bab ii tinjauan pustaka 2.1. rel 2.1.1. pengertian rel...

4

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Rel

2.1.1. Pengertian Rel Kereta Api

Rel pada jalan rel mempunyai fungsi sebagai pijakan mengglindingnya roda

kereta api dan untuk meneruskan beban dari roda kereta api kebantalan. Rel ditumpu

oleh bantalan-bantalan, sehingga rel merupakan batang yang ditumpu oleh penumpu-

penumpu. Tipe rel yang digunakan di Indonesia adalah tipe R54, R50, R42, R33, dan

R25. Panjang jalan rel yang masih beroprasi di Indonesia adalah 4.360Km, di

Sumatera 1.348Km, di Jawa 3.012Km, hampir seluruhnya sudah uzur, berusia lebih

dari 50 tahun. Rel dapat aus, mengembang, melengkung, atau patah yang dapat

mempengaruhi operasi bahkan mengakibatkan kereta api anjlok atau terguling.

Komponen-komponen struktur jalan rel dikelompokkan menjadi 2 bagian yaitu :

struktur bagian atas terdiri dari rel, bantalan dan penambat dan struktur bagian bawah

yaitu bagian pondasi terdiri dari balas dan tanah dasar. (http://www.PTKAI/rel.

co.id(2011))

2.1.2. Bantalan Rel

Bantalan rel kereta api adalah suatu landasan tempat dimana rel tersebut

bertumpu dan juga diikat dengan pemambat rel, sehingga bantalan rel tersebut harus

kuat untuk menyangga atau menahan beban dari kereta api tersebut. Dengan

demikian kereta api tersebut tidak terguling atau anjlok. Pada saat pemilihan bahan

yang akan digunakan untuk bantalan rel kereta api, harus menggunakan bahan

pilihan, baik dari kayu, beton maupun bahan – bahan bantalan rel yang lain. Dalam

pemasangan bantalan untuk rel kereta api juga harus memperhatikan jarak dari setiap

bantalan tersebut. Dengan memperhatikan jarak dari setiap bantalan tersebut maka

akan mengurangi beban yang harus diterima oleh tiap bantalan rel. Jarak normal

yang digunakan untuk jarak tiap bantalan adalah 0,6 m atau 60 cm.

(http://www.PTKAI/rel. co.id.(2011))

Tiga jenis bantalan yang digunakan dalam jaringan kereta api di Indonesia yaitu :

http://www.ptkai/rel.%20co.id



5

1. Bantalan kayu

Bantalan kayu adalah suatu bantalan yang pertama kali digunakan dalam

bantalan rel. Bantalan kayu tersebut pertama digunakan karena pada waktu itu hanya

masih mengenal kayu dan belum mengenal beton maupun baja. Bantalan kayu

tersebut digunakan karena pada saat itu kayu mudah sekali didapatkan dan harganya

relatif murah. Dalam pemakaian untuk bantalan rel, memiliki keuntungan dan

kerugian dalam pemakaian tersebut. (http://www.PTKAI/rel. co.id.(2011))

Kelebihan dan kekurangan tersebut antara lain :

Kelebihan bantalan kayu yaitu :

1. Memiliki tingkat elastisitas yang tinggi

2. Pada saat dilalui terasa nyaman karena tidak mengakibatkan getaran yang tinggi

Kekuranngan bantalan kayu yaitu :

1. Tidak tahan lama, terutama pada yang memiliki curah hujan dan tingkat

kelembaban yang tinggi yang mengakibatkan kayu mudah lapuk.

2. Sulit untuk mencari bahan yang cocok sehingga harganya mahal (Pada beberapa

tahun ini)

Gambar 2.1. Rel dengan bantalan kayu (http://id.wikipedia.org/wiki/Rel)

2. Bantalan Baja

Bantalan ini terbuat dari palat baja, dan biasanya dipasang pada lengkungan

saja dan tidak pada seluruh bagian lintasan kereta api. Kelebihan dan kekurangan

bantalan yang terbuat dari baja. (http://www.PTKAI/rel. co.id.(2011))



6

Kelebihan bantalan baja yaitu :

1. Lebih kuat untuk menahan beban

2. Lebih Tahan Lama

Kekurangan bantalan baja yaitu :

1. Harganya yang mahal bahkan melebihi harga bantalan beton

2. Mudah anjlok terutama pada daerah yang berpasir karena memiliki beban yang

lebih besar.

Gambar 2.2. Rel dengan bantalan baja (http://id.wikipedia.org/wiki/Rel)

3. Bantalan Beton

Bantalan beton pada rel sendiri merupakan suatu bantalan yang terbuat dari

beton tulangan prategang, dan juga pada bantalan beton ditempatkan angker

penambat. Pada bantalan rel yang menggunakan beton memiliki beberapa

keuntungan, tetapi juga memiliki kekurangan dari pada bantalan rel yang lain.

(http://www.PTKAI/rel. co.id.(2011))

Kelebihan dan kekurangan tersebut antara lain :

Kelebihan bantalan beton yaitu :

1. Memiliki daya tahan yang tinggi

2. Tahan terhadap cuaca dibandingkan dengan bantalan yang terbuat dari kayu

3. Lebih ekomonis, karena bisa tahan sampai 20 tahun

4. Lebih kuat untuk menahan tekanan beban kereta

Kekurangan bantalan beton yaitu :

1. Harga bahan bantalan yang mahal

2. Memerlukan ketelitian yang cukup tinggi sehingga membutuhkan tenaga ahli

3. Lebih kaku, sehingga getaran yang ada cukup terasa


7

Gambar 2.3. Rel dengan bantalan beton (http://id.wikipedia.org/wiki/Rel)

2.1.3. Penambat rel

Penambat rel adalah suatu komponen yang menambat rel pada bantalan

sedemikian hingga kedudukan rel menjadi tetap, kokoh dan tidak tergeser terhadap

bantalan. Penambat rel terdiri dari penambatan kaku dan penambatan elastic.

Penambatan rel kaku terdiri atas paku rel, tarpon (firefond), atau mur dan baut

dengan atau tanpa plat landas. Sedangkan struktur bagian bawah yaitu bagian

pondasi terdiri dari balas dan tanah dasar. (http://www.PTKAI/rel. co.id.(2011))

2.1.4. Balas

Lapisan balas terletak di atas lapisan tanah datar. Balas berfungsi :

meneruskan dan menyebarkan beban yang diterima bantalan ke tanah dasar,

mencegah atau menahan bergesernya bantalan dan mengalirkan air sehingga tidak

terjadi genangan air di sekitar bantalan dan rel serta mendukung bantalan dengan

dukungan yang kenyal. (http://www.PTKAI/rel. co.id.(2011))

2.1.5. Tanah dasar

Tanah dasar jalan rel (subgrade) merupakan lapisan yang terbuat dari bahan

geoteknik, yang dapat merupakan : bahan keadaan asli, bahan yang diperbaiki, dan

bahan buatan. Tanah dasar jalan rel mempunyai fungsi : mendukung beban yang

diteruskan oleh balas kepada tanah dasar, meneruskan beban kelapisan dibawahnya,

(badan jalan), dan memberikan landasan yang rata pada kedudukan atau ketinggian

atau evalasi di tempat balas diletakkan. (http://www.PTKAI/rel. co.id.(2011))

2.2 Baja Sebagai Bahan Rel Kereta Api

Baja merupakan bahan dasar dari rel kereta api. Baja adalah logam paduan

antara besi (Fe) dan karbon (C), dimana besi sebagai unsur dasar dan karbon sebagai

unsur paduan utamanya. Kandungan karbon dalam baja berkisar antara 0.2 % hingga




8

1.7% berat sesuai grade-nya. Dalam proses pembuatan baja akan terdapat unsur-

unsur lain selain karbon yang akan tertinggal di dalam baja seperti mangan (Mn),

silikon (Si), Kromium (Cr), Vanadium (V), dan unsur lainnya. Dalam hal aplikasi

baja sering digunakan sebagai bahan baku untuk alat-alat perkakas, alat-alat

pertanian, komponen-komponen otomotif, kebutuhan rumah tangga dan lain-lain.

(Beumer dan Anwir (1994))

2.2.1. Klasifikasi Baja

Menurut ASM handbook vol.1:329 (1993), baja dapat diklasifikasi berdasarkan

komposisi kimia seperti kadar karbon dan paduan yang digunakan. Berikut

merupakan klasifikasi baja berdasarkan komposisi kimianya. (Beumer dan Anwir

(1994))

1. Baja Karbon

Baja karbon terdiri dari dan karbon. Karbon merupakan unsur pengeras besi yang

efektif dan murah. Oleh karena itu, pada umumnya sebagian besar baja hanya

mengandung karbon dengan sedikit unsur paduan lainnya. Perbedaan persentase

kandungan karbon dalam campuran logam baja menjadi salah satu pengklasifikasian

baja. Berdasarkan kandungan karbon, baja dibagi ke dalam tiga macam yaitu :

a. Baja Karbon Rendah (Low Carbon Steel)

Baja karbon rendah adalah baja yang mengandung karbon kurang dari 0.3%

C. baja karbon rendah merupakan baja yang paling murah diproduksi diantara semua

karbon, mudah di quenching dan dilas, serta keuletan dan ketangguhannya sangat

tinggi tetapi kekerasan rendah dan tahan aus. Sehingga pada penggunaannya, baja

jenis ini dapat digunakan sebagai bahan baku untuk pembuatan komponen body

mobil, struktur bangunan, pipa gedung, jembatan, kaleng, pagar, dan lain-lain.

(Beumer dan Anwir, (1994))

b. Baja Karbon Menengah (Medium Carbon Steel)

Baja karbon menengah adalah baja yang mengandung karbon 0.3% C-0.6%C.

baja karbon menengah memiliki kelebihan jika dengan baja karbon rendah, kekuatan

tarik dan batas renggang yang tinggi, tidak mudah di bentuk oleh mesin, lebih sulit

dilakukan untuk pengelasan dan dapat dikeraskan di quenching dengan baik. Baja

karbon menengah banyak digunakan untuk poros, rel kereta api, roda gigi, pegas,

9

baut, komponen mesin yang membutuhkan kekuatan tinggi dan lain-lain. (Beumer

dan Anwir (1994))

c. Baja Karbon Tinggi (High Carbon Steel)

Baja karbon tinggi adalah yang mengandung kandungan karbon 0,6% C-

1,7%C dan memiliki tahan panas yang tinggi, kekerasan tinggi, namun keuletannya

lebih rendah. Baja karbon tinggi mempunyai kuat tarik paling tinggi dan banyak

digunakan untuk material perkakas, salah satu aplikasi dari baja ini adalah dalam

pembuatan kawat baja dan kabel baja. Berdasarkan jumlah karbon yang terkandung

di dalam baja maka baja karbon ini banyak digunakan dalam pembuatan pegas dan

alat-alat perkakas seperti palu, gergaji atau pahat potong. Selain itu, baja jenis ini

banyak digunakan untuk keperluan industri lain seperti pembuatan kikir, rel kereta

api, pisau cukur, mata gergaji, dan sebagainya. (Beumer dan Anwir (1994))

2.2.2. Karakteristik Baja

Sifat-sifat karakteristik yang dimiliki baja karbon antara lain:

1. Kestabilan dimensi pada saat perlakuan panas.

2. Mempunyai kemampuan diperkeras (hardenability) yang sangat tinggi.

3. Mempunyai tingkat kekerasan yang tinggi setelah pendinginan cepat (quench).

4. Mampu untuk diperkeras melalui pendinginan udara.

5. Ketahanan terhadap tumbukan mekanik yang cukup baik.

6. Permesinan yang cukup mudah pada kondisi lunak (annealedl).


Sifat mekanis baja juga dipengaruhi oleh cara mengadakan ikatan karbon dengan

besi. Menurut Schonmetz (1985) terdapat 3 struktur utama kristal saat karbon

mengadakan ikatan dengan besi, yaitu :

1. Ferrite, yaitu besi murni (Fe) terletak rapat saling berdekatan tidak teratur,

baik bentuk maupun besarnya. Ferrite merupakan bagian baja yang paling

lunak, ferrite murni tidak akan cocok digunakan sebagai bahan untuk benda

kerja yang menahan beban karena kekuatannya kecil.

2. Karbida besi (Fe3C) suatu senyawa kimia antara besi ( Fe) dengan karbon (C)

sebagai unsur struktur tersendiri dinamakan cementite dan mengandung 6,7

% karbon.

10

3. Pearlite, merupakan campuran antara ferrit dan sementit dengan kandungan

karbon sebesar 0,8%. Struktur pearlite mempunyai kristal ferrite tersendiri

dari serpihan cementite halus yang saling berdampingan dalam lapisan tipis

mirip lamel. (Beumer dan Anwir (1994))

2.2.3 Sifat Umum Baja

Baja mempunyai sejumlah sifat yang membuatnya menjadi bahan bangunan

dan perkakas hingga rel kereta api yang sangat berharga, beberapa sifat baja yang

penting adalah : kekuatan, kelenturan, kealotan, kekerasan, dan ketahanan terhadap

korosi. (Beumer dan Anwir (1994))

2.2.3.1 Kekuatan

Baja mempunyai daya tarik, lengkung dan tekan yang sangat besar. Pada

setiap golongan baja, pabrikan baja menandai beberapa besar daya baja kekuatan

baja itu. Pabrikan baja misalnya, memasukkan satu golongan baja batangan dan

mencantumkan pada baja itu Fe 360. Disini Fe menunjukkan bahwa golongan itu

merupakan produk dari besi, sementara angka itu menunjukkan daya kekuatan

(minimum) tarikan atau daya tarik baja itu. Yang dimaksud dengan istilah tersebut

adalah gaya tarik N yang dapat dilakukan baja bergaris tengah 1 mm² sebelum baja

itu menjadi patah. Dalam hal ini daya tarik itu adalah 360 N/mm². Dahulu kita

mencantumkan daya tarik baja itu Fe 37 karena daya tariknya adalah 37 kgf/mm².

Karena mengandung sedikit kadar karbon, maka semua jenis baja mempunyai daya

tarik yang kuat. Oleh karena daya tarik baja yang kuat, maka baja dapat menahan

berbagai tegangan seperti tegangan lentur. (Beumer dan Anwir (1994))

2.2.3.1 Kelenturan

Baja tidak hanya kuat tetapi juga memiliki sifat kelenturan

2.2.3.2 Keuletan

Pada umumnya baja bersifat sangat alot sehingga tidak cepat mengalami

patah.

2.2.3.3 Kekerasan

Baja itu sendiri sangat keras sekali sehingga sebagai bahan kontruksi, baja

mungkin saja untuk digunakan dalam berbagai tujuan. Apabila untuk produk-produk

baja tertentu ada suatu keausan maka bisa saja baja tersebut dikeraskan dengan cara

dipanaskan agar kekerasannya meningkat. (Beumer dan Anwir (1994))

11

2.2.3.4 Ketahanan Terhadap Korosi

Tanpa perlindungan baja sangat cepat berkarat, untung saja baja dapat

diberikan perlindungan yang efektip dengan berbagai cara salah satunya dengan

perlakuan panas. (Beumer dan Anwir (1994))

Tabel 2.1 Klasifikasi Baja Karbon Menurut AISI/SAE.

Lanjutan table 2.1

12

2.2.4 Perlakuan Panas

Kekerasan yang lebih besar adalah sangat penting untuk benda-benda tertentu

yang dibuat dari baja. Yang dimaksud dengan kekerasan dari suatu bahan yang lain

untuk dapat mencapai kekerasan yang tinggi diperlukan benda baru yang dapat

dikuatkan sesudah benda-benda di produksikan.

Ada beberapa cara untuk mengeraskan :

Mengeraskan secara mendalam : Benda dari baja baik bagian luar maupun

bagian dalam dibuat menjadi sangat keras. Mengeraskan permukaan : Hanya bagian

luarnya saja yang sedangkan bagian intinya tidak dapat perlakuan. (Beumer dan

Anwir (1994))

2.2.4.1 Pengerasan yang mendalam

Pada pengerasan mendalam, benda yang sudah terbentuk, dipanaskan dengan

temperatur yang cukup tinggi. Kemudian dengan cepat didinginkan tindakan ini

disebut “mengejutkan” baja dilakukan di dalam air, minyak atau di udara. Benda itu

menjadi keras bukan hanya bagian luarnya saja tetapi juga intinya menjadi keras

benar. Dengan cara ini baja menjadi cepat rapuh, berarti baja itu dapat dengan cepat

patah. Beberapa peralatan dikeraskan dengan cara ini. Kita semua paham betapa

mudah patahnya ulir mata bor dari baja yang berukuran kecil. (Beumer dan Anwir

(1994))

2.2.4.2 Pengerasan permukaan

Untuk peralatan-peralatan tertentu hanya bagian luarnya saja yang harus

diperkeras. Untuk dapat menerima tekanan yang besar, inti benda itu harus tetap

lentur. Hal ini dapat dicapai dengan hanya mengeraskan bagian permukaan dari

benda tersebut. Pengerasan permukaan dipakai pada poros dan berbagai kopling.


13

2.2.5 Spesifikasi Bahan

Material yang digunakan dalam penelitian ini adalah baja AISI 1065 yang

dibuat menjadi tiga benda kerja atau spesimen dengan komposisi kimia adalah :

Sumber : George E. Totten, ph.D.,FASM, Steel Heat Treatment Second Edition.

Karbon (C) = 0,65 – 0,75%

Mangan (Mn) = 0,60 – 0,90%

Phospor (P) = 0,040 Max

Sulfur (S) = 0,050 Max

2.3 Beban Normal

Sebuah Kereta api terdiri dari lokomotif dan 10 kereta dengan berat 520 ton,

sehingga berat untuk satu kereta sebesar 52 ton. Satu kereta menggunakan dua buah

bogie ( satu bogie terdiri dari 4 buah roda ). Sehingga masing masing roda mendapat

beban sebesar 6,5 ton. Dengan luas bidang kontak yang sangat kecil dari 80 – 120

mm2 maka disetarakan luas kontak yang dipakai 100 mm2 (Marsahal dkk,(2006)).

Jadi beban normal yang diterima rel dari roda jika diketahui ; gravitasi 10 m/s2

𝑃 = 𝐹

𝐴…………………………………………………(2.1)

2.4 Kontak Mekanik (Kontak Silinder)

Pada tipe kontak yang berbentuk dua bidang silinder dengan masing-masing

poros parallel yang dibebankan pada kontak sebagai gaya P per satuan panjang dan

bidang kontak membuat panjang kontak berputar pada luas bidang 2a dipaksakan

paralel ke poros-y. Ini adalah dasar dari dua dimensi permukaan. (lihatlah gambar ini

yang memperlihatkan saat kontak dua permukaan silinder) (Jonshon,dkk,(2005))

Gambar 2.4 Mekanisme kontak dua bidang permukaan silinder

Sumber : contack mechanic (jonshon) 2005

14

Distribusi tekanan normal p(x) pada permukaan kontak ditentukan dengan teori

Hertz adalah :

𝑝(𝑥) = 𝑝0(1 −𝑥2

𝑎2)1/2................................................................. (2.2)

Dimana p0 adalah tekanan maksimal pada pusat kontak dan pada setengah luas

bidang kontak.

Tekanan maksimal pada kontak dapat di tentukan dengan : Langkah awal

sebelum melakukan uji keausan adalah menentukan besar beban kontak yang

bekerja pada disc. Besar beban kontak pada disc dapat ditentukan dengan

persamaan berikut :

a

Pp

20 ..................................................................(2.3)

R

EaP

4

*2 ..............................................................(2.4)

Dengan mensubtitusi persamaan 2.4 ke persamaan 2.3 maka diperoleh persamaan

untuk setengan panjang kontak (a) sebagai berikut :

*

2 0

E

RPa ..................................................................(2.5)

Dimana :

21

111

RRR

2

2

2

1

2

1 11

*

1

E

v

E

v

E

2.5 Slip-roll Ratio

Perbandingan putaran dari dua buah disc yang menerima beban kontak

gelinding gesek. Jika suatu material menerima rolling-sliding contact serta adanya

pengaruh slip-roll ratio secara berulang-ulang akan menimbulkan adanya gesekan

pada material di permukaan dan di bawah permukaan kontak mengalami regangan

geser dan terakumulasi sangat besar. Apabila regangan geser ini terakumulasi dan

mencapai titik kritis regangan geser material maka kegagalan material dapat terjadi,

seperti keausan (wear) dan kegagalan akibat kelelahan (fatigue).

15

Untuk menentukan slip-roll ratio pada kontak dua disc dapat ditentukan

dengan persamaan (Tyfour, W.R, dkk, (1996)) :

𝑠𝑟 = 𝑣1− 𝑣2

(𝑣1+𝑣2

2)

𝑥 100% ........................................... (2.6)

Dimana : sr = slip-roll ratio

v1 = kecepatan disc 1

v2 = kecepatan pada disc 2

2.6 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. (Yuwono, dan Ahkmad, (2009))

Saat ini, prinsip penggantian dengan mudah seperti itu tidak dapat

diberlakukan lebih lanjut karena pertimbangan biaya (cost). Pembahasan mekanisme

keausan pada material berhubungan erat dengan gesekan (friction) dan pelumasan

(lubrication). Telah mengenai ketiga subyek ini yang dikenal dengan nama ilmu

Tribologi. Keausan bukan merupakan sifat dasar material, melainkan response

material terhadap sistem luar (kontak permukaan). Material apapun dapat mengalami

keausan disebabkan mekanisme yang beragam. (Yuwono, dan Ahkmad, (2009))

Pengujian keausan dapat dilakukan dengan berbagai macam metode dan

teknik, yang semuanya bertujuan untuk mensimulasikan kondisi keausan aktual.

Salah satunya adalah dengan metode twin disc dimana benda uji memperoleh beban

gesek dari cincin yang berputar (revolving disc). Pembebanan gesek ini akan

menghasilkan kontak antar permukaan yang berulang-ulang yang pada akhirnya akan

mengambil sebagian material pada permukaan benda uji. (Yuwono, dan Ahkmad,

(2009))

Di bawah ini diberikan penjelasan ringkas dari mekanisme-mekanisme tersebut :

16

1. Keausan adhesive : terjadi bila kontak permukaan dari dua material atau lebih

mengakibatkan adanya perlekatan satu sama lain dan pada akhirnya terjadi

pelepasan/pengoyakan salah satu material, seperti diperlihatkan oleh Gambar 2.5

Gambar : 2.5 Ilustrasi skematik keausan adhesive

Sumber : (Karakterisasi Material 1: (Destructive Testing) (Yuwono Herman,dan Ahkmad, (2009))

2. Keausan abrasive : terjadi bila suatu partikel keras (asperity) dari material

tertentu meluncur pada permukaan material lain yang lebih lunak sehingga terjadi

penetrasi atau pemotongan material yang lebih lunak, sebagaimana ditunjukkan

oleh Gambar 2.6. 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. (Yuwono, dan Ahkmad, (2009))

Gambar : 2.6 ilustrasi skematik keausan abrasive


17

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. Gambar 2.7 memberikan skematis mekanisme

keausan lelah. Permukaan yang mengalami beban berulang akan mengarah pada

pembentukan retak-retak mikro (t1). Retak-retak tersebut pada akhirnya menyatu

(t2) dan menghasilkan pengelupasan material (t3). Tingkat keausan sangat

tergantung pada tingkat pembebanan. (Yuwono, dan Ahkmad, (2009))

Gambar : 2.7 Ilustrasi skematik keausan lelah.


4. Keausan oksidasi : seringkali disebut sebagai 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. Gambar 2.8 memperlihatkan

skematis mekanisme keausan oksidasi/korosi ini. (Yuwono, dan Ahkmad, (2009))

Gambar : 2.8 Ilustrasi skematik keausan oksidasi


18

Penyebab keausan antara lain :

1. Pergesekan antara dua material yang solid secara terus menerus hingga

menyebabkan material tersebut mengalami perubahan bentuk dan

mengurangi masa pemakaian.

2. Kurangnya pelumasan secara teratur pada material yang bergerak dan

bersentuhan.

3. Pengerasan pada permukaan disc yang bergesekan tidak dilakukan secara

sempurna hingga timbul crack pada permukaan disc hingga terjadi kegagalan

pada material tersebut.

4. Beban yang diberikan pada material tersebut terlalu besar yang menyebabkan

koefisien gesek lebih tinggi,dll.

(Yuwono, dan Ahkmad, (2009))

2.7 Regangan geser

Suatu gaya geser yang besar dapat menyebabkan suatu material yang

mendapatkan gaya tersebut akan menunjukkan suatu perubahan bentuk. Regangan

geser didefinisikan sebagai rasio perbandingan perubahan bentuk awal hingga

puncak perubahan bentuk (regangan geser kritis) atau kegagalan material. Untuk

mengetahui keadaan regangan geser yang dialami material setelah pengujian keausan

hanya dapat diamati melalui microscope. Yang dapat mempengaruhi material

mengalami regangan geser adalah tekanan kontak maksimum (MPa), slip roll-ratio

(%), jumlah pembebanan cycle dan gesekan satu arah permukaan dalam uji keausan

twin disc mechine.

Untuk penghitungan regangan geser adalah sebagai tan . Dalam kasus adalah

penghitungan sudut struktur perubahan bentuk pada 0.05 mm yang telah mengalami

kontak permukaan dapat dilihat pada gambar 2.7 sebagai ilustrasi.

19

Gambar 2.9 Ilustrasi penghitungan regangan yang terlihat dibawah microscope

Sumber : Deterionatoin Of Rolling Contack Fatigue Life Of Pearlitic Rail Steel Due To Dry-

Wet Rolling-Sliding Line Contack ( Tyfour,dkk,) 1996.

Setelah melihat strukur regangan geser akan terlihat deformasi plastis pada

material. Untuk menghitung besar regangan geser dan regangan geser kritisnya dapat

dilakukan dengan perhitungan Menurut Journal Tyfour, dkk,(1996) :

Regangan geser () = tan

Dimana :

tan = 𝛥𝑥

𝛥𝑦 ………………………………………………........………………..(2.7)

Sedangkan untuk regangan geser kritisnya juga dengan penambahan pembebanan

gelinding geser (cycle). 1 ternyata tidak ada perubahan atau pembesaran sudut

deformasi regangan geser maka adalah 2 nilai kritis geser material juga bisa

dengan formula sebagai berikut :

Jika i = i+1, ………………………………………………………………...(2.8)

maka,

i = c (regangan geser kritis)…………………………………………………(2.9)

Dimana :

i = jumlah putaran gelinding geser yaitu sebanyak 1000 cycles, 5000 cycles

dan 10.000 cycles.

= regangan geser

x = jarak deformasi dr titik awal (µm)

20

y = ketebalan deformasi yang terjadi dari permukaan (µm)

Menurut Tyfour dan rekan-rekannya (1996), material rel kereta api yang

mengalami proses pengerasan dan pelumasan dalam uji keausan akan aus atau wear

setelah 26.119 cycles dengan beban kontak maksimum sebesar 1200 MPa. Regangan

geser kritis pada material dapat diketahui jika sudut deformasi tidak mengalami

perubahan namun akan mengalami keretakan dan wear setelah beberapa ribu cycles.

Regangan geser kritis pada material akan terjadi kegagalan material atau awal

terjadinya keretakan pada permukaan karena regangan geser dibawah telah mencapai

batas regangan geser kritis.

bab ii tinjauan pustaka 2.1. rel 2.1.1. pengertian rel...

Documents