티타늄 및 티타늄-티타늄 합금의 다양한 용도
티타늄은 기호 Ti, 원자번호 22를 갖는 화학 원소입니다. 티타늄의 밀도는 4.54g/cm3으로 강철보다 43% 가볍습니다. 알루미늄보다 높지만 강철, 구리, 니켈보다 낮습니다. 금속 중 비강도가 1위입니다.
고강도, 저밀도, 우수한 내식성, 우수한 가소성 및 용접성으로 유명한 반짝이는 전이 금속입니다.
티타늄은 유리한 특성으로 인해 항공우주, 자동차, 의료용 임플란트, 스포츠 장비 등 광범위한 응용 분야에 일반적으로 사용됩니다.
반면, 티타늄 합금은 티타늄을 모재로 사용하고, 소량의 다른 원소를 섞어 성질을 변화시키는 소재입니다. 이러한 합금 원소에는 합금의 원하는 특성에 따라 알루미늄, 바나듐, 몰리브덴 등과 같은 원소가 포함될 수 있습니다.
티타늄은 불순물 함량에 따라 고순도 티타늄(순도 최대 99.9%)과 산업용 순수 티타늄(순도 최대 99.5%)으로 구분됩니다. 공업용 순수 티타늄에는 3가지 등급이 있으며 TA + 일련번호 1, 2, 3으로 표시됩니다. 숫자가 클수록 순도가 낮아집니다. Ti: 4.507g/cm3, Tm: 1688도. 이는 882.5도 이하에서 밀집된 육각형 구조의 위상과 882.5도 이상의 체심 입방 구조의 위상을 갖는 동소 변형을 갖습니다. 순수 티타늄은 강도는 낮지만 비강도가 높고 가소성이 좋으며 저온 인성이 좋고 내식성이 높습니다. 티타늄은 압력 가공 성능은 좋지만 절단 성능은 좋지 않습니다. 티타늄은 질소로 가열하면 탈 수 있으므로 가열 및 용접 시 아르곤으로 티타늄을 보호해야 합니다.
순수 티타늄의 목적: 불순물 함량은 티타늄의 성능에 큰 영향을 미칩니다. 소량의 불순물로 티타늄의 강도를 크게 향상시킬 수 있습니다. 따라서 공업용 순수 티타늄의 강도는 고강도 알루미늄 합금 수준에 가깝고, 주로 작동 온도가 350도 이하인 석유화학 열교환기, 원자로, 선박 부품, 항공기 스킨 등을 제조하는 데 사용됩니다.
티타늄 합금은 티타늄과 기타 금속으로 만들어진 다양한 합금 금속을 말합니다. 티타늄 합금의 밀도는 일반적으로 강철 밀도의 60%에 불과한 약 4.51g/cm3입니다. 티타늄 합금은 강도가 높고 내식성 및 내열성이 우수합니다. 티타늄 합금은 강철의 60%만을 차지하며 일부 고강도 티타늄 합금의 강도는 많은 합금 구조용 강철의 강도를 초과합니다. 티타늄 합금은 순수 티타늄을 기본으로 al, mo, cr, sn 등의 화학물질을 첨가하여 만들어집니다. 두 티타늄 금속의 특성이 다른 것은 바로 이러한 화학 물질 때문입니다. 합금은 순수 티타늄이 원하는 특성을 갖지 못하는 보다 까다롭거나 특수한 용도에 자주 사용됩니다.
티타늄과 티타늄 합금의 차이점
비합금 상업적 순수 티타늄 또는 그 합금 중 하나를 사용하기로 결정할 때 제조업체는 강도 및 내식성과 같은 기본 요소를 고려할 것입니다. 밀도, 피로 균열 성장률 및 파괴 인성과 같은 기계적 특성에 따라 합금 구성 및 열처리 필요성이 결정됩니다.
부식 용도의 경우 일반적으로 강도가 낮기 때문에 순수 티타늄이 선호됩니다. 이러한 응용 분야에는 발전, 화학 처리 및 담수화를 포함한 다양한 산업 및 부문을 위한 열 교환기, 저장 탱크 및 반응 용기가 포함될 수 있습니다.
고성능 응용 분야에는 고강도 티타늄 합금이 사용됩니다. 이는 가스터빈, 다양한 항공기 구조물, 잠수정 및 시추 장비 개발에 사용됩니다. 오늘날 티타늄 합금은 생체의학 임플란트와 자전거 부품(프레임) 제조에도 사용됩니다.
Ti-6Al-4V 및 Ti{2}}Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr과 같은 합금이 사용됩니다. 해양 시추 작업 및 지열 파이프라인에 사용됩니다. Ti-6V-2Sn-2Zr-2Cr-2Mo+Si, Ti-10V-2를 포함한 기타 합금 Fe{15}}Al, Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo+Si는 가스 터빈 엔진뿐만 아니라 항공우주 응용 분야에도 사용됩니다.
