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작성일 : 14-11-25 11:56

티타늄(8)과 그합금의 분말야금과 급냉응고

글쓴이 : 운영자

관리자 (Homepage) 2012-06-19 23:35:16, 조회 : 264, 추천 : 21

###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.###

분말야금과 급냉응고(Powder Metallurgy and Rapid Solidification)
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높은 재료비, 포징비, 기계가공비,용접비와 티타늄의 높은 반응성 때문에

분말야금 방식의 네트세이프(Net Shape) 근접네트세이프(Near Net Shape)

방식에 의거 경제적인 문제가 해결되었다. 티타늄과 티타늄알로이에서

주물이나 가공티타늄과 거의 비슷하가나 능가하는 기계적인 물성치를

갖는 분말야금(Powder Metallurgy)이 대안으로 실현되었다.

기계가공과 스크랩이 줄어드는 점에서 분말야금 방식이 전통적인 잉곳메탈보다
충분히 매릿트를 갖게 되엇다. Ti-6Al-4V, Ti-6Al-2.5Sn, Ti-10V-2Fe-3Al,
Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo, Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo등 다수의 합금결합이 분말야금
방식에 의거 생산되어지지만 실질적으로 Ti-6Al-4V가 90%이다.

티타늄 분말야금은 압축(Cmpacting)과 소결(Sintering)중에 알로이를 형성하는
메탈파우더를 브렌딩 압축하거나 혹은 기합금된 파우더를 압축 소결함으로서
생산한다. 특히 후자는 급냉응고를 통해서 더욱 향상된 특성을 갖는, 다른방법
으로는 불가능한 이상적인 알로이결합을 만들 수 있다.

비록 진공소결에 의한 냉간압축이 브렌디드 합금분말과 더불어 사용되긴하지만
Hot Isostatic Pressing(HIP)가 기성 합금분말에 통상적으로 사용되는 방법이다.
혼합분말은 진공메탈 캔이나 세라믹몰드와 결합해서 동시적으로 압축하고
압열로에서 가열하여 진다. Fluid 다이압축이나 진공열압축방법도 사용되어지고
있다. 많은 빠른소결합금은 전통적인 전통적인 Cooling기술로는 생산이 불가능하다.

Rapid Cooling은 용해한계를 늘리어서 메탈구조에서 일어나는 분리와 작업성
문제를 피하게 해준다. 재래의 합금일지라도 빠른 소결은 강도와 연성을 증가
시킨다. Ti-6Al-4V와 유사한 알로이나 바나듐을 대치한 알로이들에서는 최대
인장강도가 1070Mpa에서 1135Mpa(115,150-164,575psi)까지 증가시키고,
냉각비율이 10의3승/10의4승에서 10의6승/10의7승 Deg.K 증가되어질 때

면적이 22%내지30%가 증가한다. 더욱 중요한 것은, 빠른 소결방법(Rapid

Solidification)은 아래와 같은 장점과 더불어 재래의 냉각비율로는 생산할 수

없는 알로이 생산을 가능하게 해 준다.

1) 급냉응고는 카본, 보론, 실리콘, 그리고 게르마늄과 같은 메탈로이드 첨가를
가능하게 하거나, 안정적인 산화 희귀금속(예를 들면 이트리움, 어비엄,
네오다이비엄 등) 초소 구조정제를 통한 인장강도나 경도를 증가시키는
초극소구조확산을 통한 생산을 가능하게 한다.

2).그것은 대단히 높은 인장강도와 높은 연성을 위한 니켈, 구리, 코발트,철,

크로미움, 실리콘, 텅스텐과 같은 Eutectoid Formers를 첨가 가능하게하거나

혹은 고온에서의 성능과 축소된 밀도를 위한 Ti3Al 침천의 확산으로 높은

알루미늄 알파티타늄 알로이를 생산가능하게 한다.

3.그것은 3.6비중, 약 175GPa(24,375psi)의 탄성모듈을 갖는 티타눔알루미나인
TiAl(Ti-40Al)와 Ti3Al(Ti-16Al)같은 Intermetalics생산을 가능하게 하고
그리고 비록 연성과 성형성이 많이 줄기는 하지만 내산화성을 극대화시켜준다.
그래서 섭씨900도(1,650F)까지 사용하는 가스터빈블레이드를 가능하게 한다.

4. 그것은 재래식 합금생산중에 분리하는 경향이 있는 많은양의 안정제를
첨가할 수 있고 혹은 초경량 슈퍼알로이 생산을 위해 리듐이나 마그네슘

같은 저밀도의 요소들의 많은량을 첨가할 수 있게한다. 이두 금속의 용해온도,

섭씨1342도(2450F)와 1107도(2025F)는 티타늄의 용해온도인 1668도(3035F)

보다 더 낮게 하고 그들은 재래식 메탈제조 방식에 의한 합금을 불가능하게한다.

티타늄 알로이에 가벼운 메탈들을 추가하는 것은 밀도를 낮게하고 무게에대한

강도를 개선한다.

종래의 용해합금방식에 의해서는 불가능한 알로이 생산방식인 기계적알로이
(Mechanical Alloying:MA)방식이 개발 되어 졌다. 비록 섭씨850도나

950도에서의 Thermomechanical 공정이 소재를 조악하게하고 약화시키기는

하지만, 이 침탄 공정이 E2O3, Ce2O3, Ce4O4S3와 같은 희귀혼합물 침탄확산을

이용하는 빠른 고용화방식에 의해 분산강화알루미나이드(Aluminide)가 생산되어

졌다. MA는 Ti-Al-4V에서 Y2O3확산에 사용되고 알루마이드 TiAL를 생산하는데

사용되어졌다.