JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-6 1

Analisa Kegagalan Pada Inboard Wheel Hub #4

Pesawat B737-800 PK-GEN

Di PT. GMF AEROASIA - Cengkareng

Edith Setia Ginanjar, Rochman Rochiem

Jurusan Teknik Material & Metalurgi, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)

Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia

e-mail: sekjur_tmaterial@its.ac.id

Abstrak— Tujuan penelitian ini adalah untuk

menganalisa penyebab terjadinya kegagalan pada inboard

Wheel Hub #4 pesawat B737-800 PK-GEN. Dari hasil

pengujian XRF diketahui material komponen ini adalah

Aluminium 2014. Untuk melakukan penelitian ini,

dilakukan analisis kegagalan dalam aspek metalurgi

berupa uji makro, mikro, kekerasan vickers, SEM-EDX,

XRD, dan permodelan dengan nastran. Dari hasil

penelitian ini diperoleh data nilai kekerasan pada daerah

yang mengalami patahan sebesar 84,4 HV dan daerah yang

jauh dari patahan sebesar 72.9 HV. Analisa struktur mikro

dan makro pada aluminium seri 2014 ini dan analisa

karakterisasi material dari XRD dan SEM-EDX

menunjukkan penyebaran unsur yang terdapat pada

permukaan patahan dan daerah yang jauh dari patahan.

Dari hasil permodelan diketahui penyebaran tegangan yang

tersebar dalam komponen ini sehingga mengakibatkan

kegagalan.

Kata Kunci— Main wheel, Inboard hub, Aluminium

2014, Fraktografi

I. PENDAHULUAN

ADA tanggal 22 mei 2012, Pesawat terbang Boeing

737-800 PK-GEN milik maskapai Garuda Indonesia

diharuskan RTA (Return To Apron) dikarenakan

brake nomor 4 jammed. Hal ini dikarenakan inboard hub

pada main wheel nomor 4 dengan part number 2612311-

1 pecah menjadi tiga bagian sehingga menyebabkan

brake unit P/N 26123121 jummed. Inboard hub ini dibuat

pada tahun 2004, masuk GMF untuk pertama kali tire

change adalah pada tanggal 13 Juni 2009. pada tire

change terakhir, tanggal 20 April 2012 tidak terdapat

task NDT. Sesuai ref CMM (Component Maintenance

Manual) 32-40-14 rev/date : 9/30 Juni 2011 page 504,

pelaksanaan NDT pada area inboard hub dilakukan saat

overhaul. Overhaul hub assy dilaksanakan setiap 2 tahun

atau telah mencapai 1800 cycle. Sampai saat mengalami

kegagalan main wheel nomor 4 ini telah bekerja

sebanyak 58 cycle sejak pergantian tire terakhir, 868

cycle sejak overhaul terakhir, dan 6185 cycle sejak baru.

B737-800 didesain dengan tricycle type landing gear,

yaitu dengan memiliki dua main landing gear dan satu

nose landing gear. Terdapat masing-masing dua roda dan

ban pada setiap main landing gear dan nose landing

gear-nya. Dalam kerjanya, main landing gear menerima

beban yang besar pada saat pesawat landing dan taxing.

Main wheel pada B737-800 terbagi menjadi dua bagian

yaitu bagian inner dan outer yang dihubungkan oleh tie

bolts (Aircraft Maintenance Manual B737-

600/700/800/900, ATA 54-32-00, 2012).

Diketahui jenis material ini adalah aluminium 2014,

setelah dilakukan penelitian sebelumnya dilaboratorium

PT.GMF AeroAsia menggunakan pengujian XRF

Flourescene seperti pada tabel 1.1 dengan match quantity

10.0 Tabel 1

Komposisi kimia inboard wheel hub (Al 2014)

Paduan aluminium seri 2xxx dengan paduan

utamanya Cu sangat cocok untuk bagian atau struktur

yang membutuhkan kekuatan yang tinggi.

Untuk pemeriksaan selanjutnya, pengerjaan dilakukan

pada laboratorium. Mengamati pola patahan makro dan

mikro menggunakan stereo microscope dan SEM.

Pengujian karakterisasi material menggunakan SEM-

EDX dan XRD digunakan untuk mengetahui unsur dan

senyawa apa saja yang terbentuk pada komponen ini

sehingga mengalami kegagalan. Pengujian kekerasan

vickers digunakan untuk mendapatkan data kekerasan

pada komponen dan dibandingkan dengan data kekerasan

minimal yang tercantum pada CMM (Component

Maintenance Manual). Pengujian permodelan

menggunakan software nastran untuk mendapatkan data

distribusi tegangan yang terjadi pada inboard main wheel

hub .

P

Unsur Komposisi (%)

Cu 4.07

Mn 0.79

Si 0.61

Mg 0.19

Fe 0.12

Ti 0.03

Ni 0.01

Al Balance

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-6 2

II. METODE PENELITIAN

A. Pengambilan dan Preparasi Spesimen

Dilakukan proses cutting pada bagian ujung pecahan

inboard main wheel yang diindikasi terdapat initial

crack. Kemudian dijadikan spesimen untuk karakterisasi

material menggunakan pengujian Fraktografi, XRD dan

SEM-EDX, sedangkan bagian yang letaknya jauh dari

crack digunakan untuk pengujian XRD dan SEM-EDX

untuk membandingkan hasil yang di dapat dengan

spesimen yang terdapat initial crack.

Proses sectioning dilakukan untuk mendapatkan

ukuran spesimen yang lebih proporsional lagi untuk

pengujian fraktografi. Hal ini berdasarkan pada standar

ukuran spesimen untuk pengujian dengan mesin XRD,

Stereo Microscope, dan mesin Scanning Electron

Microscopy.

B. Pengujian fraktografi

Pengamatan fraktografi dilakukan untuk mengetahui

profil permukaan retak secara makro dan mikro pada

spesimen yang mengalami crack. Pengamatan secara

makro menggunakan kamera digital dan

stereomicroscopy. Sedangkan pengamatan secara mikro

menggunakan Mesin SEM, ini untuk mempermudah

analisa proses terjadinya kegagalan pada komponen.

C. Pengujian SEM-EDX

Identifikasi komposisi kimia dilakukan untuk

mengetahui komposisi kimia pada komponen dan

membandingkan spesimen yang mengalami patahan dan

spesimen yang jauh dari patahan.

D. Pengujian Kekerasan Vickers

Pengujian kekerasan vickers digunakan untuk

mengetahui nilai kekerasan spesimen yang mengalami

patah dan spesimen yang letaknya jauh dari patahan

kemudian dibandingkan dengan nilai kekerasan minimal

komponen inboard main wheel yang tertera pada CMM

(Component Maintenance Manual).

E. Pengujian XRD

Pengujian XRD dilakukan untuk melihat struktur

kristal dan fase-fase yang terbentuk. Tujuan pengujian

struktur kristal adalah untuk mengetahui perubahan fase

struktur bahan dan mengetahui fase-fase apa saja yang

terbentuk selama proses pembuatan sampel uji.

Pengujian ini dilakukan pada spesimen yang mengalami

patahan dibandingkan dengan spesimen yang letaknya

jauh dari patahan.

F. Pengujian Permodelan

Pengujian permodelan dengan software Nastran

didapat hasil pembebanan yang disimulasikan pada

komponen dikondisikan sama dengan data aterial yang

diperoleh. Hasil analisa dari MSC Nastran ini adalah

berupa distribusi tegangan yang terjadi pada komponen

dengan persebarannya ditunjukkan dengan indikator

warna.

III. HASIL & DISKUSI

A. Pengujian Fraktografi

Dari pengamatan secara makro menggunakan

kamera SLR pada daerah komponen main wheel yang

mengalami kerusakan terlihat pada gambar 1, didapat

gambar patahan yang terlihat pada gambar 2. Terlihat

kegagalan pada inboard hub ini terjadi pada daerah

diameter dalam tempat bearing menjalar hingga ke

diameter luar inboard hub. Arah rambatan retak terlihat

dari tanda panah yang berwarna merah dan kuning yang

menunjukkan bahwa arah rambatan tegak lurus dengan

pembebanan pada komponen ini.

Pada bagian (a) adalah daerah initiation crack,

daerah ini terletak pada permukaan diameter dalam dari

main wheel hub, ini adalah tempat bearing yang

berfungsi sebagai penahan beban yang diberikan oleh

pesawat. Dengan permukaan yang terilat terang dan halus

bila dibandingkan dengan daerah b yang merupakan

daerah rambatan dari retak, terdapat beachmarks dan

striasi yang terlihat dengan bantuan stereomicroscope

Gambar 1

Skema daerah main wheel B737-800 yang mengalami kegagalan

(ATSB Transport Safety Report, 2010)

Gambar 2

Pembagian daerah retak awal (a), penjalaran retak (b), dan daerah

patah akhir (c) pada material yang mengalami kegagalan

Gambar 3

Perbesaran pada daerah initial crack (a) diambil dengan

stereomicroscope perbesaran 20x

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-6 3

\

Pada gambar 2 (b) adalah daerah rambatan retak

(crack propagation) pada main wheel hub yang

mengalami kegagalan. Permukaan yang berwarna lebih

gelap dan perbedaan ketinggian yang terlihat secara

makro bila dibandingkan dengan daerah initial crack,

daerah ini berbentuk berupa butir-butir kasar (coarse

grains) dan terdapat beachmarks ditunjukkan pada

gambar 4.5 adalah pola patahan gabungan (mix-mode

appearence) diduga terjadi dari patah getas

bertransformasi menjadi patah ulet, hal ini terlihat dari

posisi beachmarks daerah ini terletak pada sebelah kiri

dari initial crack setelah pola dari patah getas.

Pada gambar 2 (c) adalah daerah patah akhir (final

crack) pada main wheel hub yang mengalami kegagalan.

Permukaan yang kasar dengan butir-butir yang kasar

(coarse grains) tidak adanya beachmarks yang terlihat

pada hasil pengamatan secara makro menggunakan

stereomicroscope. Daerah c tidak memiliki ciri tersebut

bahkan pada rambatan patah akhir tidak terlihat adanya

striasi, hal ini mengindikasi bahwa rambatan ini adalah

rambatan akhir saat komponen tidak lagi bisa menerima

beban yang diberikan dengan luasan penampang yang

tersisa sehingga terjadi kegagalan pada komponen ini.

Gambar 4

Hasil SEM pada material main wheel hub dalam berbagai macam

perbesaran (a) Perbesaran 27x pada sampel yang mengalami kegagalan (b) Perbesaran 500x pada daerah rambatan initial crack

(c) Perbesaran 1000x pada daerah awal initial crack

Gambar 5

Perbesaran pada daerah crack propagation (b) diambil dengan

stereomicroscope perbesaran 20x

Gambar 6

Hasil SEM pada material main wheel hub dalam berbagai macam

perbesaran (a) Perbesaran 27x pada sampel yang mengalami

kegagalan, (b) perbesaran 250x pada daerah patah getas, (c)

Perbesaran 1000x pada daerah patah getas

c

Gambar 7

Perbesaran pada daerah patah akhir (c) dengan stereomicroscope

dengan perbesaran 20x

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-6 4

B. Pengujian SEM-EDX

Pengujian SEM-EDX dilakukan untuk mengetahui

komposisi kimia penyusunnya, sehingga diketahui unsur

apa yang menyebabkan material itu retak dan sampai

patah. Sampel yang digunakan untuk pengujian SEM-

EDX adalah spesimen yang jauh dari retakan dan

spesimen yang berada pada daerah retakan.

Jika dilihat dari hasil uji EDX pada tabel 1, maka

terlihat bahwa unsur paduan utama Al, Cu, dan Si yang

merata pada seluruh permukaan yang terletak jauh dari

patahan. Adanya unsur O yang terbentuk adalah hasil

dari fenomena pasivasi yang terjadi pada aluminium.

Lapisan ini sangat mudah terbentuk ketika aluminium

kontak langsung dengan udara.

Bila dibandingkan dengan daerah yang mengalami

retakan tidak ada unsur yang berbeda dari hasil EDX.

Terlihat pada tabel 2, tabel ini menunjukkan komposisi

unsur paduan yang dominan pada spesimen yang

mengalami kegagalan yaitu Al, Cu, O, Si, Mg, Mn, Fe,

Ti dan Ni. Kesembilan unsur tersebut yang memiliki

kandungan paling banyak adalah Al, dimana aluminium

ini sebagai paduan utama. Sedangkan unsur lain yang

paling dominan ialah Cu dan O setelah itu Si dan Mg

dilanjutkan dengan Mn dan Fe kemudian Ti dan Ni.

Hasil identifikasi unsur ini dilakukan pada permukaan

spesimen yang terletak jauh dari patahan.

Hasil SEM-EDX didapat dari spesimen yang

terletak jauh dari retakan dan daerah retakan tidak ada

perbedaan, tetapi pada setiap spesimen di dapat unsur Cu

yang terbaca oleh EDX hal ini diindikasi dari senyawa

dari CuAl2 yang terbentuk pada komponen ini.

Komponen ini telah mengalami proses forging (CMM

ATA 32-40-14) dan mengalami perlakuan solution

treatment serta aging. Pada proses ini unsur Cu tidak

terlihat, dan ini tersebar pada spesimen dengan ukuran

submikroskopik. Bila ukuran presipitat bertambah besar

dan terlihat dimikroskop, maka spesimen telah

mengalami overaged sehingga kekuatannya menurun.

C. Pengujian Kekerassan Vickers

Pengujian Hardness ini diperlukan untuk

mengetahui distribusi kekerasan dari diameter dalam

hingga diameter luar pada daerah main wheel hub yang

mengalami kegagalan dan yang berada jauh dari

kegagalan diperlihatkan pada gambar 9, pengujian ini

menggunakan ASTM E92-82, Indentasi dilakukan pada

daerah yang mengalami kegagalan dengan jumlah

indentasi 5 titik dan beban yang sebesar 15-kgf. Pada

table 3 diperlihatkan nilai kekerasan yang di dapat pada

daerah yang mengalami kegagalan dan daerah yang jauh

dari kegagalan, serta grafik distribusi kekerasan dari

diameter dalam hingga diameter luar inboard hub terlihat

pada gambar 10

Tabel 2

Nilai komposisi unsur spesimen pada daerah yang mengalami kegagalan

Gambar 8

Hasil SEM pada material main wheel hub dalam berbagai macam

perbesaran (a) Perbesaran 27x pada sampel yang mengalami

kegagalan, (b) perbesaran 100x pada rambatan patah akhir, (c)

Perbesaran 100x pada daerah patah akhir

Gambar 9

(a) Posisi indentasi pada material daerah patahan (b) Posisi

indentasi pada material daerah jauh dari patahan

Tabel 1

Hasil maping tiap unsur EDX dengan perbesaran 50x pada daerah

yang terletak jauh dari retakan, dimana:

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-6 5

Gambar 13

Arah tumpuan dan pembebanan pada inboard main wheel hub. (a)

Arah tumpuan, (b) Arah pembebanan

Menurut CMM 32-40-14, dijelaskan bahwa pada

proses inspeksi nilai kekerasan minimal pada bagian

inboard hub dan outboard hub adalah 75 HRB atau 119

HB, bila nilai kekerasan ini di konversikan ke dalam

vickers menurut ASTM 140-02, maka didapat nilai

kekerasan dengan kisaran 147HV. Dari data distribusi

yang didapat pada pengujian pada daerah kegagalan ini

didapat nilai rata-rata kekerasan sebesar 84.4 HV,

sedangkan pada daerah yang jauh dari kegagalan didapat

nilai rata-rata kekerasan sebesar 72.9 HV. Dari data yang

didapat terlihat bahwa komponen ini mengalami

penurunan kekerasan sebesar 42.58% pada daerah yang

mengalami patahan dan sebesar 50,4% pada daerah yang

berada jauh dari patahan.

D. Pengujian XRD

Hasil pengujian XRD dilakukan pada spesimen

yang berada pada daerah retakan dan pada spesimen yang

berada jauh dari retakan. Pengujian ini dilakukan untuk

mengetahui perubahan fasa yang terbentuk dari kedua

spesimen. Dari hasil pengujian sampel didapat grafik

pada gambar 11

Dari dua grafik yang didapat hasil keduanya tidak

ada perbedaan dari 2θ pada peak yang terbentuk pada

tiap grafiknya, hasilnya bersesuaian dengan JCPDF

nomor 03-0932 dan 03-1079 yang menunjukkan bahwa

tiga peak tertinggi bersesuaian dengan fasa Al dan fasa

CuAl2 telah terbentuk pada spesimen yang berada pada

daerah retakan dan yang terletak jauh dari retakan.

E. Pengujian Permodelan

Pembebanan berasal dari tekanan pada daerah

bearing sebesar 79.010 kg/mm2 sehingga diperoleh

distribusi beban pada seluruh daerah analisis pada

inboard main wheel hub terlihat pada gambar 13

Tahap pra permodelan merupakan tahapan

pembuatan geometri model dan pembagian elemen pada

permukaan model. Gambar 12 menunjukkan hasil

pembagian elemen atau meshing.

Tahap analisis model dimulai dengan menetukan

kondisi batas berupa tumpuan dan beban. Pemberian

tumpuan mengikuti Hukum Newton I, yaitu resultan

gaya – gaya yang bekerja pada sumbu x, y, dan z adalah

nol. Sehingga tumpuan yang diberikan harus dapat

menahan model di ketiga arah tersebut. Tumpuan yang

diberikan pada komponen ini terletak pada bagian bawah

dimana bagian ini adalah bagian dari inboard wheel dan

bagian diameter luar dari inboard wheel hub yang

menjadi tempat untuk brake system hal ini terlihat pada

gambar 13.

Dari hasil pembebanan yang di berikan, didapat

hasil analisa MSC Nastran adalah berupa distribusi

tegangan yang terjadi pada komponen dengan

Gambar 11

Hasil pengujian XRD pada komponen main wheel yang berada

pada daerah patahan dan yang berada jauh dari patahan

Tabel 2

Nilai kekerasan komponen main wheel

Gambar 10

Grafik distribusi kekerasan pada daerah main wheel yang

mengalami patahan dan yang berada jauh dari patahan

Gambar 12

Hasil meshing inboard main wheel hub

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-6 6

persebarannya ditunjukkan dengan indikator warna yang

terlihat pada gambar 14. Dari hasil tersebut didapat

tegangan terendah sebesar 4,14 x 103

kg/mm2 pada

daerah yang ditunjukkan pada node 282006 dan yang

terbesar adalah 2,57x105 kg/mm

2 ditunjukkan pada node

236539. Deformasi yang terbesar pada komponen ini

terletak pada node 246157 sebesar 1,93x101 mm.

Dari hasil analisa yang didapat pada permodelan ini

terlihat distribusi tegangan yang besar terletak pada

daerah ujung dalam dari tempat bearing. Hal ini sama

dengan hasil yang diperoleh dari pengujian fraktografi,

terlihat inisiasi retakan berada pada ujung diameter

dalam inboard wheel hub yang menjalar hingga ke arah

diameter luar.

IV. KESIMPULAN

Faktor yang menyebabkan kegagalan

komponen pada main wheel hub pesawat terbang

Boeing 737-800 yaitu fatigue failure.

Mekanisme kegagalan komponen main wheel

hub ini terjadinya dikarenakan material pada

komponen ini mengalami overaged sehingga

kekerasan dan kekuatannya menurun.

DAFTAR PUSTAKA

[1] ______. 2002. ASM Handbook Vol.9 Metallographic and

Microstructure. Material Park. Ohio. USA. ASM International.

[2] ______. 2002. ASM Handbook Vol.12 Fractography. Material Park. Ohio. USA. ASM International.

[3] ______. 2002. ASM Handbook Vol.19 Fatigue and Fracture.

Material Park. Ohio. USA. ASM International. [4] ______. 2002. ASTM E140-02 Standard Hardness Conversion

Tables for Metals Relationship Among Brinell Hardness, Vickers

Hardness, Rockwell Hardness, Superficial Hardness, Knoop Hardness, and Scleroscope Hardness. USA. ASTM International.

[5] ______. 2002. ASTM E92-82 Standard Test Method for Vickers

Hardness of Metallic Materials. USA. ASTM International. [6] ______. 2008. B737-600/700/800/900 Aircraft Maintenance

Manual (AMM). Seattle WA : Boeing Commercial Airplane

Group. ATA 54-32-00 [7] ______. 2010. Main Landing Gear Failure – Melbourne

Aerodrome 20 October 2009. Australia : Australian Transport

Safety Bureau. [8] Allegrucci, L, Amura, M, Bagnoli, F, Bernabei, M. 2008. Fatigue

of a Aircraft Canopy Lever Reverse. Rome. Italy.

[9] Amura, M, Allegruci, L, De Paolis, F, Bernabei, M. 2012. Fatigue of an AMX Aircrft Main Wheel. Rome. Italy.

[10] Astori, Paolo. 2009. Lecture Notes. Milan : Politecnico Di

Milano-Dipartimento Di Ingegneria Aerospaziale Numerical Models For Aircraft System.

[11] Avner, Sidney H. 1974. Introduction To Physical Metallurgy.

Singapore : McGraw-Hill Book Co. [12] Bradburry E. J. 1991. Dasar Metalurgi Untuk Rekayasawan.

Indonesia : PT Gramedia Pustaka Utama.

[13] Callister, William. 2007. Material Science and Engineering An Introduction. New York : John Wiley & Sons, Inc.

[14] Colangelo, V.J. 1989. Analysis of Metallurgical Failures Second

Edition. Singapore : John Wiley & Sons, Inc. [15] Courtney, Thomas H. 1990. Mechanical Behavior Of Materials.

Singapore : McGraw-Hill Book Co.

[16] Dieter, George E. 1987. Metalurgi Mekanik. Jakarta : Erlangga. [17] Gedde, U. W. 1995. Polymer in Chemical Sensors and Arrays.

Germany : University of Regensburg.

[18] Jamsari. 2005. Failure Analysis Of Wheel Hub Made From Al 2014-T61. UGM

[19] Kroschwitz, J. 1990. Polymer Characterization and Analysis.

Canada : John Wiley and Sons Inc. [20] Nishida, Shin-ichi.1992. Failure Analysis in Engineering

Apllication. Jordan Hill. Oxford. Butterworth-Heinemann Ltd.

[21] R. Brooks, Charlie and Choudhury, Ashok. 2002. Failure Analysis of Engineering Materials. New York : McGraw-Hill.

[22] Smallman, R. E. and Bishop R.J. 1999. Metalurgi Fisik Modern

dan rekayasa Material. Indonesia : Erlangga.

Gambar 14

Distribusi tegangan yang terjadi pada komponen inboard wheel

hub