Karakteristik dan sifat bahan titanium dan paduan titanium

Titanium dan paduan titanium memiliki banyak sifat yang sangat baik, terutama tercermin dalam aspek berikut:
1. Kekuatan tinggi. Paduan titanium memiliki kekuatan yang tinggi, kekuatan tariknya 686-1176MPa, dan kepadatannya hanya sekitar 60% dari baja, sehingga kekuatan spesifiknya sangat tinggi.
2. Kekerasan tinggi. Kekerasan HRC paduan titanium (keadaan anil) adalah 32-38.
3. Modulus elastisitas rendah. Modulus elastisitas paduan titanium (keadaan anil) adalah 1,078×10-1.176×10MPa, yaitu sekitar setengah dari baja dan baja tahan karat.
4. Kinerja suhu tinggi dan rendah yang sangat baik. Pada temperatur tinggi, paduan titanium masih dapat mempertahankan sifat mekanik yang baik, ketahanan panasnya jauh lebih tinggi dibandingkan paduan aluminium, dan kisaran suhu penggunaannya luas. Saat ini, suhu kerja paduan titanium tahan panas baru dapat mencapai 550-600 derajat; pada suhu rendah, kekuatan paduan titanium meningkat dibandingkan suhu normal, dan memiliki ketangguhan yang baik. Paduan titanium suhu rendah masih dapat mempertahankan ketangguhan yang baik pada suhu -253 derajat .

5. Titanium memiliki ketahanan korosi yang kuat. Di udara di bawah 550 derajat, lapisan oksida tipis dan padat akan dengan cepat terbentuk di permukaan titanium. Oleh karena itu, ketahanan korosinya pada media pengoksidasi seperti atmosfer, air laut, asam nitrat dan asam sulfat, alkali kuat lebih baik daripada kebanyakan baja tahan karat.
Paduan titanium memiliki kekuatan dan kekerasan yang tinggi, sehingga peralatan pemrosesan harus kuat, dan cetakan serta alat pemotong harus memiliki kekuatan dan kekerasan yang tinggi. Selama pemotongan, area kontak antara chip dan permukaan penggaruk kecil, dan tekanan pada ujung pahat besar. Dibandingkan dengan baja 45, meskipun gaya potong paduan titanium hanya 2/3-3/4, area kontak antara chip dan permukaan rake lebih kecil (hanya 1/2-2/3 dari baja 45 ), sehingga pahat memotong Tekanan pada bilahnya besar, dan ujung pahat atau ujung tombaknya mudah aus; paduan titanium memiliki faktor gesekan yang besar dan konduktivitas termal yang rendah (masing-masing hanya 1/4 dan 1/16 dari besi dan aluminium); Kontak antara pahat dan chip disebabkan oleh panjangnya yang pendek, panas pemotongan akan terakumulasi di area kecil dekat ujung tombak dan tidak akan mudah hilang. Faktor-faktor ini membuat suhu pemotongan paduan titanium menjadi sangat tinggi, sehingga mempercepat keausan pahat dan mempengaruhi kualitas pemrosesan. Karena modulus elastisitas paduan titanium yang rendah, benda kerja akan sangat memantul selama pemotongan, yang dapat dengan mudah menyebabkan peningkatan keausan sisi pahat dan deformasi benda kerja. Paduan titanium sangat aktif secara kimia pada suhu tinggi dan mudah bereaksi dengan pengotor gas seperti hidrogen dan oksigen di udara. Reaksi kimia menghasilkan lapisan yang mengeras, yang selanjutnya memperparah keausan alat; dalam pemotongan paduan titanium, material benda kerja mudah terikat pada permukaan pahat, dan ditambah dengan suhu pemotongan yang tinggi, pahat tersebut rentan terhadap keausan difusi dan keausan perekat.
Paduan titanium memiliki sifat kimia aktif dan mudah kompatibel dan melekat pada bahan abrasif pada suhu tinggi, menyumbat roda gerinda, mengakibatkan peningkatan keausan roda gerinda, penurunan kinerja penggilingan, dan kesulitan dalam memastikan akurasi penggilingan. Keausan roda gerinda juga meningkatkan area kontak antara roda gerinda dan benda kerja, menyebabkan kondisi pembuangan panas memburuk dan suhu di area gerinda meningkat tajam, sehingga membentuk tekanan termal yang besar pada permukaan gerinda, yang menyebabkan luka bakar lokal. pada benda kerja dan menyebabkan retakan gerinda. Paduan titanium memiliki kekuatan dan ketangguhan yang tinggi, yang membuat serpihan gerinda sulit dipisahkan selama penggilingan, meningkatkan gaya gerinda, dan meningkatkan konsumsi daya gerinda. Paduan titanium memiliki konduktivitas termal yang rendah dan panas spesifik yang rendah. Konduksi panas yang lambat selama penggilingan menyebabkan panas terakumulasi di zona busur penggilingan, menyebabkan suhu zona penggilingan meningkat tajam. ​

Saat mengekstrusi titanium dan paduan titanium, diperlukan suhu ekstrusi yang tinggi dan kecepatan ekstrusi yang cepat untuk mencegah penurunan suhu terlalu cepat. Pada saat yang sama, waktu kontak antara blanko bersuhu tinggi dan cetakan harus dipersingkat sebanyak mungkin. Oleh karena itu, cetakan ekstrusi harus menggunakan bahan cetakan baru yang tahan panas, dan kecepatan pengangkutan blanko dari tungku pemanas ke tong ekstrusi juga harus cepat. Karena logam mudah terkontaminasi oleh gas selama pemanasan dan ekstrusi, tindakan perlindungan yang tepat juga harus diambil. Pelumas yang sesuai harus dipilih selama ekstrusi untuk mencegah adhesi pada cetakan, seperti ekstrusi jaket dan ekstrusi berpelumas kaca. Karena efek termal yang besar dari deformasi titanium dan paduan titanium serta konduktivitas termal yang buruk, perhatian khusus harus diberikan untuk mencegah panas berlebih selama ekstrusi dan deformasi. Proses ekstrusi paduan titanium lebih rumit dibandingkan dengan paduan aluminium, paduan tembaga dan bahkan baja. Hal ini ditentukan oleh sifat fisik dan kimia khusus dari paduan titanium. Selama ekstrusi balik panas konvensional dari paduan titanium, suhu cetakan rendah, suhu permukaan billet yang bersentuhan dengan cetakan turun dengan cepat, sedangkan suhu di dalam billet meningkat karena panas deformasi. Karena konduktivitas termal yang rendah dari paduan titanium, setelah suhu permukaan turun, panas dari billet bagian dalam tidak dapat ditransfer ke permukaan tepat waktu untuk mengisinya kembali, dan lapisan permukaan yang mengeras akan muncul, sehingga sulit untuk melanjutkan deformasi. Pada saat yang sama, gradien suhu yang besar akan muncul antara lapisan permukaan dan lapisan dalam. Kalaupun bisa dibentuk, mudah menyebabkan deformasi dan struktur tidak rata.
Paduan titanium sangat sensitif terhadap parameter proses penempaan. Perubahan temperatur tempa, besarnya deformasi, besarnya deformasi dan laju pendinginan akan menyebabkan perubahan struktur dan sifat paduan titanium. Untuk mengontrol sifat struktural tempa dengan lebih baik, dalam beberapa tahun terakhir, teknologi tempa canggih seperti penempaan cetakan panas dan penempaan isotermal telah banyak digunakan dalam produksi penempaan paduan titanium.

Plastisitas paduan titanium meningkat seiring dengan peningkatan suhu. Pada kisaran suhu 1000-1200 derajat, plastisitas mencapai nilai maksimum, dan derajat deformasi yang diijinkan mencapai 70%-80%. Kisaran suhu penempaan paduan titanium sempit dan harus dikontrol secara ketat sesuai dengan ( )/suhu transformasi (kecuali untuk bukaan ingot), jika tidak butiran akan tumbuh dengan cepat dan mengurangi plastisitas suhu ruangan; paduan titanium biasanya berada di antara ( ) Penempaan dilakukan di daerah fasa karena suhu penempaan di atas ( )/garis transformasi terlalu tinggi, yang akan menghasilkan fasa getas. Penempaan awal dan penempaan akhir paduan titanium harus lebih tinggi dari suhu ( )/transformasi. Ketahanan deformasi paduan titanium meningkat pesat seiring dengan peningkatan kecepatan deformasi, di antaranya suhu penempaan memiliki pengaruh yang lebih besar terhadap ketahanan deformasi paduan titanium. Oleh karena itu, penempaan konvensional harus dilakukan pada cetakan tempa dengan pendinginan minimal. Kandungan unsur interstisial (seperti O, N, C) juga mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap kemampuan tempa paduan titanium.