ANALISIS PERPATAHAN PADA BAUT ENGINE MOUNTING REAR TRUCK

(1)

Jurnal Mekanikal Teknik Mesin S-1 FTUP Vol 9 No.1 Januari 2013

54

ANALISIS PERPATAHAN PADA BAUT ENGINE MOUNTING REAR

TRUCK

Nafsan Upara 1], Dwi Rahmalina 2], Poppy Rahardjo 3]

1,2]

Dosen Teknik Mesin- Universitas Pancasila

3]

Alumni Teknik Mesin-Universitas Pancasila

ABSTRAK

Penelitian ini difokuskan untuk mengetahui dan menganalisis perpatahan yang terjadi pada

baut engine mounting rear truck jenis M16 x 1.5 x 71 pada saat pengencangan. Baut M16 terbuat

dari material SCM 440H dengan spesifikasi 10 T sesuai standar adalah kadar C 0.32 – 0.39 dan kadar Si 0.15- 0.35, kekerasan SCM 440 H adalah 31-38 HRC , kekuatan tarik minimal 98 kgf/mm2 dan torsi material SCM 440H minimal 2300 kgf.m.

Analisis dilakukan dengan mengkomparasikan baut yang mengalami perpatahan dengan baut yang distandarkan dari segi karakteristik kimia dan mekanik. Karakteristik kimia dilakukan dengan pengujian komposisi kimia dari material, sedangan karakteristik mekanik yang dilakukan adalah pengujian kekerasan, tarik, torsi dan pengamatan struktur mikro.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa terdapat penyimpangan spesifikasi baut dari yang distandarkan, dimana hasil uji komposisi material C= 0.307 dan Si = 0.14 dengan struktur mikro didominasi oleh bainit , kekerasan = 43. 4 HRC dan uji Torsi sebesar 1920 - 1960 kgf.m.

Kata kunci : Baut M16, material SCM 440H, perpatahan, pengencangan

PENDAHULUAN

Engine Mounting adalah salah satu safety part yang dipasang pada bagian

konstruksi mobil dimana berfungsi sebagai penahan sekaligus anti redam terhadap getaran suatu engine saat dioperasikan [1-3].

Engine mounting yang didesain sedemikian

rupa dimana terdiri dari beberapa komponen yang diassembling. Adapun sub parts pembentuk engine mounting yaitu stamping

part, casting part,baut dan rubber. Fungsi

dari stamping part dan casting part sebagai

base dari engine mounting, rubber

mempunyai fungsi utama pada engine

mounting yaitu anti redam dan baut sebagai sub assy part antara engine mounting

dengan bracket assy body dan engine itu sendiri.

Proses pembuatan baut terdiri dari proses pemesinan, perlakuan panas dan pelapisan (electroplating). Proses machining

merupakan proses permesinan untuk menyediakan proses barang setengah jadi atau barang jadi. Proses perlakuan panas adalah kombinasi dari operasi pemanasan dan pendinginan dengan kecepatan tertentu yang dilakukan terhadap logam atau paduan

dalam keadaan padat, sebagai suatu upaya untuk memperoleh sifat-sifat tertentu. Sedangkan proses pelapisan tembaga-nikel-khrom terhadap logam ferro atau kuningan sebagai logam yang dilapis adalah satu cara untuk melindungi logam terhadap serangan korosi dan untuk mendapatkan sifat dekoratif.

Pada aplikasinya di unit truk baut M16 x 1.5 x 71 ini mengalami patah dan retak (crack) pada saat proses tightening (pengencangan). Total baut yang patah pada saat di assembly di unit adalah 2 pieces atau 0.6 % dari total baut yaitu 300 pieces yang sudah di assembly maupun yang masih berada di dalam stock gudang. Berdasarkan masalah diatas,maka peneliti merasa tertarik untuk melakukan analisis kekuatan baut M16 x 1.5 x 71 untuk mengetahui penyebab terjadinya patah yang dilihat dari sifat kimia dan mekanis dari baut.

(2)

55

METODOLOGI PENELITIAN

Untuk mengetahui penyebab baut patah dilihat dari sifat kima dan mekanis dari baut M16 x 1.5 x 71, dilakukan penelitian dengan alur seperti terlihat pada Gambar 1. Untuk mengetahui penyebab baut patah dilihat dari

chemical dan mechanical properties bolt.

Penelitian ini terdiri dari tiga tahap yaitu pembuatan benda uji (test piece), pengujian dan analisis pengolahan data yang diperoleh dari pengujian diatas untuk mengetahui kekuatan baut.

Pembuatan sampel test piece

Untuk persiapan sampel test piece ini dibagi menjadi dua yaitu sample untuk pengujian

chemical dan mechanical properties. Sampel test piece untuk pengujian chemical properties, mengacu ke standart (JIS Z 2201, Test piece dari Steel Bar). Sampel test piece

untuk pengujian mechanical properties mengacu ke standart (JIS Z 2201, Test piece

dari Steel Bar).

Dalam pembuatan sampel test piece ini ada beberapa proses yaitu Machining, Heat

Treatment dan Elektroplating.

Pengujian

Setelah mendapatkan sampel test piece masing masing 2 pcs maka dilakukan pengujian. Pengujian meliputi chemical dan

mechanical properties :

a. Pengujian chemical properties

Dari pengujian komposisi material ini dimaksudkan untuk mengetahui kadar kandungan bahan bahan kimia yang terkandung dalam material seperti kadar kandungan karbon.

b. Pengujian mikro struktur SCM 440 H Dari pengujian mikro struktur ini dimaksuudkan untuk mengetahui struktur mikro yang terjadi setelah mengalami proses perlakuan panas, seperti perlit, ferit dan martensit.

c. Pengujian tarik SCM 440 H

Dari pengujian tarik ini dimaksudkan untuk mengetahui tensile strength , yield

strength dan elongation dari sample

specimen baut yang telah diuji. d. Pengujian hardness

Dari pengujian hardness ini dimaksudkan untuk dapat mengetahui nilai kekerasan dari sample specimen baut yang telah diuji.

e. Pengujian torsi

Dari pengujian torsi ini dimaksudkan untuk dapat mengetahui nilai torsi dari sample specimen baut yang telah diuji. Analisa dan Pengolahan Data

Data yang diperoleh dianalisis dari hasil pengujian diatas serta dibandingkan dengan standar HTSB100B mengenai chemical dan

mechanical properties.

Start

- Sampel uji komposisi material 2 pcs ( SCM 440 )

- Sampel uji mikro struktur 2 pcs ( SCM 440 H )

- Sampel uji tarik 1 pcs - Sample uji hardness 2 pcs - Sampel uji torsi 2 pcs

Pengujian sifat kimia : - Uji komposisi material 2 pcs ( SCM 440 )

- Uji mikro struktur 2 pcs ( SCM 440 H )

Pembuatan sampel uji

Pengujian sifat mekanis : - Uji tarik 1 pcs ( SCM 440 H ) - Uji hardness 2 pcs ( SCM 440 H ) - Uji torsi 2 pcs ( SCM 440 H ) Material Baut M16 x 1.5 x 71 Kesimpulan Analisa dan Pembahasan End Pengujian sampel

(3)

56

ANALISIS DAN PEMBAHASAN 1. Analisis Komposisi Kimia

Pengujian komposisi material ini diambil dari specimen yang telah dibuatkan sesuai dengan standar yang ada, yaitu JIS Z 2201 [4]. Adapun hasil dari pengujian spektro dapat dilihat di Tabel 1. Dari tabel terlihat bahwa sampel 2 untuk komposisi C dibawah standar yang diijinkan, dimana komposisi karbon ini memiliki peran penting didalam suatu komposisi material karena karbon sangat menentukan sifat mekanis material yaitu semakin tinggi kadar karbon maka kuat leleh dan kuat tarik baja akan naik, keliatan /

elongation baja berkurang dan semakin

sukar dilas. Sedangkan seperti pada hasil uji kadar karbon pada baja rendah sehingga sifat cukup tahan gesek terhadap benda antrasip (tanah berpasir dan tidak mengandung silikon) akan berkurang.

Tabel 1. Komposisi Kimia Baut

Pada sampel 1 dan 2 untuk komposisi silikon ( Si ) dibawah standar yang diijinkan, ini menyebabkan sifat elastis dan keuletannya akan berkurang. Tetapi perlu diketahui juga bahwa penambahan silikon yang berlebih akan menyebabkan baja tersebut mudah retak karena seperti yang sudah dijelaskan pada bab sebelumnya bahwa silikon berupa masa hitam mirip logam yang meleleh pada 14100C.

2. Analisis struktur mikro

Pengujian struktur mikro ini diambil dari specimen yang telah dibuatkan sesuai dengan standar yang ada, yaitu JIS Z 2201. Adapun hasilnya seperti contoh pada gambar 2 dan 3 dibawah ini :

Gambar 2. Foto mikro dengan perbesaran 100X

Gambar 3. Foto mikro dengan perbesaran 500X

Dari gambar hasil uji struktur mikro diatas dapat kita ketahui dan simpulkan bahwa terdapat tiga unsur yang memiliki karakter masing - masing yang mempengaruhi sifat mekanis dari baut diantaranya :

Ferit

Ferit ini terbentuk karena adanya proses pendinginan secara perlahan dari austenit (baja hypotectoid). Ferit ini bersifat lunak dan ulet, serta mempunyai ketahanan konduktivitas yang tinggi [5].

2. Perlit

Perlit adalah campuran antara ferit dan cementid, dimana pada kadar karbon 0.8 % karbon perlit yang terbentuk berupa campuran ferit dan cementid yang terbentuk seperti pelat – pelat yang tersusun secara bergantian.

(4)

57 Bainit merupakan fasa kurang stabil

(metastabil), yang diperoleh dari austenit pada temperatur yang lebih dari temperatur transformasi perlit dan lebih tinggi dari transformasi ke martensit [5,6]. Hasil dari transformasi ini terdiri dari ferit dan sementit. Kekerasan dari fasa bainit ini bervariasi tergantung pada temperatur transformasinya, jika temperatur tinggi disebut upper bainit (strukturnya seperti perlit yang sangat halus) dan apabila temperatur rendah disebut lower bainit (struktur menyerupai martensit temper).

3. Analisis Hasil Uji Tarik

Pengujian tarik dilakukan untuk material yang telah dibuat sedemikian rupa sesuai dengan bentuk dan ukuran test piece yang sudah diatur didalam JIS Z 2201. Data yang diperoleh dari uji tarik ini adalah kekuatan tarik, batas luluh, dan regangan.

Tabel 2 Hasil uji tarik material SCM 440H

Dilihat dari hasil uji tarik spesimen baut M16 x 1.5 x 71 maka dapat ditarik kesimpulan bahwa hasil dari pengujian baik kekuatan tarik, kekuatan luluh dan elongation masih masuk dalam standar yang diijinkan.

4. Analisis Kekerasan (HRC)

Pengujian dilakukan dengan metode Rockwell, pengujian dilakukan dengan pengkondisian sesuai mesin yaitu dengan pemanasan 900C sebelum pengujian dilakukan. Pengujian dilakukan sebanyak 3 kali pada setiap material dengan titik pada setiap masing-masing titik berjarak 10mm. Hasil lengkapnya dapat dilihat pada Tabel 3. Kekerasan yang diijinkan melampau batas standar sehingga dapat disimpulkan bahwa baut ini tidak cocok untuk digunakan karena memiliki sifat keras dan getas. Hal ini disebabkan juga oleh banyak terbentuknya struktur bainit yang dapat dilihat pada Gambar 2 dan 3.

Tabel 3 Nilai kekerasan material (HRC)

1

2

3 Σ

1 40,2

43,6

46,5

43,4

2 40,4

43,9

46,6

43,6

Titik

31 - 38

Standar

Sample

5. Analisis Hasil Uji Torsi

Sampel uji torsi ini menggunakan sampel yang diambil dari sampel baut yang sudah jadi. Dari hasil uji torsi seperti telihat pada tabel 4 diatas, menunjukkan bahwa kekuatan torsi ini berada dibawah batas toleransi yang diijinkan. Hal ini disebabkan oleh kekerasan yang tinggi, struktur mikro yang terbentuk dominan adalah bainit yang memiliki karakteristik kuranng stabil didalam kekerasannya ( kurang homogen), sehingga hal ini meyebabkan sifat ulet dan tangguh dari material turun.

Tabel 4. Tabel hasil uji torsi

Hasil

1

1 1920 kgf.m

2300 kgf.m

2 1960 kgf.m

2300 kgf.m

Std.

Drawing

Sample

KESIMPULAN

Dari pengujian dan pengamatan yang sudah dilakukan terhadap spesimen baut dengan material SCM 440H, maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut :

1. Persyaratan komposisi kimia raw material untuk SCM 440 secara umum tidak memenuhi standar JIS G 4053 dikarenakan standard C 0.32 – 0.39 dan kadar Si 0.15- 0.35 sedangkan hasil aktual C= 0.307 dan Si = 0.14.

2. Struktur mikro baja SCM 440H banyak didominasi oleh struktur bainit yang merupakan struktur hasil proses

(5)

58 perlakuan panas (heat treatment).

Struktur ini umumnya rentan terhadap terbentuknya retakan (crack) pada saat di proses manufaktur.

3. Nilai kekerasan yang dihasilkan menurut standar yang diijinkan melampaui batas maksimal sehingga sifat ulet dan tangguh pada baut ini turun, dimana standarnya 31-38 HRC dan hasil aktual 43. 4 HRC. 4. Sifat kekuatan tarik, kekuatan luluh (yield)

dan keuletan pada material SCM 440H diatas standar yang diijinkan sehingga hal ini akan meningkatkan sifat manufakturnya dimana standar kekuatan tarik adalah min 98 kgf/mm2 dan aktual pengujian 105.77 kgf/mm2.

5. Nilai torsi yang dihasilkan menurut standar yang diijinkan dibawah batas minimal sehingga baut ini dapat retak (crack) bahkan patah pada saat proses

tightening di unit truk, dimana standard

yang diijinkan adalah min 2300 kgf.m. sedangkan hasil aktual 1920 - 1960 kgf.m

DAFTAR PUSTAKA

1. Khurmi, R.S Gupta,J.K, “Machine Design”. New Delhi, India: Eurasia Publishing House, Ram Nagar. 1980. 2. Sularso,Kyokatsu.Suga, “Dasar

Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin”. Jakarta: PT Pradnya Paramita. 2002.

3. Deutschman.A.D, Michels. W. J,Wilson. C.E, “Machine Design Theory and Practice”. New York: Macmillan Publishing Co., Inc. 1975.

4. JIS I Hand Book Steel, Tokyo: 1968 5. ASM Handbook Vol 09, “ Metalography

of material “. USA : ASM International.

2004.

6. Pollack.W.Herman. “Material Science and Metallurgy”.Reston, Virginia: Reston Publishing Company, inc.1981.