Apa yang Terlibat dalam Proses Penempaan Titanium? Langkah, Suhu & Peralatan

Flensa tempa paduan titanium (TC4) untuk sistem penggerak kelautan mendarat di bangku inspeksi dengan spesifikasi penempaan yang hanya memungkinkan penyimpangan suhu billet sebesar 15°C selama perendaman dua jam. Toleransi semacam itu tidak terkecuali dalam penempaan titanium; itu adalah disiplin operasi yang normal. Karena struktur mikro akhir, sifat mekanik, dan biaya titanium sebagian besar ditentukan dalam proses penempaan, setiap pembeli atau insinyur yang menentukan jenis penempaan titanium harus memahami dengan tepat apa saja yang terlibat dalam proses tersebut.

Apa yang Tercakup dalam Proses Penempaan Titanium

Proses penempaan titanium melibatkan pemanasan billet atau ingot titanium ke suhu yang tepat—biasanya antara 850°C dan 1.050°C tergantung pada paduannya—lalu melakukan deformasi plastis di bawah laju regangan yang terkendali dengan mesin press atau palu hidrolik, diikuti dengan pendinginan terkontrol, perlakuan panas, dan permesinan.

Tidak seperti baja, paduan titanium menawarkan jendela suhu sempit yang dapat dideformasi. Jika benda kerja melebihi β-transus, butiran β kasar dapat terbentuk dan tidak dapat dimurnikan dengan perlakuan panas berikutnya. Jika terlalu dingin, tegangan aliran meningkat tajam dan dapat terjadi keretakan. Inilah sebabnya penempaan titanium memerlukan kontrol tungku loop tertutup, pirometri digital, dan pengepres yang mampu mengatur kecepatan ram secara tepat.

Jendela Suhu Kritis untuk Penempaan Titanium

Penempaan titanium adalah tugas kontrol termal yang pertama dan terpenting. Suhu pemrosesan yang benar berbeda-beda berdasarkan kelas paduannya, tetapi setiap paduan titanium memiliki satu batas keras: β-transus.

Untuk paduan α-β seperti Ti-6Al-4V, penempaan α-β dilakukan 30–80°C di bawah β-transus, biasanya pada 900–980°C. Ini menghasilkan struktur mikro bimodal dengan elongasi dan ketahanan lelah yang baik. Penempaan β, di atas transus, menghasilkan ketahanan mulur yang lebih tinggi tetapi keuletan tarik yang lebih rendah dan hanya dipilih untuk bagian berputar tertentu dalam mesin jet atau turbin listrik.

Pemanasan harus seragam. Konduktivitas termal Titanium kira-kira sepertiga dari baja, yang berarti bagian yang tebal dapat menunjukkan gradien suhu yang parah. Waktu perendaman biasanya diatur pada 1 menit per 25 mm penampang, diikuti dengan verifikasi termokopel dalam penempaan produksi.

Proses Penempaan Titanium Langkah demi Langkah

Siklus penempaan titanium open-die atau ring-rolling biasanya mengikuti enam fase yang dapat diulang, masing-masing memiliki risiko kegagalannya sendiri.

1. Pemilihan dan pengkondisian material: Billetnya adalah ingot atau batangan kelas luar angkasa. Cacat permukaan dihilangkan seluruhnya, karena retakan yang tersisa akan terbuka selama penempaan.
2. Pemanasan awal: Titanium dimasukkan ke dalam tungku yang diatur 50–100°C di bawah suhu penempaan target. Itu ditahan di sana untuk menghindari kejutan termal, kemudian dinaikkan ke suhu kerja dengan periode perendaman.
3. Deformasi pertama (mengganggu atau menghalangi): Pers menerapkan kompresi yang lambat dan terus menerus. Tujuannya adalah untuk memecah struktur cor dan memulai rekristalisasi, bukan untuk mencapai bentuk mendekati jaring.
4. Beberapa lintasan dengan pemanasan ulang: Tidak seperti baja, titanium tidak tahan terhadap penempaan di udara terbuka dalam waktu lama. Setiap lintasan hanya berlangsung beberapa detik, dan potongan tersebut kembali ke tungku ketika suhu permukaan turun di bawah batas bawah.
5. Kontrol suhu cetakan dan alat: Kontak dengan cetakan dingin menyebabkan lapisan dingin pada permukaan titanium. Dalam penempaan tingkat lanjut, cetakan dipanaskan terlebih dahulu hingga suhu 250–400°C dan dilumasi dengan lapisan berbahan dasar kaca untuk mencegah lengket dan pendinginan yang parah.
6. Pembentukan dan pemangkasan akhir: Lintasan terakhir membawa bagian tersebut mendekati dimensi akhir. Kilatan jika ada dihilangkan saat logam masih hangat, dan bagian tersebut dipindahkan langsung ke pendinginan terkontrol atau perlengkapan yang dibatasi regangan.

Peralatan dan Pengendalian Laju Regangan

Pengepres, bukan palu, adalah perlengkapan utama untuk kontrol gerakan penempaan cetakan terbuka titanium. Mesin press dapat menahan kecepatan ram yang lambat dan konstan, sedangkan palu memberikan dampak laju regangan tinggi yang dapat memicu pita geser adiabatik pada titanium.

Di Maiterio Intelligent Equipment, jalur penempaan cetakan terbuka menggunakan pengepres hidrolik dengan kecepatan ram di bawah 10 mm/s untuk titanium. Untuk komponen titanium berbentuk cincin, pabrik penggilingan cincin menghasilkan cincin canai mulus dengan aliran butiran yang lebih baik daripada stok batangan mesin. Pilihan antara press, hammer, dan ring roller mempengaruhi struktur mikro—deformasi yang lambat mendorong α globular, sedangkan deformasi yang cepat berisiko retak pada batas butir.

Jalur penempaan cetakan terbuka Maiterio telah menangani titanium dan paduan suhu tinggi lainnya untuk pelanggan yang menuntut, sering kali dipadukan dengan pemesinan kasar internal untuk mengontrol toleransi.

Suku Cadang Penempaan Mati Terbuka untuk Titanium dan Paduan Suhu Tinggi Pabrik ini memasok poros, roda gigi, cakram, dan silinder tempa terbuka untuk peralatan metalurgi, energi, pertambangan, dan konstruksi, dengan pemesinan kasar internal untuk mengontrol toleransi. Lihat Produk →

Tempa Bahan Khusus dari Aluminium dan Stainless Steel Jelajahi tempa khusus yang terbuat dari kualitas seperti aluminium 6061, 7075, 5083, dan baja tahan karat 304, 316, 17-4PH, yang cocok untuk aplikasi paduan suhu tinggi yang menuntut. Lihat Produk →

Perlakuan Panas dan Pemesinan Pasca Penempaan

Setelah ditempa, bagian titanium tidak padam seperti baja. Mereka didinginkan di udara tenang, kemudian dilakukan siklus perlakuan panas spesifik berdasarkan paduan dan kelas kekuatan yang diinginkan.

Untuk Ti-6Al-4V, anil dilakukan pada suhu 700–850°C, diikuti dengan pendinginan udara. Perlakuan larutan dan penuaan pada suhu 900–960°C kemudian 480–600°C menghasilkan kekuatan yang lebih tinggi dengan mengorbankan ketangguhan patah. Karena titanium bereaksi dengan oksigen di atas 650°C, perlakuan panas apa pun harus dilakukan dalam atmosfer terkendali atau dengan lapisan pelindung. Permukaan yang bebas kerak menjaga kekuatan lelah material.

Pemesinan tempa titanium juga berbeda dengan baja. Konduktivitas termal logam yang rendah memusatkan panas pada ujung tombak, sehingga menyebabkan keausan perkakas yang cepat. Perkakas karbida dengan cairan pendingin bertekanan tinggi dan kecepatan spindel lambat merupakan perlengkapan standar. Mesin bubut balik vertikal dan horizontal Maiterio secara rutin digunakan untuk menyelesaikan cincin dan poros titanium dengan kekasaran permukaan Ra 0,8 µm atau lebih baik.

Kontrol Kualitas untuk Tempa Titanium

Penerimaan akhir dari penempaan titanium bergantung pada tiga kontrol independen: struktur mikro, kesehatan ultrasonik, dan sifat mekanik.

Evaluasi struktur mikro menggunakan bagian metalografi yang digores dengan reagen Kroll untuk memverifikasi bahwa pemrosesan α-β tidak melewati β-transus. Pengujian ultrasonik mendeteksi rongga internal, inklusi, dan retakan yang tidak terlihat dengan mata telanjang. Uji tarik, tumbukan, dan kekerasan memastikan bahwa kekuatan dan keuletan sesuai dengan spesifikasi pesanan. Selain itu, rantai ketertelusuran yang terdokumentasi sepenuhnya mulai dari peleburan ingot hingga pemesinan akhir diperlukan untuk aplikasi dirgantara dan energi. Sistem manajemen mutu Maiterio mengikuti ISO 9001 dan 14001, dengan pengujian rutin internal untuk material paduan tinggi.

Pertanyaan yang Sering Diajukan

Apa perbedaan penempaan titanium dengan penempaan baja?

Penempaan titanium memerlukan rentang suhu yang lebih sempit, kecepatan deformasi yang lebih lambat, cetakan yang dipanaskan sebelumnya, dan kontrol atmosfer tungku yang lebih ketat. β-transus adalah batas atas yang keras untuk sebagian besar paduan α-β, sedangkan baja tidak memiliki batas kekasaran butir yang setara untuk baja karbon dan baja paduan biasa.

Apa itu β-transus dan mengapa itu penting?

β-transus adalah suhu di mana paduan titanium menjadi fase β seluruhnya. Melebihi suhu bahkan 10°C selama penempaan dapat menghasilkan struktur β sepenuhnya yang berubah menjadi pelat α kasar, sehingga menurunkan keuletan dan umur kelelahan. Insinyur proses mengukur transus aktual untuk setiap batch melalui analisis termal diferensial.

Bisakah cincin titanium diproduksi dengan cara ring rolling?

Ya. Cincin titanium mulus digulung pada pabrik aksial radial. Prosesnya menggunakan kontrol termal yang sama seperti penempaan cetakan terbuka, namun mode deformasi menghasilkan aliran butiran melingkar, yang bermanfaat untuk balapan bantalan dan flensa yang mengalami tekanan melingkar.

Langkah penyelesaian apa yang penting untuk penempaan titanium?

Penggilingan menghilangkan selubung α yang diperkaya oksigen, dan pemesinan menghilangkan sisa kerak atau dekarburisasi. Bagian-bagian tersebut kemudian diberi perlakuan panas, diluruskan jika diperlukan, dan diperiksa dengan penetran pewarna atau pengujian ultrasonik sebelum diterima.