Memahami Sifat Termal Titanium

Titanium dan paduannya banyak digunakan untuk aplikasi struktural di ruang angkasa, otomotif, pertahanan, peralatan olahraga, dan perawatan kesehatan karena kekuatannya yang tinggi, bobotnya yang rendah, ketahanan korosi yang sangat baik, dan sifat umumnya stabil pada suhu tinggi dan rendah. Namun, sifat termal titanium yang unik membuatnya tidak cocok untuk aplikasi tertentu, sementara itu unggul di aplikasi lain.

Titanium berperilaku agak berbeda dari kebanyakan logam pada suhu ekstrem, jadi penting untuk memahami sifat termal titanium sebelum menggunakannya di lingkungan seperti itu. Misalnya, meskipun titanium tetap kuat pada suhu tinggi, ia tidak mudah menghilangkan panas, yang dapat menyebabkan pembentukan panas pada logam. Namun, beberapa paduan titanium juga dapat bekerja dengan sangat baik pada suhu kriogenik.

Dalam postingan ini, kita akan mengeksplorasi sifat termal titanium pada suhu tinggi dan suhu kriogenik serta bagaimana pengaruhnya terhadap kemampuannya untuk bekerja dalam aplikasi umum.

Properti Termal Titanium pada Suhu Tinggi

Titanium dapat bekerja dengan baik di lingkungan dengan suhu ekstrem karena titik lelehnya yang tinggi dan kekuatan kelelahan siklus tinggi. Ini lebih disukai dalam aplikasi seperti mesin pesawat, kapal angkatan laut, pesawat ruang angkasa, rudal, dan pipa untuk pembangkit listrik karena ketahanan korosi yang sangat baik yang disebabkan oleh proses oksidasi pelindung yang terjadi saat terkena suhu tinggi. Oksidasi suhu ini diturunkan di atmosfer oksigen murni.

Di bawah ini, kita melihat lebih dalam pada sifat termal titanium murni komersial dan paduan titanium.

Titanium Murni Komersial

Titanium murni komersial memiliki rasio kekuatan-terhadap-berat yang tinggi dan merupakan pilihan yang sangat baik untuk digunakan dalam komponen yang beroperasi pada suhu tinggi, karena memiliki titik leleh sekitar 3,034°F dan kepadatan sekitar 4,5 g/cm3. Namun, penerapannya terkadang terbatas, karena titanium dapat terbakar dan menyebabkan kerusakan parah jika terkena situasi di mana ia bergesekan dengan logam lain pada suhu tinggi.

Titanium murni komersial tahan korosi, membentuk lapisan oksida pelindung saat terkena suhu tinggi. Ini bisa menjadi positif ketika reaktif dengan air atau pada suhu sekitar di mana saja di Bumi. Namun, titanium juga bereaksi dengan oksigen dan karbon pada suhu tinggi, yang menciptakan tantangan saat menyiapkan logam, kristal, atau bubuk titanium. Jika bubuk titanium dipanaskan dengan oksigen yang ada, itu bisa menjadi bahaya ledakan dalam proses seperti pencetakan 3D dan metalurgi sintering bubuk. Properti ini unggul dalam pipa tetapi tidak cocok untuk mesin jet dan motor roket.

Karena kekuatannya yang tinggi dan ketahanan mulurnya, titanium murni komersial dapat tetap stabil pada suhu hingga sekitar 572°F. Dibandingkan dengan logam lain seperti aluminium, titanium memiliki konduktivitas termal dan listrik yang rendah, yang dapat mengakibatkan penumpukan panas yang berlebihan.

Titanium tidak larut dalam air, dan kelarutan hidrogennya semakin menurun dengan suhu tinggi, menjadikannya kandidat yang baik untuk reaktor fusi yang dibatasi secara magnetis. Titanium juga sering digunakan dalam implan ortopedi dan gigi—namun, untuk sebagian besar aplikasi, logam lain sering ditambahkan ke titanium untuk membuat paduan yang lebih kuat dan lebih keras.

Paduan Titanium

Titanium murni sering dicampur dengan logam lain untuk membuat paduan yang memberikan peningkatan kekuatan tarik dan ketangguhan, bahkan pada suhu tinggi. Paduan ini dibagi menjadi tiga kategori berbeda—alfa, beta, dan alfa+beta. Deskripsi singkat dari setiap kategori paduan titanium dijelaskan di bawah ini.

• Paduan alfa mengandung logam seperti aluminium dan timah dan memiliki ketahanan mulur yang luar biasa pada suhu hingga 1.100 °F. Karena itu, paduan alfa sering lebih disukai untuk aplikasi suhu tinggi. Namun, mereka memiliki kekuatan rendah hingga sedang yang tidak dapat ditingkatkan dengan perlakuan panas.
• Paduan beta , yang mengandung unsur-unsur seperti molibdenum, vanadium, dan niobium, memiliki kemampuan mengeras yang sangat baik dan dapat dengan mudah diberi perlakuan panas untuk meningkatkan kekuatannya. Paduan ini memiliki ketangguhan patah yang tinggi dan sangat mudah ditempa. Namun, paduan beta tidak dapat menahan suhu setinggi paduan alfa.
• Alpha+beta alloys juga dapat diolah dengan panas dan menawarkan kekuatan sedang hingga tinggi. Paduan ini juga dapat beroperasi pada suhu yang lebih tinggi daripada titanium murni komersial dan memiliki ketahanan mulur hingga 500-800 °F.

Beberapa paduan titanium dengan kompleksitas yang lebih tinggi menampilkan kekuatan tinggi pada suhu hingga sekitar 932°F. Paduan titanium juga umumnya memiliki konduktivitas termal yang lebih rendah daripada titanium murni komersial.

Sifat Termal Titanium pada Suhu Kriogenik

Titanium dan paduannya juga berbeda dari logam lain karena beberapa di antaranya dapat mempertahankan kekuatan dan keuletannya dengan sangat baik pada suhu kriogenik. Secara khusus, paduan alfa cocok untuk aplikasi kriogenik karena tidak adanya transisi ulet ke rapuh yang ditampilkan dalam paduan beta. Paduan beta umumnya tidak dipertimbangkan untuk digunakan di lingkungan dengan suhu kriogenik karena transisi ulet ke rapuh ini. Namun, paduan alfa-beta, yang mengandung struktur kristal fase alfa dan beta, juga memiliki karakteristik kekuatan tinggi di lingkungan kriogenik. Secara khusus, paduan alfa+beta Ti-6Al-4V dapat digunakan pada suhu kriogenik hingga sekitar 800 °F  dan digunakan untuk banyak badan pesawat dan suku cadang mesin.

Sumber Titanium Lokal Anda

Industrial Metal Service telah memasok logam khusus ke produsen, masinis, dan perakit di San Francisco Bay Area dan secara nasional selama lebih dari dua dekade, dan kami telah membangun reputasi untuk profesionalisme, keandalan, dan layanan yang berfokus pada pelanggan. Kami menawarkan sisa logam baru dan daur ulang, seperti titanium, aluminium, baja, dan tembaga, yang diverifikasi dengan penganalisis fluoresensi sinar-x untuk memastikan kualitas logam yang Anda beli.