Apa itu titanium?
Titanium, yang dilambangkan dengan simbol kimia Ti dan nomor atom 22, adalah logam transisi berkilau yang terkenal dengan rasio kekuatan-terhadap-berat yang luar biasa, ketahanan terhadap korosi, dan biokompatibilitas. Ditemukan pada akhir abad ke-18, titanium telah menjadi sangat diperlukan di berbagai industri, termasuk sektor kedirgantaraan, medis, otomotif, dan kelautan.
Apa saja nilai titanium yang berbeda untuk pemesinan CNC?
Titanium adalah logam serbaguna yang umumnya digunakan dalam pemesinan CNC karena karakteristiknya yang unik. Ada beberapa tingkatan titanium yang tersedia, masing-masing dengan sifat unik yang membuatnya sesuai untuk berbagai penggunaan. Kualitas titanium yang biasanya digunakan dalam pemesinan CNC dijelaskan secara rinci di bawah ini.
Kelas 1: Titanium murni komersial (kandungan oksigen rendah)
Titanium Grade 1 adalah yang paling lembut dan paling ulet, sehingga dapat dikerjakan dengan mesin. Aplikasi di lingkungan yang parah membutuhkan ketahanan korosi yang kuat dan daya tahan benturan. Grade biokompatibel ini lebih disukai dalam implan dan peralatan medis karena keamanannya. Komponen dengan presisi dan stabilitas tinggi mendapat manfaat dari koefisien ekspansi termal yang rendah, yang mengurangi regangan termal. Kekuatan yang rendah membatasi penggunaannya dalam aplikasi dengan tekanan tinggi dibandingkan dengan grade lainnya.
Kelas 2: Titanium Murni Komersial (Kandungan Oksigen Standar)
Grade 2, kadang-kadang dikenal sebagai titanium “pekerja keras”, kuat, ulet, dan tahan korosi. Dengan kemampuan mesin dan kemampuan las yang baik, titanium ini lebih kuat dari Grade 1. Sangat cocok untuk komponen kedirgantaraan, peralatan pemrosesan kimia, dan lingkungan maritim. Kemampuan beradaptasinya membuatnya cocok untuk industri yang membutuhkan kekuatan dan ketahanan korosi sedang. Grade 2 lebih lemah dari paduan titanium meskipun memiliki manfaat.
Kelas 3: Titanium murni komersial (kandungan oksigen sedang)
Titanium grade 3 memiliki kekuatan yang lebih baik daripada Grade 1 dan 2, tetapi keuletan dan kemampuan bentuknya lebih rendah. Grade ini digunakan dalam aplikasi pesawat terbang yang membutuhkan kekuatan yang lebih baik tanpa menambah berat karena ketahanan korosinya. Kekuatannya membuat pemesinan menjadi lebih sulit dibandingkan grade yang lebih lunak, sehingga membutuhkan kontrol yang cermat untuk menghindari keausan pahat.
Kelas 4: Titanium Murni Komersial (Kandungan Oksigen Tinggi)
Grade 4 adalah grade titanium murni terkuat secara komersial, dengan kualitas korosi dan mekanis yang luar biasa. Titanium ini digunakan dalam komponen aeronautika dan peralatan bedah yang membutuhkan kekuatan dan umur panjang. Karena kekerasannya, pemesinan titanium Grade 4 memerlukan peralatan dan proses khusus untuk mencapai toleransi yang ditentukan tanpa keausan pahat atau deformasi benda kerja.
Kelas 5: Paduan Titanium (Ti-6Al-4V)
Titanium kelas 5, Ti-6Al-4V, adalah paduan titanium yang populer karena rasio kekuatan-terhadap-beratnya yang tinggi dan ketahanan terhadap korosi. Paduan ini memiliki aluminium dan vanadium, yang meningkatkan kualitas mekanisnya di atas titanium murni. Paduan ini digunakan dalam suku cadang kedirgantaraan, militer, dan otomotif berkinerja tinggi. Pemesinan Grade 5 lebih keras dan cenderung bekerja mengeras, oleh karena itu kecepatan potong dan pemilihan pahat harus dipertimbangkan dengan cermat.
Kelas 6: Paduan Titanium (Ti-5Al-2.5Sn)
Titanium grade 6 terdiri dari aluminium dan timah, yang memberikan kemampuan las yang baik dan performa suhu tinggi. Grade ini sering digunakan dalam konstruksi badan pesawat dan mesin jet, di mana ketahanan terhadap panas sangat penting. Meskipun memiliki kualitas mekanis yang lebih unggul daripada grade titanium murni, masalah pemesinan tetap ada karena kekerasannya yang lebih tinggi dibandingkan dengan Grade 1 dan 2.
Kelas 7: Paduan Titanium (Ti-0.15Pd)
Palladium ditambahkan ke titanium grade 7, yang membuatnya lebih tahan terhadap korosi daripada grade murni komersial biasa. Oleh karena itu, paladium bekerja dengan sangat baik dalam pekerjaan pemrosesan kimia yang membutuhkan paparan terhadap kondisi yang keras. Karena sifatnya yang istimewa, titanium ini dapat digunakan di lingkungan laut dan dalam produksi klorat. Namun, karena keras, sulit untuk dikerjakan dengan mesin, sama seperti grade titanium lainnya.
Kelas 11: Paduan Titanium (Ti-0.15Pd)
Paduan titanium Grade 11 mirip dengan Grade 7, tetapi dengan keuletan yang ditingkatkan, sehingga cocok untuk digunakan di lingkungan yang sangat korosif seperti air laut. Paduan ini mempertahankan biokompatibilitas yang tinggi sekaligus memberikan kualitas mekanis yang lebih baik yang sesuai untuk berbagai aplikasi industri. Pemesinan grade ini menghadirkan masalah yang serupa dengan paduan lainnya, namun dapat dikurangi dengan prosedur yang tepat.
Kelas 12: Paduan Titanium (Ti-0.3Mo-0.8Ni)
Struktur Grade 12 mencakup molibdenum dan nikel, menghasilkan kemampuan las dan ketahanan korosi yang luar biasa. Grade ini sering digunakan dalam penukar panas dan aplikasi maritim karena kemampuannya untuk mentolerir lingkungan yang keras sambil menjaga integritas struktural. Meskipun memiliki keunggulan utama dibandingkan dengan grade titanium murni, kompleksitas pemesinan tetap menjadi masalah.
Kelas 23: Paduan Titanium (Ti-6Al-4V ELI)
Grade 23 adalah varian interstisial ekstra rendah dari Grade 5, dibuat terutama untuk aplikasi medis yang membutuhkan biokompatibilitas. Komposisinya yang disempurnakan memberikan peningkatan ketangguhan patah sekaligus menjaga kekuatan tinggi yang diperlukan untuk implan dan perangkat bedah. Karena kualitasnya yang unik, pemesinan grade ini membutuhkan perhatian khusus, namun hasil akhirnya adalah komponen yang memenuhi standar medis yang tinggi.
Mengapa memilih titanium untuk suku cadang mesin CNC?
Memilih titanium untuk suku cadang mesin CNC menawarkan banyak keuntungan, menjadikannya bahan yang disukai di berbagai industri.
Rasio kekuatan-terhadap-berat yang luar biasa
Meskipun 5% lebih lemah dari baja, titanium memiliki berat 40% lebih rendah. Dalam aplikasi aeronautika dan otomotif di mana pengurangan berat badan sangat penting untuk kinerja dan efisiensi, sifat ini memungkinkan produsen untuk mengembangkan komponen yang ringan namun kuat. Kapasitas untuk mempertahankan kekuatan tinggi sambil meminimalkan massa adalah pengubah permainan di sektor yang berfokus pada kinerja.
Ketahanan Korosi Tinggi
Titanium tahan korosi, terutama dalam situasi ekstrem seperti pengolahan laut dan kimia. Untuk komponen yang harus tahan terhadap keadaan yang keras, titanium dapat menahan air laut, asam, dan korosif lainnya tanpa mengalami kerusakan. Hal ini memperpanjang masa pakai komponen dan menurunkan biaya perawatan.
Biokompatibilitas
Implan medis dan gadget menggunakan titanium karena biokompatibilitasnya. Aplikasi bedah seperti penggantian sendi dan implan gigi aman karena zat ini tidak bereaksi dengan jaringan manusia. Dalam perawatan kesehatan, sifatnya yang tidak beracun membuatnya lebih cocok.
Ketahanan dan Ketahanan terhadap Kelelahan
Ketahanan dan daya tahan Titanium memungkinkan komponen untuk bertahan dari beban berulang tanpa kegagalan. Komponen kedirgantaraan mengalami pembebanan siklus, sehingga kualitas ini sangat penting. Komponen titanium dapat diandalkan dalam aplikasi penting karena kinerjanya yang baik di bawah tekanan.
Sifat Non-Magnetik
Titanium juga berguna karena tidak bersifat magnetis, sehingga dapat digunakan di tempat-tempat yang memiliki gangguan magnetis. Sifat ini sangat berguna dalam pengaturan medis (seperti mesin MRI) dan gadget elektronik yang perlu mengontrol medan magnet.
Kemampuan Mesin dan Kemampuan Bentuk
Ti sulit dibuat karena konduktivitas panasnya yang terbatas dan kecenderungannya untuk mengeras, namun pemesinan CNC telah membuatnya lebih mudah. Produsen dapat menggunakan kualitas khusus titanium dengan menggunakan mesin CNC untuk memotong dan mentoleransi geometri yang rumit. Alat potong, kecepatan, dan sistem pendingin yang tepat dapat mengurangi akumulasi panas pemesinan.
Kelestarian Lingkungan
Titanium juga sangat mudah didaur ulang, yang menambah daya tariknya sebagai pilihan material yang bertanggung jawab terhadap lingkungan. Kapasitas untuk mendaur ulang titanium meminimalkan limbah dan meningkatkan keberlanjutan dalam operasi produksi.
Tantangan yang Perlu Dipertimbangkan Saat Mengolah Titanium
Pemesinan titanium melibatkan berbagai kendala yang dapat menghambat proses manufaktur. Memahami hambatan ini sangat penting untuk menghasilkan output CNC berkualitas tinggi. Berikut ini adalah tantangan utama dalam pemesinan titanium.
Penumpukan Panas
Konduktivitas termal titanium yang terbatas menyebabkan panas pemesinan terkumpul pada antarmuka alat potong-benda kerja. Penumpukan panas dapat mempercepat keausan pahat, memperpendek usia pahat, dan menurunkan kualitas permukaan benda kerja. Panas dapat mengeraskan titanium, sehingga lebih sulit untuk diproses jika tidak ditangani dengan benar. Gunakan sistem pendingin bertekanan tinggi dan optimalkan laju pemakanan dan kecepatan spindel untuk menghindari masalah ini.
Kekuatan Pemotongan Tinggi
Untuk kekuatan dan kekerasannya, paduan titanium membutuhkan gaya potong yang besar. Gaya yang tinggi dapat menyebabkan getaran dan defleksi selama pemesinan, yang mengakibatkan kesalahan produk dan keausan pahat. Operator mesin harus menggunakan penahan kerja yang kokoh dan perkakas khusus titanium yang tajam untuk mengatasi masalah ini.
Reaktivitas Kimia
Titanium bereaksi secara kimiawi pada suhu tinggi. Reaktivitas ini dapat menyebabkan oksidasi permukaan dan rasa perih, yang menempelkan material pada alat pemotong dan merusaknya. Oksigen melemahkan paduan titanium, sehingga mengurangi ketahanan terhadap korosi. Menggunakan cairan pemotongan yang tepat dan pemesinan pada suhu yang lebih rendah dapat mengurangi dampak ini.
Deformasi Elastis
Titanium berubah bentuk di bawah gaya pemotongan karena modulus elastisitasnya yang lebih rendah daripada baja. Hal ini dapat menyebabkan benda yang ramping melentur atau terdistorsi selama pemesinan, sehingga menghasilkan dimensi yang di luar batas toleransi. Gunakan parameter pencekaman dan pemotongan yang kaku yang meminimalkan defleksi untuk mengatasi masalah ini.
Tepi yang Dibangun (BUE)
Pemesinan titanium sering menyebabkan penumpukan pahat. Chip pada mata potong pahat akan membuatnya tumpul dan menghasilkan panas. Mencegah BUE dan mengoptimalkan kondisi pemotongan memerlukan solusi penghilangan chip seperti aplikasi cairan pendingin bertekanan tinggi langsung pada mata potong.
Kontrol Chip
Serpihan titanium yang panjang dan tipis dapat membungkus mesin atau merusak permukaan mesin jika tidak dikontrol dengan benar. Chip ini menghalangi perpindahan panas dari zona kerja, sehingga memperburuk penumpukan panas. Untuk meningkatkan kontrol chip dan mencegah kerusakan, teknisi mesin harus mengembangkan prosedur perkakas dan pemesinan yang mendorong pembentukan chip yang lebih pendek.
Tekanan Sisa
Struktur kristal dan pengerasan kerja Titanium dapat menyebabkan tegangan sisa selama pemesinan. Tidak mengelola tegangan ini dapat menyebabkan distorsi atau kerusakan pada produk jadi. Menerapkan teknik pemesinan yang mengakomodasi tekanan ini, seperti pemotongan yang lebih dalam, dapat membantu.
Tips untuk Pemesinan Mesin CNC Titanium
Meskipun titanium sangat sulit untuk dikerjakan, namun masih banyak industri dan desainer yang menggunakan titanium karena banyak manfaatnya, berdasarkan pengalaman kami selama bertahun-tahun dalam permesinan titanium, kami telah merangkum pelajaran-pelajaran berikut ini.
Pilih Alat Pemotong yang Sesuai
Gunakan perkakas khusus titanium, seperti perkakas dengan lapisan TiCN atau TiAlN, untuk meningkatkan ketahanan terhadap panas dan mengurangi keausan perkakas.
Optimalkan parameter pemotongan
Gunakan kecepatan spindel yang lebih rendah bersamaan dengan peningkatan laju pemakanan untuk mengurangi panas dan mencegah pengerasan kerja. Strategi ini meningkatkan integritas pahat dan memperpanjang umur pahat.
Memastikan kekakuan dalam penyiapan
Kencangkan benda kerja dengan kuat dan gunakan pengaturan perkakas yang kuat untuk mengurangi getaran dan defleksi, yang dapat merusak polesan permukaan dan akurasi dimensi.
Memanfaatkan sistem pendingin bertekanan tinggi.
Gunakan cairan pendingin bertekanan tinggi secara langsung pada zona pemotongan untuk menghilangkan panas secara efektif, mengurangi kerusakan termal, dan meningkatkan evakuasi chip.
Permukaan akhir untuk komponen titanium mesin
Komponen titanium yang dikerjakan dengan mesin dapat memperoleh manfaat yang besar dari berbagai proses finishing permukaan yang meningkatkan fitur praktis dan estetika. Berikut adalah beberapa perawatan permukaan yang paling sering digunakan pada titanium.
Pemolesan
Pemolesan menghasilkan permukaan yang halus dan reflektif, yang meningkatkan daya tarik estetika komponen titanium. Metode ini sangat bermanfaat dalam aplikasi yang mementingkan penampilan, seperti perhiasan dan komponen pesawat terbang kelas atas. Detail pemolesan titanium
Anodisasi
Anodizing adalah teknik elektrokimia yang mengendapkan lapisan oksida pelindung pada permukaan titanium. Hal ini meningkatkan ketahanan terhadap korosi sekaligus memungkinkan penyesuaian warna, sehingga berguna dalam perangkat medis dan produk konsumen.
Peledakan Manik-Manik
Peledakan manik-manik atau sandblasting menghasilkan hasil akhir matte yang kasar pada permukaan titanium. Pendekatan ini sering digunakan karena keunggulan estetika, yang dapat membantu meningkatkan ketahanan terhadap goresan.
Pelapisan PVD (pengendapan uap fisik)
Lapisan PVD, termasuk titanium nitrida (TiN), meningkatkan kekerasan dan ketahanan aus. Metode ini mencakup pelapisan lapisan tipis material ke permukaan titanium, yang dapat meningkatkan kinerja dalam pengaturan yang menantang.
Pemolesan listrik
Elektropolishing meningkatkan hasil akhir permukaan dengan menghilangkan lapisan kecil material, membuatnya bersih dan berkilau. Prosedur ini juga menurunkan kekasaran mikro dan meningkatkan ketahanan terhadap korosi.
Pelapisan Bubuk
Pelapisan bubuk menghasilkan hasil akhir yang tahan lama yang dapat diaplikasikan dalam berbagai warna. Ini sangat berguna untuk meningkatkan tampilan dan ketahanan korosi pada komponen titanium yang digunakan dalam aplikasi luar ruangan.
Krom
Chroming menempatkan lapisan kromium di atas komponen titanium untuk membuatnya lebih tahan terhadap karat dan memberikan hasil akhir yang mengkilap. Proses ini sering digunakan untuk menyelesaikan mobil dan membuat dekorasi.
Menyikat
Menyikat bagian titanium memberikan tampilan yang unik dan membantu menyembunyikan goresan dan keausan dari waktu ke waktu dengan memberikan pola linier pada permukaannya.
Lukisan
Mengecat permukaan titanium adalah cara yang mudah untuk menambahkan warna dan menjaganya agar tetap aman dari kerusakan. Biasanya digunakan untuk penampilan, dan teknik yang berbeda dapat digunakan untuk mengaplikasikannya berdasarkan hasil akhir yang diinginkan.
Aplikasi Suku Cadang Mesin Titanium
Karena rasio kekuatan-terhadap-beratnya yang tinggi, ketahanan terhadap korosi, dan biokompatibilitasnya, suku cadang mesin titanium sangat penting bagi banyak bisnis. Mereka dapat digunakan di sejumlah area.
Industri Kedirgantaraan
Titanium digunakan di pesawat terbang untuk bagian-bagian penting seperti bilah kompresor, cakram, struktur badan pesawat, dan roda pendaratan karena kuat tetapi tidak terlalu berat. Agar pesawat terbang dapat bekerja dengan baik dan bertahan lama, ia harus mampu menangani suhu tinggi dan korosi.
Bidang Kedokteran dan Gigi
Titanium adalah bahan yang populer untuk implan medis seperti implan gigi, penggantian sendi, dan alat bedah karena biokompatibel dan tidak bereaksi dengan cairan tubuh. Penggunaannya menurunkan kemungkinan penolakan dan memastikan bahwa implan akan bertahan lama di dalam tubuh.
Sektor Otomotif
Suku cadang mesin titanium digunakan untuk suku cadang mesin seperti katup dan batang penghubung, serta sistem pembuangan, pada mobil berperforma tinggi dan mahal. Kekuatan dan keringanan materialnya membantu mobil berjalan lebih baik dan menggunakan lebih sedikit bahan bakar. (Sumber Wikipedia)
Aplikasi Kelautan
Titanium adalah logam yang baik untuk perlengkapan kapal, poros baling-baling, dan bagian lain yang akan terpapar pada kondisi laut yang keras karena tidak berkarat. Hal ini membuatnya dapat diandalkan dan tahan lama.(Sumber Wikipedia)
Penggunaan Industri
Suku cadang mesin titanium digunakan pada penukar panas, katup, dan reaktor dalam pemrosesan kimia dan produksi listrik karena dapat menangani lingkungan korosif dan suhu tinggi, yang menjaga operasi tetap aman dan efisien.(Sumber Wikipedia)
Fakta Penting
Perbandingan dengan Bahan Lain
Ti lebih sulit untuk dikerjakan dibandingkan bahan lain karena tidak menghantarkan panas dengan baik, sangat kuat, dan cenderung mengeras, yang berarti Anda memerlukan alat dan metode khusus.
Mengapa Titanium Sulit untuk Dimesin?
Kurangnya konduktivitas termal membuat titanium sulit untuk digunakan karena mudah memanas.
Alat potong apa yang terbaik untuk titanium?
Dalam hal pemotongan titanium, perkakas karbida dengan sentuhan akhir berteknologi tinggi seperti TiAlN atau TiCN adalah yang terbaik. Perkakas ini tahan lama dan membantu menjaga panas tetap rendah selama proses pemotongan.
Proses pemesinan apa yang biasa digunakan untuk titanium?
Penggilingan, pemotongan, pengeboran, dan penggerindaan adalah cara yang umum dilakukan untuk mengerjakan titanium. Untuk mendapatkan pemesinan yang baik sekaligus menjaga panas dan keausan pahat seminimal mungkin, setiap proses memerlukan kontrol yang cermat terhadap pengaturan pemotongannya.
Kesimpulan
Dengan menguasai hal-hal ini, pemesinan CNC titanium menjadi metode yang praktis dan efektif untuk membuat suku cadang yang tahan lama dan akurat untuk bisnis kedirgantaraan, medis, dan otomotif.
