Sebuah batang titanium dengan diameter 10 mm mampu menopang beban seberat 30 ton dan juga berfungsi sebagai stent jantung pada tubuh manusia selama 20 tahun. Performa-seluruhnya' dari material ini didukung oleh proses manufaktur yang sangat ketat. Dari bahan mentah hingga produk jadi, setiap penyimpangan sebesar 0,1% dapat menyebabkan seluruh batch produk tidak dapat digunakan. Enam langkah berikut merupakan garis "membuat-atau-menghancurkan" dalam pembuatan batang titanium.
1. Memilih bahan mentah yang tepat: “gen” kinerja
Kinerja batang titanium dikunci dari tahap bahan mentah.
Dirgantara: Ti-6Al-4V (GR5) digunakan secara luas, menyeimbangkan kekuatan dan ketangguhan tingkat 900 MPa.
Implan medis: Kandungan pengotor harus dikontrol dengan ketat. Untuk setiap peningkatan pengotor sebesar 1 ppm, risiko penolakan meningkat sebesar 10%.
Saat menyiapkan bahan, paduan utama titanium dan aluminium-vanadium spons juga harus ditimbang dengan presisi tingkat miligram-untuk menghindari fluktuasi elemen jejak yang dapat menyebabkan struktur mikro yang tidak terkendali pada tahap selanjutnya.
2. Peleburan: "Alkemisasi" dalam Vakum
Titanium akan “menelan” oksigen dan nitrogen pada suhu di atas 1.500 derajat dan langsung menjadi rapuh. Oleh karena itu, proses peleburan harus dilakukan di dalam Vacuum Arc Remelting Furnace (VAR) atau Electron Beam Cold Hearth Furnace (EBCHM).
• VAR: Dengan melelehkan elektroda yang dipadatkan lapis demi lapis seperti "pencetakan 3D", ingot dengan kemurnian lebih dari 99,995% dapat diperoleh.
EBCHM: Dengan menggunakan pemindaian berkas elektron,-inklusi dengan kepadatan tinggi seperti tungsten dan molibdenum dapat langsung diuapkan. Batang titanium kelas rotor penerbangan-harus dicairkan kembali sebanyak dua kali.
Setelah satu kali peleburan, sampel perlu diambil untuk perbandingan spektral. Jika segregasi komponen lebih besar dari 0,3%, seluruh tungku akan dihilangkan.
3. Pengolahan termomekanis: Menempa “cakram” menjadi urat dan tulang
Ingot titanium pertama-tama dipanaskan hingga titik transisi fase (sekitar 995 derajat ), lalu berulang kali dikecewakan dan ditarik dalam wilayah + dua-fasa.
Hanya ketika rasio penempaan lebih besar atau sama dengan 3:1 pori-pori mikro-internal dapat dipadatkan.
Setiap deformasi lintasan harus dikontrol dalam 20% hingga 40%. Jika terlalu cepat akan menyebabkan robekan; jika terlalu lambat, butirannya akan menjadi kasar.
Selanjutnya, panas-digulung menjadi billet, dengan persyaratan kesalahan suhu ±5 derajat . Jika tidak, perbedaan performa antara bagian depan dan belakang pada bilah yang sama bisa mencapai 15%.
4. Perlakuan Panas: "Penyempurnaan-Struktur Mikro
Homogenisasi anil: 850 derajat /2 jam untuk menghilangkan segregasi komposisi;
Perawatan solusi dan penuaan: pendinginan air 940 derajat + 540 derajat penuaan selama 4 jam, memungkinkan rasio fase + mencapai 80:20, dan kekuatannya dapat ditingkatkan lebih lanjut sebesar 12%.
5. Perawatan Permukaan: Melapisi Batang Titanium
• Pengawetan: Larutan campuran HF dan HNO₃ menghilangkan kerak oksida, sehingga menghasilkan basa-putih perak.
Shot peening: tembakan baja 0,3 mm berdampak pada permukaan dengan kecepatan 60 m/s, menimbulkan tegangan tekan pada tingkat 200 MPa, dan meningkatkan umur kelelahan sebesar 50%.
Pemolesan elektrolitik: Batang titanium medis menjalani pemolesan elektrolitik untuk mencapai kekasaran permukaan Ra Kurang dari atau sama dengan 0,1 μm, mengurangi adhesi bakteri sebesar 80%.
Oksidasi anodik: Lapisan oksida 2 μm terbentuk, yang tidak hanya tahan korosi-tetapi juga dapat diwarnai.
6. Deteksi: Risiko layar turun ke "nol"
• Komposisi kimia: Setiap batang diperiksa dengan spektrometer. Jika deviasi unsur melebihi 0,01%, maka akan dihapus.
Sifat mekanik: Pengambilan sampel acak untuk uji tarik, jika perpanjangan putus kurang dari 10%, seluruh batch akan dikembalikan.
Pengujian non-destruktif:
- Pengujian ultrasonik (UT): Mendeteksi inklusi dan cacat pada batang titanium yang lebih besar dari Ф0,8 mm.
- Eddy Current ET: Mendeteksi retakan permukaan sedalam 0,05 mm;
Struktur mikro: Periksa ukuran butir dan distribusinya di bawah mikroskop metalografi.
Kesimpulan
Pembuatan batang titanium adalah perjuangan melawan "cacat-tingkat mikron". Dari pengendalian pengotor pada tingkat ppm hingga kekasaran permukaan 1 μm, setiap langkah menantang batas fisik. Di masa depan, pencetakan 3D dan pembentukan bentuk dekat-net-dapat mempersingkat prosesnya, namun upaya mencapai "kinerja terbaik" tidak akan pernah bisa dikompromikan.
