Analisis Kegagalan (Failure Analysis Explanation) II

Dalam mempelajari setiap kegagalan, analis harus mempertimbangkan kemungkinan-kemungkinan atau alasan-alasan atas suatu kejadian. Mungkin saja sejumlah faktor berhubungan satu dengan yang lainnya harus dimengerti untuk menentukan penyebab utama kegagalan. Analis berperan seperti Sherlock Holmes dalam memecahkan suatu masalah, harus hati-hati dalam menganalisis dan mengevaluasi semua bukti yang ada, kemudian membuat hipotesa atau flow-chart kejadian. Jika suatu kegagalan dapat disimulasikan sesuai dengan kondisi kerja di laboratorium, akan dapat dipelajari bagaimana kegagalan tersebut
dapat terjadi.

Langkah-langkah atau ProsedurAnalisis Kegagalan (II):

1. Deskripsi dari terjadinya kegagalan, (mendokumentasikan terjadinya kegagalan. Informasi berkaitan seperti disain komponen, jenis material, sifat material, fungsi komponen).
   
2. Pemeriksaan visual, (mendokumentasikan pengamatan yang dilakukan ditempat kejadian).
   
3. Analisis tegangan, (Ketika komponen yang bekerja melibatkan adanya beban, maka analisis tegangan sangat diperlukan untuk mengetahui apakah tegangan yang bekerja berada dibawah sifat mekanik material).
   
4. Pemeriksaan komposisi kimia, (kesesuaian dengan komposisi kimia standar material).
   
5. Fraktografi, (pemeriksaan permukaan patahan dengan mikroskopoptik dan elektron untuk mengetahui mekanisme patahan).
   
6. Metalografi.
   
7. Sifat-sifat material, (biasanya dengan pengujian kekerasan sudah cukup untuk mengetahui sifat-sifat mekanik material dan dilakukan tanpa merusak sampel).
   
8. Simulasi, (apabila memungkinkan).
   

Alternatif prosedur analisis kegagalan (ASM Metals Handbook 8th edition (III):

1. Mengumpulkan data-data dan menyeleksi sampel.
   
2. Pemerisaan awal dari komponen yang mengalami kegagalan (pengamatan visual).
   
3. Non Destructive Testing.
   
4. Pengujian mekanik (bandingkan dengan komponen yang baik).
   
5. Pemilihan, identifikasi, bersihkan dan bandingkan dengan komponen yang tidak gagal.
   
6. Pemeriksaan makro, analisis dan dokumentasikan (permukaan patahan, retakan kedua dan fenomena lain dipermukaan patahan).
   
7. Metalografi (mikroskop optik dan elektron (jika diperlukan)).
   
8. Pemilihan dan preparasi spesimen metalografi.
   
9. Pemeriksaan dan analisis spesimen metalogarfi.
   
10. Tentukan mekanisme kegagalan.
    
11. Analisis komposisi kimia (bakalan, lokal, produk korosi dipermukaan, endapan lapisan).
    
12. Analisis mekanika retakan.
    
13. Pengujian dengan simulasi.
    
14. Analisis semua bukti-bukti, formulasikan kesimpulan dan buat laporan tertulis (termasuk rekomendasi).
    

Pertanyaan-pertanyaan tentang patahan:

Banyaknya bagian diperhatikan dalam menyelidiki suatu patahan dapat dibagi dalam 10 bagian yang harus dijawab dengan hati-hati. Dari semuanya mungkin ada yang tidak perlu dan mungkin salah satunya menjadi kunci.

1. Permukaan patahan

1. apa jenis patahannya? Permukaan patahan dapat menceritakan sejarah komponen. Dengan perhatian yang cukup dapat digali suatu informasi. Jangan langsung mengambil kesimpulan terhadap suatu patahan. Semua informasi harus dievaluasi terlebih dahulu sebelum mengambil keputusan (ini sangat penting!). Pemeriksaan seluruh daerah komponen diperlukan.
2. apakah patahan yang sebenarnya terlihat dengan baik? Jika ya, apakah terletak dipermukaan atau dibawah permukaan? Letak awal retakan tergantung pada gradien tegangan dan kekuatan.
3. Apa hubungan antara arah patahan terhadap arah patahan normal atau yang diperkirakan? Arah patahan mempunyai hubungan yang spesifik dengan arah tegangan yang menyebabkan patah.
   

4. Berapa banyak awal retakan yang ada? Berkaitan dengan seberapa besar tegangan aktual terhadap kekuatan aktual komponen pada daerah yang mengalami kegagalan.

5. Apakah ada bukti terjadi korosi atau material lain pada permukaan patahan? Ini menandakan ada retakan awal sebelum terjadi patah.
6. Adakah tegangan yang tidak terarah atau kebalikannya? Jika tegangannya hanya satu arah, tetapi patahan memperlihatkan adanya tegangan pada arah yang lain dapat diasumsikan operasi tidak benar.

2. Permukaan komponen

1. Apa pola kontak dipermukaan komponen? Ini penting, tanda yang terbentuk dipermukaan akan menyimpulkan gaya-gaya yang bekerja (witness marks). Tandanya mungkin hanya terpoles sedikit atau terjadi keausan.
2. Apakah permukaan telah terdeformasi oleh pembebanan selama beroperasi atau rusak karena patahan? Tingkat deformasi tergantung pada sifat mekanik material, seberapa besar dan gaya yang bekerja menyebabkan deformasi.
3. Adakah bukti lain dari kerusakan dipermukaan komponen akibat dari proses manufaktur, perakitan, perbaikan atau perawatan? Tandatanda seperti akibat penggerindaan, jeleknya pengelasan/pelapisan, korosi, aus dll.
   

3. Disain dan geometri

1. Adakah hubungannya dengan konsentrasi tegangan ? (lubang, ulir, lubang pasak, lubang oli, tanda identifikasi, dll).
   
2. Apakah komponen cenderung relatif kaku atau fleksibel seperti pegas?
   
3. Apakah komponen didisain tanpa adanya cacat? Kadang-kadang komponen ditemukan seakan-akan didisain untuk gagal.
   
4. Bagaimana komponen tersebut bekerja setelah dirakit? Fungsi dan pengoperasian harus dimengerti dengan baik sebelum dilakukan analisis.
   
5. Apakah dimensi komponen tersebut benar? Jika mungkin, periksa komponen dengan gambar tekniknya. Mungkin ukuran tidak akurat. Jika komponen mengalami keausan atau korosi, pengukuran dimensi diperlukan.
   

   
   

4. Proses manufaktur

1. Adakah ketidakkontinyuan internal atau konsentrasi tegangan yang menjadi penyebab? Pada umumnya logam mempunyai mikrodiskontinyuitas yang tidak dapat dihindarkan dan tidak berbahaya pada kerja normal. Tetapi, masalah serius dapat saja terjadi dan akan mengganggu pada kondisi normal.
2. Jika logam tempa, apakah ada sambungan, inklusi, atau masalah tempa seperti butir, lipatan, atau ketidak kontinyuan yang berpengaruh terhadap unjuk kerja.
3. Jika logam cor, adakah penyusutan, beku dini, porositas, atau ketidakkontinyuan pada dekat permukaan komponen? Jika berada dibagian dalam tegangannya kecil dan tidak berbahaya, tetapi dengan proses pemesinan cacat-cacat tersebut akan menjadi dekat dengan permukaan.
4. Jika proses pengelasan, apakah patahan dilasan atau daerah pengaruh panas (HAZ) dekat lasan? Jika dilasan, berarti ada porositas, undercut, under crack, penetrasi dangkal atau masalah lain sebagai penyebab. Jika di HAZ dekat lasan bagaimana sifat-sifat logam induk terpengaruh oleh panas dari hasil pengelasan?
5. Jika komponen dilaku panas, apakah telah dilakukan dengan benar? Banyak masalah yang terjadi akibat proses laku panas, termasuk tipisnya daerah yang dikeraskan pada pengerasan permukaan, dekarburasi, butir sangat kasar, overtempering, undertempering dan struktur mikro tidak benar.

5. Sifat-sifat material

1. Apakah sifat mekaniknya sesuai dengan aplikasi? Pengukuran yang paling sederhana untuk mengetahui sifat mekanik adalah dengan pengujian kekerasan (lakukan konversi ke kekuatan tarik). Jika diperlukan lakukan pengujian tarik.
2. Apakah sifat fisiknya sesuai dengan aplikasi? Pada piston dan silinder perlu diketahui koefisien ekspansi panas. Atau sifat fisik lainnya seperti massa jenis, temperatur cair.

6. Hubungan tegangan aplikasi dan tegangan sisa

Tegangan sisa yang telah ada sebelumnya (hasil dari proses) mempunyai efek yang besar "baik atau buruk" terhadap komponen.

7. Komponen yang berdekatan

1. Apakah adanya komponen yang berdekatan mempunyai pengaruh terhadap komponen yang mengalami kegagalan? Harus diperhatikan bahwa komponen yang patah mungkin bukan yang utama, atau bukan yang asli (sudah pernah diganti). Rusak karena terjadi malfunction dari komponen lain pada saat dirakit.
2. Apakah baut terpasang/dikencangkan dengan baik? Baut yang longgar dapat menyebabkan pembebanan menjadi tidak normal.

8. Perakitan

1. Adakah bukti adanya ketidaktepatan/ketidakbenaran perakitan yang menyebabkan komponen patah?
   
2. Adakah bukti dari ketidaktepatan proses pemesinan, pembentukan, atau akumulasi toleransi? Ini dapat menyebabkan gangguan dan tidak normalnya tegangan yang bekerja di komponen.
3. Apakah perakitan menyebabkan terjadinya defleksi berkelanjutan dibawah tegangan yang bekerja? Contohnya pada poros transmisi dengan diameter kecil dan panjang dimana bekerja gaya puntir dan bending, defleksi berkelanjutan selama operasi akan terjadi dan menyebabkan kontak dengan roda gigi tidak baik.

9. Kondisi operasi

Sangat sulit untuk diteliti, karena telah melibatkan orang dan biasanya bersifat defensif, tetapi penting untuk ditanyai tentang mekanisme serta saksi-saksi lainnya tentang kegagalan atau
kecelakaan. Ini dilakukan untuk mengetahui jika ditemukan adanya kejanggalan, seperti suara yang asing, bau, asap atau kejadian lainnya yang dapat membantu menjelaskan masalah.

Pertanyaan yang diajukan adalah:

1. Adakah bukti bahwa peralatan mengalami kelebihan kecepatan atau kelebihan beban? Setiap peralatan sudah didisain kemampuan dan pembebanannya. Jika batasnya terlampaui, akan timbul masalah.
2. Adakah bukti bahwa telah terjadi kesalahan penggunaan mesin selama beroperasi atau digunakan bukan untuk peruntukannya.
3. Apakah mesin atau konstruksi dirawat yang dengan baik sesuai dengan yang direkomendasikan? Contohnya pada pelumasan, apakah dilakukan penggantian pelumas secara teratur? Apakah pelumasnya tepat? Apakah seal/gasket (paking-pakingnya) masih baik atau sudah jelek sehingga terjadi kebocoran?
4. Bagaaimana kondisi umum dari mesin tersebut? Apakah harus diganti dengan yang baru?

10. Reaksi dengan lingkungan

Setiap komponen yang terpasang pada suatu mesin telah terekspos oleh lingkungan selama digunakan. Reaksi dengan lingkungan menjadi faktor penting yang tidak boleh diabaikan dalam analisis kegagalan. Masalah yang timbul berkaitan dengan lingkungan dapat meningkat dimana saja; saat pemesinan, pengiriman, penyimpanan, perakitan, perawatan dan operasi.

1. Apakah terjadi reaksi kimia pada komponen tersebut dari proses pembuatan hingga pemakaian? Berbagai jenis korosi dan terekspos hidrogen (misalnya pada saat pencucian asam, electroplating, dll). Adanya hidrogen, pada berbagai keadaan menyebabkan terjadinya penggetasan hidrogen atau pembentukan blister/gelembung dipermukaan. Situasi lain misal pada stress corrosion cracking.
2. Pada keadaan panas seperti apa komponen terekspos? Terjadi panas yang tidak merata? Jika satu bagian terkena panas berlebih dapat menyebabkan pencairan setempat atau terjadi pemanasan setempat.