티타늄 Ti64ELI 분말은 고유한 특성과 특성으로 인해 다양한 산업에서 사용되는 중요한 엔지니어링 소재입니다. 이 문서에서는 구성, 특성, 응용 분야, 사양, 가격, 장점 및 제한 사항을 포함하는 티타늄 Ti64ELI 분말에 대한 포괄적인 기술 개요를 제공합니다.
티타늄 Ti64ELI 분말 개요
티타늄 Ti64ELI 분말, 일명 티타늄 6Al-4V ELI 분말은 알루미늄과 바나듐을 합금 원소로 함유한 티타늄 합금입니다. 중량 대비 강도, 피로 저항성, 파단 인성 및 내식성이 뛰어납니다. Ti64ELI 분말은 산소, 질소, 탄소, 철의 함량이 낮은 Ti64의 초저 간극 변형입니다.
Ti64ELI는 적층 제조, 금속 사출 성형, 고온 및 저온 등방성 프레스 및 기타 분말 야금 공정에 사용됩니다. 이 소재는 단조 Ti64 제품에 필적하는 미세한 미세 구조와 기계적 특성을 가진 고밀도의 복잡한 부품으로 3D 프린팅할 수 있습니다. 가벼운 무게와 강도, 내식성을 겸비한 Ti64ELI는 항공우주, 의료, 치과, 스포츠 용품, 자동차, 해양 분야에 적합합니다.
티타늄 Ti64ELI 파우더의 몇 가지 주요 특징은 다음과 같습니다:
- 뛰어난 생체 적합성 및 골유착성
- 주조/가공으로는 불가능한 복잡한 형상을 3D 프린팅할 수 있습니다.
- 3D 프린팅 부품의 일관된 구성 및 미세 구조
- 우수한 피로강도 및 파괴인성
- Ti64보다 낮은 간극 요소로 우수한 연성 제공
- 열간 등방성 프레스(HIP) 및 열처리와의 호환성
- 화학 및 입자 크기에 대한 ASTM 표준 준수
티타늄 Ti64ELI 분말의 구성
티타늄 Ti64ELI 분말의 일반적인 화학 성분은 다음과 같습니다:
| 요소 | 무게 % |
|---|---|
| 티타늄(Ti) | 잔액 |
| 알루미늄(Al) | 5.5-6.75% |
| 바나듐(V) | 3.5-4.5% |
| 산소(O) | ≤ 0.13% |
| 질소(N) | ≤ 0.05% |
| 탄소(C) | ≤ 0.08% |
| 철(Fe) | ≤ 0.25% |
주요 합금 원소는 알루미늄과 바나듐입니다. 알루미늄은 강도를 높이고 밀도를 낮춥니다. 바나듐은 강도와 연성을 향상시킵니다. Ti64ELI는 간질 원소인 산소, 질소, 탄소가 적기 때문에 Ti64에 비해 연성이 우수합니다.
티타늄 Ti64ELI 분말의 특성
티타늄 Ti64ELI 분말은 다음과 같은 특성을 가지고 있습니다:
| 속성 | 가치 |
|---|---|
| 밀도 | 4.43g/cm3 |
| 융점 | 1604-1660°C |
| 열 전도성 | 6.7 W/m-K |
| 전기 저항 | 170 μΩ-cm |
| 영의 계수 | 114 GPa |
| 인장 강도 | 895-930 MPa |
| 수율 강도 | 825-875 MPa |
| 신장 | 10-15% |
| 푸아송 비율 | 0.32-0.34 |
| 피로 강도 | 400MPa |
주요 특징:
- 강철에 비해 낮은 밀도
- 극저온에서도 강도와 인성을 유지합니다.
- 시중에서 판매되는 순수 티타늄보다 강함
- 단조 Ti64보다 연성은 낮지만 대부분의 응용 분야에 충분합니다.
- 안정적인 보호 산화물 층으로 내식성 우수
티타늄 Ti64ELI 분말의 응용
| 산업 | 애플리케이션 | 활용되는 속성 |
|---|---|---|
| 항공우주 | * 엔진 부품(팬 블레이드, 컴프레서 디스크) * 기체(랜딩기어 부품, 윙 리브) * 터빈(하우징, 블레이드) * 패스너 * 기어 * 유압 시스템(파이프, 피팅) | * 높은 중량 대비 강도 비율: 구조적 무결성을 유지하면서 무게를 줄여 연료 효율과 적재 용량을 개선합니다. * 뛰어난 피로 저항성: 비행 중 발생하는 반복적인 스트레스 사이클을 견뎌내 부품 수명을 향상시킵니다. * 우수한 내식성: 습도가 높고 제빙액에 노출되는 열악한 환경에서도 우수한 성능을 발휘합니다. |
| 의료 및 치과 | * 정형외과 임플란트(뼈판, 나사, 고관절 교체) * 보철(무릎, 엉덩이, 팔) * 수술 기구(메스, 겸자) * 치과용 임플란트 | * 생체 적합성: 체내 이식에 안전하며 거부 반응의 위험을 최소화합니다. * 뛰어난 강도와 인성: 뼈와 관절을 지지하고 안정성을 제공합니다. * 내식성: 박테리아 성장을 억제하고 체내에서 임플란트 수명을 보장합니다. * 성형성: 적층 제조를 통해 복잡한 환자 맞춤형 임플란트를 제작할 수 있습니다. |
| 자동차 | * 밸브(흡기, 배기) * 커넥팅 로드 * 레이싱 카 부품(서스펜션 부품, 롤 케이지) | * 높은 무게 대비 강도 비율: 무게를 줄여 성능과 핸들링을 개선합니다. * 뛰어난 피로 강도: 주행 및 레이싱 환경에서 발생하는 높은 스트레스를 견뎌냅니다. * 우수한 내열성: 뜨거운 엔진 환경에서도 성능을 유지합니다. * 내식성: 도로 염분 및 기타 부식성 요소에 대한 노출을 견딥니다. |
| 해양 | * 프로펠러 * 펌프 * 샤프트 * 파이프 및 피팅 | * 뛰어난 내식성: 바닷물 환경에서 우수한 성능을 발휘하여 성능 저하를 방지하고 긴 사용 수명을 보장합니다. * 높은 중량 대비 강도: 부품의 무게를 줄여 선박의 안정성과 연비를 개선합니다. * 우수한 피로 강도: 파도 작용과 해류에서 발생하는 지속적인 스트레스를 견뎌냅니다. * 캐비테이션 저항: 물속에서 기포의 형성과 붕괴에 노출되었을 때 구조적 무결성을 유지합니다. |
| 화학 처리 | * 열교환기 * 밸브 * 부식성 화학물질 취급용 파이프 | * 탁월한 내식성: 다양한 화학 물질의 공격을 막아 안전하고 안정적인 작동을 보장합니다. * 높은 강도와 인성: 높은 압력과 고온에서도 구조적 무결성을 유지합니다. * 생체 적합성(특정 애플리케이션에서): 제약 및 의료 기기 생산에 사용되는 화학 물질 취급에 적합합니다. |
| 스포츠 용품 | * 골프 클럽(드라이버, 아이언) * 자전거 프레임 * 테니스 라켓 | * 높은 무게 대비 강도 비율: 스윙 속도와 파워를 향상시키기 위해 장비를 경량화합니다. * 피로 강도가 우수합니다: 사용 중 반복되는 충격을 견뎌냅니다. * 강성 조절 가능: 선수 개개인의 취향에 맞게 장비를 조정할 수 있습니다. * 내식성(특정 용도에 한함): 다양한 기상 조건에서 장비의 내구성을 보장합니다. |
티타늄 Ti64ELI 분말의 사양
티타늄 Ti64ELI 파우더는 다음 사양으로 제공됩니다:
| 매개변수 | 세부 정보 |
|---|---|
| 입자 크기 | 15-45 미크론 |
| 생산 방법 | 가스 분무 |
| 파티클 모양 | 구형 |
| 크기 분포 | D10: 20미크론, D50: 35미크론, D90: 40미크론 |
| 겉보기 밀도 | ~2.2g/cc |
| 탭 밀도 | ~3.2g/cc |
| 유동성 | 우수 |
| 표준 | ASTM B348 등급 23 |
63~106미크론의 더 큰 입자 크기는 응용 분야 요구 사항에 따라 맞춤 생산할 수 있습니다. 금속 사출 성형 공급 원료에는 더 미세한 입자 크기를 사용할 수 있습니다.
티타늄 Ti64ELI 분말의 공급업체 및 가격
티타늄 Ti64ELI 파우더의 주요 공급업체 및 가격 정보는 다음과 같습니다:
| 공급업체 | 가격 |
|---|---|
| AP&C | $88/kg(1000kg 초과 주문 시) |
| Arcam AB | 500kg 초과 주문의 경우 $75/kg |
| TLS 테크닉 | 100kg 초과 주문 시 €100/kg |
| LPW 기술 | 100kg 초과 주문 시 £70-90/kg |
| CNPC 파우더 | $80-100/kg(100kg 초과 시) |
가격은 주문 수량, 입자 크기 분포 및 위치에 따라 kg당 $70-100까지 다양합니다. 소량 및 연구용 샘플은 $500/kg 이상일 수 있습니다.
티타늄 Ti64와 Ti64ELI 분말의 비교
다음은 Ti64ELI와 Ti64 티타늄 합금을 비교한 것입니다:
| 매개변수 | Ti64ELI | Ti64 |
|---|---|---|
| 간극 O, C, N | Lower | 더 높음 |
| 연성 | 더 높음 | Lower |
| 인성 | 더 나은 | Poor |
| 용접성 | 우수 | 보통 |
| 내식성 | 비교 가능 | 비교 가능 |
| 힘 | 비교 가능 | 비교 가능 |
| 비용 | 더 높음 | Lower |
| AM 적합성 | 우수 | 보통 |
Ti64 대비 Ti64ELI의 장점
| 기능 | Ti64ELI | Ti64 |
|---|---|---|
| 연성 및 인성 | 우수 | Lower |
| 설명 | Ti64ELI는 응력 하에서 파단 없이 변형하는 능력(연성)과 균열 전파에 대한 저항력(인성)이 뛰어납니다. 따라서 충격이나 높은 스트레스를 받는 애플리케이션에 이상적이며 치명적인 고장의 위험을 줄여줍니다. | 설명 |
| 용접성 | 우수 | 보통 |
| 설명 | 산소, 질소, 탄소와 같은 간극 원소의 함량이 낮기 때문에 Ti64ELI는 균열이나 취성을 최소화하면서 용접합니다. 따라서 강력하고 안정적인 연결을 유지하면서 여러 개의 Ti64ELI 부품을 결합하여 복잡한 구조를 만들 수 있습니다. | 설명 |
| 적층 제조(AM) 적합성 | 우수 | 보통 |
| 설명 | Ti64ELI는 간극 함량이 낮고 연성이 우수하여 파우더 베드 융착과 같은 3D 프린팅 공정에 선호되는 소재입니다. 따라서 프린팅 과정에서 균열이 발생할 위험이 낮고 기계적 특성이 우수한 부품을 완성할 수 있습니다. | 설명 |
| 수소 취성 저항 | 내성 강화 | 저항력 감소 |
| 설명 | Ti64ELI는 간극 함량이 낮아 티타늄 합금의 취성(연성 손실)의 주요 원인인 수소 흡수를 최소화합니다. 이는 화학 처리 또는 심해 응용 분야와 같이 수소 환경에 노출되는 부품에 매우 중요합니다. | 설명 |
| 열처리 반응 | 더 높은 수준의 강도 달성 가능 | 달성 가능한 강도 감소 |
| 설명 | Ti64ELI는 간극 함량이 낮기 때문에 열처리를 통해 Ti64에 비해 더 높은 강도를 얻을 수 있습니다. 따라서 애플리케이션의 특정 요구 사항에 따라 더 넓은 범위의 기계적 특성을 구현할 수 있습니다. | 설명 |
| 비용 | 더 높음 | Lower |
| 설명 | Ti64ELI 생산에 수반되는 간극 요소의 엄격한 제어와 추가 공정 단계로 인해 Ti64에 비해 재료 비용이 높아집니다. | 설명 |
Ti64ELI와 Ti64의 한계
| 속성 | Ti64 | Ti64ELI |
|---|---|---|
| 인장 강도(MPa) | 896-1034 | 827-965 |
| 항복 강도(MPa) | 758-903 | 703-831 |
| 연신율(%) | 10-15 | 15-20 |
| 인성(골절 인성) | 보통 | 높음 |
| 용접성 | 양호 | 우수 |
| 성형성 | 양호 | 우수 |
| 생체 적합성 | 양호 | 우수 |
티타늄 Ti64ELI 분말의 장단점
| 장점 | 단점 |
|---|---|
| 뛰어난 중량 대비 강도 비율 | 높은 비용 |
| 우수한 내식성 | 고온에서의 반응성 |
| 3D 프린팅으로 복잡한 형상 구현하기 | 순수 티타늄에 비해 낮은 연성 |
| 생체 적합성 및 오스테오인 통합 촉진 | 기계 가공의 과제 |
| 일관된 머티리얼 속성 | 수소 취성에 대한 취약성 |
자주 묻는 질문
Q: Ti64ELI와 Ti64의 차이점은 무엇인가요?
A: Ti64ELI는 Ti64에 비해 간극 산소, 질소 및 탄소가 낮습니다. 따라서 Ti64ELI는 연성과 파단 인성이 더 우수합니다.
Q: Ti64ELI 파우더의 용도는 무엇인가요?
A: 주요 응용 분야는 항공우주 부품, 의료용 임플란트, 자동차 부품, 3D 프린팅입니다. 고강도, 경량, 내식성이 요구되는 산업에서 널리 사용됩니다.
Q: AM에는 어떤 입자 크기가 사용되나요?
A: 선택적 레이저 용융(SLM) 및 전자빔 용융(EBM)과 같은 파우더 베드 용융 AM 공정에는 15~45미크론의 입자 크기가 권장됩니다.
Q: 스테인리스 스틸에 비해 Ti64ELI의 장점은 무엇인가요?
A: Ti64ELI는 스테인리스강에 비해 무게 대비 강도가 높고, 내식성이 우수하며, 생체 적합성이 뛰어납니다. 하지만 Ti64ELI는 더 비싸다는 단점도 있습니다.
Q: Ti64ELI AM 부품에는 어떤 후처리가 필요합니까?
A: AM 부품은 필요한 치수, 표면 마감 및 재료 특성을 달성하기 위해 열간 등방성 프레스(HIP), 열처리 및 기계 가공이 필요할 수 있습니다.
Q: Ti64ELI 부품을 수리하거나 결합하기 위해 용접할 수 있나요?
A: 예, Ti64ELI는 용접성이 뛰어납니다. 레이저 용접, 전자빔 용접 및 아크 용접을 사용하여 Ti64ELI 부품을 용접할 수 있습니다. 산화를 방지하기 위해 적절한 차폐가 필요합니다.
결론
요약하면, 티타늄 Ti64ELI 분말은 고강도, 경량, 내식성, 생체 적합성, 가공성 및 열처리성의 탁월한 조합을 제공합니다. 항공우주, 의료, 자동차, 화학, 소비재 등 다양한 분야에서 활용되고 있습니다. 적층 제조를 통해 복잡한 Ti64ELI 부품을 CAD 데이터에서 직접 3D 프린팅하여 경량 구조 부품을 온디맨드 방식으로 생산할 수 있습니다. 하지만 Ti64ELI는 Ti64보다 가격이 비싸고 기계 가공이 까다롭습니다. 전반적으로 Ti64ELI는 기존 티타늄 합금의 한계를 뛰어넘는 기능을 제공합니다.
