항공우주재료와 휴대폰이 티타늄합금으로 몰려드는 이유는 무엇일까?

티타늄의 특성
높은 비강도: 알루미늄 합금의 1.3배, 마그네슘 합금의 1.6배, 금속 소재의 챔피언인 스테인리스강의 3.5배.
높은 열 강도: 사용 온도는 알루미늄 합금보다 수백도 높으며 450-500 도의 온도에서 오랫동안 작동할 수 있습니다.
우수한 내식성: 산, 알칼리 및 대기 부식에 대한 저항력이 강하며, 특히 피팅 및 응력 부식에 대한 저항성이 강합니다.
우수한 저온 성능: 격자간 원소가 매우 낮은 티타늄 합금 TA7은 -253 정도에서 어느 정도의 가소성을 유지할 수 있습니다.
높은 화학적 활성: 고온에서 높은 화학적 활성을 가지며 공기 중의 수소, 산소 및 기타 가스 불순물과 화학적으로 쉽게 반응하여 경화층을 생성합니다.
작은 열전도율, 작은 탄성 계수: 열전도율은 니켈의 약 1/4, 철의 1/5, 알루미늄의 1/14이며 다양한 티타늄 합금의 열전도율은 티타늄보다 약 50% 낮습니다. 티타늄 합금의 탄성률은 강철의 약 1/2입니다.
티타늄 합금의 분류 및 용도
티타늄 합금은 용도에 따라 내열합금, 고강도 합금, 내식합금(티타늄-몰리브덴, 티타늄-팔라듐 합금 등), 저온합금, 특수 기능을 갖는 합금(티타늄)으로 분류됩니다. -철 수소 저장 재료, 티타늄-니켈 메모리 합금). 티타늄과 그 합금은 오랫동안 사용되지 않았지만 뛰어난 성능으로 인해 수많은 명예로운 칭호를 받았습니다. 첫 번째 제목은 "우주 금속"으로, 경량, 고강도, 고온 내성을 가지며 특히 항공기 및 다양한 우주선 제조에 적합합니다. 현재 전 세계에서 생산되는 티타늄 및 티타늄 합금의 약 3/4이 항공우주 산업에 사용됩니다. 원래 알루미늄 합금으로 만들어진 많은 부품이 티타늄 합금으로 대체되었습니다.
티타늄 합금 항공우주 응용 분야
티타늄 합금은 단조 티타늄 팬, 가압 공기 디스크 및 블레이드, 엔진 카울링, 배기 장치 및 기타 부품과 같은 항공기 및 엔진 제조 재료뿐만 아니라 구조 프레임 부품과 같은 항공기의 빔 및 구획에 주로 사용됩니다. 우주선은 주로 고강도, 내식성 및 저온 저항성을 갖춘 티타늄 합금을 사용하여 다양한 압력 용기, 연료 저장 탱크, 패스너, 계기 스트랩, 프레임 및 로켓 포탄을 제조합니다. 인공 지구 위성, 달 착륙 모듈, 유인 우주선 및 우주 왕복선에도 티타늄 합금 판 용접 부품이 사용됩니다.
1950년에 미국은 최초로 F-84 전투기에 후방 동체 방열판, 바람막이 덮개, 꼬리 덮개 및 기타 비내력 구성 요소를 사용했습니다. 1960년대에는 후방 동체에서 중앙 동체까지 티타늄 합금 부품을 사용하기 시작했으며, 스페이서 프레임, 빔, 플랩 슬라이드 및 기타 중요한 하중 지지 구성 요소를 만들기 위해 구조용 강철을 부분적으로 대체했습니다. 1970년대 이후 민간 항공기에서는 티타늄을 적용한 보잉 747 여객기와 같이 티타늄 합금이 많이 사용되기 시작했습니다. 보잉 747 여객기에 사용된 티타늄의 양은 3640kg 이상으로 기계 중량의 28%를 차지했습니다. . 가공 기술의 발달로 로켓, 위성, 우주선에도 티타늄 합금이 많이 사용됩니다. 비행기가 발전할수록 더 많은 티타늄이 사용됩니다. US F-14티타늄 합금을 사용한 전투기로 기체 중량의 약 25%를 차지합니다. F-1525.8%의 파이터; 티타늄 함량이 41%인 미국 4세대 전투기는 F119 엔진에 티타늄 함량이 39%로 현재 항공기 중 티타늄 함량이 가장 높다.
티타늄 합금은 다양한 항공 목적으로 사용됩니다.
항공운송용 항공기의 재료는 왜 티타늄 합금을 사용해야 합니까?
현대 항공기 항법 최고 속도는 음속의 2.7배 이상에 도달했습니다. 이러한 빠른 초음속 비행은 비행기와 공기를 마찰시키고 많은 열을 발생시킵니다. 비행 속도가 음속의 2.2배에 도달하면 알루미늄 합금은 견딜 수 없으므로 내열성 티타늄 합금을 사용해야 합니다. 항공기 엔진 추력 대 중량 비율이 4에서 6에서 8에서 10일 때 압축 가스 출구 온도는 200에서 300도에서 500에서 600도로, 원래의 저압 압축 가스 디스크와 블레이드는 알루미늄으로 만들어졌습니다. 티타늄 합금으로 변경해야 합니다.
최근 몇 년 동안 과학자들은 티타늄 합금 연구 성과에 대해 연구하고 끊임없이 새로운 발전을 이루었습니다. 원래의 티타늄, 알루미늄, 바나듐은 티타늄 합금으로 구성되어 최대 작동 온도가 550도~600도이며, 새로 개발된 티타늄 알루미늄(TiAl) 합금은 최대 작동 온도가 1040도까지 높아졌습니다. 고압 압축기 디스크 및 블레이드를 제조하기 위해 스테인레스 스틸 대신 티타늄 합금을 사용하면 구조의 무게를 줄일 수 있습니다. 항공기는 중량을 10% 줄이면 연료를 4% 절약할 수 있습니다. 로켓의 경우 무게가 1kg 줄어들 때마다 사거리가 15km 늘어난다.
티타늄 합금의 3C 응용
현재 휴대폰으로 대표되는 가전 산업은 매우 '혁명' 중입니다. 제조업체 대표는 제품의 고급 성능을 향상시키기 위해 티타늄 합금을 차용하기를 희망하고 있습니다.

Huawei, Apple, Xiaomi, Honor 및 기타 여러 휴대폰에서 이 소재를 수입했습니다. Apple은 Ultra 시리즈 시계의 티타늄 케이스와 새로 출시된 iPhone 15를 표준화하기 시작했습니다. Pro 버전은 새로운 티타늄 본체를 사용하여 항공우주 등급 티타늄을 사용하는 Apple 최초의 휴대폰이 되었습니다. 화웨이는 2022년 출시된 폴더블폰 메이트Xs2의 구조 부품에 티타늄 소재를 적용했고, 워치4프로에도 티타늄 베젤을 적용했다. Glory 10월 12일 출시된 가볍고 얇은 대형 내부 접이식 플래그십 폰 Glory MagicVs2는 루팡 티타늄 힌지와 같은 혁신적인 소재를 사용합니다. Xiaomi 14 새 기계, 최고 가격의 14Pro 티타늄 버전.
삼성이 갤럭시S24Ultra에 티타늄 합금 센터 프레임을 사용할 것으로 알려졌으며, 센터 프레임 부분은 iPhone15Pro의 원래 색상 티타늄 색상 구성과 유사합니다.

전반적으로, 높은 비강도와 경량의 이점을 모두 갖춘 티타늄 합금이 중요한 이유로 홍보되고 있으며, 이는 가전 제품을 더욱 경량화하고 소비자 경험을 더욱 편안하게 만들 수 있습니다.
티타늄 합금 가공 특성 분석
우선, 티타늄 합금 열전도율은 강철의 1/4, 알루미늄 1/13, 구리 1/25로 낮습니다. 절단 영역의 느린 열 발산으로 인해 절단 공정에서 열 균형에 도움이 되지 않습니다. 방열 및 냉각 효과가 매우 열악하고 절단 영역에서 고온이 형성되기 쉽고 가공 후 부품의 변형이 반동하여 절단 도구의 토크가 증가하고 가장자리의 빠른 마모, 내구성이 증가합니다. 감소됩니다.
둘째, 티타늄 합금의 열전도율이 낮기 때문에 작은 면적 근처의 절단 칼에 축적된 절단 열이 쉽게 퍼지지 않고 전면의 마찰이 증가하여 칩이 잘 생기지 않으며 절단 열이 쉽지 않습니다. 도구 마모를 전파하고 가속화합니다. 마지막으로 티타늄 합금의 화학적 활성이 높고 고온 가공이 절삭 공구 재료와 반응하기 쉽고 용해, 확산이 형성되어 끈적한 칼, 불타는 칼, 부러진 칼 및 기타 현상이 발생합니다.
머시닝 센터 가공 티타늄 합금의 특성
머시닝 센터에서는 여러 부품을 동시에 가공하여 생산 효율성을 높일 수 있습니다. 부품의 가공 정확도를 높이고 제품 일관성을 향상시킵니다. 머시닝 센터에는 공구 보정 기능이 있어 기계 자체의 가공 정확도를 얻을 수 있습니다. 이 부품의 아크 처리, 모따기 및 전이 필렛팅과 같은 광범위한 적응성과 더 큰 유연성이 있어 하나의 기계의 다기능을 실현할 수 있습니다. 머시닝 센터는 밀링, 드릴링, 보링, 태핑 및 일련의 가공이 가능합니다. 정확한 원가계산을 통해 생산 일정을 관리할 수 있습니다. 특별한 설비가 필요 없으며 많은 비용을 절약하고 생산주기를 단축합니다. 근로자의 노동 강도를 크게 줄입니다. UG 및 기타 가공 소프트웨어를 사용하여 다축 가공이 가능합니다.
공구 및 절삭유 재료 선택
1. 도구 재료 선택은 다음 요구 사항을 충족해야 합니다.
경도가 충분하면 공구의 경도가 티타늄 합금 경도보다 훨씬 높아야 합니다.
티타늄합금 공구는 큰 토크와 절삭력을 가할 때 충분한 강도와 인성을 가지므로 충분한 강도와 인성이 있어야 합니다.
티타늄 합금의 인성으로 인해 충분한 내마모성이 있어 절삭날을 날카롭게 가공하므로 공구 재료는 가공 경화를 줄이기 위해 충분한 내마모성을 가져야 합니다. 이는 티타늄 합금 가공용 공구를 선택할 때 가장 중요한 매개변수입니다.
티타늄 합금의 화학적 활성이 높기 때문에 절삭 공구 재료와 티타늄 합금 친화력이 낮기 때문에 절삭 공구 재료의 형성과 티타늄 합금 용해, 합금으로의 확산을 방지하여 칼이 달라붙고 칼이 타는 현상이 발생합니다. 국내에서 일반적으로 사용되는 절삭 공구 재료와 외국 절삭 공구 재료가 테스트를 통해 높은 코발트 절삭 공구 효과를 사용하는 것이 이상적이라는 것을 보여준 후 코발트의 주요 역할은 2차 경화 효과를 강화하고 열처리 후 경도와 경도를 향상시킬 수 있으며 동시에 높은 인성, 내마모성, 우수한 방열성을 갖습니다.
2. 밀링 커터의 기하학적 매개 변수
티타늄 합금의 가공 특성은 커터와 일반 공구의 기하학적 매개변수를 결정하는데 큰 차이가 있습니다. 헬릭스 각도는 더 작은 헬릭스 상승 각도를 선택하고, 칩 제거 홈이 증가하고, 칩 제거가 쉽고, 열 발산이 빠르며, 절삭 공정에서 절삭 저항도 감소합니다. 정면 각도 절삭날은 날카롭고 절삭 속도가 빠르며 티타늄 합금이 절삭 열을 너무 많이 생성하여 2차 경화를 방지합니다. 리어앵글은 인선의 마모율을 감소시키고, 방열을 촉진시키며, 내구성을 대폭 향상시킵니다.

3.절단 매개변수 선택
티타늄 합금 가공은 낮은 절삭 속도, 적절한 큰 이송, 합리적인 절삭 깊이 및 마무리 볼륨을 선택해야 하며 냉각이 충분해야 합니다. 절삭 속도 vc {{0}} ~ 50m/min, 황삭 이송에는 더 큰 이송이 적용되고 정삭 및 준정삭에는 중간 이송이 적용됩니다. 절입 깊이 ap= 1/3d가 적당하고, 티타늄 합금 친화력이 좋고, 칩 제거가 어렵고, 절입 깊이가 너무 크면 공구 고착, 연소, 파손 현상이 발생합니다. 마무리 공차는 약 0.1 ~ 0.15mm의 적당한 티타늄 합금 표면 경화 층이며 공차는 너무 작으며 경화 층의 칼날 절단, 도구는 마모가 쉽고 가공 경화 층을 피해야하지만 절단 공차는 없습니다. 너무 커서는 안 됩니다.
4. 냉각수
티타늄 합금 가공에서는 독성 물질의 생성과 수소 취성을 방지하고 티타늄 합금의 고온 응력 부식 균열을 방지하기 위해 염소 함유 냉각수를 사용하지 않는 것이 가장 좋습니다. 합성 수용성 에멀젼을 선택하고 냉각수와 자체적으로 호환될 수도 있습니다. 충분한 절삭 가공 절삭유를 보장하려면 절삭유 순환 속도가 빨라야 하고 절삭유 흐름과 압력이 커야 하며 머시닝 센터에는 조정에 주의를 기울여 원하는 결과를 얻을 수 있는 한 특수 냉각 노즐이 장착되어 있어야 합니다.