α 티타늄 합금은 **α 상(Phase)**을 주요 성분으로 하는 티타늄 합금을 의미합니다. 티타늄(Ti)은 α 상과 β 상이라는 두 가지 주요 결정 구조를 가지며, 온도와 화학 조성에 따라 결정 구조가 변할 수 있습니다.
• α 상: 티타늄의 α 상은 **조밀 육방격자 구조(HCP, Hexagonal Close-Packed Structure)**를 가지며, 높은 강도, 경도, 우수한 고온 성능 및 내식성이 특징입니다. α 티타늄 합금은 순수 티타늄 또는 α 상을 주성분으로 하는 합금으로, 고온 및 가혹한 환경에서 뛰어난 성능을 발휘합니다.
• β 상: 티타늄의 β 상은 **체심 입방격자 구조(BCC, Body-Centered Cubic Structure)**를 가지며, 더 나은 연성을 제공하지만, 고온에서의 강도는 α 상보다 다소 낮습니다.
α 상에 우선적으로 용해되어 동질 이형 변태 온도를 상승시키고 α 상 영역을 확장하는 원소를 **α 안정화 원소(α-Stabilizing Elements)**라고 하며, 치환 원소인 알루미늄(Al) 및 간극 원소인 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 등이 포함됩니다.
특히, 알루미늄은 티타늄 합금의 주요 합금 원소로, 강도를 증가시키고, 고온 성능을 개선하며, 밀도를 낮추는 데 중요한 역할을 합니다.
α 티타늄 합금은 α 상의 안정성을 기반으로 하며, 뛰어난 고온 성능을 제공합니다. 상온에서의 강도는 β형 및 α+β형 티타늄 합금보다 낮지만, 500~600°C의 고온 환경에서는 세 가지 티타늄 합금 중 가장 우수한 강도를 발휘합니다.
또한, 조직 안정성, 산화 저항성, 뛰어난 용접성, 우수한 내식성 및 양호한 가공성을 갖추고 있으며, 상온, 초저온 및 고온에서 좋은 성능을 보입니다. 하지만, 연성이 낮고 압력 가공성이 다소 부족한 단점이 있습니다.
근α 티타늄 합금(Near-α Titanium Alloys)
이러한 티타늄 합금은 **소량의 β 안정화 원소(β-Stabilizing Elements)**를 포함하여, 상온에서 안정 상태일 때 10% 이하의 β 상 또는 금속 간 화합물을 포함하는 어닐링 조직을 형성합니다. 대표적인 합금은 다음과 같습니다.
• Ti-8Al-1Mo-1V: 미국에서 개발된 고온용 티타늄 합금으로, 알루미늄 함량이 높아 고온 염 스트레스 부식(hot salt stress corrosion)의 위험이 있습니다.
• Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr(BT20): 러시아에서 개발된 티타늄 합금으로, Ti-8Al-1Mo-1V와 유사하지만, 알루미늄 함량을 줄이고 지르코늄(Zr)을 추가하여 내열성을 유지하면서도 고온 염 스트레스 부식 저항성을 개선했습니다.
• α+화합물 합금(Ti-2.5Cu): 영국에서 개발된 IMI230 합금.
α 티타늄 합금의 용도
α 티타늄 합금은 화학 공업, 석유 화학, 가공 산업에서 널리 사용되며, 특히 내식성, 가공성 및 고온 안정성이 중요한 분야에서 많이 활용됩니다.
