Prinsip: Titanium cair dituangkan ke dalam cetakan prefabrikasi dan dipadatkan untuk membentuk komponen yang bentuknya hampir-bersih-, biasanya menggunakan pengecoran investasi (pengecoran-lilin yang hilang) untuk geometri yang kompleks.
Struktur Internal
Titanium tuang (termasuk titanium murni komersial dan paduannya seperti GR.5) memiliki struktur mikro terarah yang kasar yang didominasi oleh butiran berbentuk kolom atau sama sumbu, dengan tingkat segregasi elemen paduan yang tinggi (misalnya, Al dan V dalam GR.5) pada batas butiran. Struktur as-cetakan sering kali mengandung cacat pengecoran seperti porositas penyusutan, pori-pori gas (H₂, N₂), dan inklusi non-logam (TiO₂). Untuk paduan + seperti GR.5, struktur mikro as{10}}cetakan utamanya adalah + pipih (struktur Widmanstätten), tanpa penghalusan butiran atau pengembangan tekstur yang signifikan.
Kepadatan
Kepadatan teoritis titanium adalah 4,51 g/cm³, tetapi titanium cor memiliki akepadatan relatif 95–98%karena porositas yang melekat dan cacat penyusutan. Rongga penyusutan yang parah atau pori-pori yang besar dapat mengurangi kepadatan hingga di bawah 95%, yang menyebabkan konsentrasi tegangan dan penurunan kinerja.
Sifat Mekanik
Kekuatan dan Daktilitas: Titanium tuang memiliki kekuatan tarik-suhu ruangan yang rendah (misalnya, karena-cetakan GR.5 memiliki kekuatan tarik 700–750 MPa, ~15% lebih rendah dibandingkan GR.5 tempa anil) dan keuletan yang buruk (perpanjangan 5–8%, kurang dari setengah nilai tempa) karena butiran kasar dan segregasi. Kekuatan lelehnya juga rendah (600–650 MPa) dengan anisotropi signifikan yang disebabkan oleh solidifikasi terarah.
Ketangguhan dan Kelelahan: Ketangguhan retak dari GR.5 cetakan hanya 30–40 MPa·m¹/² (vs. 60 MPa·m¹/² untuk bahan tempa), dan kekuatan lelah (10⁷ siklus) adalah 200–250 MPa (pengurangan sebesar 37–50% dari kualitas hasil tempa), karena cacat berperan sebagai lokasi permulaan keretakan.
Performa-Suhu Tinggi: Struktur pipih memberikan ketahanan mulur sedang pada 300–400 derajat , namun kekuatan suhu tinggi secara keseluruhan-lebih rendah dibandingkan titanium tempa karena densifikasinya yang rendah.
Prinsip: Billet titanium mengalami deformasi plastis-suhu tinggi (di bawah -transus untuk + paduan) melalui penempaan palu atau tekan, memecah butiran cor kasar dan membentuk struktur mikro yang terdeformasi.
Struktur Internal
Titanium palsu memilikihalus, cacat + struktur mikrodengan aliran butiran terarah (tekstur berserat) sepanjang arah penempaan. Struktur as-yang ditempa menghilangkan cacat pengecoran (porositas, segregasi) dan memecah butiran lamelar kasar menjadi butiran sama sumbu atau bimodal + (tergantung pada suhu penempaan dan laju pendinginan). Untuk GR.5, anil setelah penempaan menghasilkan struktur equiaxed + yang seragam dengan ukuran butir 5–10 μm (vs. 50–100 μm untuk material sebagai{10}}cor).
Kepadatan
Penempaan menghilangkan pori-pori internal dan memadatkan material, sehingga menghasilkan akepadatan relatif lebih besar dari atau sama dengan 99,5%, mendekati kepadatan teoritis titanium. Densifikasi memastikan tidak ada rongga internal yang dapat menyebabkan konsentrasi tegangan.
Sifat Mekanik
Kekuatan dan Daktilitas: GR.5 yang ditempa dan dianil memiliki kekuatan tarik 860–900 MPa, kekuatan luluh 800 MPa, dan perpanjangan 10–15%, mewakili kombinasi seimbang antara kekuatan dan keuletan tinggi. Aliran butiran terarah menyebabkan anisotropi sedang (kekuatan sepanjang arah penempaan 5–10% lebih tinggi daripada arah melintang).
Ketangguhan dan Kelelahan: Ketangguhan patah mencapai 55–65 MPa·m¹/², dan kekuatan lelah siklus 10⁷-adalah 350–400 MPa, jauh lebih tinggi dibandingkan titanium tuang, karena penghalusan butiran dan penghapusan cacat.
Performa-Suhu Tinggi: Struktur mikro bimodal GR.5 yang ditempa memberikan ketahanan mulur yang sangat baik pada 300–400 derajat (regangan mulur<0.1% at 200 MPa for 1000 h), outperforming cast and rolled grades.
Prinsip: Titanium ingot atau billet diproses melalui pengerolan panas/dingin untuk menghasilkan lembaran, pelat, atau strip, dengan deformasi plastis yang terjadi sepanjang arah penggulungan untuk membentuk struktur mikro bertekstur rata.
Struktur Internal
Titanium canai panas-memilikistruktur mikro + equiaxed yang direkristalisasidengan butiran memanjang sepanjang arah penggulungan (membentuk tekstur penggulungan). Titanium canai dingin-(sebelum anil) memiliki struktur yang mengalami deformasi dan diperkeras-dengan kepadatan dislokasi yang tinggi; anil setelah pengerolan dingin memurnikan butiran hingga 3–5 μm (lebih halus dari titanium palsu). Untuk lembaran GR.5, struktur gulungan memiliki tekstur dasar yang kuat, sehingga menghasilkan anisotropi yang signifikan dalam kemampuan mampu bentuk dan sifat mekanik.
Kepadatan
Rolling mencapai kepadatan penuh dengan akepadatan relatif lebih besar dari atau sama dengan 99,8%, karena deformasi tekan terus menerus menghilangkan porositas sisa dan memastikan pengemasan material yang seragam. Pengerolan dingin semakin meningkatkan kepadatan dengan mengurangi kesenjangan antar butir.
Sifat Mekanik
Kekuatan dan Daktilitas: Annealed hot-rolled GR.5 sheets have a tensile strength of 850–880 MPa, yield strength of 780–800 MPa, and elongation of 12–18% (higher ductility than forged titanium due to finer grains). Cold-rolled (unannealed) GR.5 has ultra-high strength (tensile strength >1000 MPa) namun daktilitas (elongasi) rendah<5%) due to work hardening.
Ketangguhan dan Kelelahan: Ketangguhan patah dari GR.5 yang digulung adalah 50–60 MPa·m¹/² (sedikit lebih rendah dari kualitas yang ditempa karena tekstur-yang diinduksi anisotropi), sedangkan kekuatan lelahnya adalah 380–420 MPa (lebih tinggi dari bahan yang ditempa karena ukuran butir yang lebih halus dan permukaan akhir yang halus).
Sifat mampu bentuk: Lembaran yang digulung memiliki sifat mampu bentuk dingin yang sangat baik (misal: lentur, injakan) sepanjang arah penggulungan, namun sifat mampu bentuk buruk pada arah melintang karena teksturnya yang kuat, sehingga membatasi penggunaannya dalam komponen berbentuk-yang rumit.
Prinsip: Serbuk titanium (diproduksi melalui atomisasi gas atau metode hidrida-dehidrida (HDH)) dipadatkan dan disinter pada suhu tinggi untuk membentuk komponen yang sangat padat, sehingga memungkinkan manufaktur bentuk dekat-jaring-dan kontrol struktur mikro.
Struktur Internal
PM titanium memilikistruktur mikro yang seragam dan berbutir halus(ukuran butir 2–5 μm) tanpa tekstur atau segregasi terarah, karena partikel bubuk terkristalisasi sepenuhnya selama sintering. Untuk PM GR.5, struktur mikronya adalah matriks + homogen dengan partikel fase -halus yang terdistribusi secara merata. Namun, pori-pori sisa (kurang dari atau sama dengan 1% fraksi volume) dan inklusi oksida kecil (dari oksidasi permukaan bubuk) mungkin tetap berada pada batas butir.
Kepadatan
Kepadatan titanium PM tergantung pada parameter sintering: titanium PM sinter vakum memiliki akepadatan relatif 98–99,5%, sementara pengepresan isostatik panas (HIP) pasca-pengolahan dapat meningkatkan kepadatan hingga lebih dari atau sama dengan 99,8%, menyamai tingkat titanium tempa. Bubuk HDH (bentuk tidak beraturan) menghasilkan kepadatan lebih rendah dibandingkan bubuk gas-bubuk yang diatomisasi (bentuk bola) karena efisiensi pengepakan yang buruk.
Sifat Mekanik
Kekuatan dan Daktilitas: PM GR.5 yang disinter memiliki kekuatan tarik 800–850 MPa, kekuatan luluh 750–780 MPa, dan perpanjangan 8–12% (sedikit lebih rendah dari kualitas tempa karena porositas sisa). HIP-PM GR.5 yang diberi perlakuan mencapai kekuatan tarik 850–900 MPa dan perpanjangan 10–15%, sebanding dengan titanium tempa.
Ketangguhan dan Kelelahan: Ketangguhan patah PM GR.5 adalah 45–55 MPa·m¹/² (lebih rendah dari material tempa karena adanya inklusi oksida), dan kekuatan lelah adalah 300–350 MPa (ditingkatkan menjadi 380–400 MPa dengan HIP). Struktur-butir halus memberikan ketahanan aus yang sangat baik pada titanium PM, melebihi kualitas tempa.
Biaya dan Kustomisasi: PM memungkinkan produksi komponen kompleks dengan limbah material minimal, namun oksidasi bubuk dan porositas membatasi penggunaannya dalam-aplikasi ruang angkasa dengan tingkat kelelahan tinggi, sehingga cocok untuk komponen industri dan medis (misalnya, implan ortopedi) dengan persyaratan kinerja sedang.
