PENGANTAR TEKNIK MESIN IWAN PONGO,ST,MT

(1)

PENGANTAR TEKNIK MESIN

IWAN PONGO,ST,MT

(2)

ISTILAH KERUSAKAN

Suatu komponen atau alat dinyatakan mengalami kerusakan / kegagalan apabila:

 Tidak dapat dioperasikan secara penuh, atau

 Masih bisa dioperasikan, tetapi tidak mampu memberikan kepuasan kinerja sesuai fungsi yang direncanakan, atau

 Kedaannya telah memburuk secara serius, sehingga sampai pada suatu kondisi yang menjadikannya tidak handal lagi atau tidak aman untuk diteruskan pengoperasiannya

JENIS KERUSAKAN / KEGAGALAN DAN

JENIS KERUSAKAN / KEGAGALAN DAN

FAKTOR

(3)

KLASIFIKASI KERUSAKAN SECARA UMUM

A.

A. SURFACE DAMAGESURFACE DAMAGE 

 Wear and Liquid/Gas Erosion FailuresWear and Liquid/Gas Erosion Failures



 _{Corrosion and Elevated-Temperature Failures (Oxidation, Carburization, dll).}_{Corrosion and Elevated-Temperature Failures (Oxidation, Carburization, dll).}

B.

B. ELASTIC OR PLASTIC DISTORTIONELASTIC OR PLASTIC DISTORTION 

 Distortion Failures and Time-Dependent Plastic Deformation (Creep) yang Distortion Failures and Time-Dependent Plastic Deformation (Creep) yang

merupakan Elevated-Temperature Failures

C.

C. FRACTUREFRACTURE 

 Ductile and Brittle Fractures (Overload, Impact, Low-Temperature Failures)Ductile and Brittle Fractures (Overload, Impact, Low-Temperature Failures)



 _{Fatigue Fractures}_{Fatigue Fractures}



 Environmentally Affected Fractures(Corrosion and Thermally-Induced Cracks _{Environmentally Affected Fractures(Corrosion and Thermally-Induced Cracks}

and Fractures):

- Creep Rupture

- Creep Rupture - Metal Dusting- Metal Dusting - Overheating

- Overheating - Liquid Metal Embrittlement- Liquid Metal Embrittlement - Elevated Temperature Fatigue

- Elevated Temperature Fatigue - Hot Cracking- Hot Cracking - Thermal Fatigue

- Thermal Fatigue - Welding Cracks- Welding Cracks - Stress Corrosion Cracking

- Stress Corrosion Cracking - Quench Cracks- Quench Cracks - Hydrogen Damage

(4)



 KEAUSAN (WEAR)_{KEAUSAN (WEAR)}



 KOROSI (CORROSION)_{KOROSI (CORROSION)}



 PERUBAHAN BENTUK (DISTORTION)_{PERUBAHAN BENTUK (DISTORTION)}



 RETAK / PATAH / PECAH akibat:RETAK / PATAH / PECAH akibat:

- KELELAHAN (FATIGUE)

- BEBAN BERLEBIH (OVERLOAD)

- SUHU TINGGI (ELEVATED TEMPERATURE FAILURES)

- LINGKUNGAN (ENVIRONMENTALLY AFFECTED FRACTURES)



 PERUBAHAN WARNA / PENAMPAKAN DAN LAINNYA_{PERUBAHAN WARNA / PENAMPAKAN DAN LAINNYA}

KERUSAKAN / KEGAGALAN KOMPONEN / ALAT DALAM

OPERASI (walau penyebabnya bukan karena kesalahan

operasi):

(5)

JENIS – JENIS KERUSAKAN

MATERIAL / KOMPONEN PADA SUHU TINGGI



CREEP

Adalah pemuluran (strain) yang terjadi sebagai fungsi dari

waktu, temperatur dan tegangan yang terjadi



STRESS RUPTURE

(6)

 _{ELEVATED-TEMPERATURE FATIGUE:}

Adalah kerusakan pada komponen yang disebabkan oleh siklus beban mekanis pada suhu tinggi

 _{THERMAL FATIGUE:}

Adalah kerusakan pada komponen yang disebabkan oleh siklus termal (gradian thermal) yang mengakibatkan terjadinya siklus tegangan termal

 CREEP-FATIGUE INTERACTION:

Adalah kerusakan pada komponen yang disebabkan oleh interaksi antara creep dan fatigue. Laju kerusakan yan terjadi biasanya lebih cepat dibandingkan kalau hanya disebabkan oleh creep atau fatigue saja

JENIS – JENIS KERUSAKAN

(7)

 METALLURGICAL INSTABILITIES:

Adalah kerusakan pada material/komponen yang disebabkan oleh perubahan struktur metalurgi yang terjadi selama operasi akibat pengaruh tegangan, waktu, suhu dan lingkungannya. Kerusakan seringkali berupa penurunan kekuatan, atau berupa kenaikan kekuatan/kekerasan sehingga dapat menimbulkan penggetasan.

Beberapa contoh kerusakan tersebut:

- Recrystalization (Rekristalisasi) - Spheroidization of Carbides - Graphitization

- Temper Embrittlement

- Sensitisasi pada baja stainless dan nickel-base alloys - Sigma formation pada baja stainless

- Aging and Overaging pada nickel-base alloys - Transgranular-Intergranular Fracture Transition - Intermetalic-Phase Precipitation

- Interaction of Precipitation Processes

(8)

 ENVIRONMENTALLY INDUCED FAILURE:

Adalah kerusakan pada komponen yang disebabkan oleh interaksi antara permukaan dengan lingkungannya pada suhu tinggi

Beberapa contoh kerusakan tersebut:

- Hot Corrosion and Erosion-Corrosion - Oxidation (External or Internal)

- Carburization - Metal Dusting

- Hydrogen Embrittlement

- Hydrogen Damage and Decarburization (Hydrogen Attack) - Carbon-Nitrogen Interaction

- Contact with Molten Metal (LME) - Contact with Molten Salts

(9)

JENIS KERUSAKAN PADA LOGAM

(Menurut Pengamatan / Laporan Du Pont Company)

 I MPMQG 8 &3. +4. # '

 K CI ? L GI ? J 8 &2. +3. # ' + I cjcj_f _l &D_rgesc'

+ I c_sq_l &U c_p'

+ @c`_l @cpjc`gf &Mt cp J m_b' + Ncp_nsf _l &Ck `pgrrjck cl r'

(10)

JENIS KERUSAKAN PADA LOGAM

(Menurut Pengamatan / Laporan Du Pont Company)

(Lanjutan)

¤

Kerusakan KOROSI

%

Korosi Permukaan (General Corrosion

31,5

Korosi Tegangan dan Korosi Kelelahan

23,4

Korosi Sumur (Pitting Corrosion)

15,7

Korosi Antar Butir (Intergranular Corrosion)

10,2

Korosi erosi, kavitasi, fretting

9,0

Korosi suhu tinggi

2,3

Korosi galvanis

2,3

Korosi celah

1,8

Korosi selektif

1,1

(11)

Others 10

U gpc pmnc

4

Castings 15 Gears

18

Pulleys & rolls

28

Bolts 32

TOTAL

242

CASES

Shafts (with step or key

groove) 56 Welds (welded structure)

77

Classification of Failures according to failed members:

(12)

Simple Fatigue

58% Static

Fracture 13% Corrosion,

burst 3% SCC, 5%

Delayed fracture

Thermal, corrosion and contact

fatigue

18% Low cycle Fatigue 8%

TOTAL

242

CASES

(13)

Inappro-priate repair

6% Inappropriate of replacement

16%

?qqck `jgl e $ qcrrgl e 0#

Misselection of materials, poor

machining & fabrication

19%

Inappropriate structure,

shape 24%

Underestimation of external force

33%

TOTAL

242

CASES

(14)

JENIS DAN KARAKTERISTIK KERUSAKAN:

Jenis Kerusakan

Frekwensi Kejadiannya

Fenomena Makro

Pertumbuhan

Makro Keamanan

Fatigue (Kelelahan)

1 Invisible (Tidak terlihat)

Cepat Berbahaya

Wear (Keausan)

2 Visible (Terlihat)

Bertahap Aman

Corrosion (Korosi)

3 Terlihat Bertahap Aman

Lain-lain (Impact load,

overload)

4 Tidak terlihat Cepat Berbahaya

(15)

KONDISI YANG DAPAT MENIMBULKAN KERUSAKAN

DAN CARA PENANGGULANGANNYA

I CPSQ? I ? L RCPH? BG @GJ ? 8  E? W? - RCE? L E? L I CPH?

 NCL E? PSF J GL EI SL E? L

 U ? I RS

RCE? L E? L I CPH?

 Rce_l e_l R_pgi * Rci _l * J cl rsp* Nsl rgp* Ecqcp _r_s i mk `gl _qgl w_

 Qgd_r Rce_l e_l 8 Qr_rgq* Bgl _k gq _r_s Gk n_ar &@cl rsp_l '

NCL E? PSF J GL EI SL E? L  Rck ncp_rsp

 J gl ei sl e_l I mpmqgd* Mi qgb_qg _r_s I _p`spgq_qg

 ? jgp_l &djmu'

 P_bg_qg

 Bjj

(16)

KERUSAKAN DAN KERUGIAN

Kerusakan

Kerugian Total

Kerugian Langsung

Kerugian Tidak Langsung

Kerusakan produk/alat Biaya repair

Biaya pencegahan/penanggulangan Biaya kompensasi (kecelakaan dalam bentuk luka-luka ataukematian)

Penurunan moral/ketidakpercayaan Produksi menurun

Kerusakan terhadap citra Fatigue

Kerusakan alat/mesin atau konstruksi dapat menimbulkan kerugian besar

(17)

USAHA PENANGGULANGAN KERUSAKAN

 Menurunkan Gaya/Tegangan Kerja melalui perbaikan Design: Bentuk,

ukuran / dimensi / geometri, susunan / tata letak, perakitan, dll  Meningkatkan Ketahanan Material / Komponen melalui:

- Pemilihan material yang sesuai

- Perbaikan proses pembuatan / manufaktur, heat treatment dan fabrikasi / perakitan

- Pemberian surface treatment (lapis lindung)

Mengendalikan lingkungannya seperti: temperatur kerja, tekanan /

(18)

FAKTOR-FAKTOR YANG MENYEBABKAN TERJADINYA KERUSAKAN /

FAKTOR-FAKTOR YANG MENYEBABKAN TERJADINYA KERUSAKAN /

KEGAGALAN PADA ALAT / MESIN / KOMPONEN

CI ML MK G -

@G?W?

D?I RMP

I C?K ?L ?L

DSL EQG -

K ?L D??R

I CK ?K NS+

P?U ?R?L

P?U ?R?L NCL ?K NGJ ?L - NCL ?K NGJ ?L -

QCL G $

CPEML MK GI

CPEML MK GI ?K B?J $ ?K B?J $

D?I RMP D?I RMP QMQG?J QMQG?J B?R? B?R? PGU ?W?R PGU ?W?R

NCK ?I ?G?L

NCK GJ GF ?L

K ?RCPG?J -@?F ?L

BCQ?GL

K ?L SD?I RSP-

D?@PGI ?QG

NCP?I GR?L -

?QQCK @J GL E

NCL B?W?ESL ??L -

NCK ?I ?G?L

?L ?J GQ?

I CPSQ?I ?L -

I CE?E?J ?L

(19)

KLASIFIKASI FAKTOR-FAKTOR PENYEBAB KEGAGALAN

ATAU KERUSAKAN

BGQ? GL

+ I cq_j_f _l _l _jgq_ `c`_l &rce_l e_l - rf cpk _j'

+ I crgb_i qcqs_g_l qrpsi rsp* `cl rsi -ecmk crpg b_l si sp_l

+ Nck `c`_l _l `cpjc`gf _l

+ Ncl e_`_g_l i ml bgqg jgl ei sl e_l mncp_qg

+ I crgb_i rcn_r_l qsqsl _l -r_r_ jcr_i

+ Rgb_i k ck ncpf grsl ei _l

i ck _k nsp_u_r_l

+ Bjj,

MNCP? QGML ? J

+ I cq_j_f _l npmqcbsp

mncp_qgml _j

+ Nck `c`_l _l -rck ncp_rsp

k cj_k n_sg `_r_q

+ I cq_j_f _l gl qr_j_qg-

nck _q_l e_l

+ Ncp_u_r_l i sp_l e k ck _b_g

+ I cq_j_f _l pcn_gp-

ncl ee_l rg_l qsi s a_b_l e

+ Bjj,

K ? RCPG? J

+ I cq_j_f _l qncqgdgi _qg

k _rcpg_j-i mk nmqgqg i gk g_

+ A_a_r ncl ecamp_l - npmqcq

nck `cl rsi _l

+ Q_j_f j_i s n_l _q

+ Rcph_bgl w_ ncl spsl _l qgd_r

k ci _l gq

+ Bjj,

K ? L SD? I RSP

+ I cq_j_f _l npmqcq nck `s_r_l

+ I cq_j_f _l j_i s n_l _q

+ I cq_j_f _l npmqcq ncl ecj_q_l $

ncl ecph__l j_l hsr

+ I cq_j_f _l b_j_k npmqcq

ncl ecp_q_l -

ncj_ngq_l

+ Bjj,

I CE?E?J ?

L

I CPSQ?I ?

L

(20)



 Good Engineering Design:_{Good Engineering Design:}

Merupakan hal yang sangat fundamental dalam pemakaian

Merupakan hal yang sangat fundamental dalam pemakaian material material secara handal dan efektif

secara handal dan efektif 

 Desain umumnya tidak selalu absolut/mutlak. Namun bisa _{Desain umumnya tidak selalu absolut/mutlak. Namun bisa}““kompromikompromi””

menurut biaya dan ketersediaan material

menurut biaya dan ketersediaan material 

 Desain dan Pemilihan Material merupakan dua faktor yang sangat _{Desain dan Pemilihan Material merupakan dua faktor yang sangat}

penting untuk mencapai umur pemakaian alat/konstruksi sesuai

dengan yang diinginkan

dengan yang diinginkan 

 Rincian Desain meliputi:Rincian Desain meliputi: -

- Bentuk dan geometriBentuk dan geometri

-- Kompatibilitas/Kesesuaian (dari segi metalurgi, lingkungan dan Kompatibilitas/Kesesuaian (dari segi metalurgi, lingkungan dan sumber-sumber lainnya)

sumber-sumber lainnya)

-- Faktor Mekanikal (tegangan bekerja/pemusatan tegangan)Faktor Mekanikal (tegangan bekerja/pemusatan tegangan)

-- Permukaan (Surface Quality)Permukaan (Surface Quality)

A. FAKTOR / PENGARUH RANCANGAN ( DESAIN )

(21)



 Desain yang tidak mengijinkan kerusakan (safe-life design)_{Desain yang tidak mengijinkan kerusakan (safe-life design)}

Contoh:

Contoh: hampir semua struktur/produk baja dirancang dengan hampir semua struktur/produk baja dirancang dengan dasar kategori ini.

dasar kategori ini.



 Desain yang mengijinkan kerusakan, tetapi menjamin _{Desain yang mengijinkan kerusakan, tetapi menjamin}

keamanan

keamanan melalui perawatan (damage-tolerant design or fail-safe melalui perawatan (damage-tolerant design or fail-safe design)

design)

Contoh:

Contoh: -- pada perancangan pesawat terbang untuk tujuan pada perancangan pesawat terbang untuk tujuan menurunkan faktor berat pesawat

menurunkan faktor berat pesawat

-- komponen yang memiliki umur pemakaian terbatas komponen yang memiliki umur pemakaian terbatas

dalam bentuk karakteristik pemakaian seperti: bantalan

(bearings), wire ropes, dll

KLASIFIKASI DASAR-DASAR PERENCANAAN / DESAIN

(22)

BEBERAPA CONTOH PENGARUH FAKTOR DESAIN

Bentuk/struktural, ukuran (size), takikan (design notches) yang dapat

menimbulkan stress concentration (seperti pada sambungan, ujung yang

tajam, perubahan tebal dinding, dll), lokasi sambungan (joint location), desain

sambungan las (weld joint design), attachments & supports, dll.

(23)

Design techniques for

Design techniques for

improving fatigue strength

(24)

(25)

(26)

B. FAKTOR MATERIAL

t

t _STRUKTUR_STRUKTUR 

 Struktur Kristal Struktur Kristal



_{Struktur Mikro}_{Struktur Mikro} t

t _CACAT_CACAT 

_{Cacat Permukaan}_{Cacat Permukaan}



_{Cacat Internal}_{Cacat Internal} t

t _{TEGANGAN SISA}_{TEGANGAN SISA}

SIFAT/KARAK-TERISTIK

TERISTIK 

 Mekanis Mekanis



 Korosi_Korosi



_Fisika_Fisika



_Dll_Dll

KINERJA KINERJA DALAM DALAM OPERASI OPERASI 

 KOMPOSISI KIMIAKOMPOSISI KIMIA ¤

¤ _{PROSES PEMBUATAN/ FABRIKASI}_{PROSES PEMBUATAN/ FABRIKASI}

¤

¤ _{PROSES LAKU PANAS (HEAT}_{PROSES LAKU PANAS (HEAT} TREATMENT)

TREATMENT)

¤

¤ PROSES FINISHINGPROSES FINISHING

¤

(27)

METALLURGICAL CONTROL FOR PRODUCING

HIGH QUALITY STEEL CASTINGS



 Microstructure Microstructure



_Defects_Defects



_{Internal Stresses}_{Internal Stresses}

Properties



_{Tensile Property}_{Tensile Property}



_Hardness_Hardness



_Impact_Impact



_Abrasion_Abrasion



 _{Corrosion / Oxidation}_{Corrosion / Oxidation}



 _Creep_Creep



 _{Chemical Composition}_{Chemical Composition} ¤

¤ _{Foundry Process Parameters}_{Foundry Process Parameters}

¤

¤ _{Heat Treatment}_{Heat Treatment}

¤

¤ _{Machining; Welding and}_{Machining; Welding and} Finishing Finishing Product Performance Product Performance in Service in Service 

 Corrosion Resistance Corrosion Resistance



_{Heat Resistance}_{Heat Resistance}



_{Wear Resistance}_{Wear Resistance}



(28)

(29)

PEMILIHAN MATERIAL

Ù

Ù FAKTOR-FAKTOR YANG HARUS DIPERHATIKAN DALAM PEMILIHAN FAKTOR-FAKTOR YANG HARUS DIPERHATIKAN DALAM PEMILIHAN

MATERIAL (terutama untuk suhu tinggi):



 Suhu operasi normal yang direncanakan dan suhu minimum serta _{Suhu operasi normal yang direncanakan dan suhu minimum serta}

suhu

suhu maksimum yang kemungkinan akan terjadimaksimum yang kemungkinan akan terjadi



 Kekerapan/keseringan dan kecepatan siklus termal_{Kekerapan/keseringan dan kecepatan siklus termal}



 Tingkatan gradien termal didalam komponen_{Tingkatan gradien termal didalam komponen}



 Sifat pemuaian (ekspansi termal) dari paduan_{Sifat pemuaian (ekspansi termal) dari paduan}



 Gaya yang bekerja dan kondisi pembebanan_{Gaya yang bekerja dan kondisi pembebanan}



 Umur pemakaian yang direncanakan_{Umur pemakaian yang direncanakan}



 Sifat mekanis (sifat tarik dan sifat creep, thermal fatigue, dll)_{Sifat mekanis (sifat tarik dan sifat creep, thermal fatigue, dll)}



 Lingkungan operasi seperti: korosif, oksidasi, dll_{Lingkungan operasi seperti: korosif, oksidasi, dll}



 Repairability seperti welding repair (dalam kondisi baru dan kondisi _{Repairability seperti welding repair (dalam kondisi baru dan kondisi}

setelah dioperasikan)



 Machinability_{Machinability}



(30)

C. FAKTOR MANUFAKTUR & FABRIKASI SERTA FINISHING

Cacat

Cacat Sifat/KarakteristikSifat/Karakteristik_{Komponen/Parts}_{Komponen/Parts} Kinerja Kinerja



 Proses MachiningProses Machining



 Proses joining/weldingProses joining/welding



 Proses Heat TreatmentProses Heat Treatment



 Proses Finishing Proses Finishing

(coating, surface treatment,

mechanical finishing, dll

(31)

C. FAKTOR MANUFAKTUR & FABRIKASI SERTA FINISHING

( Lanjutan )

Beberapa Contoh Cacat Manufaktur / Fabrikasi / Finishing:



 Retak Retak



 Cacat las_{Cacat las}



 Cacat karena proses pengerjaan akhir_{Cacat karena proses pengerjaan akhir}

Cr layer

Tension crack in a surface hardened and

chrome plated axle shaft bolt, longitudinal

section, etched nital. 200 x

(32)

Ringkasan:

Jenis Cacat/Kerusakan Menurut Proses:

Jenis-jenis cacat/Kerusakan

Proses

Proses Poro- Poro-sity

sity BurstsBursts LapsLaps TearsTearsHot Hot ShutsShutsCold Cold Inclu-Inclu-sionsion Crack Crack

-- CastingCasting

-- FormingForming

-- MachiningMachining

-- WeldingWelding

-- CoatingCoating

-- Heat Heat

Treatment

-- ServiceService

V V X X X X V V X X X X X X X X V V X X X X X X X X X X X X V V X X V V X X X X X X V V V V X X V V X X X X X X V V X X X X X X X X X X X X V V V V X X V V X X X X X X V V V V V V V V V V V V V V Keterangan :

Keterangan : VV : (terjadi/terbentuk) : (terjadi/terbentuk) X

(33)

D. FAKTOR OPERASI DAN PEMELIHARAAN

CACAT & CACAT & KETIDAK-SESUAIAN PADA SESUAIAN PADA KOMPONEN KOMPONEN DESAIN

DESAIN MATERIALMATERIAL MANUFAKTUR MANUFAKTUR / FABRIKASI / FABRIKASI PEMASANGAN / PEMASANGAN / INSTALASI INSTALASI

PERILAKU MESIN / PERILAKU MESIN /

(34)

IDENTIFICATION OF COMPONENTS

DIVISION OF PLANT SYSTEMS

( BOILER PLANT, TURBINE PLANT, ETC )

DIVISION OF PLANT SYSTEMS

CRITICAL

COMPONENTS

(35)

(36)

(37)

Classification of boiler pressure parts failure in 1981 to 1991

(38)

(39)

(40)

FAILURE MECHANISMS FOR

BOILER TUBING

Ù

STRESS – RUPTURE



Short – term overheating



High – temperature creep



Dissimilar – metal welds

Ù

WATER – SIDE CORROSION



Caustic corrosion



Hydrogen damage



Pitting (localized corrosion)

Ù

FIRE – SIDE CORROSION



Low temperature



Water wall

(41)

FAILURE MECHANISMS FOR

BOILER TUBING ( Lanjutan )

Ù

EROSION



Fly ash



Falling slag



Soot blower



Coal particle

Ù

WATER – SIDE CORROSION



Vibration



Thermal



Corrosion

Ù

FIRE – SIDE CORROSION



Maintenance cleaning damage



Chemical excursion damage

(42)

(43)

LONG - TERM DAMAGE IN ELEVATED – TEMPERATURE

HEADERS

Location Damage Mechanism percentageSurvey

Ù Stub-tube/header weld, tube side

Ù Stub tube/header weld, header side

Ù Cracking of Ligament between tubes

Ù Longitudinal seam welds Ù Girth butt welds

Ù All other

_{Branch connections,}

saddle and crotch positions

_{Header body swelling}

 Other location

Creep-cavitation in the HAZ

Creep-cavitation in the HAZ

Thermal fatigue

Creep-cavitation in the HAZ and weld metal Creep-cavitation in the HAZ and weld metal

Creep-cavitation in the HAZ Thermal softening

Unknown

40

34

21

3 3

(44)

DAMAGE MECHANISMS IN STEAM PIPES

Steam pipes carry steam from the boiler to the turbines

They are straight pipes with some elbows and bends, but do not have

any tube connections

The principal problem areas in steam pipes:



Girth weld

creep damage

(similar to headers)



Bends and elbows

highly stressed areas

with creep damage



Long seam welds (if present)

contain a variety of