## PENGARUH TEMPERATUR ANNEALING TERHADAP KEKERASAN DAN STRUKTUR MIKRO KOMPONEN THRUST WASHER DIFFERENTIAL
Wahyu Anhar 1 , Patria Rachmawaty 2 , Triana Nofika Dewi 3
1,2 Program Studi Alat Berat Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Balikpapan
3 Departemen Teknik Mesin Sekolah Vokasi Universitas Gadjah Mada
Email: wahyu.anhar@poltekba.ac.id

## ABSTRACT
Annealing is a heat treatment process for the softening metallic materials, especially plain carbon steels. Based  on  case  study  was  finded  that  thrust  washer  differential  on  the  dump  truck  unit-machine  model CWB6BLLDN2  fell  up  failure.  Failure  of  component  was  caused  by  impack  of  gear  differential  on differential case. The cracking of thrust washer was effected by the characteristic of materials which low resistance to impack load. Variation temperatures of annealing process are used by 825 °C, 875 °C, 925 °C, and 975 °C. Furthermore, cooling methode that been used is cooling on furnace. Hardness test is used by  Vickers  hardness  test  with  indentation  load  of  200  gf,  and  indentation  time  of  5  s.  Cross  section  of microstructure is examined by optical microscope. Based on hardness test, the hardness is decrease by increasing of annealing temperature. Observation of microstructure shown changes on microstructure that been caused by increasing of annealing temperature.
Keywords: Annealing, Hardness, Microstructure, Thrust washer differential

## PENDAHULUAN
Differential merupakan  susunan  mekanisme yang  menyebabkan  torsi  dari input  shaft dibagi menjadi  2  bagian  gerak,  melalui  2 output  shaft . Mekanisme  ini  menyebabkan  torsi  yang  keluar  dari final  drive disalurkan  terhadap  roda  penggerak  yang berotasi  sama  dalam  satu  poros,  atau  membagi  torsi dari gearbox sehingga  seakan-akan  pada  poros  yang berbeda (membagi putaran roda penggerak) [1].
Berdasarkan  studi  kasus  yang  terjadi  pada beberapa unit dump truck - machine model CWB6BLLDN2, ditemukan bahwa
terjadi permasalahan pada differential unit tersebut. Permasalahan  yang  terjadi  adalah  pecahnya thrust washer  differential .  Bentuk  pecahan  komponen seperti ditunjukkan dalam Gambar 1. Bentuk patahan yang  terjadi  di  beberapa thrust  washer  differential menunjukkan bahwa bentuk patahan tidak mengalami deformasi,  dan  arah  beban  tegak  lurus  terhadap permukaan  patahan,  sehingga  dapat  dikatakan komponen mengalami patahan getas [2].
Gambar 1. Bentuk pecahan thrust washer differential
Kegagalan  komponen  tersebut  dikarenakan  sifat material  yang  tidak  tahan  (tidak  tangguh)  terhadap
impack  load (efek  hentakan)  dari gear  differential . Peningkatan ketangguhan ditandai dengan peningkatan  kekuatan  dan  keuletan  [3].  Sifat ketangguhan  dan  keuletan  suatu  bahan  dapat ditingkatkan  dengan  menurunkan  kekerasan  bahan. Proses heat  treatment yang  bertujuan  untuk menurunkan kekerasan bahan logam, khususnya baja karbon  adalah  proses annealing [4].  Penelitian  yang dilakukan [5-8] menunjukkan bahwa proses annealing yang dilakukan  mampu  meningkatkan  kekuatan, dan keuletan bahan.
Gambar 2. Kerusakan di beberapa komponen utama differential .
Posisi kerusakan
Komponen thrust  washer  differential dalam penggunaannya berfungsi mencegah gesekan diantara komponen  di  dalam differential  case .  Komponen thrust  washer  differential diharapkan  mengalami keausan  sehingga  komponen gear utama  lainnya seperti pinoin  gear ,  dan side  gear tidak  mengalami keausan. Tetapi dalam kenyataannya komponen thrust washer  differential tidak  hanya  mengalami  gesekan tetapi  terjadi  juga impack  load akibat  hentakan gear differential . Dampak pecahan thrust washer differential menyebabkan  komponen  utama  seperti gear , input  shaft ,  dan  bagian  dalam differential  case juga ikut mengalami kerusakan. Gambar 2 menunjukkan  kerusakan  pada  beberapa  komponen utama differential .
Berdasarkan  studi  kasus  kegagalan  pada thrust washer  differential maka  dapat  dilakukan  proses annealing yang  dapat  meningkatkan  kualitas  bahan komponen.  Penggunaan  variasi  temperatur  dalam proses annealing terhadap  kekerasan  dan  struktur mikro pada thrust washer differential akan dianalisa.

## METODOLOGI
Bahan Bahan  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini adalah  komponen thrust  washer  differential yang digunakan  pada  unit dump  truck-machine  model CWB6BLLDN2.

## Proses Annealing
Proses annealing yang dilakukan menggunakan variasi  temperatur  sebesar  825  °C,  875  °C,  925  °C, dan  975  °C.  Proses annealing menggunakan  tungku pemanas  milik  Laboratorium  Bahan  Teknik  D3 Teknik Mesin Sekolah Vokasi UGM Yogyakarta.

## Pengujian Kekerasan
Pengujian kekerasan
yang
dilakukan menggunakan  pengujian  kekerasan  metode Vickers . Besar  beban  indentasi  adalah  200  gf  dengan  waktu indentasi  selama  5  detik.  Pengujian  kekerasan dilakukan terhadap komponen thrust washer differential tanpa  dilakukan annealing ,  dan  sesudah annealing .  Pengujian  kekerasan  menggunakan  alat pengujian  kekerasan Vickers milik  Laboratorium Bahan  Teknik  D3  Teknik  Mesin  Sekolah  Vokasi UGM  Yogyakarta.  Pengujian  kekerasan  dilakukan terhadap  potongan  melintang  komponen thrust washer  differential ,  sehingga  dapat  diketahui kekerasan  dipermukaan  hingga  ke  bagian  dalam komponen.  Sebelum  dilakukan  pengujian  kekerasan, permukaan potongan melintang dilakukan pemolesan terlabih dahulu hingga halus.

## Pengamatan Struktur Mikro
Pengamatan  struktur  mikro  dilakukan  terhadap komponen  tanpa  proses annealing ,  dan  setelah dilakukan annealing .  Pengamatan  struktur  mikro menggunakan Inverted
Microscope
milik Laboratorium  Bahan  Teknik  D3  Teknik  Mesin Sekolah  Vokasi  UGM  Yogyakarta.  Pengamatan struktur mikro dilakukan terhadap potongan
melintang  komponen thrust  washer  differential . Permukaan  potongan  melintang  diberikan  etsa terlebih  dahulu  sebelum  dilakukan  pengamatan struktur mikro.

## HASIL DAN PEMBAHASAN Pengujian Kekerasan
Gambar  3  menunjukkan  hasil  pengujian kekerasan komponen thrust washer differential tanpa proses annealing ( non-treatment ). Hasil uji kekerasan komponen non-treatment menunjukkan  kekerasan  di permukaan komponen lebih tinggi daripada kekerasan di  bagian  dalam.  Hal  ini  menunjukkan  bahwa kompenen telah mengalami case hardening . Kekerasan dipermukaan yang lebih tinggi merupakan awalan  retakan  akibat impack  load dari gear differential . Retakan secara cepat merambat, sehingga bagian yang patah tidak sempat mengalami deformasi.
Gambar 3. Angka kekerasan pada kedalaman benda uji non-treatment potongan melintang
Gambar 4.Pengaruh temperatur annealing terhadap kekerasan di bagian permukaan
Pengaruh  temperatur annealing terhadap  angka kekerasan  di  bagian  permukaan  seperti  ditunjukkan dalam Gambar 4. Penambahan temperatur annealing menyebabkan  terjadinya  penurunan  kekerasan  di bagian  permukaan.  Kekerasan  permukaan non- treatment sebesar  374  HVN  turun  menjadi  228,1 HVN. Terjadinya penurunan kekerasan menyebabkan ketahanan  aus  komponen thrust  washer  differential akan  mengalami  penurunan.  Hal  ini  disebabkan kekerasan  linier  dengan  ketahanan  aus,  dimana kenaikan  kekerasan  juga  berdampak  terhadap kenaikan ketahanan aus [9]. Tetapi dengan penurunan
kekerasan juga diikuti dengan peningkatan ketangguhan. Oleh karena itu, perubahan sifat tersebut tidak  hanya  menyebabkan  komponen  tahan  gesekan tetapi juga tahan terhadap impack load .

## Pengamatan Struktur Mikro
Hasil  pengamatan  struktur  mikro  terhadap perubahan  temperatur annealing ditunjukkan  dalam Gambar  5(a)  hingga  (e).  Fasa  yang  terbentuk  dalam Gambar  5(a)  untuk  komponen thrust  washer differential adalah ferit proeutektoid (putih), dan perlit (gelap).  Struktur  mikro  komponen thrust  washer differential mengalami  perubahan  seiring  dengan
penambahan temperatur annealing , seperti ditunjukkan  dalam  Gambar  5(b)  hingga  (e).  Gambar 5(b)  hingga  (c)  menunjukkan  bahwa  struktur  mikro mengalami rekristalisasi. Butiran akibat rekristalisasi mengalami  pertumbuhan  ditandai  dengan  perubahan ukuran butiran seperti dalam Gambar 5(d) hingga (e). Perubahan  struktur  mikro  sesuai  dengan  perubahan kekerasan yang terjadi pada komponen thrust washer differential . Struktur mikro thrust washer differential yang  mengalami  rekristalisasi  hingga  pertumbuhan butiran menyebabkan terjadinya penurunan kekerasan.
Gambar 5. Struktur mikro non-treatment ( a ) dan setelah dilakukan annealing pada temperatur 825 °C ( b ), 875 °C ( c ), 925 °C ( d ), 975 °C ( e )
(a)
25 μm (b) (c) (d) (e) 25 μm 25 μm 25 μm 25 μm

## KESIMPULAN
Terjadi  kegagalan  komponen thrust  washer differential pada  unit dump  truck-machine  model CWB6BLLDN2.  Berdasarkan  analisa  patahan diketahui  bahwa  komponen  mengalami  patahan getas  yang  diakibatkan impack  load  gear differential . Hasil pengujian kekerasan potongan melintang komponen non-treatment menunjukkan permukaan  komponen  memiliki  kekerasan  yang tinggi.  Karakteristik  yang  dimiliki  komponen menyebabkan tidak tahan terhadap impack load . Proses annealing terhadap  komponen thrust washer differential mampu menurunkan kekerasan permukaan.  Kekerasan  permukaan  menurun seiring  dengan  penambahan  waktu annealing . Penurunan  kekerasan  disebabkan  terjadinya perubahan  struktur  mikro.  Penambahan  waktu annealing menyebabkan struktur mikro mengalami  rekristalisasi,  yang  akhirnya  terjadi pertumbuhan butiran rekristalisasi.
Penurunan  kekerasan  permukaan  komponen thrust  washer  differential akan  meningkatkan ketangguhan.  Perubahan  karakteristik  permukaan tersebut  tidak  hanya  menyebabkan  komponen tahan  gesekan  tetapi  juga  tahan  terhadap impack load .

## SARAN
Perlu  dilakukan  pengujian impack terhadap komponen thrust  washer  differential tanpa annealing ,  dan  setelah  dilakukan annealing . Pengujian impack untuk  memastikan  perubahan sifat  (ketangguhan)  komponen thrust  washer differential terhadap impack load .

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penelitian  ini  dapat  terlaksana  berkat  dana penelitian yang bersumber dari Kementerian Riset, Teknologi, dan Pendidikan Tinggi tahun 2016.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Genta, G. dan Morello, L., 2009,
“Differentials  and  Final  Drives”, The Automotive Chassis , Springer Science+Business Media B.V., hal. 505-531. [2] ASM Handbook, 2002, “Failure Analysis and Prevention”, vol. 11, USA: ASM
International, hal. 1163.
[3] Callister,  W.  D.,  2001,  “Mechanical Properties”, Fundamentals  of  Materials Science  and  Engineering  An  Interactive  E- Text , W. Anderson, Ed., edisi kelima. USA: John Wiley & Sons Inc., hal. 167.
[4] ASM Handbook, 1991, “Heat Treating”, vol. 4, USA: ASM International, hal. 102.
[5] Purcek,  G.,  Saray,  O.,  Karaman,  I.,  dan Maier, H. J., Juni 2014, “High strength and high ductility of ultrafine-grained, interstitial-free steel produced by ECAE and annealing”, Metallurgical  and  Materials Transactions A , vol. 43A, hal. 1884-1894.
[6] Zhang,  X.,  Qin,  B.,  Du,  W.,  dan  Wu,  D., September  2014,  “Effect  of  cold-rolled annealing  processes  on  microstructure  and properties  of  ultra-pure  ferritic  stainless steel”, Baosteel  Technical  Research ,  vol.  8, hal. 27-34.
[7] Lee, S. dan Cooman, B. C. D., Oktober 2014, “Effect  of  the  intercritical  annealing temperature on the mechanical properties of 10 pct Mn multi-phase steel”, Metallurgical and Materials Transactions A , vol. 45A, hal. 5009-5016.
[8] Farahat, A. I. Z. dan Mohamed, M. I., Januari 2015, “Thermomechanical processing of Fe- 6.9Al-2Cr-0.88C steel: intercritical annealing followed by quench tempering”, Metallurgical and Materials Transactions A , vol. 46A, hal. 199-204.
[9] ASM Handbook, 1992, Friction, Lubrication, and Wear Technology, vol. 18, USA: ASM International, hal. 341.