## Analisis Kegagalan Poros Track Roller Bearing pada Mesin Pembelah Bambu
Nareswari Novita Satiti 1 , Radhian Krisnaputra 1* , Sugiyanto 1 , Ignatius Aris Hendaryanto 1 , Inggar Septhia Irawati 2 , Suryo Darmo 1 , dan Widia Setiawan 1
1 Departemen Teknik Mesin, Sekolah Vokasi, Universitas Gadjah Mada, Kampus 1, Jl. Yacaranda, Sekip Unit IV, Yogyakarta 55281, Indonesia
2 Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada, Jl. Grafika No.2, Kampus UGM, Yogyakarta 55284, Indonesia
*E-mail: radhian_kp@ugm.ac.id
Diajukan: 30-03-2022; Diterima: 08-08-2023; Diterbitkan: 21-08-2023

## Abstrak
Splitting merupakan salah satu tahapan proses produksi bambu laminasi. Splitting dilakukan dengan mesin pembelah bambu untuk mengubah batang bambu menjadi bilah-bilah bambu. Dalam proses splitting , komponen booster bergerak maju-mundur  di  sepanjang  rel  untuk mendorong  bambu  yang  terletak  pada  bagian  penopang  sampai  ujung  bambu bertumbukan dengan pisau pembelah sehingga batang bambu terbelah menjadi bilah-bilah ( bamboo strips ). Pada mesin pembelah bambu terdapat track roller bearing yang berfungsi sebagai guide roller . Salah satu komponen penting dalam rangkaian track roller bearing adalah poros. Kasus kegagalan komponen berupa patahnya poros track roller bearing telah  dijumpai  pada  mesin  pembelah  bambu  yang  terdapat  di  sentra  kerajinan  bambu,  Rosse  Bambu  Yogyakarta. Kerusakan komponen mesin tentu menghambat berjalannya proses produksi bambu laminasi, oleh sebab itu dilakukan analisis kegagalan dalam penelitian ini dengan tujuan untuk mengetahui faktor penyebab kegagalan yang dialami oleh poros track roller bearing pada mesin pembelah bambu sekaligus sebagai upaya antisipasi untuk menghindari terjadinya kasus  kegagalan  yang  serupa.  Analisis  kegagalan  dilakukan  dengan  melakukan  pengujian  komposisi  kimia  material dengan  metode Atomic  Emission  Spectroscopy (AES),  pengamatan  visual  dan  pengamatan  skala  makro  terhadap permukaan patahan yang terbentuk, pengujian metalografi untuk mengetahui struktur mikro material poros track roller bearing yang patah, dan pengujian kekerasan Vickers. Permukaan patahan poros tampak terang dan berbentuk granular menunjukkan karakteristik patah getas. Hasil analisis menunjukkan bahwa material poros terbuat dari baja karbon tinggi AISI  1080  yang  telah  menerima  perlakuan quenching dengan  nilai  kekerasan  material  sebesar  311,59  HV  sehingga material bersifat keras dan getas. Sifat tersebut mengakibatkan poros tidak mampu menahan beban kejut yang diterima saat proses pembelahan bambu berlangsung. Kesimpulan yang diperoleh yaitu kegagalan yang terjadi disebabkan oleh faktor  pemilihan  material  dan  perlakuan  panas  yang dilakukan  tidak  sesuai untuk  aplikasi  poros track  roller  bearing pada mesin pembelah bambu.
Kata kunci: analisis kegagalan; getas; patah; poros

## Abstract
Splitting is one of the stages of the laminated-bamboo production process. In the splitting process, the booster on the bamboo-splitting machine moves back and forth along the rail to push the bamboo stem placed on the support until the ends of the bamboo collide with the splitter so that the bamboo stem becomes strips. The bamboo-splitting machine use track roller bearings as its guide roller. One of the essential components in a track roller bearing is the shaft. A fractured track roller bearing shaft was found in the bamboo-splitting machine located at Rosse Bambu Yogyakarta. Failure of a machine component certainly hinders the production process, so this study aims to know the causes of fractured track roller bearing shaft on the bamboo splitting machine as well as an effort to avoid similar failure cases in the future. Failure analysis was carried out by conducting a chemical composition test of the material using the Atomic Emission Spectroscopy  (AES),  visual  and  macro  examinaton  of  the  fracture  surface,  metallography  test  to  determine  the microstructure  of  the  fractured  shaft,  and  Vickers  hardness  test.  The  fracture  surface  has  a  bright  and  granular appearance which shows brittle fracture characteristics. The results showed that the shaft material was made from a high-carbon steel AISI 1080 that has been quenched and with a hardness value of 311.59 HV. The material is hard and brittle so the shaft couldn't withstand the impact loads received during the bamboo splitting process. It can be concluded that the failure was caused by deficiencies in material selection and improper heat treatment process for the track roller bearing shaft of bamboo splitting machines.
Keywords: brittle; failure analysis; fracture; shaft

## 1. Pendahuluan
Bambu  laminasi  merupakan  produk  rekayasa  struktur  bambu  [1].  Alur  produksi  bambu  laminasi  meliputi  beberapa tahapan proses, salah satunya yaitu proses splitting [2]. Proses splitting merupakan proses untuk mengubah batang bambu menjadi  bilah-bilah  bambu  melalui  pembelahan  yang  dilakukan  dengan  mesin  pembelah  bambu  ( bamboo-splitting machine ).    Dalam  proses splitting ,  komponen booster bergerak  maju-mundur  di  sepanjang  rel  mendorong  bambu  yang terletak pada bagian penopang sampai ujung bambu bertumbukan dengan pisau pembelah sehingga batang bambu terbelah menjadi bilah-bilah bambu ( bamboo strips ) [3]. Pergerakan booster memanfaatkan komponen track roller bearing sebagai guide roller yang berjalan pada bagian samping kanan dan kiri rel. Komponen penting yang terpasang pada track roller bearing adalah poros. Material poros track roller bearing sangat penting untuk memiliki ketangguhan impact yang tinggi untuk menahan beban kejut akibat tumbukan yang terjadi selama proses pembelahan bambu berlangsung.
Banyak  peristiwa  kerusakan  yang  terjadi  sebelum  komponen engineering mencapai  umur  pakai  yang  direncanakan. Kegagalan  komponen engineering dapat  diartikan  sebagai  ketidakmampuan  komponen  untuk  menjalankan  fungsi perancangannya secara andal. Kegagalan komponen tentu dapat menyebabkan kerugian dalam berbagai aspek seperti biaya, risiko ketersediaan produk dan layanan, hingga menimbulkan bahaya yang berujung pada kecelakaan kerja. Oleh sebab itu, analisis  kegagalan  sangat  penting  dilakukan  untuk  mengetahui  akar  permasalahan  serta  menentukan  langkah  perbaikan yang dapat dilakukan [4, 5].
Analisis  kegagalan  merupakan  analisis  ilmiah  objektif yang  dilakukan  terhadap kegagalan  komponen  atau peralatan untuk  mengidentifikasi  faktor  penyebabnya.  Penyebab  kegagalan  komponen  yang  paling  mendasar  ada  beberapa  hal, diantaranya  yaitu  ketidaksesuaian  dalam  perancangan,  kesalahan  pemilihan  material,  ketidaksesuaian  proses manufaktur/pemasangan/ quality control , kondisi operasi yang tak terduga serta maintanance yang kurang tepat. Kegagalan patah atau fracture merupakan peristiwa kegagalan pada sebuah komponen yang terpisah menjadi dua bagian atau lebih yang  dapat  disebabkan oleh  sifat  getas  maupun  ulet,  tergantung pada  kemampuan  material  untuk  mengalami  deformasi plastis [6].
Patah ulet atau ductile fracture memiliki karakteristik yang berbeda dengan patah getas. Karakteristik utama dari patah ulet adalah terjadinya deformasi plastis dan mulur yang membentuk necking . Akibat deformasi yang terjadi, permukaan patahan  material  ulet  tidak  memantulkan  cahaya  dan  tampak  berserat  ( fibrous ).  Baja  yang  mengalami  patah  getas  atau brittle  fracture ,  permukaan  patahannya  memiliki  tampilan  yang  terang,  memantulkan  cahaya,  dan  berbentuk granular . Getas dapat diartikan sedikit atau tidak adanya deformasi permanen pada material yang disebabkan oleh kegagalan patah, hal tersebut biasanya dipengaruhi oleh nilai kekerasan material yang tergolong tinggi namun ketangguhannya rendah [7].
Penelitian pendahuluan mengenai kegagalan gearbox shaft menunjukkan terjadinya mekanisme patahan getas dengan adanya cleavage . Struktur mikro material adalah tempered martensite sehingga material tersebut bersifat kuat, keras, namun rapuh.  Disimpulkan  bahwa  komponen gearbox  shaft mengalami  patah  akibat  proses  perlakuan  panas  yang  diberikan terhadap material tidak sesuai serta adanya beban berlebih yang diterima oleh material selama operasi [8].
Penelitian yang dilakukan oleh Praditya terhadap menunjukkan bahwa komponen axle shaft yang mengalami kegagalan terbuat  dari  baja  AISI  1045,  padahal  komponen  tersebut  memiliki  permukaan  kontak  langsung  dengan  roda  gigi  yang terbuat dari material AISI 4340 yang sudah melalui proses hardening dan quenching sehingga lebih kuat dan lebih keras. Tentu saja axle shaft tidak mampu menahan beban dan gesekan roda gigi. Dalam penelitian tersebut dilakukan penggantian material komponen yang gagal dengan material standar baja AISI 4340 serta melakukan perlakuan heat treatment untuk meningkatkan keunggulan sifat material baja AISI 4340 untuk aplikasi axle shaft luffing crane [9].
Mesin pembelah bambu yang terdapat di sentra kerajinan bambu, Rosse Bambu Yogyakarta mengalami permasalahan yaitu  kasus  kegagalan  komponen  berupa  patahnya  poros track  roller  bearing saat  mesin  sedang  beroperasi.  Kerusakan komponen  mesin  tentu  menghambat  berjalannya  proses  produksi  bambu  laminasi,  maka  tujuan  dilakukannya  analisis kegagalan dalam penelitian ini adalah untuk mengetahui faktor penyebab kegagalan yang dialami oleh poros track roller bearing pada mesin pembelah bambu sekaligus sebagai upaya antisipasi untuk menghindari terjadinya kasus kegagalan yang serupa di masa mendatang.

## 2. Material dan metodologi

## 2.1 Material
Poros track  roller  bearing yang  mengalami  patah,  yang  dijadikan  sebagai  spesimen  uji  yang  diteliti,  diperoleh  dari mesin pembelah bambu yang terdapat di Rosse Bambu Yogyakarta.  Poros tersebut merupakan poros bertingkat dengan skema yang ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1. Skema komponen poros track roller bearing (a) tampak atas dan (b) tampak samping

## 2.2 Metodologi
Metode  penelitian  ditunjukkan  melalui  diagram  alir  pada  Gambar  2.  Penelitian  diawali  dengan  melakukan  studi lapangan  di  Rosse  Bambu  Yogyakarta  untuk  melakukan  observasi  mesin  pembelah  bambu  secara  langsung  dan pengumpulan  informasi  kegagalan  yang  terjadi.  Selanjutnya,  dilakukan  studi  literatur  untuk  mencari  data  pendukung penelitian. Analisis kegagalan yang dilakukan dalam penelitian ini diawali dengan preparasi spesimen uji, uji komposisi kimia, pengamatan visual dan foto makro, uji struktur mikro, uji kekerasan, dan evaluasi hasil pengujian.
Gambar 2. Diagram alir penelitian
Pengujian  komposisi  kimia  material  dalam  penelitian  ini  dilakukan  dengan  metode Atomic  Emission  Spectroscopy (AES)  dengan  standar  ASTM  E415-08.  Pengamatan  visual  dan  pengamatan  skala  makro  dilakukan  pada  permukaan
patahan poros untuk mengetahui pola patahan yang terbentuk. Pengamatan pada skala makro dilakukan melalui foto makro permukaan patahan menggunakan stereo zoom microscope untuk dapat mengamati pola patahan yang terjadi dengan lebih jelas [10]. Pengujian metalografi dilakukan untuk mengetahui struktur mikro material dengan mengacu pada standar ASTM E3  dan  ASTM  E407.  Sebelum  pelaksanaan  pengujian  struktur  mikro,  dilakukan  preparasi  spesimen  uji  yang  meliputi pemotongan  spesimen  uji, mounting , grinding , polishing ,  dan etching .  Pemilihan  etsa  dan  metode  digunakan  perlu menyesuaikan jenis material yang akan diamati struktur mikronya [11]. Etsa yang digunakan dalam penelitian ini yaitu etsa nital.  Pengujian  kekerasan  dalam  penelitian  ini  dilakukan dengan metode  Vickers pada 5  titik  indentasi  berdasar  acuan standar ASTM E92-82.

## 3. Hasil dan pembahasan
Berdasarkan hasil uji komposisi kimia yang dilakukan dengan metode Atomic Emission Spectroscopy (AES), material dasar poros track roller bearing yang patah dapat digolongkan ke dalam kategori baja karbon tinggi karena memiliki kadar karbon sebesar 0,879 wt.% [12]. Perbandingan komposisi kimia spesimen uji dengan komposisi kimia baja standar AISI 1080 ditunjukkan pada Tabel 1. Komposisi unsur lain yang terkandung dalam material poros menunjukkan bahwa poros yang patah memiliki kandungan unsur-unsur kimia dengan persentase yang sesuai dengan komposisi kimia baja AISI 1080 yang memiliki sifat material keras dan getas [13].
Tabel 1. Perbandingan komposisi kimia spesimen uji dengan komposisi kimia baja standar AISI 1080
Unsur C Mn P S Fe Hasil Uji (%) 0,879 0,802 0,045 0,017 balance Standar AISI 1080 (%) 0,75 – 0,88 0,60 – 0,90 0,04 max . 0,05 max . balance
Hasil pengamatan visual terhadap permukaan patahan poros track roller bearing yang ditampilkan pada Gambar 3 (a) dan Gambar 3 (b) menunjukkan bahwa permukaan patahan poros bagian patahan atas dan patahan bawah memiliki tampilan granular ,  memantulkan  cahaya,  dan  tampak  terang.  Berdasarkan  hasil  pengamatan  visual,  diketahui  bahwa  poros  tidak mengalami penyempitan ukuran diameter maupun perubahan bentuk yang signifikan.
(a) (b)
Gambar 3. Tampilan permukaan patahan poros bagian (a) patahan atas dan (b) patahan bawah Tampilan permukaan patahan yang tampak lebih jelas diperoleh melalui hasil foto makro pada perbesaran lensa 10x menggunakan  alat stereo  zoom  microscope yang  ditunjukkan  pada  Gambar  4.  Gambar  4  (a)  menunjukkan  tampilan permukaan patahan poros terbentuk dari susunan butiran-butiran kecil. Gambar 4 (b) menunjukkan adanya cleavage yang terbentuk  pada  permukaan  patahan.  Mekanisme cleavage pada  butir-butir  material  logam  menyebabkan  terjadinya perpatahan granular pada material logam yang bersifat getas ( brittle ). Permukaan patahan memiliki tampilan yang terang atau memantulkan cahaya dan permukaannya datar [11]. Karakteristik patahan tersebut mengindikasikan bahwa poros track roller bearing mengalami patah getas atau yang sering disebut sebagai brittle fracture [3, 7, 14].
(a) (b)
Gambar 4. Foto makro permukaan patahan bawah yang diamati menggunakan stereo zoom microscope dengan perbesaran lensa 10x pada (a) bagian tengah dan (b) bagian tepi
Uji metalografi dilakukan untuk mengamati struktur mikro spesimen uji dengan menggunakan mikroskop optik pada perbesaran  lensa  200x.  Pengamatan  struktur  mikro  dilakukan  terhadap  material  poros  yang  patah  dengan  etsa  yang digunakan  adalah  etsa  nital.  Hasil  uji  struktur  mikro  material  poros track  roller  bearing yang  patah  ditunjukkan  pada Gambar 5.
Gambar 5. Struktur mikro material poros track roller bearing yang patah pada perbesaran lensa 200x dengan etsa nital
Secara teoritis, struktur mikro baja AISI 1080 terdiri atas fasa pearlite sebagai fasa utamanya, namun hasil uji struktur mikro material poros track roller bearing menunjukkan hal yang berbeda. Struktur mikro poros track roller bearing yang patah terdiri atas fasa martensite dan pearlite sehingga dapat diasumsikan bahwa material poros telah menerima perlakuan panas  sebelum  proses  fabrikasinya.  Pernyataan  tersebut  didukung  oleh  hasil  penelitian  pendahuluan  yang  menyatakan bahwa  struktur  mikro  yang  terbentuk  pada  baja  AISI  1080  hasil  proses quenching dengan  media  pendingin  oli  adalah martensite dan pearlite dengan  nilai  kekerasan  spesimen  uji  sebesar  334  HV  [13].  Hasil  uji  kekerasan  yang  dilakukan terhadap patahan poros track roller bearing mendukung hasil uji struktur mikronya. Pengujian kekerasan metode Vickers dilakukan pada poros track roller bearing dengan jumlah pengambilan data sebanyak 5 titik indentasi. Hasil dari pengujian kekerasan material poros track roller bearing yang patah ditunjukkan pada Tabel 2. Rata-rata nilai kekerasan material poros tersebut yaitu 311,59 HV.
Tabel 2. Hasil pengujian kekerasan material poros yang patah
Titik Indentasi 1 2 3 4 5 Rata-rata Nilai kekerasan (HV) 315,27 296,64 308,87 321,88 315,27 311,59

## 4. Kesimpulan
Berdasarkan pengujian dan analisis yang telah dilakukan, kegagalan yang dialami oleh komponen poros track roller bearing pada mesin pembelah bambu merupakan kegagalan patah getas ( brittle fracture ). Faktor penyebab kegagalan poros tersebut  yaitu  pemilihan  material  dan  perlakuan  panas yang  tidak  sesuai  untuk  aplikasi poros track  roller  bearing pada
mesin pembelah bambu. Baja karbon tinggi AISI 1080 memiliki sifat material yang keras dan getas, perlakuan quenching yang diberikan meningkatkan nilai kekerasan material namun tingkat ketangguhannya menurun. Sifat material yang keras dan getas mengakibatkan material poros hanya mampu menyerap energi impact dalam jumlah yang kecil, dengan kata lain material poros yang patah tidak memiliki ketangguhan yang cukup untuk menahan beban kejut yang terjadi ketika proses pembelahan bambu berlangsung sehingga poros patah. Pemilihan baja AISI 1080 yang digunakan sebagai material poros track roller bearing tidaklah sesuai dengan ketentuan perancangan. Material standar yang sesuai untuk digunakan sebagai bahan pembuatan poros adalah baja ASSAB 705. Baja tersebut setara dengan baja AISI 4340 dan baja BOHLER VCN 150 [15,  16].  Perbaikan  yang  dapat  dilakukan  untuk  menghindari  terjadinya  kasus  kegagalan  serupa  sekaligus  untuk meningkatkan kualitas poros track roller bearing adalah dengan melakukan pemilihan material substitusi dan perlakuan panas yang sesuai untuk material tersebut sehingga diperoleh sifat meterial yang memiliki nilai kekerasan dan ketangguhan yang baik supaya komponen poros track roller bearing memiliki umur pakai yang lebih lama.

## Daftar pustaka
[1]  Setyo, N. I., Satyarno, I., Sulistyo, D., Prayitno, T. A. Sifat mekanika bambu petung laminasi.  Dinamika Rekayasa. 2014; 10(1): p. 6-13.
[2]  Sukmono,  B.  Studi  Proses  Produksi  Bambu  Laminasi  Sebagai  Alternatif  Bahan  Baku  Kapal.  Surabaya:  Institut Teknologi Sepuluh Nopember; 2006.
[3]  Satiti, N.N. Analisis Kegagalan Poros Track Roller Bearing Dan Optimasi Sifat Mekanis Material Substitusi Pada Mesin Pembelah Bambu. Yogyakarta: Universitas Gadjah Mada; 2023.
[4]  Becker, W.T., Shipley, R.J. (ed), Failure analysis and prevention. United States: ASM International; 2002. p 18.
[5]  Callister, W. D., Rethwisch, D. G., Materials science and engineering: an introduction. 7 th edition. United States: John Wiley & Sons; 2007.
[6]  Qua, H.C. et al. Applied engineering failure analysis: theory and practice. New York: CRC Press; 2015.
[7]  Champbell, F. C. Fatigue and fracture: understanding the basics. United States: ASM International; 2012.
[8]   Rocha, V. S. et al. Fracture failure analysis of gearbox shaft. Ciência & Tecnologia dos Materiais. 2012; 24(1/2): p. 19-24.
[9]  Praditya,  J.  Analisis  Pengaruh  Temperatur  Dan  Waktu  Tahan  Pada  Proses  Hardening  Material  4340  Terhadap Kekerasan Dan Struktur Mikro Untuk Komponen Axle Shaft. Surabaya: Institut Teknologi Sepuluh Nopember; 2018.
[10]  Syahril, M. Analisa kegagalan poros roda belakang kendaraan. Majalah Metalurgi. 2013; 28(2): p. 139-148.
[11]  Juliaptini, D. Analisis Sifat Mekanik dan Metalografi Baja Karbon Rendah Untuk Aplikasi Tabung Gas 3 Kg. Jakarta: Universitas Islam Negri Syarif Hidayatullah Jakarta; 2010.
[12]  Schwartz, M. Encyclopedia of materials, parts, and finishes. 2 nd edition. United States: CRC Press; 2002.
[13]  Mishra,  A.,  Saha,  A.,  Maity,  J.,  Microstructure  evolution  in  AISI  1080  eutectoid  steel  under  cyclic  quenching treatment. Metallography, Microstructure, and Analysis. 2015; 4: p. 355-370.
[14]  McCall, J..L., French, P.M. (ed), Metallography in failure analysis. New York: Plenum Press; 1978. p 51.
[15]  Azizi, M.J.A., Jatimurti, W., Rochiem, R., Analisis pengaruh variasi temperatur dan waktu tahan tempering terhadap kekerasan baja ASSAB 705 yang di-hardening untuk aplikasi poros pompa multistage. Jurnal Teknik ITS. 2019; 8(1): p. F1-F6.
[16]  Lumintang, M. Analisa Sifat Fisik dan Mekanik Poros VCN 150 Mesin Spinning PT Wijaya Karya Beton Tbk PPB
Boyolali. Yogyakarta: Universitas Gadjah Mada; 2017.