Tribologi - Keausan

Keausan

Keausan adalah penguraian ketebalan permukaan akibat gesekan yang terjadi pada pembebanan dan gerakan. Keausan umumnya dianalogikan sebagai hilangnya materi  sebagai akibat interaksi mekanik dua permukaan yang bergerak slidding dan dibebani. Ini merupakan fenomena normal yang terjadi jika dua permukaan saling bergesekan, maka akan ada keausan atau perpindahan materi yang terjadi antara dua benda yang bergesekan.

Suatu komponen struktur dan mesin agar berfungsi dengan baik sebagaimana mestinya sangat tergantung pada sifat-sifat yang dimiliki material. Material yang tersedia dan dapat digunakan oleh para engineer sangat beraneka ragam, seperti logam, polimer, keramik, gelas, dan komposit. Sifat yang dimiliki oleh material terkadang membatasi kinerjanya. Namun demikian, jarang sekali kinerja suatu material hanya ditentukan oleh satu sifat, tetapi lebih kepada kombinasi dari beberapa sifat. Salah satu contohnya adalah ketahanan-aus ( wear resistance ) merupakan fungsi dari beberapa sifat material (kekerasan, kekuatan, dll), friksi serta pelumasan. Material apapun dapat mengalami keausan disebabkan oleh mekanisme yang beragam. Pengujian keausan dapat dilakukan dengan berbagai macam metode dan teknik, yang semuanya bertujuan untuk mensimulasikan kondisi keausan aktual. Salah satunya adalah metode Ogoshi dimana benda uji memperoleh beban gesek dari cincin yang berputar ( revolving disc ). Pembebanan gesek ini akan menghasilkan kontak antar permukaan yang berulang-ulang yang pada akhirnya akan mengambil sebagian material pada permukaan benda uji. Besarnya jejak permukaan dari material tergesek itulah yang dijadikan dasar penentuan tingkat keausan pada material. Semakin besar dan dalam jejak keausan maka semakin tinggi volume material yang terkelupas dari benda uji.

Keausan sendiri mempunyai dua sifat yaitu keausan normal dan keausan tidak normal ( akibat penggantian minyak pelumas yang tidak teratur ). Kemudian hal – hal yang mempengaruhi keausan :

1.   Pembebanan

2.   Kecepatan

3.   Jumlah minyak pelumas

4.   Jenis minyak pelumas

5.   Temperatur

6.   Kekerasan permukaan

7.   Kehalusan permukaan

8.   Adanya benda – benda asing

9.   Adanya benda kimia

Sebagaimana telah di jelaskan, material jenis apapun akan  mengalami keausan dengan mekanisme yang beragam , yaitu keausan adhesive,  keausan abrasive, keausan lelah , keausan oksidasi dan keausan erosi.

Berikut penjelasan ringkas dari mekanisme-mekanisme tersebut :

1.      Keausan adhesive ( Adhesive Wear )

Keausan adhesif adalah salah satu jenis keausan yang disebabkan oleh terikat atau melekat ( adhesive ) atau berpindahnya partikel dari suatu permukaan material yang lemah ke material yang lebih keras serta deformasi plastis dan pada akhirnya terjadi pelepasan / pengoyakan salah satu material. Proses bermula ketika benda dengan kekerasan yang lebih tinggi menyentuh permukaan yang lemah kemudian terjadi pengikatan. Pengikatan ini terjadi secara spontan dan dapat terjadi dalam suhu yang rendah atau moderat. Adhesive wear sering juga disebut galling, scoring, scuffing, seizure, atau seizing.

Faktor – faktor yang menyebabkan keausan adhesive :

a.    Kecenderungan dari material yang berbeda untuk membentuk larutan padat atau senyawa intermetalik.

b.    Kebersihan permukaan.

Jumlah wear debris akibat terjadinya aus melalui mekanisme adhesif ini dapat dikurangi dengan cara ,antara lain :

-       Menggunakan material keras.

-       Material dengan jenis yang berbeda, misal berbeda struktur kristalnya.

2.      Keausan abrasif ( Abrasive Wear )

Keausan jenis ini terjadi bila suatu partikel keras ( asperity ) dari material tertentu meluncur pada permukaan material lain yang lebih lunak sehingga terjadi penetrasi atau pemotongan material yang lebih lunak. Tingkat keausan pada mekanisme ini ditentukan oleh derajat kebebasan ( degree of freedom ) partikel keras atau asperity tersebut.

Sebagai contoh partikel pasir silica akan menghasilkan keausan yang lebih tinggi ketika diikat pada suatu permukaan seperti pada kertas amplas, dibandingkan bila pertikel tersebut berada di dalam sistem slury. Pada kasus pertama, partikel tersebut kemungkinan akan tertarik sepanjang permukaan dan akhirnya mengakibtakan pengoyakan. Sementara pada kasus terakhir, partikel tersebut mungkin hanya berputar ( rolling ) tanpa efek abrasi.

Ada dua kategori keausan ini, yaitu:

a.       Two body abrasion

Keausan ini disebabkan oleh hilangnya material karena proses rubbing (penggarukan) oleh material lain yang lebih keras dibanding material yang lain. Sehingga mateial yang lunak akan terabrasi. Contohnya pada proses permesinan, antara lain cutting, atau turning.

b.      Three body abrasion

Aus yang disebabkan proses galling sehingga serpihan hasil gesekan yang terbentuk (debris) mengeras serta ikut berperan dalam hilangnya material

karena proses gesekan yang terjadi secara berulang-ulang. Jadi pengertian “tiga benda” disini adalah dua material yang saling bergesekan dan sebuah benda serpihan hasil gesekan. Sedangkan pada keausan “dua benda”, debris atau serpihan hasil gesekan tidak ada. Debris berasal dari logam lembaran yang teradhesi pada permukaan alat cetak, kemudian karena proses pembentukan yang terjadi, serpihan ini akan menggaruk permukaan pelat, sehingga terjadilah keausan secara abrasif.

Faktor yang berperan dalam kaitannya dengan ketahanan material terhadap abrasive wear  antara lain:

-       Material hardness

-       Kondisi struktur mikro

-       Ukuran abrasif

-       Bentuk abrasif

 Bentuk kerusakan permukaan akibat abrasive wear, antara lain :

·         Scratching

·         Scoring

·         Gouging

3.      Keausan lelah (Surface Fatigue Wear)

Keausan lelah / fatik pada permukaan pada hakikatnya bisa terjadi baik secara abrasif atau adhesif. Tetapi keausan jenis ini terjadi akibat interaksi permukaan dimana permukaan yang mengalami beban berulang akan mengarah pada pembentukan retak-retak mikro. Retak-retak mikro tersebut pada akhirnya menyatu dan menghasilkan pengelupasan material. Hal ini akan berakibat pada meningkatnya tegangan gesek.

4.      Keausan Oksidasi / Korosif (Tribo Chemical Wear)

Keausan kimiawi merupakan kombinasi antara proses mekanis dan proses termal yang terjadi pada permukaan benda serta lingkungan sekitarnya.

Sebagai contoh, proses oksidasi yang sering terjadi pada sistem kontak luncur (sliding contact) antar logam. Proses ini lama kelamaan akan menyebabkan perambatan retak dan juga terjadi abrasi. Peningkatan suhu dan perubahan sifat mekanis pada asperiti adalah akibat dari keausan kimiawi. Keausan jenis ini akan menyebabkan korosi pada logam.

5.      Keausan Erosi ( Erosion Wear )

Proses erosi disebabkan oleh gas dan cairan yang membawa partikel padatan yang membentur permukaan material. Jika sudut benturannya kecil, keausan yang dihasilkan analog dengan abrasive. Namun, jika sudut benturannya membentuk sudut gaya normal ( 90 derajat ), maka keausan yang terjadi akan mengakibatkan brittle failure pada permukaannya.

Pengurangan Keausan

Untuk mengurangi keausan yang terjadi, ada berbagai konsep yang diterapkan para ahli tribologi selain dengan pemberian cairan pelumas pada permukaan yang bergesekan. Dalam poses pembentukan lembaran logam, galling yang terjadi bisa diminimalisasi dengan perlakuan pada pelat ataupun pada alat pembentuknya. Galling adalah pemberian cairan pelumas pada permukaan pelat. Dry lubricant dengan proses pelapisan tipis pada pelat dengan logam paduan lain dan pelapisan pada alat pembentuk atau tool. Pelapisan ini bisa dengan metode physical vapor deposition (PVD) atau dengan cara chemical vapor deposition (CVD).

Pengaruh keausan, jika keausan terjadi pada :

1.      Bantalan, maka akan menimbulkan getaran dengan amplitude dan frekuensi yang berlainan

2.      Alat-alat ukur, maka akan mengurangi ketelitian

3.      Alat-alat reproduksi, maka akan mengurangi kwalitas dan kapasitas

4.      Silinder motor trak, maka akan menimbulkan penurunan daya dan penambahan pemakaian bahan bakar

Hal-hal yang harus perancang coba untuk menentukan pendekatan-pendekatan spesifik untuk mengurangi keausan yaitu:

1.      Pertahankan agar kontak gaya tetap rendah antara permukaan-permukaan yang bergeser,

2.      Pertahankan suhu rendah pada permukaan-permukaan yang berhubungan,

3.      Gunakan permukaan-permukaan kontak yang keras,

4.      Haluskan permukan-permukaan yang berhubungan,

5.      Pertahankan pelumasan yang terus menerus untuk mengurangi gesekan,

6.      Pertahankan agar kekentalan relatife antara permukaan-permukaan tetap rendah,

7.      Tentukan bahan-bahan yang memiliki sifat keausan yang baik.

@septianws