티탄

강철처럼 보이고 은회색 광택을 가진 티타늄은 전이 금속이며 과거 얼마 동안 희귀 금속으로 여겨져 왔습니다. 티타늄은 희귀 금속이 아니며 지각의 티타늄은 총 중량의 약 0.42%를 차지하며 구리, 니켈, 납, 아연을 16배 합친 것입니다. 금속 세계에서 7위를 차지하며 티타늄을 함유한 광물은 70개 이상 있습니다. 티타늄은 고강도, 저밀도, 고경도, 고융점 및 강한 내식성을 가지고 있습니다. 고순도 티타늄은 가소성이 좋지만 불순물이 있으면 취성적이고 단단해집니다.

티타늄 합금은 다양한 분류 방법에 따라 나눌 수 있는데, 주로 조직 구조, 사용 온도, 용도 및 특성, 기타 분류 방법에 따라 나뉜다. 12

구조 분류에 따르면 티타늄 합금은 티타늄 합금, +티타늄 합금, 티타늄 합금으로 나눌 수 있습니다. -티타늄 합금은 단일상 -상 고용체 합금으로 미세 구조가 안정하고 내마모성, 내산화성이 강하지만 실온에서 강도는 높지 않습니다. -티타늄 합금은 단일상 -상 고용체 합금으로 열처리 없이도 강도가 높고 열처리 후 더욱 강화할 수 있지만 열 안정성이 낮습니다. +티타늄 합금은 인성, 가소성, 고온 변형 특성 등 종합적인 특성이 좋은 2상 합금으로 열처리로 강화할 수 있습니다.

온도 분류에 따른 분류: 티타늄 합금은 항공기 구조용 티타늄 합금, 엔진 구조용 티타늄 합금 등으로 나눌 수 있으며, 구체적인 사용 온도와 성능 요구 사항에 따라 선택합니다.

용도 및 특성에 따른 분류: 티타늄 합금은 다양한 분야 및 응용 분야의 요구 사항을 충족시키기 위해 저강도 ​​티타늄 합금, 중강도 티타늄 합금, 고강도 티타늄 합금, 초고강도 티타늄 합금, 손상 허용 티타늄 합금, 저비용 고성능 티타늄 합금 등으로 세분될 수 있습니다.

생산 공정에 따른 분류: 티타늄 합금은 주조 티타늄 합금, 변형 티타늄 합금, 분말 티타늄 합금으로 나눌 수 있으며, 이는 구체적인 생산 및 가공 기술에 따라 분류됩니다.

어닐링 조직에 따른 분류: 티타늄 합금은 티타늄 합금, +티타늄 합금, ε 티타늄 합금의 세 가지 종류로 나눌 수 있으며, 어닐링 조직에 따른 구분이다.

고강도, 우수한 내식성 및 내열성과 같은 우수한 종합적 특성으로 인해 티타늄 합금은 항공, 항공우주, 화학 산업, 해양 개발 및 기타 분야에서 널리 사용됩니다. 다양한 유형의 티타늄 합금은 다양한 응용 시나리오의 요구를 충족시키기 위해 고유한 특성과 장점을 가지고 있습니다.

티타늄 소재의 가해진 응력 또는 하중에 대한 기계적 반응. 하중 온도, 변형률 및 환경 매체는 모두 기계적 특성에 영향을 미칩니다. 주요(de) 기계적 특성은 다음과 같습니다. 항복 강도 및 파괴 강도, 신장, 표면 수축 및 충격 작업, 피로 강도 및 피로 한계, 파괴 인성 및 피로 균열 성장률 및 크리프 저항성.

항복 강도(σ0.2) 및 파괴 강도(σF) 산업용 순수 티타늄 및 티타늄 합금(de)의 강도는 재료 내의 간극 위치(de) 원소 [O], [N], [C] 및 기타(de) 원소의 함량과 관련이 있으며, 이러한 원소는 일반적으로 함께 통합되어 등가 산소 [O]eq로 지정되며 다음과 같이 계산됩니다. [O]eq=[O]+2[N]+0.75[C](원자 백분율). [O]eq(de)가 증가함에 따라 티타늄 재료의 항복 강도(de)가 상당히 증가합니다. 항복 강도는 미세 구조와 밀접한 관련이 있습니다. 예를 들어, + 티타늄 합금(Ti-6Al-4V) 미세(de) 등축 구조(de)의 가장 높은 항복 강도 및 파괴 강도는 각각 1120MPa 및 1505MPa에 도달할 수 있습니다.

1차 등축상과 미세 침상(또는 판상)(de)의 혼합을 이형 구조라고 하며, 그 파괴강도(1455MPa)는 조대 등축상(de)(0MPa)보다 높다. 완전한 침상 구조(de)σ0.2가 가장 낮다. Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al과 같은 준안정 티타늄 합금의 파괴강도는 냉간압연 변형, 용체화 처리 및 냉각 속도(de)의 영향을 받는다.

신장, 수축 및 충격 에너지 [O]eq의 증가는 실온에서 티타늄의 신장(de)을 감소시킨다.[N](de)가 가장 큰 효과를 갖고 그 다음이 [O], 그 다음이 [C]이다. 장시간(500h) 어닐링은 산업용 순수 티타늄(de)의 표면 수축 및 충격 작업을 500도 근처에서 가장 낮은 값으로 나타낼 수 있다. 고온에서의 신장은 500도 근처에서 나타나며 최소값도 나타난다. 인장 속도 ε가 2.7×10-5/s일 때 산업용 순수 티타늄의 성능이 특히 명백하다. 고온에서 미세 결정(6μm) 티타늄의 신장은 감소하지 않았다.

+티타늄 합금의 미세 등축 조직(de)의 신장 또는 파괴는 1088K에서 4V 용액 후 물에 의해 급냉됩니다. 이 상은 변형 중에 마르텐사이트로 유도될 수 있으며, 샤르피 충격 에너지와 동적 파괴 인성이 223K(de)에서 상당히 향상됨을 보여줍니다. 동시에 신장 및 파괴 변형률도 증가합니다. 새로운 수소 처리 공정을 사용하면 Ti-5Al-2.5Fe 및 Ti-6Al-4V 합금(de)의 항복 강도, 파괴 강도 및 신장을 각각 8% ~ 15%, 5% ~ 13% 및 7% ~ 14% 증가시킬 수 있습니다.

피로 강도 및 피로 한도 산업용 순수 티타늄은 명확한 (de) 피로 한도를 가지며, 이는 당량 산소의 증가에 따라 증가하고 입자 조대화에 따라 감소합니다. Ti-6Al-4V(de)의 피로 강도(σN)(즉, 107주(de) 응력 범위의 수명)는 합금의 구조(de)와 시험 중 주변 매질(de)에 따라 달라집니다. 거친 등축 구조(de)는 σN이 가장 낮아 500MPa 미만이며, 공기와 3.5%NaCl 용액에서 2차원 구조(de)는 σN이 더 높아 650 ~ 700MPa까지입니다. 티타늄 합금에서 등축 + 미세 구조를 가진 매끄러운 샘플(de)의 피로 특성은 변형된 미세 구조(de)의 피로 특성보다 우수하고 전자의 피로 균열 시작(de) 수명이 더 깁니다. 그러나 변형된 구조(de)의 피로 균열 전파 저항성이 더 큽니다.

티타늄 합금의 평면 변형 파괴 인성(de)은 미세 구조와 밀접한 관련이 있습니다. 강도 수준에 관계없이 가공으로 형성된 파괴 인성 KIC는 동일한 강도(de) 이세믹 구조보다 높지만 기존(de) 신장은 손상됩니다. + 티타늄 합금의 조성이 결정되더라도 열처리(de) 경험이 다르기 때문에 매우 다른(de) 미세 구조가 나타날 수 있습니다. 항복 강도가 거의 동일하더라도 방향성이 다른 재료의 파괴 ​​인성(de)은 매우 다릅니다. 조대 구조(de)의 KIC는 Ti-6Al-4V 두꺼운 판의 TL 방향(de)에서 미세 구조(de)의 KIC보다 22% 높았습니다. 파괴 인성과 기존 신장 사이의 적절한 균형을 이루기 위해 2상태 구조(de)를 얻기 위한 열처리를 수행할 수 있습니다. Ti-6Al-4V 합금(de)의 미세구조가 느린 균열성장(de) 인열탄성률(TR)(de)에 미치는 영향은 파괴인성(JIC)(de)보다 더 크다. 합금에 준안정상이 존재하면 변형 중 유도된 "마르텐사이트"가 저온에서 파괴인성을 향상시키는 데 도움이 된다(de). -형 티타늄 합금(de) 파괴인성은 2(Ti3Al) 석출(de)의 영향을 받으며 강도는 증가하고 KIC는 감소한다.

티타늄 합금의 파괴인성은 주로 (de)상과 (de)상의 석출에 의해 결정된다. Ti-15-3 합금은 고온에서 시효한 후 저온에서 시효하면 미세조직에 조대상과 미세(de)상이 모두 존재하며 강도와 파괴인성이 만족스럽게 균형을 이룬다. 주조 Ti-15-3 티타늄 합금 (de)KIC와 Ti-6Al-4V 티타늄 합금은 동등하다. 티타늄 합금의 파괴인성(de)을 향상시키는 것은 야금학적 요인이며 피로균열 성장률(da/dN)(de)을 감소시키는 요인이기도 하다.

거의 티타늄 합금의 크립 저항성은 400~500도 고온(de) 티타늄 합금이며, 가장 높은 크립 저항성은 상 영역(de)에서 열처리 후 실온으로 냉각하여 얻습니다. 더 높은 온도에서 (de) 티타늄 합금을 사용하면 야금학적 불안정성, 정렬된 상 Ti3X 침전, 규산염 침전 및 산소가 풍부한 표면층 형성으로 인해 기계적 특성이 손상됩니다.

티타늄 금속의 용도는 무엇인가?
티타늄 합금은 인체와의 호환성도 좋기 때문에 티타늄 합금은 인공 뼈로도 사용할 수 있습니다. 지르코늄은 원자력 산업에서 사용되는 화학 물질이며 고온 고압에서 부식 방지 재료로 사용되지만 용액에서의 활성은 나트륨에 이어 두 번째입니다.

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