Tugas Mekanika Retakan Rendra Maha Putra Jf (03081005009)

Universitas Sriwijaya FRACTURE MECHANICS

Rendra Maha Putra. Jf (03081005009) November 22, 2011

Teknik Mesin Universitas Sriwijaya | Mekanika Retakan 1

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




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.




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.




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.




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.




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.




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




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




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.




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




Gambar. 2.3 Pengaruh penempaan terhadap batas lelah baja.

Gambar. 2.4 Pengaruh anisotrop terhadap ketahanan patah.




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




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.




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.




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.




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

Gambar. 2.12 Pengaruh lingkungan dan variabel metalurgis lainnya

terhadap batas lelah.




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




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.




Gambar. 3.1 Proses Perlakuan Permukaan Sandblasting




3.3 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.




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 lapisan-

lapisan 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 butir-

butir 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




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




3.4 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




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




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.




Gambar. 3.3 Shoot-peening




3.5 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




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

0C. 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 -450

oC.

Dalam bahan pelapis ini terkandung juga belerang dan Antitin (Antimony dan Tin Ingot)

yang berfungsi untuk memberikan efek mengkilap pada permukaan.

Air Drying

Shearing

Coorugating

Marketing




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.




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 faktor-

faktor 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




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.199-

208.

Tugas Mekanika Retakan Rendra Maha Putra Jf (03081005009)

Documents

Transcript of Tugas Mekanika Retakan Rendra Maha Putra Jf (03081005009)