ANALISA KEGAGALAN PADA INBOARD WHEEL HUB #4 PESAWAT B PK-GEN PT. GMF AEROASIA

SEMINAR SIDANG AKHIR TUGAS AKHIR (MM091381)

ANALISA KEGAGALAN PADA INBOARD WHEEL HUB #4 PESAWAT B737-800 PK-GEN PT. GMF AEROASIA Oleh : Edith Setia Ginanjar 2708100028 Dosen Pembimbing : Ir. Rochman Rochiem, M.Sc.

ANALISA KEGAGALAN PADA INBOARD WHEEL HUB #4 PESAWAT B737-800 PK-GEN PT. GMF AEROASIA

EVENT : Ref email MCC tanggal 22Mei 2012 Aircraft RTA disebabkan brake #4 Jammed

Main Wheel B737800 PK-GEN PN 2612311-1 SN B7540


brake #4 : Brake Number-4 (right outboard main wheel)


Brake unit tersebut jummed disebabkan pecahnya IB HUB menjadi 3 bagian yang berakibat rusaknya plate stator assembly, torque tube dan piston. Penyebab pecahnya IB HUB suspect dikarenakan Fatigue Crack


•Inboard Wheel •Pada tanggal 20Hub April(Buatan 2012 Sampai saat mengalami 2004) (pergantian tire ke 21), nomor dan 4 kegagalan main wheel •Masuk GMF Return 13 Juni To 2009 dilaksanakan Service ini telah bekerja sebanyak •Tanggal 20 April (Tire Change), 25 • 58April cycle2012 sejak pergantian tire tidak ada task 17 NDT •Pada Tanggal Juli 2011 pada terakhir, •Pelaksanaan overhaul dan setiap 2 Hub •868Assy cycle(Inboard sejak overhaul tahun sekali (1800 cycl) Outboard) dilaksanakan terakhir, dan •Umur IB HUB sampe To saat overhaul, dan Return •6185 cycle sejak baru. Service fatigue, 11 Bulan 18 Agustus 2011 (836 cyl)

Manufacturer

Honeywell

Part Number

2612311-1

Serial Number

B7540

Date Of Manufacture

2004

Date Of Last Overhaul

30 Jun 2012

Cycle Last Overhaul

836 cyl

Date Last Tyre Change

20 April 2012


Perumusan Masalah 1. Faktor apa yang menyebabkan kegagalan pada komponen main wheel hub ? 2. Bagaimana mekanisme kegagalan pada main wheel hub ?


Batasan Masalah

1. Material komponen inboard hub pada main wheel nomor 4 pada pesawat terbang Boeing 737-800 PKGEN adalah Al2014 dalam keadaan gagal. 2. Tekanan, temperatur, kecepatan fluida dan komponen break system pada main wheel hub adalah keadaan operasional normal selama beroprasi


Tujuan Penelitian 1. Menganalisa faktor penyebab terjadinya kegagalan pada komponen

2. Menganalisa mekanisme kegagalan pada komponen inboard hub pada main wheel pesawat terbang B737800 (PK-GEN) maskapai Garuda Indonesia


Manfaat Penelitian

Penelitian ini diharapkan dapat menjadi acuan penanganan bila terjadi kegagalan dikemudian hari dan dasar pengambangan pada ilmu berikutnya.


Main Landing Gear Main landing gear dilengkapi dengan brake pada masing-masing main landing gear. Brake dapat digerakkan secara manual maupun secara otomatis dan dilengkapi dengan anti skid system yang digunakan untuk menambah dan memaksimalkan pengereman. Pada setiap main landing gear terpasang dua buah roda (main wheel). Main wheel sendiri terdiri dari dua bagian, yaitu inner dan outer halves yang dihubungkan dengan tie bolts


Wheel Pada pesawat B737-800 yang memiliki dua landing gear dan satu nose landing gear, terdapat masingmasing dua roda dan ban pada setiap main landing gear dan nose landing gear-nya. Roda main landing gear B737-800 terbagi menjadi dua bagian yaitu bagian inner dan outer yang dihubungkan oleh tie bolts


Aluminium Karakteristik dari aluminium yang paling terkenal adalah ringan, besar dari massa jenisnya sekitar sepertiga dari baja paduan atau tembaga. Beberapa aluminium memiliki rasio perbandingan dari kekuatan dan berat yang lebih baik dibandingkan dengan baja yang berkekuatan tinggi. Aluminium memeiliki kelenturan yang baik, formability, ketahanan korosi yang tinggi, serta konduktivitas listrik dan panas yang tinggi .

Aluminium seri 2xxx

Pada konstruksi pesawat terbang digunakan paduan Al-Cu (seri 2xxx) dengan rasio kekuatan dan kerapatan tinggi. Mempunyai level kemurnian yang tinggi (misalnya pada paduan 2124) menghasilkan keuletan yang lebih baik. Paduan Al-Cu (2014A) juga dipergunakan untuk konstruksi primer dengan beban-berat


Pengerasan Endapan Pengerasan endapan dapat diterapkan pada berbagai sistem paduan, tetapi paling sering dijumpai pada paduan aluminium dan tembaga. Atom tembaga larut terlampaui, tembaga yang dalam kisi kristal aluminium dan daya kelarutan bergantung pada temperatur. Pada temperatur sekitar 500oC, kira-kira 5% dari tembaga larut dalam K sebagai larutan padat, sedangkan pada temperatur 300oC jumlah yang larut kurang dari 0,1%. Bila batas kelarutan tembaga dalam aluminium g tersisa (kelebihan tembaga) membentuk ikatan dengan aluminium yang disebut θ atau CuAl2 yang kisi ruangnya berbeda sekali


Pengerasan endapan dilaksanakan dalam dua tahap 1.

2.

Perlakuan panas pelarutan, disini bahan dipanaskan untuk membentuk larutan padat homogen, yang tetap memiliki komposisinya setelah pencelupan. Bila pencelupan kurang cepat sehingga timbul nukleasi, atau bila pelarutan selama pemanasan awal tak sempurna, pengerasan presipitasi kurang baik. Larutan metastabil kemudian disepuh atau di-age pada temperatur yang cukup tinggi untuk waktu tertentu, sehingga terjadi difusi antara-atom dengan cepat. Kemudian mungkin terjadi pengelompokan atom larut dalam kisi kristal pelarut. Ukuran kritis dan dispersi kelompok untuk menghasilkan tingkat pengerasan presipitasi yang diinginkan bergantung pada jenis paduan.


Failure Analysis

Analisa kegagalan dapat diartikan sebagai pemeriksaan/pengujian terhadap komponen-komponen atau struktur yang mengalami kerusakan beserta kondisi yang menyebabkan kegagalan dengan tujuan untuk mengetahui penyebab dari kegagalan tersebut


Tindakan yang perlu dilakukan dalam menginvestigasi komponen yaitu : 1. Material yang digunakan a. Data produksi : melting, rolling, forming, casting, heat treatment, dan proses machining b. Analisa kimia : pengujian X-Ray, komposisi kimia c. Sifat mekanik : tensile, bending, hardness, impact, dan fatigue test. d. Struktur metalurgi : struktur makro dan mikro struktur e. Pengerasan permukaan dan tegangan sisa ; finishing f. Patah permukaan 2. Desain tegangan dan kondisi perawatan a. Kekuatan dari luar : golongan, besar, pengulangan. b. Atmospher : udara, air, air laut, dan sebagainya c. Yang lain : kondisi perbaikan 3. Uji percobaan a. Uji laboratorium : perhitungan tegangan (kekuatan material, finite element method (FEM), kekuatan lelah, kekerasan patahan. b. Konfirmasi uji lapangan : ukuran tegangan, uji produksi. 4. Hasil uji seluruhnya.


Patah Getas dan Patah Ulet Patahan adalah sebuah spesimen dari sebuah benda menjadi 2 atau lebih potongan karena terjadinya tegangan statik dan pada temperature yang relatif rendah terhadap titik leleh dari suatu material. Tegangan yang terjadi pada material bisa merupakan tegangan tarik, tegangan kompresi, tegangan geser ataupun torsi. Dalam rekayasa material terdapat dua jenis mode patahan yang mungkin terjadi yaitu patahan ulet dan patah getas. Klasifikasi jenis patahan ini berdasarkan kemampuan sebuah material dalam menerima deformasi plastis yang dapat menyerap energi yang besar sebelum terjadi patahan


Patah Ulet Proses patahan ulet dari material terjadi dalam beberapa tahap. Pertama, setelah terjadi pengecilan luasan setempat (necking) cavities kecil atau microvoid terbentuk di dalam struktur material , Kemudian dengan bertambahnya deformasi akibat tegangan maka microvoid membesar dan berkumpul menjadi satu yang kemudian coalesce membentuk retak secara elips yang memiliki panjang tegak lurus dari arah pembebanan. Retak kemudian tumbuh sejajar dengan arah pembebanan, akhirnya patahan terbentuk oleh perambatan retak yang cepat disekitar area necking


Patah Getas Patah getas sering terjadi tanpa adanya atau sedikit sekali terjadi deformasi plastis pada material. Retak/ patahan merambat sepanjang bidang-bidang kristalin yang membelah atom-atom material (transgranular). Kemudian pada material lunak dengan butir kasar( coarse grain) maka dapat dilihat pola-pola yang dinamakan chevron atau patah getas permukaan terlihat garis atau daerah asal retakan disebut fan pattern


Mekanisme Pembetukan Patah Lelah

Kelelahan mengakibatkan terjadinya patah lelah. Patah lelah terjadi melalui tiga tahap yaitu tahap retak awal (crack initiation), tahap penjalaran retak (crack propagation), dan tahap patah statis. Dan setelah retak lelah merambat cukup jauh, maka beban yang bekerja hanya akan didukung oleh penampang tersisa yang belum retak dan akhirnya komponen akan patah ( tahap final failure)

Menurut Schijve, terdapat 5 fase yang selama proses fatigue, yaitu 1. Cylic slip 2. Crack nucleation 3. Growth of microcrack 4. Growth of macrocrack 5. Final failure



Material yang digunakan

Spesimen yang digunakan dalam penelitian ini yaitu komponen inboard wheel hub yang sudah retak/gagal


Peralatan 1. 2. 3. 4. 5.

Penggaris Alat Pemotong Kamera Digital Stereo Microscope Mesin Pengujian kekerasan mikro vickers 6. Mikroskop Optik 7. Mesin SEM-EDX 8. Permodelan


Pengamatan Fractography Pengamatan Fractography dilakukan untuk mengetahui profil permukaan retak secara mikro dan makro pada spesimen yang mengalami crack. Hal ini dilakukan dengan menggunakan stereo mikroskop dan secara mikroskopik dengan menggunakan Mesin SEM dengan jenis Mesin SEM Jeol Ini bertujuan untuk dapat mempermudah analisa proses terjadinya kegagalan pada komponen. Langkah-langkah yang dilakukan dalam fractography menggunakan SEM


Pengujian SEM-EDX Identifikasi komposisi kimia dilakukan untuk mengetahui komposisi kimia yang dalam hal ini unsur apa saja yang terdapat pada komponen yang mengalami kegagalan. Hal ini dimaksudkan untuk membandingkan material pada part yang gagal dan part yang di rancang. Apakah terjadi ketidaksesuaian antara rancangan dan kondisi kenyataan Pengamatan SEM (Scanning Electron Microscopic) dengan menggunakan mesin INSPECT S50. Uji SEM digunakan untuk mengetahui struktur permukaan dari material uji.


Pengujian XRD Karakterisasi ini dilakukan untuk melihat struktur kristal dan fase-fase yang terbentuk. Tujuan dilakukannya pengujian analisis struktur kristal adalah untuk mengetahui perubahan fase struktur bahan dan mengetahui fase-fase apa saja yang terbentuk selama proses pembuatan sampel uji.


Pengujian Kekerasan Vickers Uji kekerasan vickers menggunakan indentor piramida intan yang pada dasarnya berbentuk bujursangkar. Besar sudut antar permukaanpermukaan piramida yang saling berhadapan adalah 136o. Nilai ini dipilih karena mendekati sebagian besar nilai perbandingan yang diinginkan antara diameter lekukan dan diameter bola penumbuk pada uji kekerasan brinell Angka kekerasan vickers didefinisikan sebagai beban dibagi luas permukaan lekukan. Pada prakteknya, luas ini dihitung dari pengukuran mikroskopik panjang diagonal jejak

Arah indentasi


Permodelan Pra Permodelan Pada tahap pra permodelan ini adalah tahap persiapan sebelum dilakukannya permodelan diantaranya : • Membuat model geometri yang akan dianalisa • Membuat koordinat yang menjadi acuan penentuan sudut putar. •Melakukan meshing terhadap model yang di buat Analisa Permodelan • Pada tahap analisis model, seluruh karakteristik material dan parameter laminasi diinputkan pada permodelan. • Analisis model dimulai dengan memasukkan kondisi batas berupa tumpuan di daerah yang diinginkan dengan jenis tumpuan tertentu pada daerah inboard wheel hub.Pemilihan jenis analisis berupa pembebanan statis. Beban yang diberikan adalah tekanan internal sebesar 79.010 kg/mm2 pada daerah di tempatkannya bearing.


Hasil Analisis Setelah dilakukan proses solusi, hasil analisis dapat ditampilkan dalam bentuk plot, tabel dan animasi. •Hasil Plot Dengan menggunakan countour plot, distribusi beban pada model dapat ditampilkan sehingga dapat mempermudah proses interpretasi hasil analisis. Pada langkah ini, model digambarkan dengan sebara warna yang menunjukkan beban yang diterima tiap elemen. •Hasil Tabel Hasil analisis yang ditampilan dalam bentuk tabel dapat memberikan informasi secara lebih terperinci mengenai beban, dan perpindahan (displacement) pada tiap node maupun elemen penyusun. •Animasi Hasil analisis juga dapat ditampilan dalam bentuk simulasi (animasi) untuk memberikan gambaran dalam bentuk gambar bergerak.


Pengujian

Jenis Material

AL 2014

Hardness

SEM-Fraktografi

SEM-Edax

Permodelan

V

V

V

V


Hasil Pengujian Fraktografi


Pada gambar dibagi menjadi 3 daerah yaitu retak awal (initial crack), penjalaran retak (crack propagation), dan retak akhir (final crack). Arah rambatan retak dapat terlihat dari tanda panah yang berwarna merah dan kuning yang menunjukkan bahwa arah rambatan tegak lurus dengan pembebanan pada komponen ini.


Initiation Crack


Pada bagian (a) adalah daerah initiation crack, daerah ini terletak pada permukaan diameter dalam dari main wheel hub dimana ini adalah tempat untuk bearing yang berfungsi sebagai penahan beban yang diberikan oleh pesawat. Dengan permukaan yang terilat terang dan halus, terdapat beachmarks dan striasi yang terlihat dengan bantuan stereomicroscope dan SEM.


Crack Propagation


menjadi patah ulet, hal ini terlihat dari posisiPada gambar adalah daerah dari rambatan retak (crack propagation) pada main wheel hub yang mengalami kegagalan. Dengan permukaan yang berwarna lebih gelap dan adanya perbedaan ketinggian yang terlihat secara makro bila dibandingkan dengan daerah initial crack, daerah ini berbentuk berupa butir-butir kasar (coarse grains) dan terdapat beachmarks ditunjukkan pada gambar adalah pola patahan gabungan (mix-mode appearence) yang diduga terjadi dari patah getas yang bertransformasi beachmarks pada daerah ini terletak pada sebelah kiri dari initial crack setelah pola dari patah getas. Pada hasil SEM terlihat bahwa morfologi patahannya adalah cleavage yaitu patahan yang melintasi butiran atau patah transgranular ini adalah jenis dari patah getas.


Final Crack


Pada gambar adalah daerah dari patah akhir (final crack) pada main wheel hub yang mengalami kegagalan. Dengan permukaan yang kasar dengan butir-butir yang kasar (coarse grains) tidak adanya beachmarks yang terlihat pada hasil pengamatan secara makro dengan menggunakan stereomicroscope dan striasi pada hasil pengamatan secara mikro dengan menggunakan SEM. Pada hasil SEM terlihat bahwa morfologi patahannya adalah cleavage yaitu patahan yang melintasi butiran atau patah transgranular ini adalah jenis dari patah getas, hal ini mengindikasi bahwa rambatan ini adalah rambatan akhir pada saat komponen tidak lagi bisa menerima beban yang diberikan dengan luasan penampang yang tersisa sehingga terjadi kegagalan pada komponen ini.


Hasil Pengujian SEM-EDX

Hasil SEM-EDX yang didapat pada spesimen yang terletak jauh dari retakan dan pada daerah retakan tidak didapat perbedaan, tetapi pada setiap spesimen di dapat unsur dari Cu yang terbaca oleh EDX hal ini diindikasi dari senyawa dari CuAl2 yang terbentuk pada komponen ini. Pada dasarnya komponen ini telah mengalami proses forging (CMM ATA 32-40-14). Dari sana diketahui bahwa aluminium mengalami perlakuan solution treatment dan aging. Dengan adanya proses ini unsur Cu tidak terlihat, unsur ini tersebar pada spesimen dengan ukuran nanopartikel, dengan terbacanya unsur Cu maka spesimen ini telah mengalami overaged sehingga kekuatannya menurun.


Hasil Pengujian XRD Dari hasil pengujian sampel didapat grafik yang mengidentifikasi senyawa dan fasa yang terbentuk dari spesimen yang berada pada patahan dan yang terletak jauh dari patahan. Dari dua grafik yang didapat hasil keduanya tidak ada perbedaan dari 2θ pada peak yang terbentuk pada tiap grafiknya, hasilnya bersesuaian dengan JCPDF nomor 85-1327 dan 25-0012 yang menunjukkan bahwa tiga peak tertinggi bersesuaian dengan fasa Al dan fasa CuAl2 telah terbentuk pada spesimen yang berada pada daerah retakan dan yang terletak jauh dari retakan


Hasil Pengujian kekerasan Vickers •Pengujian Hardness ini diperlukan untuk mengetahui distribusi kekerasan dari diameter dalam hingga diameter luar pada daerah main wheel hub yang mengalami kegagalan dan yang berada jauh dari kegagalan •Pengujian ini menggunakan ASTM E92-82, Indentasi dilakukan pada daerah yang mengalami kegagalan dengan jumlah titik indentasi 5 titik dengan beban yang diberikan sebesar 15-kgf

ANALISA KEGAGALAN PADA INBOARD WHEEL HUB #4 PESAWAT B737-800 PK-GEN PT. GMF AEROASIA Hasil Hardness Vickers standart

100

Daerah Indentasi

90 80

Pada daerah yang mengalami patahan

Pada daerah yang jauh dari patahan

1

77.6

70.4

2

81.0

72.9

3

84.7

73.2

4

88.4

73.1

5

90.5

75.1

Average

84.4

72.9

Pada daerah yang mengalami patahan

70 60 50 40 30

Pada daerah yang jauh dari patahan

20 10 0 1

2

3

4

5

Menurut CMM 32-40-14, dijelaskan bahwa pada proses inspeksi nilai kekerasan minimal pada bagian inboard hub dan outboard hub adalah 75 HRB atau 119 HB, bila nilai kekerasan ini di konversikan ke dalam vickers menurut ASTM 140-02, maka didapat nilai kekerasan dengan kisaran 147HV Dari data yang didapat terlihat bahwa komponen ini mengalami penurunan kekerasan sebesar 42.58% pada daerah yang mengalami patahan dan sebesar 50,4% pada daerah yang berada jauh dari patahan.


Hasil Permodelan Dari hasil analisa yang didapat pada permodelan ini terlihat distribusi tegangan yang besar terletak pada daerah ujung dalam dari tempat bearing. Hal ini sama dengan hasil yang diidapat dari pengujian fraktografi, terlihat inisiasi retakan berada pada ujung dari diameter dalam inboard wheel hub yang menjalar hingga ke arah diameter luar.


Kesimpulan • Faktor yang menyebabkan kegagalan komponen pada main wheel hub pesawat terbang Boeing 737-800 yaitu fatigue failure. • Mekanisme kegagalan komponen main wheel hub ini terjadinya dikarenakan material pada komponen ini mengalami overaged sehingga kekerasan dan kekuatannya menurun.


Saran • Pemberian indikator temperatur pada main wheel agar dapat memantau temperatur kerja pada komponen ini, sehingga dapat diketahui temperatur kerjanya. • Melakukan pemeriksaan berkala pada komponen ini (setiap 500 flight cycle) agar dapat memastikan komponen tidak dalam keadaan cacat. • Jika terdapat komponen yang mengalami cacat permukaan inboard hub sebaiknya segera dilakukan pergantian komponen agar tidak terjadi kecelakaan pada saat penerbangan. • Pemberian grease pada daerah inboard main wheel hub sebelum pemasangan bearing untuk mencegah temperatur kerja yang tinggi pada saat pemakaian. • Berhati-hati pada saat proses pemasangan dan pelepasan bearing untuk menghindari adanya initiation crack yang terbentuk.

TERIMA KASIH

ANALISA KEGAGALAN PADA INBOARD WHEEL HUB #4 PESAWAT B PK-GEN PT. GMF AEROASIA

Recommend Documents