Tindakan Pencegahan Utama Selama Perlakuan Panas Komponen Pelat Titanium
1. Pengendalian Suasana: Perhatian Utama
Reaktivitas kimia Titanium yang ekstrim pada suhu tinggi menjadikan pengendalian atmosfer sebagai faktor paling penting dalam perlakuan panas. Tidak seperti baja, titanium tidak dapat dilindungi oleh atmosfer konvensional seperti hidrogen, karbon monoksida, atau amonia yang retak, karena titanium mudah bereaksi dengan gas-gas ini.
Tungku Vakum (Diutamakan):Perlakuan panas vakum adalah pilihan optimal untuk komponen pelat titanium. Ini memberikan tingkat perlindungan tertinggi dengan menghilangkan hampir semua gas di atmosfer, bukan sekadar menggantinya. Untuk anil vakum, tekanan kerja umumnya harus dijaga tidak kurang dari 2×10⁻³ Pa untuk menghindari korosi permukaan vakum yang disebabkan oleh tekanan yang terlalu rendah. Beberapa aplikasi menggunakan argon dengan kemurnian-tinggi untuk kontrol tekanan parsial.
Suasana Gas Inert:Jika tungku vakum tidak tersedia,-atmosfer argon atau helium dengan kemurnian tinggi dapat memberikan perlindungan yang memadai. Namun, bahkan gas inert ini harus sangat dimurnikan-bebas dari kelembapan dan kotoran-untuk mencegah kontaminasi. Umumnya diperlukan kemurnian argon tidak kurang dari 99,99%, meskipun kemurnian yang lebih tinggi mungkin diperlukan untuk aplikasi ruang angkasa yang kritis.
Tungku yang Dipanaskan dengan Listrik:Tungku listrik sangat disarankan dibandingkan-tungku berbahan bakar bahan bakar. Tungku berbahan bakar-menghasilkan produk sampingan pembakaran yang mengandung hidrogen dan uap air, yang dapat mencemari titanium. Jika tungku berbahan bakar-harus digunakan, atmosfer harus dijaga netral atau sedikit teroksidasi-tidak pernah berkurang, karena atmosfer yang tereduksi mendorong pembentukan hidrogen.
Pembersihan Tungku:Tungku yang sebelumnya digunakan untuk perlakuan panas atmosfer pada baja harus dibersihkan secara menyeluruh selama beberapa jam dengan gas yang dimaksud sebelum memproses titanium. Residu hidrogen dari amonia yang retak atau atmosfer perawatan-baja lainnya dapat tertinggal di celah tahan api dan mencemari komponen titanium. Pembersihan-aliran udara dengan volume dan durasi yang cukup besar (misalnya, 150 kaki kubik per menit selama 4 jam) direkomendasikan untuk tungku-yang dihembuskan udara.
2. Pencegahan Terbentuknya Kasus Alpha
Casing alfa adalah lapisan permukaan yang rapuh dan kaya oksigen-yang terbentuk saat titanium dipanaskan di atas sekitar 590–620 derajat dengan adanya oksigen. Lapisan ini sangat keras dan abrasif, sehingga mengurangi sifat keuletan dan kelelahan sekaligus mempersulit pemesinan berikutnya.
Strategi Minimalisasi:
Gunakan waktu pemanasan sesingkat mungkin pada suhu untuk membatasi difusi oksigen
Pertahankan kontrol suhu yang tepat, karena laju oksidasi meningkat secara eksponensial seiring suhu
Perawatan vakum sepenuhnya menghilangkan pembentukan kasus alfa, sehingga tidak memerlukan-penghilangan permukaan pasca perawatan
Persyaratan Penghapusan:Jika selubung alfa terbentuk selama perlakuan panas di atmosfer non-vakum atau atmosfer inert yang tidak murni, lapisan yang terkontaminasi harus dihilangkan seluruhnya sebelum komponen dapat digunakan. Metode penghapusan meliputi:
permesinan: Pemotongan dalam disarankan untuk meningkatkan masa pakai alat, karena kotak alfa sangat abrasif
Pengawetan kimia: HF-Larutan HNO₃ dapat melarutkan lapisan rapuh
Metode abrasif: Sandblasting atau penggilingan (diikuti dengan pengawetan untuk menghilangkan seluruhnya)
Verifikasi penghilangan menyeluruh dapat dilakukan dengan mengetsa dengan larutan amonium bifluorida-warna abu-abu terang menunjukkan sisa kotak alfa, sedangkan abu-abu gelap menunjukkan logam dasar bersih.
3. Pencegahan Penggetasan Hidrogen
Kontaminasi hidrogen sangat berbahaya bagi paduan titanium karena ia berdifusi dengan cepat melalui kisi logam, sehingga berpotensi mempengaruhi keseluruhan komponen, bukan hanya permukaannya saja. Kandungan hidrogen yang melebihi 150 ppm dapat menyebabkan-penggetasan pada suhu rendah melalui pembentukan hidrida.
Tindakan Pencegahan:
Pastikan atmosfer tungku benar-benar kering; kelembaban terdisosiasi pada suhu tinggi untuk membentuk hidrogen dan oksigen
Hindari kontaminan minyak, lemak, dan hidrokarbon pada komponen dan permukaan tungku, karena pembakaran tidak sempurna menghasilkan hidrogen
Pertahankan atmosfer pengoksidasi atau netral; pengurangan atmosfer meningkatkan penyerapan hidrogen
Gunakan air deionisasi untuk setiap operasi pembersihan sebelum perlakuan panas; air keran biasa mengandung klorida dan fluorida yang dapat menyebabkan kontaminasi
Penghapusan Hidrogen:Jika kontaminasi hidrogen terdeteksi (melalui analisis fusi vakum), diperlukan perlakuan dehidrogenasi. Pemanasan pada suhu 705–815 derajat (1300–1500 derajat F) dalam ruang hampa satu mikron atau kurang dapat mengurangi kandungan hidrogen. Tingkat penghilangan tergantung pada ketebalan komponen, geometri, waktu, dan suhu. Permukaan logam dan tungku harus bersih dan bebas oksida-untuk dehidrogenasi yang efisien.
4. Kebersihan Permukaan dan Penghapusan Kontaminan
Sebelum perlakuan panas, komponen pelat titanium harus dibersihkan secara cermat untuk menghilangkan semua kontaminan permukaan yang dapat menyebabkan degradasi:
Kontaminan yang Dilarang:
Sidik jari: Minyak tubuh mengandung klorida dan senyawa lain yang dapat memicu retak korosi akibat tegangan
Pelarut terklorinasi: Bahkan residu dari bahan pembersih dapat menyebabkan retak korosi tegangan di atas sekitar 230 derajat (450 derajat F)
Hidrokarbon: Minyak dan lemak merupakan penyebab utama penggetasan selama perlakuan panas
Metanol anhidrat: Menyebabkan retak korosi tegangan pada paduan titanium; jika metanol harus digunakan, metanol harus diencerkan 50:50 dengan air deionisasi, meskipun banyak produsen menghindarinya sama sekali
Asam fluorida dan asam kuat pekat: Ini sangat menimbulkan korosi pada titanium dan harus benar-benar dihindari
Metode Pembersihan yang Direkomendasikan:
Larutan pembersih berbahan dasar asam nitrat atau basa
Isopropanol sebagai alternatif pelarut organik (tidak menimbulkan korosi tegangan)
Pembilasan air deionisasi setelah semua operasi pembersihan
Pastikan bagian sampel yang dibersihkan dalam rendaman asam tidak menunjukkan pengambilan hidrogen
5. Kontrol Suhu dan Waktu
Kontrol suhu yang tepat sangat penting karena pengaruh kuat suhu larutan terhadap metalurgi dan sifat akhir paduan titanium:
Anil rekristalisasi: Biasanya dilakukan pada suhu sekitar 730 derajat untuk Ti-6Al-4V
Anil pereda stres: Umumnya dilakukan pada 500–650 derajat
Perawatan solusi: Pemilihan suhu tergantung pada komposisi paduan tertentu dan struktur mikro yang diinginkan; lihat lembar data khusus paduan-
Waktu perendaman pada suhu harus diminimalkan untuk mencegah:
Pertumbuhan butiran yang berlebihan, sehingga mengurangi ketangguhan dan keuletan
Difusi oksigen dalam dan pembentukan kasus alfa yang tebal
Pengambilan hidrogen dari jejak kontaminan atmosfer
Distorsi bagian pelat tipis
Keseragaman suhu di seluruh ruang tungku sangat penting bagi komponen pelat untuk memastikan struktur mikro dan sifat mekanik yang konsisten di seluruh bagian.
6. Pasca-Penanganan Perlakuan Panas
Penilaian Film Oksida:Setelah perlakuan panas dalam gas inert atau vakum, warna oksida permukaan menunjukkan tingkat kontaminasi:
Film oksida kuning muda: Mungkin dapat diterima tanpa penghapusan
Film oksida biru muda, biru, atau abu-abu: Harus dilepas sesuai spesifikasi
Persyaratan Pendinginan:Untuk komponen yang diberi perlakuan panas vakum-, pendinginan udara di bawah 200 derajat sebelum terpapar ke atmosfer sekitar direkomendasikan oleh beberapa standar ruang angkasa untuk meminimalkan guncangan termal dan oksidasi permukaan.
Pengujian Mekanis:Efisiensi perlakuan panas harus diverifikasi dengan pengujian mekanis yang sesuai, bukan pengujian kekerasan saja, karena korelasi antara kekuatan dan kekerasan pada paduan titanium buruk. Spesimen uji dapat dipotong dari sampel yang representatif atau tunjangan teknologi pada bagian-bagiannya.
7. Pertimbangan Khusus untuk Pelat dan Lembaran Tipis
Komponen pelat dan lembaran titanium menghadirkan tantangan khusus:
Kontrol distorsi: Bagian yang tipis cenderung melengkung selama pemanasan dan pendinginan; pemasangan yang tepat dan pemanasan yang seragam sangat penting
Musim semi-kembali: Modulus elastisitas Titanium yang rendah dan kekuatan yang tinggi menyebabkan pegas-kembali selama pembentukan dingin; pembentukan panas mungkin lebih disukai untuk bentuk yang kompleks
Pemanasan/pendinginan cepat: Pelat tipis memanas dan mendingin dengan cepat, memerlukan waktu yang tepat untuk mencapai struktur mikro yang diinginkan tanpa pertumbuhan butiran yang berlebihan atau tegangan sisa
Rasio luas permukaan-terhadap-volume: Rasio yang lebih tinggi meningkatkan kerentanan terhadap kontaminasi atmosfer, sehingga pengendalian atmosfer menjadi lebih penting
