TI-6AL-4V5등급 티타늄 합금으로도 알려진 Ti-6Al-4V는 다양한 용도로 사용되는 가장 인기 있는 티타늄 합금 중 하나입니다. 이 문서에서는 구성, 특성, 응용 분야, 사양, 가격, 취급 등을 포함하여 Ti-6Al-4V에 대한 포괄적인 개요를 제공합니다.
Ti-6Al-4V 구성
Ti-6Al-4V는 알루미늄 6%, 바나듐 4%, 철 0.25%(최대), 산소 0.2%(최대), 나머지 티타늄을 포함하는 알파-베타 티타늄 합금입니다. 다음은 Ti-6Al-4V의 공칭 성분입니다:
| 요소 | 무게 % |
|---|---|
| 티타늄 | 잔액 |
| 알루미늄 | 5.5 – 6.75 |
| 바나듐 | 3.5 – 4.5 |
| Iron | ≤ 0.3 |
| 산소 | ≤ 0.2 |
알루미늄은 알파상을 안정화하고 강화하는 반면 바나듐은 베타상 형성을 가능하게 합니다. 알파상과 베타상의 조합으로 Ti-6Al-4V는 뛰어난 강도, 내식성 및 가공성을 제공합니다.
Ti-6Al-4V 속성
Ti-6Al-4V는 항공우주, 의료, 해양 및 기타 애플리케이션에 유리한 다음과 같은 특성을 가지고 있습니다:
| 속성 | 가치 |
|---|---|
| 밀도 | 4.43g/cm3 |
| 녹는점 | 1604 – 1660°C |
| 인장 강도 | 895 &8211; 1170 MPa |
| 수율 강도 | 825 &8211; 1103 MPa |
| 신장 | 8 – 16% |
| 탄성 계수 | 114 GPa |
| 피로 강도 | 400 &8211; 500 MPa |
| 골절 인성 | 55 &8211; 115 MPa-m^1/2 |
| 내식성 | 우수 |
| 생체 적합성 | 우수 |
주요 기능:
- 무게 대비 강도가 높은 경량
- 극한의 온도에도 견딜 수 있습니다.
- 높은 피로 강도
- 부식, 산, 염화물에 대한 내성
- 임플란트 및 보철과 호환 가능
Ti-6Al-4V 애플리케이션
Ti-6Al-4V는 고유한 특성 조합으로 인해 다음과 같은 주요 애플리케이션에 사용됩니다:
| 산업 | 애플리케이션 |
|---|---|
| 항공우주 | 항공기 엔진 부품, 기체, 패스너, 유압 시스템 |
| 바이오메디컬 | 외과 임플란트, 정형외과 및 치과 보철물 |
| 해양 | 프로펠러, 해양 플랫폼 리그, 파이프라인, 열교환기 |
| 화학 | 탱크, 파이프, 밸브, 펌프, 반응 용기 |
| 자동차 | 밸브, 커넥팅 로드, 서스펜션 스프링 |
| 전력 생산 | 증기 터빈 블레이드, 폐기물 소각로 부품, 열교환기 |
| 스포츠 용품 | 골프 클럽, 자전거 프레임, 테니스 라켓, 하키 스틱 |
Ti-6Al-4V를 사용하면 더 가볍고 빠르며 내구성이 뛰어난 부품과 장비를 설계할 수 있습니다.
Ti-6Al-4V 사양
Ti-6Al-4V는 다음 사양에 따라 적용됩니다:
| 표준 | 제목 |
|---|---|
| AMS 4911 | 티타늄 6Al-4V 합금, 어닐링 시트/스트립/플레이트 |
| ASTM B348 | 티타늄 및 티타늄 합금 바 및 빌릿 |
| ASTM F1472 | 수술용 임플란트 응용 분야를 위한 단조 티타늄-6알루미늄-4바나듐 합금 |
| ASTM F1108 | 수술용 임플란트용 티타늄-6알루미늄-4바나듐 합금 |
| AMS 4928 | 인베스트먼트 주조, 내식성 강철, 고강도, 진공 용융, 티타늄 합금 |
| AMS 4965 | 티타늄 합금 시트, 스트립 및 플레이트 6Al -4V 어닐링 |
| MSRR 9545 | 티타늄 합금, 시트, 스트립 및 플레이트 6Al &8211; 4V, 어닐링됨 |
여기에는 합금 조성 제한, 기계적 특성, 열처리, 미세 구조 요구 사항, 부식 테스트 및 기타 매개변수가 포함됩니다.
Ti-6Al-4V 제품 형태
Ti-6Al-4V는 다음과 같은 형태, 크기, 모양 및 마감으로 생산됩니다:
| 제품 양식 | 크기 범위 |
|---|---|
| 시트 | 0.4 – 6.35mm 두께 |
| 플레이트 | 6 &8211; 250mm 두께 |
| 바 | 최대 직경 650mm |
| Rod | 최대 직경 650mm |
| 와이어 | 0.1 – 직경 15mm |
| 튜브 | 2 &8211; 직경 300mm |
| 캐스팅 | 사용자 지정 크기 및 모양 |
| 몰딩 | 사용자 지정 크기 및 모양 |
마감에는 열연, 냉연, 어닐링, 광택, 가공, 절임, 석회질 제거 등이 포함됩니다.
Ti-6Al-4V 등급
Ti-6Al-4V는 최소 인장 및 항복 강도 수준이 다른 다음 ASTM 등급에 따라 적용됩니다:
| ASTM 등급 | 인장 강도(최소) MPa | 항복 강도(최소) MPa |
|---|---|---|
| 5학년 | 895 | 825 |
| 그리드 23 | 965 | 895 |
| 그리드 24 | 1170 | 1103 |
5등급 Ti-6Al-4V는 표준 특성을 제공하며, 23등급과 24등급은 고강도 변형입니다.
Ti-6Al-4V 공급업체
Ti-6Al-4V는 다음의 주요 티타늄 공급업체 및 유통업체에서 쉽게 구할 수 있습니다:
- ATI
- VSMPO-AVISMA
- 서양 금속 재료
- 바오지 티타늄 산업 Co.
- 서양 초전도 기술
- 티타늄 산업
2020년 전 세계 티타늄 스펀지 생산량은 약 33만 톤으로 추산되며, 이 중 상당량이 Ti-6Al-4V 제조에 사용됩니다.
Ti-6Al-4V 가격
2023년 기준, Ti-6Al-4V 가격은 대략 다음과 같습니다:
| 제품 양식 | kg당 가격 범위 |
|---|---|
| 시트/플레이트 | $15 – $50 |
| 바/봉 | $15 – $35 |
| 와이어 | $25 – $60 |
| 튜브 | $20 – $45 |
| 캐스팅 | $25 – $100 |
| 몰딩 | $25 – $100 |
가격은 크기, 두께, 등급, 주문 수량, 가공, 리드 타임 및 수요와 공급의 역학 관계에 따라 달라집니다. 밀은 일반적으로 수량에 따라 할인을 제공합니다.
Ti-6Al-4V 가공
Ti-6Al-4V는 열전도율이 낮기 때문에 가공 중에 열이 천천히 방출됩니다. 권장되는 기술은 다음과 같습니다:
- 견고한 설정을 사용하여 진동 최소화하기
- 느린 이송/깊이로 높은 절삭 속도 사용
- 날카로운 절단면이 있는 높은 포지티브 레이크 도구 사용
- 에멀젼을 사용하여 폭우 냉각 적용
- 작업 경화를 방지하기 위한 칩 형성 제어
카바이드, 서멧, CBN 및 다이아몬드 공구가 일반적으로 사용됩니다. 유황이 포함된 절삭유는 피해야 합니다.
Ti-6Al-4V 용접
Ti-6Al-4V는 GTAW, PAW, LBW 및 기타 방법을 사용하여 용접할 수 있습니다. 주의 사항은 다음과 같습니다:
- 산화를 방지하기 위해 불활성 가스 차폐 유지
- 균열 및 강도 손실을 방지하기 위해 열 입력 제한
- 용접 후 열처리가 필요할 수 있습니다.
- 모재 금속과 필러 금속의 구성 일치
일반적인 필러 금속으로는 ER5356 및 ER2319가 있습니다.
Ti-6Al-4V 열처리
Ti-6Al-4V는 열처리를 통해 미세 구조와 기계적 특성을 변경할 수 있습니다:
| 프로세스 | 일반적인 열처리 |
|---|---|
| 어닐링 | 705°C에서 2시간, 공랭 |
| 스트레스 해소 | 480 &8211; 650°C에서 2시간 4시간, 공랭 식히기 |
| 솔루션 처리 | 930 &8211; 955°C에서 1시간, 물 담금질 |
| 노화 | 480 &8211; 595°C, 2시간 8시간, 공랭식 |
어닐링은 연성과 가공성을 향상시킵니다. 노화는 강도를 높입니다. 적절한 열처리는 물성을 최적화하는 데 매우 중요합니다.
Ti-6Al-4V 단조
단조는 피로 강도가 뛰어난 견고한 Ti-6Al-4V 부품을 만듭니다. 단조의 주요 측면:
- 단조 온도 700 &8211; 850°C까지 천천히 가열합니다.
- 중간 어닐링이 필요한 여러 단조가 필요할 수 있습니다.
- 어닐링 전 핫 트림 단조품
- 단조 후 어닐링으로 스트레스 해소하기
- 기계 허용치는 1 &8211; 2mm여야 합니다.
망치나 프레스로 밀폐된 다이 단조는 최고의 특성을 만들어냅니다. 티타늄은 단조 시 큰 힘이 필요합니다.
Ti-6Al-4V 주조
Ti-6Al-4V의 인베스트먼트 주조로 표면 마감이 우수한 복잡한 형상을 만들 수 있습니다:
- 사운드 캐스팅에 다중 게이트 및 라이징 사용
- 용융 및 주조 중 불활성 분위기 유지
- 열간 등방성 프레스(HIP)는 내부 결함을 제거하는 데 도움이 됩니다.
- 표면을 화학적으로 밀링하여 알파 케이스 제거
- 연성 향상을 위한 어닐링 주조
주조 Ti-6Al-4V는 단조 제품보다 피로 강도가 낮습니다.
Ti-6Al-4V 접합
일반적인 Ti-6Al-4V 결합 방법은 다음과 같습니다:
- 융합 용접(GTAW, PAW, LBW, 전자빔)
- Ti-Cu-Ni 필러 금속을 사용한 브레이징
- 기계식 고정, 볼트, 리벳
- 에폭시 또는 폴리이미드를 사용한 접착 결합
조인트 강도는 사용된 공정에 따라 다릅니다. 합금 조성을 맞추고 오염을 최소화하는 것이 핵심입니다.
Ti-6Al-4V 취급
Ti-6Al-4V에 대한 권장 취급 방법:
- 깨끗한 장갑을 사용하여 피부 유분과 염분으로 인한 오염을 방지하세요.
- 카드뮴, 수은, 갈륨과 같은 유해 금속과의 접촉을 피하세요.
- 산, 염화물 및 기타 부식성 화학물질에 대한 노출 방지
- 습기를 피해 서늘하고 건조하며 불활성인 환경에 보관하세요.
- 운송 및 보관 중 긁힘, 흠집, 찌그러짐으로부터 보호하세요.
티타늄 먼지는 가연성이 강하고 정전기 방전에 민감합니다. 적절한 접지, 환기 및 청소 절차를 따르세요.
Ti-6Al-4V 안전
티타늄 합금 취급에 대한 주요 안전 조치:
- 적절한 개인보호장비(보안경, 방진 마스크, 장갑)를 착용하세요.
- 가공 시 충분한 국소 배기 환기 사용
- 용접 또는 열 절단으로 인한 연기를 흡입하지 마십시오.
- 칩과 먼지가 쌓이는 것을 방지합니다.
- 적절한 소화 장비가 준비되어 있는지 확인합니다.
- 압축 가스 실린더 및 극저온에 대한 안전 수칙을 준수하세요.
티타늄 자체는 독성이 낮지만 가공 시 유해한 미립자가 발생할 수 있습니다.
Ti-6Al-4V 검사
Ti-6Al-4V 부품은 일반적으로 다음을 사용하여 검사합니다:
- 결함에 대한 육안 및 매크로 검사
- 표면 결함을 감지하는 액체 침투성 테스트
- 내부 무결성을 위한 초음파 검사
- X-선 또는 감마선을 이용한 방사선 검사
- 균열과 공극을 식별하는 와전류 방법
- 완성된 부품에 대한 증명 테스트 및 압력 테스트
입자 구조, 알파 케이스 깊이, 표면 마감 및 치수도 일반적으로 확인합니다.
Ti-6Al-4V 품질 보증
Ti-6Al-4V 공급업체는 다음과 같은 품질 시스템 인증을 받아야 합니다:
- ISO 9001 품질 관리
- AS9100 항공우주 표준
- ISO 13485 의료 기기 표준
- 열처리 및 NDT와 같은 NADCAP 특수 공정
항공기 및 의료용 애플리케이션에는 추가적인 규제 요건이 있습니다.
Ti-6Al-4V의 장점
- 뛰어난 중량 대비 강도 비율
- 극한의 온도에도 견딜 수 있습니다.
- 다양한 환경에서 부식에 강함
- 임플란트용 생체 적합성
- 특성에 맞게 열처리 가능
- 손쉬운 성형 및 가공
- 많은 자격을 갖춘 공급업체에서 제공
Ti-6Al-4V의 한계
- 강철 및 알루미늄 합금보다 비싸다.
- 강철보다 낮은 강성
- 최대 경도로 열처리할 수 없음
- 가공 중 갈링 및 압착이 발생할 수 있습니다.
- 단조 및 주조 기능에 따라 단면 크기가 제한됩니다.
- 용융에는 제어된 불활성 대기가 필요합니다.
Ti-6Al-4V와 다른 티타늄 합금 비교
Ti-6Al-4V는 다른 인기 있는 티타늄 합금과 어떻게 비교되나요?
| 합금 | 힘 | 내식성 | 비용 | 사용 사례 |
|---|---|---|---|---|
| TI-6AL-4V | 높음 | 우수 | 보통 | 항공우주, 해양, 바이오메디컬 |
| CP 티타늄 | Medium | 우수 | 낮음 | 화학, 해수 시스템 |
| Ti-10V-2Fe-3Al | 매우 높음 | Good | 높음 | 항공 우주 패스너, 리깅 |
| Ti-3Al-2.5V | Medium | 우수 | 보통 | 제트 엔진, 기체 |
| Ti-13V-11Cr-3Al | 높음 | 우수 | 매우 높음 | 항공우주 부품 |
Ti-6Al-4V는 합리적인 비용으로 최고의 만능 특성을 제공합니다. 다른 합금은 특수한 용도를 위해 더 높은 강도 또는 부식 성능을 제공합니다.
자주 묻는 질문
Q: Ti-6Al-4V는 어떤 용도로 사용되나요?
A: Ti-6Al-4V는 고강도, 경량 및 내식성이 필요한 항공우주, 해양, 화학 처리, 생물의학 및 소비자 응용 분야에 널리 사용됩니다.
Q: Ti-6Al-4V는 강철보다 더 강합니까?
A: 예, Ti-6Al-4V는 대부분의 강재보다 무게 대비 강도는 높지만 강성은 낮습니다. 알루미늄보다 약 60% 더 무겁습니다.
Q: Ti-6Al-4V는 의료용 임플란트와 호환되나요?
A: 예, Ti-6Al-4V는 생체 적합성이 뛰어나 관절 교체, 치과 임플란트, 심장 박동기, 골절 고정 장치에 일반적으로 사용됩니다.
Q: Ti-6Al-4V는 열처리가 필요합니까?
A: Ti-6Al-4V는 열처리하여 특성을 변경할 수 있습니다. 용액 처리 및 노화는 강도를 크게 높일 수 있습니다.
Q: 5등급과 23등급 Ti-6Al-4V의 차이점은 무엇인가요?
A: 5등급은 최소 인장 강도가 895MPa인 표준 합금입니다. 23 등급은 최소 인장 강도가 965MPa로 더 높습니다.
Q: Ti-6Al-4V의 내식성은 어떻게 되나요?
A: Ti-6Al-4V는 대부분의 산, 염화물 및 바닷물 환경에 대한 내식성이 뛰어납니다. 넓은 pH 범위에서 부동성이 유지됩니다.
Q: Ti-6Al-4V를 용접할 수 있나요?
A: 예, GTAW, LBW, PAW와 같은 용접 방법을 사용하여 Ti-6Al-4V를 용접할 수 있습니다. 조인트 무결성을 보장하기 위해 적절한 절차를 따라야 합니다.
Q: 다른 금속과 비교했을 때 Ti-6Al-4V의 비용은 얼마인가요?
A: 파운드당 기준으로 Ti-6Al-4V는 강철 및 알루미늄 합금보다 비싸지만 인코넬이나 하스텔로이 같은 이색 합금보다는 저렴합니다.
Q: Ti-6Al-4V의 대체품에는 어떤 것이 있나요?
A: 항공우주용으로는 Ti-10V-2Fe-3Al이 더 높은 강도를 제공합니다. 내식성의 경우 CP 티타늄 또는 Ti-3Al-2.5V가 우수합니다. Ti-1023 및 Ti-5553은 새로운 고강도 합금입니다.