티타늄 합금 특성 소개
티타늄 합금은 탄소, 질소, 수소 및 산소와 같은 불순물의 존재 여부에 따라 성능이 영향을 받는 것이 특징인 금속 종류입니다. 가장 순수한 형태의 티타늄은 불순물 함량이 0.1% 미만이므로 가소성은 높지만 강도는 낮습니다. 순도 99.5%의 공업용 순수 티타늄은 밀도(ρ) 4.5g/cm3, 녹는점 1725도, 열전도율(λ) 15.24W/(m·K), 인장강도( σb) 539MPa, 신율(δ) 25%, 단면 수축률(ψ) 25%, 탄성률(E) 1.078×105MPa, 경도(HB) 195입니다.
1. 저밀도 및 고강도: 고강도 티타늄 합금은 일반적으로 밀도가 약 4.5g/cm3로 강철의 60%에 불과합니다. 순수 티타늄은 일반 강철과 비슷한 강도를 보이는 반면, 특정 고강도 티타늄 합금은 많은 합금 구조용 강철의 강도를 능가합니다. 결과적으로 티타늄 합금은 다른 금속 구조 재료보다 훨씬 더 높은 비강도(강도/밀도 비율)를 갖습니다. 이러한 특성으로 인해 단위 강도, 강성 및 내구성이 높은 경량 부품을 생산할 수 있습니다. 티타늄 합금은 엔진 부품, 뼈대, 스킨, 패스너 및 랜딩 기어에 적용됩니다.
2. 높은 열 강도: 티타늄 합금은 높은 온도에서도 필요한 강도를 유지할 수 있어 알루미늄 합금의 성능을 섭씨 수백도 이상 능가합니다. 150도에서 500도 사이에서는 높은 비강도를 유지하는 반면, 알루미늄 합금은 150도에서 비강도가 눈에 띄게 떨어집니다. 티타늄 합금은 최대 500도까지 작동할 수 있는 반면, 알루미늄 합금은 200도 이하의 온도로 제한됩니다.
3. 우수한 내식성: 티타늄 합금은 습한 대기 및 해수 환경에서 스테인리스강에 비해 우수한 내식성을 나타냅니다. 특히 피팅 부식, 산 부식 및 응력 부식에 대한 저항력이 뛰어납니다. 또한 티타늄 합금은 황산, 질산, 염화물 및 염소화 유기 화합물에 대한 탁월한 내성을 가지고 있습니다. 그러나 산소와 크롬염이 감소하는 조건에서 티타늄은 내식성이 낮습니다.
4. 우수한 저온 성능: 티타늄 합금은 저온 및 초저온에서 기계적 특성을 유지합니다. TA7과 같은 특정 티타늄 합금은 저온에서 탁월한 성능을 발휘하며 -253도에서도 일부 가소성을 유지합니다. 따라서 티타늄 합금은 저온 응용 분야에 중요한 구조 재료입니다.
5. 화학적 반응성: 티타늄은 대기 중에 존재하는 산소, 질소, 수소, 일산화탄소, 이산화탄소, 수증기 및 암모니아 가스와 쉽게 반응하는 상당한 화학적 활성을 나타냅니다. 단단한 TiC는 탄소 함량이 더 높은(0.2% 이상) 티타늄 합금에서 형성됩니다. TiN이 고온에서 질소와 상호작용하면 단단한 표면층이 형성됩니다. 티타늄은 600도 이상에서 산소를 흡수하여 경도가 높은 경화층을 형성합니다. 수소 함량이 증가하면 취성층이 형성됩니다. 가스 흡수로 인해 경화된 부서지기 쉬운 표면의 깊이는 0.1-0.15 mm에 도달할 수 있으며 경화 정도는 20%-30%입니다. 티타늄은 또한 상당한 화학적 친화성을 나타내어 마찰 표면과 쉽게 접착력을 형성합니다.
6. 열전도율 및 탄성률: 티타늄은 열전도율이 낮아 니켈의 약 1/4, 철의 1/5, 알루미늄의 1/4입니다. 다양한 티타늄 합금의 열전도율은 순수 티타늄에 비해 약 50% 낮습니다. 티타늄 합금은 탄성률이 강철의 절반 정도이므로 강성이 덜하고 변형되기 쉽습니다. 결과적으로, 절단 및 가공 표면은 반동량이 많아(스테인리스강의 약 2~3배) 얇은 막대와 벽이 얇은 부품은 피해야 합니다. 이러한 반동으로 인해 공구 표면에 심한 마찰, 접착 및 결합 마모가 발생할 수 있습니다.
티타늄 합금은 티타늄을 모재로 하고 여기에 다른 원소를 첨가하여 구성됩니다. 티타늄 결정 구조에는 882도 이하에서 밀집된 육각형 구조를 나타내는 티타늄과 882도 이상에서 체심 입방체 구조를 갖는 티타늄의 두 가지 유형이 있습니다.
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