티타늄 합금 완벽 가이드: 종류, 특성 및 핵심 용도

티타늄은 융점 1,668°C의 다용도 금속입니다. 882°C 이하에서는 육방 밀집 충전(α) 구조를, 이상에서는 체심 입방(β) 구조를 가집니다. 알루미늄, 바나듐, 몰리브덴, 니오븀 등의 원소와 합금화하여 α/β 전이 온도를 조절하고 상 조성을 제어함으로써, 다양한 성능 특성을 가진 티타늄 합금을 생산할 수 있습니다.

상온에서 티타늄 합금은 지배적인 모체 구조에 따라 α 합금, α+β 합금, β 합금의 세 가지 주요 계열로 분류됩니다.

1. α 티타늄 합금

이들은 모든 사용 온도에서 α 고체 용액으로 유지되는 단상 합금입니다. 우수한 내마모성, 강한 산화 저항성, 안정한 미세 구조를 보입니다. 일반적인 용도로는 항공우주 패스너, 의료용 임플란트, 고온 구조 부품이 있습니다. α 합금은 500~600°C 사이에서 강도를 유지하지만, 통상적인 열처리로 추가 강화가 불가능하며 상온 항복 강도는 일반적으로 β 합금보다 낮습니다.

2. β 티타늄 합금

β 합금은 단일 β 상 고체 용액으로 구성됩니다. 열처리 전에도 높은 강도를 가집니다. 담금질과 시효 처리 후 상온 항복 강도는 1,372~1,666MPa에 달해 고강도, 경량 용도에 적합합니다. 그러나 400°C 이상의 고온 안정성이 떨어져 사용이 제한됩니다.

3. α+β 티타늄 합금

이 두 상 합금은 두 장점을 결합합니다: 우수한 구조적 안정성, 인성, 가소성을 유지하면서 고온 성능을 보입니다. 열간 가공 후 담금질과 시효로 강도를 50~100% 높일 수 있습니다. 일반적인 사용 온도 범위는 400~500°C이지만, 순수 α 합금보다는 열적으로 덜 안정적입니다.

세 계열 중 α 합금이 가공성이 가장 뛰어나고, 다음이 α+β 합금, β 합금이 가장 가공하기 어렵습니다.

4. 티타늄 합금의 주요 용도

티타늄 합금은 높은 비강도, 낮은 밀도, 우수한 인성, 내식성으로 평가받습니다. 항공기 엔진 압축기부터 로켓, 미사일, 고속 항공기 구조 부품까지 항공우주 분야에 널리 쓰입니다. 밀도는 강철의 약 60%면서 비슷한 강도를 내며, 해수 내식성과 극저온 성능이 뛰어납니다.