MachineMFG

티타늄과 그 합금: 알아야 할 모든 것

티타늄이 항공우주, 의료용 임플란트, 주방용품과 같은 일상용품에 없어서는 안 될 필수 소재인 이유는 무엇일까요? 이 글에서는 고강도, 저밀도부터 뛰어난 내식성까지 티타늄의 고유한 특성에 대해 자세히 살펴봅니다. 또한 순수 티타늄과 그 합금의 차이점을 설명하고 다양한 산업 응용 분야를 강조합니다. 티타늄의 다재다능함과 내구성이 여러 분야에서 중요한 소재가 되는 이유를 알아보세요.

목차

1. 티타늄의 출처

티타늄은 1791년 영국의 그레고어라는 아마추어 광물학자가 처음 발견했습니다. 1795년 클라프로스라는 독일 화학자가 그리스 신 타이탄의 이름을 따서 이 미지의 금속 물질에 이름을 붙였는데, 이는 영어로 "티타늄"으로 번역됩니다.

티타늄은 지구상에 풍부하게 존재하며, 알려진 티타늄 광물의 종류는 140가지가 넘습니다. 그러나 주요 산업 응용 분야는 일메나이트와 루틸입니다. 중국은 전 세계 일메나이트 매장량의 28%를 보유하여 세계 1위를 차지하고 있습니다.

무독성 원소로 널리 알려진 티타늄은 채굴 및 생산 비용이 높아 가격이 비쌉니다. 고온과 저온을 견디고 강산과 염기에 강하며 강도가 높고 밀도가 낮아 NASA 로켓과 인공위성에 특화된 소재가 되었습니다.

옥토끼, J-20, 산둥 항공모함 등 우리나라의 초대형 프로젝트에도 사용되었습니다. 1980년대 소비자 시장에 진출한 후 천연 항균 및 생체 적합성 덕분에 식기 업계에서 '명예의 왕'이 되었습니다.

중국의 티타늄 산업은 1950년대에 시작되었습니다. 1960년대 중반까지 중국은 쭌이와 바오지에 각각 스펀지 티타늄과 티타늄 가공 공장을 설립하여 중국을 티타늄 산업의 글로벌 강국 중 하나로 만들었습니다.

21세기에 들어 중국의 티타늄 산업은 새로운 발전 가속기에 접어들었고, 티타늄 생산 능력은 세계를 선도하고 있습니다.

2. 순수 티타늄과 티타늄 합금의 차이점

순수 티타늄

산업용 순수 티타늄 또는 상업용 순수 티타늄이라고도 하며, 불순물 원소 함량에 따라 등급이 매겨집니다. 스탬핑 가공성이 우수하고 용접성는 열처리 및 조직 유형에 민감하지 않으며 만족스러운 가소성 조건에서 일정한 강도를 갖습니다. 강도는 주로 갭 원소인 산소와 질소의 함량에 따라 달라집니다.

99.5% 산업용 순수 티타늄의 특성은 다음과 같습니다: 밀도 P=4.5g/cm3녹는점은 1800°C, 열전도율 λ=15.24W/(M.K), 인장 강도 σ b=539MPa, 연신율: δ =25%, 단면 수축률 ψ=25%, 탄성률 E=1.078×105MPa, 경도 HB195입니다.

티타늄 합금

티타늄 합금은 티타늄을 기본으로 하고 다른 원소로 구성된 합금입니다. 티타늄은 발견 후 지금까지 60~70년 밖에 되지 않은 비교적 젊은 금속입니다. 티타늄 합금 소재는 경량, 고강도, 작은 탄성, 고온 저항성 및 내식성과 같은 특성을 가지고 있습니다.

주로 항공 엔진, 로켓, 미사일 등의 부품에 사용됩니다. 티타늄에는 두 가지 종류의 동형 복굴절 결정이 있습니다. 티타늄은 녹는점이 1720°C인 동형 이성질체입니다. 882°C 이하에서는 α 티타늄이라고 하는 조밀한 육각형 결정 구조를, 882°C 이상에서는 β 티타늄이라고 하는 몸체 중심의 정육면체 격자 구조를 나타냅니다.

위의 두 가지 티타늄 구조의 서로 다른 특성을 사용하여 적절한 합금 원소를 추가하고 상전이 온도와 상 함량을 점차적으로 변경하면 티타늄 합금(티타늄 합금)의 다른 조직을 얻을 수 있습니다.

티타늄 합금 원소는 상전이 온도에 미치는 영향에 따라 세 가지 범주로 나눌 수 있습니다:

안정된 α 상, 상전이 온도를 높이는 원소는 알루미늄, 마그네슘, 산소 및 질소와 같은 α 안정화 원소입니다. 그중 알루미늄은 티타늄 합금의 주요 합금 원소이며 합금의 실온 및 고온 강도 향상, 비중 감소 및 탄성 계수 증가에 명백한 영향을 미칩니다.

안정한 β 상, 상전이 온도를 낮추는 원소는 β 안정화 원소입니다. 이들은 동형과 공융으로 나눌 수 있습니다. 전자는 몰리브덴, 니오븀, 바나듐 등을 포함하며 후자는 크롬, 망간, 구리, 실리콘 등을 포함합니다.

상전이 온도에 거의 영향을 미치지 않는 중성 원소로는 지르코늄, 주석 등이 있습니다.

티타늄 및 티타늄 합금 브랜드 및 화학 성분 표

합금 등급공칭 화학 성분화학 성분, %
주요 구성 요소불순물, 초과하지 않음
TiAlSnMoPdNiSi BFeCNHO 기타 요소
싱글합계 합계
TA1ELI산업용 순수 티타늄남아있음       0.100.030.0120.0080.100.050.20
TA1산업용 순수 티타늄남아있음       0.200.080.030.0150.180.100.40
TA1-1산업용 순수 티타늄남아있음≤0.20     ≤0.08 0.150.050.030.0030.12 0.10
TA2ELI산업용 순수 티타늄남아있음       0.200.050.030.0080.100.050.20
TA2산업용 순수 티타늄남아있음       0.300.080.030.0150.250.100.40
TA3ELI산업용 순수 티타늄남아있음       0.250.050.040.0080.180.050.20
TA3산업용 순수 티타늄남아있음       0.300.080.050.0150.350.100.40
TA4ELI산업용 순수 티타늄남아있음       0.300.050.050.0080.250.050.20
TA4산업용 순수 티타늄남아있음       0.500.080.050.0150.400.100.40
TA5Ti-4Al-0.005B남아있음3.3~4.7     0.0050.300.080.040.0150.150.100.40
TA6Ti-5AI남아있음4.0~5.5      0.300.080.050.0150.150.100.40
TA7Ti-5Al-2.5Sn남아있음4.0 ~6.02.0~3.0     0.500.080.050.0150.200.100.40
TA7ELITi-5Al-2.5SnELI남아있음4.50~5.752.0 ~3.0     0.250.050.0350.01250.120.050.30
TA8Ti-0.05Pd남아있음   0.04~0.08   0.300.080.030.0150.250.100.40
TA8-1Ti-0.05Pd남아있음   0.04~0.08   0.200.080.030.0150.180.100.40
TA9Ti-0.2Pd남아있음   0.12~0.25   0.250.080.030.0150.200.100.40
TA9-1Ti-0.2Pd남아있음   0.12~0.25   0.200.080.030.0150.180.100.40
TA10Ti-0.3 Mo-0.8Ni남아있음  0.2 ~0.4 0.6~0.9  0.300.080.030.0150.250.100.40
합금 등급공칭 화학 성분화학 성분, %
주요 구성 요소불순물, 초과하지 않음
TiAlSnMoV   MnZrSiNdFeCNHO 기타 요소
싱글합계 합계
TA11Ti-8AL-1Mo-1V남아있음7.35~8.35 0.75~1.250.75~1.25    0.300.080.050.0150.120.100.40
TA12Ti-5.5Al-4Sn-2Zr-1Mo-1Nd-0.25Si남아있음4.8~6.03.7 ~4.70.75~1.25  1.5~2.50.2~0.350.6~1.20.250.080.050.01250.150.100.40
TA12-1Ti-5.0Al-4Sn-2Zr-1.5Mo-1Nd-0.25Si남아있음4.5~5.53.7 ~4.71.0~2.0  1.5~2.50.2~0.350.6~1.20.250.080.040.01250.150.100.30
TA13Ti-2.5Cu남아있음2.0~3.0       0.200.080.050.0100.200.100.30
TA14Ti-2.3AI-11Sn-5Zr-1Mo-0.2Si남아있음2.0~2.510.5~11.50.8~1.2  4.0~6.00.10~0.50 0.200.080.050.01250.200.100.30
TA15Ti-6.5AI-1Mo-1V-2Zr남아있음5.5~7.1 0.5~2.00.8~2.5 1.5~2.5≤0.15 0.250.080.050.0150.150.100.30
TA15-1Ti-2.5AI-1Mo-1V-1.5Zr남아있음2.0~3.0 0.5~1.50.5~1.5 1.0~2.0≤0.10 0.150.050.040.0030.120.100.30
TA15-2Ti-4Al-1Mo-1V-1.5Zr남아있음3.5~4.5 0.5~1.50.5~1.5 1.0~2.0≤0.10 0.150.050.040.0030.120.100.30
TA16Ti-2Al-2.5Zr남아있음1.8~2.5    2.0~3.0≤0.12 0.250.080.040.0060.150.100.30
TA17Ti-4Al-2V남아있음3.5~4.5  1.5~3.0  ≤0.15 0.250.080.050.0150.150.100.30
TA18Ti-3AI-2.5V남아있음2.5~3.5  2.0~3.0    0.250.050.020.0150.120.100.40
TA19Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si남아있음5.5~6.51.8~2.2 1.8~2.2   3.6~4.4≤0.13 0.250.050.050.01250.150.100.30
TA20Ti-4Al-3V-1.5Zr남아있음3.5~4.5  2.5 ~3.5 1.0~2.0≤0.10 0.150.050.040.0030.120.100.30
TA21Ti-1Al-1Mn남아있음0.4~1.5   0.5~1.3≤0.30≤0.12 0.300.100.050.0120.150.100.30
TA22Ti-3Al-1Mo-1Ni-1Zr남아있음2.5~3.5 0.5 ~1.5Ni: 0.3~1.00.8 ~2.0≤0.15 0.200.100.050.0150.150.100.30
TA22-1Ti-3AI-0.5Mo-0.5Ni-0.5Zr남아있음2.5~3.5 0.2~0.8 Ni:0.3~0.80.5~1.0≤0.04 0.200.100.040.080.100.100.30
TA23Ti-2.5Al-2Zr-1Fe남아있음2.2 ~3.0  Fe:0.8~1.21.7~2.3≤0.15  0.100.040.0100.150.100.30
TA23-1Ti-2.5Al-2Zr-1Fe남아있음2.2~3.0  Fe:0.8~1.11.7~2.3≤0.10  0.100.040.0080.100.100.30
TA24Ti-3Al-2Mo-2Zr남아있음2.5~3.8 1.0~2.5 1.0~3.0≤0.15 0.300.100.050.0150.150.100.30
TA24-1Ti-2Al-1.5Mo-2Zr남아있음1.5~2.5 1.0~2.0 1.0~3.0≤0.04 0.150.100.040.0100.100.100.30
TA25Ti-3Al-2.5V-0.05Pd남아있음2.5~3.5  2.0~3.0  Pd: 0.04~0.080.250.080.030.0150.150.100.40
TA26Ti-3Al-2.5V-0.1Ru남아있음2.5~3.5  2.0~3.0  Ru:0.08~0.140.250.080.030.0150.150.100.40
TA27Ti-0.10Ru남아있음   Ru:0.08~0.14   0.300.080.030.0150.250.100.40
TA27-1Ti-0.10Ru남아있음   Ru:0.08~0.14   0.200.080.030.0150.180.100.40
TA28Ti-3Al남아있음2.0~3.3      0.300.080.050.0150.150.100.40
합금 등급공칭 화학 성분화학 성분, %
주요 구성 요소불순물, 초과하지 않음
TiAlSnMoV   CrFe   Zr  PdNbSiFeCNHO 기타 요소
싱글합계 합계
TB2Ti-5Mo-5V-8Cr-3Al남아있음2.5~3.5 4.7 ~5.74.7~5.77.5~8.5     0.300.050.040.0150.150.100.40
TB3Ti-3.5Al-10Mo-8V-1Fe남아있음2.7~3.7 9.5~11.07.5~8.5 0.8~1.2    –0.050.040.0150.150.100.40
TB4Ti-4AI-7Mo-10V-2Fe-1Zr남아있음3.0~4.5 6.0~7.89.0~10.5 1.5~2.50.5~1.5   –0.050.040.0150.200.100.40
TB5Ti-15V-3Al-3Cr-3Sn남아있음2.5~3.52.5~3.5 14.0~16.02.5~3.5     0.250.050.050.0150.130.100.30
TB6Ti-10V-2Fe-3Al남아있음2.6~3.4  9.0~11.0 1.6 ~ 2.2    –0.050.050.01250.130.100.30
TB7Ti-32Mo남아있음  30.0~34.0       0.300.080.050.0150.200.100.40
TB8Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.25Si남아있음2.5~3.5 14.0~16.0     2.4~3.20.15-0.250.400.050.050.0150.170.100.40
TB9Ti-3AI-8V-6Cr-4Mo-4Zr남아있음3.0~4.0 3.5~4.57.5~8.55.5~6.5 3.5~4.5≤0.10  0.300.050.030.0300.140.100.40
합금 등급공칭 화학 성분화학 성분, %
주요 구성 요소불순물, 초과하지 않음
TiAlSnMoV   CrFe   MnCuSiFeCNHO 기타 요소
싱글합계 합계
TC1Ti-2Al-1.5Mn남아있음1.0 ~ 2.5     0.7 ~2.00.8~2.0  0.300.080.050.0120.150.100.40
TC2Ti-4Al-1.5Mn남아있음3.5~5.0        0.300.080.050.0120.150.100.40
TC3Ti-5AI-4V남아있음4.5 ~6.0  3.5~4.5     0.300.080.050.0150.150.100.40
TC4Ti-6AI-4V남아있음5.5~6.8  3.5~4.5     0.300.080.050.0150.200.100.40
TC4ELITi-6AI-4VELI남아있음5.5 ~6.5  3.5~4.5     0.250.080.030.01250.130.100.30
TC6Ti-6Al-1.5Cr-2.5Mo-0.5Fe-0.3Si남아있음5.5~7.0 2.0~3.0 0.8~2.30.2~0.7  0.15~0.40–0.080.050.0150.180.100.40
TC8Ti-6.5Al-3.5Mo-0.25Si남아있음5.8~6.8 2.8~3.8     0.2~0.350.400.080.050.0150.150.100.40
TC9Ti-6.5Al-3.5Mo-2.5Sn-0.3Si남아있음5.8~6.81.8~2.82.8~3.8     0.2~0.40.400.080.050.0150.150.100.40
TC10Ti-6Al-6V-2Sn-0.5Cu-0.5Fe남아있음5.5 ~ 6.51.5 ~2.5 5.5 ~6.5 0.35~1.0 0.351.0 –0.080.040.0150.200.100.40
합금 등급공칭 화학 성분화학 성분, %
주요 구성 요소불순물, 초과하지 않음
TiAlSnMoV   CrFe   ZrNbSiFeCNHO 기타 요소
싱글합계 합계
TC11Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si남아있음5.8~7.0 2.8 ~3.8   0.8 ~ 2.0 0.2~0.350.250.080.050.0120.150.100.40
TC12Ti-5AI-4Mo-4Cr-2Zr-2Sn-1Nb남아있음4.5 ~5.51.5~2.53.5~4.5 3.5~4.5 1.5 ~3.00.5~1.5 0.300.080.050.0150.200.100.40
TC15Ti-5Al-2.5Fe남아있음4.5~5.5    2.0~3.0   –0.080.050.0130.200.100.30
TC16Ti-3AI-5Mo-4.5V남아있음2.2~3.8 4.5~5.54.0~5.0    ≤0.150.250.080.050.0120.150.100.30
TC17Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr남아있음4.5~5.51.5 ~2.53.5~4.5 3.5 ~4.5 1.5~2.5  0.250.050.050.0120.08~0.130.100.30
TC18Ti-5AI-4.75Mo-4.75v-1Cr-1Fe남아있음4.4~ 5.7 4.0~5.54.0~5.50.5~1.50.5 ~ 1.5≤0.30 ≤0.15–0.080.050.0150.180.100.30
TC19Ti-6AI-2Sn-4Zr-6Mo남아있음5.5~6.51.75~2.255.5 ~6.5   3.5~4.5  0.150.040.040.01250.150.100.40
TC20Ti-6Al-7Nb남아있음5.5~6.5      6.5~7.5Ta≤0.50.250.080.050.0090.200.100.40
TC21Ti-13Nb-13Zr남아있음      12.5-14.012.5~14.0 0.250.080.050.0120.150.100.40
TC22Ti-6AI-4V-0.05Pd남아있음5.5~6.75  3.5 ~4.5   Pd: 0.04~0.080.400.080.050.0150.200.100.40
TC23Ti-6Al-4V-0.1Ru남아있음5.5~6.5  3.5~4.5   Ru: 0.08~0.140.250.080.030.0150.130.100.40

가장 일반적으로 사용되는 성적입니다:

TA1(미국 표준: Gr1)

TA1(Gr1) 티타늄은 네 가지 산업용 순수 티타늄 등급 중 첫 번째 등급입니다. 이 등급 중 가장 부드럽고 연성이 뛰어납니다. 성형성이 가장 뛰어나고 내식성이 우수하며 충격 인성이 높습니다. TA1 등급은 쉬운 성형성이 필요한 모든 용도에 적합한 소재로, 일반적으로 티타늄 플레이트 및 튜브에 사용됩니다.

TA2(미국 표준: Gr2) 등급

TA2 등급 티타늄은 다양하고 폭넓은 가용성으로 인해 상업용 순수 티타늄 산업의 '주력'으로 알려져 있습니다. TA1 등급 티타늄 합금과 많은 특성을 공유하지만 약간 더 강합니다. 둘 다 똑같이 부식에 강합니다.

이 등급은 용접성, 강도, 연성 및 성형성이 우수합니다. 따라서 TA2 등급 티타늄 봉과 판재는 건설, 발전 및 의료 산업의 다양한 응용 분야에서 최고의 선택입니다.

TA3(미국 표준: Gr3) 등급

이 등급은 상업용 순수 티타늄 등급 중 가장 적게 사용되지만, 그렇다고 해서 그 가치가 떨어지지는 않습니다. TA3 등급은 TA1 및 TA2 등급보다 더 강하며 연성은 비슷하지만 성형성은 약간 떨어집니다. 하지만 이전 등급보다 기계적 특성이 더 높습니다.

TA3 등급은 항공우주, 화학 처리 및 해양 산업과 같이 중간 정도의 강도와 1차 내식성이 요구되는 분야에 사용됩니다.

TA4(미국 표준: Gr4) 등급

TA4 등급은 4가지 상업용 순수 티타늄 등급 중 가장 강한 등급으로 간주됩니다. 또한 우수한 내식성, 우수한 성형성 및 용접성으로 잘 알려져 있습니다. 일부 기체 부품, 저온 용기, 열교환기 등 고강도가 요구되는 분야에 사용됩니다.

TA9(미국 표준: Gr7) 등급

TA9 등급은 팔라듐이 추가되어 합금이 된다는 점을 제외하면 기계적, 물리적으로 TA2 등급과 동등합니다. 7등급은 용접성과 특성이 뛰어나며 모든 티타늄 합금 중 부식에 가장 강합니다.

실제로 환원산에 대한 내식성이 가장 뛰어납니다. TA9 등급은 화학 공정 및 생산 장비 부품에 사용됩니다. TA9는 특히 산성 환경에서의 내식성이 매우 강합니다.

TA9-1(미국 표준: Gr11) 등급

TA9-1 등급은 TA1 등급과 매우 유사하며, 내식성을 높이기 위해 소량의 팔라듐이 첨가되어 합금으로 만들어졌습니다. 이러한 내식성은 틈새 부식을 방지하고 염화물 환경에서 산을 줄이는 데 사용할 수 있습니다.

다른 유용한 특성으로는 최적의 연성, 냉간 성형성, 유용한 강도, 충격 인성, 우수한 용접성 등이 있습니다. 이 합금은 특히 부식이 필요한 경우 1등급 티타늄과 동일한 용도로 사용할 수 있습니다.

Ti 6Al-4V(중국 표준 TC4, 미국 표준 Gr5) 등급

티타늄 합금의 '주류'라고도 불리는 Ti 6Al-4V 또는 5등급 티타늄은 모든 티타늄 합금 중에서 가장 일반적으로 사용됩니다. 전 세계 티타늄 총 사용량의 50%를 차지합니다. 티타늄의 인기는 수많은 장점에서 비롯됩니다.

Ti 6Al-4V는 열처리하여 강도를 높일 수 있습니다. 600°F의 높은 사용 온도에서 구조물 용접에 사용할 수 있습니다. 이 합금은 고강도, 유용한 성형성 및 높은 내식성을 가지면서도 가볍습니다. Ti 6Al-4V의 다용도성 덕분에 항공우주, 의료, 해양, 화학 공정 등 다양한 산업에 최적의 합금입니다. 다음과 같은 기술 콘텐츠를 만드는 데 사용할 수 있습니다:

  • 항공기 터빈
  • 엔진 부품
  • 항공기 구조 부품
  • 항공 우주 패스너
  • 고성능 자동차 부품
  • 해양 애플리케이션
  • 스포츠 장비

Ti 6AL-4V ELI(중국 표준 TC4ELI, 미국 표준 Gr23) 등급

Ti 6AL-4V ELI 또는 TC4ELI 등급은 더 순수한 형태의 Ti 6Al-4V입니다. 코일, 연선, 전선 또는 플랫 와이어로 제작할 수 있습니다. 고강도, 가벼움, 우수한 내식성, 높은 인성이 필요한 모든 상황에 가장 적합한 소재입니다. 다른 합금에 비해 내손상성이 뛰어납니다.

이러한 장점으로 인해 TC4ELI 등급은 최고의 치과용 및 의료용 티타늄 등급으로 인정받고 있습니다. 생체 적합성이 뛰어나기 때문에 피로 강도낮은 모듈러스로 이식형 부품과 같은 생체 의학 분야에 사용할 수 있습니다. 또한 다음과 같은 세밀한 수술 절차에도 유용합니다:

  • 정형외과용 핀 및 나사
  • 정형외과용 케이블
  • 합체
  • 수술용 임플란트
  • 교정 장치
  • 조인트 교체
  • 극저온 용기
  • 뼈 고정 장치

TA10(미국 표준 Gr12) 등급

TA10 등급의 티타늄은 고품질 용접성으로 '우수' 등급을 받았습니다. 고온에서 엄청난 강도를 제공하는 내구성이 뛰어난 합금입니다. TA10 등급의 티타늄은 300 시리즈 스테인리스 스틸과 유사한 특성을 가지고 있습니다.

이 합금은 프레스 성형, 하이드로포밍, 스트레치 성형 또는 드롭 해머링을 사용하여 열간 또는 냉간 성형할 수 있습니다. 다양한 방법으로 성형할 수 있기 때문에 많은 응용 분야에서 유용합니다. 또한 이 합금의 높은 내식성은 틈새 부식을 고려해야 하는 제조 장비에 매우 유용한 가치를 제공합니다. TA10 등급은 다음 산업 및 응용 분야에서 사용할 수 있습니다:

  • 쉘 및 열교환기
  • 수문 야금 응용 분야
  • 고온 화학 제조
  • 해양 및 항공 부품

Ti 5Al-2.5Sn

Ti 5Al-2.5Sn은 우수한 용접성과 안정성을 제공하는 비열처리 합금입니다. 또한 고온 안정성, 고강도, 우수한 내식성, 우수한 크리프 저항성을 가지고 있습니다. 크리프는 고온에서 장시간에 걸쳐 발생하는 플라스틱 변형 현상을 말합니다. Ti 5Al-2.5Sn은 주로 항공기 및 동체 애플리케이션과 저온 애플리케이션에 사용됩니다.

마지막으로, 외국 및 국내 표준에 따른 구형과 신형 티타늄 등급과 화학 성분을 비교한 표를 첨부합니다.

표준등급화학 성분, %
불순물, 초과하지 않음
TiFeCNHO기타 요소
싱글합계 합계
GB/T 3620.1-200XTA1ELI남아있음0.100.030.0120.0080.100.050.20
ISO 5832/2-1999레벨 1 ELI남아있음0.100.030.0120.01250.10––
GB/T 3623-1998TA0ELI남아있음0.100.030.020.0080.100.050.20
GB/T 3620.1-200XTA1남아있음0.200.080.030.0150.180.100.40
ISO 5832/2-1999레벨 1남아있음0.200.100.030.01250.18––
ASTM B 티타늄 소재1등급남아있음0.200.080.030.0150.180.10.4
GB/T 3620.1-1994TA0남아있음0.150.100.030.0150.150.10.4
GB/T 3620.1-200XTA2남아있음0.300.080.030.0150.250.100.40
ISO 5832/2-1999레벨 2남아있음0.300.100.030.01250.25––
ASTM B 티타늄 소재2등급남아있음0.300.080.030.0150.250.10.4
GB/T 3620.1-1994TA1남아있음0.250.100.030.0150.200.10.4
GB/T 3620.1-200XTA3남아있음0.300.080.050.0150.350.100.40
ISO 5832/2-1999레벨 3남아있음0.300.100.050.01250.35––
ASTM B 티타늄 소재3학년남아있음0.300.080.050.0150.350.104
GB/T 3620.1-1994TA2남아있음0.300.100.050.0150.250.10.4
GB/T 3620.1-200XTA4남아있음0.500.080.050.0150.400.100.40
ISO 5832/2-1999레벨 4남아있음0.500.100.050.01250.40––
ASTM B 티타늄 소재4학년남아있음0.500.080.050.0150.400.10.4
GB/T 3620.1-1994TA3남아있음0.400.100.050.0150.300.10.4

3. 티타늄 및 티타늄 합금의 응용 분야

티타늄과 티타늄 합금 소재는 풍부하지만 가격이 매우 높습니다. 티타늄은 고온에서 화학적 활성이 낮기 때문에 제련 기술과 운영 환경이 상당히 까다롭기 때문입니다. 티타늄은 고온 및 진공 조건에서 제련되어야 하며, 종종 800℃ 이상의 온도에 도달해야 합니다.

티타늄 합금은 강철 제련보다 훨씬 더 까다롭습니다. 따라서 사람들은 티타늄 합금을 언급할 때마다 생산량이 적고 가격이 높은 고급 금속 재료로 인식하여 거의 사용하지 않습니다.

현재 티타늄 합금의 우수한 특성(경량, 고강도, 내열성)으로 인해 티타늄 및 티타늄 합금 소재는 특히 항공우주 산업에서 최첨단 무기 및 중요한 국가 장비 제조에 널리 사용되고 있습니다. 다음은 화학 산업에서 티타늄이 적용되는 몇 가지 예입니다:

1. 알칼리 생산 산업

알칼리 생산 산업에 티타늄 냉각기를 도입함으로써 불합리한 기존 냉각 공정으로 인해 발생하는 표준 이하의 염소 가스 문제를 효과적으로 해결했습니다. 또한 투자된 티타늄 합금 냉각기의 수명이 최대 20년에 달할 수 있어 염소-알칼리 산업의 판도를 바꾸어 놓았습니다.

2. 소금 생산 산업

현재 사용되는 가장 진보된 소금 생산 기술은 진공 소금 생산입니다. 이 과정에서 생성되는 고온의 농축 염수는 탄소강 구조물에 심각한 손상을 일으켜 장비 누출을 유발할 수 있습니다.

가열 및 증발 챔버에 티타늄-강 복합 구조를 구현하면 소금 스케일링을 효과적으로 방지하고 소금 품질을 개선하며 증발 과정에서 고농도 염수가 파이프 벽에 미치는 부식 영향을 줄여 유지보수 주기를 연장할 수 있습니다.

항공우주 산업

1. 항공 산업

항공에 사용되는 티타늄 합금은 항공기 구조용 티타늄 합금과 엔진 구조용 티타늄 합금으로 나뉩니다. 항공기에서 티타늄 합금 구조의 주요 적용 분야로는 랜딩 기어 부품, 프레임, 빔, 동체 스킨, 열 차폐 등이 있습니다. 러시아의 Il-76 항공기는 고강도 BT22 티타늄 합금을 사용하여 랜딩 기어 및 하중 지지 빔과 같은 주요 부품을 제조합니다.

보잉 747의 메인 랜딩기어 크로스빔은 길이 6.20미터, 너비 0.95미터, 무게 1545킬로그램의 단조품으로 Ti-6Al-4V 소재로 만들어집니다. 고강도 및 고인성 Ti-62222S 티타늄 합금은 C-17 비행기의 수평 안정기 축의 중요한 부품에 사용됩니다.

항공기 엔진의 경우 티타늄 합금은 컴프레서 디스크, 블레이드, 드럼, 고압 컴프레서 로터, 컴프레서 케이스에 사용됩니다. 보잉 747-8GENX 엔진의 팬 블레이드 앞쪽과 끝부분은 티타늄 합금 케이스로 보호되며, 10년의 서비스 기간 동안 단 세 번만 교체되었습니다.

2. 우주선 산업

우주선의 작업 조건은 매우 가혹합니다. 소재의 우수한 기술 설계가 필요한 것 외에도 소재 자체의 우수한 특성과 기능도 중요하기 때문에 티타늄 합금은 많은 소재 중에서 두각을 나타내고 있습니다.

우주 장비 분야에서는 1960년대 미국의 아폴로 프로그램에서 우주선의 2인용 캐빈, 밀폐된 캐빈 날개 빔, 리브가 모두 순수 티타늄으로 만든 라이닝과 함께 Ti-5Al-2.5Sn으로 제작되었습니다.

독일 MT Aerospace Company는 유럽 알파 통신 위성의 거대한 플랫폼에 사용되는 고강도 Ti-15V-3Cr 합금 추진 시스템 저장 탱크를 생산했습니다.

러시아 티타늄 합금을 우주 공학에 적용한 예로는 Energia 화물 로켓에 대형 3.5톤 BT23 티타늄 합금 단조 및 단조를 사용하는 등 여러 가지가 있습니다. 또한 티타늄 합금은 액체 연료 로켓 엔진의 연료 탱크, 저온 액체 저장 탱크 및 액체 수소 펌프 임펠러에도 사용됩니다.

마찬가지로 국내 우주공학의 급속한 발전으로 티타늄 합금이 널리 사용되고 있습니다. 1970년 동팡 1호 위성부터 현재의 선저우 시리즈 우주선 및 창어 달 탐사선에 이르기까지 티타늄 합금이 사용되었습니다.

또한 액체 수소 환경에서 사용하기 위해 중국에서 개발한 저온 TA7ELI 티타늄 합금 가스 실린더는 Long March 발사체 시리즈에 사용되었습니다. 하얼빈 공과대학교는 달 탐사선의 휠 림을 만드는 데 TC4 티타늄 합금을 사용했습니다. 또한 중국은 BT20 및 기타 고강도 티타늄 합금을 사용하여 미사일의 엔진 케이스와 노즐을 제조했습니다.

롱 행진 시리즈 로켓용 티타늄 합금 가스통
루나 로버용 티타늄 합금 휠 림

3. 해양 애플리케이션

티타늄과 그 합금은 핵잠수함, 심해 잠수정, 원자력 쇄빙선, 수중익선, 호버크래프트, 지뢰 제거기뿐만 아니라 프로펠러, 휩 안테나, 해수 파이프라인, 콘덴서, 열교환기, 음향 장치 및 소방 장비에 널리 사용됩니다. 예를 들어, 미국

'씨 클리프' 심해 잠수정은 티타늄 관측실과 조종실을 갖추고 있으며 최대 수심 6100m까지 잠수할 수 있습니다. 일본 토호 티타늄 컴퍼니는 후지 조선과 협력하여 미국에서 높은 판매량을 기록한 티타늄 스피드보트인 '모리 서포트 헤븐 II'를 건조했습니다. 중국 최초의 자체 설계 및 통합 유인 잠수정인 '자오롱' 역시 티타늄 합금을 사용하며 전 세계 해양 지역의 99.8%를 커버합니다.

4. 티타늄과 그 합금의 기존 이슈와 전망

티타늄과 그 합금의 개발이 크게 발전했음에도 불구하고 여전히 해결해야 할 과제가 남아 있습니다. 이러한 과제는 크게 세 가지로 분류할 수 있습니다:

1) 생산 측면

중국은 티타늄 산업의 주요 국가이지만 생산되는 고품질 제품의 양이 적고 특별한 특성을 가진 티타늄 제품이 부족합니다.

게다가 중국은 아직 티타늄 스트립과 압출 티타늄 프로파일을 대량 생산할 수 있는 능력이 없습니다. 이러한 한계는 항공우주 및 해양 분야에서 티타늄과 그 합금의 개발과 활용을 방해하고 있습니다. 항공 엔진에 티타늄 사용을 약 50%까지 늘리겠다는 목표는 여전히 상당한 과제로 남아 있습니다.

2) 성능 측면

티타늄은 화학적 활성도가 높기 때문에 다른 원소에 의해 오염되기 쉽습니다. 따라서 티타늄 합금의 가공 및 제조에는 높은 수준의 정밀도가 필요합니다.

또한 고성능 제품을 만들기 위해서는 기계적, 물리적, 화학적, 기술적 특성에 대한 종합적인 평가가 필요합니다. 기존 티타늄 합금의 광범위한 적용을 가로막는 두 가지 주요 장애물은 크리프 저항성과 600°C 이상의 고온 산화 저항성의 급격한 저하입니다.

3) 비용 측면

현재 전 세계적으로 티타늄 합금의 적용 비용을 줄이기 위한 노력이 이루어지고 있으며 상당한 진전이 이루어지고 있습니다.

그러나 중국의 현재 상황으로 볼 때 중국의 관리 및 기술 수준은 아직 이상적인 상태에 도달하지 못했습니다. 국내에서 생산되는 티타늄 합금 제품은 국제적으로 가격 경쟁력이 부족하여 더 널리 사용되는 데 불리합니다.

현재 티타늄 합금의 주요 응용 분야는 항공우주 및 군수 산업 분야에 머물러 있습니다. 그러나 자동차, 기차, 고속철도, 심지어 일상적인 민간 분야와 같은 새로운 응용 분야를 개발할 수 있는 가능성은 여전히 무궁무진합니다.

또한 고가의 합금 원소를 저렴한 원소로 대체하고 기술적 수단을 통해 티타늄 합금 부품의 원가를 낮추는 것도 향후 티타늄 합금 연구에서 중요한 주제입니다. 티타늄 합금의 고급 응용 분야에서 저비용 제조가 가능해지면 다양한 분야에서 활용될 수 있을 것입니다.

추천합니다:

나눔은 배려라는 사실을 잊지 마세요! : )
Shane
작성자

Shane

MachineMFG 설립자

MachineMFG의 창립자인 저는 10년 넘게 금속 가공 산업에 종사해 왔습니다. 폭넓은 경험을 통해 판금 제조, 기계 가공, 기계 공학 및 금속용 공작 기계 분야의 전문가가 될 수 있었습니다. 저는 이러한 주제에 대해 끊임없이 생각하고, 읽고, 글을 쓰면서 제 분야에서 선두를 유지하기 위해 끊임없이 노력하고 있습니다. 저의 지식과 전문성을 귀사의 비즈니스에 자산으로 활용하세요.

게시물 카테고리

다른 사용자도 좋아할 수 있습니다.
여러분을 위해 엄선했습니다. 계속 읽고 자세히 알아보세요!
48가지 화학 원소가 강철에 미치는 영향

강철 합금: 48가지 원소의 효과

강철 속에 숨겨진 작은 원소가 강철의 성능을 크게 바꿀 수 있다는 사실을 알고 계셨나요? 이 블로그에서는 수소, 붕소, 탄소, 질소,... 등 합금 원소의 매혹적인 세계에 대해 알아보세요.

알루미늄 합금: 응용 분야 및 발전

알루미늄 합금이 비행기부터 주방 용품까지 모든 것에 사용되는 이유가 궁금한 적이 있나요? 이 기사에서는 알루미늄 합금의 다양한 응용 분야와 발전을 살펴보고, 알루미늄 합금의 고유한 특징을 강조합니다.

금속 및 합금의 내식성: 종합 가이드

왜 어떤 금속은 다른 금속보다 오래 지속되는지 궁금한 적이 있나요? 이 글에서는 금속과 합금의 내식성이라는 매혹적인 세계를 살펴볼 것입니다. 얼마나 다른지 알게 될 것입니다...
중국의 철강

중국 철강의 분류 및 표준

철강의 종류에 따라 다양한 특성이 있는 이유는 무엇이며, 중국에서는 철강을 어떻게 분류할까요? 이 기사에서는 철강의 분류와 표준을 세분화하여 체계적으로 설명합니다.

강철의 분류 및 종류: 궁극의 가이드

이 기사에서는 철과 비철 금속의 매혹적인 세계를 탐구하며 고유한 특성과 분류에 대해 알아봅니다. 마지막에는 이 중요한 금속의 본질적인 차이점과 응용 분야를 이해하게 될 것입니다.

AL6061과 AL6063: 주요 차이점 설명

프로젝트에 적합한 알루미늄 합금은 AL6061과 AL6063 중 어떤 것이 있을까요? 둘 다 인기 있는 선택이지만, 각기 다른 특성과 용도가 있습니다. 이 기사에서는 두 합금의 차이점을 분석해 보겠습니다...

6061 대 7075 알루미늄: 차이점 이해

왜 일부 알루미늄 부품이 다른 알루미늄 부품보다 용접하기 쉬운지 궁금한 적이 있나요? 6061 알루미늄과 7075 알루미늄의 차이점은 그 구성과 특성에 있습니다. 이 기사에서는 이에 대해 살펴봅니다.
MachineMFG
비즈니스를 한 단계 더 발전시키세요
문의하기
ko_KR KO
ko_KR KO en_US EN ar AR de_DE DE es_ES ES fr_FR FR it_IT IT ja JA nl_NL NL pt_PT PT pt_BR PT_BR ru_RU RU
자주 묻는 질문 기사 스토어
정보 연락처 환불 및 반품
뉴스레터 구독하기
최신 뉴스, 기사, 리소스를 매주 받은 편지함으로 보내드립니다.
이용 약관 개인정보 보호정책
© 2024. 모든 권리 보유.

문의하기

24시간 이내에 답변을 받으실 수 있습니다.