티타늄 합금구성과 구조에 따라 다양한 특성을 나타냅니다. 티타늄에는 두 가지 결정 구조가 있습니다. 882도 이하의 육각형 격자를 갖는 -티타늄과 882도 이상의 체심 입방 구조를 갖는 -티타늄입니다. 적절한 합금 원소를 추가하면 상 함량과 전이 온도를 조작하여 다양한 티타늄 합금 유형을 얻을 수 있습니다. 실온에서 티타늄 합금은 세 가지 범주로 분류될 수 있습니다.
1. 티타늄 합금: 이 단상 합금은 -상 고용체로 구성됩니다. 이는 정상 온도와 상승 온도 모두에서 위상 구조를 유지합니다. 티타늄 합금은 조직이 안정적이고 순수 티타늄에 비해 내마모성이 낮으며 내산화성이 우수합니다. 500-600도 사이의 강도와 내크리프성을 유지하지만 열처리를 통해 강화할 수는 없습니다. 티타늄 합금의 상온 강도는 특별히 높지 않습니다.
2. 베타 티타늄 합금: 이 단상합금은 α상 고용체로 구성되어 있습니다. 열처리를 하지 않아도 높은 강도를 가지고 있습니다. 또한, 담금질 및 노화와 같은 공정을 통해 합금을 더욱 강화할 수 있습니다. 실온에서 베타 티타늄 합금의 인장 강도는 1372-1666 MPa에 도달할 수 있습니다.
3. 알파 베타 티타늄 합금: 이 이중 합금은 우수한 조직 안정성, 인성, 가소성 및 고온 변형 특성을 포함하여 전반적인 성능이 우수합니다. 강도를 높이기 위해 열간압력가공, 담금질, 시효처리에 적합합니다. 열처리된 알파-베타 티타늄 합금은 어닐링된 상태에 비해 강도가 50-100% 증가한 것으로 나타났습니다. 400-500도의 온도에서 장기간 작동을 견딜 수 있으며 알파 티타늄 합금에 이어 놀라운 열 안정성을 나타냅니다.
이 세 가지 유형의 티타늄 합금 중에서 가장 일반적으로 사용되는 것은 티타늄 합금과 알파-베타 티타늄 합금입니다. 가공성 측면에서는 티타늄 합금이 더 나은 성능을 제공하고 알파-베타 티타늄 합금이 그 뒤를 따르고 베타 티타늄 합금은 뒤쳐집니다. 이러한 합금에 해당하는 코드는 티타늄 합금의 경우 TA, 베타 티타늄 합금의 경우 TB, 알파-베타 티타늄 합금의 경우 TC입니다.
티타늄 합금의 성능 특성:
1. 고강도: 티타늄 합금의 밀도는 약 4.51g/cm3로 강철의 60%에 불과합니다. 일부 고강도 티타늄 합금은 많은 구조용 합금강의 강도를 능가합니다. 결과적으로 티타늄 합금의 비강도(강도/밀도)는 다른 금속 구조 재료의 비강도를 초과합니다. 이 합금은 항공기 엔진 부품, 뼈대, 스킨, 패스너 및 랜딩 기어와 같이 강도와 강성이 높은 경량 부품을 제조하는 데 이상적입니다.
2. 높은 열 강도: 티타늄 합금은 알루미늄 합금에 비해 더 높은 온도를 견딜 수 있습니다. 중간 온도에서도 필요한 강도를 유지할 수 있으며 150-500도 사이에서 탁월한 강도를 나타냅니다. 대조적으로, 알루미늄 합금은 150도에서 상당한 강도 감소를 경험합니다. 티타늄 합금의 작동 온도 범위는 최대 500도까지 확장되는 반면, 알루미늄 합금의 작동 온도는 200도 미만으로 제한됩니다.
3. 우수한 내식성 : 티타늄 합금은 습한 대기와 해수에서 내식성이 뛰어나 스테인레스 스틸보다 성능이 뛰어납니다. 이 제품은 공식 부식, 산성 부식 및 응력 부식에 대한 강력한 저항성을 나타냅니다. 티타늄 합금은 또한 알칼리, 염화물, 염소 유기 물질, 질산, 황산 등에 대한 우수한 저항성을 나타냅니다. 그러나 산소 및 크롬 염을 포함하는 환원 환경에 대한 내식성은 열악합니다.
4. 우수한 저온 성능 : 티타늄 합금은 저온 및 초저온에서도 기계적 특성을 유지합니다. 낮은 열팽창 계수로 인해 TA7과 같은 특정 티타늄 합금은 -253도에서도 어느 정도의 가소성을 유지합니다. 따라서 티타늄 합금은 저온 응용 분야에 중요한 구조 재료입니다.
5. 중요한 화학적 활성: 티타늄은 산소, 질소, 수소, 일산화탄소, 이산화탄소, 수증기 및 암모니아와 같은 대기 원소와 강하게 반응하여 높은 화학적 활성을 나타냅니다. 예를 들어, 탄소 함량이 0.2%를 초과하면 합금 내에 단단한 티타늄 탄화물(TiC)이 형성됩니다. 마찬가지로, 더 높은 온도에서는 질소와의 반응으로 인해 단단한 질화 티타늄(TiN) 표면층이 형성됩니다. 티타늄은 600도 이상의 온도에서 산소를 쉽게 흡수하여 경화층을 형성합니다. 또한, 증가된 수소 함량은 부서지기 쉬운 층의 발달로 이어질 수 있습니다. 이러한 반응은 마찰 표면에 접착 현상을 일으킬 수 있습니다.
6. 낮은 열전도율 및 탄성: 티타늄은 낮은 열전도율(약 15.24W/(m·K))을 가지고 있습니다. 열전도율은 니켈의 약 1/4, 철의 1/5, 알루미늄의 1/14입니다. 티타늄 합금은 순수 티타늄에 비해 열전도율이 훨씬 낮습니다.
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