi, atau inhibisi

5. Proteksi katodik yaitu memasok arus negatif ke badan benda kerja agar terhindar dari

reaksi oksidasi oleh lingkungan

6. Inspeksi rutin terhadap kinerja semua upaya proteksi yang dilakukan

7. Pemeliharaan kebersihan.

MASALAH –MASALAH DI LAPANGAN

Banyak sekali di dunia industri dan fasilitas umum terjadi proses korosi disebabkan

oleh fenomena biokorosi akibat adanya bakteri. Kasus-kasus tersebut yaitu :

a. Pipa-pipa bawah tanah di Industri minyak dan gas bumi

Coating defect dan daerah disbonded coating sangat

baik untuk perkembangan mikroba anaerob. Pada

disbonded coating area terjadi korosi local (pitting),

lubang pit berbentuk hemisspherikal dalam tiap-tiap

kelompok.




b. Peralatan sistem pemyemprot pemadam kebakaran.

Di kota Kalifornia Amerika serikat,

departemen pemadam kebakaran

mengalami masalah cukup sulit dimana

debit air alat system penyemprot turun

walau tekanan cukup besar, setelah

diselidiki maka di dalam alat penyemprot

terjadi suatu korosi yang disebabkan oleh

aktifitas mikroba dipermukaan dinding bagian dalam yang terbuat dari baja karbon dan

tembaga saat beberapa bulan pembelian. Ini disebabkan adanya biodeposit (turbucle) yang

tumbuh di di dinding bagian dalam, kemudian di dalam biodeposit tersebut terjadi aktifitas

degradasi lokal berupa korosi pitting sehingga mengurangi tebal pipa dan aktifitas ini

menghasilkan senyawa H2S di lubang pit

yang mengakibatkan keadaan asam dan mempercepat kelarutan logam.

Keterangan :




KERUSAKAN MATERIAL AKIBAT FATIGUE

PENDAHULUAN

Mekanisme kerusakan fatik dibagi menjadi tiga tahap yaitu :

1. inisiasi atau pembentukan retak (crack initiation),

2. pertumbuhan dan perambatan retak (crack growth, crack propagation) dan

3. kerusakan fatik (fatigue damage).

Tiga parameter yang menjadi penyebabnya adalah adanya pembebanan berulang,

tegangan tarik dan regangan plastis. Bila salah satu dari parameter ini tidak ada maka retak

sebagai inisiasi kerusakan fatik tidak akan merambat menjadi kerusakan fatik.

Proses kerusakan fatik dimulai dari pembebanan berulang pada material selama waktu

tertentu sehingga terbentuk regangan plastis pada daerah konsentrasi tegangan. Regangan

plastis ini akan memicu terbentuknya inisiasi retak. Tegangan tarik kemudian akan memicu

inisiasi retak untuk tumbuh dan merambat sampai terjadinya kerusakanSelama pembebanan

siklis pada material secara mikro terjadi deformasi plastis setempat yang disebabkan oleh

besarnya konsentrasi tegangan sehingga terbentuklah bidang slip khususnya disekitar daerah

ekstrusi dan intrusi sehingga munculah inisiasi retak.

PENGERTIAN

Kelelahan adalah pertumbuhan inti dan pertumbuhan dari retakan dibawah kondisi

siklus tegangan dan regangan.

Penyebab Kelelahan

• Kelelahan yang dikontrol oleh tegangan

Lengkung rotasi (rotating bending)

Getaran (vibration)

Penekanan (pressurisation)

Kontak Gelinding (rolling contacts)

• Kelelahan yang dikontrol oleh regangan

Siklus termal (thermal cycles)

Takikan besar (severe notches)

Terbuka/tertutup




Pencegahan Kelelahan

• Dengan pengikat (fastenings)

Ekspansi dingin menggunakan madrel (contoh paku keling)

• Pelubangan mandiri (autofrettage)

Ekspansi dingin oleh penekanan (contoh ketel bertekanan)

Pengamanan Gagal Lelah (Fail-Safe Fatigue)

• Perancangan struktur masih cukup kuat untuk umur pemakaian setelah kerusakan

akibat lelah terjadi

• Ketentuan jangka waktu pemeriksaan memerlukan beberapa pengetahuan tentang:

Ukuran awal cacat (initial defect size) Pengujian Tidak Merusak

Laju pertumbuhan retak lelah Persamaan Paris

Ukuran kritis cacat untuk kegagalan Ketangguhan lelah

Pengujian ulang dari umur sisa (residual life) setelah pemerik-saan membolehkan

memperpanjang umur pemakaian total

MASALAH –MASALAH DI LAPANGAN

Roda Kereta Api ini mengalami High Cycle

Fatigue. High-cycle fatigue merupakan fatigue

yang terjadi akibat pembebanan dinamik dengan

nilai tegangan yang kecil namun jumlah siklus

tegangan banyak. Selain itu, pada tapak roda

memperlihatkan terjadi flattening sebagai hasil dari

gesekan antara roda dengan rel.




KERUSAKAN MATERIAL AKIBAT CORAN

PENGERTIAN CACAT CORAN

Cacat coran Adalah kerusakan atau kesalahan yang terjadi pada benda cor yang

menyebabkan ditolaknya benda cor tersebut oleh konsumen (reject). Adanya defect ini dalam

produksi tidak dapat dihindari, tapi harus diminimalisir.

FAKTOR YG BERPENGARUH :

1. Perencanaan cetakan yang tidak menyebabkan turbulen pada aliran logam cair

2. Pemakaian pasir yang mempunyai kadar air rendah dan permeabilitas yang sesuai.

3. Sistem ventilasi yang baik

4. Hindari fasa lumpur (campuran cair dan padat) kalau mungkin

5. Adanya ketebalan berbeda atau hot spot pada casting

CACAT-CACAT PADA PENGECORAN (Contoh Kasus : Pengecoran Alumminum)

1) Porosity

Terperangkapnya gas dalam logam cair pada waktu proses pengecoran.

pada benda cor terdapat lubang-lubang baik pada permukaan maupun pada bagian

dalam benda cor.

Jenis cacat porositas yang banyak terjadi adalah ;

– pinholes (lubang jarum),

– blisters, dan

– body sears.

Penyebab :

Gas terbawa dalam logam cair selama pencairan

Gas terserap dalam logam cair dari cetakan

Reaksi logam induk dengan uap air dari cetakan

Titik cair terlalu tinggi & waktu pencairan terlalu lama




Pencegahan :

Penghilangan gas

meniupkan gas inert ke dalam cairan logam, seperti gas argon, helium dan

nitrogen.

Penghilangan gas dengan klorida (tablet)

Penghilangan dengan fluks, terutama fluorida dan klorida dari logam alkali tanah

Pencairan kembali

2) Shrinkage (penyusutan)

Umumnya terjadi akibat casting design (gating sistem) yang kurang sempurna

Adanya inklusi atau kotoran pada logam cair

Viskositas logam cair menurun

Temperatur tuang terlalu tinggi atau terlalu rendah

Penyebab

Perbedaan ketebalan benda cor yang terlalu besar

Terdapatnya bagian tebal yang tidak dapat dialiri logam cair secara utuh

Saluran masuk dan penam bah tidak m endukung adanya solidifikasi progesif.

Saluran masuk dan penam bah yang kurang banyak

Saluran masuk dan penam bah yang salah dalam peletakannya

Penambah terlalu kecil

Pencegahan :

Digunakan pembekuan mengarah sehingga penambah dapat bekerja secara efektif.

Penggunaan cil yang dimaksudkan agar terjadi pembekuan mengarah dan pengaruh

penambah meningkat

Daerah pengisian yang efektif dari penambah




Shrinkage (penyusutan)

3) Misruns

Misruns adalah cacat yg terjadi karena logam cair tidak mengisi seluruh rongga cetakan

sehingga benda cor menjadi tidak lengkap atau ada bagian yg kurang dari benda cor.

Penyebab :

Ketidakseragaman benda cor, sehingga mengganggu aliran dari logam cair

Benda cor terlalu tipis

Temperatur terlalu rendah

Kecepatan penuangan yg terlalu lambat

Lubang angin yg kurang pada cetakan

Penambah (riser) yang tidak sempurna

Ukuran saluran masuk, runner, & sprue

Penempatan saluran masuk yang kurang tepat

Persebaran saluran masuk yang tidak merata

Pencegahan :

Temperatur tuang jangan terlalu tinggi

Kecepatan penuangan yang tinggi

Jumlah saluran harus ditambah dan logam cair harus diisikan secara seragam dari

beberapa tempat pada cetakan

Lubang angin harus ditambah

Lubang angin pada inti harus cukup




4) Gas Defect

Gas Defect adalah lobang pada hasil cor dalam bentuk bulat akibat terperangkapnya gas

dalam logam cair sewaktu proses pembekuan. Hal ini bisa akibat kandungan gas dalam

logam cair, cetakan atau core (inti) yang basah.

Penyebab

aliran turbulen dalam gating sistem

kondisi peralatan yang basah (air/minyak)

Scrap basah oleh air atau minyak

Pencegahan

usahakan agar aliran logam cair tidak turbulen

Penghilangan gas

dengan peniupan gas inert ke dalam cairan logam, seperti gas nitrogen.

Penghilangan dg klorida

Penghilangan dg fluks, terutama fluorida & klorida dari logam alkali tanah

Pencairan kembali

Perencanaan yang tidak menyebabkan turbulen pada aliran

logam cair

Pemakaian pasir yang mempunyai kadar air rendah dan permeabilitas yang sesuai

PENANGANAN KERUSAKAN

Untuk memecahkan problem Casting Defect perlu dilakukan beberapa langkah :

1) Identifikasi jenis cacat yang ada

2) Lokasi cacat, apakah selalu ditempat tersebut atau berpindahpindah

3) Seberapa seringnya cacat tersebut (prosentase) terjadi pada daerah tertentu untuk masa

produk tertentu (shift).

4) Jika cacat yang terjadi selalu berpindah, buat daftar dan tentukan daerah-daerah yang

dominan.




5) Jika cacat yang terjadi lebih dari satu buat daftar cacat yang dominan.

6) Analisa penyebab cacat tersebut : cetakan atau logam cair

MASALAH-MASALAH DI LAPANGAN

Fluiditas adalah kemampuan logam cair

mengalir dalam cetakan uji sampai berhenti

karena terjadi solidifikasi (Campbell dan

Harding, 1994). Produk hasil pengecoran

akan menjadi cacat apabila sifat fluiditasnya

jelek terutama pada kasus pengecoran benda-

benda yang tipis,

Misrun pada sudu turbin akibat kurangnya

fluiditas (Sabatino dkk, 2005).

https://lh6.googleusercontent.com/-nGL3onASufM/TXuZH6BDElI/AAAAAAAAAAs/g0qMldZ0oOY/s1600/SUDU.GIF




KERUSAKAN MATERIAL AKIBAT PENGELASAN

PENDAHULUAN

Semua cacat las umumnya disebabkan kurangnya pengetahuan dari welder/juru las

terhadap teknik-teknik pengelasan termasuk pemilihan parameter las. Oleh karena itu dari

mulai

pengelasan sampai akhir pengelasan harus selalu diadakan pemeriksaan dengan cara-cara

yang

telah ditentukan, misalnya secaravis ual, dye penetrat/dye check, radiography, ultra sonic atau

dengan cara-cara lain.

Terjadinya cacat las ini akan mengakibatkan banyak hal yang tidak diinginkan dan

mengarah pada turunnya tingkat keselamatan kerja, baik keselamatan alat,

pekerja/user/operator,

lingkungan dan perusahaan/industri/instansi. Di samping itu juga secara ekonomi akan

mengakibatkan melonjaknya biaya produksi dan pada gilirannya industri/perusahaan/instansi

tersebut mengalami kerugian atau penurunan laba.

PENGERTIAN

Cacat las/defect weld, adalah suatu keadaan yang mengakibatkan turunnya kualitas dari

hasil lasan. Kualitas hasil lasan yang dimaksud adalah berupa turunnya kekuatan

dibandingkan

kekuatan bahan dasar base metal atau tidak baiknya performa/tampilan dari suatu hasil las.

atau dapat juga berupa terlalu tingginya kekuatan hasil lasan sehingga tidak sesuai dengan

tuntutan kekuatan suatu konstruksi.

Cacat las pada umumnya dapat dikategorikan seperti :

1) Rounded indication atau cacat bulat

Rounded indication atau cacat bulat adalah merupakan cacat las yang diperbolehkan

apabila dimensi / ukuran panjang kumpulan cacat masih berada pada cacat maksimum

sesuai kriteria penerimaan yang dipakai, misal : liang-liang renik (porosity)




2) Linear indication atau cacat memanjang

Linear indication atau cacat memanjang adalah cacat yang tidak diperbolehkan sama

sekali (retak, penembusan kurang, peleburan kurang)

Gambar cacat pada daerah lasan

Jenis-jenis cacat yang biasanya dijumpai antara lain:

1) Retak (Cracks).

Jenis cacat ini dapat terjadi baik pada logam las (weld metal), daerah pengaruh panas

(HAZ) atau pada daerah logam dasar (parent metal).

Cacat retak dibagi atas:

a. Retak panas

b. Retak dingin.

Bentuk retakan dapat dibagi menjadi:

a. Retakan memanjang (longitudinal crack).

b. Retakan melintang (transverse crack).

Retak panas umumnya terjadi pada suhu tinggi ketika proses pembekuan berlangsung.

Retak dingin umumnya terjadi dibawah suhu 2000

C setelah proses pembekuan.




2) Voids (porositas)

Porositas merupakan cacat las berupa lubang-lubang halus atau pori-pori yang

biasanya terbentuk di dalam logam las akibat terperangkapnya gas yang terjadi ketika

proses pengelasan. Disamping itu, porositas dapat pula terbentuk akibat kekurangan logam

cair karena penyusutan ketika logam membeku. Porositas seperti itu disebut: shrinkage

porosity.

Jenis porositas dapat dibedakan menurut pori-pori yang terjadi yaitu:

• Porositas terdistribusi merata.

• Porositas terlokalisasi.

• Porositas linier.

3) Inklusi

Cacat ini disebabkan oleh pengotor (inklusi) baik berupa produk karena reaksi gas

atau berupa unsur-unsur dari luar, seperti: terak, oksida, logam wolfram atau lainnya.

Cacat ini biasanya terjadi pada daerah bagian logam las (weld metal).

4) Kurangnya Fusi atau Penetrasi

Kurangnys Fusi

Cacat ini merupakan cacat akibat terjadinya ”discontinuity” yaitu ada bagian yang tidak

menyatu antara logam induk dengan logam pengisi. Disamping itu cacat jenis ini dapat

pula terjadi pada pengelasan berlapis (multipass welding) yaitu terjadi antara lapisan las

yang satu dan lapisan las yang lainnya.

Kurangnya Penetrasi

Cacat jenis ini terjadi bila logam las tidak menembus mencapai sampai ke dasar dari

sambungan.




5) Bentuk Yang Tidak Sempurna

Jenis cacat ini memberikan geometri sambungan las yang tidak baik (tidak sempurna)

seperti: undercut, underfill, overlap, excessive reinforcement dan lain-lain. Morfologi

geometri dari cacat ini biasanya bervariasi.

CARA CARA PENANGGULANGAN KOROSI ANTARA LAIN:

1. Pemilihan elektroda yang tepat untuk jenis logam yang akan dilas

2. Bersihkan permukaan lasan sebelum melakukan pengelasan

3. Atur kecepatan pengelasan

4. Sesuaikan tegangan dan arus saat melakukan pengelasan

5. Sesuaikan busur las

MASALAH - MASALAH DI LAPANGAN

Rel kereta api yang patah di antara Stasiun Bekasi

dan Stasiun Kranji, Jawa Barat, diduga diakibatkan

karena kerusakan pada sambungan las. Akibatnya,

rel putus dan satu bagian penyok ke arah bawah.

Menurut seorang petugas maintenance PT KA yang

memperbaiki sambungan rel tersebut, rel patah tepat

di sambungan yang menggunakan perekat las di sisi

sebelah kanan, sehingga satu bagian penyok ke

bawah di antara bantalan beton, dan satu bagian lain

normal. Posisi rel yang patah sekira 300 meter

menjelang Stasiun Kranji dari arah Bekasi.




KERUSAKAN MATERIAL AKIBAT CREEP/MULUR

PENGERTIAN

Definisi creep adalah aliran plastis yang dialami material pada tegangan tetap.

Meskipun sebagian besar pengujian dilakukan dengan kondisi beban tetap, tersedia peralatan

yang mampu mengurangi pembebanan selama pengujian sebagai kompensasi terhadap

pengurangan penampang benda uji. Pada temperatur relatif tinggi, creep terhadi pada semua

level tegangan, tetapi pada temperatur tertentu laju creep bertambah dengan meningkatnya

tegangan.

MEKANISME DEFORMASI MULUR

Mekanisme deformasi mulur utama dapat dikelompokkan sebagai berikut:

Pergelinciran dislokasi – mencakup pergerakan dislokasi sepanjang bidang slip dan

melintasi hambatan oleh aktivasi termal. Mekanisme ini terjadi pada tegangan tinggi,

/G > 10-2

.

Mulur dislokasi – mencakup pergerakan dislokasi yang dapat melampaui habatan oleh

mekanisme termal meliputi difusi kekosongan atau interstisi. Terjadi pada

10-4

< /G < 10-2

.

Mulur difusi – mencakup aliran kekosongan dan interstisi melalui kristal di bawah

pengaruh tegangan luar. Terjadi pada /G < 10-4

. Mulur Nabarro-Herring dan Mulur

Coble termasuk dalam kelompok ini.

Gelincir batas butir – mencakup pergelinciran dari butir yang satu terhadap butir lainnya.

PENANGGULANGAN TERHADAP CREEP

Temperatur operasi dikontrol

Dapat diusahakan penambahan dimensi untuk mengurangi tingkat stress




MASALAH-MASALAH DI LAPANGAN

GAGAL AKIBAT FENOMENA CREEP STRESS RUPTURE

Rongga ini terjadi akibat fenomena creep, dimana pipa akibat dibebani tekanan dan

temperatur yang tinggi dengan waktu yang lama, maka butir ferit dan perlit lama kelamaan

akan bergerak yang mengakibatkan terjadinya rongga micro cavity dibatas butir. Apabila

keadaan creep berlangsung lama, micro cavity semakin banyak dan bergabung menjadi cavity

yang besar. Hal ini menjadi awal untuk terjadinya failure atau gagal atau bocor. Dari semua

foto mikrostruktur terlihat juga bahwa butir ferit dan perlit berubah bentuk (deformasi)

menjadi agak pipih dibagian yang dekat rupture. Dari ukuran besar butir dibagian pipa yang

tebal sekitar 100 Aμm berubah menjadi 70 Aμm dibagian yang dekat rupture.

Gambar 3. Pipa A secara melintang

Gambar 4. Posisi Pipa A untuk pengambilan sampel mikrostruktur

Gambar 5. Sampel A posisi dekat gagal

89602104 kerusakan kerusakn pada material

Documents