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KR20140015487A - 합금된 티타늄 용접 와이어의 제조 방법 - Google Patents

합금된 티타늄 용접 와이어의 제조 방법 Download PDF

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KR20140015487A
KR20140015487A KR1020137027823A KR20137027823A KR20140015487A KR 20140015487 A KR20140015487 A KR 20140015487A KR 1020137027823 A KR1020137027823 A KR 1020137027823A KR 20137027823 A KR20137027823 A KR 20137027823A KR 20140015487 A KR20140015487 A KR 20140015487A
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KR
South Korea
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titanium
wire
titanium alloy
temperature
weldable
Prior art date
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Ceased
Application number
KR1020137027823A
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English (en)
Inventor
올라 젠스루드
아르네 콜브
스베레 굴브란드센-다흘
케빈 드링
Original Assignee
노르스크 티타늄 컴포넨츠 아에스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 노르스크 티타늄 컴포넨츠 아에스 filed Critical 노르스크 티타늄 컴포넨츠 아에스
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Abstract

본 발명은 스폰지 티타늄 및 합금화 첨가물들 및/또는 강화 입자들의 섞인 혼합물의 냉간 압분, 압출 및 압연에 의해 용접성 티타늄 합금 및 복합물 와이어를 제조하기 위한 방법에 관한 것이며, 상기 방법은 다음의 연속적인 공정 단계들, a) 50 내지 250 ㎛ 범위의 입자 크기를 갖는 하나 또는 그 초과의 분말형 합금화 첨가물들과 0.5 내지 10 mm 범위의 입자 직경을 갖는 스폰지 티타늄의 입자들을 융합하며, 섞인 혼합물을 냉간 압분하고 750 내지 1250 MPa 범위의 압력에 윤활제를 포함한 섞인 혼합물을 노출시키는 것에 의해서 그린 물체(green object)를 형성하는 단계와, b) 1000 내지 1250 ℃ 범위의 온도까지 보호 분위기에서 그린 물체를 가열하고 상기 온도에서 4 시간 이상의 기간 동안 유지하며, 티타늄 합금의 베타 변태 온도 이외의 200 ℃ 미만의 온도에서 그린 물체를 열간 가공하고 긴 프로파일의 티타늄 합금을 취득하기 위해 그린 물체를 형상화하는 것에 의해서 긴 프로파일의 티타늄 합금을 형성하는 단계, 및 c) 바람직한 직경을 갖는 용접성 와이어를 형성하기 위해 직렬로 위치된 하나 또는 그 초과의 롤들에 의해 압연 밀 내에서 긴 프로파일의 티타늄 합금을 압연하는 것에 의해서 티타늄 합금의 용접성 와이어를 형성하는 단계를 포함한다.

Description

합금된 티타늄 용접 와이어의 제조 방법 {METHOD FOR PRODUCTION OF ALLOYED TITANIUM WELDING WIRE}
본 발명은 스폰지(sponge) 티타늄과 합금화 첨가물 및/또는 강화 입자들의 섞인 혼합물을 냉간 압분, 압출 및 압연하며, 그에 의해서 스폰지 티타늄과 합금화 첨가물 및/또는 강화 입자들의 상기 혼합물의 용융 또는 캡슐화 없이 고화 및 성형이 고체 상태에서 전반적으로 수행되는 용접성 티타늄 합금 및/또는 복합물 와이어의 제조 방법에 관한 것이다.
티타늄 합금들 및 복합물들은 이들의 특히 높은 강성과 강도로 인해서 우수한 구조적 효율성들 소유한다. 그러나, 본 발명에 의해서 스폰지 티타늄 입자들이 Al, V, Fe, TiO2, MO, 및 Zr과 같은 합금화 첨가물들과 섞인 티타늄 합금들을 형성하기 위한 본 발명의 제조 공정은 상업적으로 실현 가능한 티타늄 합금들의 범위를 심각하게 제한한다. 이는 규모의 경제를 달성하기 위해서 티타늄 합금의 대형 주조 잉곳에 대한 필요성 때문이며, 이는 차례로 티타늄의 낮은 열 전도성으로 인한 저속 냉각을 경험하는 대량의 용융 티타늄을 필요로 하며, 결과적으로 합금화 구성성분들의 편석 및 입자 성장을 위한 최적 조건을 제공한다.
60 Al- 40 V와 같은 일정한 구성요소의 비율로 복수의 구성요소들을 갖는 합금화 첨가물들은 모합금들로 지칭된다. 일정한 비율은 티타늄 내측에 첨가물들의 섞임 및 용해를 간편화하는데, 이는 이들 섞인 혼합물들이 전자 빔과 플라즈마 토치에 의해, 또는 진공 아크 하에서 용해되어 직경 최대 1.5 m 및 중량 최대 25톤의 대형 잉곳을 제조하기 때문이다. 이러한 처리 단계는 자본 집약적이며, 잉곳 고화 중의 편석으로 인해 B, Cu, Fe, Cr, Ni, Si 및 Mn와 같은 구성요소들이 엄격하게 제어되는 한계치들, 통상적으로 500 내지 1200 ppm 미만(참조 1 : 스폰지 티타늄을 위한 ASTM B299 표준 규격) 내로 유지되어야 한다. 이들 구성요소들은 모두 저속 확산체인 Cr을 제외하면 1 미만의 분배 계수를 가지며 고화 티타늄으로부터 주위 액체로의 반응이 거부된다. 결과적으로, 액체 티타늄은 고화가 진행함에 따라 이들 구성요소들 내에서 점진적으로 부화된다. 고화의 종료시에, 이러한 축적은 베타 플렉(beta fleck)과 같은 결함들 및 정상적인 잉곳 조성물보다 상당히 낮은 융점(Ti-Fe에 대해 1085 ℃, Ti-Ni에 대해 942 ℃)들을 갖는 국부 조성물들을 초래한다. 이들 극단적인 국부 변형들을 완화시키기 위해서, 잉곳들은 확산 물질 전달이 화학 조성을 균질화하도록 오랜 시간 주기 동안 고온에서 유지된다.
티타늄 복합물들의 제조는 많은 바람직한 강화 입자들이 용융 티타늄 내에 침지될 때 신속히 용해되거나(예를 들어, 탄소 섬유들, SiC, Al2O3) 조대화된다는(TiB) 사실에 의해서 더욱 복잡해진다. 전자는 강화 입자들의 손실을 초래하는 반면에, 후자는 기계적 하중 하에서 오류 개시 위치일 것이다.
단독이나 조합된, 위에서 열거된 구성요소들 및 강화 입자들에 의해 고취된 유리한 특징들은 전술한 잉곳 금속학에 내재된 처리 복잡성들 때문에 실현되지 못했다. 그와 같은 이점들은 개선된 기계가공성, 증감 영율(young's modulus) 및 고온 성능을 포함한다.
이들 종래의 주조 잉곳들은 고온들에서 장기간 노출되는 동안에 입자 성장으로부터 초래되는 조대한 주조-그대로의 미세조직을 개량하기 위해 그리고 잉곳 횡단면 면적을 감소시키고 빌렛들, 바들 및 플레이트와 같은 중간 제품을 형성하기 위해 후속으로 단조 및 압연된다.
종래의 티타늄 합금 와이어를 제조하기 위해서, 위의 방식을 통해서 제조된 바 스톡(bar stock)이 통상적으로 10 mm 미만 직경으로 압연되며 자동 용접 분야들에서 통상적으로 1 내지 3 mm의 최종 크기로 인발된다. 후속 취급 중의 수율 손실을 고려하여, 스폰지 티타늄과 합금화 첨가물들을 바로 그리고 후속으로 용접성 합금 와이어로 변환시키는데에 있어서의 비용 증가는 와이어 제조 전체 비용의 대부분을 나타낸다. 복수의 처리 단계들은 다중의 수동 취급 작동들에 의해 달성되며 티타늄 합금 용접 와이어에 대한 제조 비용은 적합한 분야들을 제외하면, 추가의 제작 공급원료로서의 그의 사용을 흥미 없게 만든다.
스폰지 티타늄과 합금화 첨가물들의 (중간 용융 없이)고상 상태의 처리를 통해서 용접성 티타늄 합금의 최종 제품을 제조하기 위한 대체 방법은 종래의 처리 경로에 내재된 많은 단점들을 다루게 될 것이며 우수한 기계적, 열적 및 내식 특성들을 보이는 신규한 조성물을 제조할 수 있게 할 것이다.
직접적인 금속 증착에의해 티타늄 물체들을 만들기 위한 플라즈마 전달 아크 토치용 저 비용 공급 와이어가 전단 혼합기 내의 혼합 단계에서 Al과 V 분말들 또는 Al-V 예비합금화 분말을 주 스폰지 티타늄 재료와 1차로 조합 및 혼합함으로써 제조될 수 있다는 것이 US 2006/185473호로부터 공지된다. Al-V 분말들 또는 Al-V 예비합금화 분말은 바람직하게 약 5 mm를 초과하지 않는 입자 크기로 혼합기 내에서 혼합 및 제분된다. 혼합된 분말은 그 후에 아주 연성인 스폰지 티타늄과 합금화 분말들이 긴 본체를 제조하기에 충분한 힘으로 함께 압착되는 일련의 롤러들을 포함하는 인발 단계로 공급되며, 다중 압하(multiple reduction)들에 의해서 직접 금속 증착 시스템용 와이어 공급물로서 사용되기에 충분한 강도를 달성한다. 상기 문헌에 따라서, 혼합 및 압연에 의한 Ti 합금 와이어의 형성은 순수 스폰지 티타늄의 고유한 고 연성 때문에 가능하다. 스폰지 티타늄의 연성은 일련의 면적이 감소된 롤들을 통해 압착될 때 티타늄이 본질적으로 "자체 접합"을 초래하여 합금화 및 세라믹 분말들을 포획한다.
EP 1 375 690 호는 15 내지 30 원자% V 족 원소, 1.5 내지 7 원자% O의 O, N, 또는 C와 같은 침입형 원소, 및 티타늄(Ti)를 함유하는 미가공 재료 분말 혼합물을 형성함으로써 고강도 티타늄 합금을 제조하는 방법을 개시한다. 분말 형성물은 스폰지 분말들, 수소화-및-탈수소화 분말들, 수소화 분말들, 분무화 분말들 등을 사용함으로써 형성될 수 있다. 상기 문헌은 평균 입자 직경이 100 ㎛ 또는 그 미만, 바람직하게 45 ㎛ 또는 그 미만일 때 조밀한 소결체들이 취득될 수 있다고 교시한다. 미가공 재료 분말은 원소 분말들이 혼합되는 혼합물 분말들, 또는 바람직한 조성물들을 가지는 합금 분말들일 수 있다. 분말 혼합물은 예를 들어, 다이 성형, CIP 압분(냉간 정수압 프레스 압분), RIP 압분(고무 정수압 프레스 압분) 등을 사용하여 압분된다. 압분체들은 바람직하게 진공 또는 불활성 가스 분위기들에서 소결 단계에 노출된다. 소결 온도 범위는 1200 ℃ 내지 1600 ℃, 추가로 1200 ℃ 내지 1500 ℃일 수 있다. 소결 시간은 2 내지 50 시간, 추가로 4 내지 16 시간일 수 있는 것이 바람직하다. 그 후 소결된 물체는 소결된 합금 내의 공동들 등을 감소시키기 위해서 추가로 압분된다. 열간 가공 단계가 열간 단조, 열간 스웨이징(swaging), 열간 압출 등에 의해 수행될 수 있다. 열간 가공 단계는 공기 및 불활성 분위기들과 같은 임의의 분위기들에서 수행될 수 있다. 제어 설비들을 고려하여, 이를 공기 중에서 수행하는 것이 경제적이다. 본 제조 공정에서 언급된 열간 가공은 소결체들을 압분하기 위해서 수행되나, 제품들의 형상들을 고려하면서 성형과 조합하여 수행될 수 있다. 결과적인 티타늄 합금은 냉간 가공에 노출될 때, 양호한 냉간 가공 특성을 보이며, 기계적 특징들이 개선된다. 따라서, 본 제조 공정에는 바람직하게, 상기 열간 가공 단계 이후에 냉간 가공이 수행되는 냉간 가공 단계가 제공될 수 있다. 냉간 가공 단계는 냉간 단조, 냉간 스웨이징, 다이들을 이용한 와이어 인발, 인발 등에 의해 수행될 수 있다. 게다가, 냉간 가공은 제품 성형과 조합하여 수행될 수 있다. 특히, 냉간 가공 이후에 획득된 티타늄 합금은 압연 스톡들, 단조 스톡들, 플레이트들, 와이어들 및 로드들과 같은 미가공 재료들로서 형성될 수 있거나, 제품들의 목표로 하는 최종 형상들 또는 그에 가까운 형상들로서 형성될 수 있다.
발명의 주 목적은 티타늄 합금 또는 티타늄 복합물 와이어 공급원료를 제조하기 위한 비용 효과적인 방법을 제공하고자 하는 것이다.
발명의 추가의 목적은 부가의 제작을 사용하여 구성성분으로 용융 및 만들어질 때, 종래의 용접 와이어를 사용하여 만들어진 구성성분들에서 입증된 화학적 조성 및 기계적 특성들에 필적할 수 있는 화학적 조성 및 기계적 특성들을 보이는 용접성 티타늄 또는 티타늄 합금 와이어를 제조하기 위한 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명은 처리 중의 임의의 시간에서도 티타늄을 용융함이 없이 오직 고체 상태에서만 처리함으로써 미립자형 스폰지 티타늄 및 분말형 합금화 첨가물들로부터 제조되는 용접성 티타늄 합금 또는 복합물 와이어를 제조하기 위한 비용 효과적인 방법이 취득될 수 있다는 인식에 기초한다. 티타늄의 액체 금속 처리를 제거함으로써, Mg, Al 또는 W, Mo와 같은, 티타늄에 대해 아주 상이한 융점들을 갖는 구성성분들을 함유하는 합금들 또는 복합물들이 첨가될 수 있다. 게다가, 티타늄의 융점 위의 온도들에서 고화하는 강화 입자들의 조대화는 고체 상태 처리에 의해 또한 완화된다.
따라서 제 1 양태에서, 본 발명은 합금된 티타늄의 용접성 와이어를 제조하기 위한 방법에 관한 것이며, 상기 방법은 다음의 연속적인 공정 단계들, 즉
a) 50 내지 250 ㎛ 범위의 입자 크기를 갖는 하나 또는 그 초과의 분말형 합금화 첨가물들과 0.5 내지 10 mm 범위의 입자 직경을 갖는 스폰지 티타늄의 입자들을 섞고, 섞인 혼합물을 냉간 압분하고 750 내지 1250 MPa 범위의 압력에 윤활제를 포함한 섞인 혼합물을 노출시키는 것에 의해서 그린 물체(green object)를 형성하는 단계와,
b) 1000 내지 1250 ℃ 범위의 온도까지 보호 분위기에서 그린 물체를 가열하고 상기 온도에서 4 시간 이상의 기간 동안 유지하며, 티타늄 합금의 베타 변태 온도 이외의 200 ℃ 미만의 온도에서 그린 물체를 열간 가공하고 긴 프로파일의 합금된 티타늄을 취득하기 위해 그린 물체를 형상화하는 것에 의해서 긴 프로파일의 합금된 티타늄을 형성하는 단계, 및
c) 바람직한 직경을 갖는 용접성 와이어를 형성하기 위해 직렬로 위치된 하나 또는 그 초과의 롤들에 의해 압연 밀 내에서 긴 프로파일의 합금된 티타늄을 압연하는 것에 의해서 합금된 티타늄의 용접성 와이어를 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 방법은 실질적으로 보다 소수의 처리 단계들을 필요로 하고 최종 와이어 조성물에 보다 큰 가요성을 부여하는 방식으로 티타늄 합금 및/또는 티타늄 복합물 와이어 공급원료를 제조하기 위해서, 상업적으로 이용가능한 스폰지 티타늄, 즉 크롤(Kroll) 스폰지 티타늄, 및 합금화 첨가물들 및/또는 강화 입자들로부터 합금화된 티타늄의 용접성 와이어들을 제조하기 위한 비용 효과적인 방법을 제공한다. 게다가, 본 발명은 추가의 제작을 사용하여 구성성분으로 용융되고 만들어질 때, 종래의 용접 와이어를 사용하여 만들어진 구성성분들에서 입증된 화학적 조성 및 기계적 특성들에 필적할 만한 화학적 조성 및 기계적 특성들을 보이는 용접성 와이어를 제조한다.
본 발명은 임의의 공지된 스폰지 티타늄을 이용할 수 있으며, 스폰지 티타늄의 입자들은 스폰지 티타늄의 커다란 파편들을 파쇄 또는 전단함으로써 유리하게 만들어질 수 있다. 입자들은 0.5, 1, 1.5 또는 2 mm 중의 하나에서 시작하여 2.5, 3, 3.5, 4, 4.5, 5, 6, 7, 8, 9 또는 10 mm 중의 하나로 끝나는 임의의 범위의 입자 크기를 가질 수 있다. 적합한 범위들의 예들은 0.5 내지 10 mm, 0.5 내지 8 mm, 1 내지 6 mm, 및 1 내지 4 mm 입자 크기 분율(fraction)들이다. 본 발명에서 사용된 바와 같은 특정 범위의 용어 "입자 크기 분율"은 입자들을 분류하는데 사용될 격자(grate) 내의 메쉬 구멍들의 크기와 관련되어 있어서, 즉 0.5 내지 10 mm 범위를 갖는 입자 크기 분율은 메쉬 구멍 크기 0.5 mm를 갖는 격자를 통과하지 못하기엔 충분히 크지만 10 mm 메쉬 구멍 크기를 갖는 격자를 통과하기에는 충분히 작은 크기를 갖는 입자들로서 이해될 것이다.
상업적으로 이용가능한 스폰지 티타늄의 비교적 조대한 입자들의 사용은 분말형 티타늄을 이용하는 종래 기술에 비교할 때 티타늄 입자들을 형성하는데 상당한 양의 일과 에너지를 절약하는 장점을 제공한다. 따라서 비용 측면에서 가능한 한 커다란 입자들을 이용해야 한다. 그러나, 압분의 관점에서 가능한 한 미세한 입자들을 이용하는 것이 유리하다. 따라서 사용될 수 있는 가능한 가장 큰 입자 크기들을 조사하기 위해서 스폰지 티타늄 입자들의 압분에 대한 실험들이 수행된다. 테스트 결과들이 도 1a 및 도 1b에 도시되며, 여기서 도 1a는 입자 크기 분율들의 함수로서 인가된 가압 압력들을 도시하는 그래프이며, 도 1b는 입자 크기 분율들의 함수로서 취득된 압분의 밀도를 도시하는 그래프이다. 취득된 밀도들이 더 작은 입자 크기들에 비례하여 더 작아지는 놀라운 결과에 주목해야 한다. 그 결과들은 인가된 압력이 750 MPa 이상이어야 하나, 1100 내지 1200 MPa 범위에서 유리할 수 있다는 것을 나타낸다. 인가된 압력은 유리하게는, 최대 이론 밀도의 80% 이상을 갖는 빌렛을 달성하기 위해서 충분히 높아야 한다.
적합한 스폰지의 하나의 예는 ASTM B299-07 규격[1]을 만족하는 마그네슘-감소된, 진공 증류된 스폰지 티타늄이다. 이러한 스폰지는 높은 상업적 이용도 및 낮은 잔류 불순물 수치들을 갖는 장점을 가진다. 본 발명의 방법은 이러한 품질의 상업적으로 이용가능한 스폰지 티타늄의 경우에, 2000 ppm 산소, 300 ppm N, 500 ppm C, 및 150 ppm H 미만을 함유하는 티타늄 와이어들을 획득한다. 그러나, 이들 한계치들은 본 발명을 사용하여 달성될 수 있는 것을 나타내는 것이지 의도적인 첨가물들을 통해서 더 높은 불순물들 함량을 갖는 와이어들의 제조를 배제하는 것은 아니다. 스폰지 티타늄 입자들의 하한은 크롤 처리 중의 증류기 오염 및 분위기 오염으로부터 유발되는 Fe, O 및 N에 의해 좌우된다. 이런 이유로, 2 내지 3 mm 보다 작은 스폰지 입자들은 종종 다른 금속들의 제조에 있어서 합금화 첨가물들로서 사용되나, 3 mm 미만의 입자들은 이들 3 mm 미만의 입자들에 의해 주어지는 전체 불순물들의 함량이 관련 규격[2]을 초과하지 않는다면 사용될 수 있다. 이는 3 mm 미만인 받은 그대로의 스폰지 입자들을 더 작은 크기로 파쇄 및 연마된 더 큰 스폰지 입자들로 희석시킴으로써 달성될 수 있다.
본 발명은 티타늄과의 합금을 형성할 수 있는 임의의 공지된 또는 인지가능한 합금화 첨가물을 적용할 수 있다. 합금화 첨가물은 바람직하게, 소결 중에 티타늄 상에 합금화 원소들의 내부-확산 및 용해를 촉진시키며 따라서 실질적으로 균질한 조성을 갖는 티타늄 합금을 형성하기 위해서 50 내지 250 ㎛ 범위의 평균 입자 크기를 갖는 분말이어야 한다.
빌렛들로 냉간 압분될 섞인 혼합물의 티타늄 입자들 대 합금화 분말 첨가물들의 중량비는 제조될 티타늄 합금의 의도적인 조성물에 따라 결정될 것이다. 본 발명은 임의의 특정 범위의 중량비들을 시도하지 않지만, 의도된 합금 조성물을 형성하는데 필요한 임의의 중량비의 티타늄 입자들 : 합금화 첨가물을 적용할 수 있을 것이다. 적합한 합금화 첨가물의 일 예는 60 Al-40 V 모합금 과립들이며, 이는 ER Ti-5(ASTM 등급 5용 용접 와이어)[2]로서 표기되는 표준 등급의 티타늄인 Ti-6Al-4V 합금을 제조하기 위해서 1 : 9의 비로 스폰지 티타늄에 섞일 수 있다. 합금화 첨가물들의 대체 공급원은 35 Al-65 V 모합금일 수 있으며, 이는 동일한 Ti-6Al-4V 합금을 제조하기 위해서 9.23 : 0.77 : 90의 비로 순수 알루미늄 입자들 및 스폰지 티타늄과 함께 섞일 수 있다. 스폰지 티타늄에 첨가되는 합금화 첨가물들의 비율은 목표 티타늄 합금을 위한 표준 규격 및 혼합물 규칙들로부터 주어진다. 강화 입자들은 1200 ℃ 미만의 온도에서 티타늄 내에 완전 용해되지 않는 내화성 세라믹들로 구성될 수 있다. 그와 같은 입자들의 예들은 TiB2, Y2O3 그리고 반응성 및 희토류 원소들의 기타 산화물들을 포함한다.
본 발명의 장점은 처리 중의 언제라도 티타늄을 용융함이 없이 오직 고체 상태로 처리되는 파쇄된 스폰지 티타늄의 비교적 조대한 입자들로부터 균질한 티타늄 합금들을 형성할 수 있다는 점이다. 이러한 장점을 가능하게 하는 중요한 특징들 중의 하나는 티타늄 합금의 최대 이론 밀도의 약 80% 내지 약 90% 범위의 밀도까지의 증가를 형성하기 위해서 구상화 또는 클리닝과 같은 임의의 추가의 처리 또는 조치들 없이, 가압될 스폰지 티타늄 입자들, 합금화 분말 첨가물들, 및 선택적으로 강화 입자들, 윤활제들 등과 같은 다른 첨가물들의 섞인 혼합물에 대해 냉간 압분하는 것이다. 자유로운 형상들 및 형상 에지들을 갖는 티타늄의 조대한 입자들을 냉간 압분하는데에 따른 하나의 예상된 문제점은 가압 공구들에 대한 마손 또는 다른 형태의 파열 손상들이다. 이러한 문제점에 대한 해결책은 응력 링(stress ring)이 프레스 램(press ram)들과 함께 부상하는 것을 가능하게 하는 부상 다이 원리에 따라 작동하는 단축 프레스들을 이용하는 것이다. 적합한 압분 공구의 예는 경화 공구강 또는 텅스텐 탄화물의 코어 주위에 감기는 고강도 스틸 스트립 재료의 다중 층들로 만들어지는 예비-응력이 가해진 응력 링을 이용하는, 덴마크의 스트레콘 소재의 스트립와인딩(stripwinding) 공구이다. 이러한 공구는 초고 하중 하에서조차도 완전 탄성 거동하며 따라서 티타늄 조대한 입자들의 압분 하에서 고 전단력들에 저항할 수 있는 장점을 가진다. 본 출원인에 의해 만들어진 놀라운 발견은 마손에 따른 문제점이 티타늄 입자들의 평균 입자 크기가 1 mm보다 더 작게 될 때 더 악화되어서, 티타늄 입자들의 평균 입자 크기의 실제 하한이 0.5 mm가 된다는 점이다. 본 발명에서 사용된 바와 같은 용어 "냉간 압분"은 파쇄된 스폰지 티타늄의 입자들의 온도가 가압력들 하에 노출될 때 200 ℃ 미만임을 의미한다. 냉간 가압은 실온에서 수행될 수 있다.
마손에 따른 문제점은 섞인 혼합물의 압분 이전에 프레스 링의 벽 상에 윤활제를 피복함으로써 경감될 수 있다. 윤활제는 또한 윤활 효과를 증가시키기 위해 섞인 혼합물 내측에 첨가되고 그 내측에서 혼합된다. 윤활제는 소결 중에 티타늄 합금의 오염을 피하기 위해서 압분 이후에 가압된 빌렛에서 제거되어야 한다. 이는 약 400 ℃의 온도까지 보통의 열 처리 하에 빌렛을 노출시킴으로써 획득될 수 있다. 본 발명은 400 ℃ 미만의 온도에서 압분을 제거할 수 있는 분말 야금학적 압분에 이용되는 임의의 또는 인지가능한 윤활제에 적용할 수 있는데, 이는 티타늄이 주위 공기 내의 산소에 저항하는 최대 온도이기 때문이다. 따라서, 윤활제의 제거는 약 200 내지 400 ℃ 범위의 온도로 비교적 보통으로 가열하고 윤활제가 통상, 0.5 내지 10 시간들의 유지 기간으로 주어지는 가스 분출을 정지할 때까지 빌렛을 이러한 온도에서 유지함으로써 그렇게 획득되어야 한다. 윤활제가 입자들과 분말의 섞인 혼합물 내에서 혼합되면, 압분 중에 입자들 사이의 내부 마찰을 감소시킬 것이며 따라서 윤활제가 추가의 압분 동안 입체적으로 방해받는 지점까지 압분 공정을 경감시킬 것이다. 윤활제의 다른 기능은 압분체와 다이 벽 사이의 마찰인 외부 마찰을 감소시키는 것이다. 외부 마찰은 가압 공구들의 마손 및 마모의 근원이며 특히 티타늄 입자들의 경도로 인한 스폰지 티타늄 입자의 압분 중의 문제점이다. 분말 야금학적 압분용 윤활제들은 3 가지 형태, 즉 스테아린산 금속들, 아미드 왁스들, 및 복합 윤활제들로서 상업적으로 이용가능하다. 적합한 윤활제들의 예들은 스테아린산 아연, N,N' 에틸렌 비스스테아라미드를 포함하나 이에 한정되지 않는다.
스폰지 티타늄 입자들, 합금화 첨가물들, 및 선택적으로 즉, 윤활제와 같은 다른 첨가물 입자들의 혼합물은 입자들이 프레스를 넘어 떨어지는 것을 방지하기 위해 밀봉된 챔버의 바닥을 갖는 프레스 공구의 챔버 내측으로 붓어진다. 압분 공구의 챔버의 충전은 냉간 압분 중에 불활성, 비산화 세정가스(들)의 사용으로 압분된 빌렛 내에 불활성 가스의 수반을 초래할 수 있기 때문에 주위 분위기의 존재 하에서 수행된다. 캡슐화된 불활성 가스가 최종 제품의 다공성을 야기하는데, 이는 이들 가스들이 티타늄 내에서 제로 또는 무시할 정도의 용해도를 보이기 때문이다. 스폰지 티타늄의 갭슐화는 불필요한데, 이는 시초 구성성분들의 마그네슘, 염화 마그네슘 및 산소의 수치가 낮고 압분이 즉, 실온과 같은 저온에서 발생하기 때문이다. 따라서 고가의 캐닝(canning) 및 탈가스 작동들이 삭제되며 압분된 빌렛은 종래의 주조 잉곳들의 열적-기계적 처리로부터 제조된 종래의 티타늄과 동일한 방식으로 취급될 수 있다. 프레스 램은 공기가 다공성 빌렛으로부터 방출될 수 있도록 천천히 하강되며, 그에 따라 천천히 압분되고 조밀화된다. 고밀도 및 무시할만한 개방 표면-파단 다공성(open surface-breaking porosity)의 스폰지 티타늄 빌렛이 이러한 방식으로 제조될 수 있다. 프레스 성능 및 스폰지 티타늄과 프레스 컨테이너 벽(들) 사이의 마찰이 완전 조밀화가 달성될 수 있을 정도로 제한될지라도, 더 작은 내부 공동 및 표면 결함들이 있을 수 있기 때문에 보다 높은 밀도들이 바람직하다. 그 후에 압분된 빌렛(이후에 "빌렛"으로 지칭됨)이 프레스로부터 방출된다. 본 발명은 냉간 압분의 이러한 특정 예에 한정되지 않으며, 본 발명은 고밀도 및 무시할만한 개방 표면-파단 다공성의 빌렛으로 스폰지 티타늄과 합금화 첨가물들 및/또는 강화 입자들의 섞인 혼합물의 냉간 압분을 위한 임의의 공지되거나 인지가능한 공정을 이용할 수 있다.
빌렛을 형성하기 위해 섞인 혼합물의 압분 이후에, 합금화 원소들은 내부-확산에 의해 티타늄 상 내측으로 용해되어야 한다. 이는 티타늄 빌렛을 위한 베타 변태 온도 근처의 온도까지 불활성 분위기 내에서 빌렛을 가열함으로써 획득되는데, 이는 합금화 첨가물들 및 분위기 불순물의 확산이 더 낮은 온도의 알파 동소체(alpha allotrope)에 대해 더 높은 온도의 베타 상에서 거의 한자리 수만큼(an order of magnitude) 증가되기 때문이다. 이는 체심입방정계 베타 상 대 조밀 육방정계 알파 상의 낮은 패킹 분율 때문이다. 실제로, 이는 합금화 원소들의 내부-확산 중의 온도가 1000 내지 1250 ℃ 범위 내에 있어야 하며 이러한 온도에서 합금화 첨가물을 용해하기에 충분한 기간 동안 빌렛을 유지해야 하며, 이 기간은 실제로 4 시간 또는 그 초과를 의미한다. 250 ㎛ 미만의 평균 입자 크기를 갖는 합금화 첨가물들에 적용하고 1100 ℃의 온도를 적용할 때, 실제의 테스트들은 합금화 원소들이 6 내지 8 시간들의 유지 시간의 경우에 티타늄 내측으로 완전 용해됨을 보여준다. 압분된 빌렛을 불활성(보호) 분위기에서 가열하는 것은 분위기 오염을 최소로 할 것을 필요로 하지만, 적절한 유리 코팅들 또는 다른 보호 코팅들이 적용되어 있으면 생략될 수 있다. 본 발명에서 사용된 바와 같은 용어 "보호 분위기"는 가열된 금속의 물체를 커버하는 임의의 공지된 또는 인지가능한 가스 또는 가스성 혼합물을 의미하며 이는 금속 물체를 주위 공기로부터 격리시키며 따라서 분위기의 구성성분들로부터 산화 또는 궁극적으로 다른 원치않는 화학 작용에 노출되는 것으로부터 금속을 보호한다.
용접 와이어는 종래의 용접 와이어들에 필적할만한 특성들을 획득하기 위해서 가능한 한 균질한 조성물을 가져야 한다. 또한, 강화 미세 입자들의 균일한 분포를 가지며 별개의 합금화 첨가물 또는 모합금 입자들을 갖지 않는 것을 특징으로 하는 실질적으로 균일한 화학 조성 및 미세조직의 합금화된 빌렛이 후속 압출 및 압연에 유리하다. 합금화 원소(Al 및 V)들이 티타늄 상 내측으로 관통하는 확산 거리는 수학식 1 내지 3을 이용함으로써 주어진 온도들과 유지 시간들로부터 계산될 수 있다.
Figure pct00001
Figure pct00002
Figure pct00003
표 1로부터 열처리가 조성물의 균질화를 위해 이용될 수 있으나, 불만족스러운 고온 및 유지 시간에서 이용될 수 있음을 알 수 있다. 따라서 티타늄 합금의 균질화를 완성하기 위해서 열처리 이후에 열간 가공 단계를 포함하는 것이 유리하다. 열간 가공 단계는 조성을 균질화하고 압분 이후에 빌렛 내의 최종 잔류 공극들 또는 공동들을 제거하기 위해서 티타늄 상을 혼련하는(kneading) 기능을 가진다. 이러한 목적을 달성할 수 있는 임의의 공지된 또는 인지가능한 열간 가공 기술이 적용될 수 있다. 적합한 열간 가공의 예는 물체들의 직접적인 금속 증착 구성에 있어서 용접 와이어로서 사용하는데 적합한 얇은 균질한 와이어를 형성하기 위해서 후속 압연 및 인발에 적합한 긴 가공체 또는 로드로 빌렛을 압출하는 것이다.
열간 가공으로서 압출을 이용하는 경우에, 빌렛은 빌렛과 압출 프레스 표면들 사이의 마찰을 감소시키고 압출을 수행하는데 요구되는 힘들을 낮추기 위해서 압출 이전에 윤활제로 코팅 또는 캡슐화되는 것이 유리할 수 있다. 티타늄 빌렛들을 압출하는데 적합한 당업자에게 공지된 임의의 현재 또는 미래의 윤활제가 적용될 수 있다. 적합한 윤활제의 일 예는 유리이다. 압분된 티타늄 빌렛의 열간 압출은 다음 방식으로 수행될 수 있다. 빌렛은 빌렛과 프레스 표면들 사이의 마찰을 완화하고 압출 다이의 마모 및 분위기 오염물들의 흡입을 최소화하기 위해서 유리 윤활제로 코팅되는 것이 유리할 수 있다. 빌렛이 바람직하게, 불활성 또는 진공 분위기에서 가열되어서, 냉간 압분 공정으로부터 유래되는 수반 산소 및 질소가 티타늄 기질(matrix) 내에 흡수되는 반면에, 합금화 첨가물들은 완전히 용해되기 위한 온도에서 충분한 시간을 가진다. 이는 빌렛 조성의 균질화 및 내부 다공성의 조밀화 및 융합을 초래한다. 이러한 가열 단계의 완료시에, 합금화 첨가물과 스폰지 티타늄의 섞인 혼합물들은 연속적인 상을 보인다.
Figure pct00004
* 다양한 온도들과 기간들에서의 균질화 동안에 합금화 첨가물들의 용해에 대해 계산된 Al 및 V의 확산 거리들(단위 ㎛)
강화 입자들을 함유하는 시초 혼합물들은 2-상 미세조직을 보유하는데, 이는 강화 입자들이 티타늄 기질 내에 완전히 용해되지 않아야 하기 때문이다. 그와 같은 하나의 예가 TiB2이며, 이는 화학식 4에 따라 TiB를 형성하도록 전술한 가열 하에서 티타늄 기질과 반응할 것이다. 강화 입자들은 부분 용해되나, 잔류 TiB는 안정하고 제 2 상을 형성한다. 대체 실시예는 Y2O3 강화 입자들을 사용하는데, 이는 티타늄 기질과 반응하지 않으며 따라서 Y2O3 강화 입자들이 용해되지 않는 열역학적으로 안정한 입자들이다.
Figure pct00005
유리하게, 시초 스폰지 입자들에 대해 압분된 빌렛의 밀도는 혼합물의 이론 벌크 밀도에 가까워야 하는데, 이는 가스성 불순물들의 물질 전달에 대한 상당한 확산 장벽을 제공하기 때문이다. 통상적으로, 빌렛 밀도가 90% 미만으로 떨어질 때 상당한 양들의 개방 및 상호연결 다공성이 관찰된다. 실제로, 이는 압출 중 빌렛의 시초 온도도 출구 온도도 1300 ℃를 초과하면 안 되는 것을 의미한다. 압출된 바의 밀도는 98%보다 더 클 수 있다.
빌렛은 예열된 압출 프레스 챔버로 지체 없이 전달되는 것이 유리할 수 있다. 압출 챔버 및 다이의 가열은 티타늄 빌렛의 급냉을 방지하는데 필요하며, 이는 불필요하게 높은 압출 압력들을 초래할 것이다. 압출 램은 증가하는 힘을 빌렛의 후방 단부에 인가하여 거의 완전한 조밀화를 초래한다. 압력이 증가하는 경우에, 빌렛은 바 또는 프로파일과 같은 압출 틀을 형성하는 압출 다이를 통해서 유동하기 시작한다. 압출 틀을 나오는 속도는 또한 압출 비로서 공지된 빌렛 및 바의 상대 횡단면적, 및 압출 프레스 속도에 비례한다. 압출 다이는 또한, 결함이 없는 압출된 티타늄의 표면 마무리를 보장하기 위해서 정확한 입구 및 출구 형상들을 가져야 한다. 압출된 티타늄 또는 가공체는 유리하게, 차후의 취급 및 저장을 용이하게 하기 위해서 표면 오염물들이 세정되고 가온 중에 나선형으로 감길 수 있다.
용접 와이어의 마무리는 열간 단조된 긴 가공체를 와이어로 냉간 성형하는 것이다. 이는 가공체의 직경 감소를 위해 압연 밀에서 연속적인 압연 단계들의 조합에 의해서 획득된다. 롤들을 통한 각각의 패스(pass)는 유리하게 5 내지 35%의 면적 감소를 부여해야 한다. 압연 공정은 가공체가 소정 직경, 통상적으로 0.8 내지 3 mm 범위의 용접 와이어로 변형될 때까지 반복된다. 가공체는 유리하게, 응력을 제거하기 위해서 각각의 압연 단계 사이에서 약 10 내지 60 분의 기간 동안 약 400 내지 약 600 ℃의 온도에서 어닐링될 수 있다. 이와는 달리, 압연 공정은 다가오는 공급물의 횡단면적이 연속적이고 상당하게 감소되도록 직렬로 위치된 여러 롤들을 갖는 연속적인 압연 밀에서 수행될 수 있다. 이러한 대안에서, 중간 응력 제거는 바람직하게 불활성 가스 또는 진공으로 채워진 가열된 노 내에 와이어를 유지함으로써 획득될 수 있다. 응력 제거는 압연 패스들 사이에서 배치(batche)들 또는 인-라인으로 수행될 수 있으며, 결과적인 로드 또는 와이어가 추가로 냉간-가공되기에 충분한 연성을 복원할 수 있도록, 발생될 충분한 재-결정화, 및 후속의 연화를 촉진하는 조건들을 제공해야 한다. 상업적 자동 용접 와이어 공급기들을 통해서 공급될 수 있는 와이어 제품에 충분한 강성을 획득하기 위해서, 응력 제거 열 처리 이후에, 그러나 와이어의 나선형 감기 이전에 하나 이상의 압연 패스가 있는 것이 바람직하다. 와이어의 횡단면 프로파일은 압연 밀 내의 홈들의 크기 및 형상에 의해서 결정되며 압연 과정 중에 변할 수 있으며, 예를 들어 4면-, 6면 또는 8면 로드가 원형 와이어를 제조하도록 반-원을 갖는 롤들을 통해 그리고 역으로 통과할 수 있다.
이와는 달리, 가공체의 압연은 1 내지 4 mm 범위의 직경을 갖는 비교적 두꺼운 와이어를 획득할 때 정지될 수 있으며 그 후에 하나 또는 그보다 많은 인발 단계들에 의해 의도한 크기로 와이어의 직경을 감소시킨다. 응력 제거는 유리하게, 각각의 연속적인 인발 사이에서 10 내지 60 분의 기간 동안에 400 내지 600 ℃의 온도에서 어닐링에 의해 수행될 수 있다. 1 내지 4 mm 직경의 긴 가공체로부터 심지어 0.8 내지 3 mm 범위의 직경을 갖는 티타늄 합금 와이어를 만들 수 있는 임의의 또는 인지가능한 인발 기술이 적용될 수 있다. 용접 와이어의 최종 직경 및 인발 와이어의 직경 모두에 대해서도 다른 직경들이 또한 적용될 수 있다. 위의 규격들은 적합한 범위들로 해석되어야 하며 절대적인 한계치들로 해석되어서는 안 된다.
도 1a는 미립자 크기 분율들의 함수로서 인가된 가압 압력들 도시하는 그래프이며,
도 1b는 미립자 크기 분율들의 함수로서 획득된 압분체의 밀도를 도시하는 그래프이며,
도 2는 빌렛을 열간 가공하기 위한 압출기의 횡단면의 개략적인 도면이며,
도 3은 본 발명에 따라 형성된 용접 와이어에 의한 DMD 구성으로부터 만들어진 합금된 티타늄의 두 개의 물체들에 대한 사진이다.
직경 80 mm의 18 개의 일련의 원통형 빌렛들이 다음과 같이 만들어졌다. 1 내지 4 mm의 주요 분율을 갖는 0.5 내지 8 mm의 입자 크기들을 갖는 파쇄된 스폰지 티타늄이 100 내지 250 ㎛의 평균 입자 크기 분율을 갖는 (스폰지 티타늄 중량을 기초로)10 중량%의 모합금 433-6 및 스웨덴 회가내스 아베로부터 상표명 메탈루브(Metallub) 하에 판매되는 (혼합물의 전체 양을 기초로)0.8 중량%의 상업적인 복합 윤활제와 혼합되었다. 혼합물은 실질적인 균질한 조성물이 될 때까지 시멘트 혼합기 내에서 섞였다.
그 후에, 부상식 다이에 의해 분말을 단계적으로 단축 프레스의 챔버 내측으로 장전하여 소정 양의 분말을 압분하고 그 분말을 단계적 압력 증가 하에 노출시킴으로써 각각의 빌렛이 만들어졌다. 통상적인 가압 절차는 처음에 혼합물의 약 1/4을 프레스 챔버 내측에 장전하고 약 20 MPa의 압력을 인가하는 것이었다. 그 후에 혼합물의 1/4을 프레스 챔버 내측에 첨가하고 약 40 MPa의 압력을 인가했다. 혼합물의 다른 1/4을 장전하고 압력을 155 MPa로 증가하기 이전에, 그리고 나머지 혼합물을 첨가하고 압력을 약 770 내지 780 MPa로 증가하기 이전에 혼합물의 다른 작은 분율을 첨가하고 압력을 90 MPa로 증가했다. 이는 표 2에 주어진 바와 같이, 최대 이론 밀도의 80 내지 90 % 범위의 밀도를 갖는 빌렛들을 초래했다.
이들 빌렛들 중의 10 개가 1 시간 동안 400 ℃까지 가열되었으며 그 후에 윤활제를 제거하기 위해 12 시간 동안 200 ℃에서 유지되었다. 윤활제는 상표명 메탈루브(상표명) 하에서 판매되는 상업적인 복합 윤활제였으며 아연 비누(zinc soap) 및 아미드 구성성분을 포함한다. 그 후에 빌렛들은 레토르토 노(retort furnace) 내에 장전되었으며 아르곤 분위기 내에서 8 시간 동안 1100 ℃로 가열되었다.
그 후에 빌렛들은 열간 단조된 가공체들을 형성하도록 열간 압출되었다. 빌렛들은 압출된 티타늄 로드들을 형성하도록 유리로 코팅되고 다이를 통해 통과되었다. 압출기의 횡단면을 도시하는 개략적인 도면이 도 2에 도시되었다. 빌렛(1)은 다이를 향해서 화살표로 표시된 방향으로 이동되며 프레스된다. 다이는 고강도 스틸로 형성된 다이 지지대(3) 및 세라믹 링(4)을 포함한다. 다이 이전에는 다이 링 내측으로 깔대기형 입구를 생성하는 고강도 스틸의 원추형 지지 링(5)이 있다. 유리로 만들어진 원추형 링(6)이 지지 링(5) 내측에 놓여서 빌렛을 압출하는 동안 윤활을 제공한다. 빌렛들의 압출에 이용되는 매개변수들이 표 3에 주어진다.
Figure pct00006
* 1 내지 8 mm 입자들을 80 mmφ 빌렛들으로 압분한 결과들
직경 20 mm를 갖는 압출된 하나의 로드(가공체)가 직경 1.6 mm의 용접 와이어를 형성하도록 여러 압연 단계들 하에 노출되었다. 각각의 압연 단계는 다음과 같이 수행되었다. 가공체는 이를 600 ℃로 가열함으로써 응력이 제거되었으며 15 분 동안 그 온도에서 유지했으며 그 후에 어느 정도의 직경을 감소시키는 압연 단계를 통해 통과되었다. 그 후에 1.6 mm의 의도된 직경이 획득될 때까지 과정이 반복되었다. 가공체 직경의 단계적 감소는 18, 12, 8, 6, 4, 3, 2, 및 1.6 mm였다.
용접 와이어는 서로에 4 개의 용접물들을 증착하여 대략 25g의 두 개의 작은 물체들을 생성하는 직접 금속 증착에 의해 테스트 물체를 만들기 위해 TIG 용접 토치에 이용되었다. 용접은 TIG-토치가 11 V에서 70 A 및 분당 14 리터의 아르곤 플러싱(flushing)(실온 및 1 기압)이 공급되는 아르곤 분위기에서의 종래의 DMD-공정이었다. 물체들에 대한 사진이 도 3에 도시되었다.
Figure pct00007
* 빌렛들의 열간 압출에 이용된 매개변수들
샘플들은 X-선 마이크로 분석을 갖는 주사식 전자 현미경(SEM/EDS)에서 분석되고 5 등급 기준 재료 295-335-HV10과 비교되었다. 두 물체들의 티타늄 합금이 1.1-2.0 중량%의 알루미뮴 함량 및 1.1-2.1 중량%의 바나듐 함량을 갖는 것을 발견했다. 이들 값들은 5.1-5.4 중량%의 Al 함량 및 4.5-5.1 중량%의 V 함량을 갖는 표준 5 등급 재료보다 약 2 배수(factor) 더 낮다. 불일치는 섞인 혼합물 내의 스폰지 티타늄 입자들 및 합금 분말 첨가물의 불완전한 균질화 또는 편석으로 인한 것으로 여겨진다.
그러나, SEM/EDS 분석은 용접된 티타늄 물체 내에 순수한 모합금 상들이 없었고 합금화 원소(Al 및 V)가 티타늄 기질 내에 균질하게 분포되었음을 발견했으며, 이는 완전한 용해 및 균질화가 획득되었음을 보여주는 것이다. 티타늄 합금의 경도는 기준 재료의 경도와 유사한 것으로 발견되었다.
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Claims (12)

  1. 합금화된 티타늄의 용접성 와이어를 제조하기 위한 방법으로서,
    상기 방법은 다음의 연속적인 공정 단계들, 즉
    a) 50 내지 250 ㎛ 범위의 입자 크기를 갖는 하나 또는 그 초과의 분말형 합금화 첨가물들과 0.5 내지 10 mm 범위의 입자 직경을 갖는 스폰지 티타늄의 입자들을 섞고, 섞인 혼합물을 냉간 압분하고 750 내지 1250 MPa 범위의 압력에 윤활제를 포함한 섞인 혼합물을 노출시키는 것에 의해서 그린 물체(green object)를 형성하는 단계와,
    b) 1000 내지 1250 ℃ 범위의 온도까지 보호 분위기에서 그린 물체를 가열하고 상기 온도에서 4 시간 이상의 기간 동안 유지하며, 티타늄 합금의 베타 변태 온도 이외의 200 ℃ 미만의 온도에서 그린 물체를 열간 가공하고 긴 프로파일의 합금된 티타늄을 취득하기 위해 그린 물체를 형상화하는 것에 의해서 긴 프로파일의 합금된 티타늄을 형성하는 단계, 및
    c) 바람직한 직경을 갖는 용접성 와이어를 형성하기 위해 직렬로 위치된 하나 또는 그 초과의 롤들에 의해 압연 밀 내에서 긴 프로파일의 합금된 티타늄을 압연하는 것에 의해서 합금된 티타늄의 용접성 와이어를 형성하는 단계를 포함하는,
    티타늄 합금의 용접성 와이어를 제조하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    스폰지 티타늄의 입자들이 파쇄되고 전단되며, 스폰지 티타늄의 마그네슘이 감소되며, 진공 증류된 스폰지 티타늄은 ASTM 표준 B 299-07을 만족시키는,
    티타늄 합금의 용접성 와이어를 제조하기 위한 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    파쇄되고 전단된 스폰지 티타늄은 다음 범위, 즉 0.5 내지 8 mm, 1 내지 6 mm, 또는 1 내지 4 mm 범위들 중의 하나의 입자 크기 분율을 가지는,
    티타늄 합금의 용접성 와이어를 제조하기 위한 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    섞인 혼합물의 압분은 1100 내지 1200 MPa 범위의 압분 압력에 의해 실온에서 수행되는,
    티타늄 합금의 용접성 와이어를 제조하기 위한 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    압분은 부상식 응력 링 및 부상식 프레스 램을 포함하는 단축 프레스에서 수행되며, 프레스 링의 벽들은 스테아린산 금속들 또는 아미드 왁스로부터 선택된 윤활제로 코팅되는,
    티타늄 합금의 용접성 와이어를 제조하기 위한 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    윤활제는 또한 혼합물 내에서 섞이며 그린 물체(green object)가 상기 압분에 후속하여 200 내지 400 ℃의 온도로 가열되고 0.5 내지 10 시간의 기간 동안 상기 온도에서 유지되는,
    티타늄 합금의 용접성 와이어를 제조하기 위한 방법.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    윤활제는 스테아린산 아연, N,N' 에틸렌 비스스테아라미드인,
    티타늄 합금의 용접성 와이어를 제조하기 위한 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    긴 프로파일의 합금된 티타늄을 형성하는 b) 단계는,
    대략 1100 ℃의 온도까지의 보호 분위기에서 그린 물체를 가열하고 그 온도를 6 내지 8 시간의 기간 동안 유지하며, 그 후에
    티타늄 합금의 베타 변태 온도로부터 200 ℃ 미만의 온도에서 그린 물체를 열간 압출하는 것에 의해 획득되는,
    티타늄 합금의 용접성 와이어를 제조하기 위한 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    긴 프로파일의 합금된 티타늄을 형성하는 b) 단계는,
    대략 110 ℃의 온도까지의 보호 분위기에서 그린 물체를 가열하고 그 온도를 6 내지 8 시간의 기간 동안 유지하며, 그 후에
    티타늄 합금의 베타 변태 온도로부터 200 ℃ 미만의 온도에서 그린 물체를 열간 압출하는 것에 의해 획득되며,
    용접 와이어를 형성하는 c) 단계는,
    ⅰ) 10 내지 60 분의 기간 동안 약 400 내지 600 ℃에서 긴 프로파일을 어닐링하고,
    ⅱ) 긴 프로파일의 직경을 압연 밀에서 감소시키도록 긴 프로파일을 압연하고, 그리고
    ⅲ) 긴 프로파일의 직경이 1 내지 4 mm 범위가 될 때까지 ⅰ)단계와 ⅱ)단계를 반복하는 것에 의해 긴 프로파일의 합금된 티타늄을 인발 와이어로 성형하며, 그 후에
    j) 약 10 내지 60 분 동안 약 400 내지 600 ℃에서 인발 와이어들을 어닐링하고,
    jj) 그 자체가 공지된 방식으로 인발 와이어의 직경을 감소시키도록 인발 와이어를 인발하고, 그리고
    jjj) 와이어가 용접 와이어의 의도된 직경을 획득할 때까지 j)단계와 jj)단계를 반복하는 것에 의해 인발 와이어를 용접 와이어로 성형하는 것에 의해 획득되는,
    티타늄 합금의 용접성 와이어를 제조하기 위한 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    압연 밀의 롤들을 통한 각각의 패스는 5 내지 35%로 긴 프로파일의 직경을 감소시키는,
    티타늄 합금의 용접성 와이어를 제조하기 위한 방법.
  11. 스폰지 티타늄 입자들의 용융 또는 캡슐화 없이 냉간 압분, 압출 및 압연에 의해서 물리적으로 통합되는 크롤 공정으로부터의 스폰지 티타늄 입자들로 구성되는,
    용접성 티타늄 와이어.
  12. 제 11 항에 있어서,
    와이어는 300 ppm N, 500 ppm C 및 150 ppm H 미만, 그리고 500 내지 10000 ppm 범위의 O를 함유하는,
    용접성 티타늄 와이어.
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