Optimasi Proses dan Analisis Kinerja Ekstrusi Tabung Paduan Titanium Ti-B25
Bahasa Indonesia: Untuk mempercepat penerapan paduan titanium Ti-B25 dalam sistem komunikasi kapal, penelitian ini menggunakan perangkat lunak elemen hingga DEFORM-3D untuk mensimulasikan proses ekstrusi tabung dalam kondisi suhu deformasi 900 derajat dan laju regangan 0,1 s^-1 berdasarkan persamaan konstitutif yang ditetapkan pada tahap awal dan parameter proses yang dioptimalkan oleh diagram kerja panas, dan memverifikasinya melalui eksperimen ekstrusi aktual. Hasil penelitian menunjukkan bahwa dalam kondisi proses ini, billet tabung paduan titanium Ti-B25 dengan diameter 62 mm × 12 mm berhasil diekstrusi, dengan kualitas permukaan yang sangat baik dan butiran rekristalisasi dalam struktur. Setelah perlakuan penuaan larutan pada 830 derajat /1 jam + 600 derajat /8 jam, billet tabung menunjukkan pencocokan kekuatan-plastisitas yang sangat baik, yang sepenuhnya memenuhi persyaratan penggunaan tabung antena kapal.
I. Konstruksi model elemen hingga
1. Model Geometri
Gambar 1 menunjukkan diagram skematik billet yang diekstrusi dan die. Model tiga dimensi billet, silinder ekstrusi, dan batang ekstrusi dibuat menggunakan perangkat lunak SolidWorks dan diubah menjadi file STL yang dapat dikenali oleh perangkat lunak DEFORM-3D.
Untuk meningkatkan efisiensi perhitungan, hanya 1/4 tabung yang dibuat berpola halus (lihat Gambar 2) untuk memastikan keakuratan dan konvergensi proses simulasi.
2. Model konstitutif
Berdasarkan penelitian sebelumnya tentang perilaku deformasi suhu tinggi dari paduan titanium Ti-B25, simulasi ini menggunakan persamaan konstitutif spesifik (rumus spesifik dihilangkan di sini dan ditampilkan dalam bentuk gambar), yang secara akurat menggambarkan perilaku reologi material pada suhu dan laju regangan yang berbeda.
3. Pengaturan parameter
Berdasarkan diagram pemrosesan termal paduan titanium Ti-B25, suhu deformasi dipilih sebesar 900 derajat dan laju regangan sebesar 0.1 s^-1. Pada saat yang sama, koefisien gesekan antara billet dan die ditetapkan sebesar 0,3 dan konduktivitas termal ditetapkan sebesar 5. Proses simulasi menggunakan ukuran langkah sebesar 0,5 mm, total 600 langkah, dan data disimpan setiap 2 langkah untuk memastikan kelengkapan hasil simulasi.
II. Hasil simulasi dan analisis
1. Analisis medan tegangan
Gambar 3 menunjukkan distribusi medan tegangan billet tabung paduan titanium Ti-B25 pada berbagai tahap selama proses ekstrusi. Pada tahap awal, tegangan besar terkonsentrasi di kepala dan ekor tabung; saat ekstrusi berlangsung, tegangan meningkat secara signifikan setelah ujung depan memasuki laras ekstrusi, dan tegangan dilepaskan dengan cepat setelah melewati sabuk pengukur. Tegangan ekuivalen maksimum terus muncul pada radius cetakan laras ekstrusi.
2. Analisis medan regangan
Gambar 4 menunjukkan perubahan medan regangan selama proses ekstrusi. Regangan awal kecil, dan saat tabung melewati sabuk pengukur, regangan meningkat tajam, terutama pada radius sabuk pengukur, yang mudah membentuk zona mati deformasi, dan perhatian khusus harus diberikan.
3. Analisis medan suhu
Gambar 5 menunjukkan distribusi medan suhu selama proses ekstrusi. Pada tahap awal, permukaan billet tabung mendingin karena pertukaran panas, dan bagian deformasi memanas karena konversi kerja deformasi plastik menjadi energi panas, yang mengakibatkan medan suhu yang sangat tidak merata. Perbedaan suhu tertinggi dan terendah adalah 170 derajat, yang menunjukkan bahwa suhu deformasi perlu dikontrol secara ketat dan desain cetakan perlu dioptimalkan.
III. Percobaan Ekstrusi Tabung
1. Evaluasi kualitas permukaan
Percobaan ini menggunakan parameter suhu deformasi 900 derajat, laju regangan 0,1 s^-1, dan kecepatan ekstrusi 50 mm/s untuk ekstrusi. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6, tabung yang diekstrusi memiliki kelurusan tinggi dan permukaan halus, tetapi ada sedikit cacat di ujung depan karena penurunan suhu yang tiba-tiba dan deformasi yang tidak stabil, yang merupakan fenomena normal.
2. Sifat mekanik suhu ruangan
Melalui perlakuan penuaan larutan padat, tabung paduan titanium Ti-B25 menunjukkan kesesuaian kekuatan-plastisitas yang sangat baik, memenuhi persyaratan ketat tabung antena kapal. Hasil ini memverifikasi keakuratan simulasi numerik dan rasionalitas parameter proses.
