PENGARUH PELAPISAN CRHOM TERHADAP KEHAUSAN PISTON RING MOTOR HONDA DENGAN METODA AKTIFASI LAPISAN TIPIS (ALT) Elvis Adril(1), Mulyadi(1) (1)
Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Padang ABSTRACT
This research aims to investigate the effect of chrome layer on ring piston of Super Cup 700 Honda with Thin Layer Activation method (TLA). Piston ring chromed with pack cementation technique for one hour and 15 minutes in 10500C in temperature. The hardness of piston ring and block cylinder was tested with Micro Vickers. Then, the piston ring was activated using proton bundle resulted from Cyclotron in 1 MA for 20 minutes. The piston ring was installed on Super Cup 700 Honda and operated for 60 hours, then the wearing out was observed by measuring the erosion activity of the piston ring carried by the engine lubricating oil. The measurement of the erosion activity uses MCA of Genie 2000 VDM software. The result of the erosion testing is presented in erosion graph with operation time and show that the chromed piston ring has 4,6 m in erosion, whereas the unchromed one has 12,6 m in erosion. Thus, the chrome treatment can slow down the erosion of 63,5 %. Keywords: Wearing, piston ring, chrome, cyclotron, thin layer activation 1.
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Keausan sangat mempengaruhi keandalan dan umur dari suatu peralatan, kalau masalah tersebut tidak ditangani secara optimal, seperti peralatan industri,sistim tranportasi, sistim pemipaan, pembangkit dan lain-lain. Peralatan yang akan dipantau kebanyakan tertutup oleh struktur pembungkus maka proses degradasi tidak dapat dipantau secara lansung, maka dikembangkanlah suatu sistim baru untuk mendeteksi hal-hal yang sulit tersebut yaitu Aktivasi Lapisan Tipis (ALT). Pada zaman dahulu untuk meningkatkan tahan aus dan keindahan suatau komponen atau permukaan logam digunakan pelapisan permukaan (coating). Walaupun perkembangan riset metalurgi yang begitu pesat, namun masih sedikit perhatian terhadap material untuk pemakaian temperatur tinggi, sampai tahun 1970, (Pandey dan Banerjee.1997). Pada saat sekarang perhatian sangat besar terhadap pelapisan permukaan logam seperti baja paduan, baja nitrat (stainless steel), nikel paduan tinggi (nickel super alloy) dan paduan kobal (cobalt allol), dengan demikian semakin banyak jenis material yang dapat digunakan untuk pemakaian temperatur tinggi. Dari sudut ekonomi,teknologi pelapisan permukaan logam biasanya digunakan untuk meningkatkan ketahanan gesekan dan ketahanan korosi dari logam dasar. Untuk memperoleh aktivasi lapisan tipis pada suatu material digunakan partikel bermuatan seperti proton,deutron,alpha yang dihasilkan suatu alat pemercepat partikel bermuatan seperti siklotron.
Teknik aktivasi lapisan tipis menggunakan siklotron ini dilakukan dengan menembak bahan bahan yang akan diselidiki dengan berkas partikel bermuatan dengan energi tertentu sehingga lapisan tipis dari permukaan komponen tersebut akan menjadi radioaktif. Keradioaktifan komponen ini tidak akan mengubah sifat mekanik maupun sifat kimia dari dari bahan itu . Hal ini terjadi karena hanya bagian yang sangat tipis yaitu dalam orde puluhan mikrometer yang menjadi radioaktif (Wallace,1997),sehingga teknik ini dikenal dengan tekitik aktivasi lapisan tipis (ALT). Tingkat keradioaktifan tidak membahayakan bagi peneliti karena berkisar antara 1 sampai 100 Ci (Silakhuddin.1996). Berdasarkan pengamatan penulis belum pernah dilakukan penelitian laju keausan suatu bahan yang di proses chromizing dengan yang tidak diproses chromizing dengan Teknik Aktivasi Lapisan Tipis (ALT). Beberapa penelitian sebelumnya yang berkenaan dengan penelitian ini akan digunakan sebagai bahan rujukan. 1.2 Tujuan Penelitian Penelitian ini bertujuan menyelidik pengaruh chrom pada kehausan piston ring motor Honda Super Cup 700 dengan metoda Aktivasi LapisanTipis(ALT) dan perbedaan pengukuran pada oli dan pengukuran pada mesin. 2.
TINJAUAN PUSTAKA
Pelapisan logam banyak dilalukan untuk meningkatkan ketahanan terhadap gesekan dan ketahanan terhadap pengikisan. Pelapisan permukaan
Jurnal Teknik Mesin
Vol. 4, No.1, Juni 2007
umumnya menghasilkan permukaan yang keras dan tahan gesekan. Dugdale dkk (1996) menemukan bahwa pelapisan logam dapat digunakan untuk meningkatkan ketahanan gesekan cutting tools. Kesimpulan ini diperoleh setelah meneliti kepingan daun gergaji (bandsaw) yang dilapisi dengan TiN dan dengan chromium. Takahashi dkk (1996) meneliti lapisan chromium pada Ti-Al dengan teknik ion plantation melalui pemanasan untuk menghasilkan lapisan difusi dengan komposisi 44Ti-36Al-20Cr. Hasil pengujian fatik dengan mengotrol regangan dapat diamati, bahwa kekuatan fatik pada siklus rendah berkurang dan kerapuhan dari logam dasar semakin berkurang. Untuk mengetahui keausan suatu komponen yang sulit diukur, dikarenakan tempat dari komponen tesebut tidak dapat dilihat lansung, maka perlu suatu cara untuk melakukan pengecekan atau pengukuran terhadap komponen tersebut yaitu Teknik Aktivasi Lapisan Tipis ( ALT) 2.1
Penggunaan ALT untuk studi keausan
Perusahan yang telah menggunakan teknik tersebut antara lain Mercedes, General Motor dan Toyota. Perusahan-perusahan otomotif tersebut menggunakan berkas partikel bermuatan dengan teknik aktivasi lapisan tipis untuk memantau keausan pada komponen-komponen mesin seperti, ring piston, lengan slinder ( cylinder sleeves ),katup, poros hubung dan komponen lainnya yang sering mengalami keausan. Sebuah perusahan di Prancis yang bernama SNECMA ( Sosiety Nationale d’Etude et de Cotruction de Moteurs Aeronautiques ) juga menggunakan Tekink Aktivasi Lapisan tipis untuk mengukur keausan pada bagian berings, gear,carbon seals dan lain-lain. Energi partikel yang digunkan tergantung pada material yang akan diselidiki ( Delvigne .1995 ). Teknik aktivasi lapisan tipis yang digunakan untuk memantau keausan adalah dengan mengaktivasi permukaan komponen mesin yang akan dipantau keausannya dengan partikel bermuatan seperti proton ,deutron atau partikel alpha yang dihasilkan oleh akselarator. Setelah dilakukan aktivasi komponen tersebut dipasang pada mesin yang akan dipantau dan mesin tersebut dijalankan pada kondisi putaran normal. Pemantauan keausan dilakukan dengan mendeteksi sinar gamma yang dipancarkan dari permukaan komponen yang telah diaktivasi. Besarnya tingkat keausan dari komponen yang dipantau ditentukan oleh butiran yang terkikis dari komponen tersebut ketika mesin dijalankan dengan putaran normal ( Wallace, 1997 ).
ISSN 1829-8958
2.2 Teknik pengukuran 1. Teknik Iridiasi Untuk melakukan teknik ini diperlukan mesin Siklotron yang dapat menghasilkan berkas proton dalam orde MeV. Keuntungan berkas proton dibandingkan berkas partikel bermuatan lainnya adalah jumlah isotop-isotop pengganggu ( yang tidak diperlukan dalam analisis ) relatif lebih sedikit khususnya untuk material ferous (besi). Keuntungan lainya adalah yielt (hasil) radionuklidanya juga lebih tinggi. Tergantung pada material apa yang hendak menjadi objek pengamatan keausan, energi proton yang diperlukan adalah antara 10 hingga 50 MeV,(E. Bollman,1981). Arus berkas proton yang diperlukan harus secara hati-hati dipilih agar serapan energinya tidak sampai merusak karakteristik keausan dari material yang diselidiki. Biasanya ukuran arus tersebut dalam beberapa mikroamper dan iradiasinya hanya beberapa jam. Luasan yang harus diiradiasi sering kali harus lebih besar dibandingkan dengan tampang lintang berkas protonnya. Hal ini dapat dilakukan dengan memutar atau menggerakan sasaran selama iradiasi.
Gambar 1. Proses iradiasi dari suatu komponen mesin
2. Teknik analisis Setelah selesai proses iradiasi, komponen yang sudah teraktivasi dipasang kembali pada mesin. Setelah komponen terpasang dan mesin dioperasikan secara normal, akan terjadi gesekan yang dapat menyebabkan keausan dimana beberapa butiran material dari komponen terkelupas dan terbawa aliran cairan pelumas. Beberapa bagian dari butiran yang terkelupas tersebut adalah butiran radioaktif yang justru merupakan sarana dalam teknik analisis ini. Akibat terkelupasnya butiran radioaktif dari komponen, tingkat keradioaktifan permukaan komponen menurun (setelah dikoreksi dengan penurunan karena peluruhan), sebaliknya tingkat keradioaktifan cairan pelumas akan bertambah (juga setelah dikoreksi dengan penurunan karena peluruhan). Dengan kondisi ini, metoda analisis 24
Pengaruh Pelapisan Crhom terhadap Kehausan Piston Ring Motor Honda dengan Metoda Aktifasi Lapisan Tipis (ALT) (Elvis Adril)
dapat dilakukan dengan dua cara. Cara pertama dengan menganalisis penurunan keradioaktifan permukaan komponen. Metoda ini disebut Metoda Perbedaan Lapisan Tipis. Cara kedua dengan menganalisis kenaikan keradioaktifan cairan pelumas yang disebut Metoda Kosentrasi (Silakhuddin,1996). 3. Metoda Perbedaan Lapisan Tipis Meoda ini berupa cara pengukuran yang dilakukan terus menerus terhadap penurunan keradioaktifan akibat lepasnya butiran dari permukaan komponen. Detektor sinar gamma, biasanya cukup dengan kristal Natrium Yodioda NaI (TI), ditempatkan didekat bagian yang radioaktif untuk mendeteksi penurunan sinar gamma bila terjadi pelepasan butiran akibat proses keausan. Pada layar monitor akan terlihat bagaimana bentuk kurva jumlah pelepasan butiran dalam fungsi waktu. 4. Metoda pengukuran konsentrasi Pada metoda ini pengukuran keausan dilakukan dengan pemantauan keradioaktifan cairan minyak pelumas atau pendingin mesin dimana butiranbutiran keausan terkumpul. Berbeda dengan metode perbedaan lapisan tipis, pada metode ini detektor ditempatkan jauh dari komponen yang teradioaktif dan dapat diberi pelindung radiasi yang lebih sempurna. Oleh karena itu metode kosenterasi ini lebih peka dibandingkan dengan metode perbedaan lapisan tipis. Hal ini memungkinkan untuk dapat mengukur keradioaktifan yang sangat kecil. 2.2
Pelapisan difusi
Komponen-komponen mesin yang bergerak dan bergesekan dengan kecepatan tinggi pada temperatur yang tinggi harus dengan material yang memiliki daya tahan gesekan yang tinggi. Baja dengan perlakuan permukaan dapat memenuhi kebutuhan tersebut. Baja yang dilapisi dengan chromium (chromized) dapat memberikan ketahanan terhadap keausan dan oksidasi temperatur tinggi. Hal ini dikarenakan oleh adanya lapisan pelindung seperti lapisan yang terdiri dari struktur fasa ferit-chromium dan diselang-selingi dengan chromium carbida. Struktur lapisan seperti ini dapat memberikan ketahanan korosi sampai suhu kira-kira 800oC, (Liu&Wu,1990 danLakhin,1981). Lapisan cromized pada baja paduan dapat dihasilkan melalui pelapisan difusi (diffusion coating). Untuk mendapatkan lapisan difusi, maka teknik yang tepat untuk itu adalah teknik pack cementation, selain sederhana juga harganya terjangkau kalau dibandingkan dengan teknik yang lain. Pack cementation dapat dilakukan dengan aturan campuran serbuk chromium murni (Cr) atau Ferro chromium (5-15%) berat, Ammonium chlorida (NH4Cl), (1-5%) berat, dan sisanya Alumunium
oksida (Al2O3). Logam dasar dikibur didalam tabung (Retort) yang terbuat dari bahan stainless steel, yang telah diisi dengan campuran pak, dan selanjutnya ditutup dengan semen tahan api dicampur pasir. Selanjtnya dilakukan pemanasan tabung yang dimasukan kedalam dapur pada temperatur (1100o1200o) dengan penanan selama (5-12) jam, tidak termasuk waktu pemanasan awal untuk mencapai temperatur tersebut. Selanjutnya dilakukan pendinginan didalam dapur sampai temperatur kamar, (Laktin,1981). Kondisi proses pelapisan akan mempengaruhi sifatsifat chromized yang dihasilkan. Variasi temperatur pemanasaan maupun jangka waktu akan mengakibatkan variasi sifat-sifat dan ketebalan lapisan yang dihasilkan (Taufiqurahman, 1992 ). Dalam dapur chromized atau pak serlama proses berlansung adalah sebagai berikut : NH4Cl 2HCl +Cr
NH3 + Hcl H2 + CrCl2
Reaksi pertukaran Fe dengan Cr dapat terjadi disebabkan adanya kontak lansung dalam campuran adalah : Fe + CrCl2
FeCl2
Atom-atom chromium (Cr) yang bebas ini memikli energi aktifitas yang besar. Dengan demikian chromium ini akan berdifusi kepermukaan logam dasar dan folatil ferro chlorida (Fe2Cl2) yang dihasilkan akan dikeluarkan dalam pak. sementara atom-atom carbon berdifusi dari arah bagian dalam logam dasar menuju bagian luar dan kemudian akan bersatu dengan chromium pada derah permukaan baja, membentuk senyawa carbida. Dengan demikian pada lapisan permukaan akan terbentuk lapisanlapisan yang terdiri dari fasa ferit-chromium dan chromium carbida (Laktin,1981). 2. 3 Intraksi Partikel Bermuatan dengan Bahan Partikel bermuatan, karena selalu dilingkupi oleh medan listrik colom, hampir selalu mengalami interaksi dengan satu atau lebih eletron, atau dengan inti atom yang dilintasinya. Hampir pada setiap interaksi partikel bermuatan kehilangan sebagian kecil energi kinetiknya. Oleh karena itu dapat dikatan bahwa partikel bermuatan umumnya kehilangan energi kinetiknya secara beransur-ansur. Peristiwa ini sering dianggap sebagai peristiwa perambatan secara malar atau Contininuous slowing Down Aproximation. Keboleh jadian partikel bermuatan melintasi lapisan bahan tanpa mengalami interaksi sama dengan nol. Partikel bermuatan dengan energi 5
kinetik 1 MeV mengalami interaksi sekitar 10 kali sebelum berhenti. 25
Jurnal Teknik Mesin
2.3
Vol. 4, No.1, Juni 2007
Daya Henti ( Stoping Power )
Besarnya energi yang hilang dari partikel bermuatan dalam bahan dapat ditentukan dengan menghitung daya henti, yang didefinisikan sebagai banyaknya energi yang hilang per panjang lintasan partikel didalam bahan. Energi yang hilang ini diakibatkan oleh elektron atom dan inti atom ketika partikel bermuatan berintegrasi. Namun pengaruh dari atom sangat kecil sehingga daya henti linier ditentukan oleh akibat interaksi elektron atom ( Tsoulfanidis, 1983 ): S(E) =
... (1)
dengan adalah kerapatan bahan (gram/cm ), E adalah energi kinetik partikel ( MeV) dan x adalah ketebalan bahan (cm). Tanda negatif pada persamaan diatas menunjukan bahwa stoping power menyebabkan penurunan energi. Dengan menghitung faktor relativistik, Bethe telah merumuskan sebagai berikut (Tsoulfanidis. 1983): 3
A 6,24.1018 I ( E ) Nd ( I e t ) …(4) dengan A adalah aktivitas dalam dps, I adalah arus berkas ( 1.10-6 A ) dalam amper, (E) adalah tampang lintang reaksi inti ( 360.10-27 cm2 ), N adalah jumlah atom sasaran dalam satuan volum (8,778.1022 atom/cm3 ),d adalah tebal bahan yang ditinjau dan adalah tetapan peluruhan (0,693/77,2x24 ), sedangkan t adalah waktu iradiasi.
2mC 2 ln 1 2 2 ln I
… ( 2)
2. 5 Jangkauan Jangkauan rerata partikel menembus bahan dapat dihitung jika daya henti bahan diketahui. Dari persamaan 1. maka ( Tsoulfanidis, 1983 ):
Benda uji Benda uji pada penelitian ini adalah ring piston motor Honda Super Cup 700 keluaran Astra Motor, dengan data sebagai berikut : Komposisi kimianya adalah : 92,12 % Fe; 2,7 % Si; 0,08 % S; 0,35 % P;0,7 % Mn; 0,2 % Mo; 0,2 % Cr;3,6 %;C.
Elemen-elemen campuran pak
dengan N adalah bantaknya atom per cm bahan, Z adalah nomor atom bahan, I adalah potensial rerata ionisasi dan eksitasi bahan, Z adalah muatan partikel, V adalah kecepatan partikel bahan, C adalah kecepatan cahaya dan =V/C.
E S (E )
3.1 Bahan dan Alat
Oli Mesran Prima 20 – 50 W Produksi Pertamina
dE mC 2 4rr02 z 2 NZ dX 2
1
pendekatan dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan ( Rauf,1993) :
3. METODA PENELITIAN
1 dE dx
R=
ISSN 1829-8958
… (3)
a. Chromium (Cr). Elemen difusi yang digunakan pada proses pelapisan (coating) adalah unsur chromium murni dalam bentuk serbuk dari jenis PA (pro analisis). Serbuk ini dibeli dalam bentuk paking dengan kemurnian 100 %. b. Ammonium chlorida (NH4Cl). Berfungsi sebagai aktivator didalam campuran pak. Ammonium chlorida yang digunakan adalah jenis campuran teknis. c. Alumunium oksida (Al2O3). Berfungsi sebagai media dan untuk menjaga agar tidak terjadi pengumpalan campuran unsur chromium (Cr) dengan Ammonium ghlorida (NH4Cl).Alumunium oksida yang digunakan adalah jenis campuran teknis. Alat-alat yang digunakan Perlengkapan proses chrom
Untuk semua partikel berat makin besar energi makin besar pula jangkauan reratanya. Sebaliknya energi hilang spesifiknya makin kecil. Untuk energi yang sama makin ringan partikel makin dalam partikel menembus bahan. Untuk satu partikel tertentu yang menembus bahan yang berbeda, maka pada energi tertentu makin besar nomor atom bahan makin kecil energi hilang spesifiknya.
Tabung stainless steel, amplas, methanol, autosol dan semen tahan api
Dapur pemanas.
Microhardnes tester
Mesin Siklotron Produksi the Cyclotron Technology & Imaging, USA
2.6 Aktivitas hasil proses aktivasi
Satu set alat ukur cacah keausan Produksi Canberra Industries,USA
Besarnya aktivitas yang dihasilkan dari proses aktivasi bahan dengan partikel bermuatan scara
26
Pengaruh Pelapisan Crhom terhadap Kehausan Piston Ring Motor Honda dengan Metoda Aktifasi Lapisan Tipis (ALT) (Elvis Adril)
Motor Honda Super Cup tahun 1981 keluaran ASTRA Motor
3.2 Prosedur Penelitian 1. Persiapan benda uji Benda uji adalah ring piston motor keluaran Astra sebanyak 4 buah dan 1 buah silinder blok, diama 2 buah untuk di chrom dan 2 buah lagi tidak di chrom dan juga sebelumnya dilakukan uji komposisi kimia dan uji kekerasan. 2. Pengujian komposisi kimia. Pengujian komposisi kimia adalah bertujuan untuk mengetahui komposisi kimia dari bahan ring piston dimana dilakukan di Lab Bahan Teknik PPSM BATAN Serpong Tanggerang. 3. Pengujian kekerasan Pengujian kekerasan dari ring piston adalah untuk mengetahui berapa kekerasan dari ring piston sebelum di lakukan chrom dan pengujian kekerasan dari silinder blok, agar kekerasan ring piston tidak melebihi kekerasan silinder blok yang telah di chrom nantinya. 4. Persiapan proses chrom a. Menentukan berat komponen-komponen pack. Komponen campuran pak terdiri dari 5 % berat serbuk chromium murni (Cr), 10 % berat serbuk Ammonium Chloride (Nh4Cl). dan sisanya serbuk Alumunium Okside (Al2O3). b. Persiapan benda uji. Benda uji yang akan di chromizing terlebih dahulu dibersihkan dari kotoran-kotoran yang menempel pada permukaanya dengan menggunakan methanol atau aseton. c. Persiapan Tabung (retort). Tabung dibersihkan dan dicuci sampai permukaannya bebas dari kotoran yang menempel, dengan cara menggosok dengan amplas dan autosol. d. Bahan-bahan campuran pack. Bahan-bahan penyusun campuran pak yang telah disediakan sesuai dengan beartnya masing-masing dimasukan ke tempat pencampur dan diaduk sampai semuanya merata. e. Bahan penutup tabung. Bahan peutup tabung adalah dari stainlees steel dan dirapatkan dengan semen tahan api.
6. Proses Pemanasan. Tabung yang sudah siap, lalu dimasukan kedalam dapur pemanas. Selanjtnya dilakukan awal sampai dengan temperatur 100oC dan ditahan selama 45 menit untuk menghilangkan kandunga air dari tutup pak. Kemudian dilakukan pemanasan lanjutan secara perlahan-lahan sampai temperatur 1050oC. Pada temperatur tersebut dipertahankan selama 1 jam 15 menit. 7.Pengujian kekerasan Pengujian kekerasan dari ring piston adalah untuk mengetahui berapa kekerasan dari ring piston sebelum di lakukan chromizing dan pengujian kekerasan dari silinder blok, agar kekerasan ring piston tidak melebihi kekerasan silinder blok yang telah di chrom nantinya. 8.Proses Iradiasi Proses iradiasi adalah proses penembakan ring piston dengan mempergunakan mesin Siklotron dengan arus berkas 1 mikro amper selama 20 menit. 9. Pemasangan pada motor. Ring yang telah diiradiasi selanjutnya dipasang pada motor Honda Super Cup 700 dan dijalankan dengan putaran stasioner selama 60 jam dengan tahapan 10, 20, 30, 40, 50 dan 60 jam. 10. Pengukuran keausan. Pengukuran keausan dilakukan dengan seperangkat alat ukur cacah keausan dengan bantuan sofware Geine 2000 VDM. Cara kerjanya yaitu setiap 10 jam operasi sepeda motor, oli mesin dikeluarkan dan dilakukan pencacahan sehingga didapatkan area pencacahan, sampai 60 jam operasi. 4. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Pengujian ring piston dan silinder blok. Ring piston standar dilakukan pengujian dengan mikro Vickers dan kekersannya adalah 316 kg/mm2.Untuk ring piston yang di chrom kekerasannya adalah 379 kg/mm2, pengukuran dilakukan melingkar ring piston. Jadi terjadi peningkatan kekerasan pada ring piston karena perlakuan proses chrom. Untuk silinder blok juga dilakukan pengujian dengan mikro vickers kekerasannya adalah 461 kg/mm2 , Disini dapat dilihat bahwa kekerasan blok masih lebih tinggi dari kekerasan ring yang telah di chrom. Kalau blok lebih lunak akan cepat aus, diusahakan blok lebih keras dari ring piston.
5.Penyusunan pack. Setelah penyusunan pak, lalu dimasukan ke dalam dapur pemanas. 27
Vol. 4, No.1, Juni 2007
4.2 Proses iradiasi untuk ring piston. Ring piston standar maupun ring yang telah dilakukan proses chrom di iradiasi . Proses iradiasi dilakukan dengan sebuah mesin siklotron dengan arus 1 mikro ampere selama 20 menit dengan energi 12,5 MeV. Setelah diiradiasi dilakukan pengujian kekerasan, ternyata kekerasannya tetap sesuai dengan literatur yang menyatakan bahwa proses iradiasi tidak merubah sifat fisik maupun sifat mekanis bahan (Wallace, 1997). Setelah iradiasi juga dilakukan pengukuran tingkat radiasi yang terjadi pada ring yang telah diiradiasi, dimana hasilnya adalah 28,64 Ci ,ini masih dalam batas aman terhadap peneliti karena antara batas 1 sampai 100 Ci masih aman terhadap peneliti seperti yang dinyatakan oleh (Silakhudin dkk,1996). 4.3 Pengukuran keausan Setelah ring dipasang pada motor dan dijalankan dengan putaran normal selama 60 jam dengan pengukuran setiap 10 jam operasi, dimana pengukurannya dilakukan dengan dua cara sebagai berikut : 1.
Pengukuran pada oli mesin
Dengan bantuan software Genie 2000 VDM pengukuran area keausan dilakukan pada oli mesin setiap 10 ,sampai 60 jam operasi,untuk 10 jam operasi areanya adalah 1255 10,0 % untuk ring standar. Untuk ring yang telah di chrom areanya adalah 409 11,33 %. 2.
Pengukuran langsung pada mesin
Pengukuran langsung pada mesin yaitu dengan jalan menempelkan detektor pada mesin dekat busi dan posisi ring piston diusahakan berada pada posisi diatas. Cacah areanya adalah 25533 2,56 % untuk 10 jam operasi ring standar dan untuk ring di chrom adalah 25672 2,19 % untuk 10 jam operasi. 4.4 Cacah keausan
Cacah keausan ( cpm )
Cacah keausan yang terjadi pada ring piston standar dan juga ring piston yang telah di chrom dimana pengukuran dilakukan pada oli dapat dilihat pada “Gambar (2)”. 500 Ring di chrom
400 300
Ring standar
200 Ring standar (Rahmat,1999)
100 0 0
10 20 30 40 50 60 70
ISSN 1829-8958
Dari “Gambar (2)”, dapat dilihat bahwa cacah keausan ring piston standar lebih besar dari pada cacah keausan ring piston yang di chrom. Ini memperlihatkan akibat proses pengerasan dengan chrom terjadi pengurangan keausan, karena ring yang di chrom lebih keras dari pada ring yang tidak di chrom. Dapat dilihat dari pengujian kekerasan .Cacah keausan riel dari ring standar adalah 383,35 cpm untuk operasi 60 jam, sedangkan cacah keausan untuk ring piston yang di chrom adalah 150,64 cpm untuk operasi 60 jam. Jadi proses chrom dapat memperlambat keausan sebesar 117,34 cpm. Pada penelitian yang dilakukan oleh Mamat terlihat pada “Gambar (2), bahwa cacah keausan pada pengukuran oli untuk ring standar adalah lebih rendah cacah keausannya yaitu 121,93 cpm untuk operasi 50 jam. Pada penelitian ini untuk ring standar waktu operasi 50 jam adalah 1510 cpm. Ini dipengaruhi oleh: Pada penelitian Mamat memakai instalasi pipa untuk mengeluarkan oli dengan bantuan pompa, jadi dimungkinkan lebih banyak kikisan ring yang tertinggal didalam instalasi pipa dan juga kikisan yang tertinggal didalam rongga roda gigi mesin Untuk pengukuran lansung pada mesin untuk ring standar dan ring yang di chrom dapat dilihat pada ”Gambar (3)”. Cacah keausan (cpm)
Jurnal Teknik Mesin
3000 2500 2000 1500 1000 Ring standar
500
Ring di chrom
0 0
10
20
30
40
50
60
70
Waktu operasi (jam)
Gambar 3. Diagram cacah keausan vs waktu operasi. Pengukuran langsung pada mesin
Untuk pengukuran langsung pada mesin cacah keausan riel ring standar adalah 519,35 cpm untuk operasi 60 jam, untuk ring yang di chrom cacah keausannya adalah 2572,90 cpm untuk operasi 60 jam, terlihat bahwa ,ring yang di chrom lebih besar cacahnya dibandingkan dengan ring piston yang tidak di chrom. Seharusnya pengurangan keausan akibat proses chrom antara pengukuran pada oli dan pengukuran langsung pada mesin adalah sama, tetapi pada penelitian ini terjadi perbedaan, ini disebabkan oleh paparan radiasi yang terjadi pada mesin.
Waktu operasi (jam)
Gambar 2 .Diagram cacah keausan vs waktu operasi Pengukuran pada oli
Untuk pengukuran pada oli dan pengukuran langsung pada mesin untuk ring standar dapat dilihat pada ”Gambar (4)”. 28
Cacah keausan (cpm)
Pengaruh Pelapisan Crhom terhadap Kehausan Piston Ring Motor Honda dengan Metoda Aktifasi Lapisan Tipis (ALT) (Elvis Adril)
600 400 Mesin
200
Oli
0 0
10
20
30
40
50
60
70
Waktu operasi (jam )
Gambar 4. Diagram cacah keausan vs waktu operasi. Pengukuran pada oli dan mesin untuk ring standar.
Pada ”Gambar (4)”. Terlihat bahwa pengukuran cacah keausan untuk ring standar pengujian pada oli adalah 383,35 cpm operasi 60 jam, untuk pengujian langsung pada mesin adalah 519,35 cpm. Seharusnya angka ini mendekati sama, dari grafik dapat dilihat 10 jam pertama memperlihatkan penyimpangan yang cukup besar, selanjutnya samapi di atas 50 jam operasi mendekati angka yang sama antara penambahan kikisan pada oli dengan pengurangan dari ring itu sendiri. Jadi lebih besar waktu operasinya akan lebih memperkecil penyimpangan yang terjadi antara pengukuran oli dan pengukuran langsung pada mesin. Pengukuran langsung pada mesin tidak menunjukan keakuratan, ini disebabkan beberapa hal sebagai berikut : Adanya kikisan yang tertinggal dalam roda gigi waktu oli dikeluarkan,walaupun sudah di semprot dengan udara.
2.
Dimungkinkan kikisan tertinggal menempel pada dinding ruangan roda gigi.
3.
Pada pengukuran langsung terjadi imbas radiasi yang mempengaruhi pengukuran. Cacah keausan (cpm)
1.
Pada pengukuran oli terjadi penambahan kikisan pada oli, sedangkan pada pengukuran langsung pada mesin terlihat pengurangan dari ring yang terkikis. Pengukuran pada mesin cacahnya lebih besar karena ring itu sendiri yang diukur, sedang pengukuran pada oli cacahnya lebih kecil karena yang diukur adalah kikisan dari ring yang jatuh ke oli. Tebal ring piston standar adalah 2,003 mm, setelah dioperasikan selama 60 jam operasi, ukuran tebal ring piston tersebut menjadi 1,991 mm. Jadi terjadi keausan sebesar 0,0126 mm atau 12,6 m, setara dengan cacah keausan sebesar 383,35 31,43 cpm untuk pengukuran pada oli untuk ring piston standar. Untuk ring piston yang di chrom dan dioperasikan selama 60 jam, terjadi keausan pada dari ring piston tersebut sebesar 0,0046 mm atau 4,6 m. setara dengan cacah keausan 150,64 15,478 cpm untuk pengukuran pada oli. . Tebal lapisan chrom yang terjadi pada ring yang di chrom adalah 40 m, sedang yang terjadi keausan setelah dioperasi 60 jam adalah 4,6 m. 5. PENUTUP 5.1 Kesimpulan Beberapa hal yang dapat diambil kesimpulan dari penelitian ini adalah sebagai berikut : 1.
Keausan ring piston standar setelah dioperasikan selama 60 jam adalah 12,6 m setara dengan cacah keausan 383,35 31,43 cpm pengukuran pada oli, sedangkan pengukuran pada mesin adalah 519,35 5,9 cpm.
2.
Keausan ring piston setelah dilakukan proses chrom dan dioperasikan selama 60 jam adalah 4,6 m setara dengan cacah keausan 150,64 15,47 Cpm pengukuran pada oli, sedangkan pengukuran pada mesin adalah 2572,90 53,86 cpm.
3.
Pengukuran pada oli lebih akurat dibandingkan dengan pengukuran pada mesin, karena pengukuran pada mesin dipengaruhi oleh paparan radiasi
3000 2500 2000 1500 1000 Oli
500
Mesin
0 0
10
20
30
40
50
60
70
Ucapan Terima Kasih
Waktu operasi (jam)
Penulis mengucapkan terima kasih kepada : Gambar 5. Diagram cacah keausan vs waktu opearasi Pengukuran pada oli dan mesin untuk ring di chrom.
Seluruh staff P2RR BATAN Khususnya LAB Siklotron.
Sama halnya dengan ring standar, ring yang di chrom pengukuran pada oli terjadi penambahan cacah keausan setelah dioperasikan 60 jam, akibat dari ring piston yang terkikis. Pada pengukuran langsung pada mesin terjadi mengurangan dari ring itu sendiri akibat terkikis dan terbawa jatuh ke oli.
Ketua Program Pascasarjana Teknik Mesin UGM Yogyakarta.
Ketua LAB Yogyakarta.
Yayasan Toyota ASTRA Jakarta.
Bahan
Teknik
Serpong,
Mesin
UGM
29
Jurnal Teknik Mesin
Vol. 4, No.1, Juni 2007
PUSTAKA 1.
Beiser, A, Konsep Erlangga, Jakarta, 1992.
2.
Delvigne, T, Leyman, D., Oxon, K, Thin Layer Activation Measuring Wear and Corrosion, Material World, 1995.
3.
Fisika
Moderen,
Ditroi, ,The Thin Layer Activation Method and its Application in Industry, IAEA-TECDOC-924 1997
4.
Dugdale, D. S., and Sarwar, M., Fatigue Strength of Band Saw with hard Coating of Mater. Process Techn. 56,1-4, 729-732, 1996
5.
Dieter, E.G, Mechanical Metallurgy, 3rd edition Mc Graw-Hill,Inc,1986
6.
E.Bollman et al, Irradiation Technique of Machine Parts wear measurements
7.
In Mechanical Engineering, Proceeding Ninth International Conference on Cyclotrons and their Application, September, 1981, P 723.
8.
Industrial Diagnosis Service (IDS), Thin Layer Activation for Non-Destructive Evaluation of Wear, Erosion and Corrosion, Belgique, German, 1991.
9.
Liu, C. T., and Wu, J.D, The Structure and High Temperature Corrosion Properties ,of Chromized Coating, Surface and coating techno, 43/44.493-499,1990
ISSN 1829-8958
17. Takahashi, Sotoshi, and Takasima, Degradation of Bending and Low Cycle Fat. Properties of Ti-48 Mo1% Al at intermediate Temp. by chromium Diffusion, Mater. Transaction, JIM, Vol.,37,5,1204-1209, 1996. 18. Vlack, L.,H.,V, Elements of Material Sci and Engeng, 5th edition Wesley Publishing Company, 1985. 19. Wiryosimin, S, Mengenal Azas Proteksi Radiasi, Institut Teknologi Bandung, 1995. 20. Wallace,G, Tools to Implement the Thin Layer Activation Technique for The measurement of Surface Loss, Institute of Geological and Nuclear Sciences Limited, Lower Hutt, New Zeland,1997
10. Laktin,Y., Chemical Heat Treatment of Steel, Engng, Physical Metal, Forieg, Lang.Publsh, House Moscow, 1981. 11. Rahmat, M, Aplikasi Berkas Proton untuk Studi Keausan Komponen Otomotif, Teknik Nuklir UGM, Yogyakarta, 1999. 12. Pandey, J. L., and Banarjee, M. K., Height Temperature Resistance Coating, An corrosion Method and Mat.,44(6),368-375, 1997. 13. Konstantinov, I. O, Nuclear Method of Wear and Corrosion Monitoring in Industry, IPPE, Obninsk, Rusia, IAEA-TECDOC-924, 1997 14. Silakhuddin, Penggunaan Teknik Aktivasi Lapisan Tipis untuk penyelidikan Keausan Komponen Mesin Otomotif dan Industri, Buletin BATAN No .4, 1996. 15. Suryanto, H., Teknik Aktivasi Dengan Akselarator untuk pembuatan TLA, Seminar dan Kursus Thin Layer Activation untuk monitoring Korosi. 1998. 16. Tsoulfanidis, N., Measurement and Detection of Radiation, Hemisphere Publishing Cooperation, New York, 1983. 30
