티타늄도 재미있는 금속입니다.
About Titanium
티타늄은 지구상에서 4번째로 풍부한 금속이다. 알루미늄, 철, 마그네슘 다음이다. 광석은 해변의 검은 모래에서 흔하게 볼 수 있는데 산소와 철이 화학적으로 결합되어 있다.
티타늄이 선사시대부터 인간에게 이용되기 쉬웠는데 현대 야금학은 이 검은 모래에서 쓸모있는 금속형태로 변형시켰다. 밀어냄으로 형태가 만들어지고 주조,단조하기도 한다.
상업적으로 순수한 상태는 낮은 강도를 나타내며, 또한 필요에 의해서 높은 강도의 합금으로 만들기도 한다. 사용처는 고강도,경량,내부식성이 요구되는 곳에 사용된다.
미국에서는 생산량의 70%가 우주항공공학에 이용되고 바다부문, 산업용 부분으로 요구량이 급속히 커지고 있다. 티타늄의 많은 독특한 특성 때문에 의료기기의 임플란트에서부터 강도가 필요한 스포츠용구에까지 이용된다.
사용처 : 우주선, 제트엔진, 유도탄, 심해 잠수함, 레이싱카 부품, 자전거 프레임
티타늄은 양쪽의 특성을 전부 가지면서 알루미늄과 철사이의 갭을 메꿔줄 수 있다. 알루미늄처럼 낮은 밀도와 비자성이며, 강철처럼 높은 강도와 스텐레스 스틸을 능가하는 내부식성을 가진다.
이 특성을 조합해서 심해잠수함의 압력선체를 이것으로 설계한다.
비자성인데 더구나 자석부근이나 자연적으로 생길수 있는 자성에 노출되어도 자성화되지 않는다. 비자성이 요구되는 군대에서의 사용이나 전기가 함유된 케이스로는 그만이다.
무게는 강철보다 40%이상 가볍다. 비교분석한 것을 보면,
알루미늄이 0.12 lbs./cu.in. (3.3g/㎤)
강철이 0.29 lbs./cu.in. (8.03g/㎤)
티타늄이 0.16 lbs./cu.in. (4.43g/㎤) 이다.
티타늄의 놀라운 내부식성은 표면에 아주 타이트하게 산화된 얇은 막이 있기 때문이다. 피해를 입으면, 이 얇은 막이 즉시 재형성되어 표면을 유지하여 바닷물, 또는 모든 자연환경에 저항한다.
이 산화막은 부식에 대한 저항력이 강해서 티타늄 부품을 몇 년을 사용한 후에도 마치 새것처럼 보이게 한다.
순수 티타늄은 알루미늄에 비해 상대적으로 무르다. 다른 원소, 즉 알루미늄,바나듐, 산소, 철, 크롬, 몰리브덴등을 첨가하면 내구성과 강도가 증가한다. 오늘날 가장 일반적인 티탄합금은 Ti-6Al-4V 인데, 알루미늄 6%, 바나듐 4%이고 나머지 90%가 티타늄이다.
풀림열처리한 조건에서 극한인장강도는 13만 psi 이고 록웰c경도 32,
더 열처리하면 16만 psi에 록웰 38(최대치),
가장 높은 등급의 합금에서는 22만5천 psi에 Rc 48(최대치)이다.
내구성있는 재질이란 빈번하게 사용되고 마모가 심해도 계속되어 지는 재질이다. 내구성에는 고강도, 잘 늘어나는 연성, 인성, 내부식성, 내피로강도, 내마모성등이 필요하다. 고강도 티탄합금은 이 특성을 독특하게 조합하였다.
이 같은 이유로 티타늄 부품은 우주항공 공업이나 공업용으로 쓰이더라도 통상 교체할 필요없는 곳에 사용되도록 설계된다. 또한 고강도 티탄합금은 높은 스트레스하에서도 독특하게 그 형태를 유지한다.
이것은 낮은 탄성계수와 높은 항복강도의 특성의 조합이다. 예를 들어 직경이 작은 열처리된 티탄막대는 바이스에 물리고도 굽히기가 매우 어렵다.
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