Titanium Metal? Everything About This Magical Metal

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.

Secondly, titanium metal exhibits excellent strength. Despite its low density, it has strength comparable to many commonly used metals. This makes titanium metal highly favored in applications requiring high strength and corrosion resistance, such as aerospace engine components and artificial joints.

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

Pure Titanium

It is also called industrial pure titanium or commercial pure titanium. It is graded according to the content of impurity elements. It has excellent stamping process performance and welding performance, is not sensitive to heat treatment and tissue type, and has a certain strength under satisfactory plasticity conditions. Its strength mainly depends on the content of interstitial elements oxygen and nitrogen. The properties of 99.5% industrial pure titanium are: density P=4.5g/cm3, melting point 1800°C, thermal conductivity λ=15.24W/(M.K), tensile strength σ b=539MPa, elongation: δ =25% , area shrinkage ψ=25%, elasticity modulus E=1.078×105MPa, hardness HB195

Titanium Alloy

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

Known as the “workhorse” of titanium alloys, Ti6Al-4V or Grade 5 titanium is the most commonly used of all titanium alloys. It accounts for 50% of the world’s total titanium consumption. Its usability lies in its many benefits. Ti6Al-4V can be heat treated to increase its strength. It can be used in welded structures at service temperatures up to 600°F. The alloy combines high strength with light weight, useful formability and high corrosion resistance. The availability of Ti6AI-4V makes it the best alloy for use in multiple industries such as aerospace, medical, marine and chemical processing industries.

Kelas 23

Ti 6AL-4V ELI or Grade 5 ELI grade is a higher purity form of Ti 6Al-4V. It can be made into coils, strands, wires or flat wires. It is the first choice for any situation where high strength, light weight, good corrosion resistance and high toughness are required. It has excellent damage tolerance to other alloys. These advantages make Ti 6Al-4V ELI grade the ultimate dental and medical titanium grade. Due to its biocompatibility, good fatigue strength and low modulus, it can be used in biomedical applications such as implantable components.

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. The chemical symbol of titanium is Ti, the atomic number is 22.
2. Titanium is the 9^th most abundant element in the Earth’s crust.
3. The name titanium comes from the Titans in Greek mythology.
4. Titanium does not occur in nature as a metal.
5. Titanium is the only metal that can bond and grow with human bones.
6. The natural color of titanium is silvery white.
7. Titanium is not magnetic.
8. Titanium has a high melting point, about 1,668 degrees Celsius (3,034 degrees Fahrenheit)
9. Titanium won’t rust.
10. Titanium is non-toxic.
11. China is the largest titanium producer in the world.