BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.2.5 Pengujian Keausan (Wear Test)
Salah satu cabang ilmu dalam bidang engineering yang fokus membahas tentang tiga bagian penting fenomena dalam permesinan yang sangat erat hubungannya satu sama lain adalah Tribology. Ketiga bagian tersebut adalah gesekan (friction), keausan (wear) dan pelumasan (lubrication).
Keausan umumnya didefinisikan sebagai kehilangan material secara progresif akibat adanya gesekan (friksi) antar permukaan padatan atau pemindahan sejumlah material dari suatu permukaan sebagai suatu hasil pergerakan relatif antara permukaan tersebut dan permukaan lainnya (Yuwono, 2008). Keausan merupakan hal yang biasa terjadi pada setiap material yang mengalami gesekan dengan material lain. Keausan bukan merupakan sifat dasar material , melainkan response material terhadap sistem luar (kontak permukaan). Material apapun dapat mengalami keausan disebabkan oleh mekanisme yang beragam.
Aus terjadi karena adanya kontak gesek antara dua permukaan benda dan menyebabkan adanya perpindahan material. Hal ini menyebabkan adanya pengurangan dimensi pada benda tersebut. Defenisi keausan menurut standard Jerman (DIN 50 320) bahwa keausan di artikan sebagai kehilangan material secara bertahap dari permukaan benda yang bersentuhan akibat dari adanya kontak dengan solid (benda padat), liquid (benda cair) atau gas pada permukaanya. Keausan yang terjadi pada setiap sistem mekanisme sebenarnya sangat sulit diprediksi secara teori atau perumusannya, karena banyak faktor dilapangan yang menyebabkan kesulitan dan kekeliruan dalam memprediksi keausan tersebut.
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 2.1.
Gambar 2.1 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 2.2.
Keterangan:
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)
Gambar 2.2 Pengujian keausan dengan metode pin on disk (Sumber: ASTM G 99-04)
Volume keausan berdasarkan ASTM G99-04 dapat ditentukan sebagai perbandingan rumus:
(2.1) 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 wear law).
mass loss, g
volume loss, mm3 = x 1000
Berdasarkan hukum keausan Archard tentang hukum keausan (wear law) bahwa persamaan volume keausan dapat diperoleh dari (Stachowiak):
VT = k H L W x 109 T = t VT Dimana:
VT= Volume keausan teori (mm3)
K= Koefisien keausan (6,0 x 10-4)
W= Beban (N)
H= Kekerasanmaterial (Pa, N/m2)
L= Panjang lintasan (m)
T= Laju keausan teori (mm3/s)
t= Waktu keausan (s)
Dan untuk menghitung panjang lintasan digunakan rumus sebagai berikut, L = 2π.r.n.t 60 r = d + (ā x 10-3) 2 Dimana: r = Jari-jari lintasan (mm) n = Putaran (rpm)
ā = Lebar jejak rata-rata (µm) t = Waktu keausan (s) d = Diameter pengujian (mm) (2.2) (2.3) (2.4) (2.5)
Ilustrasi skematis spesimen hasil uji keausan dapat dilihat pada gambar 2.3.
Keterangan :
d1 = Diamter dalam lintasan (mm)
d2 = Diameter luar lintasan (mm)
Gambar 2.3 Spesimen hasil uji keausan
Dari gambar diatas, untuk menghitung laju keausan secara eksperimen dapat ditentukan dengan menggunakan rumus sebagai berikut:
VP = (A2 – A1).b P = VP t A1 = π.r12 A2 = π.r22 r2 = r1 + (ā x 10-3) Dimana:
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) (2.6) (2.7) (2.8) (2.9) (2.10)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.
2.2.5.1 Keausan 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. Abrasif dan kontak lelah (fatigue cantact) adalah hal yang paling penting dalam perhitungan keausan pada permesinan. Bisa diperkirakan bahwa total keausan yang terjadi pada elemen-elemen mesin dapat kisarkan antara 80-90% adalah keausan abrasif dan dalam 8% adalan keausan lelah (fatigue wear). Kontribusi dari jenis keausan yang lain sangatlah kecil. Sebagian besar pengamatan keausan dilakukan secara tidak langsung. Salah satunya adalah dengan menimbang berat spesimen atau benda kerja. Ini adalah cara yang termudah untuk dapat mendeteksi keausan. Dari menimbang berat benda kerja yang akan dianalisa, kita dapat mengetahui berapa total material yang telah aus dari selisih berat awal benda kerja sebelum operasi dengan berat benda kerja setelah operasi, tetapi distribusi kedalaman keausan yang terjadi pada permukaan kontak sulit untuk diketahui.
2.2.5.2 Keausan Adhesi
Keausan adhesive terjadi bila kontak permukaan dari dua material atau lebih mengakibatkan adanya perlekatan satu sama lain dan pada akhirnya terjadi pelepasan/pengoyakan salah satu material. Keausan adhesive biasanya terjadi pada piston yang bergesek pada dinding silinder.
2.2.5.3 Keausan Oksidasi
Keausan oksidasi: seringkali disebut sebagai keausan korosif. Pada prinsipnya mekanisme ini dimulai dengan adanya perubahan kimiawi material di bagian permukaan oleh faktor lingkungan. Kontak dengan lingkungan ini akan menghasilkan pembentukan lapisan pada permukaan dengan sifat yang berbeda dengan material induk. Sebagai konsekuensinya, material pada lapisan permukaan akan mengalami keausan yang berbeda Hal ini selanjutnya mengarah kepada perpatahan interface antara lapisan permukaan dan material induk dan akhirnya seluruh lapisan permukaan itu akan tercabut.
2.2.5.4 Keausan Erosi
Keausan yang terjadi akibat gesekan logam dengan cairan yang mengalir terutama cairan yang mengandung partikel keras. Keausan ini dapat terjadi akibat partikel cair yang terdapat dalam gas yang bergerak dengan cepat. Keausan erosi biasanya terjadi pada pipa-pipa pengalir minyak dan pipa-pipa keluar dari turbin uap.
2.2.5.5 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.