1. 상온(25도)에서의 기계적 성질
상업적으로 순수한(CP) 티타늄(예: GR.1/GR.2)
CP 티타늄은 실온에서 단일 -상 미세 구조를 갖습니다. 인장강도 범위는 240~485MPa(GR.1~GR.2)이고 연신율은 20~30%이며 파괴인성은 높습니다(60MPa·m²/² 이상). 특성은 격자간 원소(O, N, C)에 의해 지배됩니다. 산소 함량이 높을수록 강도는 증가하지만 연성은 감소합니다. 실온에서 CP 티타늄은 성형성과 내식성이 우수하여 화학 배관 및 의료용 임플란트와 같이 응력이-높지 않은-응용 분야에 적합합니다.
.+ 티타늄 합금(예: GR.5/Ti-6Al-4V)
GR.5는 상온에서 이중 + 상 구조를 가지고 있습니다. 어닐링된 상태에서 인장 강도는 860–900 MPa, 항복 강도 ~800 MPa, 연신율 ~10–15%, 피로 강도(107주기) ~400 MPa에 도달합니다. 균형 잡힌 + 미세 구조는-강도, 연성 및 인성 간의 균형을 제공하는 반면, 낮은 탄성 계수(110 GPa, 강철의 ~50%)는 생체 의학 임플란트의 응력 차폐를 줄이고 항공우주 구조물의 진동 감쇠를 향상시킵니다.
2. 고온에서의 기계적 성질(200도/300도)
강도 및 강성 감소
200도에서 어닐링된 GR.5의 인장 강도는 실온에 비해 ~10~15%(750~780MPa) 감소하고, 300도에서는 ~20~25%(650~700MPa) 감소합니다. 전위 이동도가 증가하고 원자간 결합력이 감소하여 항복 강도도 감소합니다(200도에서 ~700MPa, 300도에서 ~600MPa). 티타늄의 탄성 계수는 온도에 따라 선형적으로 감소합니다(RT에서 110GPa에서 200도에서 ~105GPa, 300도에서 ~100GPa). 구조적 강성이 감소합니다.
크리프 저항
크리프(일정한 하중 하에서 시간에 따른 소성 변형)는 티타늄 소재의 경우 200도 이상의 온도에서 눈에 띄게 나타납니다. CP 티타늄은 300도에서 크리프 저항성이 낮고 -장기 정하중을 견딜 수 없는 반면 GR.5와 같은 + 합금은 더 나은 크리프 성능을 나타냅니다. 300도에서 200MPa의 응력 하에서 1,000시간 후 크리프 변형률은 0.1% 미만으로 항공우주 엔진 케이싱 및 배기 부품(일반적으로 400도 미만에서 작동)의 요구 사항을 충족합니다.{12}}어닐링된 GR.5는 크리프 저항이 더 높습니다. 전위 이동을 방해하는 라멜라 + 미세 구조로 인해 300도에서 어닐링 또는 STA 등급이 발생합니다.
연성 및 인성 변화
GR.5의 연신율은 가공 경화 감소로 인해 200도에서 약간(~15~18%) 증가하지만 300도에서는 결정립계 미끄러짐과 산화{7}}로 인한 취성이 두드러지면서 감소하기 시작합니다(~10~12%). 고온이 상 경계에서 미세 공극 형성을 촉진하므로 파괴 인성도 300도에서 ~10% 감소합니다.
3. 극저온(-196도)에서의 기계적 성질
근력 강화-196도에서 어닐링된 GR.5의 인장 강도는 ~1100~1200MPa(상온보다 30~40% 상승)로 증가하고 항복 강도는 ~950~1000MPa로 증가합니다. CP 티타늄(GR.2)도 강도가 증가합니다(인장 강도는 실온에서 485MPa에서 -196도에서 ~600MPa로). 이는 극저온이 전위 이동성을 감소시키고 격자 마찰 응력을 증가시키며 변형으로 인한 미세 균열의 형성을 억제하여 소성 변형 중에 가공 경화가 뚜렷해지기 때문입니다.
연성과 인성 향상
강철이나 알루미늄(-196도에서 연성을 잃음)과 달리 티타늄 소재는 극저온에서도 연성과 인성을 유지하거나 향상시킵니다. GR.5의 연신율은 -196도(RT에서 10~15%)에서 ~15~20%로 증가하고 파괴 인성은 ~20~30%(70 MPa·m²/² 이상)까지 증가합니다. CP 티타늄의 연신율은 -196도에서 25~30%에 이르며 취성 전이 현상이 발생하지 않습니다. 이는 극저온에서 α상 안정성(상 변형으로 인한 취성 없음)과 수소 취성 억제(낮은 온도에서 수소 확산이 억제됨) 때문입니다.
피로 및 충격 성능
극저온은 GR.5의 피로 강도도 향상시킵니다. 107-주기 피로 강도는 -196도에서 ~500–550MPa로 증가합니다(RT의 400MPa에서 증가). 충격 인성(샤르피 V-노치)은 실온에서 ~40J에서 -196도에서 ~60J로 증가하여 액체 천연가스(LNG) 저장 탱크, 로켓 연료 탱크, 초전도 장치 지지대와 같은 극저온 응용 분야에 적합합니다.
