Ti6Al4V 분말

개요

Ti6Al4V 분말Ti-6Al-4V, 5등급 티타늄, Ti 6-4 또는 Ti 6/4로도 알려진 티타늄은 티타늄, 6% 알루미늄 및 4% 바나듐으로 구성된 티타늄 합금 분말입니다. 고강도, 경량, 내식성 및 생체 적합성의 탁월한 조합을 제공하여 항공우주, 의료 기기, 해양 하드웨어 등의 고급 응용 분야에 매우 다재다능한 소재입니다.

Ti6Al4V는 티타늄 합금의 대표 주자로, 전 세계 티타늄 사용량의 50% 이상을 차지합니다. 티타늄은 금속 소재 중 무게 대비 강도가 가장 우수하며 극한의 온도에서도 그 특성을 유지합니다.

Ti6Al4V 분말의 몇 가지 주요 특성과 특징은 다음과 같습니다:

• 우수한 중량 대비 강도, 높은 비강도
• 저밀도 - 4.43g/cm3
• 높은 내식성
• 생체 적합성 및 골유착 능력
• 우수한 고온 특성 - 최대 400°C까지 사용 가능하며 최대 550°C의 내산화성 제공
• 높은 골절 인성 및 피로 강도
• 구형, 각형 등 다양한 크기 범위와 형태로 제공됨

다재다능한 특성을 지닌 Ti6Al4V는 오늘날 산업 전반에 걸쳐 다양한 용도로 활용되고 있습니다.

Ti6Al4V 파우더 유형

Ti6Al4V 합금 분말은 특정 용도에 맞게 다양한 크기 분포, 모양 및 생산 방법으로 제공됩니다:

유형	특성
가스 분무 구형	- 구형에 가까운 형태, 매끄러운 표면 - 엄격한 입자 크기 제어 - AM, MIM, 열분사에 사용됨
플라즈마 분무 구형	- 표면이 매끄러운 고구형 - 좁은 크기 분포 - AM 공정에 사용됨
수화물-수소화물(HDH)	- 불규칙하고 각진 형태 - 다공성, 스펀지 입자 - 생산 비용 절감 - MIM, 프레스, 열분무에 사용됨

입자 크기: 생산 방식에 따라 15미크론에서 150미크론 이상까지 사용 가능

크기 분포: 등급별/체질별, 혼합 또는 맞춤형 사양

표준: ASTM B348, AMS 4943, AMS 4928, AMS 4967

Ti6Al4V 분말 구성

Ti6Al4V는 항공우주 재료 규격(AMS) 4928을 준수하며 공칭 조성을 가집니다:

요소	구성 범위
티타늄	밸런스, 87.725 - 91%
알루미늄	5.5 – 6.76%
바나듐	3.5 – 4.5%
철	최대 0.30%
산소	최대 0.20%
질소	최대 0.05%
탄소	최대 0.08%
수소	최대 0.015%

철, 산소, 질소는 일반적으로 발견되는 불순물 원소입니다. 분말로 분무하기 전에 항공우주 등급 사양을 충족하는지 확인하기 위해 정기적으로 성분을 분석합니다.

Ti6Al4V 파우더 속성

Ti6Al4V는 기계적 특성, 내식성, 가벼움, 생체 적합성의 탁월한 균형으로 높은 평가를 받고 있습니다. 이 소재의 특성은 다음과 같습니다:

물리적 및 기계적 특성	값
밀도	4.43g/cm3
융점	1604 - 1660°C
궁극의 인장 강도	860 - 965 MPa
항복 강도(0.2% 오프셋)	795 - 875 MPa
탄성 계수	114 GPa
휴식 시 신장	10 – 18%
경도	334 - 361 HV
피로 강도(107 사이클)	400 - 490 MPa
골절 인성	55 - 115 MPa-m^0.5

열 속성
열팽창 계수 - 8.6 x 10-6 /K(20-100°C)
열 전도성 - 7.2W/m.K
최대 서비스 온도 - 400°C

내식성
비합금 티타늄에 필적하는 뛰어난 내식성 대부분의 산, 습한 가스, 유기 화학 물질에 의한 부식에 강합니다.

안정적이고 접착력이 높은 산화물 표면층이 형성되어 염분 환경에 대한 내성이 뛰어납니다. Ti6Al4V는 산소 및 염화물 확산 속도가 낮아 염화물 용액에서 스테인리스 스틸보다 우수한 보호 성능을 발휘합니다.

Ti6Al4V 분말 응용 분야

균형 잡힌 특성 덕분에 Ti6Al4V는 오늘날 다양한 산업 및 의료 분야에서 활용되고 있습니다:

산업	애플리케이션
항공우주	- 날개, 랜딩기어, 터빈, 패스너 등 항공기 구조 부품 - 로켓 모터 케이스, 우주선 - 헬리콥터 로터 허브, 압축기 날개
의료 및 치과	- 정형외과용 임플란트 - 고관절, 무릎 관절 - 치과용 임플란트, 픽스처, 크라운 - 악안면 임플란트 - 수술 기구
자동차	- 커넥팅 로드, 드라이브 샤프트, 스프링 - 밸브, 피스톤과 같은 레이싱카 부품 - 배기 구성품
화학	- 열교환기, 탱크, 부식성 매체를 운반하는 파이프 - 밸브, 응축기, 증류탑 - 펌프 및 하우징
전력 및 에너지	- 증기 및 가스터빈 부품 - 원자로용 구조 부품 - 재생 에너지 - 고성능 해양 부품
해양	- 프로펠러, 커넥팅 로드 - 부식 방지 패스너, 경첩 - 담수화 장비

적층 가공은 이전에는 불가능했던 자유형 형상을 가능하게 함으로써 이러한 모든 분야에서 티타늄 합금의 적용 분야를 확장하고 있습니다.

Ti6Al4V 파우더 사양

표준	설명
ASTM B348	티타늄 및 티타늄 합금 봉재 및 빌릿의 표준 사양
AMS 4928	티타늄 합금 시트, 스트립 및 플레이트 6Al - 4V 어닐링용 항공우주 소재 사양
AMS 4943	티타늄 및 티타늄 합금에 대한 화학적 검사 분석 한도
AMS 4967	분말, 티타늄 합금 6Al-4V용 항공우주 재료 사양
ISO 21388	수술용 임플란트 적용을 위한 비합금 티타늄 사양
ASME SB-348	티타늄 및 티타늄 합금 봉재 및 빌릿 사양

티타늄 등급 5 엘리 파우더는 다음과 관련된 추가 고객 요구 사항도 충족해야 합니다:

• 파티클 모양
• 유동성
• 겉보기 밀도
• 탭 밀도
• 산도계 밀도
• 화학 분석
• 기계적 특성

Ti6Al4V 분말을 생산하는 제조업체는 인증된 품질 관리 시스템과 테스트 프로토콜을 준수한 후 방위, 항공우주, 에너지, 모터스포츠, 의료 분야 등의 고객에게 공급합니다.

Ti6Al4V 분말 공급업체

Ti6Al4V 분말은 가스 분무 또는 플라즈마 분무를 통해 제조되어 적층 가공에 적합한 구형 분말을 생산합니다. 시작 원료는 진공 아크 재용융(VAR) 또는 전자빔 용융(EBM) 합금 슬래브로, 미세한 물방울로 분무되어 급속 냉각 시 분말 입자로 응고됩니다.

Ti6Al4V 구형 및 사전 합금 분말의 주요 글로벌 공급업체는 다음과 같습니다:

회사	국가
AP&C	캐나다
ATI 파우더 메탈	미국
TLS 테크닉 GmbH	독일
GKN 회가나에	미국
텍나 첨단 소재	미국
SLM 솔루션	독일
에라스틸	프랑스

연구 및 시제품 제작을 위해 소량으로 조달할 수 있는 Ti6Al4V 분말. 공급 계약을 맺은 기업의 경우 맞춤형 합금 및 입자 특성도 가능합니다.

가격:
고급 제조가 필요한 고성능 합금인 Ti6Al4V 분말은 표준 등급의 티타늄 및 기타 금속 분말에 비해 프리미엄이 붙습니다. 가격은 $100/kg부터 $500/kg까지 다양합니다:

• 주문 수량
• 입자 모양 및 크기 분포
• 화학/기계적 특성 커스터마이징
• 테스트 및 인증 요구 사항
• 경제적 요인 - 수요와 공급의 역학 관계, 원자재 비용

의료 기기 및 항공우주 분야에 사용되는 고순도 등급은 비용이 더 많이 듭니다. 전 세계적으로 생산 능력이 증가함에 따라 비용은 감소하는 추세를 보이고 있습니다.

Ti6Al4V 분말 선택 방법

적합한 Ti6Al4V 분말의 선택은 특정 응용 분야 및 공정 요건에 따라 달라집니다. 몇 가지 주요 고려 사항은 다음과 같습니다:

적층 제조

• 입자 모양 - 더 나은 흐름과 패킹을 위한 구형/모양 분포
• 입자 크기 - 45미크론 미만의 미세한 입자로 해상도 및 표면 마감 향상
• 좁은 크기 범위 - 균일한 용융 및 치밀화 보장
• 99.5% 이상의 높은 분말 순도로 오염을 낮추는 티타늄
• 낮은 산소, 질소 및 탄소 함량

금속 사출 성형(MIM)

• 불규칙하고 각진 파우더로 그린 강도 향상
• 중간 입자 크기 - 100 메시
• 바인더 성분이 포함된 파우더 블렌드
• 경제적인 등급으로 비용 목표 달성

열 스프레이

• 스프레이 공정에 적합한 입자 크기
• 다공성 HDH 하이드라이드 파우더로 코팅 결합력 향상
• 맞춤형 합금 개발 가능

분말 야금

• 다짐을 위한 각진 다공성 분말
• 용도에 맞는 파우더 블렌드
• 소결 반응을 위해 변형된 합금

특정 구성 요소 요구 사항에 맞는 최적의 파우더를 선택하려면 설계 프로세스 초기에 파우더 생산업체와 상담하세요.

Ti6Al4V 분말의 장점과 한계

장점

• 높은 중량 대비 강도 비율
• 고온에서 물성 유지
• 뛰어난 내식성
• 생체 불활성 - 이식 시 부작용이 발생하지 않습니다.
• 분말 공급 원료를 통해 AM을 통한 복잡한 그물 모양의 부품 제작 가능
• 열처리를 통한 맞춤형 기계적 특성
• 재활용이 가능하여 낭비 최소화

제한 사항

• 강철 및 알루미늄 합금에 비해 높은 재료 비용
• 높은 처리 온도 요구 산소 오염 위험
• 강철보다 낮은 강성
• 날카로운 노치 감도 - 균열 위험
• 특수 툴링이 필요한 가공이 어려운 제품

엔지니어는 중요한 구조 부품에서 강도, 내열성, 생체 적합성 및 내식성 요구가 비용 제약보다 더 중요한 경우 Ti6Al4V를 선택합니다.

Ti6Al4V 파우더와 대체품 비교

Ti6Al4V는 스테인리스강, 코발트 크롬 합금, 알루미늄 등급 및 순수 티타늄과 경쟁합니다. 주요 매개변수에 대한 비교는 아래에 강조 표시되어 있습니다:

	Ti6Al4V	스테인리스 스틸 316L	CoCrMo 합금	알 6061	퓨어 Ti 2등급
수율 강도	860 MPa	290 MPa	655 MPa	55 MPa	370 MPa
밀도	4.43g/cc	8g/cc	8.3g/cc	2.7g/cc	4.51g/cc
영의 계수	114 GPa	193GPa	230 GPa	69 GPa	105GPa
열 전도성	7W/mK	12W/mK	9 W/mK	180W/mK	7W/mK
융점	1640°C	1375°C	1350°C	650°C	1668°C
내식성	우수	양호	공정	양호	우수
비용 비교	10배 대 알루미늄, 4배 대 강철	낮은 비용 기반	강철 대비 2배의 비용	최저 비용	Ti 2등급 대비 8배 비용

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Additional FAQs on Ti6Al4V Powder

1) What oxygen and hydrogen limits should I target for AM-grade Ti6Al4V powder?

• For aerospace/medical-grade AM feedstock, typical targets are O ≤ 0.15 wt% (ELI grades even lower, ~0.10–0.13 wt%) and H ≤ 0.012–0.015 wt%. Lower interstitials improve ductility and fatigue.

2) Which particle size distribution works best for LPBF vs. EBM?

• LPBF commonly uses 15–45 μm or 20–53 μm cuts. EBM typically prefers coarser 45–106 μm to suit high-temperature spreading in vacuum and reduce “smoke” events.

3) How many reuse cycles are acceptable for Ti6Al4V powder in LPBF?

• With O2/H2O monitoring, sieving, and blend-back strategies, 3–8 cycles are typical. Establish property-based end-of-life criteria (tensile, elongation, fatigue) per ISO/ASTM 52907 and internal specs.

4) What post-processing most improves fatigue of AM Ti6Al4V parts?

• Hot isostatic pressing (HIP) to close internal porosity, followed by stress relief or solution + aging as required. Surface finishing (shot peening, machining) to remove notch-like roughness further boosts HCF/LCF.

5) Are there printable variants beyond Grade 5, such as Ti6Al4V ELI?

• Yes. Ti6Al4V ELI (Grade 23) has tighter interstitial limits (especially O) for improved toughness/ductility, widely used in medical implants. Powder and process controls must align with ELI chemistry limits.

2025 Industry Trends for Ti6Al4V Powder

• Qualification at scale: More OEMs implementing lot-level digital material passports linking powder chemistry, reuse cycles, and part serials for aerospace/medical audits.
• Cost and sustainability: Increased recycled Ti feedstock and energy-optimized atomization; suppliers publishing EPDs. Prices stabilizing after 2023–2024 volatility.
• Process windows widen: Multi-laser LPBF and advanced recoaters tolerate slightly broader PSD while maintaining density, boosting yield from atomization.
• Surface integrity focus: Standardization of post-processing routes (HIP + mechanical finishing) to meet fatigue allowables for safety-critical parts.
• Powder hygiene automation: Inline O2/H2O analyzers and sealed handling reduce interstitial pickup across reuse, especially in humid regions.

2025 Snapshot: Ti6Al4V Powder Market and Technical Metrics (indicative ranges)

Metric (2025)	값/범위	Notes/Sources
AM-grade Ti6Al4V powder price	$140–$280/kg	Cut, morphology, certification dependent; supplier price lists and RFQs
Typical LPBF density (optimized)	≥99.8–99.95%	Process parameter + HIP dependent
Oxygen target (Grade 5 AM powder)	≤0.15 wt%	ISO/ASTM 52907, AMS 4999/4967 context
Common PSD (LPBF / EBM)	15–45 μm / 45–106 μm	OEM parameter guides
Reuse cycles (controlled)	3-8	With sieving + O2 monitoring
HIP adoption (critical parts)	70–90%	Aerospace/medical market norms

References: ISO/ASTM 52907, 52920, 52930; AMS 4967/4999; OEM application notes (EOS, GE Additive/Arcam, Renishaw, SLM Solutions); peer‑reviewed AM Ti6Al4V fatigue studies (2019–2025).

Latest Research Cases

Case Study 1: Extending Powder Reuse While Preserving Fatigue in LPBF Ti6Al4V (2025)

• Background: An aerospace Tier-1 sought to reduce powder scrap without compromising HCF life of flight brackets.
• Solution: Implemented sealed conveyance, inline O2/H2O monitoring, sieve to 20–53 μm, and 20% virgin blend-back per cycle; standardized HIP + surface machining.
• Results: Oxygen growth limited to +0.01–0.02 wt% over 6 cycles; as-built density ≥99.9%; HCF at R=0.1 improved 15% post-HIP vs. legacy route; powder scrap reduced 28%.

Case Study 2: Ti6Al4V ELI Lattice Implants with Controlled Surface Roughness (2024)

• Background: A medical OEM needed consistent pore morphology and fatigue for acetabular cups while retaining osseointegration surfaces.
• Solution: Narrow PSD 15–45 μm ELI powder, tuned LPBF parameters for strut fusion, HIP, and selective finishing (external machining, lattice preserved).
• Results: CT-measured pore uniformity CV reduced from 8.0% to 3.5%; static strength unchanged; rotating bending fatigue life +20%; passed biocompatibility and cleanliness audits.

전문가 의견

• Prof. Iain Todd, Professor of Metallurgy and Materials Processing, University of Sheffield
• Viewpoint: “Interstitial control in Ti6Al4V—especially oxygen—is the primary lever for reliable ductility and fatigue. Powder handling can make or break qualification.”
• Source: Academic publications and AM conferences
• Dr. Martina Zimmermann, Head of Materials, Fraunhofer IAPT
• Viewpoint: “Digital traceability from powder lot to part serial, paired with HIP and targeted finishing, is becoming standard for safety‑critical Ti components.”
• Source: Fraunhofer IAPT technical communications
• Kevin Slattery, VP Materials Engineering, Carpenter Additive
• Viewpoint: “Yield gains from atomization plus smarter PSD cuts are narrowing cost gaps; customers now value proven hygiene workflows as much as price.”
• Source: Industry panels and supplier briefs

Practical Tools and Resources

• Standards and qualification
• ISO/ASTM 52907 (AM feedstock), 52920/52930 (process/quality): https://www.iso.org
• AMS 4967/4999 and ASTM F3001 (additive Ti6Al4V): https://www.sae.org 및 https://www.astm.org
• OEM technical libraries
• EOS, Renishaw, SLM Solutions, GE Additive/Arcam parameter and handling guides
• Powder testing methods
• ASTM B214 (sieve analysis), B212 (apparent density), B964 (Hall flow), inert gas fusion for O/N/H (ASTM E1409/E1447)
• Design and post-processing
• nTopology/Ansys Additive/Altair for lattice/topology optimization; HIP service provider data sheets (QPs for Ti6Al4V)
• 안전
• NFPA 484 guidance for combustible titanium powders: https://www.nfpa.org

Last updated: 2025-10-16
Changelog: Added 5 Ti6Al4V FAQs; included 2025 trend table with market/technical metrics; added two 2024/2025 case studies; compiled expert viewpoints; linked standards, OEM guides, testing methods, and safety resources
Next review date & triggers: 2026-03-31 or earlier if ISO/ASTM/AMS specs are revised, major OEMs update Ti6Al4V parameter windows, or supply/demand shifts move prices >15% for AM-grade powder