Tugas Mekanika Retakan Rendra Maha Putra Jf (03081005009)

Universitas Sriwijaya FRACTURE MECHANICS Rendra Maha Putra. Jf (03081005009)

November 22, 2011

TEGANGAN SISA (RESIDUAL STRESS) DALAM PROSES PERLAKUAN PERMUKAAN UNTUK MENINGKATKAN KETAHANAN FATIGUE

Dibuat Untuk Memenuhi Syarat Mengikuti Mata kuliah Mekanika Retakan Pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya

Oleh :

Rendra Maha Putra Jf 03081005009

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SRIWIJAYA INDRALAYA

2011 Teknik Mesin Universitas Sriwijaya | Mekanika Retakan

1


November 22, 2011

BAB I PENDAHULUAN

I.1

LATAR BELAKANG Kelelahan logam merupakan suatu fenomena permukaan, sehingga kondisi permukaan

(surface finish) logam akan sangat mempengaruhi batas lelahnya. Kondisi permukaan tersebut sangat ditentukan oleh perlakuan permukaan seperti:  Plating, dimana proses ini akan menghasilkan tegangan sisa tarik pada permukaan logam.  Thermal (proses diffusi), seperti karburisasi, nitriding, dan lainnya dapat menimbulkan tegangan sisa tekan pada permukaan logam.  Mechanical, misalnya shot peening, dapat menghasilkan tegangan sisa tekan pada permukaan logam. Dengan demikian proses perlakuan permukaan dapat menghasilkan tegangan sisa ataupun ketidakkontinyuan (takik, fillet, retak) pada permukaan logam yang akan sangat mempengaruhi batas lelah dari logam yang bersangkutan (Gambar 1.1 sampai 1.3). Disamping itu proses perlakuan permukaan yang dapat menghasilkan kekasaran permukaan tertentu pada baja akan menghasilkan suatu factor koreksi permukaan dari komponen baja seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.4 dan 1.5.

Gambar. 1.1 Pengaruh pelapisan chrom terhadap kurva S-N baja 4140.

Teknik Mesin Universitas Sriwijaya | Mekanika Retakan

2


November 22, 2011

Gambar. 1.2 Pengaruh pelapisan nikel terhadap kurva S-N baja.

Gambar. 1.3 Pengaruh shot peening terhadap kurva S-N baja lapis nikel.

Gambar. 1.4 Faktor koreksi kondisi permukaan pada komponen baja.


3


November 22, 2011

Gambar. 1.5 Faktor koreksi kekasaran permukaan (RA : root mean square atau AA : Arithmetic Average) dan kekuatan dari komponen baja. Proses elektroplating nikel atau chrom dapat menyebabkan penurunan kekuatan lelah hingga 60 % dan semakin tebal lapisan akan semakin menurunkan kekuatan lelahnya, hal ini disebabkan oleh karena timbulnya tegangan sisa tarik pada permukaan logam yang dilapis yang relatif cukup tinggi. Solusi untuk menghindari pengaruh buruk dari proses ini adalah: 1. Dilakukan proses nitriding sebelum proses elektroplating. 2. Dilakukan proses shot peening sebelum atau setelah proses elektroplating. 3. Dilakukan proses stress relieving (baja = 260oC dan aluminium = 121oC) setelah proses elektroplating. Proses elektroplating cadmium dan seng tidak begitu berpengaruh terhadap kekuatan lelah, tetapi semua jenis proses elektroplating jika kurang kontrolnya dapat menimbulkan penggetasan hidrogen yang mempengaruhi kekuatan logamnya. Pada Gambar 1.6 dan 1.7 ditunjukkan skematis distribusi tegangan sisa pada batang yang dikenai pembebanan lentur (bending) dan beban aksial tarik.

Gambar. 1.6 Tegangan sisa pada batang tanpa takikan yang dikenai beban lentur.


4


November 22, 2011

Gambar. 1.7 Tegangan sisa pada batang bertakik yang dikenai beban tarik.

Berdasarkan Gambar 1.6 diatas dapat dijelaskan keadaan tegangan (Gambar 1.6e) pada permukaan batang yang mengalami beban lentur (Gambar 1.6d) yaitu sebagai berikut: 1. Pada titik1, permukaan batang mendekati titik luluh dan distribusi tegangan linier (Gambar 1.6a). 2. Jika beban lentur meningkat hingga titik 2, permukaan batang mulai mengalami luluh atau deformasi plastis (Gambar 1.6b). 3. Jika momen menurun hingga titik 3, maka batang akan memiliki distribusi tegangan sisa (Gambar 1.6c). Contoh lain dari tegangan sisa ini ditunjukkan pada Gambar. 1.7 dari batang pelat yang mengalami beban tarik siklik (Gambar 1.7d) dan dapat dijelaskan sebagai berikut: 1. Pada titik 1 akan menyebabkan luluh atau deformasi plastis pada ujung takikan dari material (Gambar 1.7b) dan jika beban dihilangkan (titik 2), maka material akan mendapat tegangan sisa tekan (Gambar 1.7c). 2. Jika terjadi beban siklik (titik 3 dan 4), maka tegangan pada ujung retakan akan mengalami siklik pula (Gambar 1.7e). Metoda lain untuk menghasilkan tegangan sisa adalah dengan pemberian teganga awal (prestressing atau presetting) yang dapat menyebabkan peningkatan kekuatan lelah dari batang bertakik dengan pembebanan aksial seperti ditunjukkan pada Tabel 1.1 berikut ini.


5


November 22, 2011

Tabel.1.1 Batas lelah dari pelat berlubang dengan pembebanan aksial.

Presetting ini umumnya diterapkan pada komponen pegas ulir dan pegas daun dimana pemberian beban awal ini harus memiliki arah yang sama dengan pembebanan kerjanya. Presetting dapat pula menyebabkan penurunan kekuatan lelah 20÷50 % jika diterapkan pada pembebanan lentur putar. Proses perlakuan permukaan secara thermal misalnya karburising dan nitriding akan sangat menguntungkan terhadap ketahanan lelah seperti yang ditunjukkan pada Tabel. 1.2, hal ini dikarenakan proses tersebut menyebabkan peningkatan kekuatan permukaan material, dan menyebabkan pula timbulnya tegangan sisa tekan pada permukaannya yang disebabkan adanya perubahan volume. Demikian halnya pada proses perlakuan permukaan flame dan induction hardening.

Tabel. 1.2 Pengaruh proses nitriding terhadap batas lelah.

Selanjutnya proses perlakuan permukaan secara mekanis misalnya shot peening yang menyebabkan timbulnya tegangan sisa tekan pada permukaan material, akan sangat menguntungkan kekuatan atau lelah materialnya. Hal ini ditunjukkan pada Gambar. 1.8 dan 1.9 berikut ini.


6


November 22, 2011

Gambar. 1.8 Pengaruh proses shot peening terhadap kurva S-N dari roda gigi yang dikarburisasi.

Gambar. 1.9 Pengaruh proses shot peening terhadap batas lelah dari baja baja kekuatan tinggi. 1.2. Rumusan Masalah Adapun perumusan masalah yang dibahas dalam makalah ini dibatasi yaitu “Tegangan Sisa (Residual Stress) dalam Proses Perlakuan Permukaan untuk Meningkatkan Ketahanan Fatigue”

1.3. Metode Penulisan Metode yang digunakan untuk menyelesaikan makalah ini adalah Dengan metode Referensi yaitu dengan cara mengambil data dari buku-buku literatur


7


November 22, 2011

1.4. Sistematika Penulisan Adapun sistematika penulisan makalah ini adalah sebagai berikut : BAB I

Pendahuluan

Dalam bab ini mencakup penjelasan singkat mengenai latar belakang, perumusan masalah, metode penulisan serta sistematika penulisan.

BAB II Tinjauan Pustaka Dalam bab ini berisikan penguraian-penguraian teori yang menyangkut dengan “Tegangan Sisa (Residual Stress) dalam Proses Perlakuan Permukaan untuk Meningkatkan Ketahanan Fatigue”

BAB III Pembahasan Dalam bab ini akan dijabarkan tentang “Tegangan Sisa (Residual Stress) dalam Proses Perlakuan Permukaan untuk Meningkatkan Ketahanan Fatigue”

BAB IV Kesimpulan dan SARAN Dalam bab ini berisikan kesimpulan dan saran yang didapat dari penulisan makalah ini


8


November 22, 2011

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1

Pengaruh Proses Pengerjaan Pada dasarnya setiap ketidakkontinyuan dan ketidakseragaman pada material akan

berpengaruh langsung terhadap penjalaran retak lelah atau ketahanan lelah material, ketidakkontinyuan ini dapat berupa takikan dari geometri komponen ataupun berupa retakan dan rongga sebagai akibat suatu proses pengerjaan. Selain itu ketidakseragaman yang berupa ketidakmohogenan struktur ataupun berupa segregasi dari suatu proses pengerjaan akan sangat berpengaruh pula terhadap ketahanan lelah material.

2.1.1 Pengaruh Proses Pengecoran Hal-hal yang berpengaruh terhadap ketahanan lelah logam sebagai akibat negatif dari proses pengecoran adalah:  Segregasi (terutama segregasi makro)  Cacat rongga  Porositas  Retak panas  Terak, slag atau inklusi  Dan lain-lain.

Gambar. 2.1 Cacat-cacat coran. Teknik Mesin Universitas Sriwijaya | Mekanika Retakan

9


November 22, 2011

2.1.2 Pengaruh Proses Pembentukan Logam hasil proses pembentukan akan memiliki batas lelah yang lebih tinggi dari benda coran, namun cacat-cacat dari suatu proses pembentukan akan sangat merugikan pula terhadap batas lelah logam yang dihasilkan. Cacat-cacat tersebut antara lain:  Cacat laps atau seams (berupa lipatan) pada permukaan produk tempa atau roll.  Oksida yang terjebak pada lipatan di permukaan produk tempa atau roll.  Permukaan yang kasar.  Dan lain-lain. Pada Gambar 2.1, Tabel 2.1 dan Gambar 2.3 ditunjukkan pengaruh proses pembentukan terhadap ketahanan lelah baja, dan pada Gambar 2.3 ditunjukkan pula pengaruh anisotrop yang dihasilkan dari proses pembentukan logam serta Gambar 2.25 memperlihatkan jenis-jenis cacat proses pembentukan.

Gambar. 2.2 Pengaruh pengerolan dingin terhadap kurva S-N baja.

Tabel. 2.1 Kekuatan lelah pada 105siklus dari baut baja AISI 8635


10


November 22, 2011

Gambar. 2.3 Pengaruh penempaan terhadap batas lelah baja.

Gambar. 2.4 Pengaruh anisotrop terhadap ketahanan patah.


11


November 22, 2011

Gambar. 2.5 Cacat-cacat proses tempa dan ekstrusi.

2.1.3 Pengaruh Proses Pengelasan Proses pengelasan melibatkan pencairan dan pembekuan, maka segala jenis cacat-cacat coran dapat terjadi didaerah logam las. Sedangkan daerah terpengaruh panas (Heat Affected Zone) dapat terjadi perubahan struktur mikro yang menghasilkan fasa getas dan butir kasar, hal ini akan sangat merugikan ketahanan lelah sambungan lasan disamping adanya tegangan sisa tarik pada daerah tersebut. Pada Gambar 2.5 ditunjukkan jenis-jenis cacat lasan.

Gambar. 2.6 Cacat-cacat lasan.

2.1.4 Pengaruh Proses Pemesinan Kondisi permukaan logam sangat berpengaruh terhadap umur lelahnya, permukaan yang kasar merupakan tempat yang tegangan lokalnya tinggi sehingga dapat menjadi lokasi awal retak lelah. Dengan demikian proses pemesinan yang menentukan kekasaran permukaan Teknik Mesin Universitas Sriwijaya | Mekanika Retakan

12


November 22, 2011

logam akan menentukan pula terhadap ketahanan lelahnya disamping timbulnya tegangan sisa sebagai akibat deformasi plastis pada saat pembentukan geram dalam operasi pemesinan tersebut (Gambar. 2.6), bahkan jika tegangan sisa tarik muncul yang cukup besar seperti dalam proses penggerindaan yang cukup berat, dapat menimbulkan retak rambut (Gambar 2.7).

Gambar. 2.7 Pengaruh proses penggerindaan terhadap kurva S-N baja.

Gambar. 2.8 Cacat-cacat proses pemesinan.

2.1.5 Pengaruh Proses Perlakuan Panas Pengaruh dari proses perlakuan panas yang dapat menurunkan kekuatan lelah adalah:  Over heating yang menyebabkan butir kasar.  Over heating yang menyebabkan pencairan fasa bertitik cair rendah.  Retak quench.  Tegangan sisa  Dekarburisasi (Tabel 2.8).  Dan lain-lain.


13


November 22, 2011

Tabel. 2.2 Pengaruh dekarburisasi terhadap batas lelah.

2.2

Pengaruh Temperatur Operasi Pada temperatur tinggi, kekuatan logam akan menurun sehingga deformasi plastis akan

lebih mudah terjadi dan batas lelah menjadi tidak jelas (hilang) yang disebabkan oleh karena pengaruh mobilitas dislokasi (lihat Gambar 2.9).

Gambar 2.9. Pengaruh temperatur terhadap batas lelah baja.

2.3

Pengaruh Kondisi Lingkungan Kondisi lingkungan yang korosif akan menyerang permukaan logam dan menghasilkan

lapisan oksida atau produk korosi. Umumnya oksida adalah sebagai lapis lindung dan dapat mencegah kerusakan korosi selanjutnya, tetapi pembebanan siklik dapat menyebabkan pecahnya lapisan tersebut dan kerusakan korosi berikutnya sehingga timbul korosi sumuran yang berfungsi sebagai takikan. Hal itulah yang menyebabkan penurunan kekuatan lelah, pengaruh lingkungan korosif ini menurunkan kekuatan lelah logam hingga 10 % serta dapat menyebabkan batas lelah menjadi tidak jelas (hilang) seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.10, 2.11 dan Tabel 2.3 dan 2.4 berikut ini. Teknik Mesin Universitas Sriwijaya | Mekanika Retakan

14


November 22, 2011

Gambar 2.10. Pengaruh lingkungan terhadap kurva S-N baja.

Gambar 2.11. Pengaruh kekuatan tarik terhadap korosi-lelah berbagai jenis baja. Tabel. 2.3 Kekuatan lelah baja pada beberapa kondisi lingkungan.


15


November 22, 2011

Tabel. 2.4 Pengaruh perlakuan permukaan terhadap korosi-lelah baja.

Gambar. 2.12 Pengaruh lingkungan dan variabel metalurgis lainnya terhadap batas lelah.


16


November 22, 2011

BAB III PEMBAHASAN

3.1

RESIDUAL STREES (TEGANGAN SISA) Tegangan sisa adalah tegangan yang bekerja pada bahan setelah semua gaya-gaya luar

yang bekerja pada bahan tersebut dihilangkan. Tegangan sisa ditimbulkan karena adanya deformasi plastis yang tidak seragam dalam suatu bahan, antara lain akibat perlakuan panas yang tidak merata atau perbedaan laju pendinginan pada bahan yang mengalami proses pengelasan Adanya tegangan sisa dalam suatu bahan kemungkinan dapat menguntungkan atau malah merugikan tergantung pada fungsi bahan, besar, dan arah tegangan sisa. Walaupun tegangan sisa secara visual tidak nampak, namun sesungguhnya tegangan sisa tersebut juga bertindak sebagai beban yang tetap yang akan menambah nilai beban kerja yang diberikan dari luar. Dalam proses pengelasan, bagian yang dilas menerima panas pengelasan setempat dan selama pemanasan berjalan terjadi pengembangan termal dan pelelehan logam. Pada saat proses

pengelasan

dihentikan,

mulai

terjadi

proses

selanjutnya

yaitu

proses

pembekuan(solidifikasi). Proses ini merupakan awal terbentuknya tegangan sisa karena terjadinya prosespembekuan diikuti adanya penyusutan volum bahan. Penyusutan volum bahan menyebabkan terjadinya regangan. Regangan pada bahan akan menyebabkan terjadinya tegangan yang sifatnya tetap dan disebut tegangan sisa.

3.1.1 Penyebab Terjadinya Tegangan Sisa: Penyebab terjadinya tegangan sisa ini adalah sebagai berikut : 1. Tegangan sisa sebagai akibat dari tegangan thermal seperti pada pengelasan dan perlakukan panas 2. Tegangan sisa yang disebabkan karena transformasi fasa(seperti baja karbon) 3. Tegangan sisa karena deformasi plastis yang tidak merata yang disebabkan gaya-gaya mekanis seperti pada pengerjaan dingin selama pengerolan, penempaan, pembentukan logam atau pekerjaan lain yang dilakukan dengan mesin


17


November 22, 2011

3.1.2 Sifat-sifat tegangan sisa 1. Tegangan sisa sangat tinggi biasanya terjadi di daerah las dan daerah HAZ 2. Tegangan sisa maksimum biasanya sampai tegangan luluh (yield stress) 3. Pada bahan yang mengalami transformasi fasa minsalkan baja karbon rendah, tegangan sisa mungkin berfariasi pada permukaan dan bagian dalam dari logam induk

3.1.3 Pengaruh tegangan sisa 1. Tegangan sisa yang disebabkan oleh proses pengelasn dapat mempengaruhi sifat-sifat mekanis struktur las seperti patah getas, kelelahan, dan retak karena kombinasi tegangan dan korosi 2. Pengaruh tegangan sisa menurub jika tegangan yang bekerja pada bahan meningkat. 3. Pengaruh tegangan sisa pada struktur las bias diabaikan jika tegangan yang bekerja pada struktur tersebut melebihi tegangan luluhnya 4. Pengaruh tegangan sisa menurun setelah pembenan berulang.

3.2

SAND BLASTING Sandblasting adalah suatu proses pembersihan permukaan dengan cara menembakan

partikel (Pasir) ke suatu permukaan material sehingga menimbulkan gesekan / tumbukan. Permukaan material tersebut akan menjadi bersih dan kasar. Tingkat kekasarannya dapat disesuaikan dengan ukuran pasirnya serta tekanannya. Sandblasting dipilih kerna proses ini yang paling cepat dan efisien untuk membersihkan permukaan material yang terkontaminasi oleh berbagai kotoran terutama karat. Efek dari sandblasting ini membuat permukannya menjadi kasar dan permukaan yang kasar ini membuat cat dapat melekat dengan kuat.

3.2.1 Keuntungan dari Sandblasting : 1. Membersihkan permukaan material (besi) dari kontaminasi seperti karat, tanah, minyak, cat, garam dan lainnya. 2. Mengupas cat lama yang sudah rusak atau pudar 3. Membuat profile (kekasaran) pada permukaan metal sehingga cat lebih melekat.


18


November 22, 2011

Gambar. 3.1 Proses Perlakuan Permukaan Sandblasting


19


3.3

November 22, 2011

SURFACE HARDENING Pengerasan adalah proses pemanasan baja sampai suhu di daerah atau di atas daerah

kritis disusul dengan pendinginan yang cepat. Bila kadar karbon diketahui, suhu pemanasannya dapat dibaca dari diagram fasa besi-karbida besi. Akan tetapi tata komposisi baja tidak diketahui, perlu diadakan percobaan untuk mengetahui daerah pemanasannya. Cara yang terbaik ialah memanaskan dan mencelupkan beberapa potong baja pada berbagai suhu yang tepat, sehingga terjadi perubahan dalam kekerasan dan sifat lainnya. Pada setiap operasi perlakuan panas, laju pemanasan merupakan faktor yang sangat penting. Panas merambat dari luar ke dalam dengan kecepatan tertentu. Bila pemanasan terlalu cepat, bagian luar akan jauh lebih panas dari bagian dalam sehingga tidak dapat diperoleh struktur yang merata. Bila bentuk benda tidak teratur, benda harus dipanaskan perlahan-lahan agar tidak mengalami distorsi atau retak. Makin besar potongan benda makin lama waktu yag diperlukan untuk memperoleh hasil yang merata. Kekerasan yang dicapai tergantung pada laju pendinginan, kadar karbon dan ukuran benda. Pada baja paduan, jenis dan jumlah paduan akan mempengaruhi kemampuan pengerasan.  Untuk pendinginan yang cepat dapat digunakan air garam (salt water) atau disemprotkan dengan air. Ada beberapa jenis logam yang dapat dikeraskan dengan pendinginan udara. Akan tetapi untuk baja biasa, laju pendinginan udara terlalu lambat. Benda yang agak besar biasanya dicelupkan dalam minyak. Suhu media pencelupan harus merata agar dapat dicapai pendinginan yang merata pula.  Baja dengan kadar karbon rendah sulit untuk dikeraskan. Dengan meningkatnya kadar karbon sampai sekitar 0,60 % kekerasan akan naik pula, dan ketika diatas 0,60% C kenaikan harga karbon hanya sedikit pengaruhnya. Karena diatas suhu eutektoid baja dalam keadan anil terdiri dari perlit dan sementit. Untuk sebagian besar baja, terdiri dari perlit yang dapat diubah menjadi baja yang keras.  Benda yang ukuran lebih besar pada umumnya akan menghasilkan permukaan yang kurang meskipun kondisi perlakuan panas tetap sama. Hal ini disebabkan oleh terbatasnya jumlah panas yang dapat merambat ke permukaan. Oleh karena itu kekerasan di bagian dalam benda akan lebih rendah daripada bagian luar.


20


November 22, 2011

3.3.1 JENIS JENIS PENGERASAN PERMUKAAN 1)

Karburisasi Baja karbon rendah dengan kadar karbon C = 0,15 % umumnya dikeraskan melalui proses pencelupan. Selama proses karburisasi kadar karbon lapisan luar dapat ditingkatkan sampai 0,9 – 1,2 % C. Baja dengan kadar karbon yang berbeda dengan sendirinya memerlukan perlakuan panas khusus mengingat adanya perbedaan suhu kritis pada lapisanlapisan yang berbeda. Selama proses karburisasi yang cukup lama, terjadi pertumbuhan butir dalam baja, oleh karena itu baja perlu dipanaskan hingga suhu kritis inti, kemudian didinginkan dengan demikian diperoleh inti dengan butirbutir yang halus. Baja kemudian di panaskan diatas suhu transformasi lapisan luar, AC1. Kemudian dicelup untuk memperoleh lapisan keras dan halus. Suhu yang lebih rendah ini disebabkan oleh karena suhu austenisasi baja hipereutektoid sedikit diatas suhu kritis. Bila diperlukan dapat dilakukan perlakuan panas lanjut untuk menghilangkan tegangan.

2)

Karbonitriding Karbonitriding, sianida kering atau nikarbing adalah suatu proses pengerasan permukaan dimana baja dipanaskan di atas suhu kritis dalam lingkungan gas dan terjadi penyerapan karbon dan nitrogen. Dapat digunakan gas ammonia atau gas yang kaya akan karbon. Lapisan yang tahan aus mempunyai ketebalan antara 0,08 sampai 0,75 mm. Keuntungan karbonitridng ialah bahwa kemampuan pengerasan lapisan luar meningkat bila ditambahkan nitrogen sehingga dapat dimanfaatkan baja yang relatif murah.

3)

Cyniding Cyniding atau karbonitriding cair merupakan proses dimana terjadi absorpsi karbon dan nitrogen untuk memperoleh permukaan yang keras pada baja karbon rendah yang sulit dikeraskan. Benda yang dikeraskan dimasukkan ke dalam dapur yang mengandung garam cynida natrium, suhunya sedikit di atas daerah Ac1. Lama pemanasan tergantung pada permukaan yang akan dikeraskan. Benda kemudian dicelupkan ke dalam air atau minyak untuk mendapatkan permukaan yang keras. Tebal Teknik Mesin Universitas Sriwijaya | Mekanika Retakan

21


November 22, 2011

lapisan berkisar antara 0,10 sampai 0,40 mm. Cyniding terutama diterapkan untuk perlakuan panas bagian-bagian yang kecil.

4)

Nitriding Proses nitriding adalah salah satu proses pengerasan permukaan. Disini digunakn bahan dan suhu pemanasan yang berlainan. Logam dipanaskan sampai sekitar 510 oC di dalam lingkungan gas amonia selama beberapa waktu. Nitrogen yang diserap oleh logam akan membentuk nitrida yang keras yang tersebar merata pada permukaan logam. Pada Nitriding cair (liquid nitriding) digunakan garam cynida cair sedang suhunya dipertahankan di bawah daerah transformasi. Penyerapan nitrogen lebih mudah sedang karbon yang menyerap lebih sedikit dibandingkan dengan proses cyaniding atau karburisasi. Dapat dicapai ketebalan antara 0,03 sampai 0,30 mm. Pada sebagian besar logam, dislokasi bergerak bila gaya mencapai nilai tertentu hingga menimbulkan deformasi. Pentingnya dislokasi tidak dapat disangkal lagi, karena semua sifat mekanik logam dapat dijelaskan dengan dislokasi. Dislokasi dapat bergerak bebas dalam kisi kristal atau terpaku disuatu tempat.

Gambar. 3.2 Jenis jenis profil yang dilakukan surface hardening


22


3.4

November 22, 2011

SHOOT PEENING Proses shot peening adalah proses pengerjaan dingin yang sering digunakan pada

pembentukan, pembersihan dan untuk menaikkan kekuatan lelah dari material. Material yang digunakan adalah baja dengan kandungan karbon menengah. Proses perlakuan panas pada baja adalah untuk memperbaiki sifat-sifat mekanik dari baja tersebut serta mengetahui pengaruh perlakuan panas dan shot peening terhadap sifat mekanis dan umur lelah baja SUP 9. Dalam percobaan ini material dikenai perlakuan panas, yaitu quenching dan tempering serta ada yang tidak mengalami perlakuan panas. Kedua jenis material tersebut kemudian ditembak dengan bijih besi (shot peening dengan variasi yang sudah ditentukan) serta ada yang tanpa proses shot peening. Setelah itu material dari hasil kedua proses tersebut diatas dilakukan pengujian tarik (tensile test), pengujian kekerasan (hardnes test), pengujian kelelahan (fatigue test) serta pengujian metallographi. Dari penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa proses perlakuan panas dan shot peening dapat memperbaiki sifat-sifat mekanis dari baja seperti kekerasan, ketangguhan, dan kelelahan dengan ratarata kenaikan 25-35 %.

3.4.1 APLIKASI SHOOT PEENING Teknologi membersihkan Blast efektif dapat memperkuat dan meningkatkan mobil komponen kunci untuk meningkatkan umur kelelahan dan ketahanan korosi. Saat ini, banyak produsen mobil terkenal di dunia dan produsen komponen telah dimasukkan dalam standar akan meningkatkan proses produksi, waktu yang sama, memperkuat peralatan pabrik dan perangkat

lain,

seperti

pembentukan

baris

lengkap

manufaktur

modern.

Sebagai teknologi terus memperkuat pengembangan ledakan, yang digunakan dalam pembuatan komponen otomotif kunci untuk memperbaiki dan meningkatkan umur kelelahan anti-kendaraan sudah semakin menjadi fokus perhatian, dan di mobil, truk, sepeda motor dan desain lain dari yang pertama sepenuhnya dipertimbangkan dan pentingnya. Saat ini, sebagian dari desain bagian-bagian mesin akan memiliki spray tembakan untuk memperkuat aplikasi teknis dan teknologi, termasuk: crankshaft (dengan skala oksida dan ditingkatkan), menghubungkan batang (ditingkatkan), gigi transmisi dan komponen poros lainnya, cincin gigi, piston, gear matahari dan gigi planet dan musim semi seperti musim semi dan bulat. Sejumlah besar onderdil mobil, apakah itu tuang / tempa, die casting, atau bagian memotong mekanik, bagian pengelasan yang perlu menggunakan berbagai jenis semprot / permukaan peralatan pengobatan parabola, seperti Gear, crankshaft pembuatan Teknik Mesin Universitas Sriwijaya | Mekanika Retakan

23


November 22, 2011

proses shot blasting Sebagai bagian dari proses manufaktur, panas gigi diobati, crankshaft kebutuhan oleh shot blasting untuk menghilangkan permukaan oksida termal. Gear, crankshaft ditempatkan pada roda silinder berputar, gulir, gigi, semua permukaan sepenuhnya terkena crankshaft di sejumlah proyektil diusir dari pil pertama gudang gigi, dampak dari berbagai perspektif untuk membuat pellet, crankshaft benar-benar membersihkan permukaan luar . Gear, crankshaft menentukan pemilihan ukuran dari jenis mesin shot blasting. Untuk mesin besar, crankshaft mungkin ukuran φ762mm besar, panjang 6096mm, crankshaft gear dipasang di stasiun ditempatkan di ruang roda mobil. Ada beberapa cara kerja, pelanggan dapat berbelanja sesuai dengan tanaman yang sebenarnya mereka untuk memilih kepala cast tetap, akan memungkinkan troli tersebut akan dipindahkan di kepala polishing mobil juga bisa diperbaiki, bergerak di bagian atas kepala melempar. Either jalan jalan, ditempatkan di antara roda engkol berputar, sehingga diterima sepenuhnya pembersihan ledakan permukaan. Kecil gear, poros engkol, seperti φ152 ~ 203mm, 914mm panjang, biasanya dengan menggantung spin shot shot mesin peledakan. Gear, crankshaft ditangguhkan dari kait, dan kemudian hidupkan oleh rantai gantung untuk dilempar ke instalasi lebih dari satu kamar ditembak kepala, tembakan peledakan. Hook shot ruang peledakan di rotasi, sehingga benda kerja sepenuhnya terkena pil kecepatan tinggi gudang, sisi oleh spin sisi. -Up bersih kecepatan hingga 250 / jam, dan efek pembersihan sangat baik. Meskipun persyaratan pengendalian proses sehingga dapat memperkuat keras, tetapi ledakan modern membersihkan peralatan poros engkol melalui parameter pemantauan proses untuk

memastikan

kualitas

pembersihan.

Gear,

crankshaft

ditingkatkan

Sebagai poros engkol dalam bekerja di bawah tekanan bolak, perubahan permukaan fillet jurnal transfer stres dan kelelahan regangan berisiko kerusakan tinggi. Saat ini, untuk mengubah poros engkol melalui tembakan peening kinerja kelelahan telah umum dalam berbagai aplikasi, dan memuaskan. Cacat proses rolling tradisional, karena gigi, crankshaft pembatasan teknologi pengolahan, yang fillet jurnal sulit untuk mencocokkan dengan roda, sering terjadi fenomena makan fillet potong, tapi setelah rolling gigi, deformasi crankshaft dari besar, tidak efektif. Mekanisme peening Shot adalah penggunaan kontrol yang ketat dengan diameter dan memiliki intensitas tertentu tablet pil, aliran udara berkecepatan tinggi, pembentukan proyektil dan jet mengalir terus-menerus untuk engkol permukaan logam, seperti palu untuk memalu dengan banyak, sehingga permukaan poros engkol deformasi plastik yang sangat Teknik Mesin Universitas Sriwijaya | Mekanika Retakan

24


November 22, 2011

kuat, pembentukan lapisan pengerasan dingin. Singkatnya, oleh poros engkol dalam pengolahan peran berbagai gaya pemotongan mekanik, permukaan penampang perubahan, khususnya fillet poros engkol transfer stres sangat tidak merata kerja, tetapi juga oleh stres bolak-balik, mudah untuk menghasilkan korosi tegangan mengurangi umur fatigue dari crankshaft meninggalkan. Proses peening ditembak adalah melalui pengenalan komponen pra-stres di masa depan untuk mengimbangi siklus kerja akan tegangan tarik, sehingga meningkatkan kinerja dan keamanan dari kehidupan kelelahan benda kerja. Untuk proses peening shot, ada dua parameter kunci. Salah satunya adalah intensitas tegangan, yang biasanya "spesimen Al-pintu" untuk pengujian kekuatan. Jumlah spesimen tetap di roda gigi, poros engkol dari permukaan yang berbeda, khususnya, perubahan tegangan pada bagian yang paling terkonsentrasi crankshaft transfer fillet, dengan peening tembakan, dampak stres spesimen hasil yang dihasilkan oleh lagu busur spesimen. Perluasan perubahan kelengkungan dan dampak bahan pil sebanding dengan energi. Lain untuk menentukan parameter utama kualitas cakupan shot peening, ini terutama mengacu pada penguatan luas permukaan diduduki oleh permukaan kawah, rasio total untuk memperkuat argumen oleh para insinyur poros engkol desain untuk mendefinisikan, biasanya membutuhkan 100% hingga 200% Beberapa aplikasi mungkin memerlukan jangkauan dari crankshaft dari 200%.Menurut kekerasan gigi poros engkol dan stres tekan ke kekuatan ideal peening shot sering digunakan crankshaft kekerasan Pelet 50 ~ 55 HRC, ukuran S 280 ~ S 330 (0,7 mm ~ 0,84 mm). Hal ini menciptakan "Al-gerbang chip test" pada kekuatan rentang adalah sekitar 0,008 ~ 0,010 C (0.025 pada skala A). Dibandingkan dengan peledakan shot, shot peening parameter proses pemantauan yang lebih ketat. Untuk memperkuat penerapan poros engkol, kebutuhan untuk memantau parameter meliputi: kecepatan Shot, kekuatan tembakan, diameter pil partikel, ditembak jarak, waktu dan cakupan ditingkatkan. Setiap perubahan ini parameter, akan ke berbagai tingkat, efek pengerasan permukaan crankshaft. Penerapan teknologi peening ditembak dikendalikan, memungkinkan poros engkol dan yang lainnya di kondisi beban tinggi, kekuatan kelelahan bagian dari pekerjaan secara substansial meningkat, sehingga sangat memperpanjang umur kelelahan bagian-bagian. Maju dan teknologi canggih dengan program komputer yang mampu peralatan peledakan, ditembak peening proses dimonitor untuk memastikan kualitas peening ditembak konstan dan pengulangan. Saat ini, banyak produsen mobil terkenal di dunia dan produsen komponen telah dimasukkan dalam standar akan meningkatkan proses produksi, perangkat tambahan dan peralatan manufaktur lainnya, seperti pembentukan baris lengkap manufaktur modern. Teknik Mesin Universitas Sriwijaya | Mekanika Retakan

25


November 22, 2011

Gambar. 3.3 Shoot-peening


26


3.5

November 22, 2011

HOT DIPPING (COATING) Pelapisan dengan celup panas dilakukan dengan cara mencelupkan logam yang akan

dilapisi ke dalam logam pelapis yang berada dalam keadaan cair. Karena itu titik cair logam yang akan dilapisi harus lebih tinggi dari titik cair logam pelapis. Metode pelapisan Celup panas yang paling dikenal di tingkat komersial adalah pelapisan sheet baja dengan Zinc pada pembuatan atap seng. Untuk mengenal lebih dalam tentang praktek Pelapisan Celup Panas dalam skala industri, dapat kita lihat pada sebuah pabrik di kota Palembang sebagai acuan praktis. Pabrik ini memproses baja lembaran polos menjadi seng gelombang dengan volume produksi mencapai 150.000 m3 per tahun. Pabrik ini merupakan pabrik baja dengan tingkat proses sekunder. Umumnya pabrik seng memproses “cold rolled steel sheet” dengan tebal 0,2 mm menjadi “zinc plated sheet” dengan metode hot dipping” Secara garis besar proses Zinc Coating berlangsung dengan rangkaian proses seperti pada gambar : Cold Rolled Steel Sheet

Degreasing

Picking (13% HCl)

Rinsing

Drying

Fluxing

Hot Dipping

Cooling

Chromating


27


November 22, 2011

Air Drying

Shearing

Coorugating

Marketing

Proses yang terjadi pada setiap tahapan adalah sebagai berikut :  Degreasing, adalah suatu proses untuk menghilangkan lemak, minyak dan kotoran lain yang melekat pada permukaan CRS (Colled Rolled Steel Sheet). Proses ini dilakukan paling awal dengan air bercampur chloride pada konsentrasi rendah.  Pickling, adalah proses pembersihan pemukaan CRS dengan larutan berupa air dengan 10% HCL pada suhu kamar. Proses ini dimaksudkan agr permukaan CRS bebas dari lapisan pasif yang dapat menghalangi proses pelapisan.  Rinsing, adalah proses pembersihan permukaan CRS dari unsur-unsur chloride yang berasal dari proses degreasing dan proses pickling yang dilakukan sebelumnya serta untuk membersihkan kotoran yang mungkin masih melekat pada permukaan CRS setelah proses itu. Proses ini dilakukan dengan air hangat tanpa campuran pada temperature 60 0C – 80 0

C. Pemanasan air ini dilakukan dengan suplai uap yang terus menerus.

 Drying, adalah proses pengeringan permukaan CRS yang sudah bersih dari proses sebelumnya. Pengeringan dilakukan dengan pemanasan yang berasal dari “filament” yang ditempatkan di sepanjang laluan CRS.  Fluxing, merupakan persiapan akhir yang dilakukan agar bahan pelapis dapat melekat dengan baik di permukaan CRS. Larutan fluxing berupa 0,85 Kg ZnCl2 dan 0,8 Kg NH4Cl yang dilarutkan dalam lima liter air. Kapasitas tanki fluxing adalah 600 liter dengan penambahan terus menerus sebanyak 4 Kg fluxing per 1 ton CRS. Pengeringan tak perlu dilakukan setelah fluxing, karena temperature operasi fluxing yang berkisar pada 3400C.  Hot Dipping, merupakan proses celup panas setelah fluxing. Pada proses ini CRS yang akan dilapisi dilewatkan pada tanki Zn cair yang berada pada temperature 440 oC -450oC. Dalam bahan pelapis ini terkandung juga belerang dan Antitin (Antimony dan Tin Ingot) yang berfungsi untuk memberikan efek mengkilap pada permukaan. Teknik Mesin Universitas Sriwijaya | Mekanika Retakan

28


November 22, 2011

 Cooling, yaitu pendinginan CRS dengan air pada suhu kamar. Proses ini sekaligus memberikan efek “tempered” terhadap permukaan pelapis. Setelah itu dilanjutkan dengan proses pelapisan lanjutan berupa “chromatizing”.  Chromatizing, merupakan proses yang berguna untuk membuat agar CRS yang sudah dilapisi awet dalam penyimpanan. Chromatizing merupakan proses pelapisan lanjutan dengan Sodium Dichromat (crO3) ke permukaan seng.  Drying dengan udara hembus. Proses ini dilakukan dengan udara hembus untuk memberikan efek “Sakura Flower” pada permukaan CRS. Setelah proses ini, maka CRS sudah selesai diproses dan dapat disebut sebagai “Galvanized CRS”.  Shearing, yaitu proses pemotongan galvanized CRS dengan gunting. Proses ini sudah merupakan proses teknis biasa yang merupakan proses pelapisan.  Corrugating, yaitu proses pembuatan gelombang pada galvanized CRS. Proses ini dilakukn dengan Corrugated rolls.  Marketing, merupakan proses akhir dari proses produksi galvanized CRS. Perlu diketahui ahwa untuk mendapatkan suatu hasil yang baik, proses pelapisan Celup Panas memiliki keterbatasan dalam penerapannya, yitu :  Bentuk permukaan logam yang akan dilapisi tiada kompleks.  Pelapisan relative tebal, yaitu sekitar 50 hingga 150 mils. Guna memperkecil resiko teknis yang dapat timbul, maka metode pelapisan ini treutama diterapkan pada pelapisan yang tidak memerlukan kerataan permukaan secara mutlak.


29


November 22, 2011

BAB IV PENUTUP

4.1

Kesimpulan Kelelahan logam diawali dengan pembentukan awal retak dan dilanjutkan dengan

penjalaran retakan hingga komponen mengalami patah. Lokasi awal retak pada komponen atau logam yang mengalami pembebanan dinamis atau siklik adalah pada titik daerah dimana memiliki kekuatan yang paling minimum dan atau pada titik daerah dimana mengalami tegangan yang paling maksimum. Oleh karena itu untuk memperkirakan umur lelah suatu komponen merupakan suatu hal yang cukup sulit, hal ini disebabkan oleh banyaknya faktorfaktor yang mempengaruhi umur lelahnya. Salah satu faktor yang mempengaruhi umur Kelelahan logam merupakan suatu fenomena permukaan, sehingga kondisi permukaan (surface finish) logam akan sangat mempengaruhi batas lelahnya. Kondisi permukaan tersebut sangat ditentukan oleh perlakuan permukaan seperti:  Plating, dimana proses ini akan menghasilkan tegangan sisa tarik pada permukaan logam.  Thermal (proses diffusi), seperti karburisasi, nitriding, dan lainnya dapat menimbulkan tegangan sisa tekan pada permukaan logam.  Mechanical, misalnya shot peening, dapat menghasilkan tegangan sisa tekan pada permukaan logam.

4.2

Saran

 Kelelahan adalah pertumbuhan inti dan pertumbuhan dari retakan dibawah kondisi siklus tegangan dan regangan  Umur lelah dapat ditingkatkan dengan:  Mengontrol tegangan  Mengontrol struktur mikro  Mengontrol penyelesaian permukaan  Umur lelah dapat dapat diprediksi dengan  komponen presisi dan bertakik  kurva T-S, R-S  komponen dengan retakan

 Persamaan Paris


30


November 22, 2011

DAFTAR PUSTAKA

Chandra, H. 1993. Analisis Kegagalan Feed Tube Centrifuge. Thesis. ITB. Bandung Brooke, D., thn….Elementary of Fracture Mechanics ASM vol,,, thn,…………. Masanori, K. 2000. Fracture Mechanics. Science University of Technology. Tokyo, Japan. Kritzler, J., Effect Of Shot Peening On Stress Corrosion Cracking On Austenitic Stainless Steel, International Conference of Shot Peening 7th , Marsaw, Poland, 1998, pp.199208.


31

Tugas Mekanika Retakan Rendra Maha Putra Jf (03081005009)

Recommend Documents