Pendekatan Analisis untuk Bagian Logam yang Gagal

I. Pengumpulan Informasi Awal: Klarifikasi Latar Belakang Kegagalan (Hindari Analisis Buta)

1. Informasi Bagian Dasar
   • Nama bagian, aplikasi (misalnya, poros, roda gigi, bejana tekan), gambar desain struktural (fokus pada area konsentrasi tegangan seperti fillet dan lubang);
   • Tingkat material (misalnya, baja 45, baja tahan karat 304, paduan titanium TC4) dan parameter kinerja asli (kekerasan, kekuatan tarik, ketahanan korosi, dll.).
2. Proses Manufaktur dan Pemrosesan
   • Proses pembentukan (pengecoran, penempaan, pengelasan, pencetakan 3D), proses perlakuan panas (pendinginan dan temper, penuaan solusi), perlakuan permukaan (pelapisan krom, karburasi);
   • Apakah ada cacat selama pemrosesan (misalnya, pori-pori las, retakan tempa, deformasi perlakuan panas).
3. Kondisi Layanan dan Pengoperasian
   • Beban kerja (beban statis/dinamis/dampak, besaran dan arah beban);
   • Parameter lingkungan (suhu: suhu ruangan/tinggi/rendah; media: udara, air, minyak, larutan asam-basa, debu; adanya getaran atau siklus kelelahan);
   • Status pengoperasian sebelum kegagalan (misalnya, apakah terjadi kebisingan abnormal, kebocoran, atau penurunan presisi; apakah kegagalan terjadi secara tiba-tiba atau bertahap).
4. Catatan Pemeliharaan Historis
   • Apakah bagian tersebut telah mengalami perbaikan atau penggantian; apakah kegagalan serupa terjadi sebelumnya; apakah ada pengoperasian yang tidak tepat selama pemeliharaan (misalnya, penggunaan kelebihan beban, pelumasan yang tidak memadai).

II. Analisis Makroskopik: Awalnya Tentukan Mode Kegagalan (Persempit Ruang Lingkup dengan Cepat)

1. Lokalisasi Lokasi Kegagalan
   • Apakah kegagalan terjadi di "area sensitif tegangan" (misalnya, bahu poros, alur pasak, akar ulir), "area lemah proses" (misalnya, sambungan las, riser pengecoran), atau "area cacat material" (misalnya, inklusi, porositas);
   • Contoh: Jika poros patah di fillet bahu poros, kemungkinan terkait dengan konsentrasi tegangan; jika pipa bocor di lasan, kualitas pengelasan harus diprioritaskan untuk inspeksi.
2. Pengamatan Karakteristik Penampilan
   • Kegagalan Fraktur: Amati warna fraktur (kehadiran warna oksida untuk menentukan apakah fraktur terjadi pada suhu tinggi), kerataan (datar = fraktur getas, kasar = fraktur ulet), dan adanya garis radial (fitur khas dari fraktur kelelahan, dengan titik awal garis radial menjadi sumber retakan);
   • Kegagalan Korosi: Identifikasi jenis korosi (pitting: lubang kecil lokal; korosi seragam: penipisan keseluruhan; korosi intergranular: retak di sepanjang batas butir; korosi tegangan: disertai dengan retakan dan jejak korosi);
   • Kegagalan Keausan: Amati apakah permukaan yang aus memiliki goresan abrasif (keausan abrasif), tanda adhesi (keausan adhesif, misalnya "penyitaan" permukaan logam), atau pengelupasan kelelahan (kelelahan kontak, misalnya, pengelupasan permukaan gigi roda gigi);
   • Kegagalan Deformasi: Ukur dimensi kunci dari bagian tersebut (misalnya, diameter poros, kerataan pelat) untuk menentukan apakah melebihi toleransi (misalnya, "deformasi termal" pada suhu tinggi, "deformasi plastik" di bawah kelebihan beban).
3. Verifikasi Sifat Mekanik Makroskopik
   • Ambil sampel "area yang tidak gagal" dari bagian yang gagal untuk menguji kekerasan, kekuatan tarik, kekuatan luluh, dll., dan bandingkan dengan persyaratan desain untuk menentukan apakah kegagalan disebabkan oleh sifat material yang tidak memenuhi standar (misalnya, kekerasan yang tidak mencukupi setelah perlakuan panas).

III. Analisis Mikroskopik: Temukan Secara Mendalam Esensi Kegagalan (Tautan Inti)

Contoh: Penilaian Mikroskopis Kegagalan Fraktur

• Jika SEM mengamati sejumlah besar "dimples" (fitur seperti lubang) pada fraktur, itu menunjukkan fraktur ulet, yang mungkin disebabkan oleh kelebihan beban (beban melebihi kekuatan luluh material);
• Jika fraktur memiliki "bidang belahan" (bidang kristal kecil yang rata) atau "fraktur intergranular" (retakan yang menyebar di sepanjang batas butir), itu menunjukkan fraktur getas, yang mungkin disebabkan oleh suhu rendah, inklusi material, atau korosi intergranular;
• Jika fraktur memiliki "garis kelelahan" (garis sejajar), itu menunjukkan fraktur kelelahan, yang mungkin disebabkan oleh beban bergantian berulang (misalnya, getaran rotasi poros) atau sumber retakan permukaan (misalnya, goresan pemesinan).

IV. Penentuan Mekanisme Kegagalan: Hubungkan Fenomena dan Esensi

1. Mekanisme Kegagalan Mekanik
   • Fraktur kelebihan beban: Beban melebihi kekuatan ultimat material, dengan dimples pada fraktur;
   • Fraktur kelelahan: Beban bergantian berulang, dengan garis kelelahan + sumber retakan pada fraktur;
   • Deformasi plastik: Beban melebihi batas luluh material, atau pelunakan material pada suhu tinggi;
   • Keausan: Kehilangan material karena gesekan kontak permukaan (keausan abrasif, keausan adhesif, keausan kelelahan kontak).
2. Mekanisme Kegagalan Kimia
   • Korosi: Reaksi kimia antara logam dan media lingkungan (misalnya, baja karbon berkarat di lingkungan lembab, pitting baja tahan karat di lingkungan Cl⁻);
   • Oksidasi: Reaksi antara logam dan oksigen pada suhu tinggi (misalnya, baja membentuk skala oksida di atas 800℃, yang menyebabkan pengurangan akurasi dimensi).
3. Mekanisme Kegagalan Termal
   • Pelunakan termal: Suhu tinggi menyebabkan penurunan kekuatan/kekerasan material, yang menyebabkan deformasi atau fraktur;
   • Kelelahan termal: Siklus pemanasan-pendinginan berulang menyebabkan siklus tegangan termal dan pembentukan retakan (misalnya, pipa boiler, blok mesin).

V. Penelusuran Akar Penyebab: Selidiki Tautan yang Bertanggung Jawab dalam Siklus Hidup Penuh

1. Tautan Desain
   • Cacat: Desain konsentrasi tegangan (misalnya, radius fillet yang terlalu kecil), faktor keamanan yang tidak mencukupi (kesalahan perhitungan beban), pemilihan material yang tidak tepat (misalnya, menggunakan baja karbon biasa alih-alih baja tahan karat di lingkungan korosif);
   • Contoh: Pipa kimia menggunakan baja Q235 (tidak tahan asam) untuk mengangkut asam klorida mengakibatkan kebocoran korosi, dengan akar penyebabnya adalah "pemilihan material yang salah".
2. Tautan Material
   • Cacat: Komposisi material yang tidak memenuhi standar (misalnya, kandungan elemen paduan yang tidak mencukupi), inklusi internal (misalnya, inklusi sulfida dalam baja), cacat metalurgi (misalnya, porositas pengecoran, retakan tempa);
   • Contoh: Roda gigi yang terbuat dari baja 20CrMnTi patah di akar gigi karena kandungan sulfur yang berlebihan selama peleburan, yang menyebabkan inklusi.
3. Tautan Manufaktur
   • Cacat: Proses perlakuan panas yang salah (misalnya, kekerasan yang tidak mencukupi karena suhu pendinginan yang rendah), proses pengelasan yang tidak tepat (misalnya, penetrasi yang tidak lengkap, pori-pori), cacat pemrosesan permukaan (misalnya, goresan putar yang mengarah ke sumber retakan kelelahan);
   • Contoh: Bagian poros retak dengan sendirinya selama penyimpanan karena tegangan internal yang berlebihan yang disebabkan oleh tidak melakukan temper tepat waktu setelah pendinginan.
4. Tautan Penggunaan
   • Cacat: Pengoperasian kelebihan beban (misalnya, kelebihan beban derek), pengoperasian di luar batas suhu/tekanan (misalnya, tekanan boiler melebihi nilai desain), lingkungan abnormal (misalnya, tidak ada pencegahan karat di lingkungan lembab);
   • Contoh: Poros motor mengalami fraktur kelelahan karena beban bergantian yang berlebihan yang disebabkan oleh getaran peralatan yang berlebihan.
5. Tautan Pemeliharaan
   • Cacat: Pelumasan yang tidak mencukupi (mempercepat keausan bantalan), kegagalan untuk membersihkan media korosif tepat waktu (misalnya, kerak yang tidak terangkat pada dinding bagian dalam pipa, mengintensifkan korosi), perbaikan yang tidak tepat (misalnya, memperkenalkan retakan baru selama perbaikan pengelasan).

VI. Usulkan Solusi Perbaikan: Hindari Kekambuhan Kegagalan