## CAKRAM
Jurnal Teknik Mesin:

## ANALISA KERUSAKAN SHAFT ULIR DAN KOPLING POMPA CANISTER PADA MESIN TINTING

## AUTOMATIC DAN OPTIMASI MEMPERPANJANG UMUR PAKAI

## Irwan Aranda 1
1 Program Studi Teknik Mesin, Universitas Pamulang, Jl. Surya Kencana No.1, Tangerang Selatan, Indonesia
E-mail : 1 dosen012810@unpam.ac.id
Masuk : 21 Agustus 2019 Direvisi :  12 September 2019 Disetujui : 2 Oktober2019
Abstrak: Mesin Tinting Automatic adalah mesin penghasil warna.  Kerusakan yang terjadi akibat korosi sumuran pada permukaan body shaft ulir dan kopling apabila di abaikan dapat menyebabkan hubungan shaft ulir dan kopling patah. Pada pengujian komposisi kimia menunjukan C 0.0696 bahwa matrial baja karbon rendah, uji metalografi menunjukan bahwa terdapat unsur ferit dan perlit, dan uji kekerasan dengan metode Vickers menunjukan bahwa pada bagian shaft ulir dengan rata-rata 202- 221 HV. Pada saat korosi menyebabkan mengecilnya dimensi pada guide motor dari 13.91 mm ke 12.85 mm dan plate joint (kopling) dari 13 mm ke 12.5 mm. Pada pengujian SEM atau EDX menunjukkan tingginya  unsur  sulfur (S)  dan Zing (Zn) yang terdapat pada pewarna 34% ( pigment ). Korosi sumuran pada shaft ulir terjadi karena adanya kesalahan design dimana kopling terendam cairan yang bersifat korosif. Untuk  optimasi usaha memperpanjang umur operasional ( life time )  harus melakukan redesign dengan menggunakan seal untuk memisahkan antara ruangan tinta dan kopling .
Kata kunci: Shaft ulir dan kopling , Kerusakan, Pengujian, Redesign .
Abstract: Automatic Tinting Machine is a color producing machine. Damage caused by corrosion of wells on the surface of the threaded body shaft and clutch if ignored may cause the connection of threaded shafts and clutch fracture. In the chemical compression test showed C 0.0696 that the steel material of low carbon, metallographic test showed that the content of ferrite and pearlite elements, and hardness test with Vickers method with an average of 202-221 HV. At the time of corrosion causes diminution of dimensions in the clutch gauge from 13.91 mm to 12.85 mm and plate joint from 13 mm to 12.5 mm. In SEM or EDX tests showed high sulfur (S) and Zing (Zn) elements found in 34% (pigment) dye.  Corrosion of wells on threaded shafts occurs due to a design error in which the clutch is inundated with corrosive fluid. For business optimization to extend operational life (life time) must do redesign by using seal to separate between ink and clutch room.
Keywords: Shaft thread and coupling, Damage, Testing, Redesign .

## PENDAHULUAN
Pemeliharaan dan keandalan (Maintenance and reliability) merupakan aktivitas yang berkaitan untuk mempertahankan peralatan sistem kerja mesin dalam kondisi  baik untuk waktu tertentu sehingga tidak mengganggu proses produksi. Shaft ulir dan kopling  pompa canister merupakan jenis baja paduan yang menggunakan proses manufaktur pembubutan dengan menggunakan mesin bubut atau Cnc ( Computer Numerical Control) [1] . Shaft ulir dan kopling  merupakan baja paduan rendah, terdapat sedikit unsur paduan selain karbon yang ditambahkan.
Sedangkan baja paduan tinggi mengandung kadar unsur paduan yang besar yang sengaja ditambahkan untuk meningkatkan karakteristik sifat dari baja[2]. Shaft ulir dan kopling  merupakan  logam mempunyai beberapa sifat antara lain, sifat mekanis, sifat kimia dan sifat mampu mesin. Sifat mekanis merupakan kemampuan suatu logam untuk menahan beban yang diberikan pada logam tersebut [3]. Bila karbon (C) ditambahkan ke dalam besi, karena atom karbon sangat kecil dibandingkan atom besi, maka atom-atom karbon terdistribusi pada ruangan kosong di sela-sela antara atom-atom besi. Elemen-elemen lain yang juga dapat membentuk larutan padat intersisi dengan besi karbon adalah boron (B), hydrogen (H), nitrogen (N) dan oksigen (O) [4].
Pengujian kekerasan Shaft ulir dan kopling untuk mengukur tahanan dari logam terhadap deformasi plastis. Ketika gaya tertentu diberikan pada suatu benda uji dan karena pengaruh pembebanan tersebut, benda uji mengalami deformasi[5]. Kerusakan atau kegagalan Pada Shaft ulir dan kopling  merupakan suatu siklus dari material dan mata rantai proses produksi dalam industri serta pendayagunaannya, cepat atau lambat kerusakan pada komponen atau peralatan pasti akan terjadi. Sebelum terjadinya kerusakan pada komponen atau peralatan tersebut biasanya didahului oleh beberapa tahapan - tahapan gangguan. Sumber utama kerusakan disebabkan Kesalahan perencanaan (design fault), Kesalahan material (material fault), Kesalahan proses fabrikasi atau pembuatan (fabrication fault), Kesalahan operasional (service fault)[6]. Perpatahan Shaft ulir dan kopling selalu didahului oleh deformasi plastis, jika deformasi plastis terjadi pada perpatahan maka disebut perpatahan ulet (ductile fracture), bila tidak diiringi deformasi plastis disebut perpatahan rapuh (brittle fracture)[6]. Proses kerusakan pada logam / material atau siafat - sifat lainnya yang di pengaruhi lingkungan dan berlangsung secara kimiawi atau elektro kimia ditandai dengan penurunan mutu (degradasi) material logam maupun non logam. Reaksi korosi terjadi bila terdapat perbedaan potensial listrik dan terbentuknya suatu sirkuit listrik tertutup[7]. Pemeliharaan didefinisikan sebagai semua kegiatan untuk mempertahankan kelayakan operasi suatu peralatan atau mesin, memperbaikinya sampai mencapai suatu kondisi sesuai dengan spesifikasi yang distandarkan[8].

## METODOLOGI
Proses penelitian dalam analisa fenomena kerusakan patah dan korosi akibat zat kimia maupun komposisi material pada studi kelayakan shaft ulir dan kopling pada operasi mesin tinting automatic. Secara garis besar proses penelitian yang dilakukan untuk mendapatkan akar penyebab kegagalan operasional dan studi kelayakan shaft ulir dan kopling pada operasi Mesin tinting automatic dapat di lihat pada gambar diagram alir
Gambar 1. Diagram proses penelitian
Persiapan Alat dan Bahan Pengujian Pengujian Material >Uji Metalografi >Uji  Komposisi   Kimia >Uji Kekerasan >Uji SEM & EDS
Pembahasan  & Analisa
Kesimpulan & Saran

## INSPEKSI VISUAL
Pemeriksaan obyek secara langsung (Inspeksi visual) dilakukan untuk memastikan terjadinya kerusakan agar mendapatkan data - data otentik untuk proses analisa kerusakan dan upaya perbaikan.
Gambar 2. Perbandingan bagian shaft ulir dan kopling baru dan terkorosi
Dapat di lihat pada gambar 2 ada bagian shaft ulir tidak terkorosi karena bagian tersebut masuk pada karet / rubber sehingga sedikit yang  merendam bagian tersebut, dalam proses berhentinya motor  (tidak dalam berkerja) bagian ulir tidak mengalami pengikisan crome.
Gambar 3. Shaft ulir dan kopling dalam kondisi pemakaian 6 bulan
Di lihat pada gambar 3 bahwa sambungan shaft ulir dan kopling mengalami korosi sumuran, korosi tersebut merusak lapisan crome/chromium pada permukaan shaft ulir dengan pemakaian 6 bulan
Gambar 4. Shaft ulir dan kopling dalam kondisi pemakaian 6  bulan lebih.
Dapat dilihat pada gambar 4 bahwa pengamatan visual yang dilakukan terhadap material shaft ulir dan kopling yang mengalami kerusakan pada bagian hubungan shaft ulir dan Kopling yang mengalami korosi sumuran (petting corrosion), korosi tersebut di sebabkan karena shaft ulir dan kopling tersebut terendam cat/tinta yang diam pada saat proses produksi berhenti.
Inspeksi visual kerusakan meliputi pengukuran shaft ulir dan kopling yang dibandingkan antara ukuran kondisi rusak dengan ukuran kondisi baru. Pada gambar 5 sketsa merupakan daerah yang mengalami korosi sumuran.
Gambar 5  Shaft ulir dan kopling yang mengalami perubahan karena korosi sumuran (pitting corrosion).
Tabel 1  Hasil pengukuran
Lokasi ukur Baru Lama Perubahan Perbedaan A 13.91mm 12.85mm 1.06 mm Lebih kecil B 13mm 12.5mm 0.5mm Lebih kecil
Berdasarkan sketsa gambar 1 hasil inspeksi visual dan pengukuran dimensi mayoritas ukuran berkurang menjadi lebih kecil pada guide motor dari 13.91 mm dan plate joint (kopling) 13 mm lalu ukuran setelah pemakaian pada kompenen shaft ulir dan kopling yang terkorosi bahwa dimensi guide motor menjadi 12.85 mm dan plate joint (kopling) 12.5 mm.

## ANALISA STRUKTUR MIKRO SHAFT ULIR DAN KOPLING
Analisa struktur mikro dilakukan untuk mengetahui adanya unsur cacat material, perubahanan struktur material, kerusakan yang  terjadi sebagai referensi bahwa shaft ulir dan kopling tersebut layak digunakan kembali atau tidak. Pada gambar 6 merupakan sampel shaft ulir dan kopling pada kondisi baru menunjukan bahwa unsur ferit dan perlit.
Pada gambar  6 material sampel shaft dan kopling kondisi baru berupa baja karbon rendah (low alloy steel) yang di crome/chromium sebagai pelapis shaft ulir dan kopling dari melindungi komposisi tinta. Dapat di lihat bahwa pada pengujian struktur mikro bahwa unsur perlit memanjang di sebabkan dalam proses awal pembuatan matrial shaft ulir dan kopling menggunakan proses rolling (pengerolan).
Gambar 7. Sample uji struktur makro pada shaft ulir dan kopling yang sudah mengalami korosi dan patah.
Pada gambar 7 merupakan sample uji struktur makro pada shaft ulir dan kopling yang mengalami korosi dan patah dilakukan untuk mengetahui adanya unsur cacat material, perubahanan struktur material,  kerusakan yang  terjadi pada matrial.
Dari hasil analisa struktur mikro sampel yang rusak terdapat korosi sumuran. Korosi sumuran  terjadi secara lokal/ setempat, berupa lubang-lubang dan perkembangan makin dalam menyebabkan rusaknya lapisan crome sehingga masuk pada bagian dalam melalui sela - sela struktur dapat di lihat pada gambar 8 di bawah yang berwarna gelap (abu-abu), korosi sumuran adalah korosi lokal dari permukaan logam yang dibatasi pada satu  titik atau area kecil dan bentuk rongga. Penetrasi bisa begitu besar sehingga shaft ulir dan kopling dapat benar-benar berlubang atau penetrasi bisa berhenti di kedalaman tertentu atau berhenti dan kemudian restart. Shaft ulir dan kopling merupakan komponen di bawah tekanan tarik, lubang dapat inisiasi situs untuk retak, yang kemudian dapat tumbuh dengan kecepatan tinggi, akhirnya berakhir dengan kegagalan atau terputusnya bagian.
Gambar 6. Merupakan sampel shaft ulir dan kopling pada kondisi baru.
(A) Shaft ulir (B) Kopling Ferit Perlit Perlit Ferit
a) Sample uji struktur mikro yang mengalami korosi
b)  sample uji struktur mikro yang mengalami patah
Gambar 8.  Bentuk struktur mikro padashaft ulir dan kopling yang rusak.

## ANALISA KEKERASAN
Analisa kekerasan pada shaft ulir dan kopling dimaksud untuk menahan pembebanan yang dapat berupa goresan atau penekanan dengan metode uji Hardnes Vickers (HV), beban (P) 5 Kgf, Sudut identor 136o, waktu uji 15 detik.
Gambar 9. Shaft ulir dan kopling yang di uji kekerasan
Tabel 2. Nilai kekerasan uji Vickers NO. NILAI KEKERASAN, HV Sampel A (kopling) Sampel B (shaft ulir) 1 792 221 2 212 221 3 781 221 4 202 218 5 212 216 6 202 - 7 208 -
a) Bentuk struktur mikro shaft ulir b) Bentuk struktur mikro kopling
Korosi Sumuran Korosi Sumuran Korosi
Sumuran
dari hasil tabel 2 pengujian pada shaft ulir bahwa kekerasan pada semple titik A yang paling tertinggi terdapat pada pin/pasak sambungan merupakan baja karbon tinggi (high alloy steel) sehingga kekerasan mencapai 781-792 HV dan pada semple B kekerasan hampir merata pada bagian bawah shaft ulir karena memiliki struktur mirko baja karbon rendah (low alloy steel) karena kekerasannya hanya 202-221 HV.

## ANALISA KOMPESISI KIMIA
Berdasarkan hasil pemeriksaan visual, dipandang perlu untuk melakukan pengujian analisa komposisi kimia sebagai berikut dengan metode spektrometri emisi :
Tabel 3. Hasil uji komposisi kimia shaft dan kopling
Unsur R e s u l t  ( wt % ) Standart Shaft ulir dan kopling JIS G 1008 Fe 97.2 - C 0.0696 (0.06-0.10) Si 0.0050 0.15 Maks Mn 1.56 0.6 Maks P 0.04 0.040 Maks S 0.0644 0.040 Maks
Lanjutan Tabel 3 Hasil uji komposisi kimia shaft dan kopling
Dari analisa komposisi kimia shaft ulir dan kopling kondisi yang mengalami kerusakan diperoleh bahwa:
1) Unsur karbon (C) pada shaft ulir dan kopling  sesuai dengan  standar  JIS G 1008  (0,06-0,10)  pada kondisi rusak (0.0696%C) sesuai dengan standar  unsur karbon (C) sehingga ketahanan matrial sesuai dengan standar JIS G 1008.
2) Unsur silikon (Si) pada shaft ulir dan kopling sesuai dengan  standar  JIS G 1008 ( 0.15 maks) pada kondisi rusak (0.0050%Si) lebih rendah dibandingkan standart sehingga ketahanan material kurang handal dan menurunnya sifat mekanis logam.
3) Unsur sulfur (S) pada shaft ulir dan kopling sesuai dengan  standar  JIS G 1008 (0.040%S) pada kondisi rusak (0.040%S) sesuai dengan  standart, apabila terlalu tingi unsure sulfur (s) maka dapat mengakibatkan sifat getas pada shaft ulir dan kopling.
4) Unsur mangan (Mn) pada shaft ulir dan kopling sesuai dengan  standar  JIS G 1008  (0.6 Mn), pada kondisi rusak (1.56%Mn) lebih tinggi dari standar JIS G 1008 maka memiliki sifat tahan gesekan dan sifat terhadap tekanan.
5) Unsur phosfor (P) pada shaft ulir dan kopling sesuai dengan  standar  JIS G 1008  (0.4%P max), pada kondisi rusak (0.0644%Mn) lebih rendah sehingga mempengaruhi kerapuhan terhadap s haft ulir dan kopling.
6) Unsur Besi (Fe) pada shaft ulir dan kopling sesuai dengan  standar JIS G5501 2007 (93.2%Fe), pada kondisi rusak (97.2Fe) merupakan dominasi / material
7) utama sehingga akan terpengaruh komposisinya jika unsur - unsur lainnya  (Ni, Cr, Mo, V, Cu,W, Ti, Sn, Al, Pb, Nb, Zr, Zn) berubah ..

## ANALISA  SCANNING  ELECTRON MICROSCOPY (SEM) DAN  ENERGY
DISPERSIVE X-RAY (EDX)
Pada analisa SEM dan EDX, dilakukan pada permukaan yang mengalami patah, hal ini dimaksudkan untuk memastikan salah satu penyebab terjadinya patah pada permukaan shaft ulir dan kopling.
Gambar 11. Grafik hasil pengujian SEM & EDX
Tabel 3. Hasil pengujian SEM dan EDX. ZAf Mathod Standartless Quantitative Analysis
Gambar 10. Hasil pengujian SEM & EDX shaft ulir dan kopling pada lokasi korosi
a) Hasil pengujian SEM & EDX shaft ulir
b) Hasil pengujian SEM & EDX kopling
Fitting coeffieint : 0.1949 Element (Kev) Mass% Error% Atom% compound  Mass% cation K C K 0.277 49 0.03 64.25 35.0833 O K 0.525 30 0.13 29.45 28.9989 Al K 1.406 0.80 0.04 0.46 1.0429 Si K 1.739 1.33 0.04 1.04 3.0026 S K 2.307 0.76 0.06 0.47 2.0855 Ca K 3.690 0.76 0.05 0.27 1.5958 Cr K 5.411 0.37 0.09 0.11 0.7386 Fe K 6.399 12.72 0.12 3.53 23.5168 Zn K 0.630 0.72 0.34 0.17 1.2400 Mo K 2.293 1.54 0.17 0.25 2.6957 Total 100.00 100.00
Dari hasil pengujian SEM dan EDX dapat di lihat pada tabel 5 menggambarkan bahwa pada permukaan patahan shaft ulir dan kopling telah mengalami beban puntir selama operasional. Analisa SEM atau EDX menunjukkan telah terjadinya proses pengkeroposan pada permukaan shaft ulir dan kopling. Pola kerusakan akibat ditunjukan dengan tingginya unsur  sulfur (S) dan Zing (Zn) yang masuk pada rongga / celah struktur material shaft ulir dan kopling dengan kandungan yang terdapat dalam cat.

## ANALISA PENYEBAB DAN MEKANISME
Dari hasil pengamatan visual, Pengujian komposisi kimia, Pengujian kekerasan dan Pengujian metalografi dapat diketahui perubahan -  perubahan yang sangat signifikan shaft ulir dan kopling kondisi yang sudah rusak. Hal ini dimungkinkan karena shaft ulir dan kopling beroperasi tidak berlanjut / kontinyu terdapat jeda pengoperasian sehingga menyebabkan terjadinya korosi sumuran (pitting corrosion), korosi tersebut di sebabkan karena shaft ulir dan kopling tersebut terendam cat  (pasta) yang diam pada saat proses produksi berhenti, cat (pasta) merupakan makanisme autokatalitik yang dapat menghasilkan larutan yang pekat dan berat cat (pasta) juga mengadung pelarut (solvent) sehingga mengikis permukaan body sehingga merusak crome/chromium.

## PENANGGULANGAN DAN USAHA MEMPERPANJANG UMUR PAKAI SHAFT ULIR DAN KOPLING
Kerusakan logam pada dasarnya bisa diketahui / dideteksi dari gejala - gejala perubahan sifat dan perubahan visual adapun kerusakan tersebut secara umum disebabkan oleh :
1. Faktor terendamnya kopling sehingga menyebabkan korosi sumuran (fitting corrosion)
2. Faktor kompesisi cat karena mengandung unsur sulfur (S) dan unsur zing (Zn) terdapat pada pigment unsur-unsur ini yang dapat mempercepat korosi sehingga patah pada shaft ulir dan kopling.
3. Untuk mengatasi korosi pada lokasi pertemuan shaft dan kopling perlu dilakukan redesign dengan memasang seal agar memisahkan antara ruangan kopling dengan aliran tinta dapat di lihat pada gambar 12.
Gambar 12. Sketsa redesign shaft ulir dan kopling dengan memanjangkan flenge untuk seal
seal Rubber Flange Motor Shaft ulir Kopling
Gambar 13. Redesign flange dan bahan polimer polipropilena Keterangan pada gambar 13 di atas adalah gambar 13 flange di redesign lebih panjang dengan menggunakan baja karbon rendah untuk dudukan seal.
Gambar 14. Standart seal ISO 9001.
Tabel 4. Standart seal ISO 9001 Part Number Od1 OD1 L2 L1 MRUC-006X009X3.5 6 9 3.5 4 MRUC-006X016X07.0 6 16 7 8 MRUC-006X018X07.0 8 18 7 8 MRUC-010X015X0.36 10 15 3.6 4 MRUC-012.7X018X05.5 12.7 18 5.5 6 MRUC-012X018X04.5 12 18 4 4.5 MRUC-012X018X05.7 12 18 5.7 6.3
Pada tabel 4 standart seal ISO 9001 bahwa od1 merupakan diameter luar shaft, OD1 merupakan diameter seal luar, L1 merupakan luas daerah flange, dan L2 merupakan daerah luas seal.
Dengan menggunakan seal standart ISO 9001 dapat di lihat pada gambar 14. dengan kode od 1 untuk diameter luar shaft 10 mm, OD 2 untuk diameter luar seal 15 mm, L 1 untuk luas permukaan flange 3.60 mm, dan L 2 untuk luas permukaan seal 4 mm. sehingga dari seal yang di gunakan dapat bekerja dengan sempurna tidak ada kebocoran.

## KESIMPULAN
Berdasarkan hasil analisa dan pembahasan pada dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut:
1. Berdasarkan hasil inspeksi visual dan pengukuran dimensi mayoritas ukuran berkurang (berubah lebih kecil) pada guide motor dari 13.91 mm ke 12.85 mm dan plate joint (kopling) dari 13 mm ke 12.5 mm yang disebabkan korosi sumuran ( pitting corrosion ).
2. Dari hasil pengujian komposisi kimia, kekerasan dan metalografi dapat diketahui perubahan -  perubahan yang terjadi pada shaft ulir dan kopling pada kondisi yang sudah rusak akibat korosi sumuran ( pitting corrosion ). Korosi tersebut di sebabkan karena shaft ulir dan kopling tersebut terendam cat (pasta) yang diam pada saat proses produksi berhenti, cat (pasta) merupakan makanisme autokatalitik yang dapat menghasilkan larutan yang pekat dan berat, cat (pasta) juga mengandung pelarut ( solvent) dan pewarna ( pigment) yang serta unsur zing (Zn) dan  unsur sulfur (S) sehingga dapat menyebabkan : 1. Mengikis permukaan body sehingga merusak crome/chroium . 2. Terkorosinya (korosi sumuran) pada shaft ulir dan kopling.
3. Dari hasil analisa SEM atau EDX menunjukkan telah terjadinya proses pengkeroposan pada permukaan shaft ulir dan kopling . Pola kerusakan ditunjukan dengan tingginya  unsur  sulfur (S)  dan Zing ( Zn ) yang masuk pada rongga / celah struktur material shaft ulir dan kopling dengan kandungan unsur zing (Zn) dan kandungan unsur sulfur (S)  terdapat pada pewarna ( pigment ).

## DAFTAR PUSAKA
1. Hidayat, Rahmat. Mesin Bubut. http://www.academia.edu
(diakses pada tanggal 20 Mei 2017).
2. Daryanto. 2010. Ilmu Metalurgy . Bandung: Satu nusa.
3. Surdia dan Chijiiwa. 2000. Pengetahuan Bahan Teknik . Jakarta: Pradnya Paramita.
4. ASTM. 2003. Metal Test Methods and Analitycal Prosedures. Annual Book of ASTM Standard.
5. Efendi, Zainal. 2010. Jurnal Kekerasan Material. Surabaya: Fakultas Sains dan Teknologi.
6. ASM HANDBOOK. 2003. Failure Analysis and Prevention. Metal Handbook.
7. Kuswati, Tine Maria dkk. korosi pada logam. http://www.academia.edu
(diakses pada tanggal 9 Juni 2017).
8. Asyari, Daryus. Manajemen Pemeliharaan Mesin Perawatan Industri. http://www.academia.edu (diakses pada tanggal 10 Juni 2017 )