티타늄 알루미늄 합금

개요

티타늄 알루미늄 합금 은 티타늄과 알루미늄이 혼합된 금속 소재의 일종입니다. 가볍고 강도가 높으며 고온에서 부식 및 산화 저항성이 뛰어납니다.

TiAl 합금은 고유한 특성 조합으로 인해 항공우주 및 자동차 분야에서 중요한 고온 구조 재료로 간주됩니다. 밀도가 낮아 니켈 기반 초합금보다 가벼우면서도 최대 750°C의 온도에서도 강도와 안정성을 유지합니다.

주요 속성 티타늄 알루미늄 합금

티타늄 알루미늄 합금의 종류

티타늄 알루미늄 합금에는 크게 두 가지 유형이 있습니다:

감마 TiAl 합금

감마 TiAl 합금은 라멜라 미세 구조를 가지며 약 45-48% 티타늄과 나머지 알루미늄을 함유하고 있습니다. 니오븀, 탄소, 붕소, 크롬과 같은 원소를 소량 첨가하여 특성을 향상시키기도 합니다.

감마상 TiAl 합금은 저밀도, 강도, 연성 및 내산화성의 균형이 잘 잡혀 있습니다. 가장 널리 사용되는 TiAl 합금입니다.

알파-2 Ti3Al 합금

알파-2 Ti3Al 합금은 약 25% 알루미늄을 함유하고 있으며 육각형 결정 구조를 가지고 있습니다. 인장 강도는 매우 높지만 감마 TiAl 합금에 비해 연성 및 파괴 인성이 낮습니다.

알파-2 합금은 일반적으로 터보차저와 같은 800°C 이상의 초고온 애플리케이션에 사용됩니다.

구성 티타늄 알루미늄 합금

티타늄 알루미늄 합금은 티타늄을 주성분으로 하고 알루미늄과 소량의 다른 원소를 함유하고 있습니다. 다음은 일반적인 구성 범위입니다:

합금의 올바른 미세 구조와 특성을 얻기 위해 합금 원소의 비율을 정밀하게 제어합니다.

티타늄 알루미늄 합금의 주요 특성

티타늄 알루미늄 합금 강도 특성

물리적 속성

상온에서의 기계적 특성

애플리케이션 및 용도 티타늄 알루미늄 합금

티타늄 알루미늄 합금은 다양한 고성능 엔지니어링 애플리케이션에 사용됩니다. 몇 가지 주요 용도는 다음과 같습니다:

항공우주 산업에서의 사용

• 블레이드, 디스크, 공기 흡입구 카울과 같은 항공기 엔진 구성품
• 고속 항공기의 기체 및 날개 구조
• 가벼운 무게와 내열성을 겸비한 우주선 부품

자동차 산업 용도

• 터보차저 터빈 휠 및 하우징
• 고성능 엔진의 커넥팅 로드, 밸브, 스프링 및 패스너
• 콘로드 및 밸브와 같은 모터스포츠 부품

기타 애플리케이션

• 가스터빈 엔진 부품, 발전 및 해양 애플리케이션
• 인공 고관절과 같은 생체 의학 임플란트
• 자전거 프레임, 골프 클럽과 같은 스포츠 용품

다음은 티타늄 알루미늄 합금과 대체 소재의 사용을 비교한 것입니다:

산업 표준 및 사양

티타늄 알루미늄 합금에 널리 사용되는 업계 표준은 다음과 같습니다:

합금 제품은 화학, 미세 구조 및 기계적 특성에 대한 다양한 표준을 충족하는 다양한 등급으로 제공됩니다.

몇 가지 일반적인 티타늄 알루미늄 등급은 다음과 같습니다:

• Ti-48Al-2W-0.5Si(AMS 4928)
• Ti-47Al-2Cr-2Nb(ISO 21365 등급 5)
• Ti-45Al-5Nb-0.2C-0.2B(AMS 4965 등급 5)

공급업체 및 비용

티타늄 알루미늄 합금의 일부 주요 글로벌 공급업체는 다음과 같습니다:

티타늄 알루미늄 합금은 티타늄 합금보다 비싸지만 니켈 기반 초합금보다는 저렴합니다. 몇 가지 일반적인 가격 추정치는 다음과 같습니다:

가격은 주문량, 크기 사양, 인증 요구 사항 및 기타 사용자 지정에 따라 달라집니다.

티타늄 알루미늄 합금의 장점과 한계

혜택 및 장점

• 매우 높은 비강도 - 높은 중량 대비 강도 비율
• 최대 750°C까지 뛰어난 강도 유지
• 우수한 내환경성 - 산화, 연소 및 부식 방지
• 니켈 및 코발트 초합금보다 저렴한 비용
• 단조, 압연을위한 약간의 고온 가공성

단점 및 제한 사항

• 가공의 어려움 - 열간 가공 및 기계 가공
• 실온에서 부서지기 쉬운 동작
• 상대적으로 낮은 골절 인성
• 최대 사용 온도는 750°C로 제한됩니다.
• 수소 및 습기 흡수에 따라 달라질 수 있습니다.

다음은 다른 대안과 비교하여 장단점을 비교한 것입니다:

자주 묻는 질문

질문: 감마 티타늄 알루미나이드는 무엇인가요?

A: 감마 TiAl 알루미나이드는 감마(γ) 상 결정 구조를 가진 티타늄(Ti)과 알루미늄(Al)을 포함하는 금속 간 합금입니다. Ti와 Al 원자가 정렬된 라멜라 배열을 이루고 있습니다. 감마 TiAl은 가장 일반적으로 사용되는 합금 유형입니다.

Q: 항공우주 애플리케이션에 TiAl 합금을 고려하는 이유는 무엇인가요?

A: TiAl 합금은 최대 750°C까지 낮은 밀도와 우수한 기계적 특성의 탁월한 조합을 제공합니다. 따라서 훨씬 더 무거운 니켈 합금 대신 TiAl을 사용하여 더 가볍고 효율적인 항공 엔진 부품을 설계할 수 있습니다.

Q: TiAl 터보차저 부품의 예로는 어떤 것들이 있나요?

A: 고성능 디젤 및 가솔린 자동차 엔진의 터보차저 휠과 하우징을 만드는 데 TiAl 합금이 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 밀도가 낮고 내열성이 뛰어나 더 높은 출력 밀도와 효율을 제공합니다.

Q: TiAl 합금 사용의 주요 과제는 무엇인가요?

A: 주조, 단조, 가공을 통한 가공의 어려움과 상온에서의 고유 취성, 경쟁 합금보다 낮은 손상 내성은 채택에 장벽이 됩니다. 하지만 가공 방법과 합금 개발은 계속 발전하고 있습니다.

Q: TiAl 합금의 일반적인 산소 함량 제한은 얼마인가요?

A: TiAl 합금에서 산소는 0.2% 미만으로 제한됩니다. 산소 수준이 높을수록 연성에 부정적인 영향을 미칩니다. 고급 용융 및 주조 방법을 사용하여 산소 흡수를 제어합니다.

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