Komposisi Bahan Rel

Komposisi Bahan

Rel dipilih dan disusun dari beberapa komposisi bahan kimia sedemikian sehingga dapat tahan terhadap keausan akibat gesekan akibat roda dan korositas.  Dalam klasifikasi UIC dikenal 3 macam rel tahan aus (wear resistance rails – WR), yaitu rel WR-A, WR-B dan WR-C.  Komposisi/kadar kimia bahan karbon (C) dan Mn diberikan dalam Tabel 1.  Rel yang digunakan di Indonesia (PJKA) saat ini merupakan rel WR-A, dimana termasuk jenis baja dengan kadar yang tinggi (high steel carbon), sedangkan WR-B dan WR-C merupakan baja dengan kadar C yang sedang dan rendah.  Percobaan di laboratorium (Masutomo et al. 1982) menunjukkan bahwa rel dengan kadar karbon yang tinggi lebih tahan aus daripada baja berkadar karbon sedang. 

Tabel 1.  Kadar C dan Mn pada rel WR dan PJKA

Ketahanan aus rel WR-A hingga mencapai 2 – 4 kali lebih baik daripada rel biasa.  Keausan rel maksimum yang diijinkan oleh PD 10 tahun 1986 diukur dalam 2 arah yaitu pada sumbu vertikal (a) dan pada arah 45° dari sumbu vertikal (e).  Gambar 1 menunjukkan ukuran-ukuran keausan rel menurut PD 10 tahun 1986.  Nilai-nilai maksimum tersebut ditentukan berdasarkan:

e_maksimum   =  0,54 h – 4

a_maksimum   =  dibatasi oleh kedudukan kasut roda dan pelat sambungan.  Nilai maksimum keausan rel vertikal tercapai pada saat yang bersamaan dengan keausan maksimum pada roda dan sayap kasut roda (flens) tidak sampai menumbuk pelat sambung.

Gambar 1.  Nilai maksimum keausan rel menurut PD 10 tahun 1986

Jenis Rel dengan Komposisi Bahan Khusus

Pada lintas yang berat (beban lalu lintas tinggi), kerusakan rel sering terjadi yang disebabkan oleh gesekan dan benturan roda kendaraan pada rel, selain juga dapat diakibatkan oleh pengaruh korositas lingkungan.  Kerusakan ini terjadi pada keseluruhan bagian rel yang lemah. 

Untuk mengatasi permasalahan di atas, maka dipilih rel dengan penambahan komposisi khusus pada bagian-bagian rel tertentu sesuai dengan kerusakan dominan yang terjadi.  Pada kerusakan rel yang terjadi pada ujung rel atau sambungan dapat diakibatkan oleh mutu rel rendah, kondisi pemasangan sambungan dan geometrik rel yang sudah buruk, dan kondisi roda kendaraan (kereta).  Untuk itu digunakan rel dengan pengerasan di ujung rel atau dikenal sebagai end-hardened rails .  Perbandingan komposisi kimia dan bentuk rel dengan pengerasan pada ujung dan rel standar dijelaskan dalam Gambar 2 dan Gambar 3.

Gambar 2.  Perbandingan komposisi kimia rel pengerasan di ujung dan rel standar

Gambar 3.  Bentuk struktur makro rel dengan pengerasan di ujung

Besarnya tegangan kontak gesekan roda dengan rel dapat menyebabkan kerusakan kepala rel dengan sangat cepat baik karena keausan maupun kelelahan (fatigue).  Kondisi ini sering terjadi terutamanya pada jalan rel dengan radius kecil.  Untuk mengatasi tegangan kontak di atas maka dapat digunakan rel dengan pengerasan di kepala (head hardened rails).  Keuntungan penggunaan rel ini adalah peningkatan umur manfaat rel hingga mencapai 2 kali lipat dan harga lebih rendah dari nilai peningkatannya.  Kepala rel dengan kedalaman hingga mencapai 10 mm mempunyai kekuatan minimal 13.000 kg/cm2 dan bagian badan berkekuatan 9000 kg/cm2.  Penggunaannya di Indonesia dapat dilihat pada geometrik jalur angkutan batubara Kereta Api Babaranjang di Sumatera Selatan.