티타늄에 대한 기본 지식

티타늄은 1950 년대에 개발 된 중요한 구조 금속입니다. 티타늄 합금은 높은 강도, 우수한 내식성 및 높은 내열성으로 인해 다양한 분야에서 널리 사용됩니다. 세계의 많은 국가들이 티타늄 합금 재료의 중요성을 인식하고이를 연구하고 개발하여 실용화했습니다. 티타늄은 주기율표에서 네 번째 B 원소입니다. 강철처럼 보이며 녹는 점은 1672 ℃입니다. 내화성 금속입니다. 티타늄은 지각이 풍부하여 Cu, Zn, Sn 및 Pb와 같은 일반적인 금속보다 훨씬 높습니다. 중국의 티타늄 자원은 매우 풍부합니다. 쓰촨성 판지 후아 지역에서 발견 된 초대형 바나듐-티타늄 마그네타이트에서만, 관련 티타늄 매장량은 약 4 억 4 천만 톤에 달하며, 이는 해외에서 입증 된 티타늄 매장량의 총량에 가깝습니다. 티타늄 합금은 내열 합금, 고강도 합금, 내식성 합금 (Ti-Mo, Ti-Pd 합금 등), 저온 합금 및 특수 기능성 합금 (Ti-Fe 수소 저장 재료 및 Ti-Ni 메모리)으로 나눌 수 있습니다 합금).

티타늄 합금의 원소

티타늄 합금은 티타늄을 기본으로하며 다른 원소와 함께 첨가 된 합금입니다. 티타늄은 882 C 이하의 고밀도 육각형 구조를 갖는 알파 티타늄과 882 C 이상의 체심 입방 구조를 갖는 베타 티타늄의 두 종류의 균질 이종 결정을 가지고 있습니다. 합금 원소는 상 변형 온도에 미치는 영향에 따라 세 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 알파 상을 안정화시키고 상 변환 온도를 증가시키는 원소는 알루미늄, 탄소, 산소 및 질소를 포함한 알파 안정 원소이다. 그중에서도 알루미늄은 티타늄 합금의 주요 합금 원소입니다. 실온 및 고온에서 강도를 향상시키고 비중을 줄이고 합금의 탄성률을 높이는 데 분명한 효과가 있습니다. (2) 안정 베타 상 및 감소 상 전이 온도는 베타 안정 요소이며, 이는 동형 및 공융의 두 가지 유형으로 나 can 수있다. 전자는 몰리브덴, 니오브 및 바나듐을 포함하고 후자는 크롬, 망간, 구리, 철 및 실리콘을 포함한다. (3) 지르코늄 및 주석과 같은 중성 원소는 상 전이 온도에 거의 영향을 미치지 않습니다.

산소, 질소, 탄소 및 수소는 티타늄 합금의 주요 불순물입니다. 산소와 질소는 알파상에서 더 높은 용해도를 가지며, 이는 티타늄 합금에 상당한 강화 효과를 갖지만 소성을 감소시킵니다. 티타늄의 산소 및 질소 함량은 일반적으로 각각 0.15-0.2% 및 0.04-0.05% 미만이되도록 규정되어 있습니다. 알파상에서 수소의 용해도는 매우 작습니다. 티타늄 합금에 과도한 수소가 용해되면 수 소화물이 생성되어 합금이 부서지기 쉽습니다. 일반적으로 티타늄 합금의 수소 함량은 0.015% 미만으로 제어됩니다. 티타늄에서 수소의 용해는 가역적입니다.

티타늄 합금의 구조와 분류 2

분류

티타늄은 1720 (?) C의 녹는 점과 882 (?) 미만의 온도에서 밀도가 높은 육각형 격자 구조 인 알파 티타늄으로 불리는 이성질체이며 882 (?) C 이상의 온도에서는 체심 입방 격자 구조입니다. 베타 티타늄이라고합니다. 상 변화 온도 및 상 함량을 점진적으로 변화시키기 위해 적절한 합금 원소를 첨가함으로써 상이한 미세 구조를 갖는 티타늄 합금을 얻을 수있다. 티타늄 합금은 실온에서 3 가지 종류의 매트릭스 구조를 가지고 있습니다. 티타늄 합금은 알파 합금, (알파 + 베타) 합금 및 베타 합금의 세 가지 범주로 나눌 수도 있습니다. 중국은 각각 TA, TC 및 TB로 표시됩니다.

알파 티타늄 합금

알파 상 고용체로 구성된 단상 합금입니다. 일반적인 온도와 더 높은 실제 적용 온도 모두에서 알파 상입니다. 순수한 티타늄보다 안정적인 구조, 높은 내마모성 및 강한 내 산화성을 가지고 있습니다. 그것의 강도 및 크리프 저항은 500600 ℃의 온도에서 유지되지만, 열처리에 의해 강화 될 수 없으며, 실온에서의 강도는 높지 않다.

베타 티타늄 합금

베타 상 고용체로 구성된 단상 합금입니다. 열처리없이 강도가 높습니다. 담금질 및 숙성 후, 합금은 더욱 강화되고, 실온 강도는 1372-1666 MPa에 도달 할 수있다. 그러나 열 안정성이 떨어지고 고온에서 사용하기에 적합하지 않습니다.

알파 + 베타 티타늄 합금

우수한 종합 특성, 우수한 구조 안정성, 우수한 인성, 가소성 및 고온 변형 특성을 가진 이중상 합금입니다. 뜨거운 압력으로 처리하고 담금질 및 노화로 강화시킬 수 있습니다. 열처리 후, 어닐링 상태와 비교하여 강도가 50%-100%만큼 증가하고, 고온 강도는 400500의 온도에서 장시간 작동 할 수 있으며, 열 안정성은 알파 티타늄 합금보다 열등하다.

세 종류의 티타늄 합금 중에서 알파-티타늄 합금 및 알파 + 베타-티타늄 합금이 가장 일반적으로 사용됩니다. 알파-티타늄 합금은 최고의 가공성을 가지며, 알파 + 베타-티타늄 합금 및 베타-티타늄 합금이 뒤 따릅니다. 알파 티타늄 합금 코드 TA, 베타 티타늄 합금 코드 TB, 알파 + 베타 티타늄 합금 코드 TC.

티타늄 합금의 구조 및 분류 3

티타늄 합금의 응용

티타늄 합금은 내열 합금, 고강도 합금, 내식성 합금 (Ti-Mo, Ti-Pd 합금 등), 저온 합금 및 특수 기능성 합금 (Ti-Fe 수소 저장 재료 및 Ti-Ni 메모리)으로 나눌 수 있습니다 합금). 전형적인 합금의 조성과 특성은 표에 나와 있습니다.

열처리 공정을 조정함으로써 상이한 상 조성 및 구조를 얻을 수있다. 미세한 등축 구조는 더 우수한 가소성, 열 안정성 및 피로 강도를 갖는 것으로 일반적으로 여겨진다; 침상 구조는 더 높은 내구성 강도, 크리프 강도 및 파괴 인성을 갖는다; 등축 및 침상 혼합 구조는보다 포괄적 인 특성을 갖는다.

티타늄 합금은 고강도, 저밀도, 우수한 기계적 성질, 우수한 인성 및 내식성을 갖는다. 또한 티타늄 합금은 기술 성능이 떨어지고 절단이 어렵습니다. 열간 가공에서 수소, 산소, 질소 및 탄소와 같은 불순물을 쉽게 흡수합니다. 내마모성과 복잡한 생산 공정도 있습니다. 티타늄의 산업화 된 생산은 1948 년에 시작되었습니다. 항공 산업의 발전에 따라 티타늄 산업은 매년 평균 8%의 속도로 성장하고 있습니다. 현재 세계 티타늄 합금 가공 재료의 연간 생산량은 40,000 톤 이상에 이르렀으며 거의 30 가지 종류의 티타늄 합금 등급이 있습니다. 가장 널리 사용되는 티타늄 합금은 Ti-6Al-4V (TC4), Ti-5Al-2.5Sn (TA7) 및 산업용 순수 티타늄 (TA1, TA 2 및 TA3)입니다.

티타늄 합금은 주로 항공기 엔진의 압축기 부품을 만드는 데 사용되며 로켓, 미사일 및 고속 항공기가 뒤 따릅니다. 1960 년대 중반 티타늄과 그 합금은 일반 산업에서 전해 산업의 전극, 발전소의 응축기, 석유 정제 및 해수 담수화를위한 히터 및 환경 오염 제어 장치를 만드는 데 사용되었습니다. 티타늄과 그 합금은 일종의 내 부식성 구조 재료가되었습니다. 또한, 수소 저장 재료 및 형상 기억 합금을 제조하는 데에도 사용됩니다.

티타늄과 티타늄 합금은 1956 년 중국에서 연구되었으며 티타늄 소재와 TB2 합금의 산업화 된 생산은 1960 년대 중반에 개발되었습니다.

티타늄 합금은 항공 우주 산업에서 사용되는 새로운 중요한 구조 재료입니다. 비중, 강도, 사용온도는 알루미늄과 강철 사이에 있지만 비강도가 높고 해수부식성이 우수하며 극저온 성능을 가지고 있습니다. 1950년 미국은 F-84 전투기 폭격기를 후방 동체 단열판, 에어 가이드 후드, 테일 후드와 같은 무부하 부품으로 처음 사용했습니다. 1960년대 이후 티타늄 합금의 사용은 동체 후면에서 중앙 동체로 옮겨졌으며, 파티션, 빔, 플랩 및 슬라이드와 같은 중요한 하중 지지 부품을 제조하기 위해 구조용 강철을 부분적으로 대체했습니다. 군용 항공기에 사용되는 티타늄 합금의 양은 급격히 증가하여 항공기 구조 중량의 20%-25%에 도달합니다. 티타늄 합금은 1970년대부터 민간 항공기에 널리 사용되었습니다. 예를 들어 보잉 747 여객기에 사용되는 티타늄의 양은 3640kg 이상이다. 마하 2.5 미만 항공기용 티타늄은 주로 구조적 중량을 줄이기 위해 강철을 대체하는 데 사용됩니다. 예를 들어, 미국 SR-71 고고도 고속 정찰기(비행 마하 3, 비행 고도 26,212m), 티타늄은 "전체 티타늄" 항공기로 알려진 항공기 구조 중량의 93%를 차지했습니다. 항공기 엔진의 추력 중량비가 4에서 6으로 8에서 10으로 증가하고 압축기의 출구 온도가 200에서 300도에서 500에서 600도까지 증가하면 원래의 저압 압축기 디스크와 블레이드는 구조적 무게를 줄이기 위해 알루미늄을 티타늄 합금으로 교체하거나 스테인리스 스틸 대신 티타늄 합금으로 만든 고압 압축기 디스크와 블레이드를 교체해야 합니다. 1970년대에 항공기 엔진에 사용된 티타늄 합금의 양은 일반적으로 구조물의 총 중량의 20%-30%를 차지했습니다. 그것은 주로 단조 티타늄 팬, 압축기 디스크 및 블레이드, 주조 티타늄 압축기 케이싱, 중간 케이싱, 베어링 하우징 등과 같은 압축기 구성 요소를 제조하는 데 사용되었습니다. 우주선은 주로 티타늄 합금의 높은 비강도, 내식성 및 저온 저항을 사용합니다. 다양한 압력 용기, 연료 탱크, 패스너, 기구 스트랩, 프레임워크 및 로켓 쉘을 제조합니다. 티타늄 합금 판 용접물은 인공 지구 위성, 달 모듈, 유인 우주선 및 우주 왕복선에도 사용됩니다.