티타늄 합금
티타늄을 기반으로 다른 원소를 첨가하는 합금. 티타늄의 공업화 생산은 1948 에서 시작되었다. 항공공업이 발전함에 따라 티타늄 공업은 연평균 8% 안팎의 속도로 발전하였다. 현재, 세계에서 티타늄 가공 재료의 연간 생산량은 이미 4 만여톤에 달하며, 티타늄 브랜드는 거의 30 종에 달한다. 가장 널리 사용되는 티타늄 합금은 Ti-6Al-4V (TC4), Ti-5Al-2.5Sn (Ta7) 및 산업용 순수 티타늄 (TA 1, TA2 및 TA3) 입니다.
티타늄 합금은 주로 항공기 엔진의 압축기 부품을 만드는 데 사용되며, 그 다음은 로켓, 미사일, 고속 항공기의 구조 부품이다. 1960 년대 중반, 티타늄과 그 합금은 전기 분해 공업의 전극, 발전소의 냉응기, 정유와 해수담화의 히터, 환경오염 제어 장치 등과 같은 일반 공업에 사용되었다. 티타늄과 그 합금은 이미 부식에 내성이 있는 구조 재료가 되었다. 또한 수소 저장 물질과 모양 기억 합금을 생산하는 데도 사용된다.
중국은 1956 에서 티타늄 및 티타늄 합금을 연구하기 시작했습니다. 1960 년대 중반에 티타늄의 공업화 생산이 시작되면서 TB2 합금이 발전하였다.
특성 티타늄 합금은 다른 금속 재질에 비해 다음과 같은 장점이 있습니다. ① 강도 (인장 강도/밀도) 보다 높고 (그림 참조), 인장 강도는 100 ~ 140 kgf/mm2 에 달합니다. (2) 중온 강도가 좋고 사용 온도가 알루미늄 합금보다 수백 도 높으며 중온 속에서도 필요한 강도를 유지할 수 있어 450 ~ 500 ℃의 온도에서 장기간 일할 수 있다. (3) 내식성이 좋아 대기 중 티타늄 표면이 바로 균일하고 촘촘한 산화막을 형성하여 각종 매체의 부식에 저항하는 능력을 갖추고 있다. 일반적으로 티타늄은 산화성과 중성 매체, 특히 해수, 습염소, 염화물 용액에서 내식성이 좋다. 그러나 염산과 같은 복원성 매체에서는 티타늄의 내식성이 떨어진다. (4) 저온성능이 좋고 간격이 매우 낮은 티타늄 합금 (예: TA7) 은-253 C 에서도 일정한 소성을 유지할 수 있다. ⑤ 탄성 계수가 낮고 열전도율이 낮으며 강자성이 없다.
합금 원소 티타늄에는 두 가지 종류의 동상결정체가 있다. 882 C 이하는 밀육각 구조의 티타늄과 882 C 이상을 체심입방구조의 티타늄이다. 상전이 온도에 미치는 영향에 따라 합금 원소는 세 가지 범주로 나눌 수 있다. ① 안정상, 상전이 온도를 높이는 원소는 알루미늄, 탄소, 산소, 질소를 포함한 안정원소이다. 이 중 알루미늄은 티타늄 합금의 주요 합금 원소로 합금의 실온과 고온 강도를 높이고 비중을 낮추며 탄성 계수를 높이는 데 뚜렷한 역할을 한다. ② 안정상, 상전이 온도를 낮추는 원소는 플루토늄 안정원소로 분류상 동상과 * * * 석출형으로 나눌 수 있다. 전자는 몰리브덴, 니오브, 바나듐 등을 포함한다. 후자는 크롬, 망간, 구리, 철, 실리콘을 포함한다. ③ 상 변화 온도에 거의 영향을 미치지 않는 원소는 지르코늄, 주석 등과 같은 중성 원소이다.
산소, 질소, 탄소, 수소는 티타늄 합금의 주요 불순물이다. 산소와 질소는 α 상에서 큰 용해도를 가지고 있어 티타늄 합금에 뚜렷한 강화 작용을 하지만 소성을 떨어뜨린다. 일반적으로 티타늄의 산소와 질소 함량은 각각 0. 15 ~ 0.2% 와 0.04 ~ 0.05% 이하이다. 수소는 알파 상에서의 용해도가 매우 낮아 티타늄 합금에 용해되는 수소가 너무 많으면 수소화물이 생성되어 합금이 바삭해진다. 티타늄 합금의 수소 함량은 일반적으로 0.0 15% 이하로 조절된다. 티타늄에서 수소의 용해는 되돌릴 수 있으며 진공 퇴화를 통해 제거할 수 있다.
티타늄 합금은 상 조성에 따라 알파 합금, (알파+베타) 합금, 베타 합금으로 나눌 수 있으며 우리나라는 각각 TA, TC, TB 로 대표된다.
① 합금은 일정량의 안정된 플루토늄 상 원소를 함유하고 있으며, 평형 상태에서 주로 플루토늄 상으로 구성되어 있다. 플루토늄 합금의 비중은 작고, 열강도가 좋고, 용접성이 좋고, 부식성이 우수하지만, 실온 강도가 낮기 때문에 내열 부식재로 자주 쓰인다. 알파 합금은 일반적으로 전체 알파 합금 (TA7), 근알파 합금 (Ti-8Al- 1Mo- 1V) 및 소량의 화합물을 함유한 알파 합금 (Ti-2.5Cu) 으로 나눌 수 있습니다. (2) (α+β) 합금에는 일정량의 안정한 α 상 및 β 상 원소가 들어 있으며 합금의 미세 구조는 α 상 및 β 상 평형이다. (알파+베타) 합금 강도가 적당하여 열처리를 통해 강화될 수 있지만 용접성이 떨어집니다. 합금은 Ti-6Al-4V 합금 생산량이 전체 티타늄의 절반 이상을 차지하는 등 광범위하게 응용된다.
(3) 플루토늄 합금에는 대량의 안정상 원소가 함유되어 있어 고온에서 실온까지 모든 플루토늄을 유지할 수 있다. 플루토늄 합금은 일반적으로 열처리할 수 있는 플루토늄 합금 (아안정 합금과 근아 안정 브롬 합금) 과 열안정 플루토늄 합금으로 나눌 수 있다. 열처리 가능한 플루토늄 합금은 담금질 상태에서 우수한 소성을 가지고 있으며 시효 처리 후 인장 강도는 130 ~ 140 kgf/mm2 에 달할 수 있습니다. β 합금은 일반적으로 고강도 및 고 인성 재료로 사용됩니다. 단점은 중대하고, 비용이 높으며, 용접 성능이 나쁘고, 절단이 어렵다는 것이다.
티타늄 합금은 내열합금, 고강도 합금, 부식방지 합금 (티타늄, 티타늄 합금 등) 으로 나눌 수 있다. ), 저온 합금 및 특수 기능 합금 (티타늄 수소 저장 물질 및 티타늄 니켈 기억 합금). 전형적인 합금의 성분과 성능은 표에 나와 있다.
티타늄 합금의 열처리 공정을 조정하여 서로 다른 상 구성과 현미조직을 얻을 수 있다. 일반적으로 작은 아이소메트리 조직은 가소성, 열 안정성 및 피로 강도가 우수하다고 생각합니다. 침상 조직은 높은 내구성 강도, 크립 강도 및 파괴 인성을 가지고 있습니다. 아이소메트리 및 니들 혼합 조직은 우수한 종합 성능을 가지고 있습니다.
일반적으로 사용되는 열처리 방법은 어닐링, 용액 처리 및 시효 처리입니다. 어닐링은 내부 응력을 없애고 소성과 조직 안정성을 높여 더 나은 종합 성능을 얻기 위한 것이다. 보통 알파 합금과 (α+β) 합금의 어닐링 온도는 (α+β) → β 상전이 점 이하120 ~ 200 ℃에서 선택됩니다. 용액 처리 및 시효 처리는 고온에서 빠르게 냉각되어 마르텐 사이트 α' 상 및 준 안정 β 상을 얻은 다음 중온 영역에서 분해되어 α 상 또는 화합물과 같이 미세하게 분산 된 2 상 입자를 얻어서 합금을 강화한다. 일반 (α+β) 합금의 담금질은 (α+β) → β 상전이점 이하 40 ~100 ℃에서 진행되며, 준 안정 β 합금의 담금질은 (α+β) → β 상전이점 이상 40 ~ 80 ~ 시효온도는 일반적으로 450 ~ 550 C 입니다. 또한 공작물의 특수한 요구 사항을 충족하기 위해 업계에서는 이중 어닐링, 등온 어닐링, 플루토늄 열처리, 변형 열처리 등의 금속 열처리 공정을 채택하고 있습니다.
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