Logam Titanium? Segalanya Tentang Logam Ajaib Ini

Apa itu Titanium?

1. Pengertian dan Sifat Dasar Titanium

Titanium adalah unsur kimia dengan nomor atom 22 dan lambang kimia Ti. Ini adalah logam transisi dengan kepadatan yang relatif ringan dan kekuatan yang baik. Logam titanium ada di alam dalam bentuk mineral seperti ilmenit dan rutil. Ini adalah unsur paling melimpah kesembilan di kerak bumi, biasanya berbentuk oksida.

Logam titanium memiliki banyak sifat fisik dan kimia yang sangat baik, menjadikannya pilihan ideal untuk banyak aplikasi. Pertama, logam titanium memiliki kepadatan yang rendah, sekitar 4,5 gram per sentimeter kubik, lebih ringan dibandingkan logam lain seperti baja dan nikel. Hal ini membuat logam titanium banyak digunakan pada bidang-bidang yang memerlukan desain ringan, seperti industri dirgantara dan otomotif.

Kedua, logam titanium menunjukkan kekuatan yang sangat baik. Meskipun kepadatannya rendah, ia memiliki kekuatan yang sebanding dengan banyak logam yang umum digunakan. Hal ini membuat logam titanium sangat disukai dalam aplikasi yang membutuhkan kekuatan tinggi dan ketahanan terhadap korosi, seperti komponen mesin dirgantara dan sambungan buatan.

2. Sejarah dan Penemuan Logam Titanium

Logam titanium pertama kali ditemukan pada akhir abad ke-18. Pada tahun 1801, ahli kimia Inggris Gregor menemukan unsur titanium dalam mineral yang dikenal sebagai ilmenit. Selanjutnya, ahli kimia lain mulai mempelajari logam titanium dan menemukannya di berbagai bijih.

Pada tahun 1840, ahli kimia Jerman Martin Heinrich Klapoulos berhasil mengekstraksi logam titanium untuk pertama kalinya dan menamai logam tersebut “titanium” untuk memberi penghormatan kepada Titan raksasa dalam mitologi Yunani. Namun, baru pada tahun 1940-an logam titanium mulai banyak digunakan dalam industri. Dengan berkembangnya teknologi metalurgi dan pengurangan biaya, logam titanium secara bertahap menjadi material penting untuk berbagai aplikasi.

3. Fitur Titanium

Secara umum logam titanium mempunyai ciri-ciri utama sebagai berikut:

3.1 Ketahanan korosi yang baik: Logam titanium dapat menahan korosi dari banyak bahan kimia, termasuk air laut dan larutan asam. Hal ini menjadikannya pilihan ideal untuk teknik kelautan dan industri kimia.

3.2 Biokompatibilitas: Logam titanium menunjukkan biokompatibilitas yang baik dengan jaringan manusia, sehingga banyak digunakan dalam pembuatan sambungan buatan dan implan gigi.

3.3 Sifat suhu tinggi yang baik: Titanium memiliki titik leleh yang tinggi, sekitar 1.668 derajat Celcius (3.034 derajat Fahrenheit), logam Titanium masih mempertahankan sifat mekanik dan stabilitas yang baik pada suhu tinggi, sehingga penting dalam lingkungan bersuhu tinggi seperti mesin pesawat terbang dan turbin gas.

3.4 Kekuatan tinggi dan kepadatan rendah: Meskipun kepadatannya rendah, logam titanium memiliki kekuatan tinggi dan perbandingan kekuatan dan kepadatan yang sangat baik. Hal ini menjadikan titanium bahan yang ideal untuk pembuatan perangkat luar angkasa, suku cadang otomotif, dan produk lain yang memerlukan bobot ringan.

3.5 Konduktivitas termal yang sangat baik: Logam titanium memiliki konduktivitas termal yang baik, sehingga memberikan keunggulan dalam pembuatan radiator, pendingin, dan produk berperforma tinggi lainnya.

Produksi dan Pengolahan Logam Titanium

1. Metode ekstraksi dan preparasi logam titanium

Metode ekstraksi: Ekstraksi logam titanium pada dasarnya dilakukan dengan dua metode, yaitu metode Claus dan metode klorinasi. Metode Claus adalah metode yang paling umum digunakan untuk memperoleh logam titanium dengan kemurnian lebih tinggi dengan mereduksi bijih titanium oksida. Aturan klorinasi adalah mereaksikan titanium oksida dengan gas klor untuk menghasilkan titanium klorida, dan kemudian memperoleh logam titanium melalui reaksi reduksi.

Proses pemurnian: Setelah memperoleh logam titanium, diperlukan serangkaian proses pemurnian untuk meningkatkan kemurnian dan kinerjanya. Proses-proses ini meliputi peleburan vakum, metode oksida fase gas, dan metode plasma.

2. Teknologi pemrosesan: penempaan, penggulungan dan pembentukan

Penempaan: Logam titanium dapat ditempa panas atau dingin untuk meningkatkan sifat mekanik dan strukturalnya. Penempaan panas cocok untuk bagian dengan deformasi besar dan bentuk kompleks, sedangkan penempaan dingin cocok untuk memproses bagian kecil dan bagian presisi.

Bergulir: Logam titanium juga dapat diproduksi dengan pengerolan panas dan pengerolan dingin untuk menyiapkan produk seperti pelat, strip, dan pipa. Pengerolan panas dapat memperoleh produk dengan ukuran dan ketebalan yang lebih besar, sedangkan pengerolan dingin dapat memperoleh kualitas permukaan dan akurasi dimensi yang lebih tinggi.

Cetakan: Logam titanium juga dapat digunakan untuk menyiapkan suku cadang dan produk dalam berbagai bentuk melalui proses seperti die casting, pencetakan injeksi, dan pencetakan 3D. Proses pencetakan ini cocok untuk pembuatan komponen dengan bentuk dan struktur yang kompleks.

Perbedaan Antara Titanium Murni dan Paduan Titanium

Titanium Murni

Ini juga disebut industri titanium murni atau titanium murni komersial. Itu dinilai berdasarkan kandungan unsur pengotor. Ini memiliki kinerja proses stamping dan kinerja pengelasan yang sangat baik, tidak sensitif terhadap perlakuan panas dan jenis jaringan, dan memiliki kekuatan tertentu dalam kondisi plastisitas yang memuaskan. Kekuatannya terutama bergantung pada kandungan unsur interstisial oksigen dan nitrogen. Sifat-sifat titanium murni industri 99,5% adalah: massa jenis P=4,5g/cm3, titik leleh 1800°C, konduktivitas termal λ=15,24W/(M.K), kekuatan tarik σ b=539MPa, perpanjangan: δ =25% , penyusutan luas ψ=25%, modulus elastisitas E=1,078×105MPa, kekerasan HB195

Paduan Titanium

Ini adalah paduan berdasarkan titanium dan ditambahkan dengan elemen lain. Ini adalah logam yang relatif muda, dengan sejarah hanya enam puluh atau tujuh puluh tahun sejak penemuannya. Bahan paduan titanium memiliki karakteristik ringan, kekuatan tinggi, elastisitas rendah, tahan suhu tinggi dan tahan korosi. Mereka terutama digunakan dalam mesin luar angkasa, roket, rudal dan komponen lainnya. Titanium memiliki dua kristal isomorfik. Titanium merupakan isomer dengan titik leleh 1720°C. Ia memiliki struktur kisi kristal heksagonal yang padat ketika suhunya lebih rendah dari 882°C, yang disebut titanium alfa; ia memiliki struktur berpusat pada tubuh di atas 882°C. Struktur kisi kubik, yang disebut titanium beta, memanfaatkan karakteristik berbeda dari dua struktur titanium di atas, menambahkan elemen paduan yang sesuai, dan secara bertahap mengubah suhu transformasi fasa dan kandungan fasa untuk memperoleh paduan titanium dengan struktur berbeda.

Nilai Titanium

Tingkat 1

Ini adalah yang pertama dari empat tingkatan titanium murni industri. Ini adalah kelas yang paling lembut dan paling mudah ditempa. Ini menawarkan sifat mampu bentuk maksimum, ketahanan korosi yang sangat baik, dan ketangguhan benturan tinggi. Grade 1 adalah material pilihan untuk aplikasi apa pun yang memerlukan kemudahan formabilitas dan umumnya digunakan sebagai pelat titanium Dan tabung titanium.

Kelas 2

Karena ketersediaannya yang beragam dan ketersediaannya yang luas, titanium kelas 2 dikenal sebagai “pekerja keras” industri titanium murni komersial. Ia memiliki banyak kualitas yang sama dengan titanium Kelas 1, namun sedikit lebih kuat. Keduanya sama-sama tahan terhadap korosi. Kelas ini menawarkan kemampuan las, kekuatan, keuletan, dan sifat mampu bentuk yang baik. Hal ini menjadikan batang dan pelat titanium Kelas 2 pilihan pertama untuk banyak aplikasi seperti konstruksi, pembangkit listrik, dan industri medis.

Kelas 3

Nilai ini paling sedikit digunakan dibandingkan nilai titanium murni komersial, namun hal ini tidak membuatnya menjadi kurang bernilai. Kelas 3 lebih kuat dari Kelas 1 dan 2, memiliki keuletan yang serupa dan hanya sedikit kurang dapat dibentuk – tetapi ia memiliki mekanik yang lebih tinggi dari pendahulunya. Grade 3 digunakan dalam aplikasi yang memerlukan kekuatan sedang dan ketahanan terhadap korosi primer, seperti dirgantara, pemrosesan kimia, industri kelautan, dll.

Kelas 4

Ini dianggap yang terkuat dari empat jenis titanium murni komersial. Ia juga dikenal karena ketahanannya terhadap korosi yang sangat baik, sifat mampu bentuk dan kemampuan las yang baik. Digunakan di beberapa komponen badan pesawat, bejana kriogenik, penukar panas, dan aplikasi lain yang memerlukan definisi tinggi.

Kelas 7

Secara mekanis dan fisik sama dengan Kelas 2, hanya saja unsur interstisial paladium telah ditambahkan untuk menjadikannya paduan. Grade 7 menawarkan kemampuan las dan kemampuan kerja yang sangat baik serta merupakan paduan titanium yang paling tahan korosi. Oleh karena itu, ini terutama digunakan sebagai komponen dalam proses kimia dan peralatan produksi.

Kelas 11

Sangat mirip dengan Kelas 1, hanya saja sejumlah kecil paladium ditambahkan untuk meningkatkan ketahanan terhadap korosi, menjadikannya paduan. Ketahanan korosi ini dapat digunakan untuk mencegah korosi celah dan mengurangi asam di lingkungan klorida. Sifat berguna lainnya termasuk keuletan optimal, sifat mampu bentuk dingin, kekuatan berguna, ketangguhan benturan, dan kemampuan las yang sangat baik. Paduan ini dapat digunakan dalam aplikasi titanium yang sama seperti Kelas 1, terutama jika diperlukan korosi.

Kelas 5

Dikenal sebagai “pekerja keras” paduan titanium, Ti6Al-4V atau titanium kelas 5 adalah yang paling umum digunakan dari semua paduan titanium. Ini menyumbang 50% dari total konsumsi titanium dunia. Kegunaannya terletak pada banyak manfaatnya. Ti6Al-4V dapat diberi perlakuan panas untuk meningkatkan kekuatannya. Ini dapat digunakan dalam struktur yang dilas pada suhu layanan hingga 600°F. Paduan ini memadukan kekuatan tinggi dengan bobot ringan, sifat mampu bentuk yang berguna, dan ketahanan terhadap korosi yang tinggi. Ketersediaan Ti6AI-4V menjadikannya paduan terbaik untuk digunakan di berbagai industri seperti industri dirgantara, medis, kelautan, dan pengolahan kimia.

Kelas 23

Ti 6AL-4V ELI atau Grade 5 ELI grade adalah bentuk Ti 6Al-4V dengan kemurnian lebih tinggi. Itu bisa dibuat menjadi gulungan, untaian, kabel atau kabel datar. Ini adalah pilihan pertama untuk situasi apa pun yang memerlukan kekuatan tinggi, ringan, ketahanan korosi yang baik, dan ketangguhan tinggi. Ini memiliki toleransi kerusakan yang sangat baik terhadap paduan lainnya. Keunggulan ini menjadikan Ti 6Al-4V ELI tingkatkan tingkat titanium gigi dan medis terbaik. Karena biokompatibilitasnya, kekuatan lelah yang baik, dan modulus yang rendah, bahan ini dapat digunakan dalam aplikasi biomedis seperti komponen implan.

Kelas 12

Ini adalah paduan yang sangat tahan lama yang memberikan kekuatan besar pada suhu tinggi. Titanium kelas 12 memiliki sifat yang mirip dengan baja tahan karat seri 300. Paduan dapat dibentuk panas atau dingin menggunakan metode press forming, hydroforming, stretch forming atau metode dropweight. Kemampuannya untuk membentuk dalam berbagai cara membuatnya berguna dalam banyak penerapan. Ketahanan korosi yang tinggi dari paduan ini juga membuatnya sangat berharga untuk peralatan manufaktur di mana korosi celah menjadi perhatian.

Kelas 9

Itu terbuat dari titanium murni dengan tambahan sekitar 3% aluminium dan sekitar 2,5% vanadium. Paduan ini umumnya memiliki ketahanan korosi yang sangat baik, kekuatan tinggi dan sifat pengelasan yang baik. Paduan titanium Gr9 banyak digunakan di bidang luar angkasa, pembuatan kapal, peralatan kimia, dan bidang lainnya, terutama di mana material berkinerja tinggi diperlukan dalam suhu tinggi dan lingkungan korosif. Sifat paduan titanium Gr9 menjadikannya bahan struktural ideal yang dapat digunakan untuk memproduksi berbagai suku cadang dan komponen.

Pasar Aplikasi Titanium

1. Luar Angkasa

Logam titanium banyak digunakan dalam pembuatan struktur pesawat terbang dan bagian-bagian mesin, seperti badan pesawat, bilah mesin, dll.
Sifatnya yang ringan dan berkekuatan tinggi memungkinkan pesawat mengurangi bobot, meningkatkan efisiensi bahan bakar, dan meningkatkan daya tahan dan keselamatan pesawat.

2. Medis

Logam titanium digunakan untuk memproduksi peralatan medis seperti implan tulang, sambungan buatan, dan peralatan restorasi gigi.
Biokompatibilitas dan ketahanan terhadap korosi menjadikan titanium salah satu bahan paling ideal di bidang medis.

3. Industri Otomotif

Dalam manufaktur otomotif, titanium digunakan untuk membuat komponen ringan seperti sistem pembuangan, komponen suspensi, dan struktur bodi.
Desain yang ringan dapat meningkatkan efisiensi bahan bakar, performa tenaga dan keselamatan mobil.

4. Teknik Kelautan

Penerapan logam titanium dalam rekayasa kelautan melibatkan desalinasi, eksplorasi laut, dan jaringan pipa bawah laut.
Ketahanannya terhadap korosi dan ketahanan terhadap korosi air laut menjadikan titanium bahan yang ideal untuk lingkungan laut.

5. Manufaktur Alat Olah Raga

Titanium digunakan untuk membuat barang olahraga kelas atas seperti tongkat golf, rangka sepeda, dan raket tenis.
Kekuatannya yang tinggi, ringan dan ketahanan terhadap korosi memberikan produk titanium kinerja dan daya tahan yang sangat baik.

6. Industri

Logam titanium digunakan dalam industri untuk pembuatan peralatan kimia, alat pengeboran minyak, dan peralatan transmisi tenaga.
Daya tahan suhu tinggi dan ketahanan terhadap korosi membuat logam titanium menjanjikan untuk digunakan di lingkungan industri yang keras.

Beberapa Fakta Menarik Tentang Titanium

1. Simbol kimia titanium adalah Ti, nomor atomnya 22.
2. Titanium adalah yang ke 9^th unsur paling melimpah di kerak bumi.
3. Nama titanium berasal dari para Titan dalam mitologi Yunani.
4. Titanium tidak terdapat di alam sebagai logam.
5. Titanium adalah satu-satunya logam yang dapat berikatan dan tumbuh dengan tulang manusia.
6. Warna alami titanium adalah putih keperakan.
7. Titanium tidak bersifat magnetis.
8. Titanium memiliki titik leleh yang tinggi, sekitar 1.668 derajat Celcius (3.034 derajat Fahrenheit)
9. Titanium tidak akan berkarat.
10. Titanium tidak beracun.
11. Cina adalah produsen titanium terbesar di dunia.