Ciri-ciri dan fungsi titanium

Titanium merupakan unsur dengan nomor atom 22 pada tabel periodik. Subkelompok unsur periode keempat, sebutan IVB, mencakup zirkonium dan hafnium selain titanium. Ciri umumnya adalah titik leleh tinggi, yang terbentuk di permukaannya pada suhu kamar. film oksida stabil.

1. Kepadatan rendah, kekuatan tinggi, kekuatan spesifik tinggi

Massa jenis titanium adalah 4,51g/cm3, yang merupakan 57 persen baja. Berat titanium kurang dari dua kali berat aluminium, namun tiga kali lebih kuat. Kekuatan spesifik (rasio kekuatan/kepadatan) paduan titanium adalah yang terbesar di antara paduan industri yang umum digunakan (lihat Tabel 2-1). Kekuatan spesifik paduan titanium adalah 3,5 kali lipat dari baja tahan karat; 1,3 kali lipat dari paduan aluminium; 1,7 kali lipat dari paduan magnesium. Ini adalah bahan struktural yang sangat diperlukan untuk industri dirgantara.

Tabel 2-1 Perbandingan kepadatan dan kekuatan spesifik titanium dan logam lainnya

2. Ketahanan korosi yang sangat baik

Pasifasi titanium bergantung pada keberadaan film oksida, yang lebih tahan terhadap korosi pada media pengoksidasi dibandingkan pada media pereduksi. Korosi berkecepatan tinggi terjadi pada media pereduksi. Titanium tidak terkorosi pada beberapa media korosif, seperti air laut, klorin basah, larutan klorit dan hipoklorit, asam nitrat, asam kromat, klorida logam, sulfida, dan asam organik. Namun dalam medium (seperti asam klorida, asam sulfat) yang bereaksi dengan titanium menghasilkan hidrogen, titanium biasanya memiliki laju korosi yang besar. Namun, jika sejumlah kecil oksidan ditambahkan ke asam, lapisan pasivasi akan terbentuk pada permukaan titanium. Oleh karena itu, titanium memiliki ketahanan korosi pada campuran asam sulfat-asam nitrat pekat atau campuran asam klorida-asam nitrat, bahkan pada asam klorida yang mengandung klorin bebas. Lapisan oksida pelindung titanium biasanya terbentuk ketika logam bersentuhan dengan air, bahkan dalam jumlah kecil atau dalam uap air. Jika titanium terkena lingkungan oksidasi kuat tanpa air, oksidasi cepat dan reaksi hebat akan terjadi, dan bahkan sering kali terjadi pembakaran spontan. Fenomena ini terjadi ketika titanium bereaksi dengan asam nitrat berasap yang mengandung nitrogen oksida berlebih dan ketika titanium bereaksi dengan gas klor kering. Oleh karena itu, untuk mencegah reaksi tersebut, harus ada air dalam jumlah tertentu. Bahkan dalam jumlah kecil atau dalam uap air. Jika titanium terkena lingkungan oksidasi kuat tanpa air, oksidasi cepat dan reaksi hebat akan terjadi, dan bahkan sering kali terjadi pembakaran spontan. Fenomena ini terjadi ketika titanium bereaksi dengan asam nitrat berasap yang mengandung nitrogen oksida berlebih dan ketika titanium bereaksi dengan gas klor kering. Oleh karena itu, untuk mencegah reaksi tersebut, harus ada air dalam jumlah tertentu. Bahkan dalam jumlah kecil atau dalam uap air. Jika titanium terkena lingkungan oksidasi kuat tanpa air, oksidasi cepat dan reaksi hebat akan terjadi, dan bahkan sering kali terjadi pembakaran spontan. Fenomena ini terjadi ketika titanium bereaksi dengan asam nitrat berasap yang mengandung nitrogen oksida berlebih dan ketika titanium bereaksi dengan gas klor kering. Oleh karena itu, untuk mencegah reaksi tersebut, harus ada air dalam jumlah tertentu.

3. Ketahanan panas yang baik

Biasanya aluminium kehilangan sifat aslinya pada suhu 150 derajat, baja tahan karat kehilangan sifat aslinya pada suhu 310 derajat, dan paduan titanium masih mempertahankan sifat mekanik yang baik pada suhu sekitar 500 derajat. Ketika kecepatan pesawat mencapai 2,7 kali kecepatan suara, suhu permukaan struktur pesawat mencapai 230 derajat, dan paduan aluminium dan magnesium tidak dapat digunakan, sedangkan paduan titanium dapat memenuhi persyaratan. Titanium memiliki ketahanan panas yang baik dan digunakan pada cakram dan bilah kompresor mesin pesawat serta kulit badan belakang pesawat.

4. kinerja suhu rendah yang baik

Kekuatan beberapa paduan titanium (seperti Ti-5AI-2.5SnELI) meningkat seiring dengan penurunan suhu, namun plastisitasnya tidak berkurang banyak. Masih memiliki plastisitas dan ketangguhan yang baik pada suhu rendah, cocok untuk digunakan pada suhu sangat rendah. Ini dapat digunakan untuk mesin roket hidrogen cair dan oksigen cair kering, dan juga dapat digunakan untuk wadah bersuhu sangat rendah dan tangki penyimpanan pesawat ruang angkasa berawak.

5. non-magnetik

Titanium bersifat non-magnetik dan digunakan dalam cangkang kapal selam dan tidak akan menyebabkan ledakan ranjau.

6. Konduktivitas termal rendah

Perbandingan konduktivitas termal antara titanium dan logam lainnya ditunjukkan pada Tabel 2-2.

Tabel 2-2 Perbandingan konduktivitas termal antara titanium dan logam lainnya

Konduktivitas termal titanium kecil, hanya 1/5 baja, 1/13 aluminium, dan 1/25 tembaga. Konduktivitas termal yang buruk merupakan kelemahan titanium, namun sifat titanium ini dapat dimanfaatkan dalam beberapa kasus.

7. modulus elastisitas rendah

Modulus elastisitas titanium dibandingkan dengan logam lain pada Tabel 2-3.

Tabel 2-3 Perbandingan modulus elastisitas titanium dan logam lainnya

Modulus elastisitas titanium hanya 55 persen dari baja, dan modulus elastisitasnya yang rendah merupakan kerugian bila digunakan sebagai bahan struktural.

8. Kekuatan tarik dan kekuatan luluh sangat mirip

Kekuatan tarik paduan titanium Ti-6AI-4V adalah 960MPa, kekuatan luluh 892MPa, selisih keduanya hanya 58MPa, lihat Tabel 2-4.

Tabel 2-4 Perbandingan kekuatan tarik dan kekuatan luluh titanium dan logam lainnya

9. Titanium mudah teroksidasi pada suhu tinggi

Titanium memiliki ikatan hidrogen dan oksigen yang kuat, dan harus berhati-hati untuk mencegah oksidasi dan penyerapan hidrogen. Pengelasan titanium harus dilakukan di bawah perlindungan argon untuk mencegah kontaminasi. Tabung titanium dan pelat tipis harus diberi perlakuan panas dalam kondisi vakum, dan perlakuan panas pada tempa titanium harus mengontrol atmosfer mikro-oksidatif.

10. Resistensi redaman rendah

Gunakan titanium dan bahan logam lainnya (tembaga, baja) untuk membuat lonceng dengan bentuk dan ukuran yang persis sama, dan pukul setiap lonceng dengan kekuatan yang sama, dan Anda akan menemukan bahwa lonceng yang terbuat dari titanium bergetar dan bunyinya bertahan lama, yaitu, dengan membunyikan bel. Energi yang diberikan tidak mudah hilang, sehingga kinerja redaman titanium dikatakan rendah.