티타늄 바 316L 스테인리스강의 최대 2배에 달하는 탁월한 무게 대비 강도 비율을 제공하는 동시에 해수, 염소 및 체액의 부식을 방지합니다. 응용 분야가 인증된 항공우주 패스너인지 여부 ASTM B348 , 에 의해 관리되는 정형외과용 임플란트 ASTM F136 그리고 ISO 5832-3 또는 6,000m 깊이 등급의 심해 밸러스트 하우징인 티타늄 바는 비슷한 무게로 상업적으로 사용 가능한 다른 금속과 비교할 수 없는 구조적 무결성을 제공합니다.
이 가이드는 기계 데이터, 등급별 비교, 산업별 응용 분야, 가공 고려 사항, 가장 시급한 조달 질문에 대한 답변을 제공하므로 엔지니어와 구매자는 첫 주문부터 올바른 스톡 바를 지정할 수 있습니다.
티타늄 바 스톡은 다음과 같이 분류됩니다. 상업적으로 순수한(CP) 등급 그리고 티타늄 합금 등급 . 4가지 CP 등급(1~4등급)은 산소와 철 함량만 다릅니다. 합금 등급은 특정 기계적 프로파일을 설계하기 위해 알루미늄 및 바나듐과 같은 원소를 도입합니다.
극한 인장 강도(UTS): 최소 240MPa; 항복 강도: 최소 170MPa; 밀도: 4.51g/cm3. 1등급 바, 다음에 의해 관리됨 ASTM B348 1등급 , 가장 부드러운 CP 등급입니다. 냉간 성형이 필요한 담수화 플랜트 튜빙 시트, 화학 반응기 라이너 및 건축 클래딩에 선호됩니다.
UTS: 최소 345MPa; 항복 강도: 최소 275MPa; 신장: 최소 20%. 가장 널리 재고가 있는 CP 등급입니다. 응용 분야에는 해양 해저 열교환기, 해양 프로펠러 샤프트 및 전기화학 처리 장비가 포함됩니다. ASTM B348 2등급 그리고 ISO 9001 공장 인증은 표준 요구 사항입니다.
UTS: 최소 550MPa; 항복 강도: 최소 483MPa. 생체 적합성이나 부식을 이유로 합금 원소를 피해야 하는 수술용 임플란트 부품과 고압 화학 배관에 사용됩니다.
UTS: 최소 950MPa; 항복 강도: 최소 880MPa; 밀도: 4.43g/cm3; 피로 한계(107주기): ~620MPa. 알루미늄 6%와 바나듐 4%를 함유한 알파-베타 합금입니다. 다음에 의해 관리됨 ASTM B348 5등급 산업용 바 및 AMS 4928 항공우주용. 이는 터빈 블레이드 단조품, 항공기 구조 프레임, 경주용 자동차 서스펜션 암 및 고주기 정형외과용 스템을 지배합니다.
UTS: 최소 860MPa; 항복 강도: 최소 795MPa; 산소 함량 ≤ 0.13 중량%. ELI(초저격형) 화학은 산소, 질소 및 철을 감소시켜 주기적인 하중 환경에서 파괴 인성과 피로 저항을 향상시킵니다. 하중 지지형 정형외과 임플란트에 대한 필수 표준: ASTM F136 그리고 ISO 5832-3 . 대퇴골 고관절 줄기, 척추 체간 케이지 및 치과용 지대주 바에 사용됩니다.
팔라듐 첨가(0.12~0.25%)는 염산, 황산 등의 환원산에서 부식속도를 획기적으로 낮춥니다. 2등급이 틈새 부식을 겪는 화학 공정 장비에 선호됩니다. 다음에 의해 관리됨 ASTM B348 7등급 .
아래 표를 통해 직접 대체 분석이 가능해졌습니다. 모든 티타늄 값은 ASTM B348에 따른 어닐링 바를 참조합니다. 316L 값은 ASTM A276 어닐링 바를 참조합니다.
| UTS(MPa) | 345 | 950 | 860 | 485 |
| 항복강도(MPa) | 275 | 880 | 795 | 170 |
| 밀도(g/cm3) | 4.51 | 4.43 | 4.43 | 8.00 |
| 비강도(MPa·cm³/g) | 76.5 | 214.4 | 194.1 | 60.6 |
| 탄성률(GPa) | 103 | 114 | 114 | 193 |
| 신장률(%) | 20 | 10 | 10 | 40 |
| 최대 서비스 온도. (°C) | 250 | 315 | 315 | 870 |
| 바닷물의 부식 | 우수 | 우수 | 우수 | 구멍이 생기기 쉬움 |
핵심 내용: 5등급 티타늄 바는 316L 스테인레스 스틸보다 3.5배 더 높은 비강도를 달성합니다. 단위 부피당 무게가 45% 더 가볍습니다. 이는 무게가 중요한 구조에 결정적인 이점입니다.
티타늄 바는 차세대 상용 항공기 구조 중량의 약 15~20%를 차지합니다. 중요한 애플리케이션은 다음과 같습니다.
티타늄의 골유착 능력(섬유 조직 경계 없이 살아있는 뼈에 직접 결합)은 하중을 지탱하는 임플란트에서 대체할 수 없는 요소입니다. 23급 바( ASTM F136, ISO 5832-3 )는 다음에 대해 의무화되어 있습니다.
바닷물에서 티타늄 바의 부식 속도는 효과적으로 0.025mm/년 —316L의 경우 0.5~1.5mm/년에 비해 25년 동안 유지 관리가 필요 없는 서비스 주기를 달성할 수 있습니다. 주요 용도:
염소-알칼리 공장과 습식 화학 반응기에서 티타늄은 단위 부피당 더 낮은 비용으로 Hastelloy보다 성능이 뛰어납니다. 특정 응용 분야는 다음과 같습니다.
Formula 1 규정에서는 무게 절감이 랩 타임으로 직접적으로 이어지는 서스펜션 업라이트, 기어박스 샤프트 및 휠 패스너에 티타늄을 허용합니다. 5등급 바를 다음과 같이 가공했습니다. AMS 4928 제공합니다 무게 40% 감소 107주기 임계값에서 피로 수명 손실 없이 동등한 강철 부품에 비해.
티타늄 바는 원형, 육각형, 정사각형 및 평면(직사각형) 프로파일로 제공됩니다. 다음 표에는 표준 재고 치수와 관리 사양이 요약되어 있습니다.
| 라운드 바 | 6mm – 300mm | ASTM B348 | 1, 2, 4, 5, 7, 23학년 | 샤프트, 패스너 블랭크, 임플란트 가공 |
| 육각형 막대 | 6mm ~ 100mm A/F | ASTM B348 | Gr.2, 5 | 볼트 및 너트 생산, CNC 터닝 |
| 평면 / 직사각형 바 | 두께 3~100mm; 최대 폭 300mm | ASTM B265 (스트립/시트 바) | 1, 2, 5학년 | 구조용 브래킷, 열교환기 배플 |
| 항공우주 라운드 바 | 25mm – 200mm | AMS 4928 | Gr.5 (Ti-6Al-4V) | 항공기 구조 부품, 터빈 디스크 |
| 임플란트 라운드바 | 10mm – 80mm | ASTM F136 / ISO 5832-3 | Gr.23 (Ti-6Al-4V ELI) | 정형외과용 줄기, 척추 하드웨어 |
표면 마감 옵션에는 다음이 포함됩니다. 열간압연 스케일 제거(HRD) , 냉간 압연 광택 어닐링(CDBA) 및 센터리스 연삭(공차 ±0.05mm). 항공우주 및 의료 응용 분야에서는 일반적으로 열수에 대한 밀 인증서 추적 기능을 갖춘 센터리스 연삭 바가 필요합니다.
티타늄의 낮은 열전도율( 5등급의 경우 6.7W/m·K , 대 316L의 경우 16.3W/m·K) 열이 칩을 통해 방출되지 않고 절삭날에 집중됩니다. 올바른 공정 매개변수가 없으면 구성인선, 가공 경화 및 공구 흠집으로 인해 인서트가 빠르게 파손되고 치수 거부가 발생합니다.
밀링 등급 5 bar의 경우 다음을 사용하여 클라임 밀링(기존: 피함) 3~5날 TiAlN 코팅 엔드밀 60-80m/min의 표면 속도로 모서리당 공구 수명을 30분 이상 유지합니다. 드릴링에는 스핀들 관통 절삭유가 필요합니다. 1배 직경의 펙을 사용한 펙 드릴링 사이클은 깊은 구멍에서 칩 패킹과 열적 고착을 방지합니다.
CP 등급(등급 1~2) 기계 대략 30% 더 쉽게 강도가 낮기 때문에 5학년보다 높지만 고무성 특성에는 여전히 날카로운 툴링과 적극적인 칩 컨트롤이 필요합니다.
중요한 응용 분야를 위한 티타늄 바의 조달은 추적성과 규정 준수를 보장하기 위해 다음 문서 체인을 지정해야 합니다.
| 최대 냉간 성형성, 낮은 강도 | 1학년 | ASTM B348 | 가장 낮은 산소, 가장 높은 연성 |
| 일반 내식성, 중간 강도 | 2학년 | ASTM B348 | 비용과 CP 성능의 최적 균형 |
| 최대 강도, 항공우주/모터스포츠 | Grade 5 | ASTM B348 / AMS 4928 | 950 MPa UTS, 검증된 피로 데이터베이스 |
| 내하중형 정형외과 임플란트 | 23학년 | ASTM F136 / ISO 5832-3 | ELI 화학, 우수한 파괴인성 |
| 환원산(HCl, H2SO₄) 서비스 | 7학년 | ASTM B348 7등급 | Pd 첨가로 틈새 부식 제거 |
| 치과용 임플란트 바(CAD/CAM 밀링) | 4학년 또는 23학년 | ISO 10271 / ASTM F136 | 무합금 옵션(Gr.4) 또는 높은 피로도(Gr.23) |
Grade 2 상업적으로 순수한 티타늄입니다. 합금 성분이 없습니다. UTS 345MPa , 내식성이 우수하고 냉간 성형성이 용이합니다. 구조적 하중을 지지하지 않는 화학 공정 장비, 해양 열 교환기 및 의료 장비에 대한 비용 효율적인 선택입니다. 5등급(Ti-6Al-4V) 다음과 같은 알파-베타 합금입니다. UTS 950MPa —거의 3배 더 강하지만, 킬로그램당 비용이 20~30% 더 비싸고 기계 가공이 훨씬 더 어렵습니다. 부품이 하중을 지탱하거나 피로가 중요하거나 무게를 최소화해야 하는 경우에는 5등급을 선택하십시오. 내식성이 주요 요인이고 기계적 부하가 낮은 경우 2등급을 선택합니다.
세 가지 특성이 결합되어 티타늄을 도전적으로 만듭니다. (1) 낮은 열전도율(6.7W/m·K) 열이 칩을 통해 빠져나갈 수 없다는 의미입니다. 열이 공구 팁에 축적되어 마모가 가속화됩니다. (2) 높은 화학 반응성 온도가 상승하면 티타늄이 절삭날에 용접(골)되어 구성인선이 생성됩니다. (3) 작업경화 - 각 패스 중에 표면이 경화되므로 다음 패스에서는 해당 레이어 아래로 절단해야 합니다. 절삭 속도(≤ 60m/min), 고압 절삭유(≥ 70bar), 날카로운 포지티브 경사형 공구, 최소 0.5mm의 절삭 깊이를 올바르게 관리하면 세 가지 문제가 모두 해결되고 예측 가능한 공구 수명을 얻을 수 있습니다.
예. 티타늄은 조직으로의 이온 방출을 방지하는 안정적이고 비활성인 TiO2 산화물 층을 형성합니다. 수십 년간의 임상 증거를 통해 니켈 함유 합금과 달리 무시할 수 있는 세포 독성과 전신 알레르기 반응에 대한 보고가 없음을 확인했습니다. 규정 준수를 위해 생체 적합성은 다음에 의해 결정됩니다. ISO 10993-1 (의료기기의 생물학적 평가) 및 ISO 10993-5 (세포 독성 테스트). 재료 수준 적합성은 다음에 의해 확인됩니다. ASTM F136 (임플란트 23등급) 및 ISO 5832-3 . 일부 환자는 바나듐에 민감성을 나타냅니다. 이러한 경우에는 다음과 같은 바나듐이 없는 합금이 사용됩니다. Ti-6Al-7Nb(ISO 5832-11) 대신 지정됩니다.
티타늄 바는 다음을 사용하여 용접할 수 있습니다. GTAW(TIG) 용접 등급에 맞는 필러 와이어를 사용합니다. 중요한 요구 사항은 불활성 가스 차폐 : 티타늄은 400°C 이상에서 산소, 질소, 수소를 흡수하여 취성을 유발합니다. 이를 위해서는 트레일링 및 백킹 가스 실드(99.999% 아르곤), 용접 영역 청결도(IPA 와이프, 그리스 없음), 150°C 미만의 엄격한 패스 간 온도 제어가 필요합니다. 용접 품질은 다음에 따라 검증됩니다. AWS D1.9 (구조적 티타늄) 또는 ASME 섹션 IX (압력 장비). 진공 또는 아르곤에서 540~600°C의 용접후열처리(PWHT)는 5등급 용접물의 잔류 응력을 완화하는 데 사용됩니다.
알루미늄 합금(예: 7075-T6: UTS 572 MPa, 밀도 2.81 g/cm3, 비강도 ~204 MPa·cm3/g)은 실온 비강도에서 5등급 티타늄과 일치하거나 약간 초과합니다. 그러나 티타늄은 유지합니다. 315°C까지 완전한 기계적 특성 알루미늄은 150°C 이상에서 급격히 분해됩니다. 티타늄은 또한 표면 처리 없이 탁월한 내식성을 제공하며 더 높은 피로 임계값을 제공합니다. 엔지니어링 선택은 다음과 같습니다: 비열적이고 비용에 민감한 구조를 위한 알루미늄; 질량도 제한된 고온부, 피로에 민감한 또는 부식성 환경 응용 분야에 티타늄을 사용합니다.
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