Titanium murni mengalami transformasi alotropik pada 882 derajat (1620 derajat F).
Di bawah 882 derajat → titanium ada sebagai -Ti (Alpha Titanium)
Di atas 882 derajat → titanium berubah menjadi -Ti (Beta Titanium)
Transformasi fase ini adalah salah satu alasan terpenting mengapa paduan titanium dapat direkayasa untuk kombinasi kekuatan, keuletan, ketahanan lelah, dan ketahanan panas yang sangat berbeda.
Fase (Alpha Titanium): Stabil, Korosi-Tahan, Dapat Dilas
Titanium alfa memiliki struktur kristal-kemasan tertutup heksagonal (HCP).
Keuntungan Utama
Ketahanan korosi yang sangat baik
Kemampuan las yang unggul
Ketahanan mulur yang luar biasa
Stabilitas-suhu tinggi yang baik
Biokompatibilitas yang sangat baik
Keterbatasan
Tidak dapat diperkuat secara signifikan dengan perlakuan panas
Kekuatan sedang dibandingkan dengan paduan tingkat lanjut
Aplikasi Khas
Peralatan pemrosesan kimia
Penukar panas air laut
Alat kesehatan
Sistem desalinasi
Paduan Alfa Umum
Titanium kelas 1
Titanium kelas 2
Titanium Kelas 7 (Pd-meningkatkan ketahanan terhadap korosi)
Fase (Beta Titanium): Dapat Dibentuk, Dapat Diolah dengan Panas, Kekuatan Ultra-Tinggi
Titanium beta memiliki struktur kristal-body centered cube (BCC).
Keuntungan Utama
Sifat mampu bentuk dingin yang luar biasa
Pengerasan yang dalam
Respons-perlakuan panas
Potensi kekuatan yang sangat tinggi
Modulus elastisitas yang lebih rendah untuk beberapa aplikasi biomedis
Keterbatasan
Kurang stabil secara termal dibandingkan paduan alfa
Lebih mahal karena penambahan paduan
Aplikasi Khas
Pengencang ruang angkasa
Kabel ortodontik
Komponen roda pendaratan
Pegas-kekuatan tinggi
Paduan Beta Umum
Beta C (Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr)
Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al
Ti-5553
Ti-10V-2Fe-3Al
+ Paduan Titanium: Yang Terbaik dari Kedua Dunia
Paduan titanium yang paling banyak digunakan mengandung fase alfa dan beta.
Paduan ini menggabungkan:
Kekuatan tinggi
Ketahanan lelah yang sangat baik
Kemampuan las yang baik
Ketahanan korosi yang luar biasa
Kemampuan-pengolahan panas
Paduan Paling Populer: Ti-6Al-4V (Grade 5 / TC4)
Ti-6Al-4V menyumbang sebagian besar konsumsi paduan titanium global.
Aluminium (Al) menstabilkan fase
Vanadium (V) menstabilkan fase
Aplikasi
Bagian struktur pesawat
Komponen turbin
Implan ortopedi
Perangkat keras kelautan
Bagian titanium cetak 3D
Varian Medis
Ti-6Al-4V ELI (Kelas 23, ASTM F136)
Unsur Campuran: Siapa yang Menstabilkan Apa?
Stabilisator
Hal ini meningkatkan suhu transformasi alfa-ke-beta.
Aluminium (Al)
Oksigen (O)
Nitrogen (N)
Karbon (C)
Stabilisator
Ini menurunkan suhu transformasi dan dapat mempertahankan fase beta pada suhu kamar.
Stabilisator Beta Isomorf
Vanadium (V)
Molibdenum (Mo)
Niobium (Nb)
Tantalum (Ta)
Stabilisator Beta Eutektoid
Besi (Fe)
Kromium (Cr)
Mangan (Mn)
Elemen Netral
Zirkonium (Zr)
Timah (Sn)
Ini meningkatkan sifat mekanik secara keseluruhan tanpa banyak menggeser keseimbangan fasa.
Klasifikasi Paduan Titanium
Paduan Alfa
Contoh: TA1, TA2, Kelas 1, Kelas 2
Fitur:
Ketahanan korosi yang sangat baik
Kemampuan las yang luar biasa
Struktur mikro yang stabil
Alfa-Paduan Beta
Contoh: TC4, Ti-6Al-4V, Ti-6242
Fitur:
Kekuatan dan ketangguhan yang seimbang
Dapat diobati dengan panas
Banyak digunakan di sektor kedirgantaraan dan medis
Paduan Beta
Contoh: TB5, Ti-5553, Beta C
Fitur:
Kekuatan ultra-tinggi
Sifat mampu bentuk dingin yang luar biasa
Aplikasi luar angkasa tingkat lanjut
Mengapa Fase Alfa dan Beta Penting dalam Pencetakan 3D
Dalam Laser Powder Bed Fusion (LPBF) dan Electron Beam Melting (EBM), laju pendinginan sangat memengaruhi evolusi fase alfa-beta.
Produsen menggunakan:
Solusi pengobatan dan penuaan
Pengepresan isostatik panas (HIP)
Anil pereda stres
untuk mengendalikan:
Transformasi Martensitik
Kinerja kelelahan
Stres sisa
Keseragaman struktur mikro
Hal ini penting untuk manufaktur aditif tingkat-bersertifikasi dan implan-kedirgantaraan.
Mengapa Penting dalam Implan Medis
Perancang implan modern semakin banyak menggunakan paduan titanium beta karena mereka menawarkan:
Modulus elastisitas lebih rendah
Mengurangi perlindungan stres
Peningkatan osseointegrasi
Kompatibilitas MRI
Biokompatibilitas yang sangat baik
Paduan biomedis yang populer meliputi:
Ti-6Al-4V ELI
Ti-13Nb-13Zr
Ti-24Nb-4Zr-8Sn
Mengapa Mereka Penting di Luar Angkasa
Insinyur dirgantara menyesuaikan keseimbangan fase untuk mengoptimalkan:
Kekuatan spesifik
Ketahanan lelah
Ketangguhan patah
Resistensi mulur
Toleransi kerusakan
Contoh:
Ti-6Al-4V untuk badan pesawat
Ti-6242 untuk komponen kompresor
Ti-17 dan Ti-5553 untuk roda pendaratan dan penempaan struktural
Ringkasan Sederhana
Alfa dan beta adalah struktur kristal, bukan logam yang terpisah.
882 derajat adalah suhu transformasi fasa untuk titanium murni.
Fase alfa menawarkan stabilitas, ketahanan korosi, dan kemampuan las.
Fase beta menawarkan sifat mampu bentuk dan-kekuatan ultra-yang dapat diolah dengan panas.
Paduan alfa-beta seperti Ti-6Al-4V memberikan kinerja terbaik secara keseluruhan.
Kontrol fase adalah dasar desain paduan titanium di bidang manufaktur dirgantara, medis, kelautan, dan aditif.
