CP 등급 3 티타늄은 많은 산업 분야에서 좋은 선택인데, 이에 대해 얼마나 알고 계신가요? 이 글에서는 올바른 티타늄 등급을 선택하는 데 도움이 되는 3등급 티타늄에 대해 알아야 할 몇 가지 지식을 알려드립니다.
기본 정의
3등급 티타늄(산업용 순수 티타늄 3등급)은 티타늄에 미량의 불순물 원소(철, 산소, 탄소 등)를 첨가한 금속 소재입니다. 미국 ASTM 표준에 따르면 순도가 약 99.5%이고 총 불순물 함량이 0.5% 미만인 산업용 순수 티타늄(CP 티타늄) 3등급에 속합니다. 3등급은 1등급과 2등급에 비해 강도가 높으며 산업용 순수 티타늄 중에서도 기계적 특성이 우수한 등급입니다.
핵심 특성
1. 높은 강도와 우수한 인성의 균형
3등급 티타늄의 항복 강도(약 250-350 MPa)와 인장 강도(약 450-550 MPa)는 1등급과 2등급(둘 다 약 200-400 MPa의 강도)보다 훨씬 높아 우수한 충격 인성을 유지하면서 높은 하중 지지력을 필요로 하는 시나리오에 적합합니다.
2. 중간 정도의 내식성
높은 산소 함량(보통 ≤0.35%)으로 인해 산, 알칼리 및 해수 내식성은 1등급 및 2등급보다 약간 낮지만 대부분의 온화한 환경에서 여전히 신뢰할 수 있으며 특히 엄격한 강도 요구 사항이 있는 중간 정도의 부식 시나리오에 적합합니다.
3. 처리의 용이성
기존의 금속 가공 공정(단조, 스탬핑, 가공 등)으로 형성할 수 있으며 열처리 효과는 제한적입니다. 일반적으로 냉간 가공을 통해 강화됩니다.
4. 높은 융점 및 낮은 열전도율
녹는점은 약 1660℃, 열전도율은 약 17W/(m-K)로 스테인리스 스틸(약 15~50W/(m-K))보다 낮습니다. 가공 시 온도 관리에 주의를 기울여야 합니다.
일반적인 애플리케이션
1. 항공우주
초창기에는 항공기 구조 부품(예: 브래킷 및 커넥터)에 사용되었습니다. 이후 고급 티타늄 합금의 인기로 인해 점차 일부 유압 시스템 하우징과 같이 성능 요구 사항이 약간 낮은 부품으로 전환되었습니다.
2. 의료 분야
비하중 임플란트(예: 치과용 임플란트 베이스 및 수술 도구)를 제조하는 데 사용됩니다. 강도는 순수 티타늄보다 우수하지만 생체 적합성은 크게 개선되지 않았습니다. 요즘에는 티타늄 합금(예: Ti-6Al-4V)이 주류 임플란트 재료로 더 일반적으로 사용됩니다.
3. 화학 장비
화학 반응기의 라이닝과 파이프 커넥터, 특히 비용과 강도 사이의 균형이 필요한 중간 정도의 부식성 환경에서는 3등급이 경제적인 선택입니다.
4. 자동차 산업
내식성과 고온 안정성을 갖춘 고급 자동차 배기 시스템 부품이지만 대규모 적용은 제한적입니다(일반 강재보다 비용이 높습니다).
처리 및 사용 시 주의사항
1. 처리 특성
- 냉간 가공은 경화하기 쉽고 단계적으로 수행해야 하며 어닐링 처리(어닐링 온도는 약 700-800℃)가 산재되어 있습니다;
- 용접은 산화와 성능 저하를 방지하기 위해 불활성 가스(예: 아르곤)로 보호해야 합니다.
2. 부식 방지
- 강산(염산, 황산 등) 또는 고온 염화물 환경에서는 성능이 제한됩니다. 대신 부식 방지 코팅을 적용하거나 티타늄 합금을 사용하는 것이 좋습니다;
- 바닷물 환경에 장기간 노출되면 국부적인 부식이 발생할 수 있으므로 정기적인 점검이 필요합니다.
3. 비용 관리
가격은 순수 티타늄과 티타늄 합금 사이에 있으며, 2등급의 약 1.2-1.5배로 강도에 민감하지만 예산이 제한된 애플리케이션에 적합합니다.
다른 등급의 CP 티타늄과의 비교
| 속성 | 1등급 | 2등급 | 3학년 | 4학년 |
| 인장 강도 | 400 MPa | 500 MPa | 550 MPa | 700 MPa |
| 연성 | 우수 | Good | Medium | Poor |
| 내식성 | 우수 | 우수 | 보통 | 보통 |
| 비용 | 최저 | Medium | 더 높음 | 최고 |
요약
3등급 티타늄은 “업그레이드된 강도와 적당한 비용”이라는 특성으로 인해 일부 산업 분야에서 여전히 중요한 소재입니다. 그러나 티타늄 합금 기술의 발전으로 항공 우주 하중지지 부품 및 의료용 임플란트와 같이 수요가 높은 시나리오에서의 점유율은 점차 감소하고 있으며, 강도와 중간 정도의 부식 방지 균형을 맞춰야 하는 부품 또는 비용에 더 민감한 중급 애플리케이션과 같은 특정 시장 부문에 집중하는 방향으로 바뀌고 있습니다. 3등급을 선택할 때는 강도 및 내식성에 대한 특정 작업 조건의 실제 요구 사항을 우선적으로 평가하여 과잉 설계로 인한 비용 낭비를 방지하고 성능 부족으로 인한 숨겨진 위험을 방지해야 합니다.
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