Faktor-faktor yang Menyebabkan Logam Failure (patah)

fakta di lapangan menunjukkan bahwa semua logam akan mengalami failure/patah meskipun bentuk patahannya berbeda-beda. Pada dasarnya ada tiga jenis patahan yang terjadi pada logam, yaitu patahan fatigue (ulet), patahan getas, dan patahan clevage. Patahan fatigue atau ulet ditandai dengan adanya deformasi plastis yang terjadi pada logam tersebut, dan logam tersebut membutuhkan energi yang cukup besar untuk menginisiasi patahan, sedangkan jika dilihat dari pola patahannya maka patahan jenis fatigue ini berserabut. Patahan getas berbanding terbalik dengan patahan fatigue, patahan getas tidak mengalami deformasi plastis melainkan deformasi yang terjadi hanyalah deformasi elastis saja hingga logam tersebut patah, maka energi yang dibutuhkan untuk patah getas ini cenderung lebih kecil, jika dilihat dari pola patahannya maka pola patahan getas ini cenderung terlihat terang (kristal). Patahan clevage terjadi pada material getas yang memiliki struktur kristal BCC, peristiwa cleavage berawal pada batas butir (grain boundary). Adapun faktor-faktor yang mempengaruhi failure adalah parameter material, proses pengerjaan, dan lingkungan.

• parameter material

1. ukuran butir

batas butir pada struktur mikro material akan mempengaruhi ketahanan lelah suatu material sampai terjadinya failure. ukuran butir yang halus akan cenderung memiliki umur lelah yang lebih baik, karena ukuran butir yang halus cenderung memiliki sifat yang ulet. Tetapi struktur yang halus juga memiliki kelemahan yaitu apabila diberi notch atau tekikan pada permukaan maka akan mempercepat proses perambatan retak sehingga material jadi lebih mudah mengalamai failure. struktur yang kasar memiliki kelebihan lebih tahan terhadap creep atau mulur.

    2.  kekuatan logam

secara sederhana kekuatan logam berbanding lurus dengan umur lelahnya dengan catatan tidak ada diskontinyuitas yang menurunkan kekuatan logam.

    3.  Penguatan dengan larutan padat

proses peningkatan kekuatan suatu material dengan memanfaatkan larutan padat akan meningkatkan kekuatan material jika menggunakan proses interstisi karena dengan demikian yang terjadi hanya stress aging bukan residual stress yang menyebabkan konsentrasi tegangan.

  4.   struktur mikro

struktur mikro suatu logam akan berkaitan erat dengan sifat mekanik logam itu sendiri, jika struktur yang dihasilkan perlite maka material akan menjadi ulet tetapi jika yang dihasilkan martensite maka material akan menjadi getas.

• Parameter proses pengerjaan

1. proses pengecoran: proses pengecoran pada saat proses pemanasan dan pendinginan akan sangat mempengaruhi umur lelah suatu material. Apabila proses pemanasan terlalu tinggi butiran yang terbentuk terlalu kasar sehingga maaterial akan getas dan mudah patah. jika pendinginan tidak sempurna maka akan banyak diskontinyuitas yang terbentuk, retak, atau tidak homogennya unsur paduan, sehingga menyebabkan tegangan yang terkonsentrasi pada diskontinyuitas tersebut.
2. proses pembentukkan: umumnya proses pembentukkan yang marak dilakukan di industri adalah proses rolling, dimana proses rolling ini bertujuan untuk mereduksi ukuran dari logam dengan memberikan beban sehingga deformasi plastis terjadi. hanya saja proses roll ini meninggalkan tegangan sisa dipermukaan, selain itu menyebabkan permukaan terlipat dan tidak terdeformasi sempurna sehingga permukaan tidak bisa homogen dalam mendistribusikan tegangan eksternal, semakin tebal bagian yang terdeformasi maka semakin banyak diskontinyuitas yang terbentuk.
3. Proses pengelasan: proses pengelasan memiliki potensi cacat material yang tinggi, yang disebabkan oleh overheating, quenching, dsb. jika dianalisis struktur mikronya, maka logam induk akan memiliki sruktur mikro yang berbeda dengan wilayah HAZ karena HAZ merupakan daerah yang menerima efek pemanasan akibat las, sehingga HAZ akan lebih getas dibandingkan dengan logam induknya. selain itu cacat las yang biasanya mengakibatkan adanya crack adalah inklusi, yaitu tidak larutnya unsur kimia sehingga akan menyebabkan adanya konsentrasi tegangan. oleh karena itu dalam proses las dibutuhkan post weld heat untuk mereduksi diskontinyuitas akibat proses las.
4. proses perlakuan panas: proses perlakuan panas dibutuhkan untuk menaikkan kekuatan dari suatu logam, dengan memanaskan logam lalu diquench. proses quenching(didinginkan cepat) ini menyebabkan proses difusi tidak sempurna sehingga tegangan akan terkonsentrasi dan menginisiasi crack. contohnya pada proses hardening dengan tujuan membentuk martensit tetapi menyebabkan logam menjadi getas dan mudah failure sehingga perlu disempurnakan dengan tempering dengan tujuan membentuk bainit agar material lebih ulet tetapi memiliki kekerasan yang cukup baik.

• faktor lingkungan

1. Temperatur: temperatur yang tinggi akan menyebabkan logam semakin mudah terdeformasi plastis sehingga jika logam ulet berada dalam lingkungan temperatur tinggi maka logam menjadi semakin mudah failure.
2. lingkungan korosif: peristiwa korosi akan menyebabkan peristiwa failure semakin cepat terjadi.