1,Pemrosesan primer: dari bijih hingga billet yang dapat diproses
Ini adalah mata rantai termahal di seluruh rantai industri titanium.
Produksi spons titanium (terutama metode Kroll):
Ubah bijih titanium (rutil atau ilmenit) menjadi titanium spons (titanium murni berpori).
Proses: Bijih titanium → Klorinasi menjadi titanium tetraklorida (TiCl ₄) → Reduksi termal magnesium (metode Kroll) → Distilasi vakum → Titanium spons.
Karakteristik: Proses yang rumit, konsumsi energi yang besar, dan produksi yang terputus-putus adalah salah satu alasan mendasar tingginya harga paduan titanium. Metode elektrolisis yang sedang berkembang, seperti proses FFC Cambridge, bertujuan untuk mengurangi konsumsi energi dan biaya, namun belum dikomersialkan dalam skala besar.
2). Meleleh:
Lelehkan titanium spons, elemen paduan, dan kembalikan material ke dalam ingot yang tersusun seragam di bawah perlindungan vakum atau gas inert (argon).
Teknologi utama:
Peleburan busur konsumsi vakum (VAR): metode yang paling umum. Elektroda dilebur secara busur dalam ruang vakum dan dimasukkan ke dalam wadah tembaga-yang didinginkan dengan air untuk memadat. Untuk memastikan kemurnian dan keseragaman, biasanya dilakukan dua atau tiga proses peleburan.
Peleburan tungku lapisan dingin (CHM): termasuk tungku lapisan dingin berkas elektron (EBCHM) dan tungku lapisan dingin busur plasma (PACHM). Ini dapat secara efektif menghilangkan kotoran dengan kepadatan-tinggi/rendah dan biasanya digunakan dalam pembuatan ingot titanium dan billet titanium kelas penerbangan kelas atas.
2,Membentuk manufaktur: membentuk blanko menjadi bentuk yang diinginkan
Ini adalah mata rantai inti yang mencerminkan sulitnya pemrosesan paduan titanium.
A. Pembentuk Plastik
Penempaan konvensional:Setelah dipanaskan dalam tungku udara, dibentuk dengan menggunakan palu tempa atau alat press. Mudah untuk menghasilkan lapisan oksida permukaan (lapisan penggetasan alfa), yang kemudian perlu dihilangkan.
Penempaan cetakan isotermal/panas:teknologi utama untuk penempaan paduan titanium secara presisi. Panaskan cetakan hingga suhu yang sama dengan billet (biasanya 800-1000 derajat C) dan bentuk di bawah tekanan lambat. Hal ini sangat mengurangi ketahanan terhadap deformasi, penurunan suhu, dan reaksi permukaan, memungkinkan produksi tempa bentuk hampir bersih dengan bentuk yang kompleks, presisi tinggi, dan distribusi garis yang wajar. Namun, biaya dan konsumsi energi cetakan (umumnya terbuat dari superalloy berbahan dasar nikel atau paduan berbahan dasar molibdenum) sangat tinggi.
Bergulir:Produksi pelat, strip, batangan, dan pipa. Pengerolan panas dilakukan dalam atmosfer atau lapisan pelindung untuk mencegah oksidasi; Pengerolan dingin memerlukan anil perantara untuk menghilangkan pengerasan kerja.
Tindihan:Digunakan untuk memproduksi profil dan pipa. Setelah billet dipanaskan, billet diekstrusi melalui cetakan di bawah tekanan tinggi. Pelumas kaca dan lapisan pelindung diperlukan untuk mencegah menempelnya jamur dan oksidasi.
Pembentukan Superplastik (SPF):Dengan memanfaatkan superplastisitas (perpanjangan yang sangat tinggi) paduan titanium pada suhu/laju tertentu dan menggabungkannya dengan tekanan udara agar sesuai dengan cetakan seperti kaca tiup, komponen-berdinding tipis yang kompleks dapat dibentuk sekaligus. Sering dikombinasikan dengan ikatan difusi (DB) untuk membentuk teknologi SPF/DB, digunakan untuk pembuatan struktur berongga multi-lapisan untuk aplikasi luar angkasa.
B.Pengecoran
Pengecoran presisi vakum: terutama dilakukan dalam tungku kondensasi busur yang dapat dikonsumsi secara vakum. Elektroda meleleh dalam bentuk busur di bawah vakum dan mengalir ke dalam cangkang cetakan keramik. Karena reaksi antara titanium dan hampir semua bahan cetakan, bahan tahan api khusus (seperti lapisan permukaan oksida yttrium) harus digunakan.
Aplikasi: Cocok untuk memproduksi komponen struktural statis dengan bentuk yang sangat kompleks yang tidak memerlukan pemesinan ekstensif, seperti selubung mesin, badan pompa, dan kepala bola golf kelas atas.
C. Manufaktur Aditif (Pencetakan 3D) - Teknologi Revolusioner
Menggunakan langsung bubuk paduan titanium atau bahan kawat lapis demi lapis untuk memproduksi komponen padat sangat cocok untuk struktur kompleks, desain ringan, dan penyesuaian batch kecil.
Teknologi utama:
Peleburan Selektif Laser (SLM)/ Peleburan Lapisan Serbuk Laser (LPBF): Dalam ruang atmosfer inert, bubuk paduan titanium pada lapisan serbuk dilebur titik demi titik menggunakan laser halus. Presisi tinggi dan kualitas permukaan bagus.
Peleburan Berkas Elektron (EBM): Peleburan serbuk dengan berkas elektron dalam lingkungan vakum. Kecepatan pembentukannya cepat, tegangan termalnya rendah, dan kinerja bagian-bagiannya mendekati kinerja tempa, tetapi permukaannya relatif kasar.
Keuntungan: Tingkat pemanfaatan material sangat tinggi (hampir 100%), mencapai struktur optimalisasi topologi seperti kisi yang sangat kompleks, sarang lebah, dan saluran pendingin berongga terintegrasi. Ini tidak tergantikan di bidang kedirgantaraan (perancah ringan, bilah dengan saluran pendingin) dan medis (implan tulang berpori yang disesuaikan).
3,Pemrosesan dan penanganan selanjutnya
1) Pemesinan:
Paduan titanium merupakan material yang sulit untuk dikerjakan karena konduktivitas termalnya yang buruk (panas terakumulasi pada pahat), afinitas kimia yang tinggi (mudah bereaksi dengan material pahat), dan modulus elastisitas yang rendah (mudah menimbulkan pahat dan getaran).
Penanggulangan: Gunakan perkakas mesin dengan kekakuan tinggi, perkakas pemotong berbahan paduan keras atau PCD yang dilapisi khusus, kecepatan potong rendah, kecepatan pengumpanan besar, tekanan{0}}tinggi, dan cairan pemotong aliran tinggi untuk pendinginan yang memadai.
Perlakuan panas:
Annealing: menghilangkan tekanan internal, menstabilkan struktur, dan meningkatkan plastisitas. Ini adalah perlakuan panas yang paling umum digunakan.
Perawatan solusi+penuaan: digunakan untuk paduan titanium + dua-fasa (seperti Ti-6Al-4V), untuk mendapatkan penguatan dispersi dan meningkatkan kekuatan melalui pendinginan dan penuaan suhu rendah.
Perawatan Permukaan
Pembersihan: Sandblasting dan pencucian asam (umumnya menggunakan asam campuran HF-HNO ∝) untuk menghilangkan kerak oksida dan lapisan polusi.
Penguatan/fungsionalisasi: Oksidasi busur mikro (MAO) menghasilkan lapisan keramik untuk meningkatkan ketahanan aus dan korosi; Nitridasi/nitridasi meningkatkan kekerasan permukaan; Pewarnaan anodisasi dan meningkatkan ketahanan terhadap korosi; Penyemprotan termal (seperti penyemprotan WC Co) meningkatkan ketahanan aus.
Teknologi koneksi:
Pengelasan: Pengelasan harus dilakukan di bawah-gas argon dengan kemurnian tinggi atau perlindungan vakum. Metode umum termasuk pengelasan gas inert tungsten (GTAW/TIG), pengelasan berkas elektron (EBW), dan pengelasan laser (LBW). Pembersihan ketat diperlukan sebelum pengelasan.
Ikatan difusi (DB): Menghubungkan atom permukaan kontak melalui difusi timbal balik di bawah suhu dan tekanan tinggi, digunakan untuk pembuatan komponen SPF/DB.
