## ANALISIS KERUSAKAN
REL KERETA API ANGKUTAN BATUBARA

## FAILURE ANALYSIS
OF A RAILWAY RAIL FOR COAL TRAIN

## Apriardi Ihlas
Balai Besar Bahan dan Barang Teknik, Jl. Sangkuriang No. 14 Bandung apriardi.ihlas@gmail.com
Diterima : 26 Januari 2017 Direvisi : 28 Februari 2017 Disetujui : 15 Maret 2017

## ABSTRAK
Penggunaan  teknologi  pengelasan  termit  pada  sambungan  rel  kereta  api  menjadi  pilihan  utama  karena mobilitas  dan  biayanya.  Kerusakan  telah  terjadi  pada  sambungan  rel  kereta  api  yang  digunakan  sebagai  angkutan batu  bara  dalam  jumlah  yang  banyak.  Pada  penelitian  ini  akan  dilakukan  serangkaian  pemeriksaan  dan  pengujian untuk  mencari  penyebab  utama  patahnya  sambungan  rel  tersebut.  Berdasarkan  pemeriksaan  fraktografi  secara makro  memperlihatkan  pola  patahan chevron dan ratchet  mark sebagai  petunjuk  daerah  awal  retakan,  yaitu centerline daerah  las.  Hasil  pemeriksaan  metalografi  pada  daerah  inisiasi  retakan  menunjukkan  terbentuknya jaringan fasa ferit yang lemah dengan ukuran butir perlit yang besar. Selain itu ditemukan sejumlah porositas mikro yang  mendukung  hasil  pemeriksaan  fraktografi.  Hasil  pemeriksaan  fraktografi  secara  mikro  dengan Scanning Electron  Microscope (SEM)  memperlihatkan  tipikal  patahan  getas  dan  ditemukan    banyak  porositas  mikro. Dari pemeriksaan komposisi kimia dengan Energy Dispersive Spectrometer (EDS) ditemukan slag inklusi tipe alumina. Dengan demikian, rendahnya kualitas sambungan las termit diakibatkan oleh terbentuknya retakan awal dari dalam berupa porositas mikro pada centerline daerah las.
Kata Kunci : rel kereta api, las termit, porositas penyusutan interdendritik, jaringan ferit, slag inklusi alumina.

## ABSTRACT
The use of thermite welding technology on railway connection is the primary option due to its mobility and cost. There are many failures on railway used to  transport large amount of coal. This study performed a series of examinations  and  tests  to  find  the  main  cause  of  broken  railway  connections.  Macro  fractographic  test  showed chevron  fracture  pattern  and  ratchet  mark  as  indication  of  crack  initiation  area,  which  was  the  centerline  of welding area. Metallographic examination on crack initiation areas showed weak ferrite phase network with large perlite  grains.  It  was  also  found  a  number  of  micro  porosity  which  supported  the  result  of  fractographic examination.  Micro  fractographic  examination  by  Scanning  Electron  Microscope  (SEM)  showed  a  typical  brittle fracture and a lot of micro porosity. Chemical composition examination by Energy Dispersive Spectrometer (EDS) showed  an  alumina  inclusion  slag.  Therefore,  low  quality  of  thermite  welding  connection  was  caused  by  initial crack from the inside in the form of micro porosity in the centerline of welding area.
Keywords :  railway  rail,  thermit  welding,  interdendritic  shrinkage  porosity,    ferrite  networks,  alumina  slag inclusion.

## PENDAHULUAN
Infrastruktur jaringan rel kereta api dirintis oleh  pemerintahan  Belanda  di  pulau  Jawa  dan Sumatera.  Transportasi  kereta  api  awalnya diperuntukkan  bagi  angkutan  barang.    Pilihan jenis  transportasi  ini  karena    memiliki  tingkat
konsumsi  bahan  bakar  minyak  (BBM)  per  km dan  per  orang  terendah  dibandingkan  moda transportasi  lain,  yaitu  0,002  liter  per  km  [1]. Tidak hanya sebagai angkutan barang, transportasi  kereta  api  menjadi  pilihan  utama untuk angkutan manusia dewasa ini. Oleh karena itu,  kereta   api   adalah   jenis   tranportasi   yang
paling  efisien  untuk  dikembangkan  sebagai transportasi masal.
Penggunaan  kereta  api  sebagai  angkutan logistik batubara telah lama digunakan di  Sumatera  Selatan.  Berdasarkan  kapasitas beban  kereta  api,  klasifikasi  jalan  rel  termasuk kelas I, yaitu kapasitas angkut  lintas di atas 20 x 10 6 ton/tahun.  Setiap  gerbong  mengangkut batubara dengan beban sekitar 50 ton. Sedangkan berat  gerbongnya  sendiri  22  ton.  Pemilihan  tipe rel disesuaikan dengan beban  yang diterima  oleh rel. Tipe  rel yang digunakan adalah R.54 [1].
Gambar 1. Kereta Api Angkutan Batubara
Berdasarkan klasifikasi jalan rel, kombinasi  kecepatan  dan  beban  yang  diterima disesuaikan dengan kemampuan baja rel. Namun pada  kasus  ini,  pertimbangan  beban  lebih diperhatikan, karena tidak ada batas atas kelas rel tipe  I.  Permasalahan  muncul  dengan  telah terjadinya  kerusakan  berupa  patah  rel  pada hampir semua sambungan.
Gambar 2. Kerusakan di Sekitar Sambungan Rel Setelah Pemakaian
Teknologi  penyambungan  rel  kereta  api yang  dimiliki  oleh  PT  Kereta  Api  Indonesia  (PT KAI) hanya las termit sampai saat ini. Teknologi ini  umum  digunakan  di  berbagai  negara  karena memiliki  kelebihan,  diantaranya  harga  yang relatif murah, mobilitas yang tinggi, dan keahlian operator  yang  relatif  tidak  sulit  [2].  Pengelasan termit  dikembangkan  oleh  Goldscmidt  pada tahun  1986.  Pengelasan  termit  adalah  suatu proses  menghubungkan  ujung  logam  dengan pemanasan tinggi sehingga mengakibatkan reaksi
antara  serbuk  besi  dan  alumina  [3].  Namun kualitas  hasil  las  termit  tidak  sebaik  teknologi pengelasan  yang  lain,  misalnya flash  butt welding .  Beberapa  kelemahan  hasil  pengelasan termit  diantaranya:  keuletan  dan  ketangguhan yang rendah, butir yang kasar, struktur dendritik, inklusi dan terbentuknya porositas [4,5].
Terbentuknya  porositas  pada  pengelasan  termit dapat  berasal  dari  berbagai  sumber,  diantaranya: gas yang terlarut dalam logam cair; porositas gas; dan  porositas  penyusutan  [4].  Porositas  dan inklusi  akan  menurunkan  ketahanan  lelah sambungan las akibat retak internal.
Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui penyebab utama terjadinya kegagalan  pada  sambungan  las  termit  rel  kereta api.  Dengan  demikian  dapat  diketahui  perbaikan proses  pengelasan  las  termit  yang  harus dilakukan.

## BAHAN DAN METODE

## Bahan
Potongan  rel  kereta  api  yang  telah mengalami  kerusakan  (Gambar  2  dan  3). Informasi data teknis adalah sebagai berikut:
Identitas Barang :  Rel Kereta Api Tipe :  R.54 (54 kg/m) berdasarkan UIC Spesifikasi Material  :  JIS  E  1120  :  2007 Head hardener rails Jenis Sambungan :  Las Termit Kelas Jalan Rel :  Kelas I

## Metode
Penelitian  ini  dimulai  dengan  informasi kronologi  kejadian  dan  data  teknis  yang diberikan  untuk  memberi  gambaran  awal kerusakan. Selanjutnya dilakukan pemilihan jenis pemeriksaan  dan  pengujian  sebelum  dilakukan pemotongan  dan  pembuatan  spesimen  uji. Terdapat  4  potongan  rel  kereta  yang  dapat  di bagikan  ke  dalam  3  kelompok,  yaitu  2  potongan rel  dan  pasangan  patahan  rel  kereta  dekat sambungan las (Gambar 2).
Gambar 3. Rel Kereta Api Tipe R.54 yang rusak.
Adapun rangkaian pemeriksaan atau pengujian tersebut terdiri dari [6]:
- Pengamatan  visual  untuk  melihat  bentuk, warna dan lokasi kerusakan.
- Pengamatan  fraktografi  secara  makro  untuk menentukan  bentuk  dan  arah  perambatan retakan.
- Pengujian  komposisi  kimia,  uji  tarik,  dan  uji keras sebagai verifikasi material rel kereta api. Verifikasi  material  dilakukan  terhadap  2 sampel material sisi kiri dan kanan sambungan rel. Pemeriksaan komposisi
kimia menggunakan Optical Emmision Spectrometry (OES)  merk  spectro  yang  dapat menentukan  unsur-unsur  termasuk  karbon
(ASTM A751-14a)
- Pemeriksaan metalografi untuk melihat perubahan  struktur  mikro  dan  kekerasan. Pengujian  ini  mengikuti  standar  ASTM  E 407-07.  Lokasi  pemeriksaan  dilakukan  pada daerah  yang  diduga  sebagai  awal  retakan. Serangkaian  tahapan  preparasi  dilakukan, diantaranya  :  pemotongan, mounting ,  poles, dan pemberian larutan etsa. Larutan etsa yang digunakan adalah nital 3%.
- Pemeriksaan dengan Scanning Electron Microscope (SEM)  dan  untuk  mengetahui morfologi  dan  fraktografi  secara  mikro permukaan patahan beserta komposisi kimia  permukaan  dan Electron  Dispersive Spectroscopy (EDS)
Semua  data  primer  dan  sekunder  dianalisa secara  komprehensif  dan  didukung  dengan  studi literatur  sehingga  diperoleh  penyebab  utama kerusakan.

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Pemeriksaan Visual dan Dimensi
Pengamatan visual diawali dengan melihat keseluruhan  secara  umum  komponen  rel  yang patah  (Gambar  2  dan  3).  Lokasi  patahan  berada di  sekitar  sambungan  las  dan  melewati  bagian batang  rel.  Arah  patahan  pada  daerah head dan bottom cenderung  tegak  lurus  terhadap  arah  rel, sedangkan pada batang bervariasi.
Foto  dan  dimensi  tampak  melintang  rel tipe  R.54  secara  utuh  yang  diperlihatkan  pada Gambar  4.    Hasil  pengukuran  dimensi  sesuai dengan International Union of Railway UIC 1986 untuk  tipe  R.54,  kecuali  ketinggian  keseluruhan A    akibat  tinggi  bagian head E  yang  menurun [7]. Berdasarkan standar, dimensi A adalah 159,0 mm  dan  dimensi  E  adalah  49,4.  Penurunan
dimensi  tinggi  di  daerah head diduga  karena mengalami keausan selama pemakaian
Gambar 4. Tampak Melintang Rel dan Dimensinya.

## Pemeriksaan Fraktografi
Pemeriksaan  fraktografi  untuk  melihat bentuk  patahan  sehingga  dapat  ditentukan  lokasi awal  retakan.    Diawali  dengan  melihat  tampak samping  tepi  patahan  pada  sambungan  las  yang menunjukkan  keberadaan  pola ratchet  mark (lingkaran  merah  pada  gambar  5).  Pola  ini merupakan salah satu indikasi patahan lelah yang dapat  menunjukkan  inisiasi  retakan.  Selanjutnya, pasangan patahan bagian head dan bottom dibuka untuk melihat  kondisi permukaan patahan secara keseluruhan pada gambar (gambar 6 dan 7)
Gambar 5. Pola Ratchetmark pada Sambungan Las Termit.
Secara  umum,  kondisi  korosi  permukaan patahan    dapat  dibagi  2  berdasarkan  warnanya yaitu  coklat  dan  cerah  mengkilap.  Bagian  yang berwarna coklat cenderung berada pada permukaan  patahan  yang  memisahkan  bagian head dan bottom rel.  Sedangkan  yang  relatif bersih  berwarna  cerah  mengkilap  cenderung berada pada permukaan patahan yang
memisahkan  rel  dengan  sisi  sebelahnya,  tanpa melewati  sambungan  las.  Berdasarkan  kondisi korosi  terlihat  bahwa  yang  berwarna  coklat mengalami  patahan  terlebih  dahulu  dan  diakhiri dengan  yang  berwarna  cerah  mengkilap.  Jadi awal  retakan  yang  menyebabkan  patahan  terjadi berada di daerah yang berwarna coklat.
Gambar 6. Kondisi Permukaan Patahan Rel Tipe R.54
Kondisi permukaan patahan tahap pertama memperlihatkan  pola  pasangan chevron dengan jelas  pada  sisi  kanan  sambungan  las  termit.  Pola chevron menunjukkan  bahwa  arah  rambatan berasal  dari  sambungan  las  (garis  hitam  putus-
putus).  Hal  ini  mendukung  indikasi  sebelumnya bahwa  awal  retakan  berada  di  daerah  logam  las. Keberadaan pola ini sebagai indikasi pertumbuhan  retak  yang  tidak  stabil,  yaitu patahan getas.
Kondisi  permukaan  patahan  tahap  kedua diperlihatkan  dengan  kode  gambar  KiH  (kiri bagian head ),  KaH  (kanan  bagian head ),  KiB (kiri  bagian bottom ),  dan  KaB  (kanan  bagian bottom ).  Pola  yang  sama  ditunjukkan  pada gambar KiH dan KaB, yaitu bagian patahan tahap pertama  diakhiri  permukaan  yang  berbentuk kipas dan lebih gelap ( fan shape ).  Meskipun fan shape merupakan  tipikal  patahan  lelah,  namun tidak  ditemukan beachmark .  Hal  inilah  yang menyebabkan  warnanya  lebih  gelap  sebelum penjalaran retak terjadi seketika pada  area radial mark [6].

## Gambar 7. Kondisi Permukaan Patahan pada
Daerah Las
Jadi,  berdasarkan  pemeriksaan  fraktografi makro  secara  keseluruhan  tidak  menunjukkan pola beachmark sebagai  indikasi  patah  lelah. Hanya  ditemukan  pola chevron yang  memberi petunjuk  sumber  retakan,  yaitu  daerah  las  [6]. Namun ditemukan pola ratchet mark pada daerah las,  tipikal  lain  yang  menunjukkan  patah  lelah. Semua rangkaian pemeriksaan fraktografi menunjukkan  bahwa  pada  inisiasi  retakan  ada pengaruh  beban  lelah.  Sedangkan  perambatan retakan menunjukkan patahan getas.
Lokasi  inisial  retakan  berada  di  tengah daerah  web.  Berdasarkan  perhitungan  tegangan sisa tarik, daerah tersebut memiliki nilai terbesar. Akibatnya  adanya  cacat  berupa  porositas  akan mudah menjadi awal retakan.

## Verifikasi Material Rel Tipe R.54
Serangkaian  pengujian  dilakukan  terhadap rel sebagai  verifikasi  material.  Beberapa  jenis pengujian  yang  dilakukan  antara  lain:  komposisi kimia, uji keras dan uji tarik. Seluruh pengujian
mengacu  kepada  standar  JIS  E  1120  :  2007 tentang Head  hardened  rails untuk  melihat kesesuaian material [8].

## 1. Komposisi Kimia
Pemeriksaan  komposisi  kimia  dilakukan terhadap 2 sampel. Sampel pertama diambil pada bagian head potongan  rel  BLT  (sampel  1)  dan KPY (sampel 2) yang utuh.  Pengujian komposisi kimia dilakukan dengan metoda Optical Emission  Spectroscopy (OES)  untuk  mengetahui kesesuaiannya  terhadap  spesifikasi  material tersebut (Tabel 1).
Tabel 1. Hasil Komposisi Kimia pada Rel Tipe
R.54 (% berat) Unsur Sampel ke-1 ( head –BLT) Sampel ke-2 ( head -KPY) JIS E 1120 : 2007 Tipe HH370 C 0,757 0,710 0,72 – 0,82 Si 0,244 0,307 0,10 – 0,65 Mn 1,03 0,994 0,80 -1,20 P 0,0236 0,0183 Maks. 0,03 S 0,0098 0,0225 Maks. 0,02 Cr 0,205 0,0361 Maks. 0,25 Mo 0,0027 0,0031 - Ni 0,0125 0,0205 - Al 0,0038 0,0040 - Cu 0,0164 0,0416 - V 0,00073 0,00014 Maks. 0,03
Hasil  pengujian  menunjukkan  bahwa material  baja  rel  termasuk  kategori  baja  karbon tinggi  dengan  unsur  pemadu  utama  adalah mangan  sekitar  1%.  Secara  umum  kedua  sampel pengujian memenuhi spesifikasi komposisi kimia JIS  E  1120  :  2007  tentang Head  hardened  rails . Kandungan karbon pada salah satu sampel sedikit di  bawah  spesifikasi.  Namun  terdapat  sedikit perbedaan komposisi paduan, khususnya kandungan  krom  pada  kedua  sampel.  Meskipun kedua  hasil  uji  masuk  spesifikasi  WR-A  [1], namun  tingkat    homogenitas  komposisi  kimia keduanya relatif rendah.

## 2. Uji Tarik
Pengujian  kekuatan  tarik  dilakukan  untuk mengetahui sifat mekanik rel. Lokasi pengambilan  spesimen  uji  tarik  berada  di  daerah head .  Disiapkan  2  spesimen  yang  berasal  dari kedua  potongan  rel  yang  utuh.    Pengujian  ini menggunakan  standar  ASTM  A  370-2012.  Hasil uji tarik dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2. Hasil Uji Kuat Tarik Spesimen ke-1 Spesimen ke-2 Kuat Tarik, kgf/mm 2 (MPa) 128,8 (1264) 96,7 (948) Kuat Luluh, kgf/mm 2 (MPa) 97,3 (954) 89,6 (879) Regangan (%) 10,8 12,6
Hasil  pengujian  kekuatan  tarik  dan regangan  sesuai  standar  JIS  E  1120  :  2007, kecuali nilai uji tarik spesimen ke-1.

## 3. Uji Kekerasan
Pengujian  kekerasan  dilakukan  terhadap permukaan  pada  bagian head .  Metode  yang digunakan  adalah Brinell .  Pengujian  dilakukan dengan  beban  750  kgf,  diameter  indentor  5  mm, dalam  waktu  15  detik.  Preparasi  dan  hasil  uji dapat dilihat pada Gambar 8.
Gambar 8. Foto Hasil Uji Brinell pada
Permukaan Head Tabel 3. Hasil Uji Kekerasan pada Permukaan Head No. Permukaan Head JIS E 1120 : 2007 BLT KPY 1. 341 341
331 - 388 Untuk HH370 2. 363 321 3. 363 341 355,7 334,3
Hasil pengujian kekerasan pada permukaan sesuai dengan standar JIS E 1120 : 2007, kecuali nilai uji tarik spesimen ke-1.

## Pemeriksaan Makro dan Kekerasan
Pengujian  makro  dilakukan  untuk  melihat sambungan  las  termit.  Lokasi  pengambilan sampel adalah tampak melintang di bagian badan rel.  Foto  hasil  uji  makro  ditunjukkan  pada Gambar 9.
Gambar 9. Foto Makro  dan Lokasi Uji Keras Vickers Rel Kereta Api Tipe R.54 pada Sambungan Las Termit
Secara  visual  makro  terlihat  seperti pengkasaran ukuran butir pada daerah tengah las. Pengujian  kekerasan  juga  dilakukan  pada spesimen makro yang dapat membedakan daerah las,  HAZ  (daerah  pengaruh  panas),  dan  logam induk.  Metode  uji  keras  adalah  uji Vickers dengan beban 10 kgf.
Tabel 4. Hasil Uji Kekerasan No. Logam induk HAZ (Daerah pengaruh las) Las 1. 276 285 365 2. 270 289 363 3. 268 285 357 4. 274 289 357 5. - 297 348 6. - 292 357 7. - 327 363 8. - 302 - 9. - 297 - 10. - 297 - Rata- rata 272,0 296,0 358,6
Hasil  uji  kekerasan  menunjukkan  bahwa nilai  kekerasan  pada  daerah  las  jauh  lebih  tinggi dibandingkan  logam  induk,  yaitu  kenaikan  lebih dari 30%. Adanya kenaikan  nilai kekerasan pada daerah las menunjukkan bahwa proses pengelasan  termit  ini  memerlukan  perlakuan panas setelah pengelasan termit untuk memperbaiki  sifat  getasnya  [9].  Nilai  kekerasan ini  diduga  akan  menyebabkan  daerah  las  lebih getas. Kondisi ini akan membuat daerah las lebih rentan terhadap penjalaran retakan jika ditemukan  inisiasi  retakan,  misalnya  jaringan ferit, inklusi atau porositas.

## Pemeriksaan Metalografi
Pemeriksaan metalografi dilakukan terutama  pada  daerah  yang  diduga  menjadi inisiasi  retakan,  yaitu  daerah  las  termit. Berdasarkan  pemeriksaan  sebelumnya,  awal retakan berada di centerline yaitu fusi daerah las pertemuan  antar  ujung  rel  sekitar  takikan (Gambar  7  dan  10).    Seperti  diketahui  bahwa awal retakan di tengah daerah web rel kereta api. Berdasarkan pengamatan, daerah tersebut mengalami  tegangan sisa tarik  tertinggi sehingga paling rentan menjadi inisiasi retakan [10].
Hasil  pemeriksaan  struktur  mikro  dengan berbagai  kondisi  dan  pembesaran  diperlihatkan pada Gambar 10. Secara umum, retakan melewati
batas  butir  perlit.  Ditemukan  lapisan  tipis berwarna  putih  pada  permukaan  yang  dilewati retakan.  Lapisan  putih  pada  batas  butir  tersebut diduga  jaringan  ferit  [11,12].  Lapisan  tipis  ferit ini sangat lemah dibandingkan koloni perlit yang ada sehingga mudah dilalui retakan.
Namun  ditemukan  kluster  mikro  porositas (kotak merah). Bentuk porositas cenderung  tidak bulat.  Bentuk  dan  lokasi  di centerline memberi dugaan tipe porositas akibat penyusutan. Porositas akan menurunkan kemampuan sambungan  rel  terhadap  beban  lelah.  Beban maksimum  yang  seharusnya  dapat  diterima  akan menurun.
Gambar 10. Struktur Mikro pada Penampang Melintang Daerah yang Diduga sebagai Inisiasi Retakan di Centerline Tengah Bagian Web Sambungan Las Termit Rel Kereta Api.
Gambar 10 memperlihatkan adanya jaringan  ferit  (putih)  pada  permuakaan  retakan. Perbandingan kondisi struktur mikro daerah awal retakan  berbeda  dibandingkan  daerah  penjalaran retakan lanjutan (logam induk). Selain keberadaan jaringan ferit, juga ukuran butir perlit lebih  besar.  Ukuran  butir  yang  lebih  besar  akan menurunkan  nilai  ketangguhan  pada  daerah tersebut.
Perbedaan  ukuran  butir  diperlihatkan  pada Gambar 11. Ukuran butir daerah las dibandingkan  terhadap ukuran butir  logam induk rel  pada  daerah  permukaan  patahan chevron dan fan  shape .  Meskipun  ukuran  butir  sangat beragam, namun ukuran butir daerah las (fusi las) memperlihatkan    peningkatan  ukuran  butir  lebih dari empat kali  lebih besar.
Gambar 11. Perbedaan Ukuran Butir di Daerah Las, Logam Induk di Fan Shape , dan C hevron
Selain  itu  ditemukan  indikator  terbentuk - nya cacat slag inklusi (Gambar 11). Berdasarkan kluster  porositas  juga  memberi  indikasi  tipe  B, alumina  berdasarkan  ASTM  E  45  [13].  Pada pengelasan termit, peluang ditemukannya inklusi alumina  (Al 2 O 3 )  lebih  besar  dibandingkan mangan  sulfida  (MnS).  Sifat  sangat  keras,  getas, dan  bentuk  pipih  tidak  memberi  petunjuk  bahwa lapisan  tipis  putih  yg  lebih  tebal  tersebut  adalah inklusi alumina. Pemeriksaan keberadaan alumina  akan  dilakukan  pada  pemeriksaan SEM/EDS.

## Pemeriksaan SEM dan EDS
Pemeriksaan  SEM  ( Scanning  Electron Microscope ) dilakukan terhadap bagian permukaan  patahan  pada  daerah  las  (Gambar  5) pada  pemeriksaan  fraktografi.  Pemeriksaan  ini dilakukan  untuk  mengetahui  morfologi  mikro permukaan.  Bersamaan  dengan  pemeriksaan
SEM,  dilakukan  pula  pemeriksaan  komposisi kimia  secara semi kuantitatif terhadap  celah  atau bukaan  retakan.  Metode  ini  dinamakan  E nergy Dispersive Spectroscopy (EDS). Merek peralatan SEM/EDS  yang  digunakan  adalah  ZEISS  EVO. Potongan sampel yang akan diperiksa dibersihkan dengan alkohol.
Gambar 12. Porositas pada Daerah Inisiasi Retakan Pada pemeriksaan SEM berdasarkan
indikasi awal retakan hasil pemeriksaan sebelumnya,  yaitu  daerah  fusi  sambungan  las, ditemukan  banyak  porositas  yang  dapat  menjadi pemicu awal terjadinya retakan. Cacat-cacat yang ditemukan  pada  daerah  fusi  las  dapat  berupa porositas  atau  inklusi  slag  berdasarkan  detail bentuknya pada pemeriksaan metalografi (Gambar  10).    Keberadaan  sejumlah  inklusi  dan kekosongan akibat interdendritik diduga penyebab  terbentuknya  porositas  mikro  [4]. Selain  itu  ditemukan  beberapa  permukaan  yang cenderung datar dan berwarna lebih gelap.
Penurunan  tekanan  disebabkan  oleh  aliran cairan  yang  melalui  struktur  dendrit.  Dengan bantuan  evolusi  gas  selama  solidifikasi,  kondisi yang memungkinkan terbentuknya kluster porositas  pada  daerah centerline [4].  Porositas mikro selalu ditemukan pada daerah interdendritik [4].
Dendritik adalah bentuk struktur memanjang  akibat  proses  pendinginan  logam cair.  Butir  perlit  yang  lebih  besar  akan mengakibatkan  jarak  antar  dendritik  (dendritic arm  spacing)  menjadi  lebih  besar.  Berdasarkan penelitian  Poirier  et  al  [14]  tentang  porositas interdendritik    bahwa  semakin  besar  jarak  antar dendritik [DAS] akan memudahkan terbentuknya porositas interdendritik.
Pemeriksaan  komposisi  kimia  pada  celah retakan yang terbentuk sendiri karena  getas pada preparasi  sampel  uji  (Gambar  13).  Hasil pemeriksaan menunjukan adanya unsur aluminium  dalam  jumlah  yang  cukup  signifikan, tetapi tidak ditemukan unsur lain yang menunjukkan  adanya  jenis  inklusi  tambahan. Jadi,  dapat  disimpulkan  bahwa  jenis  inklusi adalah alumina.
Gambar 13. Foto SEM dan EDS pada Permukaan Patahan
Serangkaian  pemeriksaan  yang  terdiri  dari visual, fraktografi (makro), metalografi, uji keras, SEM/EDS  telah  dilakukan.  Dengan  mengamati kronologi  kejadian  dan  data  teknis  akan memberikan indikasi penyebab kerusakan. Meskipun  rel  kereta  api  menerima  beban  lelah, namun  tidak  mudah  menemukan  tanda-tanda patah  lelah  pada  pemeriksaan  fraktografi.  Pada pemeriksaan  fraktografi  secara  makro  tidak
ditemukan beachmark sebagai tipikal patah lelah, kecuali  sedikit ratchet  mark di  daerah  las.  Pola ini  hanya  memberi  petunjuk  lokasi  inisiasi retakan.  Adanya pola chevron memberi petunjuk bahwa  arah  pergerakan  retakan  berasal  dari daerah las.
Sedangkan  pemeriksaan  fraktografi  secara mikro  dengan  SEM  juga  tidak  menemukan fatigue striation sebagai tipikal patah lelah. Pada pemeriksaan tersebut ditemukan cleavage fracture dan river pattern yang kotor karena telah mengalami  korosi.  Semua  ini  menunjukkan bahwa  awal  retakan  yang  terjadi  adalah  patah getas  (antar  butir).  Sedangkan  perambatan  retak dapat  berupa  kombinasi.  Pada  patah  getas  relatif tidak  terjadi  deformasi  plastik,  berlangsung sangat  cepat  dan  sifat  ketangguhan  yang  rendah (mudah retak pada penyiapan spesimen metalografi  dan  SEM).  Jadi  dapat  disimpulkan bahwa  kerusakan  rel  diakibatkan  oleh  beban berlebih meskipun mengalami beban lelah.
Kondisi  abnormal  struktur  mikro  pada daerah  retakan  yaitu  ditemukannya  jaringan  ferit pada retakan di batas butir perlit yang merupakan lokasi  awal  retakan.  Indikasi  yang  sama  tidak ditemukan pada struktur mikro patahan di daerah logam induk ( chevron dan fan shape ). Selain itu, dengan  ditemukannya  slag  inklusi  alumina menunjukkan rendahnya kualitas fusi las . Untuk mengatasi  hal  ini,  teknologi  pengelasan  perlu ditingkatkan dan beban angkutan dikontrol untuk mencegah kegagalan serupa di masa mendatang.

## KESIMPULAN
Berdasarkan  serangkaian  pemeriksaan  dan pengujian  terhadap  patahan  rel  kereta  api  dapat disimpulkan  bahwa  kualitas  proses  pengelasan termit  rendah.  Pola  patahan chevron pada pemeriksaan fraktografi secara makro
memberikan petunjuk bahwa awal retakan berada di centerline daerah  las. Ukuran butir  yang  lebih besar  dan  nilai  kekerasan  yang  lebih  tinggi  pada daerah  tersebut  menunjukkan  pemanasan  awal tidak  dilakukan  pada  proses  pengelasan.  Adapun pergerakan  retakan  melalui  batas  butir  berupa jaringan  ferit  halus  yang  lemah.   Selain  itu, klaster  porositas  mikro  dan  inklusi  alumina mudah  ditemukan  pada  batas  butir  tersebut. Kondisi ini  akan memperlemah batas butir.

## SARAN
Berdasarkan analisa dan kesimpulan, dapat diberikan beberapa saran sebagai berikut :
1. Perlu  dipastikan  perlakuan  pemanasan  awal yang  cukup  agar  tingkat  kelembaban  rendah sehingga mengurangi terbentuknya porositas mikro di daerah centerline las.
2. Jika memungkinkan dibuat welding procedure  specification beserta procedure qualification  record (WPS/PQR)  sebagai standard  operation  procedure (SOP)  baku untuk peningkatan kualitas.
3. Dilakukan modifikasi teknologi, yaitu “Squeeze  Welding”  dengan  menekan  kedua ujung  rel  sehingga  bagian  logam  cair yang  akan  membentuk  porositas  dapat dikeluarkan.
4. Dilakukan perlakuan panas setelah proses las termit untuk memperbaiki sifat getas.
5. Dilakukan  pemeriksaan  radiografi  untuk semua  spot  sambungan  las  untuk  melihat kondisi cluster porositas.
6. Hindari pemukulan berlebihan setelah proses las untuk pembersihan kerak.
7. Untuk  sementara  dilakukan  pengurangan beban batu bara seperti awal.
8. PT  KAI  perlu  memiliki  alternatif    teknologi pengelasan sambungan rel.

## UCAPAN TERIMAKASIH
Penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Rekan-rekan di laboratorium metalografi B4T atas kerjasama dan kesempatan yang diberikan      dalam  pemecahan  kasus  analisa kerusakan ini.
2. PT  Kereta  Api  Indonesia  (PT  KAI)  divisi pemeliharaan dan  keselamatan atas  kerjasama dan kepercayaan yang diberikan pada B4T.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Suryo  Hapsoro  Tri  Utomo,  “Jalan  Rel”, Beta Offset , Yogyakarta, 4–25, 2009.
[2] Saita,  K.,  Karimine,  K.,  &  Ueda,  M., “Trends in Rail Welding Technologies and Our  Future  Approach”, Nippon  Steel  &
Sumitomo  Metal  Technical  Report ,  (105), 84–92, 2013.
[3] AWS,  Welding  Handbook  Vol.  3,  9th edition, Welding Process, Part 2, American Welding Society, 573–580, 2007.
[4] Chen, Y Ã, F V Lawrence, C P L Barkan, and J A Dantzig. “Weld Defect  Formation in  Rail  Thermite  Welds”,  220:  373–84, 2006. doi:10.1243/0954409JRRT44.
[5] Deep,  “A.  Improvement  in  Mechanical Behavior  of  Expulsion  with  Heat  Treated Thermite  Welded”,  3(12),  1545–1549, 2009.
[6] ASM,  Metal  Hand  Book  Vol.  11,  5th Printing,  Failure  Analysis  and  Prevention, American Society for Metal, Hal 164–171, 1995.
[7] TATA  Steel.  “Rail  Technical  Guide”, 1–24, 2013. doi:RTG/LJ/ENG/V2/04.14.
[8] JIS E 1120 : 2007 “Head hardened rails”.
[9] Nenad,  Milan  T  Jovanović,  Miša Todorović,  Milan  Trtanj,  and  Petar Šaponjić. “Microstructural and Mechanical Characterization  of  Postweld  Heat-Treated Thermite  Weld  in  Rails.”  Materials Characterization  43  (4):  243–50,  1999. doi:10.1016/S1044-5803(99)00006-6.
[10] Jun,  Hyun  Kyu,  Jung  Won  Seo,  Il  Sik Jeon,  Sang  Hwan  Lee,  and  Yoon  Suk Chang.  “Fracture  and  Fatigue  Crack
Growth  Analyses  on  a  Weld-Repaired Railway  Rail.” Engineering Failure Analysis 59, 2016. doi:10.1016/j.
engfailanal. 2015.11.014.
[11] Li, Y.D., C.B. Liu, N. Xu, X.F. Wu, W.M. Guo, and J.B. Shi. “A Failure Study of the Railway  Rail  Serviced  for  Heavy  Cargo Trains.” Case  Studies  in  Engineering
Failure Analysis . Vol. 1, 2013. doi:10.1016/j.csefa.2013.09.003.
[12] Lawrence, F.V., Y-R. Chen, J.P. Cyre, and C.P.L.  Barkan.  “Strategies  for  Improving the  Fatigue  Resistance  of  Thermite Weldments”, 2001.
[13] ASTM  E  45–05  “  Standar  Test  Methods for  Determining  the  Inclusion  Content  of Steel”.
[14] Poirier,  D.  R.,  Yeum,  K.,  and  Maples,  A. L.  “A  thermodynamic  prediction  for microporosity  formation  in  aluminum-rich Al-Cu  alloys”. Metall.  Trans .  A,  1987,
18A, 1979.