Teori Keuasan

Suatu komponen struktur dan mesin agar berfungsi dengan baik sebagaimana mestinya sangat tergantung pada sifat-sifat yang dimiliki material. Material yang tersedia dan dapat digunakan oleh para engineer sangat beraneka ragam, seperti logam, polimer, keramik, gelas, dan komposit. Sifat yang dimiliki oleh material terkadang membatasi kinerjanya. Namun demikian, jarang sekali kinerja suatu material hanya ditentukan oleh satu sifat, tetapi lebih kepada kombinasi dari beberapa sifat. Salah satu contohnya adalah ketahanan-aus ( wear resistance ) merupakan fungsi dari beberapa sifat material (kekerasan, kekuatan, dll), friksi serta pelumasan. Oleh sebab itu penelaahan subyek ini yang dikenal dengan nama ilmu Tribologi. Keausan dapat didefinisikan sebagai rusaknya permukaan padatan, umumnya melibatkan kehilangan material yang progesif akibat adanya gesekan (friksi) antar permukaan padatan. Keausan bukan merupakan sifat dasar material, melainkan respon material terhadap sistem luar (kontak permukaan). Keausan merupakan hal yang biasa terjadi pada setiap material yang mengalami gesekan dengan material lain. Material apapun dapat mengalami keausan disebabkan oleh mekanisme yang beragam. 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.

Contohnya :

• Uang logam manjadi tumpul setelah lama dipakai akibat bergesekan dengan kain dan jari manusia.

• Pensil mejadi tumpul akibat bersesek dengan kertas, jalan kerena menjadi legok atau tumpul akibat digelindingi oleh roda kereta terus menerus.

• Hanya makhluk hidup (sendi tulang) yang tidak rusak akibat keausan disebabkan memilki kemampuan penyembuhan diri. Dengan pertumbuhan. Namun ada juga organ yang tidak punya kemampuan pulih, misalnya gigi.

Studi tentang keausan secatra sistematik dihampat oleh dua faktor utama yaitu

Adanya sejumlah mekanisme proses keausan yang bekerja terpisah.

Kesulitan mengukur jumlah kecil materi yang terlibat.

Pengujian keausan dapat dilakukan dengan berbagai macam metode dan teknik, yang semuanya bertujuan untuk mensimulasikan kondisi keausan aktual. Salah satunya adalah metode Ogoshi 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. Besarnya jejak permukaan dari material tergesek itulah yang dijadikan dasar penentuan tingkat keausan pada material. Semakin besar dan dalam jejak keausan maka semakin tinggi volume material yang

terkelupas dari benda uji. Ilustrasi skematis dari kontak permukaan antara revolving disc dan benda uji diberikan oleh Gambar berikut ini :

 

Alat Uji Keausan Bahan merupakan perangkat alat uji yang digunakan untuk mengevaluasi tingkat keausan suatu bahan. Keausan dapat diartikan dengan seberapa cepat rusak/ringsek kah suatu mesin tersebut selama dipakai. Pada umumnya untuk mencegah adanya gesekan antara mesin dengan rangka (crankcase) nya maka mesin tersebut diberi pelumas atau oli. Oleh karena itu, pengujian tersebut menggunakan pelumas sebagai samplenya.

Material jenis apapun akan mengalami keausan dengan mekanisme yangberagam , yaitu keausan adhesive, keausan abrasive, keausanfatik, dan keausan oksidasi. Dibawah ini diberikan penjelasan ringkas dari mekanisme-mekanisme tersebut.

Mekanisme keausan terdiri dari :

1. Keausan adhesive ( Adhesive wear )

Terjadi bila kontak permukaan dari dua material atau lebih mengakibatkan adanya perlekatan satu sama lainnya ( adhesive ) serta deformasi plastis dan pada akhirnya terjadi pelepasan / pengoyakan salah satu material seperti di perlihatkan pada gambar 2 di bawah ini :

 

Faktor yang menyebabkan adhesive wear :

1. Kecenderungan dari material yang berbeda untukmembentuk larutan padat atau senyawa intermetalik.

2. Kebersihan permukaan.

Jumlah wear debris akibat terjadinya aus melalui mekanismeadhesif ini dapat dikurangi dengan cara ,antara lain :

1. Menggunakan material keras.

2. Material dengan jenis yang berbeda, misal berbedastruktur kristalnya.

Keausan adesi tidak diinginkan karena dua alasan :

1. Kehilangan materi pada akhirnya membawa pada menurunnyanya unjuk kerja suatu mekanisme.

2. Pembentukan partikel keausan pada pasangan permukaan slidding yang sangat rapat dapat menyebabkan mekanisme terhambat atau mahkan macet, padahal umur peralatan masih baru.

2. Keausan Abrasif ( Abrasive wear )

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 , seperti diperlihatkan pada Gambar 3 di bawah ini. Tingkat keausan pada mekanisme iniditentukan oleh derajat kebebasan (degree of freedom) partikel keras atau asperity tersebut.

Sebagai contoh partikel pasir silica akan menghasilkan keausan yang lebih tinggi ketika diikat pada suatu permukaan seperti pada kertas amplas, dibandingkan bila pertikel tersebut berada di dalam sistem slury. Pada kasus pertama, partikel tersebut kemungkinan akan tertarik sepanjang permukaan dan akhirnya mengakibatkan pengoyakan. Sementara pada kasus terakhir, partikel tersebut mungkin hanya berputar ( rolling ) tanpa efek abrasi.

Faktor yang berperan dalam kaitannya dengan ketahanan material terhadap abrasive wear antara lain:

1. Material hardness

2. Kondisi struktur mikro

3. Ukuran abrasif

4. Bentuk

Abrasif Bentuk kerusakan permukaan akibat abrasive wear, antara lain :

1. Scratching

2. Scoring

3. Gouging

 

hanya satu interaksi, sementara pada keausan fatik dibutuhkan interaksi multi. Keausan ini terjadi akibat interaksi permukaan dimana permukaan yang mengalami beban berulang akan mengarah pada pembentukan retak-retak mikro. Retak-retak mikro tersebut pada akhirnya menyatu dan menghasilkan pengelupasan material. Tingkat keausan sangat bergantungpada tingkat pembebanan. Gambar 4 memberikan skematismekanisme keausan lelah :

 

4. Keausan Oksidasi/Korosif ( Corrosive wear )

Proses kerusakan dimulai dengan adanya perubahan kimiawi material di permukaan oleh faktor lingkungan. Kontak dengan lingkungan ini menghasilkan pembentukan lapisan pada permukaan dengan sifat yang berbeda dengan material induk. Sebagai konsekuensinya, material akan mengarah kepada perpatahan interface antara lapisan permukaan dan material induk dan akhirnya seluruh lapisan permukaan itu akan tercabut.

 

5. Keausan Erosi ( Erosion wear )

Proses erosi disebabkan oleh gas dan cairan yang membawa partikel padatan yang membentur permukaan material. Jika sudut benturannya kecil, keausan yang dihasilkan analog dengan abrasive. Namun, jika sudut benturannya membentuk sudut gaya normal ( 90 derajat ), maka keausan yang terjadi akan mengakibatkan brittle failure pada permukaannya, skematis pengujiannya seperti terlihat pada gambar di bawah ini :

 

Sumber :

2012. Uji Keausan (Wear). http://ftkceria.wordpress.com/2012/04/28/uji-keausan-wear/ diakses pada tanggal 27 mei 2012 pukul 22.21 WIB

Pelumasan dan teknologinya. http://www.agussuwasono.com/artikel/mechanical/521-pelumasan-dan-teknologinya.html diakses pada tanggal 27 mei 2012 pukul 22.24 WIB

http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/17503/3/Chapter%20II.pdf pada tanggal 27 mei 2012 pukul 22.38 WIB

Sifat Material. http://rifai124.student.umm.ac.id/files/2010/02/BAB-4-SIFAT-MATERIAL.pdf pada tanggal 27 mei 2012 pukul 22.44 wWIB

2011. Alat Uji Keausan bahan. http://www.alatuji.com/kategori/161/alat-uji-keausan-bahan pada tanggal 27 mei 2012 pukul 22.55 WIB