티타늄(1) 합금(Titanium Alloy)  
                      관리자  (Homepage)  2012-04-28 13:58:24, 조회 : 327, 추천 : 30

###아래 내용은 ASM International에서 발행한 책 "Material Selections for

Corrosion Control"의 일부분 한글 번역입니다. 오류에 대해서는 책임지지 않습니다.

기술적으로 불확실한 부분이 있으면 타 기술서적을 참고하신후 판단하시기 바랍니다.###

티타늄 합금(알로이)
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동질이형의 티타늄의 변형이 마치 철에 있어서 이 페이스를 확장하기 위해서 열처리를

하는 것처럼, 알파 베타 알파베타 3가지 유형의 미세구조의 합금을 가능하게 한다.

티타늄은 전자구조에서 매우 불안정한 d-Shell가진 페이스 바꾸는 소재이기 때문에

20%이하의 사이즈를 갖고 있는 대체 엘리먼트를로서 고용화를 형성한다. 그것은 다른

금속이나 이온결합을  가진 복합물이나 고용체를 형성하기 위해 다른 알로이합금들과

반응한다.

티타늄과 그알로이는 용해온도 아래서 수소나 질소, 산소 같은 몇가지의 격자

금속들과 스스로 잘 반응한다. 이러한 티타늄 알로이의 특성은 알파에서 베타로의

전환 촉진하거나 혹은 억제함으로서 두 페이스에서의 알로이금속의안정화

기능에 좌우되거나 혹은 알로이 금속의 결합전자수에 의하여 결정된다. 알미늄, 산소,

질소,카본, 갈리움등과 같이 4이하의 양자에대한 전자 비율을 가진 알로이 금속이

알파페이스를 안전화시키고 그리고 그들이  알파 그룹을 형성한다. 지르코늄,하프니움,

틴, 실리콘 둥과 같이 전자대 양자 비율이 4인 금속들이 알파+베타 그룹을 이룬다.

그수치가 4이상인 크롬, 코발트, 구리,수소, 아이언, 망간, 니켈, 니오비움, 몰리브덴,

실리콘, 탄탈룸, 텅스턴 바나디움등이 베타그룹을 형성한다.

베타페이스를 안전화시켜주는 요소중에서 약간은 Isomorphrous Binary System

(Mo, Nb, Ta, V, W)을 형성하고 다른 요소들은 Bta-Eutectoids(Co, Cr, Cu, Fe,

H, Mn, Ni, Si). 약간의 알로이에서의 Eutectoids반은은 매우 느리므로 이런 현상이

일어나지 않는 것 처럼 보인다.알파나 베타페이스에서 실질적인 고용성을 갖고

종종 티타늄에 알로이되는 주석이나 지르코늄은 두페이스에서 안정성을 만들지

못한다. 그러나  그것들이 변혀을 느리게하거나 강도를 형성해 주는 중간재로서

역할을 하는데 매우 중요하다.

내부식성이나 비합금 금속이나 합금금속의 강도는 산소나 아이언 함량에 의해

대체적으로 결정되어진다. 산소나 아이언 함량이 증가함에 따라 내부식성은

떨어지고 강도는 증가한다. 높은 강도의 알로이 그레이드에서는 산소와 아이언은

스폰지상태의 자연 상태의 티타늄에 함유된 량을 넘어서 자유롭게 증가해서

고강도를 만든다. 카본과 질소 역시 강도를 증가시킨다 그러나 그것은 깨짐성을

증가시키어 이것을 방지하기 위해 최소한 일상에서의 함량을 유지시킨다.

알로이코드지정
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티타늄과 그알로이는 UNS Code 에서 "R5xxxx"로 표시되고 뒤의 4자리숫자는

주요 원소의 %를 나타낸다. 예를 들면 Ti-6Al-4V는 R56400, 6% Al 4% V을 

나타낸다.

열처리의 결과
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알파 페이스의 티타늄알로이는 안정적이라 열처리에 대한 반응이 거의 없다.

단지 알로이 요소의 정제정도와 알로이요소의 모양에 따라 영향을 받는다.

그러나 알파 베타 티타늄알로이는 구조를 변화하거나 강도를 증가시키는

등 열처리에 효과를 나타낸다.

이러한 합금에서 아닐드 알로이의 강도는 알로이요소 함량을 증가시킴으로서

점진적으로 증가한다. 상오까지 천천히 식힐때 베타 페이스는 변화하지

않으나 베타 페이스 구역에서 급냉을 하는 경우 부수적인 강도 증가가 일어

날 수 있다. 그이유는 베타 페이스가 말텐사이트의 알파프라임 이라는 알파

페이스로 바뀌기 때문이다. 알로이 금속의 저농도에서는 이 강도증가는

페러스 소재의 말렌사이틱 반응에서 보다는 훨씬 낮다.

그리고 또한 말텐사이틱 알파 프라임이 소둔하거나 에이징할 때 거의 변화가

일어나지 않는다. 최대 강도는 상온에서 말텐사이틱 피니쉬가 일어나는

시기의 알로이 함량에 의해서 더큰 강도를 얻을 수 있다. 티타늄늄은 산소나

물 산화카본과 잘 반응하기 때문에 산화 열처리 로 분위기에서 모든 것이

잘 나타난다. 그리고 수증기의 분해로 인한 수소와 잘 반은한다. 그래서

열처리 공정중에 표면이 거칠어지는 것을 피하기 위해 열처리는 진공로나

알곤분위기 로에서 실행되어진다. 그래서 열처리 전에 표면을 철저히

세척해야한다.

순수 티타늄
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순수티타늄(Commercially Pure, CP Grade) 내부식성이 우수하다. 그러나

상대적으로 강도가 낮다. 격자구조에 있는 요소의 함량, 즉 산소와 질소

그리고 비순도 아이언과 같은 불순물에 따라 강도는 낮아진다.

CP Grade는 격자간 알로이원소 불순도에 따라 강도가 170-480MPa

(25,000psi-70,000psi)까지 차이가 있다. 강도는 산소나 질소의 함량에

따라 증가한다. 고순도인 경우 오히려 강도, 경도, 변형온도는 떨어진다.

대신에 내부식성은 올라간다. 티타늄은 순도가 높을 수록 가격이 낮아진다.