ANALISA KEGAGALAN PADA INBOARD WHEEL HUB #4 PESAWAT B PK-GEN PT. GMF AEROASIA

(1)

SEMINAR SIDANG AKHIR TUGAS AKHIR (MM091381)

ANALISA KEGAGALAN PADA INBOARD WHEEL HUB #4

PESAWAT B737-800 PK-GEN PT. GMF AEROASIA

Oleh :

Edith Setia Ginanjar 2708100028

Dosen Pembimbing :

(2)

EVENT :

Ref email MCC tanggal 22Mei 2012 Aircraft RTA

disebabkan brake #4 Jammed Main Wheel B737-800 PK-GEN PN 2612311-1 SN B7540

ANALISA KEGAGALAN PADA INBOARD WHEEL HUB #4 PESAWAT B737-800 PK-GEN PT. GMF AEROASIA

(3)

brake #4 : Brake Number-4 (right outboard main wheel)

(4)

Brake unit tersebut jummed

disebabkan pecahnya IB HUB menjadi 3 bagian yang berakibat rusaknya plate

stator assembly, torque tube dan piston. Penyebab pecahnya IB HUB

suspect dikarenakan Fatigue Crack

(5)

Manufacturer Honeywell

Part Number 2612311-1

Serial Number B7540

Date Of Manufacture 2004

Date Of Last Overhaul 30 Jun 2012

Cycle Last Overhaul 836 cyl

Date Last Tyre Change 20 April 2012 •Pada tanggal 20 April 2012

(pergantian tire ke 21), dan dilaksanakan Return To Service 25 April 2012

•Pada Tanggal 17 Juli 2011 pada

Hub Assy (Inboard dan Outboard) dilaksanakan

overhaul, dan Return To Service 18 Agustus 2011

•Inboard Wheel Hub (Buatan

2004)

•Masuk GMF 13 Juni 2009

•Tanggal 20 April (Tire Change),

tidak ada task NDT

•Pelaksanaan overhaul setiap 2

tahun sekali (1800 cycl)

•Umur IB HUB sampe saat

fatigue, 11 Bulan (836 cyl)

Sampai saat mengalami

kegagalan main wheel nomor 4 ini telah bekerja sebanyak

• 58 cycle sejak pergantian tire

terakhir,

•868 cycle sejak overhaul

terakhir, dan

(6)

Perumusan Masalah

1. Faktor apa yang menyebabkan kegagalan pada

komponen main wheel hub ?

(7)

Batasan Masalah

1. Material komponen inboard hub pada main wheel

nomor 4 pada pesawat terbang Boeing 737-800

PK-GEN adalah Al2014 dalam keadaan gagal.

2. Tekanan, temperatur, kecepatan fluida dan komponen

break system pada main wheel hub adalah keadaan

operasional normal selama beroprasi

(8)

Tujuan Penelitian

1. Menganalisa faktor penyebab terjadinya kegagalan pada

komponen

2. Menganalisa mekanisme kegagalan pada komponen

inboard hub pada main wheel pesawat terbang

(9)

Manfaat Penelitian

Penelitian ini diharapkan dapat menjadi acuan

penanganan bila terjadi kegagalan dikemudian hari dan

dasar pengambangan pada ilmu berikutnya.

(10)

Main Landing Gear

Main landing gear

dilengkapi dengan brake pada

masing-masing main landing gear.

Brake dapat digerakkan secara

manual maupun secara otomatis dan

dilengkapi dengan anti skid system

yang digunakan untuk menambah

dan memaksimalkan pengereman.

Pada setiap main landing gear

terpasang dua buah roda (main

wheel). Main wheel sendiri terdiri

dari dua bagian, yaitu inner dan outer

halves yang dihubungkan dengan tie

bolts

(11)

Wheel

Pada pesawat B737-800 yang

memiliki dua landing gear dan satu

nose landing gear, terdapat

masing-masing dua roda dan ban pada

setiap main landing gear dan nose

landing gear-nya. Roda main landing

gear B737-800 terbagi menjadi dua

bagian yaitu bagian inner dan outer

yang dihubungkan oleh tie bolts

(12)

Aluminium

Karakteristik dari aluminium yang

paling terkenal adalah ringan,

besar dari massa jenisnya sekitar

sepertiga dari baja paduan atau

tembaga. Beberapa aluminium

memiliki rasio perbandingan dari

kekuatan dan berat yang lebih baik

dibandingkan dengan baja yang

berkekuatan tinggi. Aluminium

memeiliki kelenturan yang baik,

formability, ketahanan korosi yang

tinggi, serta konduktivitas listrik

dan panas yang tinggi .

Pada konstruksi pesawat terbang

digunakan paduan Al-Cu (seri 2xxx)

dengan rasio kekuatan dan

kerapatan tinggi. Mempunyai level

kemurnian yang tinggi (misalnya

pada paduan 2124) menghasilkan

keuletan yang lebih baik. Paduan

Al-Cu (2014A) juga dipergunakan

untuk konstruksi primer dengan

beban-berat

(13)

Pengerasan Endapan

Pengerasan endapan dapat diterapkan pada berbagai sistem paduan, tetapi paling sering dijumpai pada paduan

aluminium dan tembaga. Atom tembaga larut terlampaui, tembaga yang dalam kisi kristal aluminium dan daya kelarutan

bergantung pada temperatur. Pada temperatur sekitar 500o_{C, kira-kira 5%}

dari tembaga larut dalam K sebagai larutan padat, sedangkan pada

temperatur 300o_{C jumlah yang larut}

kurang dari 0,1%. Bila batas kelarutan tembaga dalam aluminium g tersisa (kelebihan tembaga) membentuk ikatan dengan aluminium yang disebut θ atau CuAl₂ yang kisi ruangnya berbeda sekali

(14)

Pengerasan endapan dilaksanakan dalam dua tahap

1. Perlakuan panas pelarutan, disini bahan dipanaskan untuk

membentuk larutan padat homogen, yang tetap memiliki

komposisinya setelah pencelupan. Bila pencelupan kurang

cepat sehingga timbul nukleasi, atau bila pelarutan selama

pemanasan awal tak sempurna, pengerasan presipitasi kurang

baik.

2. Larutan metastabil kemudian disepuh atau di-age pada

temperatur yang cukup tinggi untuk waktu tertentu, sehingga

terjadi difusi antara-atom dengan cepat. Kemudian mungkin

terjadi pengelompokan atom larut dalam kisi kristal pelarut.

Ukuran kritis dan dispersi kelompok untuk menghasilkan tingkat

pengerasan presipitasi yang diinginkan bergantung pada jenis

paduan.

(15)

Failure Analysis

Analisa kegagalan dapat diartikan sebagai pemeriksaan/pengujian

terhadap komponen-komponen atau struktur yang mengalami

kerusakan beserta kondisi yang menyebabkan kegagalan dengan

tujuan untuk mengetahui penyebab dari kegagalan tersebut

(16)

Tindakan yang perlu dilakukan dalam menginvestigasi komponen yaitu : 1. Material yang digunakan

a. Data produksi : melting, rolling, forming, casting, heat treatment, dan proses

machining

b. Analisa kimia : pengujian X-Ray, komposisi kimia

c. Sifat mekanik : tensile, bending, hardness, impact, dan fatigue test. d. Struktur metalurgi : struktur makro dan mikro struktur

e. Pengerasan permukaan dan tegangan sisa ; finishing f. Patah permukaan

2. Desain tegangan dan kondisi perawatan

a. Kekuatan dari luar : golongan, besar, pengulangan. b. Atmospher : udara, air, air laut, dan sebagainya c. Yang lain : kondisi perbaikan

3. Uji percobaan

a. Uji laboratorium : perhitungan tegangan (kekuatan material, finite element method (FEM), kekuatan lelah, kekerasan patahan.

b. Konfirmasi uji lapangan : ukuran tegangan, uji produksi. 4. Hasil uji seluruhnya.

(17)

Patah Getas dan Patah Ulet

Patahan adalah sebuah spesimen dari sebuah benda menjadi 2 atau lebih potongan karena terjadinya tegangan statik dan pada temperature yang relatif rendah terhadap titik leleh dari suatu material. Tegangan yang terjadi pada material bisa merupakan tegangan tarik, tegangan kompresi, tegangan geser ataupun torsi. Dalam rekayasa material terdapat dua jenis mode patahan yang mungkin terjadi yaitu patahan ulet dan patah getas. Klasifikasi jenis patahan ini berdasarkan kemampuan sebuah material dalam menerima deformasi plastis yang dapat menyerap energi yang besar sebelum terjadi patahan

(18)

Patah Ulet

Proses patahan ulet dari material terjadi dalam beberapa tahap. Pertama, setelah terjadi pengecilan luasan setempat (necking) cavities kecil atau microvoid terbentuk di dalam struktur material , Kemudian dengan bertambahnya deformasi akibat tegangan maka microvoid membesar dan berkumpul menjadi satu yang kemudian coalesce membentuk retak secara elips yang memiliki panjang tegak lurus dari arah pembebanan. Retak kemudian tumbuh sejajar dengan arah pembebanan, akhirnya patahan terbentuk oleh perambatan retak yang cepat disekitar area necking

(19)

Patah Getas

Patah getas sering terjadi tanpa adanya atau sedikit sekali terjadi deformasi plastis pada material. Retak/ patahan merambat sepanjang bidang-bidang kristalin yang membelah atom-atom material (transgranular). Kemudian pada material lunak dengan butir kasar( coarse grain) maka dapat dilihat pola-pola yang dinamakan chevron atau patah getas permukaan terlihat garis atau daerah asal retakan disebut fan pattern

(20)

Mekanisme Pembetukan Patah Lelah

Kelelahan mengakibatkan terjadinya patah lelah. Patah lelah terjadi

melalui tiga tahap yaitu tahap retak awal (crack initiation), tahap

penjalaran retak (crack propagation), dan tahap patah statis. Dan setelah retak lelah merambat cukup jauh, maka beban yang bekerja hanya akan didukung oleh penampang tersisa yang belum retak dan akhirnya komponen akan patah ( tahap final

failure)

Menurut Schijve, terdapat 5 fase yang selama proses fatigue, yaitu

1. Cylic slip

2. Crack nucleation 3. Growth of microcrack 4. Growth of macrocrack 5. Final failure

(21)

(22)

Material yang digunakan

Spesimen yang digunakan

dalam penelitian ini yaitu

komponen inboard wheel

hub yang sudah retak/gagal

(23)

Peralatan

1. Penggaris

2. Alat Pemotong

3. Kamera Digital

4. Stereo Microscope

5. Mesin Pengujian kekerasan mikro

vickers

6. Mikroskop Optik

7. Mesin SEM-EDX

8. Permodelan

(24)

Pengamatan Fractography

Pengamatan Fractography dilakukan untuk mengetahui profil permukaan retak secara mikro dan makro pada spesimen yang mengalami crack. Hal

ini dilakukan dengan menggunakan stereo mikroskop dan secara mikroskopik dengan menggunakan Mesin SEM dengan jenis Mesin SEM

Jeol Ini bertujuan untuk dapat mempermudah analisa proses terjadinya kegagalan pada komponen.

Langkah-langkah yang dilakukan dalam fractography menggunakan

SEM

(25)

Pengujian SEM-EDX

Identifikasi komposisi kimia dilakukan untuk

mengetahui komposisi kimia yang dalam hal ini unsur apa saja yang terdapat pada komponen yang

mengalami kegagalan. Hal ini dimaksudkan untuk membandingkan material pada part yang gagal dan part yang di rancang. Apakah terjadi ketidaksesuaian antara rancangan dan kondisi kenyataan

Pengamatan SEM (Scanning Electron Microscopic) dengan menggunakan mesin INSPECT S50. Uji SEM digunakan untuk mengetahui struktur permukaan dari material uji.

(26)

Pengujian XRD

Karakterisasi ini dilakukan untuk melihat struktur

kristal dan fase-fase yang terbentuk. Tujuan

dilakukannya pengujian analisis struktur kristal

adalah untuk mengetahui perubahan fase

struktur bahan dan mengetahui fase-fase apa saja

yang terbentuk selama proses pembuatan sampel

uji.

(27)

Pengujian Kekerasan Vickers

Uji kekerasan vickers menggunakan indentor piramida intan yang pada dasarnya berbentuk bujursangkar. Besar sudut antar

permukaan-permukaan piramida yang saling berhadapan adalah 136o_{. Nilai ini}

dipilih karena mendekati sebagian besar nilai perbandingan yang

diinginkan antara diameter lekukan dan diameter bola penumbuk pada uji kekerasan brinell

Angka kekerasan vickers didefinisikan sebagai beban dibagi luas

permukaan lekukan. Pada prakteknya, luas ini dihitung dari pengukuran mikroskopik panjang diagonal jejak

(28)

Permodelan

Pra Permodelan

Pada tahap pra permodelan ini adalah tahap persiapan sebelum dilakukannya permodelan diantaranya :

• Membuat model geometri yang akan dianalisa

• Membuat koordinat yang menjadi acuan penentuan sudut putar. •Melakukan meshing terhadap model yang di buat

Analisa Permodelan

• Pada tahap analisis model, seluruh karakteristik material dan parameter laminasi diinputkan pada permodelan.

• Analisis model dimulai dengan memasukkan kondisi batas berupa tumpuan di

daerah yang diinginkan dengan jenis tumpuan tertentu pada daerah inboard wheel

hub.Pemilihan jenis analisis berupa pembebanan statis. Beban yang diberikan

adalah tekanan internal sebesar 79.010 kg/mm2 _{pada daerah di tempatkannya}

bearing.

(29)

Hasil Analisis

Setelah dilakukan proses solusi, hasil analisis dapat ditampilkan dalam bentuk plot, tabel dan animasi.

•Hasil Plot

Dengan menggunakan countour plot, distribusi beban pada model dapat

ditampilkan sehingga dapat mempermudah proses interpretasi hasil analisis. Pada langkah ini, model digambarkan dengan sebara warna yang menunjukkan beban yang diterima tiap elemen.

•Hasil Tabel

Hasil analisis yang ditampilan dalam bentuk tabel dapat memberikan informasi secara lebih terperinci mengenai beban, dan perpindahan (displacement) pada tiap node maupun elemen penyusun.

•Animasi

Hasil analisis juga dapat ditampilan dalam bentuk simulasi (animasi) untuk memberikan gambaran dalam bentuk gambar bergerak.

(30)

Jenis Material

Pengujian

Hardness SEM-Fraktografi SEM-Edax Permodelan

(31)

Hasil Pengujian Fraktografi

(32)

Pada gambar dibagi menjadi 3 daerah yaitu retak awal

(initial crack), penjalaran retak (crack propagation), dan

retak akhir (final crack). Arah rambatan retak dapat terlihat

dari tanda panah yang berwarna merah dan kuning yang

menunjukkan bahwa arah rambatan tegak lurus dengan

pembebanan pada komponen ini.

(33)

(34)

Pada bagian (a) adalah daerah initiation crack, daerah ini

terletak pada permukaan diameter dalam dari main wheel

hub dimana ini adalah tempat untuk bearing yang berfungsi

sebagai penahan beban yang diberikan oleh pesawat. Dengan

permukaan yang terilat terang dan halus, terdapat

beachmarks dan striasi yang terlihat dengan bantuan

stereomicroscope dan SEM.

(35)

(36)

menjadi patah ulet, hal ini terlihat dari posisiPada gambar

adalah daerah dari rambatan retak (crack propagation) pada

main wheel hub yang mengalami kegagalan. Dengan

permukaan yang berwarna lebih gelap dan adanya

perbedaan ketinggian yang terlihat secara makro bila

dibandingkan dengan daerah initial crack, daerah ini

berbentuk berupa butir-butir kasar (coarse grains) dan

terdapat beachmarks ditunjukkan pada gambar adalah pola

patahan gabungan (mix-mode appearence) yang diduga

terjadi dari patah getas yang bertransformasi beachmarks

pada daerah ini terletak pada sebelah kiri dari initial crack

setelah pola dari patah getas. Pada hasil SEM terlihat bahwa

morfologi patahannya adalah cleavage yaitu patahan yang

melintasi butiran atau patah transgranular ini adalah jenis

dari patah getas.

(37)

(38)

Pada gambar adalah daerah dari patah akhir (final crack) pada main wheel

hub yang mengalami kegagalan. Dengan permukaan yang kasar dengan

butir-butir yang kasar (coarse grains) tidak adanya beachmarks yang

terlihat pada hasil pengamatan secara makro dengan menggunakan

stereomicroscope dan striasi pada hasil pengamatan secara mikro dengan

menggunakan SEM. Pada hasil SEM terlihat bahwa morfologi patahannya

adalah cleavage yaitu patahan yang melintasi butiran atau patah

transgranular ini adalah jenis dari patah getas, hal ini mengindikasi bahwa

rambatan ini adalah rambatan akhir pada saat komponen tidak lagi bisa

menerima beban yang diberikan dengan luasan penampang yang tersisa

sehingga terjadi kegagalan pada komponen ini.

(39)

Hasil Pengujian SEM-EDX

Hasil SEM-EDX yang didapat pada spesimen yang terletak jauh dari retakan dan pada daerah retakan tidak didapat perbedaan, tetapi pada setiap spesimen di dapat unsur dari Cu yang terbaca oleh EDX hal ini diindikasi dari senyawa dari CuAl₂ yang terbentuk pada komponen ini. Pada dasarnya komponen ini telah mengalami proses forging

(CMM ATA 32-40-14). Dari sana diketahui bahwa aluminium mengalami perlakuan

solution treatment dan aging. Dengan adanya proses ini unsur Cu tidak terlihat, unsur

ini tersebar pada spesimen dengan ukuran nanopartikel, dengan terbacanya unsur Cu maka spesimen ini telah mengalami overaged sehingga kekuatannya menurun.

(40)

Hasil Pengujian XRD

Dari hasil pengujian sampel didapat grafik yang mengidentifikasi senyawa

dan fasa yang terbentuk dari spesimen yang berada pada patahan

dan yang terletak jauh dari patahan. Dari dua grafik yang didapat hasil keduanya tidak ada perbedaan dari 2θ pada peak yang terbentuk pada tiap grafiknya, hasilnya bersesuaian dengan JCPDF nomor 85-1327 dan 25-0012 yang menunjukkan bahwa

tiga peak tertinggi bersesuaian dengan fasa Al dan fasa CuAl₂ telah

terbentuk pada spesimen yang berada pada daerah retakan dan

yang terletak jauh dari retakan

(41)

Hasil Pengujian kekerasan

Vickers

•Pengujian Hardness ini diperlukan untuk mengetahui distribusi kekerasan dari diameter dalam hingga diameter luar pada daerah main wheel hub yang mengalami kegagalan dan yang berada jauh dari kegagalan

•Pengujian ini menggunakan ASTM E92-82, Indentasi dilakukan pada daerah yang

mengalami kegagalan dengan jumlah titik indentasi 5 titik dengan beban yang diberikan sebesar 15-kgf

(42)

Menurut CMM 32-40-14, dijelaskan bahwa pada proses inspeksi nilai kekerasan minimal pada bagian inboard hub dan outboard hub adalah 75 HRB atau 119 HB, bila nilai

kekerasan ini di konversikan ke dalam vickers menurut ASTM 140-02, maka didapat nilai kekerasan dengan kisaran 147HV

Dari data yang didapat terlihat bahwa komponen ini mengalami penurunan kekerasan sebesar 42.58% pada daerah yang mengalami patahan dan sebesar 50,4% pada daerah yang berada jauh dari patahan.

ANALISA KEGAGALAN PADA INBOARD WHEEL HUB #4 PESAWAT B737-800 PK-GEN PT. GMF AEROASIA Hasil Hardness Vickers standart Daerah Indentasi Pada daerah yang mengalami patahan Pada daerah yang jauh dari

patahan 1 77.6 70.4 2 81.0 72.9 3 84.7 73.2 4 88.4 73.1 5 90.5 75.1 Average 84.4 72.9 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1 2 3 4 5

Pada daerah yang mengalami patahan

Pada daerah yang jauh dari patahan

(43)

Hasil Permodelan

Dari hasil analisa yang didapat pada

permodelan ini terlihat distribusi tegangan yang besar terletak pada daerah ujung dalam dari tempat bearing. Hal ini sama dengan hasil yang diidapat dari pengujian fraktografi, terlihat inisiasi retakan berada pada ujung dari diameter dalam inboard

wheel hub yang menjalar hingga ke arah

diameter luar.

(44)

Kesimpulan

• Faktor yang menyebabkan kegagalan komponen pada main

wheel hub pesawat terbang Boeing 737-800 yaitu fatigue failure.

• Mekanisme kegagalan komponen main wheel hub ini terjadinya dikarenakan material pada komponen ini

mengalami overaged sehingga kekerasan dan kekuatannya menurun.

(45)

Saran

• Pemberian indikator temperatur pada main wheel agar dapat memantau temperatur kerja pada komponen ini, sehingga dapat diketahui temperatur kerjanya.

• Melakukan pemeriksaan berkala pada komponen ini (setiap 500 flight

cycle) agar dapat memastikan komponen tidak dalam keadaan cacat.

• Jika terdapat komponen yang mengalami cacat permukaan inboard

hub sebaiknya segera dilakukan pergantian komponen agar tidak terjadi

kecelakaan pada saat penerbangan.

• Pemberian grease pada daerah inboard main wheel hub sebelum pemasangan bearing untuk mencegah temperatur kerja yang tinggi pada saat pemakaian.

• Berhati-hati pada saat proses pemasangan dan pelepasan bearing untuk menghindari adanya initiation crack yang terbentuk.

(46)