Ti-6Al-4V (Grade 5) 티타늄 합금

기본 개요

Grade 5 (Ti-6Al-4V) 티타늄 합금은 세계에서 가장 먼저 개발되고 가장 널리 사용되는 티타늄 합금 중 하나입니다. 전 세계 티타늄 합금 반제품 총 생산량의 50% 이상을 차지하며, 항공우주 산업에서는 80% 이상이 사용됩니다.

이 합금은 주로 6% 알루미늄(Al)과 4% 바나듐(V) 으로 구성되어 있으며, 강도, 내식성, 용접성, 내고온성, 경량성 사이에서 우수한 균형을 이룹니다.

• 알루미늄(Al) → α상 고용 강화를 통해 실온 강도와 내열성을 향상

• 바나듐(V) → 강도를 높이고 연성을 개선

• 또한, 바나듐은 α2 초격자상 형성을 억제하여 장기간 사용 시 합금의 취성을 방지

Grade 5 티타늄 합금의 특징

✔ 우수한 종합 성능과 가공 특성

✔ 초소성(superplasticity) 이 뛰어나 다양한 압력 가공 및 용접 가능

✔ 반제품 형태: 봉재, 단조품, 박판, 후판, 형재, 와이어 등

✔ 주로 어닐링(annealing, 풀림) 상태에서 사용되며, 용체화 처리 + 시효 처리로 강화 가능

✔ 담금질 경화 단면은 25~30mm 이하이며, 대형 부품에는 부적합

주요 용도

항공우주 산업

• 항공기 구조 부품 (빔, 격벽, 슬라이드, 착륙 장치 빔)

• 항공 엔진 부품 (팬 디스크, 압축기 디스크, 블레이드)

• 우주 로켓 부품 (구조체, 압력 용기, 각종 패스너)

�� 30CrMnSiA 구조강을 Grade 5 티타늄 합금으로 대체하면 부품 무게를 약 30% 감소할 수 있음

민간 산업

• 발전 산업: 가스터빈 블레이드

• 조선업: 선박용 프로펠러

• 해양 공학: 해양 유전 시추 플랫폼

• 화학 산업: 내식성 펌프

• 의료 산업: 인공 관절, 치과 임플란트

• 스포츠 장비

자동차 산업

• 차체 프레임

• 크랭크샤프트

• 커넥팅 로드

• 볼트

• 흡기 밸브

• 서스펜션 스프링

유사 합금 및 국제 규격

• 미국: Ti-6Al-4V, Ti-6Al-4V ELI, Ti-6Al-4V SP, Ti-6Al-4V ELI SP

• 러시아: BT-6, BT-6C, BT-6Ч, BT-6T, BT-6K, BT-6KT

• 영국: IMI-318, IMI-318 ELI

• 독일: TiAl6V4

• 프랑스: T-A6V

• 일본: SAT-64

화학 성분 (질량 백분율, wt%)

원소    함량 (wt%)

Ti    잔량

Al    5.5–6.75%

V    3.4–4.5%

Fe    ≤0.40%

O    ≤0.2%

C    ≤0.08%

N    ≤0.05%

H    ≤0.015%

물리적 성질

• 밀도: 4.44 g/cm³

• 융점: 1604–1660°C

• 열팽창 계수: 8.6×10⁻⁶/°C

• 열전도율: 6.7 W/m·K

• 전기 저항률: 1.7×10⁻⁶ Ω·m

• 탄성 계수 (실온): 110 GPa

• 포아송 비율: 0.34

• 상변태점: 995–997°C ±5°C

기계적 성질 (풀림 상태, ASTM B348 규격)

• 항복 강도 (σ₀.₂): ≥825 MPa

• 인장 강도 (σ_b): ≥895 MPa

• 연신율: ≥10%

• 단면 수축률: ≥25%

• 경도 (HB): 330–360

참고: 열처리 (담금질 + 시효 처리, STA) 후 강도 1100–1200 MPa 까지 증가 가능

열처리 공정

• 풀림 (Annealing) → 잔류 응력 제거, 연성 향상

• 온도: 705–785°C, 1~2시간 유지, 공냉 또는 노냉

• 용체화 + 시효 처리 (Solution Treatment & Aging, STA)

• 용체화 처리: 900–950°C, 1시간 유지, 수냉 또는 공냉

• 시효 처리: 500–600°C, 4~8시간 유지, 공냉

• 효과: 강도 및 피로 저항성 향상

가공성

Ti-6Al-4V는 고강도, 낮은 열전도율, 낮은 탄성 계수로 인해 절삭 가공이 어려우며, 공구 마모가 심함

✔ 저속, 높은 이송 속도, 날카로운 초경 공구 사용

✔ 절삭유 (에멀젼 또는 절삭유) 사용하여 열 감소

✔ 가공 경화를 방지하기 위해 높은 이송 속도 유지

용접성

• TIG 용접, EBW (전자빔 용접), LBW (레이저 용접) 가능

• 티타늄은 산소, 질소, 수소와 반응하기 쉬우므로, 고순도 아르곤 가스 보호 필요

가격 및 생산 기준

✔ 가격은 재료 사양, 수량, 납기에 따라 결정됩니다.

✔ 제조 시 ASTM B381 (미국 표준) 또는 GB/T3620.1 (중국 표준) 적용 가능

✔ 기타 표준도 협의 가능

문의처

�� 이메일: genieoffice.cn@gmail.com