BAB II TINJAUAN PUSTAKA. Fatik merupakan terjadinya kerusakan material akibat pembebanan yang

Transkripsi

1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Lelah (fatigue) Fatik merupakan terjadinya kerusakan material akibat pembebanan yang terus menerus. Dari pernyataan tersebut didapatkan bahwa apabila pada sebuah material diberikan tegangan secara terus menerus maka akan menyebabkan materia tersebut menjadi mengalami kerusakan karena tegangan yang lebih rendah dari pada tegangan yang diperlukan supaya mengakibatkan kerusakan pada berat statik. Kerusakan karena beban menerus atau terus menerus ini disebut keruskan lelah (fatigue failures) karena pada normalnya kerusakan material tersebut terjadi setelah kurun waktu penggunaan yang lumanyan lama. Cara kerja terjadinya kerusakan fatik dapat dibagi menjadi tiga katagori yakni : mula-mula retak (initiation crack), peroses retak (crack propagation), dan keruskan akhir (fracture failure) Awal Retak (initiation crack) Awal keretakan dapat disebabkan oleh Cacat (defect) pada susunan. Menurut asal mula terbuatnya cacat pada struktur dapat diklasifikasikan langsung dua kumpulan antara lain a. Kekurangan yang terjadi padasaat waktu fabrikasi,yang diakibatkan oleh : 1. Kekurangan lateral yang langsung pada spesimen (material defect). 4

2 5 2. Kekurangan yang dikarenakan oleh runtutan perlakuaan material (manufacturing defect). Misalnya tidak runcing perlengkapan peralatan atau buruknya perlengkapan yang dipakai untuk pengerjaan bahan, panas yang terlalu berlebih yang diakibatkan karena pengelasan dan setrusnya. 3. Penentuan bahan bahan yang kliru atau runtutan treatment yang berupa pemberian panas pada bahan (poor choise of material or heat treatment). Contoh penentuan bahan yang kurang tepat misalnya seperti, bahan yang sewajibnya dipergunakan untuk fatigue namun ingin dipergunakan untuk corrosion cracking karena penentuan treatment panas yang kurang memahami komposisi treatment yang tepat. Pemberian suhu seperti carburizing padat kuat bagian terluar kurang sedikit senantiasa mengakibatkan berubahan pada permukaan bahan. 4. Rekayasa pembuatan dari bahan yang kliru (poor choise of production technique). 5. Perancangan bahab yang kliru (poor detail design). b. Kelainan yang terjadi pada waktu service susunan, antara lain diakibatkan pada saat : 1. Kelelahan susuanan, terjadi pada saat susunan mencapai usia kelelahan atau yang biasa di sebut limit kekuatan material.

3 2. Fluktuasi tegangan pada saat permukaan yang sudah pada kondisi korosi pada saat mengalami tegangan Perambatan Retak (crack propagation ) Kegagalan fracture yang disebabkan oleh jumlah total siklus merupakan penambahan jumlah putaran yang mengakibatkan retakan permulaan dan fase merambatannya retakan tersebut. Initiation Crack ini tumbuh menjadi microcracks. Pembuatan atau penggabungan microcracks ini belakangan mengambarkan macrocracks yang akan berakhir pada failure Perpatahan akhir (fracture failure) Runtutan belakangan tidak cukup pada runtutan saat terjadi pemberatan, sehingga runtutan tersebut menjalani kerusakan disebut dengan Final fracture. Ketika terjadi melalui retak, pada permukaan tersebut akan kehilangan sampai pada kondisi disaat permukaan pada bagian tersebut tidak kuat lagi bertahan dari berat. Pada langkah ini pernyataan kerusakan terjadi lebih cepat sehingga runtutan akan di bagi menjadi dua. Pernyataan yang cepat itu di namakan dengan fast fracture. Fatik atau kelelahan adalah runtutan perubahan susunan tetap progressive localized pada keadaan yang mendapatkan fluktuasi tencion dan compresi dibawah batas ketahanan tarik dan pada bagian titik atau banyak titik dapat mengujung menjadi rusak (crack) atau

4 7 putus (fracture) aturan semua setelah fluktuasi pasti (Zulhanif, 2002). Proses fatik langsung berlaku selama jarak waktu tertentu atau jangka penggunaan, sejak spesimen atau susunan dipakai disebut dengan Progressive. Sedangkan Localized yaitu runtutan fatik berkerja pada luasan posisi yang memdapat tarikan dan tekan yang tinggi dikarenakan pengaruh berat dari luar, bergati geometri, perbedaan suhu, tegangan sisa dan ketidak sempurnaan diri. Crack adalah suatu mula - mula berlakunya kegagalan atau kerusakan fatik dimana crack menjalar karena terdapat berat menerus. Sedangkan bagian akhir dari runtutan fatigue dimana spesimen tidak dapat berthan dari tegangan dan regangan bekarja sehingga putus langsung berlaku dua bagian atau lebih banyak disebut dengan Fracture. Aturan wajar logam yang bergambaran kristalin adalah molekul - molekul yang diatur secara sistematis. Tidak sedikit susuanan logam yang bergambar poli kristalin tersebut terdiri dari sebanyak besar kristal-kristal yang diatur secara sendiri. Bagian - bagian butir kristal mempunyai watak mekanik yang khusus, tujuan kumpulan serta kumpulan bagian tujuan, diposisi sebagian butir dapat diorientasikan sebagai bagian-bagian yang gampang tergelincir atau melorot dalam tujuan tegangan geser maksimum. tergelincir yang dilakuakan pada baja - baja liat tersebut adalah dengan peralihan tempat dislokasi dengan jarak penampang kristalografi. Meluncur yang bekerja diakibatkan karena barat putaran monotonic.

5 8 Ketetapan fatik suatu material bergantung pada treatment penambang atau keadaan penampang dan suhu yang bekerja pada material. Perlakuan permukaan dapat mengubah keadaan penampang dan tarikan sisa di penampang. Treatment pernampang shoot peening mendapatkan hasil tarikan sisa tegangan yang mendapatkan ketetapan lelah yang naik ( Collins,1981). Sedangkan treatment penampang yang mendapatkan tegangan sisa tarik mereduksikan ketahanan fatigue-nya sehinggal mengalami patah. Keadaan ini terjadi akibat pada penampang terjadi pemusatan tekan atau tarik yang terbesar. Pada keadaan penampang sedang yang diberi tarik maka pada tegangan yang berlawanan arah akan mengmendapatkan tekan yang sangat besar. tarik tekan akan mengurangi berlakunya laju menjalarnya retak atau initial crack sehingga kekuatan lelah naik, dan akan berakibat lain apabila terjadi tegangan tarik pada penampang material. Pada awalnya kerusakan material pada fatik diawali dari berlakunya kerusakan pada penampang barang uji. keadaan tersebut menandakan bahwa watak-watak fatik sangat sensitif terhadap keadaan penampang, yang berpengaruh pada berbagai kadaan antaranya padat kuat penampang, menjadi watak-watak lain penampang dan Tarik sisa penampang ( Dieter, 1992). Pembarian data fatik perancangan memakai kurva S-N yaitu pembagian tarik (S) jumlah putaran sampai berakibat rusak (N). Grafik S-N ini terbaik memanfaatkan skala semi log seperti dilihat pada gambar 2.1

6 9 Untuk berbagai material teknis yang wajib. Gambar : 2.1. Grafik S-N Grafik tersebut didapatkan dari pembagian tarikan terhadap banyaknya putaran mencapai berakibat patah pada spesimen penelitian. Pada Grafik tersebut putaran memakai skala logaritma. Batas kekuatan fatik (endurance limit ) logam ditetapkan pada banyaknya putaran N>10 7 ( Dieter, 1992). Pada sewajarnya rumus Grafik S-N dapat dinamakan oleh persamaan (dowling,1991) S = B + C ln (Nf) Dengan : B dan C yakni konstanta empiris bahan Penelitian fatik dikerjakan secara bertahab dengan membumbuhi stress level akibatnya logam akan menglami keggalan dalam kembali kebentuk sellanjutnya atau terjadi patah pada putaran tertentu. Untuk menghasilkan Grafik S-N diperlukan 8-12 material uji (Dieter, 1992).

7 10 Rusak fatik umumnya diawali dari penampang dimana lentur dan torsi mengakibatkan langsung dilakukan tarikan-tarikan yang kuat atau di bagian-bagian yang tidak datar menyebabkan terjadinya pemusatan tegangan. Oleh karena itu, batas kekuatan (endurance limit) sangat bergantung pada kualitas hasil penampang (Van Vlack,1983) penelitian fatik dikerjakan dengan Alat Uji Rotary Bending. Apabila alat uji diputar dan diberi berat, maka akan bekrja sebuah momen lentur pada pembebanan pengujian. Momen lentur ini menghasilkan terjadinya berat lentur pada penampang spesimen uji dan besarnya dihitung perhitungkan dengan rumus (international for use of ONO S,- ) Dengan: σ = Tegangan lentur ( kg/cm 2 ) W = Berat lentur (kg) d = Diameter alat uji (cm) 2.2 Penyebab Yang Mengikuti Ketahanan Lelah Penyebab penyebab yang mebuat sifat atau cenderung mengubah keadaan kelelahan atau ketahanan lelah diantaranya adalah bentuk pemberatan, siklus, suhu lingkungan (korosi), pemusatan tegangan, temperatur, kelelahan

8 11 spesimen, pengabungan bahan kimia, tarikan tarikan sisa, dan tarikan combinasi. penyebab penyebab yang cenderung menjadikan ketahanan lelah pada penetian ini adalah suhu tempat (korosi) dan jenis pemberatan sedangkan siklus, temperatur, penggabungan kimia dan tarikan sisa adalah sebagai variabel yang tetap selama penelitian sehingga tidak berpengaruh yang signifikan pada kekuatan lelah Penyebab Suhu Tempat Penyebab suhu tempat sangat mempengaruhi ketahanan lelah yaitu pada kelembaban relatif 70 % sampai 80% sebagaimana yang telah diteliti (Haftirman, 1995). Lingkungan dengan kelembaban yang tinggi dapat membentuk pit korosi dan retak pada permukaan spesimen yang menyebabkan terjadinya kegagalan lebih cepat Jenis Pemberatan Jenis pemberatan lebih ikut membentuk ketahanan lelah pada saat dalam penelitian (Ogawa, 1989) yang menyatakan bahwa baja S45S yang menyediakan jenis pemberatan lentur putar dan pemberatan aksial memiliki ketahanan lelah yang lebih lain, baja S45S dengan pemberatan aksial mempunyai ketahanan lelah sangat rendah dari pada baja yang mendapat pemberatan lentur putar Faktor Siklus Siklus antara 750 rpm hingga 1500 rpm memiliki ketahanan lelah yang mendekati sama namun siklus 50 rpm dapat mereduksikan ketahanan

9 12 lelah yang jauh lebih banyak dari siklus 750 rpm dan 1500 rpm, sehingga siklus yang hadir diantara 750 rpm hingga 1500 rpm tidak mempengaruhi ketahanan lelah secara signifikan (Iwamoto, 1989) Faktor Temperatur Temperatur lebih mempengaruhi ketahanan lelah dikarenakan temperatur dapat menaikkan konduktifitas elektrolit tempat sampai dapat mempercepat runtutan oksidasi. Untuk persyaratan pengujian normal pada temperatur, maka dilakukan pengujian pada temperatur kamar. Pada penelitian di temperatur 40 o C menghasilkan kerusakn yang memanjang pada benda uji dibandingkan pada penelitian di temperature 20 o C yang menghasilkan retakan yang halus, hal ini dikarenakan temperatur yang tinggi dapat mengakibatkan atom air yang terbuat menjadi kecil pada penampang baja sehingga dapat mempercepat terjadinya reaksi oksidasi dan membikin banyaknya pit korosi jauh lebih banyak, sehingga menghasilkan pit korosi menjadi cepat menyatu membikin kerusakan yang membujur. Secara normal ketahanan lelah baja akan reduksi pada saat bertambahnya temperatur di atas temperatur kamar kecuali baja lunak serta ketahanan lelah akan bertambah besar apabila temperatur reduksi (Dieter, 1986) Penyebab tegangan sisa penyabab tegangan sisa kemungkinan dapat muncul pada saat pembuatan material yang diturunkan melalui cara pengurangan pahat

10 sehalus mungkin terhadap bahan uji sehingga pengurangan pahat tidak mengakibatkan tegangan sisa maupun tegangan lentur pada bahan uji Penyebab kandungan kimia Pengaruh penyabab kandungan kimia pada ketahanan lelah di ingikan sama untuk semua bahan uji dengan di pilih material uji yang dibuat dalam satu kali runtutan produsi, sehingga didapatkan keadaan penelitian yang terstandarisasi untuk semua bahan uji. 2.3 Pengujian Kelelahan (Fatigue) Mesin Uji Fatique Ini adalah sketsa mesin uji fatik rotary bending Gambar : 2.2 sketsa alat uji fatique rotary bending ( Sastrawan, 2010) Komponen alat uji fatique : 1. Poros Menurut ( Sularso dan suga, 2002) Poros merupakan salah satu bagian mesin yang berguna sangat penting dalam penyusunan suatu

11 14 mesin. Kebanyakan motor listrik yang mereduksikan daya putar ke bagian mesin lain harus melewati suatu poros. sehingga poros memiliki manfaat untuk melanjutkan tenaga baik puntiran, torsi atau bending dari suatu part ke part yang lainnya. Berdasarkan klasifikasinya poros dibagi menjadi : a. Poros transmisi Poros ini bukan hanya sebagai support dari bagian mesin yang diputar, namun juga mendapat berat dan melanjutkan momen atau torsi. Berat yang didapat berupa berat puntir murni ataupun campuran berat puntir bending. Misalnya poros kopling, poros roda gigi dan seterusnya. b. Poros spindel Poros tipe ini yakni poros yang tidak pasti pendek, dan hanya mendapat puntir murni, walau seharusnya terdapat berat lentur, tetapi tidak pasti kecil dibandingkan berat puntirnya. Syarat yang harus diisi seluruhnya poros ini yakni perubahan wujudnya harus kecil dan bentuk serta dimensinya harus detail. c. Gandar Poros tipe ini merupakan poros yang tidak mendapat berat puntir. Dalam poros ini ada yang di gunakan aturan tetap pada membatunya, dan ada juga yang ikut berputar bersama-sama

12 dengan bagian mesin yang terpasang padanya. Dalam hal ini poros hanya mendapat berat lentur Motor listrik Motor listrik merupakan bagian perangkat elektromagnetis yang merubah energi listrik menjadi energi gerak. Perubahan ini terjadi dengan perubahan enegy listrik menjadi magnet yang disebut dengan elektromagnit. Diketahui bahwa, kutub-kutub dari magnet yang senama akan tolak menolak dan kutub-kutub yang tidak sama akan saling tarik menarik. Maka dari itu dapat diperoleh gerakan apabila dapat diperoleh sebuah magnet pada sebuah poros yang dapat berputar, dan magnet yang lain pada suatu posisi yang tetap. Dengan cara inilah daya listrik dapat berubah menjadi energi gerak.

13 Standar Spesimen Uji ASTM E Gambar : 2.3 Standar ASTM E ASTM E menjelaskan uji lentur puntir logam seperti baja atau logam paduan. Tes ini menentukan sifat mekanik yang penting seperti kekuatan yield, kekuatan tarik utama, perpanjangan, dan pengurangan daerah. Tes tarik E8 menentukan daktilitas dan kekuatan dari berbagai logam ketika bahan menjalani tegangan tarik uniaksial. Informasi tersebut penting untuk pengembangan paduan, desain, kontrol kualitas, dan perbandingan set yang berbeda dari logam.