티타늄은 고강도, 우수한 내식성, 높은 내열성을 갖춘 구조용 금속입니다. 1950년대에 개발되었으며, 1950년대와 1960년대에는 주로 항공기 엔진용 고온 티타늄 합금과 동체용 구조용 티타늄 합금을 개발했습니다.
1970년대에 여러 가지 내식성 티타늄 합금이 개발되었습니다. 1980년대 이후 내식성 티타늄 합금과 고강도 티타늄 합금이 더욱 발전했습니다. 티타늄 합금은 주로 항공기 엔진 압축기 부품에 사용되며, 그 다음으로 로켓, 미사일, 고속 항공기 구조 부품에 사용됩니다.
티타늄 합금은 티타늄과 다른 원소를 결합하여 만든 합금이라는 점을 언급할 가치가 있습니다. 가공 기술과 원자재의 한계로 인해 티타늄 합금 생산은 일본, 러시아, 미국, 프랑스 등 소수 국가의 전문 제조업체에서 담당하고 있습니다.
다른 티타늄 금속 제품에 비해 중국의 티타늄 합금 산업은 늦게 시작되어 초기 발전 속도가 느렸습니다. 그러나 현재 발전 속도는 안정적입니다. 중국 과학자들의 끊임없는 노력으로 티타늄 합금 생산 측면에서 많은 획기적인 발전이 이루어졌습니다. 따라서 산업 독점이 깨지고 중국 단위가 자급자족 단계에 도달했다고 확신할 수 있습니다.

티타늄 합금 산업은 대량 생산 단계에 접어들었습니다. 따라서 이 산업의 발전을 고려하여 스펀지 티타늄의 생산 능력은 크게 향상되었습니다. 이에 따라 중국은 티타늄 합금 생산 라인을 다수 건설하기 시작했습니다.

1. 항공기에 티타늄 합금의 적용

주로 항공기 및 엔진 제조에 사용되는 단조 티타늄 팬, 압축기 디스크 및 블레이드, 후드, 배기 장치, 그리고 항공기 빔과 같은 기타 구조 부품에 사용됩니다. 우주선은 티타늄 합금의 높은 비강도, 내식성, 그리고 저온 저항성을 활용하여 다양한 압력 용기, 연료 탱크, 패스너, 계기판, 프레임, 로켓 박스 등을 제작합니다. 티타늄 합금 판재 용접 부품은 인공위성, 달 착륙선, 유인 우주선, 우주 왕복선에도 사용됩니다.

2. 티타늄 합금이 항공 분야에 널리 사용되는 이유

현대 항공기의 최고 속도는 음속의 2.7배에 달합니다. 이처럼 빠른 초음속 비행은 항공기가 공기와 마찰을 일으켜 많은 열을 발생시킵니다. 비행 속도가 음속의 2.2배에 이르면 알루미늄 합금은 이를 견딜 수 없게 됩니다. 따라서 고온에 강한 티타늄 합금을 사용해야 합니다.

항공기 엔진의 추력비가 4에서 6, 8, 10으로 증가하고 압축기 출구 온도가 200~300°C에서 500~600°C로 상승하면서 저압 압축기 디스크와 블레이드는 원래 알루미늄이나 티타늄 합금으로 제작되었습니다.

3. 티타늄 합금의 가공 특성 분석

첫째, 티타늄 합금의 열전도도는 강철의 1/4, 알루미늄의 1/13, 구리의 1/25에 불과할 정도로 매우 낮습니다. 절삭 영역에서 열 방출이 느리기 때문에 열 평형이 잘 이루어지지 않습니다. 절삭 과정에서는 열 방출 및 냉각 효과가 매우 낮아 절삭 영역에 고온이 쉽게 형성됩니다. 가공 후 부품이 크게 변형되어 절삭 공구의 토크가 증가하고 절삭날이 빠르게 마모됩니다. 이는 내구성 저하로 이어집니다.

둘째, 티타늄 합금의 낮은 열전도도는 절삭날 근처의 좁은 영역에 절삭열을 방출하기 어렵게 만들고, 경사면 마찰을 증가시켜 칩 제거를 어렵게 하며, 절삭 시 열 방출을 어렵게 하여 공구 마모를 가속화합니다. 마지막으로, 티타늄 합금은 화학적 활성이 높아 공구 재료와 고온에서 쉽게 가공되어 용액을 형성하고 확산되어 접합, 연소, 절삭을 유발할 수 있습니다.

티타늄 합금의 장점

티타늄 합금은 많은 장점을 가지고 있는 것 같습니다. 몇 가지를 살펴보겠습니다.

고강도

이 합금들을 철이나 강철과 비교해 보면, 이 합금은 매우 높은 강도를 가지고 있는 것으로 보입니다. 또한 강성과 강도를 모두 필요로 하는 부품에 사용하려는 경우에도 더 나은 선택입니다. 이러한 이유로 항공우주, 군사, 심지어 석유 분야와 같은 분야에서도 이 합금이 사용됩니다.

열 강도

다음 장점은 티타늄 합금의 열 강도가 우수하다는 것입니다. 온도가 바이두 5도 이상으로 올라가더라도 합금은 안정적으로 유지되며 비강도가 크게 떨어지지 않습니다.

높은 경도

또 다른 장점은 쉽게 변형되지 않고 경도가 좋다는 점입니다. 따라서 다른 금속과 충돌하더라도 모양이 변형되지 않습니다.

저온 회복력

저온에서도 합금의 기계적 특성은 매우 잘 유지됩니다. 합금은 강하고 상온에서보다 강도가 증가합니다.

강력한 내식성

티타늄 합금이 주변 온도에 노출되면 얇은 층이 형성되어 부식을 방지하는 데 도움이 됩니다.

기술적 성능

가소성이 뛰어나고 탄성 가소성도 뛰어납니다. 물론, 다양한 상업적 용도로 사용할 때 유용합니다.

팽창계수

티타늄은 팽창 계수가 낮아 온도 변화에 훨씬 쉽게 적응할 수 있습니다.

비자성

비자성 특성으로 인해 일부 최고급 군용 전투 장비에 이 합금이 사용됩니다.