1. Pengerjaan Dingin Titanium Murni Komersial
1.1 Kesulitan Pemrosesan
Daktilitas-suhu ruangan rendah dan sensitivitas pengerasan kerja: Pada suhu kamar, CP Ti memiliki struktur kristal HCP dengan sistem slip terbatas (hanya 3 sistem slip independen), yang menghasilkan kemampuan deformasi plastis yang relatif buruk dibandingkan dengan logam face-centered cube (FCC) (misalnya paduan aluminium, baja tahan karat austenitik). Selain itu, CP Ti memiliki tingkat pengerasan kerja yang sangat tinggi-kekuatannya meningkat tajam seiring dengan peningkatan derajat deformasi dingin. Misalnya, setelah pengerolan dingin 20%, kekuatan tarik CP Ti Kelas 2 dapat meningkat dari awal 345–415 MPa menjadi lebih dari 550 MPa, sementara perpanjangannya turun dari 20–25% menjadi kurang dari 8%. Ini berarti bahwa selama pembentukan dingin terus menerus (seperti penarikan dalam, pembengkokan), material rentan terhadap retak jika perlakuan perantara tidak dilakukan.
Ketahanan deformasi yang tinggi: CP Ti mempunyai kekuatan luluh dan tegangan alir yang tinggi pada suhu kamar. Misalnya, kekuatan luluh CP Ti Kelas 2 adalah sekitar 275–345 MPa, yang secara signifikan lebih tinggi dibandingkan kekuatan luluh paduan aluminium 6061-T6 (sekitar 240 MPa) dan mendekati baja karbon rendah (sekitar 250–300 MPa). Beban pembentukan yang lebih tinggi diperlukan selama pemrosesan dingin, yang memerlukan persyaratan yang lebih tinggi untuk kekakuan dan tonase peralatan pembentuk.
Sensitivitas kualitas permukaan: CP Ti memiliki aktivitas kimia yang tinggi pada suhu kamar dan rentan membentuk lapisan oksida (TiO₂) yang keras dan rapuh di permukaan. Selama deformasi dingin (seperti menggambar dan menggulung), lapisan oksida mudah rontok dan menyebabkan permukaan tergores atau menempel pada cetakan, sehingga mempengaruhi permukaan akhir benda kerja. Selain itu, jika permukaan memiliki cacat (seperti retakan mikro), konsentrasi tegangan mudah terjadi selama pemrosesan dingin, yang menyebabkan perluasan cacat dan bahkan patahnya benda kerja.
1.2 Persyaratan Proses Khusus
Perawatan anil menengah: Ketika derajat deformasi dingin melebihi 15–20%, anil pelepas tegangan menengah atau anil rekristalisasi harus dilakukan untuk menghilangkan pengerasan kerja, mengembalikan keuletan material, dan menghindari retak pada pemrosesan selanjutnya. Suhu anil umumnya 600–700 derajat, dan waktu penahanan 0,5–2 jam, dengan pendinginan tungku atau pendingin udara untuk memastikan rekristalisasi material dan menghilangkan tekanan internal.
Teknologi cetakan dan pelumasan: Cetakan harus terbuat dari bahan-kekerasan dan-tahan aus tinggi (seperti karbida disemen atau baja-berkecepatan tinggi dengan lapisan permukaan), dan permukaannya harus dipoles untuk mengurangi gesekan. Pada saat yang sama, pelumas berperforma tinggi (seperti pelumas berbahan dasar molibdenum disulfida atau oli pemrosesan titanium khusus) harus digunakan untuk membentuk lapisan pelumas yang stabil antara cetakan dan benda kerja, mencegah adhesi, dan mengurangi ketahanan terhadap deformasi dan goresan permukaan.
Perlakuan awal permukaan: Sebelum pemrosesan dingin, lapisan oksida permukaan dan kotoran pada blanko titanium harus dihilangkan dengan metode seperti pengawetan (asam campuran dari asam fluorida dan asam nitrat, formula umumnya 2–5% HF + 15–20% HNO₃ + air) atau sandblasting, untuk memastikan kebersihan permukaan dan kerataan blanko, dan menghindari dampak cacat permukaan pada kualitas pemrosesan.
Tingkat deformasi terkontrol dan jumlah deformasi: Laju deformasi dingin harus moderat (umumnya, laju regangan dikontrol pada 0,001–0,1 s⁻¹). Laju deformasi yang terlalu cepat akan menyebabkan material tidak memiliki cukup waktu untuk mengalirkan plastis, sehingga menyebabkan retak; laju yang terlalu lambat akan mengurangi efisiensi produksi. Pada saat yang sama, jumlah deformasi -lintasan tunggal harus dikontrol dengan ketat (misalnya, laju reduksi lintasan tunggal-penggulungan dingin umumnya 5–10%, dan sudut tekukan lintasan tunggal-tidak lebih dari 30 derajat ), dan beberapa lintasan deformasi kecil harus dilakukan dengan anil menengah untuk memastikan keseragaman deformasi.
2. Pengerjaan Panas Titanium Murni Komersial
2.1 Kesulitan Pemrosesan
Kisaran suhu kerja panas yang sempit: Suhu transisi fase CP Ti adalah sekitar 882 derajat (struktur HCP (-fase) diubah menjadi struktur-kubik berpusat badan (BCC) (-fase) di atas suhu ini). Kisaran suhu kerja panas yang optimal umumnya 700–850 derajat (antara suhu kamar dan suhu transisi fase, yaitu di wilayah fase -). Jika suhunya lebih rendah dari 700 derajat, material tersebut masih memiliki ketahanan deformasi yang tinggi dan pengerasan kerja yang jelas; jika suhu melebihi 850 derajat (mendekati suhu transisi fasa), butiran akan tumbuh dengan cepat, mengakibatkan struktur butiran benda kerja menjadi kasar, yang mengurangi sifat mekanik (seperti ketangguhan dan kekuatan lelah). Selain itu, jika suhu melebihi 882 derajat dan memasuki wilayah fase -, butiran akan menjadi sangat kasar, dan bahkan fase intergranular yang rapuh akan terbentuk setelah pendinginan, yang akan menurunkan kinerja material secara signifikan.
Sensitivitas-oksidasi suhu tinggi dan polusi: CP Ti memiliki reaktivitas kimia yang sangat kuat pada suhu tinggi (di atas 400 derajat), dan akan bereaksi dengan oksigen, nitrogen, hidrogen, dan gas lain di udara membentuk lapisan permukaan yang rapuh:
Oksidasi: Membentuk kerak TiO₂ yang berpori dan rapuh, sehingga menurunkan kualitas permukaan dan sifat mekanik benda kerja;
Nitridasi: Membentuk fase keras dan rapuh TiN, yang membuat material menjadi rapuh dan rentan retak selama pemrosesan;
Penyerapan hidrogen: Membentuk fase rapuh TiH, menyebabkan penggetasan hidrogen pada material dan mengurangi ketangguhannya.
Konduktivitas termal rendah dan distribusi suhu tidak merata: Konduktivitas termal CP Ti hanya sekitar 1/5 dari baja dan 1/3 dari paduan aluminium. Selama pemrosesan panas, perpindahan panas di dalam material menjadi lambat, sehingga mudah menyebabkan distribusi suhu yang tidak merata antara permukaan dan inti benda kerja, sehingga mengakibatkan deformasi dan tegangan internal yang tidak merata, bahkan retak atau deformasi pada benda kerja.
2.2 Persyaratan Proses Khusus
Kontrol suhu yang tepat: Suhu pemanasan harus dikontrol secara ketat dalam kisaran 700–850 derajat, dan penyimpangan suhu tidak boleh melebihi ±10 derajat. Peralatan pemanas harus menggunakan tungku listrik atau tungku vakum yang dikontrol secara presisi, bukan menggunakan api terbuka (untuk menghindari pemanasan berlebih atau pemanasan tidak merata). Selama pemrosesan, suhu benda kerja harus dipantau secara real time (menggunakan pengukuran suhu inframerah atau termokopel). Jika suhu turun di bawah 700 derajat , benda kerja harus dikembalikan ke tungku untuk dipanaskan ulang guna menghindari pemrosesan di zona suhu rendah-dengan ketahanan deformasi yang tinggi.
Suasana pelindung atau lapisan permukaan: Untuk mencegah-oksidasi suhu tinggi dan polusi gas, tindakan perlindungan berikut dapat dilakukan:
Pemanasan vakum: Memanaskan benda kerja dalam lingkungan vakum (derajat vakum lebih besar dari atau sama dengan 10⁻³ Pa) untuk mengisolasi udara sepenuhnya dan menghindari reaksi gas;
Perlindungan gas inert: Mengisi tungku pemanas dengan-argon atau nitrogen dengan kemurnian tinggi (nitrogen hanya cocok untuk pemanasan-suhu rendah di bawah 600 derajat untuk menghindari nitridasi) untuk membentuk atmosfer pelindung;
Lapisan anti-oksidasi permukaan: Melapisi permukaan benda kerja dengan lapisan anti-oksidasi khusus (seperti lapisan-berbasis kaca atau lapisan-berbasis boron) sebelum dipanaskan, yang dapat membentuk lapisan pelindung padat pada suhu tinggi untuk mengisolasi oksigen dan nitrogen.
Parameter proses pengerjaan panas yang wajar: Laju deformasi panas harus dikontrol pada 0,1–10 s⁻¹ (fase -CP Ti memiliki plastisitas yang lebih baik pada kisaran laju regangan ini). Jumlah deformasi sekali jalan harus ditingkatkan secara tepat (umumnya 30–50%) untuk memanfaatkan sepenuhnya plastisitas tinggi material pada suhu tinggi dan menghindari beberapa deformasi kecil yang menyebabkan butiran menjadi kasar. Setelah pemrosesan panas, benda kerja harus didinginkan tepat waktu (pendinginan udara atau pendinginan air, bergantung pada kualitas dan ketebalan material) untuk menekan pertumbuhan butiran dan memastikan struktur-butir halus.
Perlakuan panas-pasca pemrosesan: Setelah pengerjaan panas, benda kerja perlu dilakukan anil pelepas tegangan atau anil rekristalisasi untuk menghilangkan tegangan internal dan menghaluskan butiran. Suhu anil adalah 600–700 derajat, dan waktu penahanan ditentukan berdasarkan ketebalan benda kerja (umumnya 1–3 jam). Untuk benda kerja dengan persyaratan kinerja tinggi, anil ganda (pemanasan pertama hingga 750 derajat untuk penahanan, kemudian pendinginan hingga 600 derajat untuk penahanan, dan terakhir pendinginan udara) dapat diterapkan untuk lebih mengoptimalkan struktur dan properti.
