Proses Inti Pemrosesan Dalam Titanium: Pembengkokan, Stamping, Pemintalan, dan Ekspansi Tabung

Pemrosesan mendalam mengubah pelat, lembaran, tabung, dan batang titanium menjadi komponen jadi seperti siku pipa, saluran, kepala bejana tekan, lembaran tabung penukar panas, dan rumah pintal. Titanium lebih sulit dibentuk dibandingkan baja atau aluminium, sehingga setiap proses harus disesuaikan dengan kondisi paduan, ketebalan dinding, dan geometri akhir yang diperlukan. Artikel ini mengulas empat proses pemrosesan dalam-inti - pembengkokan, pengecapan, pemintalan, dan perluasan tabung - dengan parameter dan kontrol yang menentukan keberhasilan.

1. Mengapa Titanium Sulit Dibentuk

Tiga sifat material mendominasi perilaku pembentukan titanium. Pertama, modulus elastisitasnya sekitar 103-114 GPa, kira-kira setengah dari baja, yang menghasilkan pemulihan elastis yang besar (pegas balik) setelah pembentukan. Kedua, rasio luluh terhadap tariknya tinggi, sehingga rentang kerja plastisnya sempit dan kesalahan kecil dalam geometri perkakas menyebabkan kesalahan bentuk yang besar. Ketiga, titanium bereaksi cepat dengan oksigen dan nitrogen pada suhu di atas 600 C, membentuk selubung alfa rapuh yang harus dihindari atau dihilangkan. Konsekuensi praktis: perkakas pembengkokan dan pengecapan memerlukan kelonggaran pembengkokan berlebih, pembentukan panas harus dilakukan di bawah atmosfer yang terkendali atau dengan jendela proses yang rapat, dan pelumasan harus mencegah gesekan antara bagian dan permukaan perkakas.

2. Pembengkokan Tabung dan Profil Titanium

Pembengkokan tabung menggabungkan deformasi elastis dan plastis; dinding luar menipis dan dinding dalam menebal, sedangkan sumbu netral bergeser ke luar. Untuk tabung titanium, radius tekukan minimum biasanya 2 hingga 3 kali diameter tabung untuk pembengkokan mandrel, dan pegas balik sebesar 5-15 derajat harus dikompensasi dengan overbend perkakas. Pembengkokan dingin praktis untuk tabung dengan diameter luar kurang dari 50 mm dan rasio ketebalan dinding yang menghindari tekuk; setelah pembengkokan dingin, disarankan-anil pelepas tegangan pada suhu 480-650 C untuk memulihkan keuletan dan menstabilkan dimensi. Pembengkokan panas, yang dilakukan sebagai pembengkokan tarik putar atau pembengkokan dorong pada suhu 600-800 C, mengurangi kekuatan luluh dan pegas secara signifikan serta memungkinkan radius yang lebih rapat dan dinding yang lebih tebal, namun memerlukan perlindungan terhadap oksidasi. Tekuk tegangan (regangan) lebih disukai untuk profil radius besar di mana distorsi penampang harus diminimalkan.

3. Stamping dan Pembentukan Lembaran Titanium

Pengecapan lembaran titanium lebih sulit daripada baja karbon atau aluminium karena diperlukan radius tekukan yang lebih besar (biasanya 2-4 kali ketebalan lembaran untuk tekukan 90-derajat di Kelas 2, lebih banyak untuk-paduan berkekuatan tinggi) dan arah lembaran canai yang kuat. Tiga rute digunakan dalam praktik: pembentukan dingin untuk lembaran tipis (hingga sekitar 3 mm) dengan deformasi kecil dan presisi sedang; pembentukan panas pada suhu 600-800 C untuk pelat tebal dan bagian besar, dimana tegangan aliran lebih rendah memungkinkan penarikan dalam; dan pra-pembentukan diikuti dengan pelurusan panas, yang menggabungkan keakuratan pengerjaan dingin dengan sifat mampu bentuk dari pengerjaan panas untuk bentuk yang kompleks. Penarikan titanium yang dalam memerlukan kontrol gaya blankholder yang cermat, jari-jari sudut yang besar, dan pelumasan yang efektif; anil perantara sering kali diperlukan untuk penarikan multi-tahap.

4. Berputar (Rotary Forming)

Pemintalan, atau pemintalan logam, secara bertahap mengubah bentuk benda kerja yang berputar di atas mandrel menggunakan rol. Proses ini menggabungkan elemen penempaan, ekstrusi, peregangan dan pembengkokan, dan sangat efisien untuk bagian aksisimetris seperti kerucut, kubah, silinder, dan nozel. Dibandingkan dengan pembentukan tekan, pemintalan pada titanium menawarkan penghematan material sebesar 20-50 % karena blanko awal dapat mendekati bentuk akhir yang dikembangkan, permukaan akhir yang tinggi, dan akurasi dimensi pada diameter +/- 0,5 mm atau lebih baik. Pemintalan geser (pembentukan aliran) dapat mengurangi ketebalan dinding dengan sengaja, menghasilkan cangkang berbentuk kerucut dan silinder yang mulus dengan struktur butiran halus dan sifat mekanik yang ditingkatkan. Bagian titanium yang diproduksi dengan cara pemintalan meliputi saluran luar angkasa, kepala kapal kimia, selubung motor roket, dan sentrifugal.

5. Pelebaran Tabung dan Sambungan Tabung-ke-Tubesheet

Pemuaian tabung adalah metode penyambungan mekanis yang mengubah bentuk dinding tabung secara radial menjadi alur atau pada lubang lembaran tabung untuk membuat sambungan yang-kedap bocor dan menahan beban,-yang banyak digunakan pada penukar panas cangkang-dan-tabung, kondensor, dan pendingin. Ada tiga teknik yang umum dilakukan: penggulungan mekanis, di mana rol tirus melebarkan tabung dengan torsi terkendali; ekspansi hidrolik atau fleksibel, yang menggunakan tekanan cair atau kandung kemih fleksibel untuk ekspansi seragam dalam jangka panjang; dan perluasan eksplosif, di mana muatan ledakan memperluas tabung hampir seketika, cocok untuk lembaran tabung tebal dan bahan sulit. Derajat pemuaian harus dikontrol dengan tepat - biasanya 3-8 % reduksi dinding tergantung pada desain sambungan - karena kebocoran yang kurang-muai dan ekspansi yang berlebihan menyebabkan penipisan dinding, pengerasan kerja, dan kerentanan terhadap korosi tegangan. Setelah mengembang, ujung tabung sering kali dilebarkan atau dilas ke lembaran tabung untuk mendapatkan segel yang lebih kuat, dan sambungan diuji tekanan sesuai kode yang berlaku.

6. Seleksi Proses dan Pengendalian Mutu

Pilih proses berdasarkan geometri: bagian berongga axisymmetric mendukung pemintalan; bagian prismatik atau kotak-lebih disukai stempel; tabung dan profil mendukung pembengkokan; koneksi tube-ke-tubesheet mendukung perluasan. Apa pun rutenya, verifikasi kondisi paduan (anil,-pengerjaan dingin, atau-pengolahan larutan), kendalikan suhu pembentukan dalam jangka waktu yang ditentukan, gunakan pelumas yang sesuai, dan periksa apakah ada keretakan permukaan, kulit jeruk, penipisan dinding-di luar toleransi, dan kotak alfa setelah pengerjaan panas. Pemeriksaan dimensi, pengujian penetran-pewarna pada area yang dicurigai, dan verifikasi kekerasan atau tarik pada kupon pengujian melengkapi paket penerimaan. Komponen titanium yang dibentuk biasanya dipasok dengan standar bahan yang sama dengan produk awal, misalnya ASTM B338 atau ASME SB338 untuk tabung, dengan rute pembentukan yang didokumentasikan dalam catatan produksi.

7. Pertanyaan Umum

Q1: Berapa radius tikungan minimum untuk tabung titanium?

Untuk pembengkokan mandrel pada tabung anil berdiameter-kecil, radius garis tengah 2-3 kali diameter tabung adalah nilai minimum umum; jari-jari yang lebih rapat memerlukan pembengkokan panas, perkakas khusus, atau kondisi paduan yang berbeda.

Q2: Apakah titanium lebih kuat daripada baja?

Ya, secara signifikan. Karena modulus elastisitas titanium sekitar setengah dari baja, springback kira-kira dua hingga tiga kali lebih besar; perkakas harus mencakup kompensasi overbend, diverifikasi oleh pembentukan percobaan.

Q3: Bisakah lembaran titanium ditarik dalam-dalam?

Ya, dengan keterbatasan. Lembaran Kelas 1 dan Kelas 2 dapat ditarik dengan baik bila jari-jari sudutnya besar, gaya blankholdernya terkontrol, dan pelumasannya efektif; paduan berkekuatan-tinggi seperti Kelas 5 biasanya memerlukan pembentukan panas atau anil menengah untuk penarikan dalam.

Q4: Apa keuntungan memutar dibandingkan stamping untuk titanium?

Pemintalan menggunakan gaya pembentukan yang lebih rendah, memerlukan perkakas yang lebih murah, dan menghemat 20-50 % material untuk komponen aksisimetris, sekaligus mencapai penyelesaian permukaan yang baik dan ketebalan dinding yang terkontrol melalui pemintalan geser.

Q5: Bagaimana tingkat ekspansi dikontrol dalam perluasan tabung?

Dengan mengontrol torsi untuk penggulungan mekanis, tekanan untuk pemuaian hidraulik, atau ukuran muatan untuk pemuaian bahan peledak, dan memverifikasinya dengan pengukuran dinding tabung serta uji tarik-keluar atau tekanan pada sambungan sampel.

Q6: Cacat apa yang harus diperiksa setelah pembentukan titanium panas?

Periksa casing alfa (lapisan permukaan rapuh yang kaya oksigen), perubahan warna karena pelindung yang tidak memadai, retak di sudut, penipisan dinding yang berlebihan, dan distorsi. Hapus kotak alfa dengan pemesinan atau pengawetan sebelum diservis.