Besi Titanium: Sifat dan Aplikasi Utama

Baja titanium, yang sering disebut sebagai baja yang distabilkan Ti, adalah paduan khusus yang mengandung titanium sebagai elemen paduan utama. Kelas baja ini terutama diklasifikasikan sebagai baja tahan karat austenitik, yang dikenal karena ketahanan korosi yang sangat baik dan kekuatan tinggi. Penambahan titanium meningkatkan stabilitas baja, terutama dalam aplikasi suhu tinggi, dan membantu mencegah pembentukan karbida kromium, yang dapat menyebabkan sensitisasi dan mengurangi ketahanan korosi.

Tinjauan Komprehensif

Baja titanium ditandai dengan kombinasi unik dari properti, yang meliputi kekuatan tinggi, duktilitas yang sangat baik, dan ketahanan korosi yang luar biasa. Elemen paduan utama dalam baja titanium biasanya meliputi besi, kromium, nikel, dan titanium. Kehadiran titanium memainkan peran penting dalam menstabilkan struktur austenitik, meningkatkan sifat mekanis baja dan ketahanannya terhadap korosi intergranular.

Karakteristik	Deskripsi
Klasifikasi	Baja tahan karat austenitik
Elemen Paduan Utama	Besi (Fe), Kromium (Cr), Nikel (Ni), Titanium (Ti)
Sifat Kunci	Kekuatan tinggi, duktilitas yang sangat baik, kemampuan pengelasan yang baik, dan ketahanan korosi

Keuntungan:
- Ketahanan Korosi: Baja titanium menunjukkan ketahanan superior terhadap berbagai lingkungan korosif, menjadikannya ideal untuk aplikasi dalam pemrosesan kimia dan lingkungan laut.
- Rasio Kekuatan terhadap Berat yang Tinggi: Paduan ini menyediakan rasio kekuatan terhadap berat yang tinggi, yang bermanfaat dalam aplikasi di mana penghematan berat sangat penting.
- Stabilitas pada Suhu Tinggi: Penambahan titanium meningkatkan kinerja baja pada suhu tinggi, menjadikannya cocok untuk aplikasi dalam pembangkitan listrik dan aerospace.

Limitasi:
- Biaya: Penambahan titanium dapat meningkatkan biaya keseluruhan baja, yang mungkin membatasi penggunaannya dalam aplikasi yang sensitif terhadap biaya.
- Mesinabilitas: Baja titanium bisa lebih sulit untuk dikerjakan dibandingkan dengan baja tahan karat lainnya, memerlukan alat dan teknik khusus.

Secara historis, baja titanium telah menemukan ceruknya di industri seperti aerospace, pemrosesan kimia, dan aplikasi laut karena sifat unik dan keuntungan kinerjanya.

Nama Alternatif, Standar, dan Ekuivalen

Organisasi Standar	Penetapan/Kelas	Negara/Region Asal	Catatan/Keterangan
UNS	S32100	USA	Ekuivalen terdekat dengan AISI 321
AISI/SAE	321	USA	Perbedaan komposisi minor dari 316
ASTM	A240	USA	Spesifikasi standar untuk baja tahan karat
EN	1.4541	Eropa	Ekuivalen dengan AISI 321
JIS	SUS321	Jepang	Sifat serupa dengan AISI 321

Tabel di atas menyoroti berbagai standar dan ekuivalen untuk baja titanium. Perlu dicatat bahwa, meskipun kelas seperti AISI 321 dan UNS S32100 sering dianggap ekuivalen, perbedaan halus dalam komposisi dapat mempengaruhi kinerja dalam aplikasi tertentu. Misalnya, kandungan titanium dalam AISI 321 membantu menstabilkan baja terhadap sensitisasi, menjadikannya lebih cocok untuk aplikasi suhu tinggi dibandingkan dengan kelas austenitik lainnya.

Sifat Kunci

Komposisi Kimia

Elemen	Rentang Persentase (%)
Fe	Saldo
Cr	17.0 - 19.0
Ni	9.0 - 12.0
Ti	5 x C hingga 0.6
C	0.08 maks
Mn	2.0 maks
Si	1.0 maks
P	0.045 maks
S	0.03 maks

Peran utama titanium dalam kelas baja ini adalah untuk menstabilkan struktur austenitik, mencegah pembentukan karbida kromium selama pengelasan dan paparan suhu tinggi. Stabilitas ini meningkatkan ketahanan baja terhadap korosi intergranular, terutama dalam lingkungan di mana sensitisasi menjadi perhatian. Selain itu, kromium dan nikel berkontribusi pada ketahanan korosi keseluruhan dan sifat mekanis paduan tersebut.

Sifat Mekanis

Sifat	Kondisi/Suhu	Nilai/Rentang Tipikal (Metik)	Nilai/Rentang Tipikal (Imperial)	Standar Referensi untuk Metode Uji
Kekuatan Tarik	Annealed	520 - 750 MPa	75 - 109 ksi	ASTM E8
Kekuatan Leleh (0.2% offset)	Annealed	205 - 310 MPa	30 - 45 ksi	ASTM E8
Panjang Regangan	Annealed	40 - 50%	40 - 50%	ASTM E8
Kekerasan (Rockwell B)	Annealed	70 - 90 HRB	70 - 90 HRB	ASTM E18
Kekuatan Impak	Charpy V-notch, -196°C	40 J	29.5 ft-lbf	ASTM E23

Sifat mekanis baja titanium menjadikannya cocok untuk aplikasi yang memerlukan kekuatan dan duktilitas tinggi. Kombinasi kekuatan tarik dan kekuatan leleh yang tinggi memungkinkan desain struktur yang lebih ringan tanpa mengorbankan keselamatan atau kinerja. Nilai perpanjangan yang sangat baik menunjukkan formabilitas yang baik, yang bermanfaat dalam proses manufaktur.

Sifat Fisik

Sifat	Kondisi/Suhu	Nilai (Metik)	Nilai (Imperial)
Kepadatan	Suhu Ruang	7.93 g/cm³	0.286 lb/in³
Titik Leleh	-	1400 - 1450 °C	2552 - 2642 °F
Kondutivitas Termal	Suhu Ruang	16.2 W/m·K	112 BTU·in/(hr·ft²·°F)
Kapasitas Panas Spesifik	Suhu Ruang	500 J/kg·K	0.12 BTU/lb·°F
Fleksibilitas Listrik	Suhu Ruang	0.72 µΩ·m	0.0000013 Ω·in

Kepadatan baja titanium berkontribusi pada rasio kekuatan terhadap berat yang tinggi, menjadikannya pilihan yang sangat baik untuk aplikasi di mana penghematan berat sangat penting. Kondutivitas termalnya relatif rendah dibandingkan dengan logam lainnya, yang bisa menguntungkan dalam aplikasi yang memerlukan isolasi termal. Kapasitas panas spesifik menunjukkan bahwa baja titanium dapat menyerap jumlah panas yang signifikan, yang bermanfaat dalam lingkungan suhu tinggi.

Ketahanan Korosi

Agen Korosif	Konsentrasi (%)	Suhu (°C/°F)	Peringkat Ketahanan	Catatan
Klorida	3-10	20-60 °C / 68-140 °F	Baik	Risiko korosi pitting
Asam Sulfat	10-30	20-40 °C / 68-104 °F	Sedang	Rentan terhadap korosi lokal
Asam Klorida	1-5	20-30 °C / 68-86 °F	Buruk	Tidak direkomendasikan
Air Laut	-	Ambient	Sangat Baik	Ketahanan yang baik terhadap korosi laut

Baja titanium menunjukkan ketahanan yang sangat baik terhadap berbagai lingkungan korosif, terutama dalam kondisi kaya klorida, menjadikannya cocok untuk aplikasi laut. Namun, penting untuk dicatat bahwa meskipun kinerjanya baik di banyak lingkungan asam, ia dapat rentan terhadap korosi lokal di asam kuat seperti asam klorida. Dibandingkan dengan baja tahan karat lainnya, seperti AISI 316, baja titanium seringkali lebih unggul dalam hal ketahanan terhadap pitting, terutama di lingkungan klorida.

Ketahanan Panas

Sifat/Batas	Suhu (°C)	Suhu (°F)	Keterangan
Suhu Layanan Kontinu Maks	800 °C	1472 °F	Cocok untuk aplikasi suhu tinggi
Suhu Layanan Seling Maks	900 °C	1652 °F	Dapat menahan paparan suhu lebih tinggi dalam waktu singkat
Suhu Pengelupasan	600 °C	1112 °F	Risiko oksidasi di atas suhu ini

Baja titanium mempertahankan sifat mekanisnya pada suhu tinggi, menjadikannya cocok untuk aplikasi dalam pembangkitan listrik dan aerospace. Ketahanan oksidasinya ditingkatkan oleh kehadiran titanium, yang membentuk lapisan oksida pelindung. Namun, harus hati-hati untuk menghindari paparan berkepanjangan pada suhu di atas 900 °C, karena ini dapat menyebabkan penurunan sifat mekanis.

Sifat Fabrikasi

Pengelasan

Proses Pengelasan	Logam Pengisi yang Direkomendasikan (Klasifikasi AWS)	Gas/Fluks Perlindungan yang Umum	Catatan
TIG	ER321	Argon	Bagus untuk bagian tipis
MIG	ER321	Argon + 2% O2	Bagus untuk bagian yang lebih tebal
SMAW	E321	Fluks hidrogen rendah	Memerlukan pemanasan awal untuk bagian tebal

Baja titanium umumnya dianggap memiliki kemampuan pengelasan yang baik, terutama saat menggunakan logam pengisi yang sesuai. Pemanasan awal mungkin diperlukan untuk bagian yang lebih tebal untuk meminimalkan risiko retak. Perawatan panas setelah pengelasan dapat lebih meningkatkan ketahanan korosi dari lasan.

Mesinabilitas

Parameter Pemesinan	Baja Titanium	Baja Tolok Ukur (AISI 1212)	Catatan/Tips
Indeks Mesinabilitas Relatif	20%	100%	Memerlukan alat khusus
Kecepatan Pemotongan Umum (Pembubutan)	30 m/menit	100 m/menit	Gunakan alat karbida untuk hasil terbaik

Baja titanium bisa lebih sulit untuk dikerjakan dibandingkan dengan baja tahan karat lainnya karena kekuatannya dan karakteristik pengerjaan keras. Disarankan untuk menggunakan alat baja kecepatan tinggi atau alat karbida dan menjaga kecepatan pemotongan yang sesuai untuk mencapai hasil yang optimal.

Formabilitas

Baja titanium menunjukkan formabilitas yang baik, terutama dalam kondisi annealed. Ini dapat dibentuk dingin atau panas, tetapi harus berhati-hati untuk menghindari pengerasan berlebih. Jari-jari tikungan minimum harus dipertimbangkan selama fabrikasi untuk mencegah retak.

Perlakuan Panas

Proses Perlakuan	Rentang Suhu (°C/°F)	Waktu Rendaman Tipikal	Metode Pendinginan	Tujuan Utama / Hasil yang Diharapkan
Pemanasan Larutan	1000 - 1100 °C / 1832 - 2012 °F	30 menit	Udara atau air	Larutkan karbida, tingkatkan duktilitas
Penuaan	700 - 800 °C / 1292 - 1472 °F	1 - 2 jam	Udara	Meningkatkan kekuatan dan kekerasan

Proses perlakuan panas seperti pemanasan larutan dan penuaan sangat penting untuk mengoptimalkan sifat mekanis baja titanium. Pemanasan larutan melarutkan karbida dan meningkatkan duktilitas, sementara penuaan dapat meningkatkan kekuatan dan kekerasan melalui pengerasan pengendapan.

Aplikasi dan Penggunaan Akhir yang Umum

Industri/Sektor	Contoh Aplikasi Spesifik	Sifat Baja Kunci yang Digunakan dalam Aplikasi ini	Alasan Pemilihan (Singkat)
Aerospace	Komponen pesawat	Kekuatan tinggi, ringan, ketahanan korosi	Penting untuk kinerja dan keselamatan
Pemrosesan Kimia	Wadah penyimpanan	Ketahanan korosi, kekuatan tinggi	Diperlukan untuk lingkungan yang keras
Maritim	Perakitan kapal	Ketahanan yang sangat baik terhadap korosi air laut	Kritis untuk umur panjang dan daya tahan
Minyak dan Gas	Sistem pipa	Kekuatan tinggi, ketahanan terhadap lingkungan asam	Diperlukan untuk keselamatan dan keandalan

Dalam aplikasi aerospace, baja titanium dipilih karena rasio kekuatan terhadap berat yang tinggi dan ketahanannya terhadap kondisi ekstrem. Dalam pemrosesan kimia, ketahanan korosinya sangat penting untuk memastikan integritas tangki penyimpanan dan sistem perpipaan.

Pertimbangan Penting, Kriteria Pemilihan, dan Wawasan Lanjutan

Fitur/Sifat	Baja Titanium	Kelas Alternatif 1 (AISI 316)	Kelas Alternatif 2 (AISI 304)	Catatan Singkat Pro/Kon atau Trade-off
Sifat Mekanis Kunci	Kekuatan tinggi	Kekuatan sedang	Kekuatan sedang	Baja titanium menawarkan kekuatan yang lebih unggul
Aspek Korosi Kunci	Sangat baik	Baik	Sedang	Baja titanium unggul di lingkungan klorida
Kemampuan Pengelasan	Baik	Istimewa	Baik	316 memiliki kemampuan pengelasan yang lebih baik
Mesinabilitas	Menantang	Sedang	Mudah	316 lebih mudah untuk diproses
Formabilitas	Baik	Istimewa	Istimewa	304 dan 316 menawarkan formabilitas yang lebih baik
Perkiraan Biaya Relatif	Lebih tinggi	Sedang	Lebih rendah	Pertimbangan biaya dapat membatasi penggunaan
Disponibilitas Tipikal	Sedang	Tinggi	Tinggi	316 dan 304 lebih umum tersedia

Ketika memilih baja titanium, pertimbangan seperti biaya, ketersediaan, dan persyaratan aplikasi spesifik harus diperhitungkan. Meskipun menawarkan sifat mekanis dan ketahanan korosi yang unggul, biaya yang lebih tinggi dan tantangan mesinabilitasnya dapat membatasi penggunaannya dalam aplikasi tertentu. Dibandingkan dengan kelas seperti AISI 316 dan AISI 304, yang mungkin lebih mudah didapat dan lebih mudah untuk dikerjakan, tetapi mungkin tidak memberikan tingkat kinerja yang sama dalam lingkungan ekstrem.

Kesimpulannya, baja titanium adalah paduan serbaguna dan berkinerja tinggi yang sangat cocok untuk aplikasi yang menuntut di berbagai industri. Kombinasi unik sifatnya menjadikannya pilihan material yang berharga bagi insinyur dan perancang yang mencari untuk mengoptimalkan kinerja dan daya tahan dalam proyek mereka.