Kerusakan Logam & Penyebabnya Dilihat Secara; Makroskopik & Mikroskopik

Kerusakan logam merupakan hal yang riskan didalam dunia industri, terlebih apabila ini terjadi pada komponent atau bagian yang kritis. Kerusakan logam ini sendiri dapat disebabkan oleh banyak faktor, seperti: kekeliruan dalam pemilihan material, cacat fabrikasi, kesalahan perlakuan panas, kekeliruan dalam perencanaan mekanik, kondisi operasi yang tidak terduga, pengontrolan lingkungan yang tidak cermat, kontrol kualitas dan inspeksi yang kurang.

Kerusakan itu senduiri terjadi dengan mekanisme-mekanisme tertentu, tergantung pada faktor penyebab dan sifat dari bahan itu. Dimana mekanisme-mekanismenya antara lain; korosi, fatik, patah getas, overload, korosi temperatur tinggi, stress corrosion cracking, creep(stress repture) dan aus(wear).

Akibat kerusakan logam pada suatu komponen atau bagian yang kritis terkadang sangat diluar dugaan, bahkan bencana dapat saja terjadi karenanya. Seumpamanya pada kawat baja untuk penahan jembatan, dengan terjadinya kerusakan pada satu kawat berarti beban yang mesti ditanggungnya akan dibebankan merata pada kawat yang lain. Mungkin saja ini masih aman, namun bagaimana apabila ada satu kawat yang ternyata telah mengalami cacat, baik itu akibat korosi, lalu dengan beban dinamis yang diterimanya akibat kendaraan yang melewatinya maka kawat baja ini dapat saja gagal dan pembebanannya pun akan kembali dibagikan pada kawat yang lainnya. Akibat dari semua ini dapat saja jembatan akan collapse.

Adanya getaran atau gerakan yang dinamis juga merupakan salah satu penyebab utama terjadinya kerusakan logam. Karena pergerakan yang berulang-ulang ini dan terjadi terus-menerus secara kontiniu akan menyebabkan logam mengalami kelelahan. Hal ini telah menyebabkan fatigue failure tidak dapat dihindari untuk terjadi. Fatigue failure ini banyak terjadi pada gear roda gigi, as kendaraan, dan bagian yang selalu bergerak lainnya.

Gambar 1. Jembatan yang roboh.

Gambar di atas merupakan sebuah jembatan yang roboh di Amerika Serikat. Ini terjadi setelah dibuka pada bulan Juli 1940, Tacoma Narrows Bridge di Washington State mendapat julukan "Galloping Gertie," karena desain nya yang luwes mengizinkan jalur jalanya itu untuk berdesir(bergoyang) di dalam angin. Tetapi ketika hembusan keras yang mencapai (di) atas 40 mph mulai menerpa jembatan pada 7 Nopember di tahun itu, gerakan nya tiba-tiba berubah. Dimana dari desiran yang terjadi, jalan mulai memutar dan melingkar. Beton pecah, kabel berjumbai, dan setelah hanya empat bulan dioperasikan, jembatan roboh. Sebagai respon atas kegagalan, yang untunglah tanpa korban jiwa, insinyur-insinyur mengeraskan tiang-tiang yang menyokong Jembatan California’s Golden Gate dan dikuranginya fleksibilitas dari desain ulang jembatan-gantung.

PERLUNYA MENPELAJARI KERUSAKAN LOGAM

Dari contoh kasus collapse’a jembatan di atas marang kali kita dapat memahami betapa pentingnya mempelajari tenjang kerusakan logam. Baik itu tentang faktor-faktornya maupun mekanisme kerusakannya. Analisa yang kita lakukan terhadap kerusakan logam yang terjadi baik itu setelah gagalnya suatu komponen akan membuat kita lebih hati-hati lagi. Analisa kerusakan ini diperlukan agar kerusakan bahkan kegagalan yang serupa tidak akan terjadi lagi dimasa mendatang.

Dengan telah diketahuinya ciri-ciri dan mekanisme kerusakan dari analisa sebelumnya maka kita akan dapat melakukan pencegahan dini dari kegagalan serupa yang mungkin terjadi, baik dengan melakukan maintenance atau pemeliharaan bahkan penggantian komponen lebih dini.

Pengetahuan terhadap kerusakan logam ini sendiri merupakan bagian ilmu yang sangat penting dalam bidang analisa kegagalan bahan. Karena kesuksesan suatu analisa sangat dipengaruhi pemahaman dan pengetahuan kita terhadap kerusakan logam. Analisa kerusakan logam ini sendiri dapat dalam 3 skala : makroskopik, mikroskopik, dan fractografik elektron.

1. MAKROSKOPIK

Aturan umum yang baik untuk diterapkan dalam meninjau skala pembesaran yang harus digunakan dalam menguji kerusakan adalah : semakin tinggi pembesaran, (a) semakin mahal pengujian (b) semakin tinggi keahlian yang dibutuhkan dalam penanganan dan penyiapan bahan dan (c) semakin lama waktu pengujian.

Gambar 2. Perbandinga kegagalan dari dinding pipa (a) ulet dan (b) getas.

Pengujian makroskopik memerlukan penyiapan yang sedikit. Tetapi aturan yang telah diberikan sebelumnya tentang kehati-hatian dalam penanganan harus diterapkan. Hasil makroskopik kadang-kadang memberikan informasi yang cukup untuk menjelaskan penyebab suatu masalah atau menuntun peneliti selanjutnya dengan memberikan terhadap benda yang utuh.

Makroskopik sendiri merupakan pengujian yang dilakukan dengan masih dapat ditinjau dengan indera penglihatan atau mata. Beberapa faktor yang harus ditinjau adalah : distorsi yang berhubungan dengan kerusakan, perubahan letak dari permukaan retak, produk korosi, ukuran, jumlah dan lokasi dari potongan, kekasaran atau kekerasan permukaan retak, dan setiap hubungan kerusakan tersebut dengan kerusakan luar, seperti nicks atau kondisi desain seperti sudut atau radian.

Gambar 3. Patah ulet akibat penarikan (terjadinya deformasi plastis).

Gambar 4. patahan akibat uji tarik (a) patah getas (b) patah ulet

Salah satu ciri makroskopik dari suatu kerusakan adalah jumlah deformasi plastis. Pada kerusakan ulet selalu terdapat deformasi plastis, sejumlah energi disaerap bila logam dideformasi(sebelum permukaan baru terbentuk), sedangkan pada kerusakan brittle bagian–bagian yang retak dapat bersatu dengan baik. Pada lingkungan, permukaan kerusakan ulet cukup kasar karena terjadi deformasi plastis, sedangkan kerusakan bvrittle lebih halus.

Gambar 4. Bagian patahan yang menunjukkan patah ulet

(permukaan terdeformasi plastis dan kasar).

Dari penampakan-penampakan inilah suatu kerusakan dapat dideteksi apakah telah terjadi deformasi plastis sebelumnya sebelum logam itu gagal, sehingga diketahui apakah logam ini ulet atau getas, atau kombinasi dari keduanya.

Gambar 5. Poros yang patah (patahan yang getas

dipermukaannya namun ulet didalamnya).

B. MIKROSKOPIK

Pengujian secara mikroskopik ialah suatu proses penelitian yang ditujukan untuk melihat dan menganganalisa struktur mikro suatu logam. Hal ini terkadang menjadi sangat penting untuk mendapatkan jawaban dari suatu kegagalan yang terjadi yang tidak dapat di jelaskan sepenuhnya oleh pengujian secara makro. Pengujian ini biasanya lebih mengarah kepada struktur penyusun dan bentuk dari mikrostruktur logam itu sendiri, apakah itu serat maupun batas butir dan struktur penyusunnya.

Ada dua alasan untuk melakukan pengujian mikroskoptis : untuk menguji mikrostruktur untuk menentukan sebelum dilakukan pemrosesan yang sesuai (mis, perlakuan panas) atau untuk menguji hubungan antara bentuk rengkahan terhadap mikrostrukturnya. Pada saat mikrostruktur sedang dipelajari, setiap bahan harus diuji. Seperti halnya dalam semua kerja metalografik, pengawasan harus dilakukan dalam mengangkat, menghaluskan dan penyempurnaan. Tetapi tidak perlu memastikan ujung bahan tidak bulat.

Pengujian mikroskopik yang lebih dari 1000× biasanya jarang dilakukan terhadap permukaan yang retak. Dangkalan bidang secara jelas mengurangi manfaat cara ini. Tetapi walaupun pengujian mikroskopik hanya dibuat untuk membedakan fase penyelidikan yang lain, pengujian ini kadang-kadang dapat juga digunakan untuk memberikan jalan terhadap suatu masalah dan untuk menjelaskan penyebabnya.

Bila hubungan bentuk patahan terhadap mikrostruktur merupakan hal yang dianggap penting, profil retakan diuji dan kehati-hatian harus dilakukan untuk menjaga bagian ujung.

(a) (b)

Gambar 6. Patah getas (a) intergranular pada baja 304 S (b) intragranular pada baja 316 S

Sifat-sifat kebanyakan dari bahan engineering dapat dirubah dengan melalui pemanasan. Perubahan dalam mikrostruktur biasanya selalu berhubungan dengan perubahan sifat-sifat. Walaupun kadang-kadang tidak mungkin untuk menjelaskan suatu kerusakan mikrostruktur umumnya, secara kebetulan beberapa fase perlakuan panas akan terjadi dan mikrostruktur akan terbentuk dengan tidak benar. Contohnya, pada baja lekukan dan baja tuang, adanya ferrite menunjukkan bahwa temperature austenitizing mungkin terlalu rendah atau pelekukan tidak cukup. Bainite mungkin juga terlihat jika terdapat lekukan kerutan. Juga dalam pengerasan bahan seperti aluminium pengendapan partikel yang besar dapat menunjukkan adanya overaging.

Kerusakan inklusi (logam atau non logam) atau inklusi kerusakan matrik telah dihubungkan dengan semua jenis kerusakan : statis, dinamis, dan fatig. Bila logam berubah bentuk, tidak hanya matrik yang terdeformasi tetapi juga inklusi. Gambar 6.(a) menunjukkan suatu retakan intergranular yang diperparah oleh inklusi.