Mengenal Titanium Dari Paduan, Sifat, Perlakuan, dan Penggunaan

  

TITANIUM PADUAN

Titanium mempunyai massa jenis 4,50 Mg/meter kubik. Massa jenis titanium sangat dipengaruhi oleh penambahan unsur paduan, kadar alumunium yang tinggi dapat mengurangi massa jenis titanium paduan. Titanium murni memiliki kemampuan mempassivasi dalam larutan. Oleh sebab itu titanium ini memiliki ketahanan yang luar biasa terhadap cairan korosi (lingkungan lembab). Sifat ketahanan korosi titanium murni ini menjadikan sifat titanium paduan juga baik ketahanan korosinya, walaupun tidak sebaik titanium murni. Titanium tahan terhadap oksidasi hingga mencapai temperature 593 derajat celcius, akan tetapi melupakan logam yang reaktif yang dapat menangkap dan melarutkan secara interstitial elemen-elemen oksigen, nitrogen, dan hodrogen.

Temperatur cair titanium sangat tinggi yaitu 1668 derajat celcius, akan tetapi tranformasi allotropic dari hexagonal close-packed (HCP) atau phasa alpa terjadi pada temperature rendah dan menjadi body centered cubic (BCC) atau phasa beta sekitar temperature 882 derajat celcius. Temperatur transformasi merupakan fungsi dari kandungan unsur paduan yang sangat kuat dipengaruhi oleh elemen-elemen interstitial oksigen, nitrogen dan juga karbon. Beberapa elemen mempromosikan temperature transformasi yang lebih tinggi (alpha stabilizer) dan beberapa elemen lagi mempromosikan temperature transformasi yang lebih rendah (BETA STABILIZER). Titanium paduan dibagi dalam tiga kelas yaitu:

1. Alpha ; dia memiliki susunan kristal close-packed hexagonal memiliki temperatur rendah hingga 882 derajat celcius dan bisa distabilkan dengan menggunakan aluminium.

     2. Beta; dia memiliki susunan kristal body centre cubic kemudian dia stabil diatas 882 derajat celcius dan bisa distabilkan oleh chromium, molibdenum, vanadium, mangan, dan besi.

     3. Paduan Beta

Dan kemudian dikembangkan lagi menjadi near-alpha alloy. Lalu sampailah titanium menjadi suatu penandaan komposisi dan modifikasi struktur melalui proses mekanik panas (thermal mechanical procession). Terjadinya modifikasi bilamana perlakuan panas diaplikasikan terhadap titanium paduan, karena memungkinkan terjadinya penambahan phasa. Transformasi phasa beta dapat menjadi phasa alpha martensit dibawah pendinginan. Ditambahkan bahwa phasa-phasa sekunder dapat mengendap (presipitation) atau terbentuk dengan sengaja menambahkan unsur-unsur paduan. Phasa-phasa seperti omega, alpha two (Ti-Al), interface phase dan gamma (TiAl) memainkan peranan yang penting dalam sifat titanium paduan. Kenyataan bahwa bentuk alpha two dan gamm merupakan basis potensila untuk sistim paduan baru (new alloy systems).

Heat Treatment Titanium dan Titanium Paduan:

Tujuan perlakuan panas (heat treatment) pada titanium paduan adalah:

•         Untuk mereduksi tegangan sisa yang berkembang selama operasi-operasi fabrikasi       dengan proses stress relieving.
•         Untuk mendapatkan kombinasi sifat optimal ductility, machinability, dimensional       dan stabilitas  structural dengan proses annealing.
•         Untuk meningkatkan kekuatan (strength) dengan proses solution treating dan aging.
•      Mengoptimalkan sifat-sifat khusus seperti : Fracture toughness, fatigue strength dan  high temperature creep strength. 

     Penanganan Pada Paduan Titanium

Bila tijinjau dari aspek harga, titanium paduan harganya 100 sampai 200 kali harga baja karbon, sedangkan baja tahan karat (stainless steel) harganya sekitar 10 kali dari harga baja karbon. Akan tetapi titanium sangat sedikit masalah dalam perbaikannya.   Ada tiga tipe proses heatreatment pada Titanium Alloys

     1) Stress relieving

     2) Annealing

     3) Solution treating and aging

     Berikut 3 hal yang harus diperhatikan dalam memproses titanium yakni:

      a)    Stress Relieve setelah cold-forming atau straightening

            Straightening pada titanium paduan dapat menurutkan yiels strength karena terjadinya fenomena metallurgi yang dapat menyebabkan high residual stress. Oleh sebab itu harus dilakukan stress relieving untuk menghilangkan pengaruh ini dan memperbaiki sifat dasar titanium. Stress relieving ini tidak diperlukan untuk titanium murni. Stress relieving Paduan titanium dapat dihilangkan tegangannya tanpa mempengaruhi kekuatan atau keuletan secara merugikan. Proses penempaan berlangsung pada suhu 595 hingga 705°C (1100 hingga 1300°F) selama jangka waktu satu hingga dua jam, diikuti dengan pendinginan udara. Aktifitas mengurangi tegangan sisa yang tidak diinginkan yang mungkin terjadi selama proses penempaan. 

      b)   Annealing 

       Annealing, yang biasanya diterapkan pada forging bar stock, bukanlah proses anneal penuh, dan mungkin meninggalkan bekas pengerjaan dingin atau hangat pada beberapa produk. Annealing dupleks dan tripleks digunakan untuk meningkatkan ketahanan mulur dan ketangguhan patah. 

      c)    Solution treating and aging

           Solution treating and aging, proses ini terdiri dari pemanasan hingga suhu tertentu untuk paduan, pendinginan pada laju yang terkendali baik dalam minyak, udara atau air, dan penuaan. Penuaan terdiri dari pemanasan ulang hingga suhu antara 425 dan 650°C (800 hingga 1200°F) selama kurang lebih dua jam. Proses ini mengembangkan kekuatan yang lebih tinggi dibandingkan yang dapat dicapai oleh proses lainnya.

           1. Penggunaan Titanium

Titanium (Ti) digunakan dalam banyak variasi baik structural maupun non structural di pesawat terbang. Unmumnya titanium digunakan untuk alsan:

·         Ketahanan korosi yang baik sekali

·         Ringan (weightsaving)

·         Stabil pada temperature tinggi

·         Kekuatan dan ketangguhan yang tinggi (toughness) sedangkan ruang yang tersedia terbatas

·         Compatibility dengan material yang lainnya.

Titanium paduan sangat tahan korosi dan tidak akan berlubang dengan proses korosi. Rata-rata titanium paduan memiliki mass jenis 40% dari baja, karena itu lebih ringan dari baja. Titanium ini dapat menggantikan alumunium bila:

·         Jika dibutuhkan kestabilan temperature yang tinggi

·         Jika menggunakan alumunium membutuhkan komponen yang sangat besar, sedangkan untuk titanium tidak.

·         Jika menggunakan alumunium akan mudah terjadi korosi galvanic (bila kontak dnegan material lain), sedangkan dengan titanium tidak.

·         Bila dioperasikan dengan temperature yang lebih tinggi dari 150 derajat celcius dalam waktu yang lama, karena logam ini tidak mengalami deformasi yang berlebih karena creep serta kekuatannya juga tidak mengalami penurunan yang bebrarti.

      2. Pemakaian Titanium

Aspek pemilihan titanium paduan untuk komponen pesawat sangat bervariasi sekali yang didasari atas: kebutuhan sifat dengan meperhatikan biaya fabrikasi dan berat komponen. Alasan pemilihan menggunakan titanium paduan di industry pesawat terbang adalah:

·         Titanium murni (commercially pure=CP)

Titanium jenis ini paling rendah kekuatannya, biasanya digunakan untuk scuff plate dan pneumatic ducts. Titanium murni ini juga banyak digunakan untuk fitting dan clips pada area-area yang potensi korosinya sangat tinggi seperti dekat galley atau lavatory.

·         Ti-3Al-2,5V

Titanium ini biasanya digunakan untuk high pressure hydraulic tubing, yang sebelumnya digunakan stainless steel tubing (karena stainless steel relative lebih berat)

·         Ti6Al-4V

Titanium jenis ini paling banyak digunakan karena titanium paduan ini heat treatable. Titanium ini banyak digunakan pada: winshield frame, floor support structure, landing gear beam, structural fitting, fastener, dan hydraulic fitting.

·         Ti-6Al-6v-2Sn

Titanium ini memiliki kekuatan yang lebih tinggi dibandingkan titanium sebelumnya, dan masa yang lebih rendah. Titanium ini digunakan pada fittings landing gear dan area wing, disamping itu juga banyak digunakan dalam flap support structure.

·         Ti-10V-2Fe-3Al

Titanium ini merupakan paduan yang relative baru dan kekuatannya lebih tinggi dari dua jenis titanium sebelum ini. Titanium jenis ini digunakan pada trunnion bearing housing, auxiliary slat tracks, door hinges dan akan digunakan pada overwing nacelle fitting. Karena kekuatan titanium ini lebih tinggi maka materials ini menawarkan more weight saving. Bentuk forgingnya hampir presisi disebabkan titanium ini menunjukkan perbaikan sifat forgingnya pada temperature rendah.

·         Ti-13V-11Cr-3Al

Titanium paduan ini biasanya digunakan sebagai spring, karena paduan ini meliki modulus elastisitas yang rendah dan pengurangan massanya hampir mencapai 70% dibandingkan dengan baja.

3. Sifat Ketahanan Korosi Pada Titanium

Titanium adalah logam yang sangat reaktif, bila bereaksi dengan udara lingkungan yang mengandung oksigen, maka suatu lapisan tipis / film akan segera terbentuk. Film ini memberikan ketahanan korosi yang baik pada titanium. Titanium menunjukkan sifat ketahanan korosi yang sangat baik dilingkunga atmosfir industri dan lingkungan laut, ketahanan korosi dilingkungan laut relatif tidak terimbangi oleh logam-logam konstruksi lainnya.

Titanium sangat mudah terkorosi pada lingkungan yang dapat merusak film proteksinya seperti hydrochloric, hydrofluoric, sulfuric, phosphoric, dan asam semut (formic acid). Bila titanium digunakan pada suhu diatas 550 derajat Fahrenheit, maka komponen tersebut jangan terkena tetrachlothylene, carbontetrachloride atau larutan-larutan yang mengandung chlor (chlorinated).

Titanium juga tidak direkomendasikan untuk melayani gas oksigen, karena dapat menimbulkan reaksi yang hebat, contoh bila suatu permukaan titanium terdapat/cacat atau gagal terungkap dengan gas oksigen pada suhu 250 derajat Fahrenheit yang bertekanan 500-1000 psi, maka akan terjadi kebakaran. Kemudian juga titanium itu sensitive bila mengalami impact tingkat rendah dalam cairan oksigen.

Masalah pelepuhan hydrogen (hydrogen embrittlement) juga terjadi pada titanium sama seperti baj, akan tetapi mekanismenya yang berbeda pada titanium hydrogen emblittlement yang terjadi terikat secara kimia, oleh sebab itu untuk menghilangkannya harus dilakukan pemanasan pada temperature sangat tinggi. Hydrogen emblittlement dapat terjadi bila titanium kontak dengan larutan yang bersifat asam pada temperatur kamar atau bila kontak dnegan uap air, oli atau pada suatu zat yang mengandung hydrogen pada temperature lebih dari 550 derajat Fahrenheit. Hydrogen emblittlement dapat dihindari bila dalam processing titanium tidak menggunakan larutan-larutan yang mengandung emblittlement (non emblittlement) atau dengan menggunakan lapisan proteksi (KALGARD) saat titanium di fabrikasi pada temperature tinggi dalam lingkungan yang mengandung hydrogen.

Kalua dilihat dari aspek korosi galvanik, maka dalam banyak lingkungan potensial titanium lebih passive sama dengan monel (paduan nickel-tembaga) dan stainless steel. Pengaruh galvanic tidak mungkin terjadi bila titanium paduan berpasangan dengan logam ini, akan tetapi bila berpasangan dengan logam-logam yang aktif seperti alumunium paduan, baja paduan, atau magnesium paduan, maka logam-logam aktif ini akan cepat terserang korosi galvanik.    

 

        

Lokasi:

Berbagi :