ilham hatta

Click here to load reader

Post on 08-Apr-2016

30 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • Analisis Kerusakan Raut Pengikat Meja Putar Pada Sistem Transportasi Alat Angkat (llham Datta 34-39)

    ANALISIS KERUSAKAN BAUT PENGIKAT MEJA PUTARPADA SISTEM TRANSPORTASI ALAT ANGKAT

    Dham DattaUPT -LUK. BPP Teknologi, Kawasan PUSPIPTEK Serpong

    ABSTRAKANALISIS KERUSAKAN BAUT PENGIKAT MEJA PUTARPADA SISTEM TRANSPORTASIALAT ANGKAT.

    Dalam makalah disajikan suatu hasil analisis kerusakan baut pengikat meja putar yang digunakan pada kendaraan alat angkat beratatau sebagai sarana alat transportasi pemindah barang dengan daya maksimum 2S ton. Analisis kerusakan baut pengikat mejaputar dilakukan dengan analisis komposisi kimia, hasil uji tarik, kekerasan, permukaan patahan clan struktur mikro. Hasil analisiskerusakan menunjukkan bahwa baut tersebut telah mengalarni patah lelah clan penyebab kerusakan berawal daTi cacat manufakturCacat ini berbentuk lipatan pada permukaan ulir daTi baut yang terjadi pada saat proses pembentukan ulir. Lipatan tersebutmerupakan bagian logarn yang tidak menyatu, sehingga membentuk pusat awal retak. Disamping itu penurunan kekuatan bautjuga dipengaruhi oleh oksidasi clan dekarburisasi ketika dilakukan proses perlakuan panas, sehingga menimbulkan perubahansturktur mikro daTi martensit temper menjadi ferit yang kasar dengan kekuatan yang rendah.

    ABSTRACTFAILURE ANALYSIS OF THE BOLT FROM TURN TABLE TIGHTENING ON THE HEAVY LIFTING

    EQUIPMENT SYSTEM. This paper proVides the results of failure analysis of the bolt from the turn table tightening whichusually using on the heavy lifting equipment or as a equipment for the material handling with the maximum load about 25 ton. Theprocess of the failure analysis from the series of laboratory testing such as chemical composition, tensile testing, hardness,fracture surface and microstructure. The results of the analysis we see this bolt have suffered fatigue failure and the initiationcracking from the manufacture defect. This defect in the form like the folding on the screw surface which maybe happen at thescrew forming process. This folding as a part of metal which not bonding together, so could act as a initial crack, and got thedecreasing of the strength too which cause from oxidation and decarburization at the moment of heat treatment process. So thismaterial got the change in the microstructure, from the martensite temper to the coarse ferrite and finally reduces the strength ofthe bolt.

    1. PENDAHULUANDalam industri transportasi darat, laut dan udara

    penggunaan baut dan mur sangat banyak digunakan,sebab fungsi daTi baut adalah sebagai alat penyambungatau pengikat komponen yang satu dengan yang lainnya,agar menjadi satu kesatuan yang kokoh dan terbentuksesuai dengan keinginan perancangnya. Teknikpenyambungan dengan menggunakan baut dan murrelatif lebih aman, karena lebih mudah dipasang dandibongkar kembali apabila diperlukan untuk melakukanhal-hal seperti perawatan, perbaikandan lain-lain[l].

    Pemilihan baut -mur sebagai alat pengikat dalamindustri transportasi, misalnya pacta kapallaut, mobilataupun pesawat terbang, harus dilakukan secara cermatdan seksama untuk mendapatkan mutu atau kekuatanbaut yang sesuai dengan konstruksi yang akandisambung. Pemilihan ini tentunya hams dilandasidengan pengujian dan penelitian agar didapatkan basilyang optimal. Akan tetapi teknik penyambungan denganbaut walaupun telah melalui pengujian dan penelitian,penurunan kekuatan tetap saja terjadi pacta bagian yang

    disambung temtama pada daerah lubang dan bagian ulirdaTi baut, hal ini disebabkan karena ulir baut mempakanbentuk takikan yang dapat memperlemah konstruksi.Selain itu dalam pembuatan baut, cacat mikro jarangterdeteksi walaupun telah menggunakan alat uji tanpamemsak.

    Pada penelitian ini dianalisis kemsakan bautpengikat yang terjadi pada meja putar alat transportasipemindah barang atau kendaraan alat angkat jenis CraneDrott Cruz (Gambar 1). Baut yang digunakan untukmengikat meja putar tersebut berjumlah 36 buah denganukuranM 24 x 70 dankelas mutu (grade) 12.9. Kemsakanterjadi ketika alat angkat ini digunakan untukmemindahkan suatu barang seberat 20 ton tiba-tibaterjatuh dan selumh baut pengikat lepas, ada yang putus,ada ulimya dol dan adajuga yang bengkok. Pada hat alatangkat ini barn bemmur sekitar 2 tahun atau sekitar6000 jam operasi sebelum kemsakan ini terjadi. Untukmenentukanjenis dan penyebab kemsakan diperlukanadanya suatu penelitian terhadap baut yang patah,

    34

  • J: Mikroskopi dan Mikroanalisis Vol3 No.1 2000 ISSN 1410-5594

    Sedangkan untuk Headed bolt with rolled threadpembuatan ulir bani dikerjakan dengan menggunakanroda ulir (thread rolled), Adapun tahapan pembuatanbani dan mur dapat dilihat pada Gambar 2B[ 5].

    r ;c.Q~ ,.,. --..""" ,.,_..

    ,j ,0 .'.

    'l'

    Gambar I. Model alat angkat daD bentuk meja putaryang diikat oleh baut daD mur

    .

    ...~..

    "..,.,. ,..

    melalui serangkaian pengujian yang diadakan diLaboratoria Uji Konstruksi (UPT -LUK) Badan Pengkajiandan Penerapan Teknologi, Serpong Tangerang. Pactapenelitian ini, disamping menguji baut yang telah putus,juga dilakukan pengujian terhadap baut yang masih barndan sejenis dengan baut yang digunakan untuk pengikatmeja putar alat angkat tersebut.

    r':':-lL~'. ...,

    ..

    ""." ".'

    L- ~. 1"..,.-, ,- '

    Gambar 2B. Tahap-tahap dalam proses pembuatan hauldan mur.

    2.

    TEORI 2.2. Perpatahan Pada Baut.2.1. Proses Pembuatan Baut-Mur Perpatahan adalah pemisahan atau pemecahan

    suatu benda padat menjadi dua bagian atau lebih akibatadanya tegangan. Proses perpatahan karena pembelahanakibat tarik uniaxial secara bertahap mulai dari deformasiplastik untuk menghasilkan tumpukan dislokasi,permulaan retak, penjalaran retak dan akhimya patah[3].

    Patah dapat digolongkan dalam dua kategoriumUm, yakni patah liat dan patah getas. Patah liat ditandaioleh deformasi plastik yang cukup besar, sebelum danselanla proses penjalaran retak. Pacta pemlukaan patahan.biasanya nampak terjadi deformasi yang cukup besar

    Patah getas pacta logam, ditandai dengan adanyakecepatan penja.laran retak yang tinggi, tanpa terjadidefomllisi awal ataupun deformasi nUkro. Bentuk patahanyang terjadi pacta logam dapat memperlihatkan bebcrdpajenis bentuk yang berbeda-beda, tergantung pacta :temperatur, keadaan tegangan, laju pembebanan,pengaruh perlakuan panas, bentuk struktur mikro dankondisi permukaan[ 4]. Tahapan-tahapan perkembanganterjadinya bentuk permukaan patahan berserat, cup &cone daD .liat, diawali dengan terjadinya penyempitandapa titik/ daerah yang tidak stabil, kemudian kekuatannyaakan berkurang akibat adanya pergeseran regangan daDsebagai kompesasinya ukuran penampang menurunperlahan-.lahan. Hal ini terjadi, daTi awal pembebananhingga beban maksimum. Terjadinya penyempitan akibatbeban tarik menimbu.lkan keadaan tegangan tiga sumbu.daD pacta daerah ini (Gambar 3a) komponen tarikhidrostatik terjadi di sekitar sumbu benda uji yangmerupakan pusat daerah penyempitan. Selanjutnya

    Material dasar yang digunakan dalampembuatan taut dan mur adalah baja karbon rendah yangberbentuk gulungan kawat baja batangan. Gulungankawat baja ini dilumskan diantara canai yang berputarkemudian dimasukkan kedalam mesin pemotong untukdipotong sesuai dengan ukuran taut dan mur yang telahditentukan.

    Proses pembuatan taut dengan cold workingdibedakan dalam dua cara (Gambar 2A), yaitu denganMachined Bolt, pembuatan ulirbaut dikerjakan denganmenggunakan mesin butut atau yang sejenisnya.

    ~I.'\ IC.~"100(...,9

    ...~fOt'~

    { A

    ~. ~t(HIND 8(M.1

    ~ ./ 'o!'c...LI.." to" "a"" ""

    0 n--:...J."'I.L:= ~r ~"'OItla. /WI I -"I'.UOitt alt...IO .

    35

  • Analisis Kerusakan Haut PengikatMejaPutar PadaSistem TransportasiAiatAngkat (llham Hatta 34-39)

    terjadi beberapa rongga kecil yang terbentuk pactadaerah bakal patahan akibat adanya penambahanregangan (Gambar 3b), danjika peregangan berlangsungterns, rongga ini bertambah besar daD menjadi satudengan retakan pusat (Gambar 3c). Retakan iniberkembang pacta arab tegak lurns sumbu benda uji,hingga mencapai permukaan benda uji. Kemudianmerambat disekitar bidang-bidang geser lokal,kira-kira 450 terhadap sumbu patahan yang terbentuk(Gambar 3d), akan tetapi bila rongga-rongga yangterbentuk tidak beraturan daD perengangan berlansungterns maka akan terbentuk model patahan yang berserat(Gambar 3e). Pertumbuhan retakan pacta patah liatterntama terjadi akibat bergabungnya rongga-ronggaudara dengan bentuk patahan sudut 450 (Gambar 3f).

    Gambar 4.dianalisis.

    mendapatkan data hasil penelitian, metoda uji yangdigunakan adalah :

    a. Analisa komposis kimia, untuk menentukanprosentase kandungan unsur yang terdapat padahaul tersebut dengan menggunakan alat AtomicAbsorbtion Spectrophotometer (AAS).

    b. Uji fraktografi, untuk menentukan klasifikasi bentukpermukaan patahan dengan menggunakan stereomikroskop atau Scanning Electron Micro,\'cope(SEM). .

    c. Uji metalografi, untuk menentukan bentuk strukturmikro potongan memanjang atau melintang dari bclut,dengan menggunakan alat mikroskop optik.

    d. Uji kekerasan, untuk menentukan kekerasan BrinneldaTi haul mulai dari lokasi patahan hinggcl ke bagiankepala haul, dengan menggtmakan mesin uji FranA'Finote.~t.

    e. Uji tarik, untuk menentukan kekuatan tarik bautdengan menggunakan mesin uji tarik Carl.S'chenkjenis UPM-IOOO kN.

    ..C .I ,Gambar 3, Tahap.tahap terjadinya patahan pada bRut,

    Penggabungan ini terjadi akibat perpanjanganrongga -rongga danjembatan-jembatan material diantararongga-rongga tersebut, Hal ini memungkinkanpembentukan permukaan patahan yang mengandung"dimple" diperpanjang, seperti jika terbentuk darisejumlah lubang yang kemudian terpisah oleh dindingtipis, hingga terjadi patahan.

    Rongga-rongga yang merupakan sumber dasar daripatah liat, terbentuk secara heterogen pada sisi-sisidimana kesesuaian deformasi sukar terjadi. Bagian yangmerupakan tempat utama pembentukan rongga adalahinklusi partikel rasa kedua atau partikel oksida ringan.Pada pengujian tarik uniaxial rongga-rongga terbentuksebelum penyempitan, tetapi setelah penyempitanterbentuk tegangan tarik hidrostatik semakin besar,sehingga pembentukan rongga menjadi jauh lebihjelas[3].

    4. BASIL DAN PEMBABASANHasil analisa komposisi kimia terhadap baut

    pengikat meja putar yang telah putus clan yang masihbarn disajikan pada Tabell.

    Dari basil analisa komposisi kimia, nan1pak bahwabaut meja putar yang patah tersebut terbuat dari bahanbaja karbon rendah (C < 0,45 %), sedangkan unsur Cr,Cu, dan Mo clan Al yang terdapat pacta baut pengikat iniwalaupun prosentasenya sangat sedikit, berguna untukameningkatkan ketahanan terhadap korosi atmosfir.Unsur Nb, Sn dan W berguna untuk menghaluskanbutiran stmktur mikro dan meningkatkan kekerasan daribaut.

    3. BAHAN DAN METODA

    Hasil pengujian kekerasan Brinnel yang dilakukanterhadap kelima baut meja putar yang putus dan yangmasih barn, menunjukkan bahwa nilai kekerasan terendahadalah 352 HB sedangkan nilai kekerasan tertinggimencapai 399 HB. Berdasarkan standar lIS B-I051 [6].bautdengan tingkatkekuatan 12.9 mempunyai kekerasan330 HB .425 HB dengan kekuatan tarik 120 kgf/mm2 .140 kgf/mm2 .Salah satu kelemahan baut dengan

    Penelitian ini dilakukan di Unit Pelaksana Teknis-Laboratoria Uji Konstruksi, Badan Pengkajian danPenerapan Teknologi ( UPT -LUK , BPPT). Bahanpenelitian yang digunakan adalah baut pengikat mejaputar mesin pengangkat jenis Crane Drott Cruz(Gambar I). Dari 36 buah baut pengikat meja putartersebut, dipilih 5 buah baut (Gambar 4) sebagai bendauji untuk pengujian.

    Fokus penelitian ini adalah meneliti secaraseksama bentuk patahan yang terjadi dan penyebabterjadinya kerusakan pada baut tersebut. Untuk

    36

  • .l Mikroskopi dan Mikroanalisis Vol3 No.1 2000ISSN 141(1-5594

    Tabel Ha.'!il Analisa Komposisi Kimia

    pola yang berbentuk garis pantai atau beach mark.",Pada daerah ini permukaan patahannya agak halus(."mooth), karena terjadi efek gesekan ketika ret,1kanmenjalar,Re."idualfracture, daerah ini mernpakan patahan y,mgpaling terakhir terjadi atau akhir daTi siklus tegangan.saat penampang yang tersisa tidak mampu lagimenahan beban berikutnya, sisa permukaan patahanini kelihatan agak k::lsar, akibat beban yang berlcbi h(overload),

    kekerasan dan kekllatan yang tinggi, bila digunakan padabeban dinamis tak tentu dapat menimbulkan kegetasan,terutama terhadap beban impak atau beban tiba-tiba, dansangat sensitif terhadap takikan. George E. Dieter,mengatakan bahwa "Notch .~ensitivity increa.~eL\' withtenL\'ile L\'trength. ThuL\" it is possible in certain circum-.\'tance to decreaL\'e fatigue performance by increa.\'ingthe hardne.~.\' or ten.\'ile strength material [I].

    Hasil an'cllisa visual dan makro fraktogr'cui,menunjukkan bahwa kelima baut yang patah (Gamb'clr 5)merupakan karakteristik patahan karena lelah. akibatbeban dinamis (beban fluktuasi) yang dialami oleh cranetersebut pacta saat dioperasikan. Ciri-ciri patah lelahditandai oleh 3 tanda khusus[2], yaitu :

    Dari basil pengujian ilU nampak ballwa baut yangdigunakan untuk pengikat meja putar crane drott cruzmelebihi kekuatan yang seharusnya digunakan padakonstruksi baja atau peralatan alai berat (heavy equip-ment), sebab beban atau gaya yang dial ami adalah bebandinamis. Bentuk pennukaan patahan dari kelima baut yangdianalisis sangat bervariasi (Gambar 5), nampak bahwaluas daerah penjalaran retak (crack propagation) adayang besar dan ada yang kecil .Hal ini menunjukkanbahwa proses perambatan retak hingga patah akhir padabaut berlangsung sangat cepat. Keadaan demikian dapatdisebabkan oleh tingkat tegangan yang terjadi sangatbesar atau kemungkinan adanya cacat pada ulir haul.Disamping itu kondisi permukaan patahan dari kelimahaul tersebut menunjukkan bentuk patah getas.Gambar 6, menunjukkan hasil uji tarik tarik terhadap hauldengangrade 8.8, bautjenis ini banyak digunakan padakonstruksi baja daD alai berat, terutama untuk bebandinamis atau statis tak tentu. Bentuk permukaan patahandaTi hasil uji tarikbaut grade 8.8 berbentuk cup & cone,hal ini menunjukkan bahwa baut tersebut cukup liat.karena nampak adanya perubahan penampang sebelumterjadi patahan. Pemlukaan patahan yang terjadi bautdikatakan getas, apabila bentuk pernlukaan patahannyahampir datar dan balus, akan tetapi dikatakan liat apabi labentuk permukaan patahannya membentuk sudut yangmendekati 45 derajatatau 45 derajat. sedangkan bentuk

    Initial crack, daerah ini merupakan awal terjadiretakan yang disebabkan oleh banyak faktor,misalnya : inklusi, cacat saat pengerolan, pengaruhperlakuan panas, dan lain-lain.Crack Propagation, daerah ini merupakan daerahpenjalaran retak yang ditunjukkan dengan ciri khas

    \ n ('

    I. fGambar 5. Bentuk pennukaan pataban baut yang dianali.qi!'( Tanda Panah merupakan retak awal)

    37

  • Analisis Kerusakan Raul Pengikat Meja Pular Pada Sislem Transportasi Alat Angkat (Ilham Hatta 34-39)

    akibat proses manufaktur yang kurang sempurna. Pactadasarnya pembuatan baut dilakukan dengan prosesmachining atau proses cold heading, kedua proses inihanya dilakukan pasa suhu ruang. Pacta prosesmachining, pembentukan ulir dilakukan denganmenggunakan mesin bubut atau CNC, sedangkan pactaproses cold heading, pembentukan ulir dilakukan denganmenggunakan mesin thread rolling[2].

    Perbedaan dati kedua proses pembentukan inisecara visual sangat sukar dibedakan, akan tetapi denganuji metalografi nampak dengan jelas perbedaannya(Gambar 2A) , yaitu : untuk baut yang memalui prosesmachining bentuk struktur mikro pacta daerah ulir lurussaja mengikuti arab pengerolan, sedangkan pacta prosescold heading bentuk struktur mikro di daerah ulir nampakbergelombang mengikuti bentuk alur daTi ulir. Prosesterjadinya lipatan pacta kepala ulit baut yang nampakdaTi hasil uji metalografi, diawali oleh pembentukantonjolan (overfills) yang kemudian mengalmui perlipatanpacta proses pembentukan ulir. Pacta lipatan tersebutkemudian terjadi proses oksidasi dan dekarburisasi, saatdilakukan perlakuan panas, sehingga nampak pactadaerah lipatan struktur ferit relatifkasar. Cacat yang terjadipacta bagian kepala ulir merupakan awal dati kerusakanyang dialami oleh baut tersebut tanpa beban, selanjutnyaakibat beban dinamis yang terjadi saat crane tersebutberoperasi, siklus demi siklus berlalu, retak yang acta pactaawalnya kemudian menjalar dengan cepatnya hinggamengakibatkan baut tersebut patah. Sellin adanya cacatawal yang dialami oleh baut tersebut, faktor yang sangatdominan berpengaruh adalah grade baut yang sangattinggi (grade 12.9), sebab baut sejenis ini sangat sensitifterhadap beban dinamis, akibat adanya bentuk takikan(notch) berupa ulir.

    Gambar 6. Bentuk permukaan patahan baut yang telahmengalami uji tarik

    permukaan patahan cup & cone merupakan bentukpatahan yang cukup liat[3] .

    Hasil uji metalografi yang dilakukan pacta bautpengikat meja putar crane drott cruz, nampak pactaGambar 7. Bentuk struktur mikro baut tersebutmenunjukkan bentuk martensit temper. Struktur inibiasanya dicapai melalui proses perlakuan panas, yaituproses pengerasan (hardening) yang kemudian diikutioleh proses temper. Proses pengerasan dilakukan denganmemanaskan baut tersebut hingga mencapai suhuaustenisasi den kemudian dicelupkan kedalam mediapendingin, seperti oli atau yang lainnya. Setelah dicelupbeberapa saat lamanya hingga kondisi baut tersebutkembali ke suhu ruang, selanjutnya baut terse butdipanaskan pacta suhu temper hingga menghasilkanstruktur martensit temper[4]. Bentuk struktur mikro padabagian kepala ulir nampak adanya cacat yang berbentuklipatan (laps).

    Cacat ini merupakan salah satu bentuk cacat

    Gambar 7. Bentuk struktur mikro bRut yang teJahmengalami kerusakan, nampak adanya bentuk cacatlipatan pada daerah ulir, etsa natal S %, perbesaran 200x.

    38

  • J: Mikroskopi dan Mikroanalisis Vol3 No.1 2000ISSN 1410-5594

    5. KESIMPULAN 6. UCAPAN TERIMA KASmBerdasarkan data basil penelitian yang telah

    dibahas pada pembahasan terdahulu, maka dapatdisimpulkan bahwa :

    Dengan kerendahan hati penulis rnengucapkanterima kasih yang sebesar -besamya kepada Bapak AmirPartowiyatmo, Bapak Djoko Wiyono, daD BapakAbdurachrnan Sutisna dan Ternan-ternan yang telahrnernberikan kesernpatan daD rnernbantu kami dalarnpenulisan rnakalah ini.

    Kerusakan yang menyebabkab putusnya baut mejaputar daTi Grane Drott Cruz pacta dasarnyadisebabkab oleh kelelahan (fatique) dari material bautakibat beban dinamis. Jenis kelelahan (fatique) yangterjadi tersebut adalah jenis low cycle fatique yaitujenis kelelahan yang diakibatkan kelelahan yangdisebabkan oleh tegangan yang besar. Hal iniditunjukkan oleh bentuk permukaan patahan bautyang menunjukkan kondisi patah overload yaitusuatu kondisi dimana perambatan retak terjadi dalamwaktu yang singkat dan akhimya dengan cepat diikutioleh patah getas.

    7. DAFTARPUSTAKA

    Kerusakan akibat kelelahan (fatique) pada bauttersebut dapat diawali atau dipercepat oleh : cacatmanufaktur pada baut. Cacat tersebut berupa lipatan-lipatan (laps) pada perrnukaan ulir dati baut yangteljadi ketika proses pengerolan ulir (thread rolling).Lipatan tersebut merupakan bagian logam yang tidakmenyatu sehingga merupakan pusat retak awal.Disamping itu pada lipatan tersebut telah teljadiproses oksidasi ketika baut tersebut diberi prosesperlakuan panas. Proses tersebut dimaksudkanuntuk meningkatkan kekerasan atau kekuatan baut.Akibat proses oksidasi tersebut maka pada bagianlipatan mengalami proses dekarburisasi sehinggamenimbulkan perubahan struktur mikro dari martensittemper menjadi fecit yang kasar dengan kekuatanyang rendah. ini berarti proses dekarburisasi dapatmenurunkan kekuatan baut lebih jauh terutamadibagian lipatan sehingga kerusakan karenakelelahan dapat dipercepat.

    [1]. DIETER, GOERGE,E., "Mechanical Metallurgy"Second Edition, 1982, International Student EditionMc Graw Hill Kogakusha, Ltd.

    [2]. JENSEN, WALTERL., "Failures of MechanicalFasterners",Metal Handbook, Volume 10." ASMHandbook Committee, OillO.

    [3]. A VNER, SillNEY H., "Introduction to Physical Met-allurgy". Second Edition, 1974, New York, Mc GrawHill Kogakusha, Ltd.

    [4]. SHACKELFORD, JAMES F., "Introduction to Ma-~ Science for Engineers", pp. 225, 302, 1985, NewYork, Macmillan Publishing Company.

    [5]. BRENNER, HARRY S.PE., "Threaded Fastener" Me-chanical Component Handbook, Section 1 O. LosAnge1es.pp.l0.1,10.41.

    [6]. JIS B.I051-1985, "., "Mechanical Properties of SteelBolt and Screws", Japanese Standards Associa-tion.

    Bahan baut yang digunakan pada meja putar daTiCrane Drott Cruz tersebut mempunyai kekerasanyang sangat tinggi yaitu 352 : 399 HB sehinggaketangguhan (toughness) nya menjadi rendah daDkarenanya sangat sensitifterhadap : bentuk takikan(notch) yang mudah menimbulkan retak getas.

    39

    2: Kembali ke Jurnal