- 티타늄 합금은 주로 티타늄에 다른 원소가 추가되어 구성됩니다..
- 티타늄은 두 개의 균일한 다형체로 존재합니다.:
- 알파 티타늄 (α-Ti): 882°C 이하, 티타늄은 조밀한 육각형 결정 격자 구조를 나타냅니다..
- 베타 티타늄 (β-티): 882°C 이상, 티타늄은 체심 입방체 결정 격자 구조를 채택합니다..
- 알파 및 베타 티타늄 구조의 독특한 특성을 활용하여, 합금 원소를 첨가하여 상전이 온도와 상 조성을 점진적으로 변경합니다..
- 이 공정을 통해 다양한 미세 구조를 지닌 티타늄 합금이 생성됩니다., 다양한 용도에 적합한 다양한 특성 제공.
티타늄 합금: 합금 원소
티타늄 합금 원소는 상전이 온도에 미치는 영향에 따라 세 가지 범주로 분류될 수 있습니다.:
- 알파 안정화 요소 (α 안정제): 이러한 요소는 α 상을 안정화하고 상전이 온도를 증가시킵니다.. 예로는 알루미늄이 있습니다., 마그네슘, 산소, 그리고 질소. 알루미늄은 티타늄 합금의 주요 합금 원소입니다., 실온과 고온 모두에서 합금의 강도를 크게 향상시킵니다., 밀도 감소, 탄성률 증가.
- 베타 안정화 요소 (β-안정제): 이러한 요소는 β 상을 안정화하고 상전이 온도를 낮춥니다.. 그들은 동형과 공석형으로 더 분류될 수 있습니다. 동형 β-안정화제의 예에는 몰리브덴이 포함됩니다., 니오브, 바나듐, 공석 베타 안정제에는 크롬이 포함되어 있습니다., 망간, 구리, 그리고 실리콘.
- 중립 요소: 이러한 요소는 상전이 온도에 최소한의 영향을 미칩니다.. 예로는 지르코늄과 주석이 있습니다..
분류 티타늄 합금
알파 티타늄 합금 (α-Ti 합금):
- 이 합금은 단상 α상 고용체로 구성됩니다..
- 실온 및 더 높은 실제 적용 온도에서 안정성을 유지합니다..
- 순수티타늄에 비해 내마모성이 우수함.
- 500°C ~ 600°C의 온도에서 강도와 내크리프성을 유지합니다..
- 열처리 강화를 할 수 없음, 그 결과 적당한 실온 강도가 발생합니다..
베타 티타늄 합금 (β-Ti 합금):
- 이 합금은 단상 β상 고용체로 구성됩니다..
- 열처리를 하지 않았음에도 불구하고, 그들은 높은 강도를 보인다.
- 담금질 및 노화를 통해 더욱 강화할 수 있습니다..
- 실내 온도 강도는 다음과 같습니다. 1372 에게 1666 MPa.
- 열 안정성이 좋지 않음, 고온 응용 분야에는 부적합.
알파 + 베타 티타늄 합금 (ㅏ + β-Ti 합금):
- 포괄적인 성능이 우수하고 미세 구조가 안정적인 이중상 합금.
- 좋은 인성을 보유, 가소성, 및 고온 변형 저항.
- 열간 단조에 적합.
- 열처리로 합금이 강화됩니다., 대략적으로 강도 증가 50% 에게 100% 숙성된 상태에 비해.
- 고온강도 발휘, 400°C ~ 500°C의 온도에서 장기간 작동 가능.
- 열 안정성은 α-Ti 합금보다 열등합니다..
분류 및 용도:
- 티타늄 합금 중에서, α-Ti 합금 및 α + β-Ti 합금이 가장 일반적으로 사용됩니다., 가공에 가장 적합한 α-Ti 합금.
- α-Ti 합금의 명칭은 TA입니다., β-Ti 합금의 경우 TB입니다., 그리고 α의 경우 + β-Ti 합금은 TC입니다..
티타늄 합금은 용도에 따라 분류될 수 있습니다.:
- 내열합금,
- 고강도 합금,
- 내식성 합금 (예를 들어, 티타늄-몰리브덴 및 티타늄-팔라듐 합금),
- 저온 합금,
- 특수 기능 합금 (예를 들어, 티타늄-철 수소 저장 재료 및 티타늄-니켈 메모리 합금).
티타늄 합금의 열처리
티타늄 합금에 대한 열처리의 영향:
- 열처리 공정을 조정함으로써, 티타늄 합금에서는 다양한 상 조성과 미세 구조를 얻을 수 있습니다..
- 미세한 등축 미세구조는 일반적으로 다음과 같은 이유로 선호됩니다.:
- 더 나은 연성,
- 열 안정성, 그리고
- 피로 강도.
- 바늘 모양의 미세 구조는 다음과 같은 장점을 제공합니다.:
- 더 높은 크리프 강도, 그리고
- 파괴인성 향상.
- 혼합된 등축 및 바늘형 미세구조는 다음과 같은 이점을 제공합니다.:
- 좋은 종합 성능.
속성 티타늄 합금
- 높은 비강도: 티타늄 합금의 밀도는 약 4.5 g/cm3, 오직 60% 강철의 것. 그들의 구체적인 강점 (강도/밀도) 다른 금속 구조 재료보다 훨씬 뛰어납니다., 항공기 엔진의 경량 부품에 이상적입니다., 프레임워크, 스킨, 그리고 랜딩기어.
- 고온 강도: 티타늄 합금은 적당한 온도에서도 필요한 강도를 유지합니다., 450°C ~ 500°C 사이에서 장기간 작동.
- 우수한 내식성: 티타늄 합금은 습한 대기와 해수에서 탁월한 성능을 발휘합니다., 스테인리스강에 비해 내식성이 우수함. 그들은 구멍에 저항합니다, 산, 응력 부식이 매우 잘됨.
- 탁월한 저온 성능: 티타늄 합금은 저온 및 초저온에서도 기계적 특성을 유지합니다., 저온 구조에 매우 중요합니다..
- 높은 화학 반응성: 티타늄은 대기 가스와 상당한 반응성을 나타냅니다., 다양한 경질층을 형성하고 마찰면과의 접착현상을 나타냄.
- 낮은 열전도율 및 탄성률: 티타늄은 다른 금속에 비해 열전도율과 탄성률이 낮습니다., 강성이 낮고 변형되기 쉬움. 절단 중, 티타늄 합금은 상당한 스프링백을 나타냅니다., 공구 표면에 심각한 마찰과 마모가 발생함.
요약
- 티타늄 합금은 높은 강도 대 밀도 비율을 가지고 있습니다., 우수한 기계적 성질, 좋은 인성, 및 내식성. 하지만, 가공성이 좋지 않고 가열 공정 중 불순물 흡수에 대한 높은 민감성을 나타냅니다..
- 티타늄의 산업 생산은 2009년에 시작되었습니다. 1948, 항공우주 산업의 요구에 따라 추진됨, 그 결과 티타늄 산업이 크게 성장했습니다..
- 가장 널리 사용되는 티타늄 합금에는 Ti-6Al-4V가 포함됩니다. (TC4), Ti-5Al-2.5Sn (TA7), 산업용 순수 티타늄 (TA1, TA2, 그리고 TA3).
- 티타늄 합금은 주로 항공기 엔진 압축기 부품 제조에 사용됩니다., 로켓의 구조 부품, 미사일, 그리고 고속 항공기, 전극 등 다양한 산업 응용 분야, 콘덴서, 그리고 히터.
