METALLURGICAL ASSESMENT OF A BROKEN GEARBOX INTERMEDIATE SHAFT OF A RECIPROCATING COMPRESSOR

Makalah ini menyajikan hasil pengujian dan analisis metalurgi pada patahan gearbox poros menengah dari sebuah kompresor torak hidrogen. Gearbox poros menengah tersebut memiliki gigi di bagian ujungnya dan dibuat dari baja permesinan dengan spesifikasi AISI 4340. Gearbox poros menengah ini dilaporkan sering mengalami kerusakan sejak kompresor dipasang dan dioperasikan sekitar tiga puluh tahun lalu. Di awal-awal pengoperasiannya ketika poros menengah tersebut masih dipasok sebagai komponen orisinil, poros tersebut dilaporkan mengalami kerusakan sekitar tiga tahunan operasi, tetapi belakangan setelah poros tersebut dibuat oleh pabrikan lokal, umur pakainya turun secara signifikan rata-rata kurang dari satu tahun atau bahkan hanya beberapa bulan saja. Untuk melakukan pengujian dan analisis metalurgi, sejumlah benda uji dipersiapkan baik dari poros yang patah maupun dari poros yang tidak patah untuk pengujian laboratorium meliputi uji makroskopik, analisa kimia, uji tarik, uji metalografi, uji kekerasan dan analisis menggunakan SEM (scanning electron microscopy) yang dilengkapi dengan EDS (energy dispersive spectroscopy). Hasil pengujian dan analisis metalurgi yang diperoleh menunjukkan bahwa gearbox poros menengah telah mengalami patah lelah yang disebabkan oleh tegangan nominal yang tinggi akibat kombinasi tegangan geser, tegangan lentur dan tegangan torsi. Patah lelah diawali dari bagian akar gigi poros menengah tersebut yang merupakan daerah dengan pemusatan tegangan yang tinggi dan merambat dalam dua arah, salah satunya pada arah berlawanan dengan arah jarum jam secara melintang dan radial sekitar 45° terhadap sumbu poros, dan lainnya merambat secara radial dengan membentuk pola retak/patahan seperti “pusaran kolam” sebelum terjadi pertumbuhan yang cepat pada saat patah akhir yang membentuk patahan seperti mangkuk dan kerucut. Tegangan nominal yang tinggi yang dialami oleh poros menengah selama operasi kemungkinan disebabkan oleh kekuatan material poros yang rendah. Hasil analisa kimia yang diperoleh memperlihatkan bahwa material poros menengah tersebut adalah hampir mendekati dan sesuai dengan spesifikasi material menurut AISI 4340. Akan tetapi, dari hasil uji mekanis yang diperoleh sangat jelas menunjukkan bahwa material yang digunakan tidak sesuai dengan spesifikasi AISI 4340 dalam kondisi diberi perlakuan panas normalisasi. Rendahnya sifat mekanis dari poros menengah tersebut dibandingkan dengan material standar sangat dipengaruhi oleh struktur mikronya yang terdiri dari campuran bainit atau martensit temper, perlit dan ferit. Adanya struktur perlit dan terutama ferit dalam struktur mikro material poros menengah tersebut dapat menurunkan sifat mekanis secara signifikan dan ini kemungkinan dapat dikaitkan dengan ketidak sesuaian dalam proses manufaktur dan/atau proses laku panas yang diberikan pada poros tersebut. Disamping itu, percepatan patah lelah yang terjadi pada poros menengah tersebut sepertinya tidak ditunjang/dibantu oleh proses korosi.