KARAKTERISTIK PRODUK REM BLOK METALIK UNTUK KERETA API PADA INDUSTRI KECIL PENGECORAN LOGAM Lutiyatmi, Tri Daryanto Program Studi Teknik Pengecoran Logam, Politeknik Manufaktur Ceper e-mail : yatmiluti@yahoo.co.id ABSTRAK Kereta api merupakan alat transportasi darat yang efisien dan penting bagi distribusi barang dan penumpang. Peranan penting kereta api tersebut membutuhkan kehandalan komponen-komponen pendukungnya salah satunya sepatu rem kereta api disebut juga rem blok metalik. Rem blok metalik ini banyak diproduksi di sentra industri kecil pengecoran logam, yang jumlahnya relatif banyak. Produk rem blok metalik yang mereka buat berbeda-beda, sehingga perlu diperhatikan dan diteliti lebih lanjut untuk mengetahui karakteristik produk rem blok metalik yang dihasilkan. Penelitian ini dilakukan dengan mengamati, menganalisa dan meneliti lebih detail tentang produk rem blok metalik ini dengan lebih memperhatikan beberapa hal penting dapat menentukan secara rinci karakteristik dari produk yang dibuat. Hal-hal yang sangat berpengaruh antara lain spesifikasi teknis yang digunakkan, jenis bahan baku, jenis tungku, proses peleburan, dan pengujian produk. Pengujian yang dilakukan antara lain, pengujian CE Meter, pengujian kekerasan dan pengujian metalografi. Pengujian dilakukan pada saat proses produksi dan saat produk sudah jadi. Hasil analisis yang didapatkan adalah hasil uji CE Meter, kekerasan dan metalografi pada produk blok rem metalik di 3 industri pengecoran logam Ceper. Penelitian ini menghasilkan data nilai pengujian CE Meter dimana hasil uji pada peleburannya adalah pada suhu 1255 0 C sampai 1370 0 C, Carbon equivalen sekitar 3,72 sampai 3,95%, hasil Carbonnya 3,24 sampai 3,5% dan Silikonnya 1,51 sampai 2,0%. Hasil uji Kekerasan dengan nilai akhir antara 170,91 HB sampai dengan 208,89 HB, untuk pengujian metalografi menunjukkan bahwa grafit berbentuk lamelar dengan distribusi type A dan D, ukuran grafitnya 5 sampai 6 dan struktur mikronya adalah dominan Pearlit (persentasinya diatas 80%) sisanya ferrite. Data analisa uji tersebut dapat disimpulkan bahwa karakteristik produk rem blok metalik industri Ceper Klaten adalah besi cor kelabu klas FC 20 sampai FC 25. Pengujian kekerasan dan metalografi ini keterkaitannya sangat erat dalam penentuan karakteristik produk blok rem, karena kandungan grafit dapat mempengaruhi kekerasan rem blok metalik, yang selanjutnya akan lebih baik jika diteliti pada pengujian yang lebih lengkap antara lain uji komposisi kimia dan kekuatan tarik bahan tersebut sehingga karakteristik produk rem ini akan lebih jelas sesuai spesifikasi teknik yang diharapkan dan dapat ditingkatkan lebih baik dan berdaya saing. Kata kunci: rem blok metalik, pengujian produk, CE Meter, kekerasan, metalografi 18
LATAR BELAKANG Angkutan penumpang dan barang memiliki nilai strategis terhadap pembangunan nasional. Salah satu model transportasi darat yang terpenting adalah kereta api. Hal ini ditunjukkan dari jumlah penumpang dan barang yang diangkut tiap tahunnya mengalami peningkatan seperti ditunjukkan pada tabel 1. Peran penting kereta api dalam distribusi barang dan penumpang ini tentunya perlu didukung oleh kehandalan komponen-komponen yang ada pada kereta salah satunya adalah sepatu rem. Kegagalan komponen tersebut dapat menyebabkan kecelakaan yang menelan korban jiwa dan materi yang tidak sedikit. Sistem rem kereta api menggunakan sepatu rem yang langsung digesekkan pada permukaan roda. PT KAI menggunakan 2 jenis material sepatu rem yaitu komposit yang diimpor dari luar negeri dan besi cor yang diproduksi oleh IKM pengecoran logam yang ada di Pulau Jawa salah satunya di sentra industri pengecoran logam Ceper Klaten. Kebutuhan sepatu rem ini sangat tinggi karena umur pakainya kurang dari 3 bulan, sedangkan pada setiap unit kereta/gerbong terdapat 8 roda dengan 16 buah sepatu rem. Merujuk pada data jumlah lokomotif, kereta & gerbong pada tahun 2008, maka kebutuhan komponen ini mencapai 356,352 buah. Harga sepatu rem ini mencapai Rp. 80 ribu/bh, sehingga nilai perdagangannya sebesar Rp. 28,5 milyar. Tabel 1. Data Statistik Perkeretaapian di Indonesia Performa Kereta Api Jumlah lokomotif, kereta & gerbong (unit) Jumlah penumpang yg diangkut (juta orang) Jumlah barang yang diangkut (juta ton) Jumlah kecelakaan kereta karena tumburan Jumlah kecelakaan kereta karena anjlog Tahun 2004 2005 2006 2007 2008 6278 5407 5296 5222 5568 149,99 151,49 161,28 168,21 197,77 17,454 17,328 17,483 16,820 19,553 37 25 29 23 22 91 66 73 117 95 Keterangan: diolah dari data primer yang dikeluarkan oleh Dijen Perkeretaapian & KNKT. Kecelakaan kereta api lebih dari 60% karena anjlog. Studi awal yang telah dilakukan menunjukkan bahwa keausan roda kereta didominasi oleh gesekan pada saat pengereman. Seperti telah diketahui, bahwa pada saat pengereman terjadi perubahan energi kinetik menjadi panas. Peningkatan temperatur tersebut dapat mengubah struktur dan sifat-sifat materialnya. Mengingat pentingnya sepatu rem dalam mendukung kehandalan operasional kereta api dan nilai perdagangannya yang cukup besar, maka sangat diperlukan suatu terobosan untuk mengetahui karakteristik produk sepatu rem terutama di industri kecil pengecoran logam. TUJUAN Penelitian ini diharapkan dapat menjadi pengetahuan bagi industri kecil pengecoran logam tentang karakteristik produk sepatu rem untuk kereta api yang mereka buat. Selain itu diharapkan juga penelitian ini dapat dikembangkan lebih lanjut dari karakteristik yang sudah diketahui menjadi produk yang lebih baik dan dan berdaya saing tinggi. METODE PENELITIAN Kegiatan penelitian ini terdiri dari beberapa tahapan yang dapat menentukan karakteristik sepatu rem untuk kereta api yaitu, 1). Identifikasi spesifikasi sepatu rem, 2). Pengamatan dalam proses peleburan produk, 3). Pengujian bahan dan produk blok rem metalik (kekerasan metalografi). 4) Pengolahan dan analisis data Rincian kegiatan penelitian tersebut dapat dijelaskan dengan beberapa tahapan proses dalam menentukan karakteristik blok rem metalik untuk kereta api, antara lain : 1. Identifikasi spesifikasi sepatu rem secara umum Pada tahap ini, dilakukan identifikasi sepatu rem dengan referensi dan standart pendukung yang digunakan untuk pembuatan blok rem, meliputi : fungsi utama, data teknik, bahan, penandaan, cara pengujian, bahan yang digunakan untuk produksi. 2. Pengamatan dalam proses peleburan produk, Proses peleburan adalah proses penting yang harus diamati dan diteliti dengan seksama karena dalam proses ini dilakukan tahapan dimana suatu produk blok rem metalik dibuat. Tahapan proses kegiatan yang dilakukan adalah sejak dari proses awal persiapan pembuatan produk, terjadinya proses peleburan sampai dengan hasil akhir menjadi produk blok rem. Komponen-komponen yang sangat berpengaruh dalam proses ini harus diperhatikan, antara lain bahan baku : peramuan, peleburan, penuangan, pembongkaran dan finishing. 3. Pengujian bahan dan produk blok rem metalik Pengujian merupakan salah satu faktor penting yang tidak dapat dihindarkan dari suatu proses produksi apapun produk yang dibuat termasuk produk blok rem kereta api. Pengujian yang dilakukan dalam penelitian ini adalah, kekerasan dan metalografi. Pengujian produk ini diperlukan juga persiapan-persiapan sampel uji (test piece) sesuai dengan jenis pengujiannya. Pengujian 19
metalografi, sampel dipotong dan disiapkan dari bagian blok rem metalik. Pengujian kekerasan dilakukan langsung pada produk blok rem metalik tersebut. Tahapan ini dilakukan di industri pengecoran logam dan di Laboratorium Politeknik Manufaktur Ceper. 4. Pengolahan dan analisis data Data-data pengujian yang dilakukan selanjutnya diolah dan dinyatakan dalam tabel dan grafik. Data pengujian metalografi berupa foto strukur mikro selanjunya diamati butir, bentuk dan distribusi grafit guna mengidentifikasi struktur mikro yang terbentuk. Data pengujian kekerasan menunjukkan kekerasan produk blok rem metalik tersebut. Data-data pengujian tersebut digunakan sebagai data analisa lanjut untuk menentukan karakteristik produk blok rem yang dibuat di IKM pengecoran logam Ceper. Pengolahan data menggunakan kaidah-kaidah ilmu statistik yang baku. Hasil yang diharapkan dari kegiatan penelitian ini adalah diketahuinya karakteristis umum blok rem kereta api buatan IKM pengecoran logam Ceper. Adapun Alur penelitian yang dilaksanakan tercantum pada diagram dibawah ini : Gambar 1. Diagram Alir Proses Penelitian HASIL ANALISIS Selesai Kegiatan penelitian dilakukan di industri pegecoran logam dengan produksi utamanya adalah blok rem metalik, industri tersebut berskala kecil dan menengah berlokasi di Batur, Tegalrejo, Ceper, Klaten. Penelitian yang dilaksanakan difokuskan pada tiga industri antara lain : Koperasi Batur Jaya, PT. Bahama Lasakka dan CV. Ikada. Industri-industri tersebut saat ini masih eksis dalam pembuatan rem blok metalik dan Koperasi Batur Jaya adalah penghasil utama untuk memenuhi kebutuhan rem blok metalik PT. KAI Indonesia. Data penelitian yang dihasilkan adalah hasil pengamatan industri, pengujian bahan dan produk dan standart-standart penentu blok rem metalik yang dibuat. 1. Industri pembuat rem blok metalik Mulai Persiapan Penelitian Identifikasi Data Pendukung Persiapan Bahan Peleburan Besi Cor Gambar 2. Tungku Peleburan Koperasi Batur Jaya Proses Penuangan Produk Pembuatan Spesimen Uji Pengujian Produk Pengolahan Dan Analisis Data Pengujian Penentuan Karakteristik Produk Penyusunan Laporan Dan Publikasi Ilmiah Gambar 3. Tungku Peleburan Bahama Lassaka 20
5. Pembersihan & Manual pembongkaran 6. Pemeriksaan Tidak ada kwalitas hasil cor 7. Hasil cor secara Cukup 3. Pengujian CE Meter Gambar 5. Alat uji dan pengujian blok rem metalik Gambar 4. Tungku Peleburan CV. Ikada 2. Identifikasi Industri Tabel 2. Identifikasi Industri Koperasi Batur Jaya 3. No. Kriteria Hasil Pengamatan 1. Jenis Tanur Induksi kapasitas 500 kg, 2 tungku induksi dan 1 Kupola 2. Bahan Baku Beram/chip & Scrap 3. Metode cetakan Manual 4. Jenis pasir cor Greensand dari pasir sungai 5. Pembersihan & Manual pembongkaran 6. Pemeriksaan kwalitas hasil cor 7. Hasil cor secara umum Uji patah manual (Chill) Alat uji kekerasan Portabel CE Meter Baik Nama alat uji CE Meter Fungsi untuk mengetahui suhu cairan logam selanjutnya akan diketahui kandungan unsur (CEL, C dan Si) pada cairan logam Pengujian dilakukan pada cairan logam yang masih ada di dalam tungku peleburan dan diambil sebagian kecil untuk sampel ujinya. Hasil uji menunjukkan komposisi logam dari unsur Carbon dan Silikonnya sehingga dapat membantu dalam proses peramuan bahan dalam tungku peleburan. Tabel 5. Tabel Hasil Uji CE Meter Blok Rem Metalik Pada Tungku Peleburan di Industri Tabel 3. Identifikasi Industri PT. Bahama Lasakka 1. No. Kriteria Hasil Pengamatan 1. Jenis tanur Induksi kapasitas 500 kg 2 tungku dan 1 Kupola 2. Bahan baku Beram/chip & Scrap 3. Metode cetakan Manual 4. Jenis pasir cor Greensand dari pasir sungai & kuarsa 5. Pembersihan & Manual & mesin pembongkaran 6. Pemeriksaan Spektrometer kwalitas hasil cor 7. Hasil cor secara umum CE Meter Baik Tabel 4. Identifikasi Industri CV. Ikada No. Kriteria Hasil Pengamatan 1. Jenis Tanur Kupola 2. Bahan Baku Pelik & Scrap 3. Metode cetakan Manual 4. Jenis pasir cor Greensand dari pasir sungai 4. Pengujian Kekerasan Gambar 6. Alat uji dan pengujian blok rem metalik Alat uji menggunakan metode HRB (Hardness Rockwell B) dikonversikan ke nilai Brinell Pengujian dilakukan pada bagian pinggir blok rem metalik 21
Setiap industri dibuat 3 sampel blok rem sebagai benda uji kekerasan Setiap benda uji diuji sebanyak 5 kali dan diambil rata-rata Referensi standart uji kekerasan dengan standart JIS 5501 dan ASM Klasifikasi hasil uji adalah besi tuang kelabu (FC) Tabel 6. Tabel Hasil Uji Kekerasan Blok Rem Metalik Pada Industri Tempat Penelitian Industri Hasil Pengujian Rata-Rata (HB) I II III Koperasi 187,84 194,47 196,82 Batur Jaya PT. Bahama 177,33 196,37 180,25 Lasakka CV. Ikada 208,89 170,91 196,74 Data standart uji kekerasan JIS 5501 GRADE HARDNESS FC 10 201 FC 15 212 FC 20 223 FC 25 170 229 (241) FC 30 187 241 (262) FC 35 207 255 (277) Hasil analisa dari standart termasuk pada besi tuang klas FC 20 s/d FC 25 5. Pengujian Metalografi TE 200X PT. Bahama Lasakka CV. Ikada BE 100X TE 200X BE 100X TE 500X TE 100X TE 500X TE 100X TE 200X TE 500X Gambar 8. Hasil Pengujian Metalografi Referensi standart metalografi Gambar 7. Alat uji dan pengujian blok rem metalik Alat uji adalah miskroskop metalografi Sampel uji dipotong dibagian pinggir blok rem metalik Industri diambil satu blok rem untuk diuji Referensi standart uji adalah SNI 07-3622- 1994 : Evaluasi mikrostruktur grafit pada besi cor dan ASM Handbook Koperasi Batur Jaya BE 100X TE 100X 22
Bentuk grafit I atau VII Tipe grafit : A, B, C, D dan E Ukuran grafite : 3, 4, 5 dan 6 Struktur mikro : Pearlite lebih besar dari 80 %, kandungan Ferrite ± 4% sampai 10% dengan kandungan steadite < 5 % pengujian kekerasan dan metalografi serta diperkuat dengan standar pendukung maka produk blok rem metalik ini adalah dari bahan besi cor kelabu klas FC 20 sampai FC 25 5. Karakteristik produk ini dapat dikembangkan lebih lanjut dengan penelitian lanjut dengan datadata pengujian yang lebih lengkap. Hasil Uji Metalografi Tabel 6. Keterangan analisa uji metalografi No. Data Uji Hasil Uji Metalografi KBJ Bahama Ikada 1. Bentuk Type A Type A Type D Grafit 2. Ukuran 5 5 6 3. Struktur Pearlite: 3% Pearlite : 4% Pearlite :5 % Ferrite : 97% Ferrite : 96% Ferrite :95% Analisa Pengujian Metalografi No. Grafit Mikrostruktur 1. Bentuk : A,B,C,D Ukuran : 4 s/d 6 Pearlite: 90 s/d 95 % Ferrite : 2 s/d 10 % Steadite : < dari 5% Hasil analisa dari standart termasuk pada besi tuang kelabu FC 15 s/d FC 35 DAFTAR PUSTAKA ASM Handbook, 1990, Properties adn Selection: Irons, Steel and High-Performance Alloy, Vol 1, 10 th edition. Jose, A Gomesh-Ibanez; Gines de Rus, 2006, Competition in Railway Industry, An International Comparative Analsys, Edward Elgar Publishing Ltd Puja, IGN Wiratmaja; Suprihanto, A., dkk, 2002, Laporan Akhir : Pengembangan Disain, Material dan Proses Produksi Tromol Rem Bus/Truk Produk Lokal untuk Meningkatkan Daya Saing, Program RUK, Kementrian Riset & Teknologi Suprihanto, A.; 2005, Pengaruh Quenching Temperature dan Holding Time Pada Proses Austempering Terhadap Kekerasan Besi Cor Kelabu, Prosiding Seminar Nasional Rekayasa Manufaktur dan Industri. ISBN: 979-704-348-7 Suprihanto, Agus; Suratman, Rochim; Harsokoesoemo, D; 2005, The Influences of Cr and Cu On the Fatigue Strength Of Grey Cast Irons, Proceeding Sixth International Conference On Fracture & Strength Of Solids KESIMPULAN Penelitian dilaksanakan pada 3 industri pembuat blok rem kereta api di Ceper Klaten yang menggunakan tungku peleburan Induksi dan kupola. Jenis parameter pengujian adalah CE Meter, kekerasan dan metalografi, dari hasil uji dapat disimpulkan bahwa : 1. Hasil uji CE Meter, peleburannya adalah pada suhu 1255 0 C sampai 1370 0 C, Carbon equivalen sekitar 3,72 sampai 3,95%, hasil Carbonnya 3,24 sampai 3,5% dan Silikonnya 1,51 sampai 2,0%. 2. Nilai uji kekerasan disimpulkan ada di antara 170,91 s/d 208,89 HB 3. Analisa uji metalografi disimpulkan bahwa benda uji tersebut berbentuk lamellar dengan type grafit A dan mempunyai kandungan pearlite diatas 80% dan ferrit sisanya 4. Secara umum karakteristik produk blok rem metalik di industri Ceper Klaten berdasarkan 23
24