analisa kegagalan pada inboard wheel hub pesawat b737...
Post on 03-Feb-2018
225 Views
Preview:
TRANSCRIPT
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-6 1
Analisa Kegagalan Pada Inboard Wheel Hub #4
Pesawat B737-800 PK-GEN
Di PT. GMF AEROASIA - Cengkareng
Edith Setia Ginanjar, Rochman Rochiem
Jurusan Teknik Material & Metalurgi, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia
e-mail: sekjur_tmaterial@its.ac.id
Abstrak— Tujuan penelitian ini adalah untuk
menganalisa penyebab terjadinya kegagalan pada inboard
Wheel Hub #4 pesawat B737-800 PK-GEN. Dari hasil
pengujian XRF diketahui material komponen ini adalah
Aluminium 2014. Untuk melakukan penelitian ini,
dilakukan analisis kegagalan dalam aspek metalurgi
berupa uji makro, mikro, kekerasan vickers, SEM-EDX,
XRD, dan permodelan dengan nastran. Dari hasil
penelitian ini diperoleh data nilai kekerasan pada daerah
yang mengalami patahan sebesar 84,4 HV dan daerah yang
jauh dari patahan sebesar 72.9 HV. Analisa struktur mikro
dan makro pada aluminium seri 2014 ini dan analisa
karakterisasi material dari XRD dan SEM-EDX
menunjukkan penyebaran unsur yang terdapat pada
permukaan patahan dan daerah yang jauh dari patahan.
Dari hasil permodelan diketahui penyebaran tegangan yang
tersebar dalam komponen ini sehingga mengakibatkan
kegagalan.
Kata Kunci— Main wheel, Inboard hub, Aluminium
2014, Fraktografi
I. PENDAHULUAN
ADA tanggal 22 mei 2012, Pesawat terbang Boeing
737-800 PK-GEN milik maskapai Garuda Indonesia
diharuskan RTA (Return To Apron) dikarenakan
brake nomor 4 jammed. Hal ini dikarenakan inboard hub
pada main wheel nomor 4 dengan part number 2612311-
1 pecah menjadi tiga bagian sehingga menyebabkan
brake unit P/N 26123121 jummed. Inboard hub ini dibuat
pada tahun 2004, masuk GMF untuk pertama kali tire
change adalah pada tanggal 13 Juni 2009. pada tire
change terakhir, tanggal 20 April 2012 tidak terdapat
task NDT. Sesuai ref CMM (Component Maintenance
Manual) 32-40-14 rev/date : 9/30 Juni 2011 page 504,
pelaksanaan NDT pada area inboard hub dilakukan saat
overhaul. Overhaul hub assy dilaksanakan setiap 2 tahun
atau telah mencapai 1800 cycle. Sampai saat mengalami
kegagalan main wheel nomor 4 ini telah bekerja
sebanyak 58 cycle sejak pergantian tire terakhir, 868
cycle sejak overhaul terakhir, dan 6185 cycle sejak baru.
B737-800 didesain dengan tricycle type landing gear,
yaitu dengan memiliki dua main landing gear dan satu
nose landing gear. Terdapat masing-masing dua roda dan
ban pada setiap main landing gear dan nose landing
gear-nya. Dalam kerjanya, main landing gear menerima
beban yang besar pada saat pesawat landing dan taxing.
Main wheel pada B737-800 terbagi menjadi dua bagian
yaitu bagian inner dan outer yang dihubungkan oleh tie
bolts (Aircraft Maintenance Manual B737-
600/700/800/900, ATA 54-32-00, 2012).
Diketahui jenis material ini adalah aluminium 2014,
setelah dilakukan penelitian sebelumnya dilaboratorium
PT.GMF AeroAsia menggunakan pengujian XRF
Flourescene seperti pada tabel 1.1 dengan match quantity
10.0 Tabel 1
Komposisi kimia inboard wheel hub (Al 2014)
Paduan aluminium seri 2xxx dengan paduan
utamanya Cu sangat cocok untuk bagian atau struktur
yang membutuhkan kekuatan yang tinggi.
Untuk pemeriksaan selanjutnya, pengerjaan dilakukan
pada laboratorium. Mengamati pola patahan makro dan
mikro menggunakan stereo microscope dan SEM.
Pengujian karakterisasi material menggunakan SEM-
EDX dan XRD digunakan untuk mengetahui unsur dan
senyawa apa saja yang terbentuk pada komponen ini
sehingga mengalami kegagalan. Pengujian kekerasan
vickers digunakan untuk mendapatkan data kekerasan
pada komponen dan dibandingkan dengan data kekerasan
minimal yang tercantum pada CMM (Component
Maintenance Manual). Pengujian permodelan
menggunakan software nastran untuk mendapatkan data
distribusi tegangan yang terjadi pada inboard main wheel
hub .
P
Unsur Komposisi (%)
Cu 4.07
Mn 0.79
Si 0.61
Mg 0.19
Fe 0.12
Ti 0.03
Ni 0.01
Al Balance
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-6 2
II. METODE PENELITIAN
A. Pengambilan dan Preparasi Spesimen
Dilakukan proses cutting pada bagian ujung pecahan
inboard main wheel yang diindikasi terdapat initial
crack. Kemudian dijadikan spesimen untuk karakterisasi
material menggunakan pengujian Fraktografi, XRD dan
SEM-EDX, sedangkan bagian yang letaknya jauh dari
crack digunakan untuk pengujian XRD dan SEM-EDX
untuk membandingkan hasil yang di dapat dengan
spesimen yang terdapat initial crack.
Proses sectioning dilakukan untuk mendapatkan
ukuran spesimen yang lebih proporsional lagi untuk
pengujian fraktografi. Hal ini berdasarkan pada standar
ukuran spesimen untuk pengujian dengan mesin XRD,
Stereo Microscope, dan mesin Scanning Electron
Microscopy.
B. Pengujian fraktografi
Pengamatan fraktografi dilakukan untuk mengetahui
profil permukaan retak secara makro dan mikro pada
spesimen yang mengalami crack. Pengamatan secara
makro menggunakan kamera digital dan
stereomicroscopy. Sedangkan pengamatan secara mikro
menggunakan Mesin SEM, ini untuk mempermudah
analisa proses terjadinya kegagalan pada komponen.
C. Pengujian SEM-EDX
Identifikasi komposisi kimia dilakukan untuk
mengetahui komposisi kimia pada komponen dan
membandingkan spesimen yang mengalami patahan dan
spesimen yang jauh dari patahan.
D. Pengujian Kekerasan Vickers
Pengujian kekerasan vickers digunakan untuk
mengetahui nilai kekerasan spesimen yang mengalami
patah dan spesimen yang letaknya jauh dari patahan
kemudian dibandingkan dengan nilai kekerasan minimal
komponen inboard main wheel yang tertera pada CMM
(Component Maintenance Manual).
E. Pengujian XRD
Pengujian XRD dilakukan untuk melihat struktur
kristal dan fase-fase yang terbentuk. Tujuan pengujian
struktur kristal adalah untuk mengetahui perubahan fase
struktur bahan dan mengetahui fase-fase apa saja yang
terbentuk selama proses pembuatan sampel uji.
Pengujian ini dilakukan pada spesimen yang mengalami
patahan dibandingkan dengan spesimen yang letaknya
jauh dari patahan.
F. Pengujian Permodelan
Pengujian permodelan dengan software Nastran
didapat hasil pembebanan yang disimulasikan pada
komponen dikondisikan sama dengan data aterial yang
diperoleh. Hasil analisa dari MSC Nastran ini adalah
berupa distribusi tegangan yang terjadi pada komponen
dengan persebarannya ditunjukkan dengan indikator
warna.
III. HASIL & DISKUSI
A. Pengujian Fraktografi
Dari pengamatan secara makro menggunakan
kamera SLR pada daerah komponen main wheel yang
mengalami kerusakan terlihat pada gambar 1, didapat
gambar patahan yang terlihat pada gambar 2. Terlihat
kegagalan pada inboard hub ini terjadi pada daerah
diameter dalam tempat bearing menjalar hingga ke
diameter luar inboard hub. Arah rambatan retak terlihat
dari tanda panah yang berwarna merah dan kuning yang
menunjukkan bahwa arah rambatan tegak lurus dengan
pembebanan pada komponen ini.
Pada bagian (a) adalah daerah initiation crack,
daerah ini terletak pada permukaan diameter dalam dari
main wheel hub, ini adalah tempat bearing yang
berfungsi sebagai penahan beban yang diberikan oleh
pesawat. Dengan permukaan yang terilat terang dan halus
bila dibandingkan dengan daerah b yang merupakan
daerah rambatan dari retak, terdapat beachmarks dan
striasi yang terlihat dengan bantuan stereomicroscope
Gambar 1
Skema daerah main wheel B737-800 yang mengalami kegagalan
(ATSB Transport Safety Report, 2010)
Gambar 2
Pembagian daerah retak awal (a), penjalaran retak (b), dan daerah
patah akhir (c) pada material yang mengalami kegagalan
Gambar 3
Perbesaran pada daerah initial crack (a) diambil dengan
stereomicroscope perbesaran 20x
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-6 3
\
Pada gambar 2 (b) adalah daerah rambatan retak
(crack propagation) pada main wheel hub yang
mengalami kegagalan. Permukaan yang berwarna lebih
gelap dan 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 4.5 adalah pola patahan gabungan (mix-mode
appearence) diduga terjadi dari patah getas
bertransformasi menjadi patah ulet, hal ini terlihat dari
posisi beachmarks daerah ini terletak pada sebelah kiri
dari initial crack setelah pola dari patah getas.
Pada gambar 2 (c) adalah daerah patah akhir (final
crack) pada main wheel hub yang mengalami kegagalan.
Permukaan yang kasar dengan butir-butir yang kasar
(coarse grains) tidak adanya beachmarks yang terlihat
pada hasil pengamatan secara makro menggunakan
stereomicroscope. Daerah c tidak memiliki ciri tersebut
bahkan pada rambatan patah akhir tidak terlihat adanya
striasi, hal ini mengindikasi bahwa rambatan ini adalah
rambatan akhir saat komponen tidak lagi bisa menerima
beban yang diberikan dengan luasan penampang yang
tersisa sehingga terjadi kegagalan pada komponen ini.
Gambar 4
Hasil SEM pada material main wheel hub dalam berbagai macam
perbesaran (a) Perbesaran 27x pada sampel yang mengalami kegagalan (b) Perbesaran 500x pada daerah rambatan initial crack
(c) Perbesaran 1000x pada daerah awal initial crack
Gambar 5
Perbesaran pada daerah crack propagation (b) diambil dengan
stereomicroscope perbesaran 20x
Gambar 6
Hasil SEM pada material main wheel hub dalam berbagai macam
perbesaran (a) Perbesaran 27x pada sampel yang mengalami
kegagalan, (b) perbesaran 250x pada daerah patah getas, (c)
Perbesaran 1000x pada daerah patah getas
c
Gambar 7
Perbesaran pada daerah patah akhir (c) dengan stereomicroscope
dengan perbesaran 20x
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-6 4
B. Pengujian SEM-EDX
Pengujian SEM-EDX dilakukan untuk mengetahui
komposisi kimia penyusunnya, sehingga diketahui unsur
apa yang menyebabkan material itu retak dan sampai
patah. Sampel yang digunakan untuk pengujian SEM-
EDX adalah spesimen yang jauh dari retakan dan
spesimen yang berada pada daerah retakan.
Jika dilihat dari hasil uji EDX pada tabel 1, maka
terlihat bahwa unsur paduan utama Al, Cu, dan Si yang
merata pada seluruh permukaan yang terletak jauh dari
patahan. Adanya unsur O yang terbentuk adalah hasil
dari fenomena pasivasi yang terjadi pada aluminium.
Lapisan ini sangat mudah terbentuk ketika aluminium
kontak langsung dengan udara.
Bila dibandingkan dengan daerah yang mengalami
retakan tidak ada unsur yang berbeda dari hasil EDX.
Terlihat pada tabel 2, tabel ini menunjukkan komposisi
unsur paduan yang dominan pada spesimen yang
mengalami kegagalan yaitu Al, Cu, O, Si, Mg, Mn, Fe,
Ti dan Ni. Kesembilan unsur tersebut yang memiliki
kandungan paling banyak adalah Al, dimana aluminium
ini sebagai paduan utama. Sedangkan unsur lain yang
paling dominan ialah Cu dan O setelah itu Si dan Mg
dilanjutkan dengan Mn dan Fe kemudian Ti dan Ni.
Hasil identifikasi unsur ini dilakukan pada permukaan
spesimen yang terletak jauh dari patahan.
Hasil SEM-EDX didapat dari spesimen yang
terletak jauh dari retakan dan daerah retakan tidak ada
perbedaan, tetapi pada setiap spesimen di dapat unsur Cu
yang terbaca oleh EDX hal ini diindikasi dari senyawa
dari CuAl2 yang terbentuk pada komponen ini.
Komponen ini telah mengalami proses forging (CMM
ATA 32-40-14) dan mengalami perlakuan solution
treatment serta aging. Pada proses ini unsur Cu tidak
terlihat, dan ini tersebar pada spesimen dengan ukuran
submikroskopik. Bila ukuran presipitat bertambah besar
dan terlihat dimikroskop, maka spesimen telah
mengalami overaged sehingga kekuatannya menurun.
C. Pengujian Kekerassan 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 diperlihatkan pada gambar 9, pengujian ini
menggunakan ASTM E92-82, Indentasi dilakukan pada
daerah yang mengalami kegagalan dengan jumlah
indentasi 5 titik dan beban yang sebesar 15-kgf. Pada
table 3 diperlihatkan nilai kekerasan yang di dapat pada
daerah yang mengalami kegagalan dan daerah yang jauh
dari kegagalan, serta grafik distribusi kekerasan dari
diameter dalam hingga diameter luar inboard hub terlihat
pada gambar 10
Tabel 2
Nilai komposisi unsur spesimen pada daerah yang mengalami kegagalan
Gambar 8
Hasil SEM pada material main wheel hub dalam berbagai macam
perbesaran (a) Perbesaran 27x pada sampel yang mengalami
kegagalan, (b) perbesaran 100x pada rambatan patah akhir, (c)
Perbesaran 100x pada daerah patah akhir
Gambar 9
(a) Posisi indentasi pada material daerah patahan (b) Posisi
indentasi pada material daerah jauh dari patahan
Tabel 1
Hasil maping tiap unsur EDX dengan perbesaran 50x pada daerah
yang terletak jauh dari retakan, dimana:
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-6 5
Gambar 13
Arah tumpuan dan pembebanan pada inboard main wheel hub. (a)
Arah tumpuan, (b) Arah pembebanan
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 distribusi
yang didapat pada pengujian pada daerah kegagalan ini
didapat nilai rata-rata kekerasan sebesar 84.4 HV,
sedangkan pada daerah yang jauh dari kegagalan didapat
nilai rata-rata kekerasan sebesar 72.9 HV. 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.
D. Pengujian XRD
Hasil pengujian XRD dilakukan pada spesimen
yang berada pada daerah retakan dan pada spesimen yang
berada jauh dari retakan. Pengujian ini dilakukan untuk
mengetahui perubahan fasa yang terbentuk dari kedua
spesimen. Dari hasil pengujian sampel didapat grafik
pada gambar 11
Dari dua grafik yang didapat hasil keduanya tidak
ada perbedaan dari 2θ pada peak yang terbentuk pada
tiap grafiknya, hasilnya bersesuaian dengan JCPDF
nomor 03-0932 dan 03-1079 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.
E. Pengujian Permodelan
Pembebanan berasal dari tekanan pada daerah
bearing sebesar 79.010 kg/mm2 sehingga diperoleh
distribusi beban pada seluruh daerah analisis pada
inboard main wheel hub terlihat pada gambar 13
Tahap pra permodelan merupakan tahapan
pembuatan geometri model dan pembagian elemen pada
permukaan model. Gambar 12 menunjukkan hasil
pembagian elemen atau meshing.
Tahap analisis model dimulai dengan menetukan
kondisi batas berupa tumpuan dan beban. Pemberian
tumpuan mengikuti Hukum Newton I, yaitu resultan
gaya – gaya yang bekerja pada sumbu x, y, dan z adalah
nol. Sehingga tumpuan yang diberikan harus dapat
menahan model di ketiga arah tersebut. Tumpuan yang
diberikan pada komponen ini terletak pada bagian bawah
dimana bagian ini adalah bagian dari inboard wheel dan
bagian diameter luar dari inboard wheel hub yang
menjadi tempat untuk brake system hal ini terlihat pada
gambar 13.
Dari hasil pembebanan yang di berikan, didapat
hasil analisa MSC Nastran adalah berupa distribusi
tegangan yang terjadi pada komponen dengan
Gambar 11
Hasil pengujian XRD pada komponen main wheel yang berada
pada daerah patahan dan yang berada jauh dari patahan
Tabel 2
Nilai kekerasan komponen main wheel
Gambar 10
Grafik distribusi kekerasan pada daerah main wheel yang
mengalami patahan dan yang berada jauh dari patahan
Gambar 12
Hasil meshing inboard main wheel hub
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-6 6
persebarannya ditunjukkan dengan indikator warna yang
terlihat pada gambar 14. Dari hasil tersebut didapat
tegangan terendah sebesar 4,14 x 103
kg/mm2 pada
daerah yang ditunjukkan pada node 282006 dan yang
terbesar adalah 2,57x105 kg/mm
2 ditunjukkan pada node
236539. Deformasi yang terbesar pada komponen ini
terletak pada node 246157 sebesar 1,93x101 mm.
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 diperoleh dari pengujian fraktografi,
terlihat inisiasi retakan berada pada ujung diameter
dalam inboard wheel hub yang menjalar hingga ke arah
diameter luar.
IV. 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.
DAFTAR PUSTAKA
[1] ______. 2002. ASM Handbook Vol.9 Metallographic and
Microstructure. Material Park. Ohio. USA. ASM International.
[2] ______. 2002. ASM Handbook Vol.12 Fractography. Material Park. Ohio. USA. ASM International.
[3] ______. 2002. ASM Handbook Vol.19 Fatigue and Fracture.
Material Park. Ohio. USA. ASM International. [4] ______. 2002. ASTM E140-02 Standard Hardness Conversion
Tables for Metals Relationship Among Brinell Hardness, Vickers
Hardness, Rockwell Hardness, Superficial Hardness, Knoop Hardness, and Scleroscope Hardness. USA. ASTM International.
[5] ______. 2002. ASTM E92-82 Standard Test Method for Vickers
Hardness of Metallic Materials. USA. ASTM International. [6] ______. 2008. B737-600/700/800/900 Aircraft Maintenance
Manual (AMM). Seattle WA : Boeing Commercial Airplane
Group. ATA 54-32-00 [7] ______. 2010. Main Landing Gear Failure – Melbourne
Aerodrome 20 October 2009. Australia : Australian Transport
Safety Bureau. [8] Allegrucci, L, Amura, M, Bagnoli, F, Bernabei, M. 2008. Fatigue
of a Aircraft Canopy Lever Reverse. Rome. Italy.
[9] Amura, M, Allegruci, L, De Paolis, F, Bernabei, M. 2012. Fatigue of an AMX Aircrft Main Wheel. Rome. Italy.
[10] Astori, Paolo. 2009. Lecture Notes. Milan : Politecnico Di
Milano-Dipartimento Di Ingegneria Aerospaziale Numerical Models For Aircraft System.
[11] Avner, Sidney H. 1974. Introduction To Physical Metallurgy.
Singapore : McGraw-Hill Book Co. [12] Bradburry E. J. 1991. Dasar Metalurgi Untuk Rekayasawan.
Indonesia : PT Gramedia Pustaka Utama.
[13] Callister, William. 2007. Material Science and Engineering An Introduction. New York : John Wiley & Sons, Inc.
[14] Colangelo, V.J. 1989. Analysis of Metallurgical Failures Second
Edition. Singapore : John Wiley & Sons, Inc. [15] Courtney, Thomas H. 1990. Mechanical Behavior Of Materials.
Singapore : McGraw-Hill Book Co.
[16] Dieter, George E. 1987. Metalurgi Mekanik. Jakarta : Erlangga. [17] Gedde, U. W. 1995. Polymer in Chemical Sensors and Arrays.
Germany : University of Regensburg.
[18] Jamsari. 2005. Failure Analysis Of Wheel Hub Made From Al 2014-T61. UGM
[19] Kroschwitz, J. 1990. Polymer Characterization and Analysis.
Canada : John Wiley and Sons Inc. [20] Nishida, Shin-ichi.1992. Failure Analysis in Engineering
Apllication. Jordan Hill. Oxford. Butterworth-Heinemann Ltd.
[21] R. Brooks, Charlie and Choudhury, Ashok. 2002. Failure Analysis of Engineering Materials. New York : McGraw-Hill.
[22] Smallman, R. E. and Bishop R.J. 1999. Metalurgi Fisik Modern
dan rekayasa Material. Indonesia : Erlangga.
Gambar 14
Distribusi tegangan yang terjadi pada komponen inboard wheel
hub
top related