TUGAS ANALISIS KERUSAKAN

DAN PERAWATAN MESIN

Oleh:

Nama

: JAPRIANTO

BP

: 1010913041

Tanggal

: Sabtu, 26 April 2014

Dosen

: Ilhamdi, M.Eng

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS ANDALAS

PADANG

2014

1. Jelaskan mekanisme keausan pada dua metal yang berkontak!

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 : Menggunakan material keras. 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 :

3. Jenis-jenis korosi, penyebab dan mekanisme terjadinyaSecara umum defenisi dari korosi adalah perusakan material secara kimia atau elektrokimia dengan lingkungan. Selain itu korosi juga di definisikan sebagai degradasi material (logam dan paduannya) akibat reaksi kimia dengan lingkungan. Contoh perusakan kimia adalah pengkaratan yang terjadi akibat gas pada temperature tinggi, sedangkan reaksi elektrokimia dapat di lihat pada sel galvanik.

Adapun syarat terjadinya korosi adalah :

Adanya katoda

Adanya anoda

Adanya lingkunganTanpa adanya salah satu syarat di atas maka korosi tidak akan terjadi. Korosi tidak dapat di hilangkan tetapi hanya dapat di minimalisir pertumbuhannya.Pada proses korosi ada dua reaksi yang menyebabakan terjadinya korosi yaitu reaksi oksidasi dan reaksi reduksi. Pada reaksi oksidasi akan terjadi pelepasan elektron oleh material yang lebih bersifat anodik. Sedangkan reaksi reduksi adalah pemakaian elektron oleh material yang lebih bersifat katodik.

Proses korosi secara galvanis dapat kita lihat pada gambar berikut :

Gambar 4.1 Proses KorosiPada reaksi di atas dapat kita lihat dimana Cu bertindak sebagai katoda mengalami pertambahan massa dengan melekatnya electron pada Cu. Sedangkan Zn bertindak sebagai anoda, dimana terjadinya pengurangan massa Zn yang di tandai dengan lepasnya electron dari Zn. Peristiwa pelepasan dan penerimaan elektron ini harus mempunyai lingkungan, dimana yang menjadi lingkungan adalah Asam Sulfat. Jika ada dua buah unsur yang di celupkan dalam larutan elektrolit yang di hubungkan dengan sumber arus maka yang akan mengalami korosi adalah material yang lebih anodik.

Untuk mengetahui unsur yang lebih anodik dan lebih katodik dapat kita lihat pada deret Volta. Berikut deret Volta :

K Ca Na Mn Al Zn Fe Sn Pb H Cu Hg Ag Pt Au

Anodik

KatodikSelain contoh reaksi sebelumnya kita juga dapat lihat peristiwa korosi lainnya yaitu pada peristiwa perkaratan (korosi) logam Fe mengalami oksidasi dan oksigen (udara) mengalami reduksi. Rumus kimia dari karat besi adalah Fe2O3 . xH2O dan berwarna coklat-merah. Pada korosi besi, bagian tertentu dari besi itu berlaku sebagai anoda, dimana besi mengalami oksidasi.

Fe(s) -----> Fe2+(aq) +2e E=+0,44V

O2(g) + 2H2O(l) +4e ----> 4OH E=+0,40V

Ion besi (II) yg terbentuk pada anoda selanjutnya teroksidasi membentuk ion besi (III) yang kemudian membentuk senyawa oksida terhidrasi Fe2O3 . xH2O.

Berdasarkan sifatnya korosi terbagi atas :

1. Korosi Aktif

Ciri-ciri dari korosi aktif ini antara lain :

Mudah melepaskan ion

Mudah menempel di tangan

Contoh : Paku yang berkarat2. Korosi Pasif

Ciri-ciri dari korosi pasif ini antara lain :

Sulit melepaskan ion

Sulit menempel di tangan

Contoh : Korosi pada AL

Jenis-jenis Korosi

1. Uniform or general attack corrosion (korosi seragam)

Korosi seragam adalah korosi yang terjadi pada permukaan material akibat bereaksi dengan oksigen Biasanya korosi seragam ini terjadi pada material yang memiliki ukuran butir yang halus dan homogenitas yang tinggi.

Gambar 4.2 Korosi SeragamCara pengendalian dari korosi seragam adalah :

Dengan melakukan pelapisan dengan cat atau dengan material yang lebih anodik.

Melakukan inhibitas dan cathodic protection.2. Rithing Corossion (Korosi Sumuran atau kawah)

Korosi sumuran adalah korosi yang terjadi akibat cacat pada permukaan material seperti celah atau lubang kecil. Pada daerah cacat ini akan lebih anodik dibandingkan permukaan material sehingga korosi akan menuju bagian dalam material.

Gambar 4.3 Korosi Sumuran

Cara pengendalian korosi sumuran adalah :

Hindari permukaan logam dari cacat goresan. Perhalus permukaan material. Hindari variasi yang sedikit pada komposisi material.3. Crevice Corrosion (korosi celah)

Korosi celah adalah korosi yang di temukan pada daerah berkonsentrasi rendah atau korosi yang terjadi pada celah yan terbentuk akibat pendempetan material. Pada celah, kadar oksigen lebih rendah dari lingkungannya sehingga elektron akan berpindah pada kadar oksigen yang tinggi sehingga terjadi korosi. Korosi celah sering terjadi pada sambungan paku.

Gambar 4.4 Korosi CelahCara pengendalian korosi celah :

Hindari pemakaian sambungan paku keling atau baut, gunakan

sambungan las. Gunakan gasket non absorbing. Usahakan menghindari daerah dengan aliran udara.4. Intergranular Corrosion (korosi batas butir)

Korosi batas butir adalah korosi yang terjadi pada atau di sepanjang batas butir dan batas butir bersifat anodik dan bagian tegah butir bersifat katodik. Korosi ini terjadi akibat presipitasi dari pengotor seperti khromium di batas butir, yang menyebabkan batas butir menjadi rentan terhadap serangan korosi. Dimana presipitat krom karbida terbentuk karena karbon meningkat yang ada di sekitarnya, sehingga krom disekitarnya akan berkurang dan terjadi korosi. Proses terbentuknya presipitat karbon karbida disebut sentisiasi. Terjadi pada temperatur 500-800 sehingga kekurangan krom yang memudahkan terjadinya korosi.

Cara pengendalian korosi batas butir adalah :

Turunkan kadar Karbon dibawah 0,03%. Tambahkan paduan yang dapat mengikat Karbon. Pendinginan cepat dari temperatur tinggi.

Pelarutan karbida melalui pemanasan. Hindari Pengelasan.

5. Stress Corossion (korosi tegangan)

Korosi tegangan adalah korosi yang di sebabkan adanya tegangan tarik yang mengakibatkan terjadinya retak. Tegangan ini di sebabkan pada temperatur dan deformasi yang berbeda.

Berikut retak serta bentuk penjalarannya yang di akibatkan oleh korosi tegangan :

Gambar 4.6 Korosi Tegangan

Cara pengendalian korosi tegangan adalah :

Turunkan besarnya tegangan

Turunkan tegangan sisa termal

Kurangi beban luar atau perbesar area potongan

6. Errosion Corrosion (korosi erosi)

Korosi erosi adalah korosi yang di sebabkan oleh erosi yang mengikis lapisan pelindung material , zat erosi itu dapat berupa fluida yang mengandung material abrasive. Korosi tipe ini sering di temui pada pipa-pipa minyak.

Faktor-faktor yang mempengaruhi korosi ini antara lain :

Persentase ketidaksamaan, material yang lebih anodik

Area permukaan Anodik dan Katodik

Temperatur

Persentase larutan elektrolit

Kesediaan oksigen

Gambar 4.7 Korosi ErosiCara pengendalian korosi erosi :

Menghindari partikel abrasive pada fluida

Mengurangi kecepatan aliran fluida 7. Selectif Corrosion Selectif corrosion adalah korosi yang menyerang unsur di dalam logam akibat perbedaan potensial unsur utamanya. Korosi ini di sebabkan karena komposisi yang tidak merata pada material. Korosi ini biasa terjadi pada pipa-pipa besi cor.

Gambar 4.8 Selectif CorrosionCara pengendalian selective korosi :

Menghindari komposisi yang berbeda dari material penyusun.8. Korosi Galvanik

Korosi galvanik adalah korosi yang terjadi pada dua logam yang berbeda jenis jika di hubungkan. Korosi ini juga terjadi karena pasangan elektrikal pada dua logam atau paduan logam yang memiliki perbedaan komposisi. Logam yang lebih anodik akan terkorosi sementara logam lainnya yang lebih katodik akan terlindungi. Posisi logam pada deret volta akan menentukan apakan suatu logam lebih anodik atau katodik

Gambar 4.9 Korosi Galvanik Pengendalian korosi galvanic adalah :

Hindari pemakaian 2 jenis logam yang berbeda

Pergunakan logam yang lebih anodik dengan rasio yang lebih besar dibanding logam katodik

Lapisi pada pertemuan dua logam yang berbeda jenis

Gunakan logam ketiga yang lebih anodikMetoda-metoda yang di lakukan dalam pengendalian korosi adalah :

Menekan terjadinya reaksi kimia atau elektrokimianya seperti reaksi anoda dan katoda

Mengisolasi logam dari lingkungannya

Mengurangi ion hydrogen di dalam lingkungan yang di kenal dengan mineralisasi

Mengurangi oksigen yang larut dalam air

Mencegah kontak dari dua material yang tidak sejenis

Memilih logam-logam yang memiliki unsure-unsur yang berdekatan

Mencegah celah atau menutup celah

Mengadakan proteksi katodik,dengan menempelkan anoda umpan.