1. Visual

Komponen dari “shaft com gear shift” yang mengalami kegagalan terjadi pada bagian sambungan antara poros (shaft) dan platenya diamana bagian tersebut ditunjukan pada gambar 3.1.

Dimensi shaft berkisar 28 cm sedangkan diameter dalam plate berkisara 1 cm.

Poros dan plate dilas menggunakan metode GMAW seperti yang dapat dilihat pada gambar 3.2. Type sambungan adalah fillet weld atau partial joint penetration (PJP) (gambar 3.3)

Gambar 3.1. Komponen shaft dengan plate sebelum dilas

Gambar 3.2. Komponen setelah dilas menggunakan GMAW

Bagian Lasan yang Lepas

Plate

Shaft

Gambar 3.3 Ilustrasi Fillet Weld

Dilihat pada bagian logam lasan yang tidak mengalami kegagalan (gambar 3.4) terlihat bahwa hasil visual logam lasan secara keseluruhan cukup baik dimana logam lasan bebas dari undercut. Namun demikian masih terdapat sedikit spatter yang menempel pada material yang sebaiknya dibuang setelah welding karena menggangu estetika dan dapat menyebakan imperfection jika dilakukan proses pelapisan setelah welding.

Pada bagian bawah welding (Gambar 3.5) dapat terlihat daerah HAZ yang merupakan hal yang wajar dalam proses pengelasan. Selain itu tidak terlihat adanya distorsi dimensi pada material.

Secara keseluruhan hasil pengamatan visual menunjukan adanya spatter yang sebaiknya dibuang. Karena spatter dapat mengganggu sisi kosmetik dari material dan dapat mengganggu proses pelapisan selanjutnya. [1]

Spatter dapat dikurangi / dicegah dengan mengecilkan penggunaan amperage atau mengurangi shielding gas flow rate. [1]

Gambar 3.4 Visual Bagian Atas Lasan

Gambar 3.5 Bagian Bawah Lasan

2. Chemical Composition

3. Mechanical Hardness

Analisis Uji Kekerasan 

Pengujian mekanis mengungkapkan perilaku elastis dan elastis material ketika gaya diterapkan pada suatu material. Uji mekanis menunjukkan apakah bahan atau komponen cocok untuk digunakan pada system dimana gaya-gaya mekanis bekerja yaitu dengan dengan mengukur elastisitas, kekuatan tarik, elongasi, kekerasan, fraktur, ketangguhan, resistensi terhadap impact, stress rupture, dan fatigue.

Uji kekerasan ini sangat berguna dalam pemilihan material karena menyediakan nilai kekerasan yang menunjukkan betapa mudahnya bahan dapat mesin dan seberapa baik material akan tahan terhadap aus. Uji kekerasan ini juga bermanfaat dalam pengmabilan keputusan mengenai perlakuan tambahan dan coating. Metode pengujian kekerasan meliputi: Rockwell, Knoop & Vickers, Brinell hardness testing. Pada data ini analisis kekerasan dilakukan dengan uji kekerasan dengan Vickers.

Uji kekerasan dengan Vickers ini sering digunakan karena lebih mudah daripada tes kekerasan lainnya karena dalam perhitungannya hanya diperlukan ukuran indenter, dan indenter dapat digunakan untuk semua bahan yang kekerasannya belum diketahui. Prinsip dasar uji Vicker, seperti halnya dengan semua uji kekerasan, adalah untuk mengamati kemampuan bahan untuk menahan deformasi plastis. Uji Vickers dapat digunakan untuk semua logam dan memiliki salah satu skala terluas untuk uji kekerasan. Satuan nilai kekerasan yang diberikan oleh uji ini dikenal sebagai angka Vickers Pyramid (HV) atau Diamond Pyramid Hardness (DPH). Angka kekerasan dapat dikonversi menjadi satuan dalam bentuk paskal, tetapi berbeda dengan tekanan, yang juga memiliki satuan paskal. Angka kekerasan ditentukan oleh beban pada area permukaan indentation.

Di bawah ini adalah hasil uji Vickers yang dilakukan sebanyak 6 titik pada komponen: (1) dasar plat 1, permukaan (2) Plat, (3) logam dasar 2, (4) Weld Metal, (5) Fusion line, (6) HAZ. Hasilnya menunjukkan berbagai nilai HV dengan nilai terendah 166 HV dalam logam dasar 1, dan tertinggi di fusion line dengan nilai 689 HV. 

Wakakak Lokasi

Deskripsi lokasi Kekerasan sampel 1 (HV)

1 Logam dasar 1 1662 Permukaan Plate 6133 Logam dasar 2 2434 Mengelas logam 3675 Fusi garis 6896 HAZ 396

 

 

Hasil Analisis

Batas kekerasan logam batas dapat ditandai dengan kemampuan untuk di lakukan proses dengan menggunakan mesin, ketangguhan menurun maka kekerasan meningkat. Ketangguhan adalah kombinasi dari kekuatan tinggi dan daktilitas. Ini adalah kemampuan bahan atau logam melawan fraktur, ditambah kemampuan untuk menahan kegagalan setelah kerusakan dimulai. Ketangguhan juga adalah kemampuan bahan untuk menolak awal distorsi permanen ditambah kemampuan untuk menahan kejutan atau menyerap energi. Dalam hasil uji kekerasan, nilai kekerasan permukaan plat dan garis fusi melebihi 600 HV, dan kenaikan nilai kekerasan juga terjadi di daerah HAZ dan area las yang nilai kekerasan lebih tinggi jika dibandingkan dengan nilai kekerasan logam dasar. Seperti disebutkan sebelumnya, jika nilai kekerasan meningkat akan menjadi penyebab ketangguhan menurun. Dengan penurunan ketangguhan bahan menjadi lebih rapuh, bahkan untuk impact yang rendah bahan atau komponen dapat mengakibatkan terjadinya patah akan lebih mudah. Jadi, jika patahnya poros dilihat dari uji kekerasan, penyebab patah karena beberapa daerah mengalami kenaikan nilai kekerasan dan itu menyebabkan efek getas.

4. Macroscopy and Microscopy

Gambar 4. Foto makro komponen shaft com gear shift yang belum rusak dengan pembesaran 7X, etsa 2% nital

Analisa: Pada foto ini terlihat bahwa tipe weld yang digunakan adalah single filet weld terlihat dari penetrasi hanya pada satu sisi. Pada sisi kanan, penetrasi terlihat bagus tanpa ada cacat pada bagian weld baik pada sambungan dengan cam shaft atau dengan gear shift plate. Namun berbeda dengan weld pada sisi kiri dimana terlihat jelas adanya cacat porosity (yang ditunjukan tanda panah diatas), hal ini ditandai dengan warna gelap ditengah-tengah warna terang.

Gambar 5. Foto makro potongan shaft com gear shift sisi kiri yang belum rusak, Etsa 2% Nital, Pembesaran 10X.

Analisa: Pada foto terlihat dengan jelas bahwa ada cacat pada sambungan las berupa porosity besar pada daerah sambungan las. Terlihat juga sambungan las dengan cam shaft gear shift tidak sempurna baik ukuran (weld size) dan kondisi sambungannya.

Gambar 6. Foto makro potongan shaft com gear shift sisi kanan yang belum rusak, Etsa 2% Nital, Pembesaran 10X.

Analisa: Pada foto diatas, terlihat penetrasi dan ukuran weld (weld size) dalam keadaan baik, hanya terlihat dua garis coklat semacam HAZ dengan terlihat warna terang di tengahnya. Kemungkinan beda komposisi yang significant pada daerah weld dan HAZ. Pada tanda panah merah diatas terdapat rongga antara cam shaft dengan plate yang meng-inisiasi korosi dan crack pada weld.

Gambar 7. Foto makro potongan shaft com gear shift yang rusak (rejected), Etsa 2% Nital, Pembesaran 10X.

Analisa: Pada gambar diatas terlihat dengan jelas bahwa penetrasi weld tidak bagus pada plate material, pada tanda panah diatas tampak retakan/crack/porosity sepanjang sambungan las dengan

material plate. Single filet weld juga menyebabkan adanya celah (Panah warna kuning) yang bisa terisi gas saat proses pengelasan berlangsung yang berpotensi mengalami kegagalan.

Gambar 8. Foto mikro struktur dari plate base metal dengan Etsa Nital,

Gambar 9. Foto mikro struktur dari shaft base metal dengan Etsa Nital,

Analisa: Dari dua foto diatas terlihat bahwa Struktur mikro logam dasar (base metal) dari sampel plat dan shaft menunjukkan khas struktur ferit-perlit (Gambar 8). Pada logam dasar dari plat

memiliki struktur mikro dengan butiran kristal yang kasar dibandingkan dengan logam dasar dari shaft, ini memperlihatkan bahwa kedua struktur memiliki sifat mekanikal yang berbeda.

Gambar 10. Foto mikro struktur dari permukaan carburized plate dengan Etsa Nital,

Gambar 11. Foto mikro struktur dari weld metal dengan Etsa Nital,

Analisa: Pada gambar 10 terlihat bahwa kandungan karbon dengan tingkat konsentrasi yang tinggi pada permukaan sampel plat sebagai akibat dari proses carburized untuk kekerasan permukaan plat. Sedangkan pada gambar 11 terlihat bahwa mikro struktur dari weld metal sendiri similar dengan

mikro struktur yang dimiliki oleh base metal dari shaft dimana ini menyatakan bahwa filler yang digunakan sesuai dengan base metal dari poros dan plat.

Gambar 12. Foto mikro struktur dari Heat-affected zone (HAZ) dengan Etsa Nital,

Gambar 13. Foto mikro struktur dari fusion line dengan Etsa Nital,

Analisa: Difusi karbon terjadi pada daerah las karena tingkat yang berbeda dari konsentrasi karbon dalam permukaan sampel plat dan poros. Hal ini dapat dijelaskan bahwa selama proses pengelasan,

konsentrasi karbon pada permukaan plat atau poros lebih tinggi dari daerah bagian dalam plat atau poros. Struktur bainit di daerah HAZ (Gambar 12) dan struktur bainit di daerah las (Gambar 11) menunjukkan tingkat kandungan karbon yang berbeda dimana kekerasan daerah las lebih rendah daripada derah HAZ, hal ini bisa dilihat dari hasil uji kekerasan yang mengindikasikan kisaran kekerasan struktur bainit. Gambar 10 dan 13 menunjukkan pembentukan nitrida dan karbida di garis fusi. Fase ini diproduksi oleh proses carbonitrided selama pembuatan piring dan dipastikan oleh kekerasan daerah, sekitar 689 HV (lihat tabel 2), bahwa nilai kekerasan cenderung besar dan rapuh.

5. Fractography

6. EDS – XRD

Pada hasil analisa EDS diperoleh data sebagai berikut:

Elemen Elemen (%)C 1.71O 41.62Si 0.47Cl 2.20Ca 0.23Ti 0.95Fe 27.66Zn 25.16

Data diatas menunjukkan adanya oksidasi, karena banyak sisa gas oksigen yang tidak terbakar mengikat elemen Fe dan membentuk oksida besi (FeO, Fe2O, dan Fe2O3). Oksida besi ini menyebabkan cacat las yang berupa slag inclution (kotoran yang ikut ke dalam deposit logam lasan), dan memicu terjadinya korosi serta meningkatkan porositas material.

Munculnya Zn dalam prosentase yang cukup besar, kemungkinan adalah ZnO yang berada dibagian permukaan, yang berdifusi kedalam lapisan, sehingga menurunkan strength karena meningkatkan porositas material.