FENOMENA FATIGUE PENYEBAB KERUSAKAN OIL TUBE PADA MESIN DIESEL KENDARAAN
HASIL DAN PEMBAHASAN Analisis Komposisi Kimia
Hasil pengujian komposisi kimia material failure oil tube (sample 1), unfailure oil tube (sample 2), dan unused oil tube (sample 3) dapat dilihat pada Tabel 4, 5, dan 61,2).
Tabel 4.
Komposisi Kimia Material Sampel 1 (Failure Oil Tube)
Sampel 1 (Failure Oil Tube)
Unsur wt % Unsur wt % Fe 99.08 Al <0.00 C 0.077 V 0.0043 Si 0.21 W 0.067 Mn 0.49 Ti <0.00 Cr 0.046 Nb <0.00 Ni <0.018 B 0.0001 Mo <0.0018 S 0.038 Cu 0.031 P 0.043 Tabel 5.
Komposisi Kimia Material Sampel 2 (Unfailure Oil Tube)
Sampel 2 (Unfailure Oil Tube)
Unsur wt % Unsur wt % Fe 98.56 Al <0.00 C 0.100 V 0.0043 Si 0.17 W 0.058 Mn 0.53 Ti <0.00 Cr 0.17 Nb <0.00 Ni 0.14 B 0.0001 Mo <0.0018 S 0.027 Cu 0.21 P 0.040 Tabel 6.
Komposisi Kimia Material Sampel 3 (Unused Oil Tube)
Sampel 3 (Unused Oil Tube)
Unsur wt % Unsur wt % Fe 98.81 Al <0.00 C 0.18 V 0.0035 Si 0.38 W 0.064 Mn 0.53 Ti <0.00 Cr 0.044 Nb <0.00 Ni <0.018 B 0.0002 Mo <0.0018 S 0.036 Cu 0.023 P 0.041
Analisis SEM – EDX
Hasil analisa SEM pada material olipe ring yang rusak menunjukkan adanya indikasi fatigue berupa beachmark (crack propagation) (Gambar 14). Selain itu, dari hasil pengamatan SEM juga memperlihatkan adanya inklusi (Gambar 14 dan Gambar 16).
Gambar 14.
Hasil Fraktografi SEM Material Olipe Ring Memperlihatkan Adanya Beachmark / Crack
Propagation (Arah Panah Biru) dan Inklusi (lihat panah)
Dari hasil pengujian EDAX pada beach mark, daerah perambatan retak, inklusi 002, dan inklusi 003 mengindikasikan adanya kehadiran unsur / elemen agresif / korosif seperti ion Cl- (Tabel 8) dan ion S2- (Tabel 7 dan Tabel 9). Selain itu, pada hasil pengujian EDAX di inklusi (002 dan 003) juga memperlihatkan sejumlah besar kandungan Fe (Tabel 8 dan Tabel 9).
ISSN 1410-3680 162
Gambar 15.
Hasil Fraktografi SEM Dari Material Olipe Ring Memperlihatkan Adanya Striasi (lihat
panah)
Gambar 16.
Hasil Fraktografi SEM Dari Material Olipe Ring Memperlihatkan Adanya Inklusi (panah)
dan Striasi (panah)
Gambar 17.
Hasil Analisis EDAX Permukaan Olipe-Ring
Tabel 7.
Hasil Analisis EDAX Permukaan Olipe-Ring
Benda Uji/Speciment
Hasil
Kode Unsur/Element Berat (%)
C 17.23 Sampel 1
(Failure Oil Tube) O 13.34
Si 0.59 P 1.55 S 0.51 Ca 1.51 Fe 64.64 Zn 0.62 Total 100 Gambar 18.
Hasil Analisis EDAX Inklusi (002)
Gambar 19.
ISSN 1410-3680
Tabel 8.
Hasil Analisis EDAX (Inklusi 002)
Benda Uji/Speciment Hasil Kode Unsur/Elem ent Berat (%) C 32.50 Sampel 1 (Failure Oil Tube) O 20.70 Mg 0.92 Al 1.09 Si 2.01 P 1.47 Cl 0.25 Ca 1.53 Fe 34.32 Zn 2.43 Mo 2.79 Total 100 Tabel 9.
Hasil Analisis EDAX (Inklusi 003)
Benda Uji/Speciment
Hasil
Kode Unsur/Element Berat (%)
C 28.00 Sampel 1
(Failure Oil Tube) O 13.74
Al 1.90 Si 0.89 P 0.76 S 0.37 Ca 1.38 Fe 52.40 Zn 0.57 Total 100 Pembahasan
Oil tube digunakan untuk mentransportasikan oli ke komponen lainnya dalam mesin diesel. Oil tube sendiri terdiri atas 3 komponen utama yaitu : tube, olipe
ring, dan nut yang berfungsi sebagai komponen pengencang untuk sambungan.
Material yang digunakan untuk oil-tube (sampel 1 / failure oil tube, sample 2 / unfailure oil tube, sampel 3 / unused oil tube) adalah baja karbon yang mempunyai mikrostruktur ferrite (area terang)-pearlite (area gelap). Hasil pemeriksaan metalografi pada sampel 2 (unfailure oil tube) juga memperlihatkan adanya inklusi (Gambar 8).
Komposisi kimia dari material sampel 1 (failure oil tube), sampel 2 (unfailure oil tube), sample 3 (unused oil tube) dapat dilihat pada Tabel 4, Tabel 5, dan Tabel 6. Hasil pengujian kekerasan memperlihatkan bahwa sample 1 (failure oil tube) dan sample 2 (unfailure oil tube) mempunyai nilai kekerasan (HV) yang lebih tinggi dibandingkan sample 3 (unused oil tube). Sedangkan, olipe ring memiliki nilai kekerasan yang lebih tinggi dibandingkan oil tube. Hal ini disebabkan karena permukaan olipe ring telah mengalami surface treatment.
Pada pengoperasian mesin diesel, olipering menjepit oil tube dan selanjutnya dikencangkan oleh nut. Permukaan olipe ring memiliki kekerasan yang lebih tinggi dibandingkan oil-tube sehingga olipe-ring dapat menjepit oil-tube secara tepat / baik. Mekanisme penjepitan dan pengencangan menyebabkan terjadinya beberapa deformasi / penjejakan pada permukaan oil-tube (lihat panah kuning pada Gambar 3 dan Gambar 4). Deformasi pada permukaan olipe ring berperan sebagai takikan dan penyebab timbulnya tegangan. Takikan pasti akan berubah menjadi awal retak (Gambar 6).1) Hasil pemeriksaan mikrostruktur menunjukkan bahwa pada sampel 1 (failure oil tube) ditemukan transgranular crack (Gambar 7). Sedangkan pada sampel 2 (unfailure oil tube) memperlihatkan adanya retak akibat proses surface treatment pada material olipe ring (Gambar 9). Pemeriksaan pada nut yang terdeformasi di sample 1 (failure oil tube) memperlihatkan adanya pengencangan oleh nut yang berlebih (Gambar 3). Keberadaan stress yang diaplikasikan akibat proses pengencangan berlebih dan vibrasi dari mesin diesel berperan sebagai pemicu terjadinya awal retak dan perambatan / propagation dari retak fatigue.
Dari hasil pemeriksaan visual, fraktografi, dan SEM-EDAX ditemukan indikasi adanya retak fatigue (Gambar 5, 14, dan 16). Daerah perambatan fatigue terlihat lebih sempit dibandingkan daerah patah akhir (Gambar 5). Jadi, dapat disimpulkan bahwa perambatan retak disebabkan oleh high
ISSN 1410-3680 164
tension load / high nominal stress dengan low cycle sehingga perambatan retak sampai patah berlangsung dengan pergerakan yang sangat lambat.2) Tension stress diduga terbentuk akibat dari perilaku elastis dari tube yang bended dipaksa bergabung oleh nut selama proses assembly. Sedangkan pembebanan dinamis disebabkan oleh residual tensile stress dan vibrasi mesin diesel selama pengoperasian.
Dari pemeriksaan EDAX terlihat adanya ion Cl- pada permukaan patahan. Namun, serangan korosi tidak muncul karena ketidak tersediaan elektrolit.
Adanya retak awal pada olipe ring dan ditambah dengan beban dinamik, maka retak fatigue berpropagasi / merambat sampai material tidak mampu menahan beban dan akhirnya patah (Gambar 2-3)
SIMPULAN
• Karakteristik material dari sampel 1 (failure oil tube) dan sampel 2 (unfailure oil tube) sama. Sedangkan, pada sampel 3 (unused oil tube) mempunyai karakteristik material yang berbeda (nilai kekerasan paling rendah diantara 2 sampel lainnya dengan perbedaan sekitar 26 %)
• Kerusakan oil-tube disebabkan oleh high tension load / high nominal stress dengan low cycle yang mana karakteristik dari daerah fatigue propagation lebih sempit
dibandingkan daerah patah akhir. Kelebihan dan pengencangan yang berulang terus-menerus diduga menjadi penyebab terjadinya deformasi pada olipe ring. Deformasi pada olipe ring berperan sebagai penyebab timbulnya tegangan. Dengan adanya beban dinamik seperti tegangan tarik sisa dan vibrasi menyebabkan retak fatigue merambat / berpropagasi sampai material tidak mampu lagi menahan beban hingga akhirnya patah.
DAFTAR PUSTAKA
1. …….., Failure Analysis and Prevention, Vol 11, Ninth Edition, Metal Handbook of ASM,American Society for Metals, Ohio, 1998.
2. ……..,Fractography, Vol 12, Ninth Edition, Metal Handbook of ASM, American Society for Metals, Ohio, 1998.
RIWAYAT PENULIS
Eka Febriyanti, lahir di Jakarta pada tanggal
2 Februari 1986. Menamatkan pendidikan S1 di bidang Teknik Metalurgi dan Material Universitas Indonesia. Saat ini bekerja sebagai staff engineer Kajian Material di B2TKS-BPPT
ISSN 1410-3680