Your SlideShare is downloading. ×
0
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×

Thanks for flagging this SlideShare!

Oops! An error has occurred.

×
Saving this for later? Get the SlideShare app to save on your phone or tablet. Read anywhere, anytime – even offline.
Text the download link to your phone
Standard text messaging rates apply

2-Aspek Metalurgis Thd Kelelahan Logam (AA)

5,032

Published on

Published in: Education
6 Comments
1 Like
Statistics
Notes
No Downloads
Views
Total Views
5,032
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
1
Actions
Shares
0
Downloads
330
Comments
6
Likes
1
Embeds 0
No embeds

Report content
Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
No notes for slide

Transcript

  • 1. II. ASPEK METALURGIS PADA KELELAHAN LOGAM Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI 1
  • 2. Sesi Metode Pokok Bahasan Hasil Pembelajaran Penilaian Hasil Pembelajaran Ke- Penilaian Mahasiswa mengetahui dan memahami Mahasiswa mampu menjelaskan Karakteristik kegagalan patah lelah pada komponen logam. karakteristik dari patah lelah yang 01 kelelahan logam terjadi pada komponen logam. Aspek metalurgi Mahasiswa mengetahui dan memahami aspek Mahasiswa mampu menjelaskan aspek 02 pada kelelahan metalurgi yang mempengaruhi perilaku metalurgi yang mempengaruhi logam kelelahan pada logam. perilaku kelelahan logam. Mahasiswa mengetahui dan memahami batas Mahasiswa mampu menjelaskan batas 03 batas lelah logam kelelahan logam serta cara menentukannya. kelelahan logam serta cara menentukannya. Mahasiswa mengetahui dan memahami Mahasiswa mampu menghitung hubungan antara tegangan (S) yang bekerja tegangan yang bekerja pada komponen 04 Konsep S-N pada komponen logam dengan umur (N) logam serta mampu memprediksi komponen tersebut. umur komponen tersebut berdasarkan ჱ Tugas Konsep S-N. ჱ UTS Mahasiswa mengetahui dan memahami Mahasiswa mampu menghitung ჱ UAS hubungan antara regangan () yang bekerja tegangan dan regangan yang bekerja pada komponen logam dengan umur (N) pada komponen logam serta mampu 05 Konsep -N komponen tersebut. memprediksi umur komponen tersebut berdasarkan konsep -N. Mahasiswa mengetahui dan memahami Mahasiswa mampu menjelaskan dan Pengaruh takikan pengaruh takikan ataupun geometri menghitung pengaruh takikan ataupun 06 pada perilaku komponen terhadap kegagalan lelah. geometri komponen terhadap umur kelelahan logam lelahnya. Mahasiswa mengetahui dan memahami Mahasiswa mampu menjelaskan dan konsep penjalaran retak lelah. konsep penjalaran retak lelah serta Penjalaran retak 07 mampu memprediksi umur lelah lelah Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI berdasarkan konsep tersebut. 2
  • 3. Kelelahan logam diawali dengan pembentukan awal retak dan dilanjutkan dengan penjalaran retakan hingga komponen mengalami patah. Lokasi awal retak pada komponen atau logam yang mengalami pembebanan dinamis atau siklik adalah pada titik daerah dimana memiliki kekuatan yang paling minimum dan atau pada titik daerah dimana mengalami tegangan yang paling maksimum. Oleh karena itu untuk memperkirakan umur lelah suatu komponen merupakan suatu hal yang cukup sulit, hal ini disebabkan oleh banyaknya faktor-faktor yang mempengaruhi umur lelahnya. Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI 3
  • 4. Faktor-faktor yang mempengaruhi umur lelah: 1.Pembebanan: 1.Jenis beban:uniaksial, lentur, puntir. 2.Pola beban: periodik, random. 3.Besar beban (besar tegangan). 4.Frekwensi siklus beban. 2.Kondisi material. 1.Ukuran butir. 2.Kekuatan. 3.Penguatan dengan larutan padat. 4.Penguatan dengan fasa ke-2. 5.Penguatan regangan. 6.Struktur mikro. 7.Kondisi permukaan (surface finish). 8.Ukuran Komponen. 3.Proses pengerjaan. 1.Proses pengecoran. 2.Proses pembentukan. 3.Proses pengelasan. 4.Proses pemesinan. 5.Proses perlakuan panas. 4.Temperatur operasi. Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI 4 5.Kondisi lingkungan.
  • 5. 2.1 Pengaruh Pembebanan Parameter pembebanan yang berpengaruh terhadap kelelahan logam adalah tegangan rata-rata, σm dan tegangan amplitudo, σa serta frekwensi pembebanan. 2.1.1 Pengaruh Tegangan Rata-rata, σm Gambar. 2.1 Pengertian tegangan siklik. Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI 5
  • 6. Tegangan amplitudo: σa = (σmax - σmin) / 2 (2.1) Tegangan rata-rata: σm = (σmax + σmin) / 2 (2.2) Rasio tegangan: R = σmin / σmax (2.3) Besarnya tegangan rata-rata yang bekerja akan menentukan terhadap besarnya tegangan amplitudo yang diijinkan untuk mencapai suatu umur lelah tertentu. Bila tegangan rata-rata sama dengan 0 atau rasio tegangan sama dengan -1, maka besarnya tegangan amplitudo yang diijinkan adalah nilai batas lelahnya (Se). Dengan demikian jika tegangan rata-ratanya semakin besar maka tegangan amplitudonya harus diturunkan. Hal ini terlihat pada alternatif diagram Goodman atau pada diagram-diagram lainnya, lihat Gambar 2.2 berikut ini: 6 Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI
  • 7. Gambar. 2.2 Diagram-diagram batas tegangan terhadap kelelahan logam. 7 Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI
  • 8. Persamaan-persamaan yang digunakan pada diagram batas tegangan seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 2.2 diatas adalah sebagai berikut: • Soderberg (USA, 1930): σa/Se + σm/Sy = 1 (2.4) • Goodman (England, 1899): σa/Se + σm/Su = 1 (2.5) • Gerber (Germany, 1874): σa/Se + (σm/Su)2 = 1 (2.6) • Morrow (USA, 1960s): σa/Se + σm/σf = 1 (2.7) 8 Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI
  • 9. dimana, Se adalah batas lelah (endurance limit), Su adalah kekuatan tarik dan σf adalah tegangan patah sebenarnya (true fracture stress). Perbandingan dari tegangan amplitudo terhadap tegangan rata- rata disebut rasio amplitudo (A= σa/σm), sehingga hubungan antara nilai R dan A yaitu sebagai berikut: jika R=-1, maka A=~ (kondisi fully reversed) jika R=0, maka A=1 (kondisi zero to maximum) jika R=~, maka A=-1 (kondisi zero to minimum) 9 Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI
  • 10. Pada Gambar 2.2 diatas yang memperlihatkan aman tidaknya kondisi pembebanan terhadap kelelahan logam, berdasarkan hasil diskusi atas berbagai permasalahan, maka dapat dinyatakan sebagai berikut: • Diagram. a (Soderberg) adalah paling konservatif dan paling aman, atau digunakan pada kondisi nilai R mendekati 1. • Data hasil pengujian, cenderung berada diantara diagram. b dan c (Goodman dan Gerber). • Untuk baja keras (getas), diagram. b dan d (Goodman dan Morrow) hampir berimpit (sama). • Untuk baja lunak (ulet), diagram. D (Morrow) akan lebih akurat. • Pada kondisi R<1 (atau perbedaan tegangan rata-rata dan tegangan amplitudo cukup kecil), maka ke-4 diagram hampir sama (berimpit). 10 Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI
  • 11. Alternatif diagram Goodman seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.2 diatas adalah yang paling banyak digunakan, dan diagram Goodman yang lama (asli) seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.3 dibawah ini, sekarang sudah tidak dipakai lagi. Gambar. 2.3 Diagram Goodman. 11
  • 12. Pengaruh dari tegangan siklik (SN) terhadap tegangan rata- rata atau sebaliknya, dapat terlihat pada diagram master seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.4 berikut ini. AISI 4340 steel Su = 158, Sy = 147 kpsi. σmin = 20, σmax = 120, σm = 70, σa = 50 kpsi. Gambar. 2.4 Diagram master baja AISI 4340 untuk menentukan pengaruh dari tegangan rata- 12 rata pada kelelahan logam.
  • 13. Untuk melihat pengaruh tegangan siklik (SN) terhadap umur lelah pada kondisi R=-1 (tegangan siklik sama dengan tegangan amplitudo) dapat dilihat pula pada diagram Haigh berikut ini. Gambar. 2.4 Diagram Haigh. 13 Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI
  • 14. Jika tegangan siklik atau tegangan amplitudo meningkat, maka umur lelah akan semakin menurun, begitu pula dari pengaruh meningkatnya tegangan rata-rata, maka akan menyebabkan penurunan umur kelelahan logam. Tabel 2.1 Persamaan dan koordinat perpotongan pada kuadran ke-1 untuk Goodman dan kriteria kegagalan lainnya. Se Se 14 Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI
  • 15. Tabel 2.2 Persamaan dan koordinat perpotongan pada kuadran ke-1 untuk Gerber dan kriteria kegagalan lainnya. Se Se 15 Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI
  • 16. 2.1.2 Pengaruh Tegangan Amplitudo, σa Seperti telah dijelaskan sebelumnya, tegangan amplituda akan sangat berpengaruh terhadap umur kelelahan logam. Perkiraan kelelahan pada pembebanan yang kompleks atau variabel, seringkali didasarkan pada hukum kerusakan non linier (linier damage rule) yang pertama kali diajukan oleh Palmgren (1924) dan dikembangkan oleh Miner (1945) sehingga metoda ini dikenal dengan hukum Miner. Hukum ini tidak selalu sesuai dengan kenyataan, sehingga muncullah berbagai alternatif yang lain seperti teori kerusakan non linier (oleh Collins), metoda perhitungan siklus (cycle counting) yaitu metoda perhitungan curah hujan rain flow counting (oleh Downing). 16 Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI
  • 17. 2.1.3 Pengaruh Frekwensi Pembebanan Pengaruh frekwensi ini dapat dilihat pada pengujian kelelahan logam dengan frekwensi ± 500÷10.000 siklus/menit, pada interval ini hampir tidak ada pengaruhnya terhadap kekuatan lelah materialnya. Sebagai contoh pada pengujian kelelahan baja dengan frekwensi 200÷5.000 siklus/menit, tidak menunjukkan adanya pengaruh tersebut terhadap batas lelahnya, tetapi pengujian pada frekwensi 100.000 siklus/menit, maka batas lelahnya akan semakin meningkat (karena pada frekwensi tinggi, deformasi plastis yang terjadi tidak sebesar pada frekwensi rendah). Pengaruh frekwensi tersebut terjadi pula pada logam-logam non ferro. 17 Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI
  • 18. 2.2 Pengaruh Kondisi Material Awal retak lelah terjadi dengan adanya deformasi plastis mikro setempat, dengan demikian komposisi kimia dan struktur mikro material akan sangat mempengaruhi kekuatan untuk menahan terjadinya deformasi plastis sehingga akan sangat berpengaruh pula terhadap kekuatan lelahnya. Parameter- parameter dari kondisi material yang mempengaruhi kekuatan lelah tersebut yaitu antara lain dijelaskan berikut ini. Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI 18
  • 19. 2.2.1 Pengaruh Ukuran Butir Butir halus yang akan meningkatkan kekuatan luluh dan kekuatan lelah atau akan meningkatkan umur lelah logam, hanya dapat terjadi pada pembebanan siklik dengan kondisi HCF atau LCS (High Cycle Fatigue atau Low Cycle Stress/Strain), tetapi berdasarkan hasil experimen menunjukkan bahwa pada pembebanan siklik dengan kondisi sebaliknya yaitu LCF atau HCS (Low Cycle Fatigue atau High Cycle Stress/Strain), ternyata ukuran butir tidak berpengaruh terhadap umur lelah. Ukuran butir, pada satu sisi dapat meningkatkan umur lelah, tetapi disisi lain akan meningkatkan kepekaan terhadap takikan (notch). Spesimen yang halus permukaannya dan memiliki struktur berbutir halus, akan meningkatkan umur lelah, tetapi jika spesimen tersebut memiliki takikan, maka akan berumur lebih pendek jika berbutir halus. 19 Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI
  • 20. 2.2.2 Pengaruh Kekuatan Sebagai patokan kasar, baja memiliki batas lelah sebesar: Se = 0,5 Su (2.8) Hal ini terlihat pada Gambar. 2.5 dan 2.6 berikut ini: Gambar. 2.5 Pengaruh kekuatan tarik terhadap batas lelah. Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI 20
  • 21. Gambar. 2.6 Hubungan antara batas lelah (lentur putar) dengan kekuatan tarik baja. 21 Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI
  • 22. Sedangkan untuk logam-logam non ferro (Cu, Ni, Mg, dan lain-lain) memiliki batas lelah sebesar: Se = 0,35 Su (2.9) Perbandingan Kekuatan lelah, Se dan kekuatan tarik, Su disebut rasio kelelahan. Jika pada spesimen tersebut memiliki takikan, maka rasio kelelahan akan menurun hingga 0,2÷0,3. Dengan demikian, semakin tinggi kekuatan tarik logam, maka akan semakin tinggi pula kekuatan lelahnya. Kekuatan tarik tersebut dapat ditingkatkan melalui mekanisme- mekanisme penguatan logam, yaitu antara lain: •Penguatan larutan padat •Penguatan fasa ke-2 •Pengutan presipitasi •Penguatan regangan •Dan lain sebagainya 22 Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI
  • 23. Rasio kelelahan dari batas lelah karena pembebanan aksial hasil eksperimen adalah sebesar 0,6÷0,9 dan secara konsevatif diestimasi sebesar: Se (aksial) ≈ 0,7 Se (bending) (2.10) Sedangkan rasio kelelahan hasil eksperimen dengan uji lelah puntir dan bending atau lentur putar adalah sebesar 0,5÷0,6 dan hubungan tersebut secara teoritis dituliskan: Se (puntir) ≈ 0,577 Se (bending) (2.11) 23 Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI
  • 24. 2.2.3 Pengaruh Penguatan Larutan Padat Atom-atom asing akan menyebabkan distorsi kisi sehingga menghasilkan medan tegangan pada kisi kristal logam yang akan menghambat gerakan dislokasi yang pada akhirnya akan meningkatkan kekuatan logam termasuk batas lelahnya, apalagi jika atom asing tersebut yang larut padat interstisi, menimbulkan strain aging, maka akan lebih meningkatkan batas lelah logam seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 2.7 berikut ini. Strain aging dari atom asing Efek atom asing Logam murni Gambar. 2.7 Pengaruh unsur paduan/atom asing terhadap batas lelah. 24
  • 25. 2.2.4 Pengaruh Fasa ke-2 Fasa ke-2 yang keras akan menghalangi gerakan dislokasi sehingga akan meningkatkan kekuatan logam. Parameter fasa ke-2 yang berpengaruh tersebut adalah: bentuk, ukuran dan distribusinya. Sebagai contoh baja yang memiliki struktur Ferit-Perlit dengan bentuk sementit lamelar dan speroidal, maka kekuatan statiknya relatif sama tetapi batas lelahnya dapat berbeda. Fasa ke-2 dengan bentuk lamelar akan memiliki batas lelah yang relatif lebih rendah (Gambar. 2.8), hal ini dikaitkan dengan bentuk tersebut akan lebih peka terhadap efek takikan, hal yang serupa terjadi pula pada fasa perlit atau karbida yang kasar, fasa alpha bebas dan austenit sisa. Sementit speroidal Gambar. 2.8 Pengaruh bentuk karbida Sementit lamelar terhadap batas lelah. 25
  • 26. 2.2.5 Pengaruh Pengerasan Regangan Logam yang dikeraskan atau diperkuat melalui mekanisme pengerasan regangan, akan meningkatkan kekuatan statik dan sikliknya, hal ini dikarenakan penjalaran retakan akan menjadi lebih lambat pada logam yang telah mengalami pengerasan regangan (Gambar 2.9). Gambar. 2.9 Pengaruh pengerolan dingin terhadap kurva S-N baja. 26
  • 27. 2.2.6 Pengaruh Struktur Mikro Struktur mikro merupakan satu faktor disamping komposisi kimia yang sangat menentukan kekuatan logam, baik kekuatan statik maupun sikliknya (Gambar 2.10). Sebagai contoh baja yang memiliki struktur Martensit akan memiliki kekuatan statik yang relatif tinggi akan tetapi kekuatan lelahnya relatif lebih rendah (karena bersifat getas) dibandingkan baja dengan struktur Martensit temper (karena ada peristiwa strain aging pada ujung retakan). Batas lelah baja akan lebih tinggi lagi jika struktur yang dimilikinya adalah fasa Bainit. Gambar. 2.10 Pengaruh struktur mikro terhadap rasio kelelahan. Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI 27
  • 28. 2.2.7 Pengaruh Surface Finish Kelelahan logam merupakan suatu fenomena permukaan, sehingga kondisi permukaan (surface finish) logam akan sangat mempengaruhi batas lelahnya. Kondisi permukaan tersebut sangat ditentukan oleh perlakuan permukaan seperti: • Plating, dimana proses ini akan menghasilkan tegangan sisa tarik pada permukaan logam. • Thermal (proses diffusi), seperti karburisasi, nitriding, dan lainnya dapat menimbulkan tegangan sisa tekan pada permukaan logam. • Mechanical, misalnya shot peening, dapat menghasilkan tegangan sisa tekan pada permukaan logam. 28 Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI
  • 29. Dengan demikian proses perlakuan permukaan dapat menghasilkan tegangan sisa ataupun ketidakkontinyuan (takik, fillet, retak) pada permukaan logam yang akan sangat mempengaruhi batas lelah dari logam yang bersangkutan (Gambar 2.11 sampai 2.13). Disamping itu proses perlakuan permukaan yang dapat menghasilkan kekasaran permukaan tertentu pada baja akan menghasilkan suatu faktor koreksi permukaan dari komponen baja seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.14 dan 2.15. Gambar. 2.11 Pengaruh pelapisan chrom terhadap kurva S-N baja 4140. 29
  • 30. Gambar. 2.12 Pengaruh pelapisan nikel terhadap kurva S-N baja. Gambar. 2.13 Pengaruh shot peening terhadap kurva S-N baja lapis nikel. 30
  • 31. Gambar. 2.14 Faktor koreksi kondisi permukaan pada komponen baja. Gambar. 2.15 Faktor koreksi kekasaran permukaan (RA : root mean square atau AA : Arithmetic Average) dan kekuatan dari komponen baja. Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI 31
  • 32. Proses elektroplating nikel atau chrom dapat menyebabkan penurunan kekuatan lelah hingga 60 % dan semakin tebal lapisan akan semakin menurunkan kekuatan lelahnya, hal ini disebabkan oleh karena timbulnya tegangan sisa tarik pada permukaan logam yang dilapis yang relatif cukup tinggi. Solusi untuk menghindari pengaruh buruk dari proses ini adalah: 1. Dilakukan proses nitriding sebelum proses elektroplating. 2. Dilakukan proses shot peening sebelum atau setelah proses elektroplating. 3. Dilakukan proses stress relieving (baja = 260oC dan aluminium = 121oC) setelah proses elektroplating. 32 Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI
  • 33. Proses elektroplating cadmium dan seng tidak begitu berpengaruh terhadap kekuatan lelah, tetapi semua jenis proses elektroplating jika kurang kontrolnya dapat menimbulkan penggetasan hidrogen yang mempengaruhi kekuatan logamnya. Pada Gambar 2.16 dan 2.17 ditunjukkan skematis distribusi tegangan sisa pada batang yang dikenai pembebanan lentur (bending) dan beban aksial tarik. Gambar. 2.16 Tegangan sisa pada batang tanpa takikan yang dikenai beban lentur. Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI 33
  • 34. Berdasarkan Gambar 2.16 diatas dapat dijelaskan keadaan tegangan (Gambar 2.16e) pada permukaan batang yang mengalami beban lentur (Gambar 2.16d) yaitu sebagai berikut: 1. Pada titik1, permukaan batang mendekati titik luluh dan distribusi tegangan linier (Gambar 2.16a). 2. Jika beban lentur meningkat hingga titik 2, permukaan batang mulai mengalami luluh atau deformasi plastis (Gambar 2.16b). 3. Jika momen menurun hingga titik 3, maka batang akan memiliki distribusi tegangan sisa (Gambar 2.16c). 34 Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI
  • 35. Gambar. 2.17 Tegangan sisa pada batang bertakik yang dikenai beban tarik. Contoh lain dari tegangan sisa ini ditunjukkan pada Gambar. 2.17 dari batang pelat yang mengalami beban tarik siklik (Gambar 2.17d) dan dapat dijelaskan sebagai berikut: 1. Pada titik 1 akan menyebabkan luluh atau deformasi plastis pada ujung takikan dari material (Gambar 2.17b) dan jika beban dihilangkan (titik 2), maka material akan mendapat tegangan sisa tekan (Gambar 2.17c). 2. Jika terjadi beban siklik (titik 3 dan 4), maka tegangan pada ujung retakan akan mengalami siklik pula (Gambar 2.17e). 35 Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI
  • 36. Metoda lain untuk menghasilkan tegangan sisa adalah dengan pemberian tegangan awal (prestressing atau presetting) yang dapat menyebabkan peningkatan kekuatan lelah dari batang bertakik dengan pembebanan aksial seperti ditunjukkan pada Tabel 2.3 berikut ini. Tabel.2.3 Batas lelah dari pelat berlubang dengan pembebanan 36 Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI
  • 37. Presetting ini umumnya diterapkan pada komponen pegas ulir dan pegas daun dimana pemberian beban awal ini harus memiliki arah yang sama dengan pembebanan kerjanya. Presetting dapat pula menyebabkan penurunan kekuatan lelah 20÷50 % jika diterapkan pada pembebanan lentur putar. Proses perlakuan permukaan secara thermal misalnya karburising dan nitriding akan sangat menguntungkan terhadap ketahanan lelah seperti yang ditunjukkan pada Tabel. 2.4, hal ini dikarenakan proses tersebut menyebabkan peningkatan kekuatan permukaan material, dan menyebabkan pula timbulnya tegangan sisa tekan pada permukaannya yang disebabkan adanya perubahan volume. Demikian halnya pada proses perlakuan permukaan flame dan induction hardening. 37 Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI
  • 38. Tabel. 2.4 Pengaruh proses nitriding terhadap batas lelah. Selanjutnya proses perlakuan permukaan secara mekanis misalnya shot peening yang menyebabkan timbulnya tegangan sisa tekan pada permukaan material, akan sangat menguntungkan kekuatan atau lelah materialnya. Hal ini ditunjukkan pada Gambar. 2.18 dan 2.19 berikut ini. Gambar. 2.18 Pengaruh proses shot peening terhadap kurva S-N dari roda gigi yang dikarburisasi. 38
  • 39. Gambar. 2.19 Pengaruh proses shot peening terhadap batas lelah dari baja baja kekuatan tinggi. 2.2.8 Pengaruh Ukuran Komponen Kelelahan merupakan fenomena permukaan, maka akan sangat ditentukan oleh ukuran permukaan. Semakin besar ukuran maka akan semakin besar pula kemungkinan terjadinya pembentukan awal retaknya, sehingga muncul faktor modifikasi batas lelah karena faktor ini yaitu sebagai berikut: Csize = 1 jika d ≤ 8 mm (2.12) Csize = 1,189 d-0,097 jika 8 mm < d ≤ 250 mm (2.13) 39
  • 40. Pengaruh ukuran ini berhubungan dengan lapisan tipis permukaan material yang terkena tegangan 95 % atau lebih. Gambar 2.20 menunjukkan semakin besar ukuran akan semakin besar pula volume dari permukaan material yang mengalami tegangannya. Gambar. 2.20 Gradien tegangan pada spesimen berukuran besar dan kecil. Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI 40
  • 41. Pengaruh ukuran ini ditunjukkan pada Tabel 2.5 berikut ini: Tabel. 2.5 Pengaruh ukuran terhadap batas lelah. Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI 41
  • 42. Contoh Soal 2.1: Beberapa batang baja kekuatan tinggi akan dipergunakan sebagai lembaran pegas daun, pegas tersebut akan bekerja dengan kondisi tegangan zero to maximum (R=0) dengan 3 titik pembebanan. Lebar batang adalah 1 in dan tebal: 0,145 in. Pilihlah 2 kondisi perlakuan terhadap batang dibawah ini yang akan memberikan umur lelah tak berhingga dengan menggunakan persamaan Goodman sebagai perhitungannya. Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI 42
  • 43. A. Kondisi as Heat Treated (Quench+Temper): •Kekerasan = 48 HRc (≈ 465 BHN). •Tegangan sisa pada permukaan = 0 ksi. •Kekasaran permukaan (AA) = 24 μin. B. Kondisi as Shot Peened: •Kekerasan = 49 HRc (≈ 475 BHN). •Tegangan sisa pada permukaan = -80 ksi. •Kekasaran permukaan (AA) = 125 μin. Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI 43
  • 44. Jawab: * Untuk kondisi A: Kekuatan: Se = 100 ksi (BHN > 400) dan, Su = 0,5 BHN = 0,5 . 465 = 232 ksi Ukuran luas pelat pegas: A = w t = 1 . 0,145 = 0,145 in2 maka, Diameter ekuivalennya adalah: A = Л/4 dek2 = 0,145 dek = 0,43 in = 10.92 mm sehingga, Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI 44
  • 45. *Faktor modifikasi pengaruh ukuran: Csize = 1,189 d-0,097 = 1,189 (10,92)-0,097 = 0,94 *Faktor modifikasi pengaruh pembebanan adalah 1 karena pembebanan berupa lentur atau bending. Karena kekasaran permukaannya = 24 μin, maka sesuai dengan Gambar 2.15 dapat diketahui; *Faktor modifikasi pengaruh kekasaran permukaan yaitu sebesar = 0,75 Dengan demikian batas lelah setelah memperhitungkan faktor-faktor modifikasinya adalah: S’e=Se.Csize.CLoad.Csurf finish=100 . 0,94 . 1 . 0,75= 70,5 ksi Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI 45
  • 46. Maka tegangan yang diijinkan bekerja pada pegas tersebut: σa / Se + σm / Su = 1 Untuk pembebanan zero to max atau R=0 maka, σa = σm = σmax / 2 = σ sehingga, σ / Se + σ / Su = 1 σ / 70,5 + σ / 232 = 1 maka, σ = 54 ksi sehingga, σmax = 108 ksi Untuk kondisi A, pegas tersebut dapat bekerja dengan umur tak berhingga dengan siklus tegangan antara 0 ÷ 108 ksi. (aktualnya adalah antara 0 ÷ 100 ksi, dengan demikian perhitungan diatas memiliki faktor kesalahan: 8 %). Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI 46
  • 47. •Untuk kondisi B: Kekuatan: Se = 100 ksi (BHN > 400) dan, Su = 0,5 BHN = 0,5 . 475 = 238 ksi Karena kekasaran permukaannya = 125 μin, maka sesuai dengan Gambar. 23 dapat diketahui; *Faktor modifikasi pengaruh kekasaran permukaan yaitu sebesar = 0,58 Dengan demikian batas lelah setelah memperhitungkan faktor-faktor modifikasinya adalah: S’e=Se.Csize.CLoad.Csurf finish=100 . 0,94 . 1 . 0,58= 54,5 ksi Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI 47
  • 48. Karena pengaruh tegangan sisa dipermukaan sebesar -80 maka: σa / Se + σm / Su = 1 dan, σa = σm = σmax / 2 = σ sehingga, σ / Se + {(σ-80) / Su} = 1 σ / 54,5 + {(σ-80) / 238} = 1 maka, σ = 59,3 ksi sehingga, σmax = 118,6 ksi Untuk kodisi B, pegas tersebut dapat bekerja dengan umur tak berhingga dengan siklus tegangan antara 0÷118,6 ksi. (aktualnya adalah antara 0÷140 ksi, dengan demikian perhitungan diatas memiliki faktor kesalahan: 15 %). Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI 48
  • 49. 2.3 Pengaruh Proses Pengerjaan Pada dasarnya setiap ketidakkontinyuan dan ketidakseragaman pada material akan berpengaruh langsung terhadap penjalaran retak lelah atau ketahanan lelah material, ketidakkontinyuan ini dapat berupa takikan dari geometri komponen ataupun berupa retakan dan rongga sebagai akibat suatu proses pengerjaan. Selain itu ketidakseragaman yang berupa ketidakmohogenan struktur ataupun berupa segregasi dari suatu proses pengerjaan akan sangat berpengaruh pula terhadap ketahanan lelah material. Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI 49
  • 50. 2.3.1 Pengaruh Proses Pengecoran Hal-hal yang berpengaruh terhadap ketahanan lelah logam sebagai akibat negatif dari proses pengecoran adalah: • Segregasi (terutama segregasi makro) • Cacat rongga • Porositas • Retak panas • Terak, slag atau inklusi • dan lain-lain Gambar. 2.21 Cacat-cacat coran. 50
  • 51. 2.3.2 Pengaruh Proses Pembentukan Logam hasil proses pembentukan akan memiliki batas lelah yang lebih tinggi dari benda coran, namun cacat-cacat dari suatu proses pembentukan akan sangat merugikan pula terhadap batas lelah logam yang dihasilkan. Cacat-cacat tersebut antara lain: •Cacat laps atau seams (berupa lipatan) pada permukaan produk tempa atau roll. •Oksida yang terjebak pada lipatan di permukaan produk tempa atau roll. •Permukaan yang kasar. •dan lain-lain. Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI 51
  • 52. Pada Gambar 2.22, Tabel 2.4 dan Gambar 2.23 ditunjukkan pengaruh proses pembentukan terhadap ketahanan lelah baja, dan pada Gambar 2.24 ditunjukkan pula pengaruh anisotrop yang dihasilkan dari proses pembentukan logam serta Gambar 2.25 memperlihatkan jenis-jenis cacat proses pembentukan. Gambar. 2.22 Pengaruh pengerolan dingin terhadap kurva S-N baja. 52
  • 53. Tabel. 2.6 Kekuatan lelah pada 105 siklus dari baut baja AISI 8635 Gambar. 2.23 Pengaruh penempaan terhadap batas lelah baja. 53
  • 54. Gambar. 2.24 Pengaruh anisotrop terhadap ketahanan patah. Gambar. 2.25 Cacat-cacat proses tempa dan ekstrusi. 54
  • 55. 2.3.2 Pengaruh Proses Pengelasan Proses pengelasan melibatkan pencairan dan pembekuan, maka segala jenis cacat-cacat coran dapat terjadi didaerah logam las. Sedangkan daerah terpengaruh panas (Heat Affected Zone) dapat terjadi perubahan struktur mikro yang menghasilkan fasa getas dan butir kasar, hal ini akan sangat merugikan ketahanan lelah sambungan lasan disamping adanya tegangan sisa tarik pada daerah tersebut. Pada Gambar 2.26 ditunjukkan jenis-jenis cacat lasan. Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI 55
  • 56. Gambar. 2.26 Cacat-cacat lasan. 56
  • 57. 2.3.3 Pengaruh Proses Pemesinan Kondisi permukaan logam sangat berpengaruh terhadap umur lelahnya, permukaan yang kasar merupakan tempat yang tegangan lokalnya tinggi sehingga dapat menjadi lokasi awal retak lelah. Dengan demikian proses pemesinan yang menentukan kekasaran permukaan logam akan menentukan pula terhadap ketahanan lelahnya disamping timbulnya tegangan sisa sebagai akibat deformasi plastis pada saat pembentukan geram dalam operasi pemesinan tersebut (Gambar. 2.27), bahkan jika tegangan sisa tarik muncul yang cukup besar seperti dalam proses penggerindaan yang cukup berat, dapat menimbulkan retak rambut (Gambar 2.28). Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI 57
  • 58. Gambar. 2.27 Pengaruh proses penggerindaan terhadap kurva S-N baja. Gambar. 2.28 Cacat-cacat proses pemesinan. 58
  • 59. 2.3.5 Pengaruh Proses Perlakuan Panas Pengaruh dari proses perlakuan panas yang dapat menurunkan kekuatan lelah adalah: •Over heating yang menyebabkan butir kasar. •Over heating yang menyebabkan pencairan fasa bertitik cair rendah. •Retak quench. •Tegangan sisa •Dekarburisasi (Tabel 2.7). •dan lain-lain. Tabel. 2.7 Pengaruh dekarburisasi terhadap batas lelah. 59 Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI
  • 60. 2.4 Pengaruh Temperatur Operasi Pada temperatur tinggi, kekuatan logam akan menurun sehingga deformasi plastis akan lebih mudah terjadi dan batas lelah menjadi tidak jelas (hilang) yang disebabkan oleh karena pengaruh mobilitas dislokasi (lihat Gambar 2.29). Room Temperature Gambar 2.29. Pengaruh temperatur terhadap batas lelah baja. High Temperature (750oC) 60
  • 61. 2.5 Pengaruh Kondisi Lingkungan Kondisi lingkungan yang korosif akan menyerang permukaan logam dan menghasilkan lapisan oksida atau produk korosi. Umumnya oksida adalah sebagai lapis lindung dan dapat mencegah kerusakan korosi selanjutnya, tetapi pembebanan siklik dapat menyebabkan pecahnya lapisan tersebut dan kerusakan korosi berikutnya sehingga timbul korosi sumuran yang berfungsi sebagai takikan. Hal itulah yang menyebabkan penurunan kekuatan lelah, pengaruh lingkungan korosif ini menurunkan kekuatan lelah logam hingga 10 % serta dapat menyebabkan batas lelah menjadi tidak jelas (hilang) seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.30, 2.31 dan Tabel 2.8 dan 2.9 berikut ini. 61 Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI
  • 62. Gambar 2.30. Pengaruh lingkungan terhadap kurva S-N baja. Gambar 2.31. Pengaruh kekuatan tarik terhadap korosi- lelah berbagai jenis baja. 62
  • 63. Tabel. 2.8 Kekuatan lelah baja pada beberapa kondisi lingkungan. Tabel. 2.9 Pengaruh perlakuan permukaan terhadap korosi-lelah baja. 63 Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI
  • 64. Gambar. 2.32 Pengaruh lingkungan dan variabel metalurgis lainnya terhadap batas lelah. Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI 64
  • 65. Tugas: 2.1 Batang silinder berdiameter 2,5 in dan memiliki kekasaran permukaan 125 μ in terbuat dari bahan baja AISI 1035 dengan kekuatan tarik, Su = 92 Ksi. Tentukanlah beban yang akan menghasilkan umur tak berhingga untuk kondisi: pembebanan aksial bolak-balik (R=-1) dan pembebanan puntir bolak- balik (R=-1). 2.2 Gambarlah grafik hubungan antara kekuatan lelah, Se dengan kekuatan tarik, Su dengan berbagai kondisi permukaan hasil perlakuan proses: Hot Rolling, Machining, Forging dan Poleshing. (Gunakanlah Gambar. 2.14). Abrianto_Akuan@T.Metalurgi-UNJANI 65
  • 66. 2.3 Suatu baja paduan memiliki kekuatan tarik, Su = 100 ksi. Baja tersebut diproses shot peening sehingga menghasilkan tegangan sisa -50 ksi yang menyebabkan peningkatan kekerasan dari 200 BHN menjadi 250 BHN serta peningkatan kekasaran permukaan dari 5 menjadi 50 μ in. Estimasilah kekuatan lelah baja tersebut sebelum dan setelah perlakuan shot peening. 2.4 Poros baja kondisi A hasil proses pemesinan akan diganti oleh poros baja kondisi B hasil proses forging. Tentukanlah diameter dari poros pengganti tersebut yang akan dipakai pada pembebanan puntir bolak- balik yang menghasilkan umur 106 siklus. Poros A: Su = 80 Ksi Surface finish, AA = 125 μ in (machined) Diameter = 1,5 in Poros B: Su = 90 Ksi 66 Surface finish, AA = as forged

×