## IDENTIFIKASI  UNSUR PADUAN DAN STRUKTUR MIKRO PERPATAHAN BAUT STANDAR ASTM 325 AKIBAT BEBAN PENGETATAN PADA SYSTEM POWER TRAIN BULLDOZER
Hariadi
Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Sumatera Barat Email : hariadi05@gmail.com DOI: http://dx.doi.org/10.31869/rtj.v3i1.1674

## Abstract
The  activity  research  of  investigation,  identification,  chemical  laboratory  and  strength  calculation. Manufactured  bolt  of    ASTM    325  standard  from  grade  8  with  the  quenched  and  tempered  and hardness  value  353  HV  or  58,6  HR,  maximum  tensile  strength  167.123  psi  and  torque  wrench  until 320 N < 270 N-m from bolt and grade at same. Indication from metallographic from analysis EDAX diagrams Fe minimums, P (9.7 %), Al (13 - 68,8 %), Mg (1 - 3,7 %), Zn (15,7 %), Cl (1,1 %) and Ca of outer thread, the most probable  cause failure because have a degradation strength of materials. Its now,  tensile  strength  maximum  in  area  outer  diameter  of  bolt  witch  tightening  load  and microstructure  of bolt martensite tempered.
Keywords : Microstructure, solid solutions ,degradation, strength of materials.

## PENDAHULUAN.
Semua material yang mengalami proses fabrikasi atau manufaktur sesuai penggunaannya tidak diharapkan terjadi peristiwa  kegagalan  dalam  pemakaiannya. Namun  pada  kenyataannya  bahwa  kegagalan dapat  saja  terjadi,  meskipun  segala  sesuatu yang  menyangkut  prosedur  pemasangan  telah diikuti secara cermat.
Sebagaimana  diketahui  bahwa  baut umumnya  dipilih  untuk  menyatukan  suatu konstruksi tertentu dengan tujuan memudahkan dalam  operasi  bongkar  pasang  secara  berulang tanpa  merusak.  Pada  perlatan  berat  sejumlah baut dibutuhkan sesuai fungsinya, dimensi baut yang dipilih  berdasarkan   standar tertentu dan sesuai  dengan  buku  petunjuk  unit  alat  berat yang diterbitkan oleh produsen.
Setelah peralatan berat berfungsi selama kurang  lebih   3 (tiga) tahun  terakhir  ini kecendrungan  baut  mengalami  kegagalan (patah) pada saat pemasangan dan pengencangan  maupun  pada  saat  operasi pembukaan  baut  cendrung  meningkat  dari  1 hingga  2  buah  dari  biasanya.  Kejadian  ini umumnya didominasi oleh baut yang difungsikan  sebagai  perapat  seperti  baut pengikat  system  roda  gigi  pemindah  daya (system transfer gear ) pada bulldozer caterpillar seri  D9R . Bagian    ini  merupakan sentral  transmisi  dan  reduksi  putaran  yang sering  dibongkar  pasang  untuk  keperluan
perawatan,  termasuk  siklus  penggantian  suku cadang lainnya.
Dalam pemasangannya, housing dilengkapi  16  (enam  belas)  buah  baut dipasangkan dengan posisi yang tersebar secara merata  pada  sisi-sisi  terluar, disamping berfungsi  sebagai  penutup  dan  pelindung transfer  gear sekaligus  sebagai  perapat ( sealing )  agar  fluida  oil system  power  train tidak mengalami kebocoran.
Mengacu  pada  kejadian  diatas  maka perlu  diadakan  studi  analisa  yang  dapat menjawab peristiwa kegagalan dimaksud sehingga  tidak  ada  pihak-pihak  tertentu    yang dirugikan,  baik  dari  segi  biaya  perawatan penggantian suku cadang, waktu perbaikan dan nama  baik  merk  dagang  produk  manufaktur baut tertentu yang biasa digunakan.
Metallograpy  pembentukan  retakan mikro  pada  ingklusi  non  metalik  dalam  baja adalah  hasil  dari  deformasi  plastik,  retakan mikro  ini  tidak  merupakan  syarat  untuk menghasilkan  patah  rapuh,  akan  tetapi  retakan mikro  mempunyai  peran  pada  pengamatan anisotropi kekuatan patah liat.
Dalam percobaan-percobaan  yang teliti memperlihatkan bahwa retakan yang mengakibatkan terjadinya patah jenis pembelahan  getas  semula  tidak  terdapat  pada bahan,  tetapi  dihasilkan  oleh  proses  deformasi. Kenyataannya pada temperatur tertentu terdapat cukup banyak retakan mikro, ini
memperlihatkan  adanya  perbedaan  kondisi permulaan  yang  dibutuhkan  untuk  terjadinya retakan dan terjadinya perambatan retak. Proses patah karena karena pembelahan dapat dianggap  terdiri  dari  3  (tiga)  tahapan  yaitu  :1. Deformasi plastik untuk menghasilkan tumpukan  dislokasi,  2.  Permulaan  retakan  dan 3. Penjalaran retakan.
Pada kebanyakan bahan teknik, tahapan  yang  paling  sulit  adalah  perambatan deformasi hasil retakan mikro melalui penghalang  yang  kuat,  misalnya  perbatasan butiran.  Oleh  karena  itu  ukuran  butiran mempunyai  pengaruh  yang  besar  pada  sifat- sifat  patah  getas.  Kita  mengetahui  bahwa karbida  rapuh  memainkan  peran  kritis  hingga pada baja lunak terjadi perpatahan rapuh. Smith mengusulkan  mengenai  pembentukan  retakan mikro pada batas butir lapisan karbida.
Secara  umum  patah  liat  cendrung didefinisikan sebagai patah yang terjadi dengan deformasi plastik yang cukup besar. Karakteristik  patah  liat  terjadi  dengan  cara penyobekan  perlahan-lahan  logam  dengan pengeluaran energy yang besar.
Beberapa  jenis  patah  liat  dapat  terjadi selama  prosesing  logam  atau  pada  berbagai jenis  pemakaian  yang  berbeda-beda.  Patah  liat akibat  beban  tarik  biasanya  didahului  oleh penurunan  secara  lokal  diameter  bahan  yang dinamakan penyempitan ( necking).

## Gambar 1. Tahapan-tahapan pembentukan patahan
Mekanisme  patah  liat  pada  dasarnya dapat  dilihat  pada  gambar  2  berikut,  disini tergambar  dimana  partikel-partikel  fasa  kedua seluruhnya  akan  terdistorsi  akibat  proses
deformasi  plastik,  biasanya  secara  umum ketahan  terhadap  patah  liat  sangat  bervariasi terhadap arah dalam proses pembentukannya.
Gambar 2. Mekanisme patah liat pada baja
Gambar 3.Jenis-jenis perpatahan logam akibat beban tarik sesumbu.
Perilaku  penerapan  beban  pada  baut merupakan  aksi  gerak  puntiran  atau  torsi  yang bersumberkan  dari  torque  wrench  yang  telah sesuai  anjurannya,  namun  dalam  operasinya beban  torsi  menimbulkan  efek  tegangan  geser, sekaligus tegangan tarik sebagaimana ditunjukan gambar 4 berikut.
Gambar 4. Diagram tegangan pembebanan pengetatan pada baut.
Pada  umumnya  baut  dibuat  dengan proses  tempa  ( drop  forging )  yaitu  proses  yang mengalami  penekanan  secara  berulang  dalam cetakannya  dengan  bentuk  awal  berupa batangan  baja  dengan  kandungan  unsur  kimia tertentu. Selanjutnya baut diproses dengan heat treatment untuk memperoleh mechanical properties tertentu.Besi  dan  baja  sebagai material  dasar  bolt  yang  berkekuatan  tinggi dapat  diperoleh  dengan  merubah  fasa  austenite yang mengandung karbon dalam bentuk larutan pada  temperatur  tinggi  menjadi  fasa  martensit dengan  pencelupan  dingin  pada  temperatur rendah.  Martensit  adalah  larutan  pada  karbon yang dipaksakan [8].
Baja  yang  berkadar  karbon  0,4  %  atau lebih  mempunyai  kekuatan  mulur  1.700  MPa atau  lebih  tetapi  bersifat  getas  dan  baru  dapat dipakai  setelah  diadakan  penemperan  untuk memperoleh  keliatan  walaupun  kekuatannya agak  menurun.  Yang  memberikan  kekuatan pada martensit terutama unsur karbon.
Penambahan  Mn,  Si,  Ni,  Cr,  Mo  dan  unsur lainnya  akan  meningkatkan  kekerasan  tetapi menurunkan keuletannya. Sebagai unsur paduan  untuk  baja  paduan  yang  dipergunakan bagi  konstruksi  mekanik  adalah  Ni-Cr,  Ni-Cr- Mo,  Cr,  Cr-M0,  Mn,  dan  Mn-Cr.  Baja  paduan mempunyai  kelebihan  antara  lain  memiliki mampu  keras  yang  baik  meskipun  berukuran besar dapat dikeraskan sampai kedalam, dengan penemperan dapat diperoleh struktur yang lebih uniform ,  sehingga  diperoleh  logam  dengan
kekuatan  yang  lebih  tinggi  tetapi  keuletannya lebih  baik.  Komponen  mekanik  yang  dibuat adalah  :  poros,  roda  gigi,  baut,  mur,  batang torak dan sebagainya [7]
Baja  konstruksi  yang  dikeraskan  dan ditemper  pada  daerah  temperatur  penemperan yang rendah dan tidak menyebabkan pelunakan temper  adalah  untuk  mendapatkan  kekuatan yang sangat tinggi, baja seperti ini disebut baja martensit.  Kekerasan  martensit  ditentukan  oleh besarnya  kadar  karbon,  tetapi  kalau  C  tinggi keuletannya menjadi lebih rendah,. oleh karena itu untuk baja konstruksi kadar karbon biasanya dibuat  sekitar  0,3  –  0,5  %.    Secara  metalurgi baja  martensit  juga  termasuk  katagori  baja tahan karat martensit, tetapi mengandung unsur Cr  dan  Ni  yang  dapat  dikatagorikan  menjadi sistim  Fe-Cr  dan  Fe-Cr-Ni.  Baja  tahan  karat adalah  baja  paduan  yang  memamfaatkan keefektifan unsur paduan, terutama  elemen    Cr dan  Ni  yang  akan  meningkatkan  kekuatan sekaligus ketahanan korosi logam [7].

## METODOLOGI PENELITIAN.
Penelitian  ini  dilaksanakan  dengan prosedur sebagaimana mestinya melalui beberapa  tahapan  dengan  kegiatan  identifikasi dan  ivestigasi  kejadian,  uji  mekanis  yang meliputi  uji  tarik  dan  uji  kekerasan,  foto dokumentasi  fraktograpy  ( macrofractograpy dan  microfractograpy ),  metalograpy  dan  uji komposisi  kimia  pada  penampang  melintang dan pada permukaan patahan baut .
Bahan penelitian adalah baut sebagaimana yang ditunjukkan  pada  gambar  yang  mengalami kegagalan.
Gambar 5. Profil patahan baut yang gagal.
Lokasi kegagalan.Sebagai salah satu komponen  yang  berfungsi  mengencangkan housing  transfer  gear  yang  berada  pada  unit sebagaimana posisi pada gambar berikut.
Gambar 6 Lokasi kegagalan baut.

## HASIL DAN PEMBAHASAN.
Diperoleh  informasi  dan  data  hasil pengujian  yang  dilaksanakan  tahap  demi  tahap kegiatan  dan  akhirnya  seluruh  hasil  uji  dan pemeriksaan  dianalisa,  dibahas  untuk  menarik kesimpulan.
Dimensi Utama Baut.
Bahan penelitian adalah satu buah baut yang  telah  mengalami  kegagalan  (putus)  saat pengencangan  ( fastener  tightening )  dilakukan dari  jenis high  strength  bolt dengan  dimensi standar sebagai berikut [4] ; -  Bolt Type : Hex HEAD Bolts/inch/Coarse Thread UNC/Oil Coated. -  PART NUMBER : 5D-9614 -  Thread Size (in) : 5/8.  = 0,6250  =15,875 mm. -  Bolt Length (in) : 6,25  (A) = 158,75 mm.
-  Head Height (in)
: 0,48  (B) = 12,192 mm.
-  Head Width (in)
: 0,94  (C) = 23,876 mm.
-  Grip Length (in) : 4,50 (D) = 114,3 mm -  Tighten torque : 270 ± 25 N-m (200 ± 18 lb ft).
-  Minor diameter
: 0,5135 in  =  13,0429
mm.
-  Treads per Inch
: 11
Gambar 7. Dimensi utama bolt. Telah dilakukan pengujian sebagaimana  alur  penelitian  yang  dikaitkan dengan  segala  kemungkinan    yang  dapat memberikan  gambaran  akhir  dalam  rangka menjawab  pemicu  peristiwa  kegagalan  baut. Setiap  kegiatan  dilakukan  sesuai  prosedur  dan penggunaan sarana pengujian yang spesifikasinya jelas.
Dilakukan foto dokumentasi
permukaan patahan dengan pembesaran sebesar 6, 12 dan 25 x,  dengan hasil sebagaimana terlihat pada gambar 8 berikut.
Gambar 8. Foto makrofraktograpy (pembesaran 6x).
Gambar  9  memperlihatkan    awal retakan  (sisi  kiri),  diakhiri  dengan  defromasi plastis  (sisi  kanan)    dengan  arah  beban penguncian searah putaran jarum jam.
Initial crack location
Gambar 9 .Makrofaktrografi permukaan patahan (12x).
Gambar 10 Memperlihatkan sejumlah deposit tak larut sempurna,
pembesaran 800x.
Gambar 11 Mikrofraktograpy menggunakan
TM-1000, memperlihatkan sisi ulir terluar tertutup dengan deposit dan senyawa oksida (pembesaran 3000x). Secara mikroskopik gambaran mikrostruktur  diperoleh  dari  hasil  pembesaran pemotretan  bolt  yang  telah  melalui  etsa menggunakan  nital  dengan  kandungan  2  % HNO3  dan  98  % methano l  (alkohol  96  %), waktu  etsa  pada  permukaan  selama  15  detik terhadap  penampang  longitudinal  dengan  hasil sebagaimana  gambar  3.9  sebagai  berikut (pengujian menggunakan optikal mikroskop).
Gambar 12. Strukturmikro martensit temper pada penampang melintang baut [9].
Tabel  1. Data hasil uji laboratorium kandungan unsur paduan (menggunakan EDAX)..

## Summary results
Element Weight % Magnesium 1.4 Aluminum 20.9 Silicon 0.9 Iron 76.8 Summary results Element Weight % Magnesium 3.7 Aluminum 68.8 Chlorine 1.1 Calcium 0.5 Iron 25.9
Summary results Element Weight % Magnesium 1.0 Aluminum 13.0 Silicon 1.3 Phosphorus 9.7 Chromium 1.3 Manganese 1.0 Iron 57.1 Zinc 15.7

## PENUTUP
1. Kegagalan  terjadi  diawali  cacat  pada lapisan  karbida  sisi  terluar  baut  yang penjalaran retaknya merambat kedaerah lokalisasi dimana penumpukan kandungan phosphor sebesar  9,7  %  dan  daerah  kandungan unsur  aluminium  sebesar  68,8  %,    ini menyebabkan terjadinya degradasi kekuatan  material  setempat  sehingga baut mengalami putus setelah terdeformasi  akibat  beban  pengetatan. Peristiwa  ini  terungkap  sebagaimana hasil  makrofraktograpy  pembesaran 12x  pada  gbr  3.4  dan  mikrofraktografi 800x dan 3000x (gbr. 3.5 dan 3.7).
2. Dari hasil identifikasi, baut
dimanufaktur berdasarkan standar
ASTM  325  dari  material  baja  paduan menengah  yaitu  0,39  %  C  (0,3  – 0,45) % C dengan perlakuan panas quenched and  tempered, perhatikan  gambar  3.8 struktur  mikro  dari  jenis  martensite temper
3. Ketidak sempurnaan larutan padat yang dipengaruhi  oleh  paduan  asing  yang tidak diinginkan oleh design manufacture bolt
menyebabkan degradasi  pada  lokasi  tertentu,  kadar aluminium  yang  tinggi  merupakan
salah  satu  penyebabnya  disamping unsur lainnya seperti Mn dan Mg. yang ditunjukan data tabel 1 hasil EDAX.
4. Phosphor  yang  yang  teridentifikasi secara  mikro  terlarut  dalam  paduan telah menyumbangkan degradasi setempat.  Unsur  ini  sesungguhnya harus  diminimalisir  dan  diharapkan ketidak  beradaannya  dalam  paduan baja  jenis  ini,  kandungan  phosphor teridentifikasi sebesar  9,7 %.
5. Ketidak  sempurnaan  dalam    alrutan padat  cendrung  membawa  kegagalan dalam  suatu  paduan  yang  mengalami degradasi    lokal,  sejumlah  unsur terkadang terlokalisasi membentuk larutan yang terjebak secara bersamaan dalam proses peleburan sebelumnya.

## DAFTAR PUSTAKA
ASM    Handbook,      2005,  Volume  1,
Propertisand  Selection    Irons,  and    High Peformance  Alloys.
ASM    Handbook,      2005,    Volume  9, Metallography and Microstructures,Volume 12, Fractography. Dieter, GE. 1990. “ Metalurgi Mekanik ”, Edisi Ketiga Jilid I, Erlangga, Jakarta.
Instruction  manual,  D9R  Track-Type  Tractor Power  Shift,  Powered  By  3408  Engine
(SEBP2302 - 03)..
SKF  Linear  Motion&  Precision  Technologies “ Bolt Tightening Handbook
“
(Catalogue  n°  TSI  1101  AE.  April  2001 Printed in France).
Smallman  RE,    Bishop  RJ,    Sriati  Japri,  1989 “ Metalurgi  Fisik  Modern  &  Rekayasa Material“ Edisi  6,  Penerbit  Erlangga Jakarta. Mehi  F  Robert,  “ Atlas  of  Microstructures  of Industrial  Alloys “,    8  th  Edition  Vol.7, American For Metals. Metals Park, Ohio 44073.