1. Kelayakan Kontrol Kekerasan yang Tepat untuk Bahan Titanium
(1) Metode Pengendalian dan Presisi
Kontrol pengotor: Kandungan oksigen/besi yang lebih tinggi meningkatkan kekerasan (misalnya, Ti Kelas 1 memiliki ~80–100 HB, sedangkan Ti Kelas 4 dengan pengotor lebih tinggi mencapai 140–160 HB). Dengan mengontrol tingkat pengotor secara tepat selama peleburan, produsen dapat menstabilkan kekerasan dalam toleransi ±5 HB untuk produk kelas industri dan ±3 HB untuk produk medis dengan kemurnian tinggi/kedirgantaraan.
Kerja dingin: Pengerolan atau penarikan dingin meningkatkan kekerasan CP Ti dengan menimbulkan dislokasi (misalnya, Ti Tingkat 2 yang dianil memiliki ~100 HB, sedangkan 50%-Tingkat 2 yang dikerjakan dingin akan meningkat menjadi ~180 HB). Kekerasan dapat disesuaikan-dengan menyesuaikan persentase pengerjaan dingin, dengan presisi kontrol ±8 HB untuk komponen massal.
anil: Ti-6Al-4V yang dianil sepenuhnya memiliki kekerasan 280–320 HB (atau ~28–32 HRC), dengan toleransi ±5 HB untuk batch produksi standar.
Solusi anil dan penuaan: Dengan memvariasikan suhu larutan (800–950 derajat ), waktu penahanan (1–4 jam), dan parameter penuaan (450–550 derajat selama 2–8 jam), kekerasan dapat disesuaikan secara tepat hingga 320–380 HB (32–38 HRC) untuk aplikasi berkekuatan-sedang atau 380–420 HB (38–42 HRC) untuk aplikasi dirgantara berkekuatan-tinggi komponen. Lini produksi tingkat lanjut dapat mencapai toleransi kekerasan ±3 HB untuk komponen penting, sehingga memenuhi persyaratan sertifikasi dirgantara (misalnya, AMS 4928).
(2) Faktor Kunci yang Mempengaruhi Pengendalian Kekerasan
Komposisi kimia: Untuk CP Ti, kandungan oksigen merupakan faktor dominan (setiap peningkatan oksigen sebesar 0,1% akan meningkatkan kekerasan sebesar ~10 HB). Untuk Ti-6Al-4V, kontrol rasio Al/V yang presisi (6% Al, 4% V) memastikan pengerasan yang konsisten selama perlakuan panas.
Keseragaman struktur mikro: Struktur mikro halus, seragam + pipih atau sama sumbu memungkinkan konsistensi kekerasan yang lebih baik; butiran kasar atau distribusi fasa yang tidak merata menyebabkan fluktuasi kekerasan.
Peralatan pemrosesan: Tungku perlakuan panas vakum dengan kontrol suhu yang presisi (±5 derajat) dan sistem pendinginan sangat penting untuk seragam kekerasan di seluruh komponen.
2. Skenario Aplikasi untuk Berbagai Tingkat Kekerasan Bahan Titanium
(1) Tingkat Kekerasan-Rendah (Kurang dari atau sama dengan 150 HB,<15 HRC)
Jenis bahan: CP Ti Tingkat 1/2 (80–120 HB) yang dianil dan dikerjakan dengan suhu dingin ringan-Tingkat 3 (120–150 HB).
Properti utama: Excellent ductility (elongation >20%), ketahanan korosi yang tinggi, dan sifat mampu bentuk dingin yang baik.
Skenario aplikasi:
Industri kimia: Pipa{0}}tahan korosi, tabung penukar panas, dan pelapis tangki penyimpanan (Grade 1/2).
Bidang medis: Instrumen bedah, implan gigi (Grade 2, karena biokompatibilitas dan kekerasan rendah untuk kompatibilitas jaringan), dan kateter fleksibel.
Arsitektur: Pelapis dekoratif dan panel struktural ringan (Grade 2, untuk sifat mampu bentuk dan ketahanan korosi di lingkungan luar ruangan).
(2) Tingkat Kekerasan-Sedang (150–300 HB, 15–30 HRC)
Jenis bahan: CP Ti Kelas 4 yang dikerjakan dengan dingin-(150–180 HB), Ti-6Al-4V yang dianil (280–300 HB), dan paduan titanium alfa lainnya (misalnya, Ti-5Al-2.5Sn, 250–280 HB).
Properti utama: Kekuatan seimbang (kekuatan tarik 400–800 MPa), ketahanan aus sedang, dan ketahanan terhadap korosi.
Skenario aplikasi:
Teknik kelautan: Komponen lambung kapal, pengencang anjungan lepas pantai, dan pompa air laut (Grade 4 Ti dan Ti-6Al-4V anil, untuk ketahanan terhadap korosi dan kekuatan sedang).
Industri otomotif: Komponen sistem pembuangan dan braket ringan (Ti-6Al-4V, untuk ketahanan panas dan pengurangan berat).
Industri umum: Badan katup, komponen bejana tekan, dan pengencang presisi (untuk integritas struktural di bawah beban sedang).
(3) Tingkat Kekerasan-Tinggi (300–420 HB, 30–42 HRC)
Jenis bahan: Solution-annealed and aged (STA) Ti-6Al-4V (320–420 HB), Ti-6Al-4V ELI (300–350 HB untuk penggunaan medis), dan paduan titanium beta (misalnya, Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al, 350–400 HB).
Properti utama: High tensile strength (>900 MPa), ketahanan lelah yang sangat baik, dan peningkatan ketahanan aus (dibandingkan dengan grade anil).
Skenario aplikasi:
Dirgantara: Komponen roda pendaratan pesawat, bilah mesin, dan rangka struktural (STA Ti-6Al-4V, untuk kekuatan dan kekerasan tinggi di bawah beban ekstrem).
Implan medis: Prostesis pinggul/lutut dan perangkat fusi tulang belakang (Ti-6Al-4V ELI, 300–350 HB, menyeimbangkan kekerasan untuk menahan beban dan biokompatibilitas).
Peralatan pertahanan dan olahraga: Pelapis baja,-rangka sepeda berperforma tinggi, dan kepala tongkat golf (paduan titanium beta, untuk kekerasan tinggi dan ketahanan terhadap benturan).
(4) Ultra-Hard Grade (>420 HB, >42 HRC, Penggunaan Terbatas)
Jenis bahan: Special heat-treated or surface-hardened titanium alloys (e.g., nitrided Ti-6Al-4V, surface hardness >55 HRC).
Properti utama: Ketahanan aus permukaan yang luar biasa, namun keuletan (pemanjangan) berkurang drastis<5%) and increased brittleness.
Skenario aplikasi:
Rekayasa presisi: Komponen-yang tahan aus (misalnya dudukan katup, permukaan bantalan) yang memerlukan kekerasan lokal; material inti tetap memiliki-kekerasan rendah untuk ketangguhannya, sementara permukaannya dikeraskan melalui nitridasi atau karburasi.
Perkakas:-Peralatan pemotong dan cetakan skala kecil untuk-pemrosesan logam non-besi (penggunaan terbatas karena kerapuhan).
