티타늄 합금 특징과 종류, 가격 등 정리

티타늄은 은빛을 띠며 밀도가 낮으며 높은 광택이 나는 금속입니다. 티타늄은 해수, 왕수 및 염소에 대한 부식에 강한 특징을 지니고 있습니다. 티타늄은 정형외과 및 치과용 임플란트에 사용되어 왔지만, 대부분의 경우 소량의 알루미늄과 바나듐과 합금됩니다. 오늘은 이와 같은 티타늄 합금의 특징과 종류, 그리고 가격도 함께 정리해보도록 하겠습니다.
 

티타늄 합금 특징

티타늄 합금은 티타늄과 다른 종류의 화학 원소 혼합물을 포함하는 금속의 일종입니다. 이러한 합금은 높은 인장 강도와 인성을 가지고 있습니다. 또한 티타늄 합금은 무게가 가볍고 내식성이 뛰어나며 극한의 온도를 잘 견디는 특징을 가지고 있습니다.
 
하지만 원자재 및 가공 비용이 높기 때문에 군용, 항공기, 우주선, 자전거, 의료 기기, 보석류, 고가의 스포츠카의 커넥팅 로드와 같이 응력이 많이 걸리는 구성 요소에 대해서 사용이 제한되기도 합니다. 예를 들면, 일부 프리미엄 스포츠 장비나 전자 제품과 같은 경우가 그러합니다.
 

티타늄 합금 종류

이번에는 티타늄 합금의 종류에 대해서 정리해보도록 하겠습니다. 티타늄은 크게 두 가지 결정학적 형태로 존재합니다.
실온에서 비합금 티타늄은 알파(α)의 육방 밀집(hcp) 결정 구조를 가집니다. 순수한 상태의 티타늄 온도가 885°C에 도달하면 결정 구조가 베타(β) 상으로 알려진 bcc 구조로 변하게 됩니다.
 
합금 원소는 α-to-β 변환 온도를 높이거나 낮추므로 티타늄의 합금 원소는 α 안정제 또는 β 안정제로 분류됩니다. 예를 들어, 바나듐, 니오븀 및 몰리브덴은 α에서 β로의 변환 온도를 낮추고 β 상의 형성을 촉진합니다.
 

알파 합금

알파 합금은 알루미늄 및 주석과 같은 원소를 포함하며 우수한 크리프 특성으로 인해 고온 응용 분야에 선호됩니다. 이러한 α 안정화 요소는 상변태 온도의 변화를 억제하거나 온도를 증가시키는 방식으로 작동합니다. β 합금의 특징인 연성-취성 전이가 없기 때문에 α 합금은 극저온 응용 분야에 적합합니다. 반면에, 알파는 안정한 상이므로 열처리로 강화할 수 없으므로 베타 합금만큼 강도가 낮습니다.
 

베타 합금

베타 합금에는 바나듐, 니오븀 및 몰리브덴과 같은 전이 원소가 포함되어 있어 α에서 β로의 상전이 온도를 낮춥니다. 베타 합금은 담금질성이 우수하고 열처리에 쉽게 반응합니다. 이 재료는 단조 가능성이 높고 높은 파괴 인성을 가지고 있습니다. 예를 들어, 고강도 티타늄 합금인 TI-10V-2Fe-3Al의 최대 인장 강도는 약 1200MPa입니다.
 

알파 + 베타 합금

알파 + 베타 합금은 α 및 β 상의 혼합을 지원하는 조성을 가지며 실온에서 10 ~ 50%의 β 상을 포함할 수 있습니다. 가장 일반적인 α + β 합금은 Ti-6Al-4V입니다. 이러한 합금의 강도는 열처리를 통해 개선 및 제어할 수 있습니다. 예를 들어, Ti-6Al-4V, Ti-6Al-4V-ELI, Ti-6Al-6V-2Sn, Ti-6Al-7Nb가 이에 해당됩니다.
 

티타늄 합금 가격

티타늄 합금은 유형별로 다양한 가치를 지니는 만큼 이에 따라 가격도 달라질 수 있습니다. 티타늄을 합금 나사로 조인 Bugatti는 미국 돈으로 환산하면 약 50달러 정도의 가치가 있는 만큼 상당히 높은 가격으로 책정됩니다.
티타늄은 가공이 어려운 편이기 때문에 완성된 부품이 더 가격이 높습니다.
 
TC4 합금 티타늄 로드의 기준 가격은 100+ 위안/kg
 
티타늄 합금 재료의 가격은 합금 구성, 가공 방법 및 기계적 특성과 관련이 있습니다.
일반 민간 티타늄 합금 판, 봉 및 와이어의 가격은 150~280위안/kg입니다.
군용 티타늄 합금의 가격은 일반적으로 500위안 이상입니다. 최고 1300위안/kg입니다.
 
이처럼 성분은 거의 같지만 가격은 매우 다릅니다. 그 이유는 고성능과 안정적인 배치 품질 때문입니다.
 

마무리

이상으로 지금까지 티타늄 합금 특징과 종류, 그리고 티타늄 합금의 가격까지 간략하게 정리해보았습니다.