Titanium grade 5 (TI-6AL-4V) secara signifikan lebih mahal daripada banyak logam lainnya, termasuk beberapa baja dan bahkan titanium bermutu rendah, karena kombinasi faktor yang terkait dengan komposisi, proses produksinya, dan persyaratan kinerja:
Komposisi paduan: Tidak seperti titanium murni secara komersial (misalnya, kelas 2), kelas 5 adalah paduan yang mengandung ~ 6% aluminium dan ~ 4% vanadium yang merupakan elemen yang mahal. Aluminium menambah kekuatan dan stabilitas, sementara vanadium menstabilkan mikrostruktur fase, memungkinkan perlakuan panas untuk meningkatkan sifat. Sumber dan penyempurnaan elemen paduan dengan kemurnian tinggi ini meningkatkan biaya bahan baku.
Proses produksi yang kompleks: Titanium, secara umum, menantang untuk mengekstrak dan memproses, dan kelas 5 memperkuat kesulitan ini:
Ekstraksi: Titanium tidak ditemukan dalam bentuk murni di alam; Itu harus diekstraksi dari bijih seperti rutil atau ilmenit melalui proses Kroll yang intensif energi, yang melibatkan beberapa langkah (klorinasi, pengurangan dengan magnesium) dan membutuhkan suhu tinggi. Proses ini lambat dan berat sumber daya.
Paduan dan pemrosesan: Memadukan titanium dengan aluminium dan vanadium untuk mencapai rasio kimia yang tepat menuntut kontrol kualitas yang ketat untuk menghindari kotoran, yang dapat menurunkan sifat mekanik.
Perlakuan panas: Kelas 5 sering mengalami perlakuan panas (misalnya, solusi anil dan penuaan) untuk memaksimalkan kekuatan, menambahkan langkah pemrosesan tambahan dan biaya energi.
Kemampuan mesin yang buruk: Kelas 5 sangat sulit dan tangguh, membuatnya sulit untuk mesin, bor, atau bentuk. Ini memiliki konduktivitas termal yang rendah, menyebabkan panas menumpuk dalam alat pemotong, yang mengarah ke keausan yang cepat. Diperlukan alat khusus, pendingin, dan kecepatan pemesinan yang lebih lambat, meningkatkan biaya tenaga kerja dan waktu.
Rantai pasokan terbatas: Dibandingkan dengan baja atau aluminium, rantai pasokan titanium lebih kecil, dengan lebih sedikit produsen dan kilang. Kapasitas terbatas ini, dikombinasikan dengan permintaan tinggi dari industri kedirgantaraan, medis, dan kinerja tinggi, menaikkan harga.
Premi kinerja: Grade 5 menawarkan kombinasi unik dari rasio kekuatan-terhadap-berat tinggi, resistensi korosi, dan sifat biokompatibilitas yang penting untuk ruang angkasa (misalnya, komponen pesawat), implan medis, dan teknik kelas atas. Aplikasi khusus membenarkan harga premium.
Jawabannya tergantung pada jenis baja yang dibandingkan, karena "baja" mencakup beragam paduan yang luas dengan berbagai sifat. Berikut rincian terperinci:
Rasio kekuatan-ke-berat: Titanium grade 5 jauh lebih unggul. Ini memiliki kekuatan tarik ~ 895-965 MPa dalam keadaan anil (dan hingga ~ 1.100 MPa saat diobati dengan panas) sementara beratnya hanya ~ 4,43 g/cm³. Sebaliknya, bahkan baja berkekuatan tinggi (misalnya, baja A36 memiliki kekuatan tarik ~ 400 MPa; baja paduan kekuatan tinggi seperti 4340 dapat mencapai ~ 1.600 MPa) jauh lebih padat (~ 7,8 g/cm³). Ini berarti titanium grade 5 memberikan kekuatan yang sebanding atau lebih tinggi pada sekitar 55% berat baja, membuatnya ideal untuk aplikasi kritis berat seperti kedirgantaraan.
Kekuatan tarik absolut: Beberapa baja berkinerja tinggi (mis. Baja, baja, baja pahat) dapat melebihi titanium grade 5 dalam kekuatan mentah. Misalnya, memoning baja 300 memiliki kekuatan tarik ~ 2.000 MPa, secara signifikan lebih tinggi dari maksimum kelas 5 ~ 1.100 MPa. Namun, baja ini jauh lebih berat dan seringkali tidak memiliki resistensi korosi titanium.
Kekuatan luluh: Titanium grade 5 memiliki kekuatan luluh ~ 825-895 MPa (anil) atau ~ 1.000 MPa (yang dipanaskan), yang melampaui banyak baja biasa (misalnya, baja ringan memiliki kekuatan luluh ~ 250 MPa). Hanya baja berkekuatan tinggi khusus (misalnya, baja paduan 4340, ~ 1.500 Kekuatan Hasil MPa) mengungguli di sini.
Kekuatan kelelahan: Titanium grade 5 menunjukkan resistensi kelelahan yang sangat baik, penting untuk komponen di bawah stres berulang (misalnya, suku cadang pesawat). Sementara beberapa baja cocok dengan ini, mereka sering membutuhkan pelapis untuk menahan korosi, menambah berat dan biaya.
Singkatnya: Titanium grade 5 tidak secara universal "lebih kuat dari baja," tetapi rasio kekuatan terhadap berat dan resistensi korosi membuatnya lebih efektif dalam aplikasi di mana berat dan daya tahan sangat penting. Untuk kekuatan murni dalam kegunaan tugas berat, tidak peka terhadap berat, baja tertentu tetap lebih unggul.
Titanium grade 5 lebih tahan gores daripada banyak logam (misalnya, aluminium, tembaga) tetapi tidak tahan gores seperti bahan yang lebih keras seperti baja yang dikeraskan, keramik, atau karbida tungsten. Inilah mengapa:
Kekerasan: Titanium grade 5 memiliki kekerasan ~ 30-35 jam (Rockwell C) dalam keadaan anil, meningkat menjadi ~ 38-40 HRC saat diobati dengan panas. Ini secara signifikan lebih sulit daripada titanium murni secara komersial (misalnya, grade 2, ~ 15-20 HRC) tetapi lebih lembut daripada baja karbon tinggi yang dikeraskan (misalnya, ~ 50-60 HRC) atau keramik (misalnya, alumina, ~ 1.000–1.500 HV pada skala Vickers).
Mekanisme goresan: Goresan terjadi ketika bahan yang lebih keras menembus yang lebih lembut. Titanium grade 5 dapat menahan goresan dari bahan dengan kekerasan yang lebih rendah (misalnya, kayu, plastik, logam lunak) tetapi akan menggaruk saat bersentuhan dengan zat yang lebih keras:
Kunci, koin, atau pasir (yang berisi kuarsa, ~ 7 hv-harder dari ~ 300–350 hv) dapat meninggalkan tanda yang terlihat.
Alat atau komponen yang terbuat dari baja yang keras, karbida, atau berlian akan dengan mudah menggaruknya.
Lapisan oksida: Seperti semua paduan titanium, grade 5 membentuk lapisan oksida yang tipis dan pelindung (TiO₂) di permukaannya, yang lebih sulit daripada logam dasar (~ 600-800 HV). Lapisan ini memberikan beberapa resistensi goresan tambahan dan dapat segi-hati jika rusak (titanium yang terpapar bereaksi dengan oksigen untuk membentuk kembali oksida). Namun, goresan dalam yang menembus lapisan ini akan mengungkapkan logam dasar yang lebih lembut, yang lebih rentan terhadap kerusakan lebih lanjut.
Kinerja praktis: Dalam penggunaan sehari-hari (misalnya, perhiasan, watch case, barang konsumen), titanium kelas 5 akan menunjukkan lebih sedikit goresan daripada logam yang lebih lembut tetapi tidak "tahan goresan." Seiring waktu, ini dapat mengembangkan patina goresan halus, yang oleh beberapa pengguna dianggap menyenangkan secara estetika, tetapi goresan dalam dari penanganan kasar atau kontak dengan benda keras tidak dapat dihindari.
Singkatnya: Titanium kelas 5 menawarkan resistensi goresan sedang untuk aplikasi umum tetapi tidak tahan terhadap goresan, terutama dari bahan yang lebih keras.
