## PENGARUH SUHU TERHADAP SIFAT MEKANIS BANTALAN LUNCUR KOMPONEN MESIN

## Sasi Kirono
Balai Besar Teknologi Kekuatan Struktur (B2TKS) - BPPT Kawasan Puspiptek Serpong 15314, Tangerang

## ABSTRAK
PENGARUH SUHU TERHADAP SIFAT MEKANIS BANTALAN LUNCUR KOMPONEN MESIN . Tulisan ini membahas pengaruh suhu komponen mesin bantalan luncur menggunakan metode pengujian mekanis tarik dan kekerasan. Pembahasan hasil penelitian meliputi korelasi antara kuat tarik, regangan dan kekerasan. Hasil penelitian menyatakan kekuatan tarik 603,29 N/mm 2 menurun sampai 23,94%. Peningkatan suhu akan menurunkan kekerasan dan kekuatan.
Kata kunci : Kekerasan, perlakuan panas, sifat mekanik

## ABSTRACT

## THE EFFECT OF TEMPERATURE ON MECHANICAL PROPERTIES OF BUSHING ON
MACHINE COMPONENT. This paper discussed the influence of bushing temperature on machine components using the method which in available in mechanical test. The discussion of the test result includes correlation between stress, strain and hardness. The degradation of tensile stress 603.29N/mm 2 up to 23.94%. The increase of temperature will be decrease of hardness and strength
Key words : Hardness, heat treatment, mechanical properties

## PENDAHULUAN
Perunggu atau bronze merupakan logam non fero yang terdiri dari Al dan Cu. Penggunaan di industri dalam bentuk billet sebagai bahan awal untuk pembuatan komponen mesin seperti bantalan luncur, karena logam ini memberikan unjuk kerja yang baik dalam berbagai kondisi lingkungan, ketahanan terhadap abrasi dan korosi.
Penggunaan perunggu sering ditemui di industri dalam bentuk komponen bantalan luncur bushing pada mesin , tempa dan penekanan dalam. Pemanfaatan perunggu berdasarkan sifat mekanis akibat perubahan suhu sering digunakan, tetapi bantalan luncur yang digunakan pada beban tinggi dan gesekan yang relatif besar, serta pelumasan yang kurang optimal, memerlukan kemampuan yang lebih agar tidak terjadi penurunan sifat mekanis. Hal ini dapat berpengaruh terhadap kinerja mesin industri karena dapat membawa akibat kurang baik terhadap kualitas maupun kuantitas produk yang dihasilkan. Kondisi tersebut perlu diperbaiki dengan usaha melakukan penelitian terhadap aluminium perunggu (bronze) pada suhu kerjanya.
Mutu komponen bantalan dari perunggu biasanya diamati sifat kekuatan mekanis dan kekerasan dari komponen bantalan, untuk menjamin keamanan struktur yang dirancang. Kekuatan komponen terhadap pembebanan statis sangat diperlukan untuk verifikasi
karakteristik komponen, sehingga mutu komponen akan lebih terjamin keandalannya.
Kekuatan sifat mekanis bantalan luncur pada komponen mesin dipengaruhi oleh korelasi proses perlakuan panas terhadap suhu kerja.

## TEORI
Bantalan luncur mampu menumpu poros berputaran tinggi dengan beban besar. Bantalan ini sederhana konstruksinya dan dapat dibuat serta dipasang dengan mudah. Karena gesekannya yang besar pada waktu mulai jalan, bantalan luncur memerlukan momen awal yang besar. Pelumasan pada bantalan ini tidak begitu sederhana, karena adanya lapisan pelumas, bantalan ini dapat meredam tumbukan dan getaran sehingga hampir tidak bersuara. Dalam teknik kendaraan bantalan luncur dapat berupa logam silinder berongga dan bantalan luncur berongga dari bahan plastik.
Bahan bantalan luncur [1] harus memenuhi persyaratan yang cukup tahan terhadap beban, dapat menyesuaikan diri terhadap lenturan poros atau perubahan bentuk. Pada umumnya aluminium perunggu (bronze) mengandung antara 4% sampai dengan 11% unsur paduan aluminium. Unsur lain yang biasa ditambahkan dalam proses pembuatan aluminium perunggu adalah Si dan Mn. Pada Gambar 1 terlihat

## Pengaruh Suhu Terhadap Sifat Mekanis Bantalan Luncur Komponen Mesin (Sasi Kirono)
diagram fasa biner aluminium perunggu, bahwa kondisi maksimum kelarutan aluminium dalam larutan padat mendekati 9,5% pada suhu 555 0 C, sedangkan fasa bereaksi menjadi campuran fasa + 2 melalui entectoid pada suhu sekitar 555 0 C.
Aluminium perunggu memiliki kemampuan untuk proses pengerjaan dingin dan kekuatan yang baik untuk komponen bantalan mesin. Proses pengecoran untuk logam ringan merupakan proses penuangan kontinu yang dapat menghasilkan billet yang panjang. Hal ini disebabkan karena selama proses peleburan dapat dilakukan penambahan bahan baku yang diperlukan untuk pembuatan perunggu sehingga proses penuangan kontinu dapat dilakukan.
Bantalan silinder berongga seperti ditunjukkan pada Gambar 2 terdiri dari sebuah selongsong pasangan suaian yang sesuai dengan rumah pipa (housing) , dimana batang poros tersebut berputar di dalam rumah bantalan.
Fluida atau cairan mengalir melalui celah sempit yang terbentuk. Tingkat kebocoran suatu fluida yang tidak termampatkan mengalir ke daerah berlapis melalui suatu titik dan melalui barisan bantalan dengan celah yang kecil. Dalam beberapa hal bantalan tetap digunakan untuk menahan fluida yang berviskositas terlalu rendah, untuk meredam getaran dan menjaga kebocoran sesuai batas toleransi. Bantalan yang dipasang pada rumah bantalan, celah harus cukup besar untuk mencegah gesekan selama pengoperasian. Gesekan yang terjadi dapat menghasilkan getaran, poros
melengkung, menimbulkan putaran poros tak beraturan, menimbulkan gesekan dan mempengaruhi beban bantalan dan menimbulkan panas yang mengurangi kinerja bantalan.
Beban bantalan dan putaran poros diberikan pertama perlu dilakukan pemeriksaan sehingga beban perlu dikoreksi untuk menentukan beban rencana dan pemilihan bahan bantalan kemudian penentuan tekanan bantalan yang diijinkan.
Penentuan panjang bantalan sedemikian hingga tidak terjadi pemanasan berlebihan. Memeriksa bahan bantalan dan menentukan diameter poros sedemikan sehingga tahan terhadap benturan juga memeriksa tekanan bahan bantalan dan menentukan diameter poros.
Beban poros dapat diangkat oleh tekanan selaput minyak. Bila poros berputar dengan kecepatan cukup tinggi, selaput minyak yang terbentuk akan cukup tebal, sehingga tidak terjadi kontak antara permukan poros dan bantalan yang saling meluncur.
Bila beban bertambah atau kecepatan dari permukaan luncur berkurang, maka tebal selaput minyak akan berkurang. Lapisan yang menipis pada suatu batas tertentu akan mengakibatkan kontak antara permukaan poros dan bantalan. Pada keadaan ini gesekan tidak lagi terjadi secara hidrodinamis melainkan secara molekuler. Daerah dimana terjadi gesekan semacam ini disebut daerah gesekan molekuler atau gesekan campuran, dan terjadi pada tebal selaput tipis (kurang dari 0,1 mikron). Di sini dapat terjadi deformasi plastis pada permukaan logam yang bergesek, keausan yang cepat dan suhu yang melonjak. Dalam keadaan ekstrim, dapat terjadi pada pengelasan karena selaput minyak yang terkelupas sama sekali.
Pada bantalan yang menahan beban ringan dan putaran sangat tinggi, poros akan terangkat oleh selaput minyak sedemikian tinggi hingga sumbunya akan berhimpit dengan sumbu bantalan dan tebal selaput minyak disekeliling poros akan merata seperti pada Gambar 3.
Yang dimaksud dengan tekanan bantalan adalah beban radial dibagi luas proyeksi bantalan yang besarnya sama dengan beban rata-rata yang diterima oleh permukaan bantalan [3]. Jika dinyatakan dengan p (kg/mm 2 ), beban rata-rata adalah :
d l W p . .............................................. (1)
dimana l (mm) adalah panjang bantalan, d (mm) adalah diameter poros. W adalah gaya bantalan (N), bila l dan d dinyatakan dalam mm, satuan p adalah N/mm 2 . Untuk bantalan dengan lubang minyak atau alur minyak, harga . d harus dikurangi luas lubang atau alur tersebut untuk menghitung p .
Gambar 1 . Diagram fasa biner aluminium perunggu [2]
Gambar 2 . Bantalan luncur [3]
Harga tekanan yang diijinkan tergantung pada bahan bantalan [1]. Untuk bahan aluminium perunggu dengan kekerasan 45 H B hingga 50 H B tekanan 2,8 kg/mm 2 pada suhu maksimum yang diperbolehkan 100 0 C sampai dengan 150 0 C.

## METODE PERCOBAAN
Untuk mengetahui pengaruh suhu pemanasan terhadap karakteristik sifat mekanis perunggu (bronze) diperlukan analisis kekuatan mekanis dari kekerasan terhadap komponen. Hal tersebut dilakukan agar mendapatkan komponen produk bantalan yang berkualitas, aman, kuat dan ekonomis. Maka dilakukan variasi suhu uji 50 0 C dan 100 0 C untuk waktu tahan 60 menit untuk mengetahui koreksi perubahan sifat mekanis.
Selama dalam penggunaan permukaan bantalan harus tahan terhadap keausan dalam menerima pembebanan. Bahan yang digunakan sebagai benda uji penelitian ini adalah aluminium perunggu Al-Cu, dengan komposisi kimia menurut pengamatan sebagai berikut: 80,49%Cu, 0,18%Pb, 1,24%Mn, 0,18%Sn, 3,57%Fe, 4,43% Ni, 0,14%Mg, 0,003%Cr, 0,004%Sb, <0,01%Bi, <0,002%Co, <9,39%Al, <0,32%Zn. Sifat kuat tarik 793,23 N/mm 2 dan regangan 35,52%.
Bantalan luncur ini adalah aluminium perunggu dengan bentuk benda uji tarik menurut standar ASTM B 557 dan specimen uji kekerasan JIS Z 2243. Persiapan tersebut dilakukan untuk membuat bentuk benda uji tarik seperti ditunjukkan pada Gambar 4.

## Cara Kerja
Penelitian dilakukan terhadap benda uji aluminium perunggu, dengan membuat variasi suhu uji
50 0 C dan 100 0 C. Variasi suhu uji ini dilakukan untuk mengetahui fenomena perubahan sifat mekanis. Spesimen benda uji hasil tuang kontinu, dilakukan pemeriksaan komposisi kimia. Kemudian dilakukan proses pemanasan dengan variasi suhu uji 50 0 C dan 100 0 C serta waktu penahanan 60 menit. Kemudian dilakukan pengujian sifat mekanis kekerasan dan tarik untuk dilakukan analisis pengujian.
Pemeriksaan komposisi kimia dari bahan uji dilakukan dengan pengamatan spektrometer. Dalam mempersiapkan pengaruh sifat mekanis dengan pengujian statis dan kekerasan dilakukan proses perlakuan panas pada penelitian ini meliputi proses pemanasan spesimen uji hingga suhu yang ditentukan. Setelah specimen uji siap maka dilakukan proses pemanasan dengan variasi suhu pemanasan yang berbeda yaitu 50 0 C dan 100 0 C, skematik proses perlakukan panas yang dilakukan seperti ditunjukkan pada Gambar 5.
Kondisi suhu yang homogen pada seluruh bagian spesimen uji, selain dipengaruhi oleh suhu juga waktu penahan. Uji tarik [8] dilakukan terhadap aluminium perunggu dengan tujuan untuk mengetahui sifat tarik bahan seperti kekuatan tarik maksimum ( u ), dan regangan (%). Kekuatan tarik maksimum ( u ) ialah tegangan tarik tertinggi yang dapat diberikan sebagai tahanan atau reaksi terhadap beban. Regangan ialah perpanjangan maksimum yang dapat dicapai oleh bahan sampai patah.
Kekerasan Brinell H B dari bahan dapat diketahui dengan memberikan penekanan yang konstan pada benda uji untuk waktu spesifik 10 detik hingga 30 detik, kekerasan merupakan rasio antara beban uji P dan luas permukaan A bekas penekanaan yang berbentuk diameter identor D dan diameter jejak d, memenuhi persamaan:
) ( . 2 2 2 d D D D P BHN ........................... (2) Gambar 4 . Benda Uji tarik [6,7]
Lo panjang ukur (mm) = 1” = 25,4 mm
P panjang sebelum panjang ukur (mm) = 1,25” = 31,75 mm d diameter uji (mm) = 0,25” = 6,35 mm
D diameter pemegang (mm)
Gambar 3 . Poros yang diselubungi selaput minyak secara merata [4,5].
Gambar 5 . Skematik proses perlakuan panas

## Pengaruh Suhu Terhadap Sifat Mekanis Bantalan Luncur Komponen Mesin (Sasi Kirono)

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Data hasil pengujian tarik dan pengamatan grafik hubungan antara kuat tarik, regangan dan kekerasan pada aluminium perunggu tanpa perlakuan, kemudian di panaskan sampai suhu 50 0 C dan 100 0 C dapat terlihat seperti ditunjukkan pada Gambar 6.
Hasil analisis komposisi kimia, diketahui beberapa unsur kimia terdapat pada spesimen uji dengan spektrometer terlihat Tembaga (Cu)-80,49%, Aluminium (Al)-9,39%, Nikel (Ni)-4,43%, Fero (Fe)-3,57%, Mangan (Mn)-1,24% dan beberapa unsur kimia lainnya dibawah 1%. Berdasarkan hasil analisis data dapat diindikasikan menurut ASM, bahwa bahan spesimen uji termasuk jenis aluminium perunggu (Aluminium Bronze -C95800). Kandungan Al cukup besar (92,39%), penambahan unsur ini dimaksudkan agar Aluminium perunggu dapat dilakukan proses pengerjaan panas walaupun kurang optimal. Unsur Mangan sebesar 1,24% berfungsi sebagai deoksidasi ketika proses peleburan dan juga meningkatkan kekuatan tarik. Selain itu juga Mn digunakan untuk menggantikan fungsi Nikel dan ditambahkannya Pb dimaksudkan agar dapat memperbaiki sifat mampu mesin.
Berdasarkan hasil pengujian tarik, pada specimen uji tanpa perlakukan memiliki tegangan tarik maksimum sebesar 793,23 N/mm 2 serta regangan sebesar 35,52% yang merupakan nilai kekuatan mekanis terbesar di bandingkan lainnya.
Uji tarik pada suhu uji 50 0 C menunjukkan terjadi penurunan nilai tegangan tarik maksimum dan regangan terhadap spesimen tanpa perlakukan sebagai spesimen acuan. Nilai tegangan tarik maksimum pada spesimen ini adalah 622,01 N/mm 2 atau terjadi penurunan tegangan tarik sebesar 21,58% terhadap specimen uji tanpa perlakuan dan nilai regangan yang didapat pada specimen ini sebesar 32,56% atau terjadi penurunan
sebesar 8,34% dibandingkan specimen uji tanpa perlakuan.
Hasil uji tarik pada suhu uji 100 0 C, pada specimen ini terjadi penurunan tegangan tarik maksimum terhadap specimen uji tanpa perlakuan sebesar 23,94% dari nilai tegangan tarik maksimum. Nilai tegangan tarik yaitu sebesar 603,29 N/mm 2 sedangkan nilai regangan yang dimiliki specimen sebesar 29,86% mengalami penurunan nilai regangan sebesar 15,93% terhadap spesimen uji tanpa perlakuan.
Pengujian kekerasan yang dilakukan terdapat perbedaan yang signifikan pada masing-masing specimen uji seperti sebelumnya proses pemanasan yang dilakukan specimen uji bertujuan untuk mengetahui karekteristik sifat mekanis pada specimen uji yang dipanaskan. Dari Gambar 7 nilai kekerasan specimen tanpa perlakukan didapat sebesar 184 H B yang merupakan nilai kekerasan terbesar dibanding lainnya.
Pada spesimen dengan suhu uji 50 0 C didapat nilai kekerasan rata-rata sebesar 136,75 H B atau terjadi penurunan kekerasan sebesar 25,67% terhadap specimen uji tanpa perlakuan. Untuk spesimen dengan suhu uji 100 0 C nilai kekerasannya adalah 104,2 H B atau terjadi penurunan 43,36% terhadap spesimen tanpa perlakuan dan juga bila dibandingkan dengan spesimen dengan suhu uji 50 0 C terjadi penurunan 23,8%.
Dari hasil pengamatan fraktografi terlihat seperti ditunjukkan pada Gambar 8 pada spesimen benda uji tarik dengan suhu uji sebesar 100 0 C dari pengamatan fraktografi yang telah dilakukan memperlihatkan spesimen uji mengalami putus pada posisi 96 mm, dimana terlihat dari detail daerah perpatahan cone menunjukkan daerah patah ulet yang lebih besar dan daerah patah getas yang lebih sedikit dibandingkan spesimen uji lainnya (spesimen uji tanpa perlakuan dan spesimen uji yang mengalami proses pemanasan). Pada daerah perpatahan cup terlihat detail daerah patah ulet
Gambar 6 . Grafik Tegangan Tarik dan Regangan terhadap kode spesimen
Keterangan gambar : A : Tanpa perlakukan
B : Spesimen pada suhu uji sebesar 50 0 C C : Spesimen pada suhu uji sebesar 100 0 C
Gambar 7 . Grafik nilai kekerasan terhadap kode spesimen
Keterangan gambar : A : Tanpa perlakukan
B : Spesimen pada suhu uji sebesar 50 0 C C :
Spesimen pada suhu uji sebesar 100 0 C
terlihat lebih besar dibandingkan daerah patah getasnya, daerah patah ulet yang terjadi pada spesimen uji ini terlihat lebih besar dari spesimen uji sebelumnya.
Dari data-data terlihat terjadi penurunan sifat mekanis tegangan tarik maksimum, regangan dan kekerasan serta peningkatan daerah patah ulet pada perpatahan cone maupun cup dan penurunan daerah patah getas pada perpatahan cone maupun cup akibat dari pengaruh suhu kerja operasi.

## KESIMPULAN
1. Material uji tanpa perlakuan, menghasilkan nilai kekerasan sebesar 184 H B dan dari pengujian tarik, nilai kuat tarik maksimum 793,23 N/mm 2 pada regangan 35,53% dengan daerah patah getas mendominasi dibandingkan daerah patah uletnya.
2. Pengaruh suhu terhadap specimen uji dengan peningkatan suhu dari 50 0 C menjadi 100 0 C dan diamati pengujian kekerasan 104,2 H B dan kuat tarik maksimum 603,29 N/mm 2 , terjadi penurunan kekerasan sebesar 43,36% dan penurunan kuat tarik 23,94% menyatakan daerah patah ulet yang lebih besar serta daerah patah getas lebih sedikit dibandingkan tanpa perlakuan.
3. Peningkatan suhu yang diberikan pada aluminium perunggu (bronze) dapat meningkatkan patah ulet dan menurunkan patah getas. Hal tersebut dapat meningkatkan keuletan dengan kekerasan yang cukup sehingga terdapat kecenderungan kekuatan sifat mekanis bantalan luncur pada komponen mesin dipengaruhi oleh besarnya suhu kerja dan kondisi proses perlakuan panas.

## DAFTAR ACUAN
[1]. ASM Hand Book, Properties and Selection Non
Ferrous Alloys and Special purpose Material , Volume 2
[2]. AVNER, SIDNEY.H, Introduction to Physical Metallurgy , Second Edition, Mc Graw Hill,
International Edition, Material Science and Metalurgy Series, New York, (1974)
[3]. SULARSO, Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin, Pradnya Paramita, Jakarta, (1983)
[4]. PARMLEY, ROBERT O. PE, Mechanical
Components Hand Book , Mc Graw Hill, New York,
(1985)
[5]. BRAESS, H-H.,SEIFFERT,U., Hand book of Automotive Engineering , SAE International (2005)
[6]. ANNUAL BOOK OF ASTM STANDARD, Test Method and Analytical Procedures Metal , Mechanical Testing; Elevated and Low Temperature; Metallography, 3 (3), (1993)
[8]. DIETER, GE, Mechanical Metallurgy , Third Edition, Mc.Graw Hill, Tokyo, (1986)
Gambar 8 . Specimen uji tarik hasil proses penarikan pada temperatur uji 100 0 C