KR102434520B1 - High strength and high formability titanium alloy using molybdenum and ferrochrome and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
몰리브덴과 페로크롬을 이용한 고강도 고성형성 타이타늄 합금 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 타이타늄 합금 제조 방법은 (a) 타이타늄(Ti)과 몰리브덴의 합금 또는 혼합물에, 크롬(Cr), 철(Fe), 실리콘(Si) 및 탄소(C)를 포함하는 페로크롬을 첨가하는 단계; (b) 상기 (a) 단계의 결과물을 용해시킨 후 냉각하여 타이타늄 합금 모재를 형성하는 단계; 및 (c) 타이타늄 합금 모재를 열간 성형하는 단계;를 포함하고, 타이타늄 합금 전체 중량에 대하여 상기 몰리브덴 1~15중량%, 상기 페로크롬 4 중량% 미만으로 첨가되는 것을 특징으로 한다.Disclosed are a high-strength, highly-formable titanium alloy using molybdenum and ferrochrome and a method for manufacturing the same.
Titanium alloy manufacturing method according to the present invention (a) adding ferrochrome containing chromium (Cr), iron (Fe), silicon (Si) and carbon (C) to an alloy or mixture of titanium (Ti) and molybdenum to do; (b) dissolving the resultant of step (a) and then cooling to form a titanium alloy base material; And (c) the step of hot forming the titanium alloy base material; including, characterized in that the molybdenum 1 to 15% by weight, the ferrochrome is added to less than 4% by weight based on the total weight of the titanium alloy.
Description
본 발명은 타이타늄 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 몰리브덴과 페로크롬을 이용하여 고강도 및 고성형성을 갖는 타이타늄 합금 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to titanium and a method for producing the same. More specifically, the present invention relates to a titanium alloy having high strength and high formability using molybdenum and ferrochrome and a method for manufacturing the same.
타이타늄과 그 합금은 고강도, 고내식성 및 높은 생체적합성에 기인하여, 항공 우주, 국방, 에너지 산업, 의료 및 생활소비재 등 광범위한 산업분야에 널리 활용되고 있다. Due to its high strength, high corrosion resistance and high biocompatibility, titanium and its alloys are widely used in a wide range of industrial fields such as aerospace, national defense, energy industry, medical care and consumer goods.
일반적으로 타이타늄 합금의 종류는 상온에서의 안정상을 기준으로 순수 타이타늄, 알파(α) 합금, 알파-베타(α―β) 합금, 베타(β) 합금으로 구분된다. 이 중 알파 합금은 크리프 강도와 용접성 등이 우수하고, 베타 합금의 경우 가공성이 증가하는 것으로 알려져 있다. In general, types of titanium alloys are classified into pure titanium, alpha (α) alloys, alpha-beta (α-β) alloys, and beta (β) alloys based on the stable phase at room temperature. Among them, the alpha alloy is known to have excellent creep strength and weldability, and the beta alloy is known to increase machinability.
지금까지 타이타늄 합금의 경우 일반산업용 순수 타이타늄과 항공, 국방용 알파-베타 합금인 Ti-6Al-4V 합금이 주로 사용되어 왔고 의료 및 생활소비재에서 저탄성계수와 고강도를 얻을 수 있는 일부 Ti-Zr 합금, Ti-Nb 합금, Ti-Mo 합금이 사용되고 있으며, 저탄성계수와 고강도를 향상시키기 위한 연구가 지속적으로 이루어지고 있다. 그러나, 이들 합금의 특성의 한계로 인해 사용이 확대되지 못하고 있다. In the case of titanium alloys, pure titanium for general industry and Ti-6Al-4V alloy, which is an alpha-beta alloy for aviation and defense, have been mainly used, and some Ti-Zr alloys that can obtain low modulus and high strength in medical and consumer products , Ti-Nb alloy, and Ti-Mo alloy are used, and research to improve low modulus of elasticity and high strength is continuously being made. However, due to the limitations of the properties of these alloys, their use has not been expanded.
순수 타이타늄은 가격적인 측면에서 다른 타이타늄 합금에 비해 저렴하고, 성형성, 용접성, 가공성, 내식성이 우수하나 강도가 낮아 응용분야의 한계를 가지며, 알파-베타 타이타늄 합금인 Ti-6Al-4V는 강도가 높은 반면 가격이 높고 순수 타이타늄에 비해 강도를 제외한 모든 특성이 떨어지는 경향을 가진다. 또한, 베타 합금은 합금 첨가 원소 제어를 통해 원하는 특성을 구현하는 것이 가능하지만, 순수 타이타늄은 물론 Ti-6Al-4V 합금에 비해 가격이 상당히 높다는 단점을 가진다. 특히, 의료용 임플란트 및 안경테 등은 우수한 생체적합성, 저탄성계수와 고강도의 특성을 요구하고 있으며, 이 경우 이러한 특성을 함께 발현하기 위해서 타이타늄에 Nb, Ta 등의 고가 금속원소를 다량 첨가하여야 하는 문제를 야기시키고 있다.Pure titanium is cheaper than other titanium alloys in terms of price, and has excellent formability, weldability, workability, and corrosion resistance, but its low strength has limitations in application fields. On the other hand, it has a high price and tends to have inferior properties except for strength compared to pure titanium. In addition, the beta alloy can implement desired properties through control of alloying elements, but has a disadvantage in that the price is considerably higher than that of pure titanium as well as Ti-6Al-4V alloy. In particular, medical implants and eyeglass frames require excellent biocompatibility, low modulus of elasticity, and high strength. is causing
따라서, 가격 상승을 최소화하면서 우수한 강도, 성형성, 용접성, 가공성, 내식성, 생체적합성, 저탄성계수 등의 특성을 제어할 수 있는 비교적 저렴한 원소들로 구성된 타이타늄 합금과 그 제조방법에 대한 개발이 요구된다.Therefore, it is required to develop a titanium alloy composed of relatively inexpensive elements that can control properties such as excellent strength, formability, weldability, workability, corrosion resistance, biocompatibility, and low modulus of elasticity while minimizing price increase and a method for manufacturing the same. do.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 몰리브덴과 페로크롬을 이용한 고강도 고성형성 타이타늄 합금을 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to provide a high-strength, highly moldable titanium alloy using molybdenum and ferrochrome.
또한 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 페로크롬을 합금 첨가재로 이용하여 타이타늄 합금의 제조 비용을 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 강도 및 연신율 확보 측면에서도 유리한 고강도 고성형성 타이타늄 합금을 제조하는 방법을 제공하는 것이다. In addition, the problem to be solved by the present invention is to use ferrochrome as an alloy additive to not only lower the manufacturing cost of the titanium alloy, but also provide a method of manufacturing a high strength and highly formable titanium alloy advantageous in terms of securing strength and elongation.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 과제들 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 과제들 및 장점들은 청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The problems of the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems and advantages of the present invention that are not mentioned can be understood by the following description, and will be more clearly understood by the embodiments of the present invention. will be. Further, it will be readily apparent that the objects and advantages of the present invention can be realized by the means and combinations thereof indicated in the claims.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 타이타늄 합금은 몰리브덴(Mo): 1.0~15.0 중량%, 크롬(Cr): 0.1~3.0 중량%, 철(Fe): 0.1~1.0 중량%, 실리콘(Si): 0.01~0.1 중량%, 산소(O): 0.4 중량% 이하를 포함하고, 나머지 타이타늄(Ti)과 불가피한 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 한다. A titanium alloy according to an embodiment of the present invention for solving the above problems is molybdenum (Mo): 1.0 to 15.0 wt%, chromium (Cr): 0.1 to 3.0 wt%, iron (Fe): 0.1 to 1.0 wt%, silicon (Si): 0.01 to 0.1 wt%, Oxygen (O): 0.4 wt% or less, and the remaining titanium (Ti) and inevitable impurities.
상기 타이타늄 합금은 이하의 식 1로 표현되는 몰리브덴 당량([Mo]eq.)이 5.5~20 이고, 670~815 ℃의 베타변태점을 가질 수 있다. The titanium alloy may have a molybdenum equivalent ([Mo]eq.) of 5.5 to 20 expressed by Equation 1 below, and a beta transformation point of 670 to 815 °C.
[식 1][Equation 1]
[Mo]eq. = [Mo] + 0.2[Ta] + 0.28[Nb] + 0.4[W] + 0.67[V] + 1.25[Cr]+1.25[Ni] + 1.7[Mn] + 1.7[Co] + 2.5[Fe][Mo]eq. = [Mo] + 0.2 [Ta] + 0.28 [Nb] + 0.4 [W] + 0.67 [V] + 1.25 [Cr] + 1.25 [Ni] + 1.7 [Mn] + 1.7 [Co] + 2.5 [Fe]
상기 타이타늄 합금은 750~1510 MPa의 인장강도, 545~1420 MPa의 항복강도 및 80~110 GPa의 영률을 가질 수 있다. The titanium alloy may have a tensile strength of 750 to 1510 MPa, a yield strength of 545 to 1420 MPa, and a Young's modulus of 80 to 110 GPa.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 타이타늄 합금 제조 방법은 (a) 타이타늄(Ti)과 몰리브덴의 합금 또는 혼합물에, 크롬(Cr), 철(Fe), 실리콘(Si) 및 탄소(C)를 포함하는 페로크롬을 첨가하는 단계; (b) 상기 (a) 단계의 결과물을 용해시킨 후 냉각하여 타이타늄 합금 모재를 형성하는 단계; 및 (c) 타이타늄 합금 모재를 열간 성형하는 단계;를 포함하고, 타이타늄 합금 전체 중량에 대하여 상기 몰리브덴 1~15중량%, 상기 페로크롬 4 중량% 미만으로 첨가되는 것을 특징으로 한다. Titanium alloy manufacturing method according to an embodiment of the present invention for solving the above problems is (a) in an alloy or mixture of titanium (Ti) and molybdenum, chromium (Cr), iron (Fe), silicon (Si) and carbon ( C) adding ferrochrome containing; (b) dissolving the resultant of step (a) and then cooling to form a titanium alloy base material; And (c) hot forming the titanium alloy base material; including, characterized in that the molybdenum 1 to 15% by weight, the ferrochrome is added in an amount of less than 4% by weight based on the total weight of the titanium alloy.
상기 타이타늄 합금 전체 중량에 대하여 상기 페로크롬 0.5~2 중량%로 첨가되는 것이 보다 바람직하다. It is more preferable to add 0.5 to 2 wt% of the ferrochrome based on the total weight of the titanium alloy.
상기 타이타늄 합금 전체 중량에 대하여 산소(O)가 0.4 중량% 이하로 포함될 수 있다. Oxygen (O) may be included in an amount of 0.4 wt% or less based on the total weight of the titanium alloy.
상기 페로크롬은 철(Fe): 20~35 중량%, 실리콘(Si): 1~4 중량%, 탄소(C): 0.15 중량% 이하를 포함하고, 나머지 크롬(Cr)과 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다. The ferrochrome includes iron (Fe): 20 to 35% by weight, silicon (Si): 1 to 4% by weight, carbon (C): 0.15% by weight or less, and may be composed of the remaining chromium (Cr) and unavoidable impurities. have.
상기 열간 성형은 800~850 ℃에서 90% 이하의 성형률로 수행될 수 있다.The hot forming may be performed at a forming rate of 90% or less at 800 to 850 °C.
본 발명에 따른 고강도 고성형성 타이타늄 합금 제조 방법에 의하면, 인체에 무해한 원소(Cr, Fe, Si 등)로 구성된 저탄소 페로크롬(low-carbon ferrochrome)을 타이타늄-몰리브덴 합금재의 첨가재로 활용함으로써 Cr, Fe, Si 등 개별원소로 첨가하는 것에 비해 원재료 가격 측면에서 그리고 공정 측면에서 비용을 낮출 수 있다. According to the method for manufacturing a high-strength, high-formability titanium alloy according to the present invention, low-carbon ferrochrome composed of elements (Cr, Fe, Si, etc.) harmless to the human body is used as an additive of the titanium-molybdenum alloy material by using Cr, Fe Compared to adding as individual elements such as , Si, etc., costs can be lowered in terms of raw material price and process.
또한, 본 발명에 따른 고강도 고성형성 타이타늄 합금은 페로크롬의 함량 제어를 통하여, 우수한 강도와 더불어 우수한 성형성을 제공할 수 있다. In addition, the high strength and high formability titanium alloy according to the present invention can provide excellent formability as well as excellent strength through control of the ferrochrome content.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.In addition to the above-described effects, the specific effects of the present invention will be described together while describing specific details for carrying out the invention below.
도 1a는 타이타늄에 5 중량%의 몰리브덴이 첨가된 시편의 상분율을 나타낸 것이다.
도 1b는 타이타늄에 5 중량%의 몰리브덴 및 4.0 중량%의 페로크롬이 첨가된 시편의 상분율을 나타낸 것이다.
도 1c는 타이타늄에 5 중량%의 몰리브덴 및 0.5 중량%의 페로크롬이 첨가된 시편의 상분율을 나타낸 것이다.
도 2a는 타이타늄에 9.5 중량%의 몰리브덴이 첨가된 시편의 상분율을 나타낸 것이다.
도 2b는 타이타늄에 9.5 중량%의 몰리브덴 및 4.0 중량%의 페로크롬이 첨가된 시편의 상분율을 나타낸 것이다.
도 2c는 타이타늄에 9.5 중량%의 몰리브덴 및 0.5 중량%의 페로크롬이 첨가된 시편의 상분율을 나타낸 것이다.
도 3a는 타이타늄에 15 중량%의 몰리브덴이 첨가된 시편의 상분율을 나타낸 것이다.
도 3b는 타이타늄에 15 중량%의 몰리브덴 및 4.0 중량%의 페로크롬이 첨가된 시편의 상분율을 나타낸 것이다.
도 3c는 타이타늄에 15 중량%의 몰리브덴 및 0.5 중량%의 페로크롬이 첨가된 시편의 상분율을 나타낸 것이다.
도 4a는 비교예 시편 1, 4 및 실시예 시편 1~4에 대한 기계적 특성을 나타낸 것이다.
도 4b는 비교예 시편 2, 5 및 실시예 시편 5~8에 대한 기계적 특성을 나타낸 것이다.
도 4c는 비교예 시편 3, 6 및 실시예 시편 9~12에 대한 기계적 특성을 나타낸 것이다.
Figure 1a shows the phase fraction of a specimen in which 5 wt% of molybdenum is added to titanium.
Figure 1b shows the phase fraction of a specimen in which 5 wt% of molybdenum and 4.0 wt% of ferrochrome are added to titanium.
Figure 1c shows the phase fraction of a specimen in which 5 wt% of molybdenum and 0.5 wt% of ferrochrome are added to titanium.
Figure 2a shows the phase fraction of a specimen in which 9.5 wt% of molybdenum is added to titanium.
Figure 2b shows the phase fraction of a specimen in which 9.5 wt% of molybdenum and 4.0 wt% of ferrochrome are added to titanium.
Figure 2c shows the phase fraction of a specimen in which 9.5 wt% of molybdenum and 0.5 wt% of ferrochrome are added to titanium.
Figure 3a shows the phase fraction of a specimen in which 15 wt% of molybdenum is added to titanium.
Figure 3b shows the phase fraction of a specimen in which 15 wt% of molybdenum and 4.0 wt% of ferrochrome are added to titanium.
Figure 3c shows the phase fraction of a specimen in which 15 wt% of molybdenum and 0.5 wt% of ferrochrome are added to titanium.
Figure 4a shows the mechanical properties of
Figure 4b shows the mechanical properties of
Figure 4c shows the mechanical properties of
전술한 목적, 특징 및 장점은 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. The above-described objects, features and advantages will be described in detail below, and accordingly, those skilled in the art to which the present invention pertains will be able to easily implement the technical idea of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
이하에서는, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 몰리브덴 및 페로크롬을 이용한 고강도 고성형성 타이타늄 합금 및 그 제조 방법에 대하여 설명하도록 한다.Hereinafter, a high-strength and highly formable titanium alloy using molybdenum and ferrochrome and a method for manufacturing the same according to some embodiments of the present invention will be described.
순수 타이타늄의 강도를 증가하는 방법으로, 합금원소를 첨가하여 강도를 높이는 방법과 소성가공 및 열처리를 통해 내부의 결정립을 작게 하여 강도를 높이는 방법이 있다. 그러나, 이러한 방법은 합금원소를 첨가하고 별도의 결정립 미세화 공정이 추가되기 때문에 가격 상승의 원인이 된다. 또한, 소성가공 및 열처리를 통해 결정립을 미세화하는 방법의 경우, 공정에 따라 제조되는 타이타늄 합금의 기계적 특성의 변화가 크게 발생하며, 실제 생산공정에 직접적으로 적용하기 어려운 공정이 도출될 수 있는 단점이 있다. As a method of increasing the strength of pure titanium, there are a method of increasing the strength by adding an alloying element, and a method of increasing the strength by reducing the internal crystal grains through plastic working and heat treatment. However, this method causes a price increase because an alloy element is added and a separate grain refinement process is added. In addition, in the case of the method of refining crystal grains through plastic working and heat treatment, the mechanical properties of the titanium alloy manufactured according to the process are greatly changed, and a process that is difficult to directly apply to the actual production process can be derived. have.
따라서, 소성가공 및 열처리를 통해 결정립을 미세화하는 방법보다는 합금원소를 첨가하는 방법이 더 유리하다고 볼 수 있다. 특히 저렴한 합금원소를 선택하여 합금화하는 것이 가격 상승을 최소화하고 강도를 증가시키는데 있어 가장 바람직한 방법이라 볼 수 있다. 나아가, 생체 안정성 확보를 위해, 독성이 있는 원소인 Co, Cu, Ni, V 등을 첨가하지 않은 것이 바람직하며, 본 발명에 따른 타이타늄 합금에는 이들 원소들이 포함되지 않으며, 예외적으로 불순물로 불가피하게 포함될 수는 있다. Therefore, it can be seen that the method of adding an alloying element is more advantageous than the method of refining the crystal grains through plastic working and heat treatment. In particular, alloying by selecting inexpensive alloying elements can be seen as the most desirable method for minimizing price increase and increasing strength. Furthermore, in order to ensure biostability, it is preferable not to add Co, Cu, Ni, V, etc., which are toxic elements, and these elements are not included in the titanium alloy according to the present invention, and are exceptionally included inevitably as impurities. can be
본 발명자들은 오랜 연구 결과, 타이타늄과 전율 고용체(액상과 고상에서 서로 완전한 용해도를 보이는 계)를 형성하는 원소들(Mo, V, Nb 등) 중 가격이 저렴하고 독성이 없는 Mo를 선정하여 Ti-Mo합금을 기지로 선택하였고, Mo 당량에 Mo보다 큰 영향(1보다 큰 Mo 당량)을 미치고 가격이 비교적 저렴하며 독성이 없는 합금원소로 Fe, Cr를 선정하였다. 또한, 합금원소인 Fe, Cr 등을 개별적으로 첨가할 경우 용해시 휘발 등으로 균일 조성을 맞추기 어려운 단점을 극복하기 위해서 Fe, Cr, Si 등이 포함되어 있는 페로크롬(Ferrochrome)을 첨가하여 합금화하는 방법을 개발하였다. 특히 페로크롬(Ferrochrome)에 포함되어 있는 원소인 Si의 경우 용해시 핵생성 사이트를 제공하여 용해된 잉곳의 결정립을 미세화하는 특징을 추가적으로 기대할 수 있다. 이를 통해 본 발명자들은 타이타늄-몰리(Ti-Mo) 합금을 기지로 한 새로운 Ti-Mo-Cr-Fe-Si합금을 개발하였다. As a result of long-term research, the present inventors have selected Mo, which is inexpensive and non-toxic, among the elements (Mo, V, Nb, etc.) that form a solid solution with titanium (a system showing complete solubility in each other in the liquid and solid phases). Mo alloy was selected as the base, and Fe and Cr were selected as alloying elements that had a greater effect (Mo equivalent greater than 1) on Mo equivalent than Mo, were relatively inexpensive, and were non-toxic. In addition, in order to overcome the disadvantage that it is difficult to achieve a uniform composition due to volatilization during dissolution when separately adding alloying elements such as Fe, Cr, etc., a method of alloying by adding ferrochrome containing Fe, Cr, Si, etc. has been developed. In particular, in the case of Si, which is an element included in ferrochrome, a feature of refining the crystal grains of the molten ingot by providing a nucleation site during dissolution can be expected additionally. Through this, the present inventors developed a new Ti-Mo-Cr-Fe-Si alloy based on a titanium-moly (Ti-Mo) alloy.
이하, 몰리브덴 및 페로크롬을 이용한 고강도 타이타늄 합금 제조 방법에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다. Hereinafter, a method for manufacturing a high-strength titanium alloy using molybdenum and ferrochrome will be described in more detail.
본 발명에 따른 고강도 타이타늄 합금 제조 방법은 타이타늄(Ti)과 몰리브덴(Mo)의 합금 또는 혼합물에 크롬(Cr), 철(Fe), 실리콘(Si) 및 탄소(C)를 포함하는 페로크롬을 첨가하는 단계와, 타이타늄과 페로크롬을 용해시킨 후 냉각하여 타이타늄 합금 모재를 형성하는 단계와, 타이타늄 합금 모재를 열간 성형하는 단계를 포함한다. High-strength titanium alloy manufacturing method according to the present invention by adding ferrochrome containing chromium (Cr), iron (Fe), silicon (Si) and carbon (C) to an alloy or mixture of titanium (Ti) and molybdenum (Mo) and dissolving titanium and ferrochrome and then cooling to form a titanium alloy base material, and hot forming the titanium alloy base material.
타이타늄, 몰리브덴과 페로크롬의 용해는 진공용해법, 전자빔 용해법, 플라즈마 아크 용해법, 비소모전극식 아크 용해법 또는 유도스컬 용해법 등 공지된 다양한 방법이 이용될 수 있다. 열간 성형은 열간 압연, 열간 단조 등의 방식으로 수행될 수 있다. 열간 성형은 800~850 ℃에서 90% 이하의 성형률(forming ratio)로 수행될 수 있다. 성형률은 압연의 경우 압하율로 표현될 수 있다. 본 발명의 경우, 이하에서 설명하는 바와 같이 몰리브덴 1~15중량%, 페로크롬 4중량% 미만으로 첨가되며, 그 결과 800~850 ℃에서 성형률 90%로 성형을 진행하더라도 크랙이 발생하지 않는 효과를 제공할 수 있다.For dissolution of titanium, molybdenum and ferrochrome, various known methods such as vacuum melting, electron beam melting, plasma arc melting, non-consumable electrode arc melting, or induction skull melting can be used. Hot forming may be performed in a manner such as hot rolling, hot forging, or the like. Hot forming may be performed at 800 to 850 °C with a forming ratio of 90% or less. The forming rate may be expressed as a reduction rate in the case of rolling. In the case of the present invention, as described below, 1 to 15% by weight of molybdenum and less than 4% by weight of ferrochrome are added. can provide
열간 성형 후 냉각은 수냉, 공냉, 로냉 등 다양한 방법이 이용될 수 있다. 냉각 방식은 열간 성형 이후에 추가의 열간 공정 유무에 따라 결정될 수 있는데, 예를 들어 추가의 열간 공정이 존재하지 않는다면 열간 성형 후 수냉이 수행될 수 있다. 열간 성형 후에는 균질화 처리, 용체화 처리, 시효 처리 등의 열처리가 추가로 수행될 수 있다.For cooling after hot forming, various methods such as water cooling, air cooling, and furnace cooling may be used. The cooling method may be determined depending on whether or not there is an additional hot process after hot forming. For example, if there is no additional hot process, water cooling may be performed after hot forming. After hot forming, heat treatment such as homogenization treatment, solution treatment treatment, and aging treatment may be additionally performed.
페로크롬의 용해와 관련하여 한가지 특징은 페로크롬을 용해할 때의 온도가 크롬, 철, 실리콘 등을 개별적으로 용해할 때보다 현저히 낮으며, 타이타늄의 융점과 유사하다는 것이다. 이를 통해 페로크롬은 상대적으로 낮은 온도에서 타이타늄과 함께 용해가 가능하며, 이에 따라 타이타늄 합금 제조 비용을 저감할 수 있다. One characteristic with respect to dissolution of ferrochrome is that the temperature when dissolving ferrochrome is significantly lower than when dissolving chromium, iron, silicon, etc. individually, and is similar to the melting point of titanium. Through this, ferrochrome can be dissolved together with titanium at a relatively low temperature, thereby reducing the cost of manufacturing a titanium alloy.
본 발명에서는 페로크롬의 첨가량이 타이타늄 합금 전체 중량에 대하여 4 중량% 미만인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 3중량% 이하이고, 가장 바람직하게는 0.5~2중량%이다. 페로크롬이 첨가되면, 페로크롬이 첨가되지 않은 타이타늄 합금에 비해 강도가 증가할 수 있다. 다만, 페로크롬의 첨가량이 4중량% 이상일 경우에는 연신율이 매우 낮으며, 크랙 발생의 우려가 있다. In the present invention, it is preferable that the addition amount of ferrochrome is less than 4% by weight based on the total weight of the titanium alloy. More preferably, it is 3 wt% or less, and most preferably 0.5 to 2 wt%. When ferrochrome is added, strength may be increased compared to a titanium alloy to which ferrochrome is not added. However, when the addition amount of ferrochrome is 4% by weight or more, the elongation is very low, and there is a risk of cracking.
페로 크롬은 철(Fe): 20~35 중량%, 실리콘(Si): 1~4 중량%, 탄소(C): 0.15 중량% 이하를 포함하고, 나머지 크롬(Cr)과 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다.Ferrochrome includes iron (Fe): 20 to 35 wt%, silicon (Si): 1 to 4 wt%, carbon (C): 0.15 wt% or less, and may be composed of the remaining chromium (Cr) and unavoidable impurities. .
페로 크롬의 함량이 4중량% 미만일 경우, 타이타늄 합금에서 상기와 같은 크롬, 철, 실리콘의 바람직한 함량 범위를 충족시킬 수 있다. When the content of ferrochrome is less than 4% by weight, it is possible to satisfy the preferred content ranges of chromium, iron, and silicon as described above in the titanium alloy.
상기와 같은 방법을 통해, 본 발명은 몰리브덴(Mo): 1.0~15.0 중량%, 크롬(Cr): 0.1~3.0 중량%, 철(Fe): 0.1~1.0 중량%, 실리콘(Si): 0.01~0.1 중량%, 산소(O): 0.4 중량% 이하를 포함하고, 나머지 타이타늄(Ti)과 불가피한 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 타이타늄 합금을 제공할 수 있다. Through the above method, the present invention is molybdenum (Mo): 1.0 to 15.0 wt%, chromium (Cr): 0.1 to 3.0 wt%, iron (Fe): 0.1 to 1.0 wt%, silicon (Si): 0.01 to 0.1 wt %, oxygen (O): 0.4 wt % or less, and the remaining titanium (Ti) and unavoidable impurities may be provided.
몰리브덴(Mo)은 독성이 없는 베타상 안정화 원소이다. 몰리브덴은 고용강화 효과로 인해 강도를 증가시키는 역할을 한다. 다만, 몰리브덴이 15중량%를 초과하여 과도하게 첨가되면, 합금의 탄성 계수를 크게 증가시키는 문제점이 있다. Molybdenum (Mo) is a non-toxic beta-phase stabilizing element. Molybdenum serves to increase strength due to the solid solution strengthening effect. However, when molybdenum is added in excess of 15% by weight, there is a problem in that the elastic modulus of the alloy is greatly increased.
크롬(Cr)은 독성이 없는 원소로서, 타이타늄 합금에서 몰리브덴(Mo)보다 높은 베타상 안정화 원소이다. 타이타늄에 크롬을 첨가하면, 고용강화 효과로 인해 강도가 증가될 수 있다. 다만, 크롬이 3.0 중량%를 초과하여 과다하게 첨가되면 Laves Phase(TiCr2)상의 형성으로 성형공정에서 파단의 가능성이 크다. Chromium (Cr) is a non-toxic element and is a higher beta-phase stabilizing element than molybdenum (Mo) in a titanium alloy. When chromium is added to titanium, the strength can be increased due to the solid solution strengthening effect. However, if chromium is added in excess of 3.0% by weight, the possibility of fracture in the molding process is high due to the formation of the Laves Phase (TiCr 2 ) phase.
철(Fe)은 크롬(Cr)과 마찬가지로 독성이 없으며, 몰리브덴보다 높은 베타상 안정화 원소이다. 타이타늄에 철을 첨가하면, 고용강화 효과로 인해 강도가 증가될 수 있다. 다만, 철이 1.0 중량%를 초과하여 첨가된 타이타늄 합금의 용해시 마크로 또는 마이크로 편석을 유도할 수 있고, 일정 온도에서 열처리할 경우 상당히 취약한 상인 TiFe상을 형성할 수 있다. Iron (Fe) is non-toxic like chromium (Cr) and is a higher beta-phase stabilizing element than molybdenum. When iron is added to titanium, the strength can be increased due to the solid solution strengthening effect. However, when the iron is added in excess of 1.0% by weight when the titanium alloy is dissolved, macro or micro segregation can be induced, and when heat-treated at a certain temperature, a TiFe phase, which is a fairly fragile phase, can be formed.
실리콘(Si)은 독성이 없는 원소로서, 타이타늄 합금 용해시 핵생성 사이트를 많이 형성하여 결정립 미세화를 유도한다. 또한 실리콘은 타이타늄 합금의 정적 강도(static strength)를 증가시키는데 기여한다. 다만, 실리콘의 함량이 0.1 중량%를 초과하면, 취성이 강한 실리사이드 형성으로 인해 크랙 발생을 촉진시킬 수 있다.Silicon (Si) is a non-toxic element and forms many nucleation sites when dissolving a titanium alloy, leading to grain refinement. Silicon also contributes to increasing the static strength of the titanium alloy. However, when the content of silicon exceeds 0.1% by weight, cracking may be promoted due to the formation of silicide having strong brittleness.
본 발명에 따른 타이타늄 합금에서 Cr, Fe 및 Si 함량은 페로크롬의 첨가량에 따라 결정되며, 페로크롬 첨가량이 4중량% 미만, 보다 바람직하게는 3.0중량% 이하, 가장 바람직하게는 0.5~2.0중량%임에 따라 상기와 같은 Cr, Fe 및 Si 함량을 충족할 수 있다. The content of Cr, Fe and Si in the titanium alloy according to the present invention is determined according to the amount of ferrochrome added, and the amount of ferrochrome added is less than 4% by weight, more preferably not more than 3.0% by weight, and most preferably 0.5 to 2.0% by weight. Optionally, the Cr, Fe and Si contents as described above may be satisfied.
본 발명에 따른 타이타늄 합금에는 산소(O)가 타이타늄 합금 전체 중량에 대하여 0.4 중량% 이하로 포함될 수 있다. 산소는 침입형 원소로서, 부식 저항성에 큰 영향을 미치지 않으면서 격자를 강화시키는 고용강화 합금 원소이다. 다만, 산소가 0.4중량%를 초과하여 과다 포함되면, 저온에서의 쌍정변형을 억제시킴으로써 충격저항을 급격히 감소시킬 수 있다. In the titanium alloy according to the present invention, oxygen (O) may be included in an amount of 0.4 wt% or less based on the total weight of the titanium alloy. Oxygen is an interstitial element and is a solid solution strengthening alloy element that strengthens the lattice without significantly affecting corrosion resistance. However, when oxygen is contained in excess of 0.4% by weight, it is possible to rapidly reduce the impact resistance by suppressing twin deformation at low temperature.
본 발명에 따른 타이타늄 합금은 후술하는 실시예에서 볼 수 있는 바와 같이, 이하의 식 1로 표현되는 몰리브덴 당량([Mo]eq.)이 5.5~20일 수 있다([A]는 A의 중량%). The titanium alloy according to the present invention may have a molybdenum equivalent ([Mo]eq.) of 5.5 to 20, as can be seen in Examples to be described later ([A] is the weight % of A ).
[식 1][Equation 1]
[Mo]eq. = [Mo] + 0.2[Ta] + 0.28[Nb] + 0.4[W] + 0.67[V] + 1.25[Cr]+1.25[Ni] + 1.7[Mn] + 1.7[Co] + 2.5[Fe][Mo]eq. = [Mo] + 0.2 [Ta] + 0.28 [Nb] + 0.4 [W] + 0.67 [V] + 1.25 [Cr] + 1.25 [Ni] + 1.7 [Mn] + 1.7 [Co] + 2.5 [Fe]
또한 본 발명에 따른 고강도 타이타늄 합금은 670~815 ℃의 베타변태점을 가질 수 있다.In addition, the high-strength titanium alloy according to the present invention may have a beta transformation point of 670 ~ 815 ℃.
나아가, 실험 결과, 본 발명에 따른 고강도 타이타늄 합금은 750~1510 MPa의 인장강도, 545~1420 MPa의 항복강도 및 80~110 GPa의 영률을 가질 수 있다. Further, as a result of the experiment, the high-strength titanium alloy according to the present invention may have a tensile strength of 750 to 1510 MPa, a yield strength of 545 to 1420 MPa, and a Young's modulus of 80 to 110 GPa.
실시예Example
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다. 이하의 실시예에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다. Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described in more detail through preferred embodiments of the present invention. However, these are presented as preferred examples of the present invention and cannot be construed as limiting the present invention in any sense. Content not described in the following embodiments will be omitted because it can be technically inferred sufficiently by those skilled in the art.
1. 페로크롬 분석1. Ferrochrome analysis
3개의 페로크롬 시편에 대하여 다음과 같이 성분 분석을 하였다. 10 mm × 10 mm 사이즈의 각 시편의 3개 위치(Left, Center, Right)에 대하여 각각 3번씩 EDS 분석을 수행하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.Component analysis was performed as follows for three ferrochrome specimens. EDS analysis was performed three times each for three positions (Left, Center, Right) of each specimen having a size of 10 mm × 10 mm, and the results are shown in Table 1.
[표 1] (단위 : 중량%)[Table 1] (Unit: % by weight)
3개의 시편 모두 약 66중량%의 Cr과, 약 31%의 Fe와, 약 3중량%의 Si를 함유하며, 성분들의 함량 차이는 크지 않은 것을 볼 수 있다.All three specimens contain about 66% by weight of Cr, about 31% of Fe, and about 3% by weight of Si, and it can be seen that the content difference of the components is not large.
이하에서는 페로크롬 시편 #1을 대상으로 실험을 진행하였다. Hereinafter, an experiment was conducted on ferrochrome specimen #1.
페로크롬 시편 #1의 표면산화층을 제거한 후, EDS로 O, N, H, C의 함량을 분석한 결과를 표 2에 나타내었다. After removing the surface oxide layer of the ferrochrome specimen #1, the results of analyzing the contents of O, N, H, and C by EDS are shown in Table 2.
[표 2][Table 2]
페로크롬은 탄소 함량에 따라, 저탄소 페로크롬, 중탄소 페로크롬, 고탄소 페로크롬으로 구분되는데, 이 중 저탄소 페로크롬은 탄소 함량이 0.2중량% 이하 또는 0.15중량% 이하인 것을 의미한다. 앞서 분석된 페로크롬 시편 #1의 경우 탄소 함량이 약 0.1중량%이고, 크롬 함량이 약 67%인 바, 저탄소 페로크롬에 해당한다. Ferrochrome is classified into low carbon ferrochrome, medium carbon ferrochrome, and high carbon ferrochrome according to the carbon content, of which low carbon ferrochrome means that the carbon content is 0.2 wt% or less or 0.15 wt% or less. In the case of the previously analyzed ferrochrome specimen #1, the carbon content was about 0.1% by weight and the chromium content was about 67%, which corresponds to low-carbon ferrochrome.
Cr, Fe 및 Si의 융점은 각각 1907℃, 1538℃ 및 1414℃이나, 탄소 함량이 0.15중량% 이하인 저탄소 페로크롬의 융점은 약 1620℃로 알려져 있다. 또한, 타이타늄의 융점은 1668℃이다.The melting points of Cr, Fe and Si are 1907° C., 1538° C. and 1414° C., respectively, but the melting point of low-carbon ferrochrome having a carbon content of 0.15 wt% or less is known to be about 1620° C. Further, the melting point of titanium is 1668°C.
타이타늄에서 O, N, C, H 등은 파괴연성을 저하시키는 주요 원소로 특별한 관리가 요구된다. 타이타늄 합금에서 이들 원소들은 표 3에 나와 있는 중량% 이하로 관리하여야 한다(국가별 허용치 극소량 차이 존재). 특히 H 는 소량 첨가시에도 파괴연성을 저하시키므로 다른 원소에 비해 특별한 관리가 요구된다.In titanium, O, N, C, H, etc. are major elements that reduce fracture ductility and require special management. In the titanium alloy, these elements should be controlled in the weight % or less shown in Table 3 (there is a very small difference in the tolerance by country). In particular, H lowers the fracture ductility even when added in a small amount, so special management is required compared to other elements.
[표 3][Table 3]
앞서 분석된 페로크롬 시편 #1의 경우, 저탄소 페로크롬이고, 표 3의 O, N, C, H 등의 원소에 대한 최대 중량% 이하를 만족하고 있다.In the case of ferrochrome specimen #1 analyzed above, it is low-carbon ferrochrome, and satisfies the maximum weight % or less with respect to elements such as O, N, C, and H in Table 3.
타이타늄 합금 시편의 제조Preparation of Titanium Alloy Specimens
타이타늄(Ti-0.02O)과 표 4에 기재된 함량의 몰리브덴 및 페로크롬을 유도스컬 용해로에서 용해하여 타이타늄 합금을 형성한 후, 냉각하여 폭 10mm × 길이 30mm × 두께 10mm의 잉곳들을 제조하였다. Titanium (Ti-0.02O) and molybdenum and ferrochrome of the contents described in Table 4 were dissolved in an induction skull melting furnace to form a titanium alloy, and then cooled to prepare ingots having a width of 10mm × length 30mm × thickness 10mm.
잉곳들을 830℃±20℃에서 표 4에 기재된 약 90%의 성형률(forming ratio)로 성형한 후 수냉하여, 비교예 1~3 및 실시예 1~12에 따른 타이타늄 합금 시편을 제조하였다. The ingots were formed at 830 ° C ± 20 ° C at a forming ratio of about 90% described in Table 4 and then cooled with water to prepare titanium alloy specimens according to Comparative Examples 1 to 3 and Examples 1 to 12.
표 4는 비교예 1~3 및 실시예 1~12에 따라 제조된 타이타늄 합금 시편에 있어서, 페로크롬 함량에 따른 Mo 당량과 베타변태점을 나타낸 것이다. 그리고, 표 5는 실시예 1~12에 따른 타이타늄 합금 시편에서 첨가된 페로크롬에 따른 Cr, Fe 및 Si의 함량을 나타낸 것이다.Table 4 shows the Mo equivalent and beta transformation point according to the ferrochrome content in the titanium alloy specimens prepared according to Comparative Examples 1 to 3 and Examples 1 to 12. And, Table 5 shows the contents of Cr, Fe and Si according to the ferrochrome added in the titanium alloy specimens according to Examples 1 to 12.
[표 4][Table 4]
[표 5] [Table 5]
도 1a는 타이타늄에 5 중량%의 몰리브덴이 첨가된 시편의 상분율을 나타낸 것이다. 도 1b는 타이타늄에 5 중량%의 몰리브덴 및 4.0 중량%의 페로크롬이 첨가된 시편의 상분율을 나타낸 것이다. 도 1c는 타이타늄에 5 중량%의 몰리브덴 및 0.5 중량%의 페로크롬이 첨가된 시편의 상분율을 나타낸 것이다. Figure 1a shows the phase fraction of a specimen in which 5 wt% of molybdenum is added to titanium. Figure 1b shows the phase fraction of a specimen in which 5 wt% of molybdenum and 4.0 wt% of ferrochrome are added to titanium. Figure 1c shows the phase fraction of a specimen in which 5 wt% of molybdenum and 0.5 wt% of ferrochrome are added to titanium.
도 1a 내지 도 1c를 참조하면, 타이타늄에 5 중량%의 몰리브덴이 첨가된 시편 및 타이타늄에 5 중량%의 몰리브덴 및 0.5 중량%의 페로크롬이 첨가된 시편의 경우, TiCr2 석출상을 거의 나타내지 않는 반면, 타이타늄에 5 중량%의 몰리브덴 및 4.0 중량%의 페로크롬이 첨가된 시편의 경우 약 5.63중량%의 TiCr2 석출상을 나타내는 것을 볼 수 있다. 전술한 바와 같이 TiCr2가 과다하면 성형 공정에서 파단 가능성이 있는 바, 페로크롬은 4.0중량% 미만, 보다 바람직하게는 3.0중량% 이하, 더욱 바람직하게는 0.5~2.0 중량%로 첨가될 필요가 있다. 1a to 1c, in the case of a specimen in which 5% by weight of molybdenum is added to titanium and a specimen in which 5% by weight of molybdenum and 0.5% by weight of ferrochrome are added to titanium, TiCr 2 hardly showing a precipitation phase On the other hand, in the case of a specimen in which 5 wt% of molybdenum and 4.0 wt% of ferrochrome are added to titanium, it can be seen that the TiCr 2 precipitated phase of about 5.63 wt% is exhibited. As described above, when TiCr 2 is excessive, there is a possibility of breakage in the molding process, ferrochrome needs to be added in an amount of less than 4.0% by weight, more preferably 3.0% by weight or less, more preferably 0.5 to 2.0% by weight. .
도 2a는 타이타늄에 9.5 중량%의 몰리브덴이 첨가된 시편의 상분율을 나타낸 것이다. 도 2b는 타이타늄에 9.5 중량%의 몰리브덴 및 4.0 중량%의 페로크롬이 첨가된 시편의 상분율을 나타낸 것이다. 도 2c는 타이타늄에 9.5 중량%의 몰리브덴 및 0.5 중량%의 페로크롬이 첨가된 시편의 상분율을 나타낸 것이다. Figure 2a shows the phase fraction of a specimen in which 9.5 wt% of molybdenum is added to titanium. Figure 2b shows the phase fraction of a specimen in which 9.5 wt% of molybdenum and 4.0 wt% of ferrochrome are added to titanium. Figure 2c shows the phase fraction of a specimen in which 9.5 wt% of molybdenum and 0.5 wt% of ferrochrome are added to titanium.
도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 타이타늄에 9.5 중량%의 몰리브덴이 첨가된 시편 및 타이타늄에 9.5 중량%의 몰리브덴 및 0.5 중량%의 페로크롬이 첨가된 시편의 경우, TiCr2 석출상을 거의 나타내지 않는 반면, 타이타늄에 9.5 중량%의 몰리브덴 및 4.0 중량%의 페로크롬이 첨가된 시편의 경우 약 5.63중량%의 TiCr2 석출상을 나타내는 것을 볼 수 있다.2a to 2c, in the case of a specimen in which 9.5% by weight of molybdenum is added to titanium and a specimen in which 9.5% by weight of molybdenum and 0.5% by weight of ferrochrome are added to titanium, TiCr2 precipitation phase is hardly exhibited, whereas , it can be seen that in the case of a specimen in which 9.5 wt% of molybdenum and 4.0 wt% of ferrochrome are added to titanium, about 5.63 wt% of TiCr 2 precipitated phase can be seen.
도 3a는 타이타늄에 15 중량%의 몰리브덴이 첨가된 시편의 상분율을 나타낸 것이다. 도 3b는 타이타늄에 15 중량%의 몰리브덴 및 4.0 중량%의 페로크롬이 첨가된 시편의 상분율을 나타낸 것이다. 도 3c는 타이타늄에 15 중량%의 몰리브덴 및 0.5 중량%의 페로크롬이 첨가된 시편의 상분율을 나타낸 것이다.Figure 3a shows the phase fraction of a specimen in which 15 wt% of molybdenum is added to titanium. Figure 3b shows the phase fraction of a specimen in which 15 wt% of molybdenum and 4.0 wt% of ferrochrome are added to titanium. Figure 3c shows the phase fraction of a specimen in which 15 wt% of molybdenum and 0.5 wt% of ferrochrome are added to titanium.
도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 타이타늄에 15 중량%의 몰리브덴이 첨가된 시편 및 타이타늄에 15 중량%의 몰리브덴 및 0.5 중량%의 페로크롬이 첨가된 시편의 경우, TiCr2 석출상을 거의 나타내지 않는 반면, 타이타늄에 15 중량%의 몰리브덴 및 4.0 중량%의 페로크롬이 첨가된 시편의 경우 약 5.63중량%의 TiCr2 석출상을 나타내는 것을 볼 수 있다.3a to 3c, in the case of a specimen in which 15 wt% of molybdenum is added to titanium and a specimen in which 15 wt% of molybdenum and 0.5 wt% of ferrochrome are added to titanium, TiCr 2 hardly showing a precipitation phase On the other hand, in the case of a specimen in which 15 wt% of molybdenum and 4.0 wt% of ferrochrome are added to titanium, it can be seen that about 5.63 wt% of TiCr 2 precipitated phase is exhibited.
도 4a 내지 도 4c는 비교예 시편 1~6 및 실시예 시편 1~12에 대한 기계적 특성을 나타낸 것이다. 구체적으로, 도 4a는 몰리브덴 함량이 5.0중량%인 비교예 시편 1, 4 및 실시예 시편 1~4에 대한 기계적 특성을 나타낸 것이고, 도 4b는 몰리브덴 함량이 9.5중량%인 비교예 시편 2, 5 및 실시예 시편 5~8에 대한 기계적 특성을 나타낸 것이며, 도 4c는 몰리브덴 함량이 15중량%인 비교예 시편 3, 6 및 실시예 시편 9~12에 대한 기계적 특성을 나타낸 것이다. 4a to 4c show the mechanical properties of the comparative example specimens 1 to 6 and the example specimens 1 to 12. Specifically, Figure 4a shows the mechanical properties of
비교예 4에 따른 시편은 몰리브덴 5.0 중량% 및 페로크롬 4중량%가 첨가되어 제조된 타이타늄 합금 시편이고, 비교예 5에 따른 시편은 몰리브덴 9.5 중량% 및 페로크롬 4중량%가 첨가되어 제조된 타이타늄 합금 시편이며, 몰리브덴 15 중량% 및 페로크롬 4중량%가 첨가되어 제조된 타이타늄 합금 시편이다.The specimen according to Comparative Example 4 is a titanium alloy specimen prepared by adding 5.0% by weight of molybdenum and 4% by weight of ferrochrome, and the specimen according to Comparative Example 5 is titanium prepared by adding 9.5% by weight of molybdenum and 4% by weight of ferrochrome. It is an alloy specimen, and is a titanium alloy specimen prepared by adding 15% by weight of molybdenum and 4% by weight of ferrochrome.
기계적 특성은 각 타이타늄 합금 시편에 대하여 상온에서 변형속도 1.5 mm/min 조건으로 인장시험하여 얻었다.Mechanical properties were obtained by performing a tensile test for each titanium alloy specimen at a strain rate of 1.5 mm/min at room temperature.
비교예 시편 1~3 및 실시예 시편 1~12에 대한 기계적 특성을 표 6에 나타내었다. Table 6 shows the mechanical properties of Comparative Example Specimens 1 to 3 and Example Specimens 1 to 12.
[표 6] [Table 6]
표 6을 참조하면, 페로크롬이 첨가되지 않은 비교예 1 ~ 3에 따른 타이타늄-몰리브덴 합금 시편들의 경우, 786 ~ 1064MPa의 인장강도와 712 ~ 855MPa의 항복강도를 나타내는 것을 볼 수 있다. 이에 반해, 타이타늄-몰리브덴 합금에 페로크롬이 3.0중량% 이하로 첨가하여 제조된 타이타늄 합금 시편들의 경우, 인장강도가 최대 1510 MPa로, 항복강도가 최대 1420 MPa로 상승한 것을 볼 수 있다. 즉, 페로크롬이 첨가되어 제조된 타이타늄 합금의 경우, 그렇지 않은 타이타늄 합금에 비해 강도가 상승하는 것을 볼 수 있다. Referring to Table 6, in the case of the titanium-molybdenum alloy specimens according to Comparative Examples 1 to 3 to which ferrochrome is not added, it can be seen that the tensile strength of 786 ~ 1064 MPa and the yield strength of 712 ~ 855 MPa. On the other hand, in the case of titanium alloy specimens prepared by adding ferrochrome in an amount of 3.0 wt % or less to a titanium-molybdenum alloy, it can be seen that the tensile strength is increased to a maximum of 1510 MPa and the yield strength to a maximum of 1420 MPa. That is, in the case of a titanium alloy manufactured by adding ferrochrome, it can be seen that the strength is increased compared to that of a titanium alloy that is not.
표 7은 비교예 4~6에 따른 시편과 실시예 1~12에 따른 시편의 연신율 측정 결과 및 크랙발생 관찰 결과를 나타낸 것이다. Table 7 shows the elongation measurement results and crack occurrence observation results of the specimens according to Comparative Examples 4 to 6 and the specimens according to Examples 1 to 12.
[표 7][Table 7]
도 4a 내지 4c 및 표 7을 참조하면, 비교예 4 ~ 6의 경우, 타이타늄에 몰리브덴이 5~15중량% 첨가한 타이타늄 합금에서 4.0중량%로 페로크롬을 첨가한 경우 연신율이 1.4~2.3%로 급격히 연신율이 감소한 것을 볼 수 있다. 이에 반해, 실시예 1~12의 경우, 타이타늄에 몰리브덴이 5~15중량% 첨가된 타이타늄 합금에 4.0 중량% 미만의 페로크롬을 첨가한 경우 급격한 연신율 감소없이 연신율 범위가 2.4~49%로 나타나는 것을 볼 수 있다. 나아가, 페로크롬의 첨가량이 0.5~2.0 중량%인 경우, 더 높은 연신율을 나타내고 있는 바, 강도 및 연신율을 모두 고려할 때 페로크롬의 첨가량은 0.5~2.0 중량%인 것이 가장 바람직하다고 볼 수 있다. Referring to FIGS. 4a to 4c and Table 7, in the case of Comparative Examples 4 to 6, when ferrochrome is added in an amount of 4.0% by weight in a titanium alloy in which 5-15% by weight of molybdenum is added to titanium, the elongation is 1.4 to 2.3%. It can be seen that the elongation decreased sharply. On the other hand, in the case of Examples 1 to 12, when less than 4.0% by weight of ferrochrome is added to the titanium alloy in which 5 to 15% by weight of molybdenum is added to titanium, the elongation range is 2.4 to 49% without a sharp decrease in elongation. can see. Furthermore, when the amount of ferrochrome added is 0.5 to 2.0 wt%, it can be seen that the added amount of ferrochrome is 0.5 to 2.0 wt%, which is the most preferable bar, indicating a higher elongation, considering both strength and elongation.
또한, 표 7을 참조하면, 비교예 4 및 비교예 6에 따른 타이타늄 합금 시편의 경우 크랙이 발생하였으나, 실시예 1~12에 따른 타이타늄 합금 시편의 경우 크랙이 발생하지 않은 것을 볼 수 있다.In addition, referring to Table 7, it can be seen that cracks occurred in the titanium alloy specimens according to Comparative Examples 4 and 6, but no cracks occurred in the titanium alloy specimens according to Examples 1 to 12.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.As described above, the present invention has been described with reference to the illustrated drawings, but the present invention is not limited by the embodiments and drawings disclosed in the present specification. It is obvious that variations can be made. In addition, although the effects according to the configuration of the present invention are not explicitly described and described while describing the embodiments of the present invention, it is natural that the effects predictable by the configuration should also be recognized.
Claims (8)
1109∼1510 MPa의 인장강도를 갖는 것을 특징으로 하는 타이타늄 합금.
Molybdenum (Mo): 1.0 to 15.0 wt%, Chromium (Cr): 0.1 to 1.98 wt%, Iron (Fe): 0.1 to 0.93 wt%, Silicon (Si): 0.01 to 0.09 wt%, Oxygen (O): 0.4 Including weight % or less, but the content of chromium (Cr) is greater than the content of iron (Fe), and consists of the remaining titanium (Ti) and unavoidable impurities,
Titanium alloy, characterized in that it has a tensile strength of 1109 to 1510 MPa.
상기 타이타늄 합금은 이하의 식 1로 표현되는 몰리브덴 당량([Mo]eq.)이 5.5∼20 이고, 670∼815 ℃의 베타변태점을 갖는 것을 특징으로 하는 타이타늄 합금.
[식 1]
[Mo]eq. = [Mo] + 0.2[Ta] + 0.28[Nb] + 0.4[W] + 0.67[V] + 1.25[Cr]+1.25[Ni] + 1.7[Mn] + 1.7[Co] + 2.5[Fe]
According to claim 1,
The titanium alloy has a molybdenum equivalent ([Mo]eq.) expressed by the following formula 1 of 5.5 to 20, and a titanium alloy, characterized in that it has a beta transformation point of 670 to 815 °C.
[Equation 1]
[Mo]eq. = [Mo] + 0.2 [Ta] + 0.28 [Nb] + 0.4 [W] + 0.67 [V] + 1.25 [Cr] + 1.25 [Ni] + 1.7 [Mn] + 1.7 [Co] + 2.5 [Fe]
상기 타이타늄 합금은 545∼1420 MPa의 항복강도 및 80∼110 GPa의 영률을 갖는 것을 특징으로 하는 타이타늄 합금.
According to claim 1,
The titanium alloy is a titanium alloy, characterized in that it has a yield strength of 545 to 1420 MPa and a Young's modulus of 80 to 110 GPa.
(b) 상기 (a) 단계의 결과물을 용해시킨 후 냉각하여 타이타늄 합금 모재를 형성하는 단계; 및
(c) 타이타늄 합금 모재를 열간 성형하는 단계;를 포함하고,
상기 페로크롬은 철(Fe): 20∼35 중량%, 실리콘(Si): 1∼4 중량%, 탄소(C): 0.15 중량% 이하를 포함하고, 나머지 크롬(Cr)과 불가피한 불순물로 이루어지며,
타이타늄 합금 전체 중량에 대하여 상기 몰리브덴 1∼15중량%, 상기 페로크롬이 4 중량% 미만으로 첨가되어,
제조되는 타이타늄 합금이 몰리브덴(Mo): 1.0∼15.0 중량%, 크롬(Cr): 0.1∼1.98 중량%, 철(Fe): 0.1∼0.93 중량%, 실리콘(Si): 0.01∼0.09 중량%, 산소(O): 0.4 중량% 이하를 포함하고, 나머지 타이타늄(Ti)과 불가피한 불순물로 이루어지며, 1109∼1510 MPa의 인장강도를 갖는 것을 특징으로 하는 고강도 타이타늄 합금 제조 방법.
(a) adding ferrochrome including chromium (Cr), iron (Fe), silicon (Si) and carbon (C) to an alloy or mixture of titanium (Ti) and molybdenum;
(b) dissolving the resultant of step (a) and then cooling to form a titanium alloy base material; and
(c) hot forming a titanium alloy base material;
The ferrochrome includes iron (Fe): 20 to 35% by weight, silicon (Si): 1 to 4% by weight, carbon (C): 0.15% by weight or less, and consists of the remaining chromium (Cr) and unavoidable impurities, ,
Based on the total weight of the titanium alloy, 1 to 15% by weight of molybdenum and less than 4% by weight of ferrochrome are added,
The produced titanium alloy is molybdenum (Mo): 1.0 to 15.0 wt%, chromium (Cr): 0.1 to 1.98 wt%, iron (Fe): 0.1 to 0.93 wt%, silicon (Si): 0.01 to 0.09 wt%, oxygen (O): A method for producing a high-strength titanium alloy, characterized in that it contains 0.4 wt% or less, and consists of the remaining titanium (Ti) and unavoidable impurities, and has a tensile strength of 1109 to 1510 MPa.
상기 타이타늄 합금 전체 중량에 대하여 상기 페로크롬 0.5∼2 중량%로 첨가되는 것을 특징으로 하는 타이타늄 합금 제조 방법.
5. The method of claim 4,
A method for producing a titanium alloy, characterized in that 0.5 to 2% by weight of the ferrochrome is added based on the total weight of the titanium alloy.
상기 열간 성형은 800∼850 ℃에서 90% 이하의 성형률로 수행되는 것을 특징으로 하는 타이타늄 합금 제조 방법.5. The method of claim 4,
The hot forming is a titanium alloy manufacturing method, characterized in that performed at a forming rate of 90% or less at 800 ~ 850 ℃.
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