## DESAIN PROTOTYPE TEKNOLOGI AUTOMATIC SURFACE TREATMEN UNTUK MENINGKATKAN KETAHANAN JALAN REL KERETA API
Willy Artha Wirawan 1 , Email : willy@pengajar.ppi.ac.id Hari Boedi Wahjono 2 , Email : hariboedi@ppi.ac.id Fadli Rozaq 3 , Email : fadli@pengajar.ppi.ac.id
1,2,3 Teknologi Mekanika Perkeretaapian, Politeknik Perkeretaapian Indonesia Madiun

## ABSTRAK
Tujuan dari penelitian ini adalah melakukan desain prototype alat untuk meningkatkan ketahanan jalan  rel  kereta  api.  Metode  pada  penelitian  ini  dilakukan  dengan  konsep  teori surface  treatmen , selanjutnya digambarkan menggunakan software solidwork dalam bentuk desain prototype. Sebagai validasi  desain  prototype  dilakukan  penelitian  awal  dengan  memberikan  perlakuan  panas  pada  rel kereta  api  dengan  memanfaatkan  nyala  netral  gas  oksi-asitilen  dan quenching secara  cepat. Selanjutnya rel kereta api dilakukan uji kekerasan dan struktur mikro. Hasil uji rel diketahui terjadi peningkatan nilai kekerasan sebesar 30 VHN dan perubahan struktur mikro martensit.
Kata Kunci: Desain, prototype, Automatic Surface treatment.

## ABSTRACT
The research purpose is to design the prototype tool improving the resistance of the railroad tracks. The  method  was  carried  out  with  the  concept  of  surface  treatment  theory,  then  described  using solidwork  software  in  the  form  of  the  prototype  design.    As  a  validation  of  the  prototype  design, preliminary research was carried out by giving heat treatment to the railroad tracks by utilizing the oxy-acetylene neutral gas flame and quenching quickly.  Furthermore the railroad tracks were tested for  hardness  and  microstructure.    Rail  tracks  test  results  are  known  to  occur  an n increase in n the n value of hardness by 30 VHN and changes in the martensitic microstructure.
Keywords: Desain, prototype, Automatic Surface treatment.

## 1 PENDAHULUAN
Setiap prasarana perkeretaapian yang meliputi jalur kereta  api, bangunan dan fasilitas pengoprasian  kereta  api  yang  dioprasikan  wajib memenuhi  kelaikan  yang  dibuktikan  pada pengujian  prasarana  sesuai  dengan  UU. n No.  60 Tahun n 2012 n tentang  persayaran  teknis  jalur kereta api. Salah satu penunjang jalan n kereta api adalah n adanya  rel  kereta  api  yang  baik  dengan beberapa  ketentuan  yang  harus  dipenuhi  yaitu kekerasan kepala rel yang tidak boleh berkurang n dari  240  brinell,  kekuatan  tarik  90 kg/mm 2 dan minumum pemuaian 10%.
(Hermanto, 2016).[1]
Batang  rel  merupakan  baja  bertekanan  tinggi yang mengandung karbon, mangan dan silikon yang dibuat  khusus  agar n dapat  menahan n beban  berat (axle load) dari n rangkaian kereta n api yang berjalan dan  berada  diatasnya n (Yokoyama  &  Hiroyasu., 2002).[2]  Beberapa  penggunaan  batang  rel  yang sering dijumpai adalah tipe UIC R54 yang banyak digunakan di indonesia. Pada tipe rel ini digunakan untuk  jalur  kereta  api  lintasan  padat  seperti n lintas jabodetabek dan n lintas trans n jawa.
Permasalahan yang sering muncul jalur pada rel kereta Api adalah kerusakan pada ujung rel seperti adanya  keretakan,  rel  keriting,  pengelupasan permukaan  rel,  keausan  yang  dapat  mengurangi
faktor kenyamanan dan membahayakan keselamatan  transportasi  kereta  Api.  Seperti  yang telah  ditemukan  bahwa  kerusakan  pada  jalan  rel sering  diakibatkan  karena  beban  kereta  yang berlebihan,  jalur  lintas  yang  padat,  kondisi lingkungan  yang  kurang  baik,  serta  kualitas  dari proses pabrikasi rel kereta Api seperti pada n gambar 1 berikut n ini
Gambar 1. Kerusakan Pada Permukaan Jalan Rel Kereta Api di Batu Raja
Dari  permasalahan  yang  telah  ditemukan  maka perlu  adanya  inovasi  teknologi  untuk  meningkatkan ketahanan  pada  jalur n rel  kereta n Api.  Pada  karya ilmiah  ini  penulis  melakukan  inovasi  pembuatan desain prototype alat untuk meningkatkan ketahanan jalan  rel  kereta  api  secara  otomatis  menggunakan metode surface treatment untuk mencegah terjadinya kerusakan  pada  jalur n rel  kereta n Api.  Keunggulan dari  alat surface  treatment ini adalah dapat  berjalan sendiri meningkatkan kekerasan rel kereta Api secara otomatis dan efisien.
Perlakuan  pada  permukaan  ( surface  treatment ) digunakan  untuk  mendapatkan  keadaan  yang  baik pada  bagian  permukaan  seperti  komponen  bantalan, poros yang mempunyai kekerasan permukaan tinggi. Hal  ini  berhubungan  dengan  keausan  dan  kekuatan terhadap pembebanan. Untuk meningkatkan kekerasan  permukaan  dapat  dilakukan  dengan beberapa metode yang mudah dan efisien yaitu flame hardening  (Davis,  J.R.,  2002)  (Krauss,  George., 1990). [3]
Flame hardening merupakan pengerasan dengan menggunakan  pembakaran  api  yang  berada  dalam temperatur  kritis  kemudian  didinginkan  cepat
dengan n air atau beberapa pendingin yang bertujuan untuk quenching permukaan n benda  kerja n yang telah  dilakukan  pemanasan.  Proses  pemanasan flame biasanya menggunakan beberapa  gas antara lain  gas  oksi-asetilen,  gas  alam  dan  gas  propana- butana.  Pada  pengerasan  ini  dapat n menghasilkan permukaan n keras n dengan  inti  benda  kerja n yang ulet (Clark & Varney, 1962).[4]
Gambar 2. Prinsip manual flame hardening (Sumber: Martin Feistle . et. al., 1977
Pengerasan dengan menggunakan metode flame gambar 2, mempunyai beberapa keuntungan antara lain peralatan dapat dibawa pada benda kerja, waktu pengerasan  singkat,  kedalaman  pengerasan  besar, pemakaian  bahan n bakar  kecil n dan  penyusutan sedikit.  Pada  metode  ini  sangat  cocok  digunakan pada  aplikasi  benda  kerja  skala  besar.  Pengerasan menggunakan  flame  hardening  dapat  dapat dilakukan  secara  otomatis  dan  manual  dan aplikasinya tergantung pada operator .
Dari  literature  yang  ada  maka  dapat  dibuat konsep  untuk  meningkatkan  kekerasan  permukaan rel  kereta  api  menggunakan  metode  automatic surface treatment dengan memanfaatkan  gas  oksi- asitilen.  Desain  prototype  teknologi  automatic surface  treatmen  untuk  meningkatkan  ketahanan pada  jalan  rel  kereta  api  dapat  ditunjukkan n pada gambar 3 n berikut n ini

## Gambar 3. Desain prototype teknologi automatic surface treatmen
2 METODE PENELITIAN
Metode  pada  penelitian  ini  dilakukan  dengan konsep teori surface treatmen , selanjutnya digambarkan  menggunakan software  solidwork dalam  bentuk  desain  prototype.  Sebagai  validasi desain prototype dilakukan penelitian awal dengan memberikan  perlakuan  panas  pada  rel  kereta  api dengan memanfaatkan nyala netral gas oksi-asitilen dan quenching secara  cepat.  Material  yang digunakan  adalah  rel  kereta  api  UIC  R42  seperti gambar 4 berikut ini:
Gambar 4. Validasi sampel surface treatment

## 3 HASIL DAN PEMBAHASAN
Sebagai  validasi  desain  prototype  yang  telah dibuat,  penulis  melakukan  eksperimen  dengan melakukan surface  treatment pada  rel  kereta  Api UIC  R42  menggunakan  variasi  nyala  temperature netral,  carburizing  dan  oxidizing.  Hasil surface treatment dapat ditunjukkan pada n gambar 5 n berikut ini
Gambar 5. Hasil Pengujian Kekerasan Rel Kereta Api
Pada  gambar  diatas  menunjukkan  grafik  hasil pengujian  nilai  kekerasan  rel  kereta  Api  UIC  R45 pada  daerah  Head,  Web  dan  Foot.  Dari  grafik tersebut  dapat  diketahui  terjadi  peningkatan  nilai kekerasan jika dibandingkan dengan rel kereta Api yang  belum  diberikan surface  treatment .  Sebelum diberikan perlakuan surface treatment rel kereta api pada  daerah  Web  mempunyai  nilai  kekerasan sebesar  215  HVC,  daerah  Head  215  HCV  dan daerah  Foot  sebesar  210  HVC.  Setelah  dilakukan surface  treatment nilai  kekerasan  rel  kereta  Api mengalami  peningkatan  pada  daerah  Web  sebesar 235  HVC,  daerah  Head  sebesar  228  HVC  dan daerah  Foot  sebesar  223  HVC  (Pnagiotidis, Antonatos A.S., and Tsananas, G.M., 2007). [5]
Selain nilai kekerasan yang meningkat, rel kereta api yang telah dilakukan perlakuan surface treatmen
juga  mengalami  perubahan  mikro  struktur  seperti yang terlihat pada n gambar berikut n ini
Gambar 6. Hasil pengujian mikrostruktur rel kereta Api (a) sebelum perlakuan (b) sesudah perlakuan
Gambar  6,  diatas  menujukkan  perbedaan struktur mikro yang dihasilkan pada masing-masing rel kereta api. Rel kereta api tanpa perlakuan surface treatment (raw material) mempunyai struktur mikro yang  terdiri  dari  struktur  ferit  (terang)  dan  pearlit yang  terlihat  gelap.  Sedangkan  struktur  mikro dengan  perlakuan surface  treatment menunjukkan kekerasan tertinggi dimana material rel membentuk struktur  kristal  yang  baik  yaitu  fase  martensit sehingga menjadi lebih keras. (Poshmann, Tsapowetz, Rinhover., 2009) (Vander Voort, G.F., 1984)  (Totten,  G.E.,  Howes,  M.A.H.,  1997) (Vander Voort, G.F., 1984).[6] Kekerasan tertinggi pada  permukaan  dapat  menjadikan  rel  kereta  api lebih tahan terhadap keausan akibat gesekan dengan keping  roda  dan  bagian  inti  yang  ulet  dapat menjadikan  rel  tahan  terhadap  beban  kejut.  (Eko Surojo, et. al., 2009) [7]
Gambar 7. Hasil Spectrum LUV dari ImageJ (a) sebelum perlakuan (b) sesudah perlakuan
Gambar  7  merupakan  grafik  hasil  spectrum LUV  yang  menunjukkan  perbedaan  antara  rel kereta  api  tanpa  perlakuan surface  treatment dan dengan  perlakuan surface  treatment .  Spectrum dengan perlakuan surface treatmen dapat diketahui pertumbuhan Kristal yang lebih banyak dan tinggi spectrum  sebesar  220.  Sedangkan  spectrum  tanpa perlakuan mempunyai spectrum yang lebih sedikit dan  tinggi  spectrum  sebesar  160.  Hal  ini membuktikan  bahwa  degan  perlakuan  surface treatmen dapat memberikan pengaruh terhadap nilai ketahanan rel kereta api UIC R42

## 4 KESIMPULAN
Dari hasil paparan diatas dapat diketahui bahwa adanya  peningkatan  kekuatan  terhadap  nilai kekerasan  dan  perubahan  struktur  mikro  pada  rel kereta  Api  setelah  dilakukan surface  treatment . Penggunaan n alat  teknologi  automatic  surface treatmen  ini  diharapkan n dapat  digunakan n sebagai proses  perawatan  jalan  rel  secara  efisien.  Desain prototype  alat  ini  dikontol  secara  otomatis  sesuai dengan  perkembangan  teknologi  terkini  sehingga
A

## B
dapat  mempermudah  proses  perawatan  jalan  rel tanpa berjalan menyusuri track kereta Api

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  mengucapkan  terimakasih  kepada  seluruh civitas akademik politeknik perkeretaapian Indonesia  madiun  yang  telah  membantu  dalam proses  pendanaan  prototype  rancang  bangun  ini yaitu  kepada  Direktur  Politeknik  Perkeretaapian Indonesia  Madiun  dan  Pusat  Penelitian  dan pengabdian masyarakat

## REFERENSI
[1] Hermanto, D., 2016. Pengujian Jalur Dan
Bangunan Kereta Api . Kencana. Prenadamedia Group, Jakarta. [2] Yokoyama, Hiroyasu., 2002. Development Of Hight Strength Pearlitic Seel  Rail  (SP  Rail)  With  Excellent  Wear
And  Damage  Resistance .  Journal  of materials  processing  technology  166,
111-115.
[3] Davis, J.R., 2002. Surface Hardening Of Steels ,  New  York:  McGraw-Hill  and
Krauss,  George.,  1990. Steel:  Heat
Treatment  And  Processing  Principles ,
Ohio: ASM International
[4] A  Clark,  D.  S.,  Varney  W.  R.,  1962. Physical Metallurgy For Engineering , D.
Van Nostrand Company, INC.
[5] Pnagiotidis, Antonatos A.S., and
Tsananas,  G.M.,  2007. Case  Depth
Determination  Using  Vicker  Micro-
Hardness Test Method At TRSC/PPC SA .
Journal pf wear 273, 223-229
[6] Poshmann,  Tsapowetz,  Rinhover.,  2009. Heat Treatment Process And Facility For Railway  Wheel .  AFT  and  Werkst  off
Service,  Totten,  G.E.,  Howes,  M.A.H.,
1997, Steel n Heat  Treatment n Handbook . New  York:  Marcel  Dekker,  Inc.,  USA.
And Vander Voort, G.F., 1984. Metallography  Principle  And  Practice .
New  York:  Mc.  Graw  Hill  Book
Company.
[7] Eko  Surojo.,  Dody  Ariawan.,  Muh. Nurkhozin.,  2009. Pengaruh  Manual
Flame  Hardening  Terhadap  Kekerasan Hasil Tempa Baja Pegas , Jurnal
Mekanika,  Universitas  Sebelas  Maret Surakarta, Vol. 7 No. 2 I