원칙: 용융된 티타늄을 조립식 금형에 붓고 응고하여 거의-순-모양의 부품을 형성합니다. 일반적으로 복잡한 기하학적 구조에 대해 인베스트먼트 주조(분실{2}}왁스 주조)를 사용합니다.
내부 구조
주조 티타늄(상업적으로 순수한 티타늄 및 GR.5와 같은 합금 포함)은 원주형 또는 등축형 입자가 지배하는 거친 방향성 미세 구조를 가지며, 입자 경계에서 합금 원소(예: GR.5의 Al 및 V)가 높은 수준으로 분리됩니다. 주조 구조에는 수축 다공성, 기공(H2, N2) 및 비{6}}비금속 개재물(TiO2)과 같은 주조 결함이 포함되는 경우가 많습니다. GR.5와 같은 + 합금의 경우 -주조 미세 구조는 주로 라멜라 +(Widmanstätten 구조)이며 결정립 미세화나 질감 발달이 크게 나타나지 않습니다.
밀도
티타늄의 이론적 밀도는 4.51g/cm3이지만 주조 티타늄은상대밀도 95~98%고유의 다공성 및 수축 결함으로 인해. 심각한 수축 공동 또는 큰 기공은 밀도를 95% 미만으로 더욱 감소시켜 응력 집중 및 성능 저하를 초래할 수 있습니다.
기계적 성질
강도와 연성: 주조 티타늄은 실온{0}}온도 인장 강도가 낮고(예:-주조 GR.5의 인장 강도는 700~750MPa로, 어닐링된 단조 GR.5보다 ~15% 낮음) 거친 입자와 편석으로 인해 연신율이 낮습니다(연신율 5~8%, 단조 등급의 절반 미만). 방향성 응고로 인해 상당한 이방성이 발생하여 항복 강도도 낮습니다(600-650 MPa).
강인함과 피로: -주조 GR.5의 파괴 인성은 30–40 MPa·m²/²(단조 재료의 경우. 60 MPa·m²/²)에 불과하고, 피로 강도(107 사이클)는 200–250 MPa(단조 등급보다 37–50% 감소)입니다. 결함이 균열 시작 지점으로 작용하기 때문입니다.
고온-성능: 라멜라 구조는 300~400도에서 적당한 크리프 저항을 제공하지만 전체적인 고온-온도 강도는 치밀화가 낮아 가공 티타늄에 비해 열등합니다.
원칙: 티타늄 빌렛은 해머나 프레스 단조를 통해 고온-(+ 합금의 경우 -트랜서스 미만) 소성 변형을 받아 거친 주조 입자를 깨뜨리고 변형된 미세 구조를 형성합니다.
내부 구조
단조 티타늄에는정제된, 변형된 + 미세구조단조 방향을 따라 방향성 입자 흐름(섬유질 질감)이 있습니다. 단조된 상태의- 구조는 주조 결함(다공성, 편석)을 제거하고 거친 라멜라 입자를 등축 또는 이봉 + 입자로 분해합니다(단조 온도 및 냉각 속도에 따라 다름). GR.5의 경우, 단조 후 어닐링을 통해 입자 크기가 5~10μm(주조 재료의 경우. 50~100μm)인 균일한 등축 + 구조가 생성됩니다.
밀도
단조는 내부 기공을 제거하고 재료를 압축하여 결과적으로99.5% 이상의 상대 밀도, 티타늄의 이론적 밀도에 가깝습니다. 치밀화는 응력 집중을 유발할 수 있는 내부 공극을 방지합니다.
기계적 성질
강도와 연성: 단조 및 어닐링 처리된 GR.5는 인장강도 860-900MPa, 항복강도 800MPa, 신율 10-15%로 고강도와 연성이 균형있게 조합된 제품입니다. 방향성 입자 흐름은 적당한 이방성을 초래합니다(단조 방향의 강도는 가로 방향보다 5~10% 더 높음).
강인함과 피로: 파괴인성은 55~65MPa·m1/²에 달하고, 107-사이클 피로강도는 350~400MPa로 결정립 미세화 및 결함 제거로 주조 티타늄보다 훨씬 높습니다.
고온-성능: 단조 GR.5의 바이모달 미세구조로 인해 300~400도에서 우수한 내크리프성을 제공(크리프변형)<0.1% at 200 MPa for 1000 h), outperforming cast and rolled grades.
원칙: 티타늄 잉곳 또는 빌렛을 열간/냉간 압연 가공하여 시트, 판, 스트립을 생산하며, 압연 방향에 따라 소성 변형이 발생하여 편평하고 조직화된 미세 구조를 형성합니다.
내부 구조
열간압연 티타늄은-재결정화된 등축 + 미세구조롤링 방향을 따라 길쭉한 입자가 있는 것(롤링 텍스처를 형성함). 냉간 압연된-티타늄(어닐링 전)은 높은 전위 밀도를 갖는 변형된 가공 경화 구조를 가지고 있습니다. 냉간 압연 후 어닐링을 통해 결정립이 3~5μm(단조 티타늄보다 미세함)로 미세화됩니다. GR.5 시트의 경우 압연 구조는 강한 {0001} 기본 질감을 가지므로 성형성 및 기계적 특성에 상당한 이방성을 초래합니다.
밀도
롤링은 다음과 같은 방법으로 완전한 치밀화를 달성합니다.99.8% 이상의 상대 밀도, 지속적인 압축 변형으로 인해 잔류 기공이 제거되고 균일한 재료 패킹이 보장됩니다. 냉간 압연은 입계 간격을 줄여 밀도를 더욱 향상시킵니다.
기계적 성질
강도와 연성: Annealed hot-rolled GR.5 sheets have a tensile strength of 850–880 MPa, yield strength of 780–800 MPa, and elongation of 12–18% (higher ductility than forged titanium due to finer grains). Cold-rolled (unannealed) GR.5 has ultra-high strength (tensile strength >1000 MPa)이지만 연성(신율)이 낮습니다.<5%) due to work hardening.
강인함과 피로: 압연 GR.5의 파괴인성은 50~60MPa·m²/²(조직-유발 이방성으로 인해 단조 등급보다 약간 낮음)인 반면 피로 강도는 380~420MPa(입자 크기가 더 미세하고 표면 마감이 매끄러워 단조 소재보다 높음)입니다.
성형성: 압연강판은 압연방향으로는 냉간성형성(벤딩, 스탬핑 등)이 우수하나, 가로방향에서는 조직감이 강하여 성형성이 좋지 않아 복잡한-형상의 부품에 사용하는데 한계가 있다.
원칙: 티타늄 분말(가스 원자화 또는 수소화물-탈수소화물(HDH) 방법으로 생산됨)을 고온에서 압축 및 소결하여 완전 밀도의 구성 요소를 형성하므로 거의-순-모양의 제조 및 미세 구조 제어가 가능합니다.
내부 구조
PM 티타늄은균일하고 세밀한-등축 미세구조분말 입자는 소결 중에 완전히 재결정화되므로 방향성 질감이나 분리가 없는 (입자 크기 2–5 μm)입니다. PM GR.5의 경우 미세구조는 미세 -상 입자가 균일하게 분포된 균질 + 매트릭스입니다. 그러나 잔류 기공(부피 비율 1% 이하)과 소량의 산화물 개재물(분말 표면 산화로 인한)이 입자 경계에 남아 있을 수 있습니다.
밀도
PM 티타늄의 밀도는 소결 매개변수에 따라 달라집니다. 진공 소결된 PM 티타늄은상대밀도 98~99.5%, 열간 등압 성형(HIP) 후처리는-단조 티타늄 수준과 일치하는 99.8% 이상으로 밀도를 증가시킬 수 있습니다. HDH 분말(불규칙한 형태)은 포장 효율이 낮기 때문에 가스{3}}분무 분말(구형)보다 밀도가 낮습니다.
기계적 성질
강도와 연성: 소결 PM GR.5는 인장강도 800~850MPa, 항복강도 750~780MPa, 신율 8~12%(잔류 다공성으로 인해 단조 등급보다 약간 낮음)를 나타냅니다. HIP-처리된 PM GR.5는 단조 티타늄에 필적하는 850~900 MPa의 인장 강도와 10~15%의 연신율을 달성합니다.
강인함과 피로: PM GR.5의 파괴인성은 45~55MPa·m²/²(산화물 함유로 인해 연삭재보다 낮음), 피로강도는 300~350MPa(HIP 적용 시 380~400MPa로 향상)입니다. 미세한- 입자 구조로 인해 PM 티타늄은 단조 등급보다 우수한 내마모성을 제공합니다.
비용 및 맞춤화: PM은 재료 낭비를 최소화하면서 복잡한 부품을 생산할 수 있지만, 분말 산화 및 다공성은 피로도가 높은 항공우주 응용 분야에서의 사용을 제한하므로 중간 수준의 성능 요구 사항을 갖는 산업 및 의료용 부품(예: 정형외과 임플란트)에 적합합니다.
