TINJAUAN PUSTAKA
3. Screw Conveyor
2.16 Pengujian Keausan (Wear Test)
12 (2.8)
Sedangkan untuk menghitung laju keausan abrasi screw (ft/mnt) yaitu :
���������� =��������������������������� ℎ� (����������������� −4)(.9)
2.16 Pengujian Keausan (Wear Test)
Secara definisi, keausan adalah hilangnya sejumlah lapisan permukaan material karena adanya gesekan antara permukaan padatane dengan benda lain. Definisi gesekan itu sendiri adalah gaya tahan yang menahan gerakan antara permukaan solid yang bersentuhan maupun solid dengan liquid. Keausan pada dasarnya memiliki beberapa mekanisme, yaitu abrasi, erosi, adhesi, fatik dan korosi.
Suatu komponen struktur dan mesin agar berfungsi dengan baik sebagaimana mestinya sangat tergantung pada sifat-sifat yang dimiliki material. Material yang tersedia dan dapat digunakan oleh engineer sangat beraneka ragam, seperti logam, polimer, keramik, gelas, dan komposit. Sifat yang dimiliki oleh material terkadang membatasi kinerjanya.Namun demikian jarang sekali keninerja suatu material hanya ditentukan oleh satu sifat, tetapi lebih kepada kombinasi dari beberapa sifat.Salah satu contohnya adalah ketahanan aus (wear resistance) merupakan fungsi dari beberapa sifat material (kekerasan dan kekuatan), friksi serta pelumasan. Oleh sebab itu penelaahan subyek ini yang dikenal dengan nama ilmu tribologi. Keausan dapat didefinisikan sebagai rusaknya permukaan padatan, umumnya melibatkan kehilangan material yang progesif akibat adanya gesekan friksi antar permukaan padatan.Keausan bukan merupakan sifat dasar material, melainkan respon material terhadap sistem luar (kontak permukaan). Keausan merupakan hal yang biasa terjadi pada setiap material yang mengalami gesekan
dengan material lain. Keausan bukan merupakan sifat dasar material, melainkan respon material terhadap sistem luar (kontak permukaan).Material apapun dapat mengalami keausan disebabkan oleh mekanisme yang beragam.Pengujian keausan dapat dilakukan dengan berbagai macam metode dan teknik, yang satunya adalah metode ogoshi dimana benda uji memperoleh beban gesek dari cincin yang berputar (revolving disk).Pembebanan gesek ini akan menghasilkan kontak antar permukaan yang berulang-ulang yang pada akhirnya akan mengambil sebagian material pada permukaan benda uji. Besarnya jejak permukaan dari material tergesek itulah yang dijadikan dasar penentuan tingkat keausan pada material. Pengujian keausan dapat dilakukan dengan berbagai macam metode dan teknik, yang semuanya bertujuan untuk mensimulasikan kondisi keausan aktual. Salah satunya adalah metode pin on disk dimana benda uji yang berputar sementara pin diam menekan benda uji pada disk. Pembebanan gesek ini akan menghasilkan kontak antar permukaan yang berulang-ulang yang pada akhirnya akan mengambil sebagian material pada permukaan benda uji. Alat uji keausan tipe pin on disk dapat dilihat pada Gambar 2.20.
Gambar 2.20 Alat uji keausan tipe pin on disk
Ada beberapa parameter uji dalam pengujian keausan metode pin on disk sesuai dengan standart ASTM G 99-04, diantaranya adalah sebagai berikut:
1. Pembebanan (Load)
2. Kecepatan lintasan (Sliding Speed) 3. Jarak lintasan (Sliding Distance) 4. Suhu (Temperature)
5. Atmosfer (Atmosphere)
Keausan sendiri terbagi dalam beberapa jenis keausan, seperti keausan abrasif, adesif, korosif, keausan fatik, kimia, erosi dan lain-lain. Keausan yang terjadi pada pengujian tipe pin on disk adalah Keausan Abrasif (Abrasive wear).
Besarnya jejak permukaan dari material tergesek itulah yang dijadikan dasar penentuan tingkat keausan pada material. Semakin besar dan dalam jejak keausan maka semakin tinggi volume material yang terkelupas dari benda uji. Ilustrasi skematis dari kontak permukaan antara revolving disc dan benda uji diberikan oleh Gambar 2.21.
Gambar a Gambar b
F = gaya yang diberikan pada pin (N) R = jarak antara disk dengan pin (mm) d = diameter bola/pin (mm)
D = diameter disk (mm) W = putaran (rpm)
Volumekeausan berdasarkan ASTM G99-04 dapat ditentukan sebagai perbandingan rumus:
volume loss, mm3 = mass loss (g) x 1000 (2.10) density(g/cm3)
Memprediksi keausan yang terjadi pada permesinan cukuplah sulit. Setiap rumus pada literatur yang dapat mengitung laju keausan hanya sebatas prediksi atau pendekatan saja. Pada tahun 1950-an J. F. Archard menemukan suatu hukum yang dapat memprediksi terjadinya keausan pada material yang saling bergesekan dan dia menamai hukum itu dengan dirinya sendiri, yaitu hukum keausan Archard (Archard wearlaw).Berdasarkan hukum keausan Archard tentang hukum keausan (wearlaw)bahwa persamaan volume keausan dapat diperoleh dari (Stachowiak):
VT=
�
���� x 109 (2.11)ᴪT =
VT� (2.12)
Dimana:
VT = Volume keausan teori (mm3)
K = Koefisien keausan (6,0 x 10-4) W= Beban (N)
H = Kekerasan material (Pa, N/m2) L= Panjang lintasan (m)
ᴪ
T = Laju keausan teori (mm3/s) t = Waktu keausan (s)L =
2π.r.n.t 60 (2.13) r = d + (ā x 10-3 ) (2.14) 2 Dimana: r = Jari-jari lintasan (mm) n = Putaran (rpm)ā = Lebar jejak rata-rata (µm) t = Waktu keausan (s)
d = Diameter pengujian (mm)
Ilustrasi skematis spesimen hasil uji keausan dapat dilihat pada Gambar 2.22.
Gambar 2.22 Ilustrasi spesimen hasil uji keausan (Rahman Abdul, 2015) Keterangan :
d1 = Diamter dalam lintasan (mm) d2 = Diameter luar lintasan (mm)
Dari gambar diatas, untuk menghitung laju keausan secara eksperimen dapat ditentukan dengan menggunakan rumus sebagai berikut:
VP = (A2 – A1).ḃ (2.15)
t A1 = π.r12 (2.17) A2 = π.r22 (2.18) r2 = r1 + (ā x 10-3 ) (2.19) Dimana:
ᴪ
P = Laju keausan eksperimen (mm3/s)VP = Volume keausan eksperimen (mm3) A1 = Luas dalam lintasan (mm2) A2 = Luas luar lintasan (mm2)
r1 = Jari-jari dalam lintasan (mm) r2 = Jari-jari luar lintasan (mm) b = Kedalaman rata-rata (µm)
Laju keausan Wear rate digunakan untuk menghitung laju keausan per satuan waktu. Unit yang digunakan tergantung pada jenis keausanan dan sifat tribosystem yang terjadi. Laju keausan dapat dinyatakan sebagai:
1. Volume material yang dibuang per satuan waktu, per unit jarak luncur, per putaran dari komponen atau per osilasi dari tubuh (yaitu, di keausan sliding). 2. Volume rugi per unit normal gaya per satuan jarak luncur (mm3/N.m, yang kadang-kadang disebut faktor keausan).
3. Massa rugi per satuan waktu.
4. Perubahan dalam dimensi tertentu per satuan waktu.
5. Perubahan relatif dalam dimensi atau volume sehubungan dengan perubahan yang sama di lain substansi (referensi).
Material jenis apapun akan mengalami keausan dengan mekanisme yang beragam, yaitu keausan abrasi, adhesi, oksidasi, erosi dan friting. Di bawah ini diberikan penjelasan ringkas dari mekanisme-mekanisme tersebut.
2.16.1Keausan Abrasif
Terjadi bila suatu partikel keras (asperity) dari material tertentu meluncur pada permukaan material lain yang lebih lunak sehingga terjadi penetrasi atau
pemotongan material yang lebih lunak. Tingkat keausan pada mekanisme ini ditentukan oleh derajat kebebasan (degree of freedom) partikel keras atau asperity tersebut.
Sebagain contoh partikel pasir silica akan menghasilkan keausan yang lebih tinggi ketika diikat pada suatu permukaan seperti pada kertas amplas, dibandingkan bila partikel tersebut berada didalam sistem slury. Pada kasus pertama partikel tersebut kemungkinan akan tertarik sepanjang permukaan dan dan akhirnya mengakibatkan pengoyakan. Sementara pada kasus terakhir, partikel tersebut mungkin hanya berputar tanpa efek abrasi.
Faktor yang berperan dalam kaitannyadengan ketahan material terhadap abrasive wear antara lain:
1. Material hardness 2. Kondisi struktur mikro 3. Ukuran abrasif
4. Bentuk
Bentuk kerusakan permukaan akibat abrasive wear, antara lain: 1. Scratching
2. Scoring 3. Gouging
Gambar 2.24 Keausan metode abrasif (Rahmawan, 2009)
2.16.2 Keausan Adhesive
Terjadi bila kontak permukaan dari dua material atau lebih mengakibatkan perlekatan satu sama lainnya (adhesive) serta deformasi plastis dan pada akhirnya terjadi pelepasan/pengoyakan salah satu material seperti diperlihatkan pada Gambar 2.25.
Gambar 2.26 Keausan metode Adhesive (Rahmawan, 2009)
2.16.3 Keausan Oksidasi/Korosif
Proses kerusakan dimulai dengan adanya perubahan kimiawi material di permukaan oleh faktor lingkungan. Kontak dengan lingkungan ini menghasilkan pembentukan lapisan pada permukaan dengan sifat yang berbeda dengan material induk. Sebagai konsekuensinya, material akan mengarah kepada perpatahan interface antara lapisan permukaan dan material induk dan akhirnya seluruh lapisan permukaan itu akan tercabut.
Gambar 2.27 Mekanisme keausan oksidasi (Rahmawan, 2009)
2.16.4 Keausan Erosi
Proses erosi disebabkan oleh gas dan cairan yang membawa partikel padatan yang membentur permukaan material. Jika sudut benturannya kecil, keausan yang dihasilkan analog dengan abrasive.Namun, jika sudut benturannya membentuk sudut gaya normal (90 derajat), maka keausan yang terjadi akan mengakibatkan brittlr failure pada permukaannya.
Gambar 2.28 Skematis keausan erosi (Rahmawan, 2009)
2.16.5 Keausan Friting
Keausan yang terjadi akibat kombinasi dari gesekan dan getaran, seperti pada poros dan bearing. Kerusakan akan dipercepat dengan adanya partikel yang lepas dari permukaan yang terperangkap diantara kedua permukaaan tersebut, sehingga keausan yang terjadi juga disebabkan oleh keausan abrasi.