타이탄, 티타늄 압연재
이 원소는 1789년 발견되었지만, 오랜 기간 동안 불순물 때문에 취약한 재료로 여겨져 사용되지 않았습니다. 1925년에 얻은 순수한 티타늄은 매우 실용적인 금속으로, 여러 소중한 특성을 가지고 있는 것으로 판명되었습니다. 엔지니어들과 설계자들은 즉시 이를 활용하기 시작했습니다.
특성
티타늄은 낮은 밀도, 높은 비강도, 매우 높은 내식성을 가지며, 극한의 온도에서도 강도를 잃지 않습니다. 이는 로켓 제작 및 현대 항공의 기초가 되었습니다. 가볍고 강한 티타늄 합금은 500°C까지도 그 성질을 유지하며, 이는 알루미늄 혹은 마그네슘 합금이 이미 작동하지 않는 온도이며, 강철 및 니켈 합금의 비강도를 초과합니다.
내식성 덕분에, 티타늄은 화학 산업에서 광범위하게 사용됩니다. 그러나, 용접 과정이 어렵습니 다. 이는 뜨거운 상태에서 쉽게 산화되기 때문입니다. 용접 시화염에 노출된 접합부 뿐만 아니라 전체 가열된 금속도 대기 가스로부터 보호해야 합니다. 현재는 아르곤 분위기에서의 아크 용접, 전자빔 용접, 접촉 방법의 용접이 성공적으로 사용되고 있습니다.
현대적 중요성
티타늄 합금은 처음으로 제트 엔진 제작에 사용되었고, 이에 따라 무게를 15...20% 줄일 수 있었습니다. 특별히, 이는 컴프레서 부품, 이도조절 장치, 그리고 각종 고정 장치를 만드는 데 사용됩니다. 오늘날 시장은 합리적인 가격으로 티타늄과 티타늄 원료를 제공하고 있습니다. 이는 다음과 같은 특성을 가지고 있습니다:
— 일반 항공기의 알루미늄과 비교하여;
— 초음속 항공기의 크롬니켈 합금과 비교하여.
티타늄으로 만든 선체 구조는 독특한 잠수함을 만들 수 있게 했습니다. 티타늄은 제품의 비중을 줄일 수 있는 금속입니다. 현대 항공, 로켓, 조선 산업에서, 이는 새로운 금속 대체 해결책으로써 최적의 선택입니다.
일반적인 특성
티타늄은 은빛빛을 띤 가벼운 금속으로, 주기율표 IV 그룹에 속하는 22번 원소입니다. 이는 18세기 말에 영국의 윌리엄 그레고어와 독일의 카프라트에 의해 독립적으로 발견되었습니다. 그 당시, 티타늄은 마치 '미래의 금속'으로 불리며 독특한 특성을 지니고 있었습니다. 그 질감은 강철의 질감에 유사하나, 다른 금속에 비해 상당히 가벼우며, 부식과 가공 매체에 강하며, 쉽게 가공될 수 있습니다. 그 부식 저항성은 귀금속 합금보다 우수하며, 밀도는 알 루미늄과 유사합니다. 티타늄의 낮은 크리프는 스테인레스강과 유사하며, 인장성과 가공성은 구리의 수치에 가깝습니다. 티타늄은 -250°C에서부터 강철의 붉은색 열처리 온도까지 그 성질을 유지합니다. 뛰어난 비강도, 내마모성, 열저항성은 21세기의 기술과 과학의 최전선을 위한 필수 재료로 만들어졌습니다.
티타늄의 물리적 특성
| 설명 | 기호 |
|---|---|
| 데이터 획득 온도 °C | 20°C |
| 밀도 [g/cm3] | 4.45 |
| 선형 열팽창 계수 αx106 (100 °C에서) [1/ °C] | 8.2 |
| 유연성 모듈, E [MPa]x10- | 1.12 |
| 열전도율 계수), l [W/(m·K)] | 8.37 |
| 합금의 열용량 C, 200 °C에서 [J/(kg·K)] | 0.586 |
| 비전기 저항, ohm&mm2/m | 1.6 |
생산
티타늄을 얻는 주요 방법은 고온에서 Na 또는 Mg을 이용해 TiCl4를 환원하는 것입니다. 뜨거운 티타늄은 대기 가스와 쉽게 반응하므로 제조 기술의 주 요 목적은 뜨거운 금속이 N2, O2, H2과의 접촉을 최소화하는 것입니다. 가장 큰 단점은 공정의 비용과 에너지 집약성입니다. 금속 공학에서, 티타늄 합금은 결정구조에 따라 β-상태(큐브 형태), α-상태(육각형 형태) 및 α+β(혼합상태)로 분류 됩니다. 합금 가공 방법에 따라 주조 합금과 변형 가능한 합금으로 나뉩니다.
| 티타늄 압출제품 | 직경, mm | 길이, mm | 너비, mm |
|---|---|---|---|
| 원통 | 8−30 | 500−5000 | |
| 와이어 | 0.5−6 | 측정 불가 | |
| 시트 | 700−2000 | 700−1000 | 0.3−15 |
| 파이프 | 12 — 300 | 1000−5000 | 0.5−6 |
참고: 파이프는 최대 200 kg까지 무게를 가집니다.
보관
티타늄 압출품은 기계적 손상과 기타 손상으로부터 적절하게 보호된 지붕 있는 창고나 덮개 아래 보관됩니다.
용도
타탄을 기본으로 한 합금은 로켓 공학 및 항공 공학에 사용됩니다. 티타늄의 가벼움과 열 저항성 덕분에 열 장비 제작에사용됩니다. 티타늄은 극한의 추위에서도 높은 연성과 강도를 유지하여, 저온 산업에서 필요합니다. 티타늄 합금으로 만들어진 가장 중요한 부품들은 해양 건설, 특히 잠수함의 선체와 프로펠러를 포함합니다. 생물적 관점에서의 비활성은 재건 수술을 위한 구조적 재료로 사용할 수 있게 하며 식품과 제약 분야에서 사용됩니다. 티타늄의 비활성 특성은 정형외과 및 치과 분야에서의 수술 도구 및 보철물 제작에 중요합니다. 티타늄은 방탄조끼와 현대 디자인 요소에도 사용됩니다. 높은 가격에도 불구하고, 그 가벼움, 강도, 내구성 덕분에 경제적으로 사용이 타당합니다.
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