알루미늄 합금과 티타늄 합금의 주요 차이점 및 선택 방법

두 가지 경금속, 두 가지 다른 디자인 철학

알루미늄 합금과 티타늄 합금은 모두 경금속으로 분류되지만 엔지니어링에서는 서로 다른 역할을 합니다. 알루미늄은 일상적인 일꾼입니다. 저렴하고 성형 및 기계 가공이 쉬우며 수많은 구조 및 미용 응용 분야에 충분합니다. 티타늄은 고성능 전문가입니다. 킬로그램당 가격이 대략 두 배나 비싸고 제작이 어렵지만 특정 강도와 내식성은 타의 추종을 불허합니다. 그들 사이의 결정은 전반적으로 어떤 금속이 더 나은지에 관한 경우가 거의 없습니다. 이는 특정 구성 요소에 대해 어떤 속성이 가장 중요한지에 관한 것입니다.

밀도 및 물리적 특성

알루미늄 합금의 밀도는 약 2.70g/cm3인 반면, 티타늄 합금은 상업용 순수 등급의 경우 약 4.51g/cm3, Ti-6Al-4V의 경우 4.43g/cm3입니다. 강철은 7.85g/cm3입니다. 따라서 알루미늄은 이 비교에서 가장 가벼운 구조용 금속이지만 티타늄의 강도가 비례적으로 훨씬 높기 때문에{17}}중량 대비 강도 경쟁에서 승리합니다. 녹는점도 크게 다릅니다. 알루미늄은 섭씨 660도 근처에서 녹고, 티타늄은 섭씨 1,668도 근처에서 녹습니다. 이는 고온 서비스에서 티타늄의 장점을 설명합니다.

기계적 성질 비교

알루미늄 합금은 약 섭씨 150도 이상에서 빠르게 강도를 잃습니다. 티타늄은 등급에 따라 섭씨 300~400도까지 유용한 강도를 유지하고 크리프{4}}저항 합금은 섭씨 550도까지 확장됩니다. 강성이 중요한 경우 약 110GPa의 티타늄 모듈러스는 알루미늄보다 약 60% 더 높기 때문에 더 얇고 가벼운 섹션이 편향 한계를 충족할 수 있습니다.

부식 저항

두 금속 모두 보호 산화막을 형성하지만 티타늄의 막이 훨씬 더 안정적입니다. 티타늄은 본질적으로 해수, 표백제 및 습식 염소의 염화물 구멍, 틈새 부식 및 응력 부식 균열에 면역이며 해양 서비스용 코팅이 필요하지 않습니다. 알루미늄은 합금과 마감에 따라 다릅니다. 5xxx 해양 합금은 바닷물에 잘 견디는 반면, 2xxx 및 7xxx 항공우주 합금은 양극 처리 또는 도장이 필요합니다. 염화물 환경의 알루미늄은 구멍이 생기고 스테인리스 패스너의 갈바닉 부식은 절연 와셔로 설계해야 하는 일반적인 현장 고장입니다.

가공성, 성형성 및 비용

알루미늄은 쉽게 가공되고, 적절한 기술로 쉽게 용접되며, 저렴한 비용으로 복잡한 프로파일로 압출 성형될 수 있습니다. 티타늄은 가공이 어렵습니다. 열전도율이 낮아 절삭날에 열이 집중되고, 칩이 발화될 수 있으며, 공구 마모가 심해 가공 비용이 몇 배 더 높습니다. 성형도 다릅니다. 알루미늄 스탬핑과 압출이 대량 생산을 지배하는 반면, 티타늄 부품은 일반적으로 단조, 열간{2}}성형 또는 기계 가공을 통해 판에서 생산됩니다. 완성된 티타늄 부품의 총 비용은 동급 알루미늄 부품의 5~10배인 경우가 많습니다. 따라서 티타늄은 그 특성이 가격을 정당화하는 경우에만 나타납니다.

애플리케이션 비교

항공우주: 동체 스킨, 스트링거 및 대부분의 구조 프레임용 알루미늄; 엔진 마운트, 랜딩 기어, 패스너 및 섭씨 150도 이상의 뜨거운{0}부분 부품용 티타늄입니다.

해양: 상부 구조물 및 소형 선박용 알루미늄; 프로펠러 샤프트, 해수 배관, 열 교환기 및 심해 하우징용 티타늄-

화학 처리: 보관 및 극저온 서비스용 알루미늄; 염화물-함유 공정 배관, 반응기 및 표백 라인용 티타늄.

의료: 알루미늄은 임플란트에 사용되지 않습니다. 티타늄 등급 1-4 및 Ti-6Al-4V ELI가 표준 임플란트 재료입니다.

소비자 및 자동차: 알루미늄은 차체 패널, 휠 및 열교환기를 지배합니다. 티타늄은 고급-배기 장치, 스프링, 자전거 프레임에 사용됩니다.

선택 방법

작동 온도가 섭씨 150도 미만으로 유지되고, 환경이 건조하거나 코팅되어 있고, 부피당 무게가 우선이고, 예산이 제한되어 있는 경우 알루미늄을 선택하세요. 염화물이나 공격적인 화학물질이 존재하거나, 사용 온도가 알루미늄의 한계를 초과하거나,-중량 대비 강도 또는 강성-대-중량이 최대화되어야 하거나, 부품이 하중을 견디고 인체에 이식되는 경우 티타늄을 선택하세요.- 두 재료 중 하나라도 작동할 수 있으면 수명 주기 비교를 실행하세요.{8}}부식성 환경에서 티타늄의 긴 사용 수명이 높은 첫 번째 비용을 상쇄하는 경우가 많습니다.

FAQ

티타늄은 항상 알루미늄보다 강합니까?

킬로그램당이 아닙니다. 알루미늄의 밀도가 낮다는 것은 일부 알루미늄 합금이 경부하 구조물에 대한 티타늄의 특정 강도와 일치한다는 것을 의미하지만, 티타늄은 훨씬 더 높은 절대 강도, 강성 및 높은-온도 성능을 제공합니다.

티타늄이 알루미늄보다 훨씬 비싼 이유는 ​​무엇입니까?

티타늄 추출은 에너지 집약적-인 Kroll 공정을 사용하며, 이후의 용융, 단조 및 가공은 모두 알루미늄 가공보다 더 어렵고 느리기 때문에 완성된-부품 비용이 알루미늄의 5~10배에 이릅니다.

티타늄과 알루미늄을 하나의 어셈블리에 함께 사용할 수 있습니까?

예, 하지만 갈바닉 부식을 방지하려면 일반적으로 코팅된 와셔, 양극 산화 처리된 표면 또는 밀봉재를 사용하여 전기적으로 절연해야 하며, 특히 해양 및 항공우주 어셈블리에서는 더욱 그렇습니다.

바닷물에서 내식성이 더 좋은 합금은 무엇입니까?

티타늄은 우수합니다. 티타늄은 본질적으로 염화물 공격에 면역인 반면, 알루미늄 합금은 장기적인 해수 노출을 견디기 위해 적절한 합금 선택과 보호 마감 처리가 필요합니다.-

알루미늄 합금이 고온 응용 분야에 적합한가요?-

대부분의 구조용 합금의 경우 섭씨 150도 정도까지만 허용됩니다. 그 이상에서는 강도가 급격히 떨어지므로 티타늄이나 니켈 합금을 고려해야 합니다.

어떤 금속이 용접하기 더 쉽나요?

둘 다 깨끗한 조건이 필요하지만 알루미늄 용접에는 주의 깊은 산화물 제거가 필요하고 다공성이 발생할 수 있습니다. 티타늄 용접은 간단하지만 취성을 방지하기 위해 엄격한 불활성{0}}가스 차폐가 필요합니다. 생산에서는 일반적으로 알루미늄이 더 쉽습니다.