Tugas Analisis Kerusakan dan Perawatan Mesin

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 terjadinya

Secara 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 lingkungan

Tanpa 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 Korosi

Pada 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 Katodik

Selain 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 berkarat

2. 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 Seragam

Cara 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 Celah

Cara 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 Erosi

Cara 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 Corrosion

Cara 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 anodik

Metoda-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.