KR101963118B1 - Titanium alloy having high strength and high formability using transformation induced plasticity - Google Patents

Titanium alloy having high strength and high formability using transformation induced plasticity Download PDF

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Abstract

변태유기소성을 이용하여 고강도 및 고성형성을 갖는 타이타늄 합금에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 본 발명에 따른 타이타늄 합금은 중량%로, Al : 3.5% 이상 내지 5.0% 이하, Fe : 1.5% 초과 내지 4.5% 미만, Si : 0.3% 이하, 및 O : 0.3% 이하를 포함하고, 나머지 Ti 및 불가피한 불순물로 이루어지며, 미세조직이 α상, β상 및 마르텐사이트(martensite) 상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
A titanium alloy having a high strength and a high solidity formation using transformational organic firing is disclosed.
The titanium alloy according to the present invention, according to the present invention, And the balance of Ti and unavoidable impurities, wherein the content of Al is 3.5% or more to 5.0% or less, the content of Fe is more than 1.5% to less than 4.5%, the content of Si is 0.3% or less and the content of O is 0.3% Characterized in that the structure comprises an alpha phase, a beta phase and a martensite phase.

Description

변태유기소성을 이용하여 고강도 및 고성형성을 갖는 타이타늄 합금{TITANIUM ALLOY HAVING HIGH STRENGTH AND HIGH FORMABILITY USING TRANSFORMATION INDUCED PLASTICITY}FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a titanium alloy having a high strength and a high-

본 발명은 타이타늄 합금에 관한 것으로, 보다 상세하게는 변형 중 TRIP(Transformation-Induced Plasticity) 현상에 의해 고강도 및 고성형성을 동시에 나타낼 수 있는 합금 조성 및 미세조직을 갖는 타이타늄 합금에 관한 것이다. The present invention relates to a titanium alloy, and more particularly, to a titanium alloy having an alloy composition and a microstructure capable of simultaneously exhibiting high strength and solidity formation by TRIP (Transformation-Induced Plasticity) phenomenon during deformation.

타이타늄 합금은 일반 탄소강, stainless, 특수 합금강 보다 강도 및 내식성이 높고 경량이며, 지구상에 채굴 가능한 금속 중에서 철, 알루미늄, 마그네슘 다음으로 풍부한 금속이다. 타이타늄 합금의 높은 비강도, 우수한 내식성, 생체친화성 등으로 인하여, 구조용재 및 기능재료로서 기존의 소재를 타이타늄으로 대체중에 있으며 항공, 우주, 해양, 스포츠, 의료 등의 다양한 산업 분야에 적용되고 있다.Titanium alloys are higher in strength and corrosion resistance than general carbon steels, stainless steels and special alloy steels, and are the next richest metals in the earth mined metals such as iron, aluminum, and magnesium. Due to the high noble strength of titanium alloy, excellent corrosion resistance and biocompatibility, it is replacing existing materials as structural materials and functional materials with titanium, and it is applied to various industrial fields such as aviation, space, marine, sports, medical .

최근에는 초고강도 합금을 사용하여 자동차, 항공기 등 제품의 경량화를 이루기 위한 연구가 증가되고 있으며, 변태유기소성(transformation induced plasticity, TRIP) 현상을 이용한 합금이 제조되고 있다. 상기 변태유기소성(TRIP)을 이용한 합금은 오스테나이트를 형성한 후 냉각과정에서 냉각속도와 냉각종료 온도를 제어하여, 상온에서 일부 오스테나이트를 잔류시키고, 소성과정에서 잔류된 오스테나이트가 마르텐사이트로 변태하여 합금의 강도와 연성을 동시에 증가시키는 방법이다. In recent years, studies have been conducted to achieve weight reduction of products such as automobiles and airplanes using ultra high strength alloys, and alloys using transformation induced plasticity (TRIP) phenomena are being manufactured. The alloy using TRIP can control a cooling rate and a cooling termination temperature in a cooling process after austenite is formed to allow some austenite to remain at room temperature and retain the austenite in martensite And the strength and ductility of the alloy are increased at the same time.

예를 들어, 변태유기소성(TRIP) 현상을 이용한 타이타늄 합금은 Mo, Nb, Zr, Hf 등과 같은 고가의 원소를 포함하는 β계열의 합금으로, 고가의 원소의 함량이 10~30중량%이고, 고융점 원소에 의해 제조 공정이 어려운 문제점이 있다.For example, a titanium alloy using a TRIP phenomenon is a β-type alloy containing an expensive element such as Mo, Nb, Zr, Hf and the like. The content of the expensive element is 10 to 30% There is a problem that a manufacturing process is difficult due to a high melting point element.

따라서, 기계적 특성이 우수하면서도 제조 비용이 저렴한 저가의 타이타늄 합금에 대한 연구가 필요한 실정이다.Therefore, it is necessary to study a low cost titanium alloy having excellent mechanical properties and low manufacturing cost.

본 발명에 관련된 배경기술로는 대한민국 공개특허공보 제 10-2017-0003449호(2017.01.09. 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 TiNi계 의료용 합금 및 그 제조 방법이 개시되어 있다. As a background art related to the present invention, there is Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2017-0003449 (published on Jan. 1, 2017), which discloses a TiNi-based medical alloy and a manufacturing method thereof.

본 발명의 목적은 고강도 및 고성형성을 갖는 저가의 타이타늄 합금을 제공하는 것이다.
It is an object of the present invention to provide a low cost titanium alloy having high strength and high formability.

상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 타이타늄 합금은 중량%로, Al : 3.5% 이상 내지 5.0% 이하, Fe : 1.5% 초과 내지 4.5% 미만, Si : 0.3% 이하, 및 O : 0.3% 이하를 포함하고, 나머지 Ti 및 불가피한 불순물로 이루어지며, 미세조직이 α상, β상 및 마르텐사이트(martensite) 상을 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the titanium alloy according to the present invention comprises And the balance of Ti and unavoidable impurities, wherein the content of Al is 3.5% or more to 5.0% or less, the content of Fe is more than 1.5% to less than 4.5%, the content of Si is 0.3% or less and the content of O is 0.3% Characterized in that the structure comprises an alpha phase, a beta phase and a martensite phase.

상기 α상은 부피%로 70% 이하일 수 있다.The α-phase may be 70% or less by volume.

상기 α상은 부피%로 적어도 10%를 초과할 수 있다.The alpha phase may be at least 10% by volume.

상기 타이타늄 합금은 20~35%의 연신율 및 1000~1500MPa의 인장강도를 갖는 것일 수 있다.
The titanium alloy may have an elongation of 20 to 35% and a tensile strength of 1000 to 1500 MPa.

본 발명에 따른 타이타늄 합금은 특정 원소인 Al, Fe, Si, O 함량 범위에서 특정 온도의 열처리를 이용함으로써, 변형 중 변태유기소성(transformation induced plasticity, TRIP) 현상이 발생하여 고강도 및 고성형성을 동시에 나타낼 수 있다.The titanium alloy according to the present invention has a transformation induced plasticity (TRIP) phenomenon due to the heat treatment at a specific temperature in a range of contents of Al, Fe, Si, and O which are specific elements, .

본 발명에서는 열처리 후 남아있는 β상으로부터 변형 중 마르텐사이트의 변태가 일어나면서 가공 경화능이 상승하여 성형성과 강도가 우수한 효과가 있다. 또한, 저가 원소인 Fe, Al를 이용함으로써, 타이타늄 합금의 제조 비용을 절감하는 효과가 있다.
In the present invention, the transformation of martensite during deformation occurs from the residual? -Phase after heat treatment, and the work hardening ability is increased, so that moldability and strength are excellent. In addition, by using Fe and Al, which are low-cost elements, the manufacturing cost of the titanium alloy can be reduced.

도 1은 본 발명에 따른 TRIP 타이타늄 합금 및 일반적인 타이타늄 합금의 가공 경화능을 비교한 그래프이다.
도 2는 타이타늄 합금 내에 Fe의 함량 범위(1.5% 및 4.5%)에서 연신율에 따른 인장강도를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 타이타늄 합금 내에 Fe의 함량 범위에서 연신율에 따른 인장강도를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 Fe의 함량에 따른 연신율Х인장강도를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 α상의 부피%에 따른 타이타늄 합금 및 Fe의 미세조직(SEM)을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 변형률(인장 변형)%에 따른 타이타늄 합금의 미세조직을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 7 및 도 8은 Fe 2.0%를 포함하는 타이타늄 합금의 α상의 부피% 별 인장곡선을 나타낸 그래프이다.
도 9는 Fe 2.0%를 포함하는 타이타늄 합금의 α상의 부피%가 0%일 때, Electron backscattered diffraction (EBSD) 분석 결과이다.
도 10은 Fe 4.0%(왼쪽) 및 Fe 2.0%(오른쪽) 각각을 포함하는 타이타늄 합금의 α상의 부피%가 0% 초과 내지 70% 미만일 때, Electron backscattered diffraction (EBSD) 분석 결과이다.
도 11은 Fe 4.0%를 포함하는 타이타늄 합금의 α상의 부피%가 70% 초과할 때, Electron backscattered diffraction (EBSD) 분석 결과이다.
1 is a graph comparing the work hardenability of a TRIP titanium alloy and a general titanium alloy according to the present invention.
2 is a graph showing the tensile strength according to the elongation in the content range of Fe (1.5% and 4.5%) in the titanium alloy.
3 is a graph showing the tensile strength according to elongation in the content of Fe in the titanium alloy of the present invention.
4 is a graph showing the elongation 인 tensile strength according to the Fe content of the present invention.
5 shows the microstructure (SEM) of the titanium alloy and Fe according to the volume% of the? Phase according to the present invention.
6 schematically shows the microstructure of a titanium alloy according to% strain (tensile strain) according to the present invention.
7 and 8 are graphs showing the tensile curves of the α-phase volume% of the titanium alloy containing 2.0% Fe.
FIG. 9 shows the results of electron backscattered diffraction (EBSD) analysis when the volume% of the α phase of the titanium alloy containing 2.0% Fe is 0%.
FIG. 10 shows electron backscattered diffraction (EBSD) analysis results when the volume percentage of the α phase of the titanium alloy containing 4.0% of Fe (left) and 2.0% of Fe (right) is greater than 0% and less than 70%.
FIG. 11 shows the results of electron backscattered diffraction (EBSD) analysis when the volume percentage of the α phase of the titanium alloy containing 4.0% Fe exceeds 70%.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention, and the manner of achieving them, will be apparent from and elucidated with reference to the embodiments described hereinafter in conjunction with the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기계적 특성이 우수한 타이타늄 합금에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 TRIP 타이타늄 합금 및 일반적인 타이타늄 합금의 가공 경화능을 비교한 그래프이다.1 is a graph comparing the work hardenability of a TRIP titanium alloy and a general titanium alloy according to the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 변태유기소성(TRIP) 타이타늄 합금은 변형 중 준안정화된 β상으로부터 마르텐사이트 상이 형성되어 연성과 강도가 상승하는 결과를 보여준다.Referring to FIG. 1, a TRIP (Titanium Alloy) alloy according to the present invention has a martensite phase formed from a metastable β phase during deformation, resulting in increased ductility and strength.

상기 변태유기소성(TRIP)을 이용한 합금은 오스테나이트를 형성한 후 냉각과정에서 냉각속도와 냉각종료 온도를 제어하여, 상온에서 일부 오스테나이트를 잔류시키고, 소성과정에서 잔류된 오스테나이트가 마르텐사이트로 변태하여 합금의 강도와 연성을 동시에 증가시키는 방법이다.
The alloy using TRIP can control a cooling rate and a cooling termination temperature in a cooling process after austenite is formed to allow some austenite to remain at room temperature and retain the austenite in martensite And the strength and ductility of the alloy are increased at the same time.

상기 변태유기소성(TRIP) 현상이 효과적으로 일어나기 위해서는 변형(인장시험) 전 마르텐사이트 상이 형성되기 위한 β상을 충분히 가지는 것이 바람직하다. β상의 안정화를 증가시키는 합금 원소(ex;Fe)의 함량이 많은 경우에는 변태유기소성(TRIP) 현상이 일어나지 않으며, 함량이 적은 경우에는 열처리 중에 β상으로부터 마르텐사이트가 형성되기 때문에 변태유기소성(TRIP) 현상이 일어나기에 충분하지 않다. 따라서, 초기에 합금의 조성이 중요하다.
In order for the TRIP phenomenon to take place effectively, it is preferable to have a sufficient? Phase for forming a martensite phase before deformation (tensile test). (TRIP) phenomenon does not occur when the content of the element (ex. Fe) which increases the stabilization of the β phase is large. When the content is small, martensite is formed from the β phase during the heat treatment, TRIP) phenomenon is not enough to occur. Therefore, the composition of the alloy is important at an early stage.

본 발명에 따른 타이타늄 합금은 중량%로, Al : 3.5% 이상 내지 5.0% 이하, Fe : 1.5% 초과 내지 4.5% 미만, Si : 0.3% 이하, 및 O : 0.3% 이하를 포함하고, 나머지 Ti 및 불가피한 불순물로 이루어지며, 미세조직이 α상, β상 및 마르텐사이트(martensite) 상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
The titanium alloy according to the present invention And the balance of Ti and unavoidable impurities, wherein the content of Al is 3.5% or more to 5.0% or less, the content of Fe is more than 1.5% to less than 4.5%, the content of Si is 0.3% or less and the content of O is 0.3% Characterized in that the structure comprises an alpha phase, a beta phase and a martensite phase.

Al : 3.5% 이상 내지 5.0% 이하Al: not less than 3.5% and not more than 5.0%

타이타늄 합금에서 Al은 산화 저항성이나 크립 특성을 향상시키기 위하여 첨가된다. 그러나, Al의 과다한 첨가는 타이타늄 합금의 연성이나 성형성을 감소시키는 요인이 된다. In titanium alloys, Al is added to improve oxidation resistance and creep characteristics. However, excessive addition of Al is a factor for reducing ductility and moldability of the titanium alloy.

고용 강화를 위해, Al 함량이 3.5중량% 이상인 것이 바람직하며, 5.0%를 초과하는 경우 연신율이 저하되어 성형성이 저하되는 문제점이 있다.
In order to strengthen the solid solution, the Al content is preferably 3.5% by weight or more, and when the Al content exceeds 5.0%, the elongation is decreased and the formability is deteriorated.

Fe : 1.5% 초과 내지 4.5% 미만 Fe: more than 1.5% and less than 4.5%

변태유기소성(TRIP) 현상에 의해 기계적 특성이 우수한 타이타늄 합금을 제조하기 위해서는, Fe의 함량을 1.5% 초과 내지 4.5% 미만으로 조절하는 것이 바람직하다.In order to produce a titanium alloy having excellent mechanical properties by the TRIP phenomenon, it is preferable to adjust the Fe content to more than 1.5% and less than 4.5%.

Fe의 함량이 1.5% 이하일 때, 열처리 후에 100%의 마르텐사이트 또는 α상이 형성되기 때문에 변형 중 마르텐사이트가 변태될 여지가 없게 된다. 반대로, 철의 함량이 4.5% 이상일 때, β상의 상 안정성이 높아지면서 변형 중 마르텐사이트의 변태가 이루어지지 않게 된다.
When the content of Fe is 1.5% or less, 100% of martensite or? Phase is formed after the heat treatment, so there is no room for transformation of martensite during deformation. On the contrary, when the content of iron is 4.5% or more, the phase stability of the β phase becomes high, and the transformation of martensite during the transformation is not achieved.

도 2 내지 도 4의 α상 부피%은 15~35%이며, 유사한 범위로 상 부피%을 구성하여 열처리한 후 인장시험을 실시하였다.2 to FIG. 4 were 15 to 35%, and the upper volume% was formed in a similar range, followed by a heat treatment and a tensile test.

도 2는 타이타늄 합금 내에 Fe의 함량 범위(1.5% 및 4.5%)에서 연신율에 따른 인장강도를 나타낸 그래프이고, 도 3은 본 발명의 타이타늄 합금 내에 Fe의 함량 범위에서 연신율에 따른 인장강도를 나타낸 그래프이다. FIG. 2 is a graph showing the tensile strengths according to the elongation ratios in the content ranges of Fe (1.5% and 4.5%) in the titanium alloy, and FIG. 3 is a graph showing the tensile strengths according to the elongation ratios in the content of Fe in the titanium alloy of the present invention. to be.

도 2 내지 도 4에서 α상 부피%는 JMatPro-8.0의 평형상 부피% 계산값이며, 다음과 같다. In FIGS. 2 to 4, the .alpha. Phase volume% is an equilibrium volume% calculated value of JMatPro-8.0, as follows.

도2는 4.5Fe : α상 19%, 1.5Fe : α상 24%Fig. 2 shows the relationship between 4.5Fe: alpha phase 19%, 1.5Fe: alpha phase 24%

도3은 2.0Fe : α상 35%, 2.5Fe : α상 24%, 3.0Fe : α상 25%, 3.5Fe : α상 15%, 4.0Fe : α상 18%Fig. 3 is a graph showing the results of the experiment. Fig. 3 is a graph showing the relationship between the ratio of 2.0Fe: alpha phase 35%, 2.5Fe: alpha phase 24%, 3.0Fe: alpha phase 25%, 3.5Fe: alpha phase 15%

도4는 왼쪽(1.5Fe)부터 α상 부피%가 24%, 35%, 24%, 25%, 15%, 18%, 19%이다.FIG. 4 shows that 24%, 35%, 24%, 25%, 15%, 18% and 19% of the .alpha. Phase volume from the left (1.5Fe).

도 2를 참조하면, 타이타늄 합금 내에 Fe의 함량이 1.5% 및 4.5%인 경우 연신율이 15% 이하이고, 변태유기소성(TRIP) 현상이 발생하지 않은 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 2, when the content of Fe is 1.5% and 4.5% in the titanium alloy, the elongation is 15% or less and the TRIP phenomenon does not occur.

반면, 도 3에서 타이타늄 합금 내에 Fe의 함량이 2.0%~4.0%인 경우 연신율은 20~35%이고, 인장강도는 1000~1500MPa인 범위를 보여준다. 상기 연신율 및 인장강도는 열처리 후에 인장시험에 의한 결과값이며, 소성유기변태(TRIP)는 인장시험 중에 발생한다.
On the other hand, in FIG. 3, when the content of Fe in the titanium alloy is 2.0% to 4.0%, the elongation is 20 to 35% and the tensile strength is in the range of 1000 to 1500 MPa. The elongation and tensile strength are the results of the tensile test after heat treatment, and the firing organic transformation (TRIP) occurs during the tensile test.

도 4는 본 발명의 Fe의 함량에 따른 연신율Х인장강도를 나타낸 그래프이다.4 is a graph showing the elongation 인 tensile strength according to the Fe content of the present invention.

Fe의 함량이 1.5% 초과 내지 4.5% 미만을 만족할 때 연신율Х인장강도의 값이 15000~43000MPa·%를 나타내며, 특히, Fe의 함량이 2.0% 내지 4.0%일 때 연신율Х인장강도의 값이 30000~43000MPa·%를 나타낸다. When the content of Fe exceeds 1.5% to less than 4.5%, the value of the elongation 인 tensile strength is in the range of 15000 to 43000 MPa ·, particularly when the content of Fe is 2.0% to 4.0% To 43000 MPa.%.

따라서, 타이타늄 합금 내에 Fe의 함량을 1.5% 초과 내지 4.5% 미만으로 조절하는 것이 바람직하다.
Therefore, it is preferable to adjust the content of Fe in the titanium alloy to more than 1.5% and less than 4.5%.

SiSi : 0.3% 이하, 및 O : 0.3% 이하 : Not more than 0.3%, and O: not more than 0.3%

상기 Si 및 O는 고용 강화를 위해 첨가되는 것이 바람직하며, 각각의 함량이 0.3%를 초과하는 경우 연신율이 저하되어 성형성이 저하되는 문제점이 있다.
The Si and O are preferably added for solid solution strengthening, and when the content of Si and O is more than 0.3%, the elongation is decreased and the formability is deteriorated.

본 발명에서 상 부피%은 β상의 상 안정성을 조절하는 중요한 변수이다. 도 5를 참조하면, α상이 많아질수록 α상에 있는 친β원소(β상과 친화적인 원소)인 Fe 원소가 잔류하는 β상으로 확산하기 때문에 철을 다량 함유한 β상의 상 안정성이 증가하게 된다. 즉, α상의 부피%가 많아지게 되면 β상의 상 안정성 증가로 인해 변태유기소성(TRIP) 현상이 일어나지 않을 수 있다.In the present invention, the volume% of the phase is an important variable for controlling the phase stability of the β phase. Referring to FIG. 5, as the? Phase increases, the Fe element, which is the? Element and the? Element, is diffused into the remaining? Phase, so that the phase stability of the? Phase containing a large amount of iron is increased do. That is, when the volume% of the α phase is increased, the phase transition stability of the β phase may not be caused by the TRIP phenomenon.

따라서, 본 발명에서는 상기 α상은 부피%로 70% 이하이고, 적어도 10%를 초과하는 것이 바람직하다.Therefore, in the present invention, it is preferable that the? Phase is 70% or less by volume and preferably exceeds 10%.

보다 구체적으로는, 상기 α상은 부피%로 10% 초과 내지 70% 이하이고, 나머지 기타 상의 총 부피%은 30% 이상 내지 90% 미만일 수 있다. 상기 나머지 기타 상은 β상, 비평형상(마르텐사이트 상, ω 상) 등을 가리킨다.More specifically, the? -Phase may have a volume percentage of more than 10% to less than 70%, and a total volume percentage of other phases may be more than 30% and less than 90%. The remaining other phases refer to? -Phase, non-planar (martensite phase,? Phase), and the like.

상기 ω 상은 열처리 후에 흔히 생성되는 상이며, ω 상은 크기가 매우 작아 상분율 측정이 어려울 수 있다.
The ω-phase is a phase often generated after the heat treatment, and the ω-phase is very small in size, so it may be difficult to measure the phase fraction.

도 6은 본 발명에 따른 변형률(인장 변형)%에 따른 타이타늄 합금의 미세조직을 개략적으로 나타낸 것이다. 도 6은 변형 중에 마르텐사이트가 생성되는지 보여주는 자료로, 인장 변형률이 0%일 때 α상 및 β상으로만 구성되나, 인장 변형률이 2%일 때 미세 조직을 보면 변형 중에 선형 모양의 마르텐사이트 변태가 일어났음을 보여준다. 또한, 인장 변형률이 5~20%로 증가할수록 마르텐사이트 변태가 더욱 활발히 진행됨을 보여주며, 인장 파단(fractured) 시에는 β상 대부분이 마르텐사이트로 변태된 것을 보여준다.
6 schematically shows the microstructure of a titanium alloy according to% strain (tensile strain) according to the present invention. Fig. 6 shows that martensite is formed during deformation. When the tensile strain is 0%, it is composed only of? -Phase and? -Phase. When the tensile strain is 2%, the microstructure shows linear martensitic transformation Show that it happened. In addition, it shows that the martensite transformation progresses more actively as the tensile strain increases from 5 to 20%, and most of the β phase is transformed into martensite at the time of fracture.

도 7 및 도 8은 Fe 2.0%를 포함하는 타이타늄 합금의 α상의 부피% 별 인장곡선을 나타낸 그래프이다. 도 8을 참조하면, α상의 부피%가 0% 초과 내지 70% 이하를 만족할 때 파단 발생 없이 우수한 강도와 연신율을 나타내는 반면, 도 7에서 α상의 부피%가 상기 범위를 벗어나는 경우, 성형성이 낮거나 강도가 낮은 결과를 보여준다.7 and 8 are graphs showing the tensile curves of the α-phase volume% of the titanium alloy containing 2.0% Fe. Referring to FIG. 8, when the volume percentage of the? Phase is more than 0% and not more than 70%, excellent strength and elongation are exhibited without occurrence of fracture, whereas when the volume percentage of the? Phase is out of the range in FIG. 7, Or low strength.

상기 α상의 부피%는 JMAtPro-8의 평형상 부피% 계산값을 나타낸 것이다.
The volume% of the? Phase represents the equilibrium volume% calculated value of JMAtPro-8.

도 9는 Fe 2.0%를 포함하는 타이타늄 합금의 α상의 부피%가 0%일 때, Electron backscattered diffraction (EBSD) 분석 결과이다. 도 9를 참조하면, 너무 많은 양의 마르텐사이트가 생성되는 것을 확인할 수 있는데, 이 경우 타이타늄 합금의 기계적 성능이 저하될 수 있다. α상의 부피%가 0%일 때, beta-transus 온도 이상에서 수냉시키는데, 이때, 불안정한 β상에서 대부분의 마르텐사이트가 발생하고, 변형 중에 마르텐사이트가 일어날 β상이 적기 때문에 변태유기소성(TRIP) 현상이 일어나기 어려울 수 있다.
FIG. 9 shows the results of electron backscattered diffraction (EBSD) analysis when the volume% of the α phase of the titanium alloy containing 2.0% Fe is 0%. Referring to FIG. 9, it can be seen that too much martensite is produced, which may degrade the mechanical performance of the titanium alloy. When the volume% of α phase is 0%, water-cooling is carried out above the beta-transus temperature. At this time, most martensite is generated on unstable β phase, and the transformation phase (TRIP) It can be difficult to get up.

도 10은 Fe 4.0%(왼쪽) 및 Fe 2.0%(오른쪽) 각각을 포함하는 타이타늄 합금의 α상의 부피%가 0% 초과 내지 70% 미만일 때, Electron backscattered diffraction (EBSD) 분석 결과이다. 도 10의 왼쪽 사진(α상의 부피 2.4%)을 참조하면, 열처리 후 잔류하는 β상으로부터 변형 중 마르텐사이트의 변태가 일어나 고강도 및 고연성의 타이타늄 합금을 보여준다. 또한, 변형(인장 시험) 전에도 열처리 온도에 따라, 냉각 중에 적절한 양의 마르텐사이트가 생성됨을 확인할 수 있다.FIG. 10 shows electron backscattered diffraction (EBSD) analysis results when the volume percentage of the α phase of the titanium alloy containing 4.0% of Fe (left) and 2.0% of Fe (right) is greater than 0% and less than 70%. Referring to the left photograph (2.4 volume% of the? Phase) in FIG. 10, a transformation of martensite during deformation occurs from the residual? Phase after the heat treatment, showing a titanium alloy of high strength and high ductility. It is also confirmed that an appropriate amount of martensite is produced during cooling according to the heat treatment temperature even before the deformation (tensile test).

도 10의 오른쪽 사진(α상의 부피 54.2%)을 참조하면, α상의 생성은 β상의 Fe 함량과 더불어 β상의 상 안정성을 증가시키고 열처리 후에도 마르텐사이트의 생성을 억제한다.
Referring to the right photograph of Fig. 10 (volume of the? Phase 54.2%), the generation of? Phase increases the? Phase phase stability together with the? Phase Fe content and suppresses the formation of martensite even after the heat treatment.

도 11은 Fe 4.0%를 포함하는 타이타늄 합금의 α상의 부피%가 70% 초과할 때, Electron backscattered diffraction (EBSD) 분석 결과이다.FIG. 11 shows the results of electron backscattered diffraction (EBSD) analysis when the volume percentage of the α phase of the titanium alloy containing 4.0% Fe exceeds 70%.

도 11을 참조하면, α상의 부피%가 70%를 초과함에 따라 β상의 상 안정성이 너무 높아져 변형 중에도 마르텐사이트의 변태가 일어나지 않은 것을 확인할 수 있다.
Referring to FIG. 11, it can be confirmed that the phase stability of the β phase becomes too high as the volume percentage of the α phase exceeds 70%, and the transformation of the martensite does not occur during the deformation.

전술한 바와 같이, α상의 부피%와 조성 범위에서는 냉각 중 마르텐사이트가 변태되지 않거나, 마르텐사이트가 생성되어도 소량 생성되는 것을 알 수 있다.As described above, it can be seen that martensite does not undergo transformation during cooling and a small amount of martensite is produced in the volume percentage and composition range of the? Phase.

또한, 본 발명에 따른 타이타늄 합금은 특정 원소인 Al, Fe, Si, O 함량 범위에서 특정 온도의 열처리를 이용함으로써, 변형 중 변태유기소성(transformation induced plasticity, TRIP) 현상이 발생하여 연신율 20~35% 및 인장강도 1000~1500MPa의 우수한 기계적 특성을 나타낼 수 있다. In addition, the titanium alloy according to the present invention has a transformation induced plasticity (TRIP) phenomenon due to heat treatment at a specific temperature in a range of contents of Al, Fe, Si and O which are specific elements, % And a tensile strength of 1000 to 1500 MPa.

상기 연신율 및 인장강도는 열처리 후에 인장시험에 의한 결과값이며, 소성유기변태(TRIP)는 인장시험 중에 발생한다.
The elongation and tensile strength are the results of the tensile test after heat treatment, and the firing organic transformation (TRIP) occurs during the tensile test.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It is to be understood that the invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.

Claims (4)

중량%로, Al : 3.5% 이상 내지 5.0% 이하, Fe : 2.0% 이상 내지 4.0% 이하, Si : 0.3% 이하, 및 O : 0.3% 이하를 포함하고, 나머지 Ti 및 불가피한 불순물로 이루어지며,
미세조직이 α상, β상 및 마르텐사이트(martensite) 상을 포함하며,
상기 α상은 부피%로 70% 이하(0% 제외)인 것을 특징으로 하는 타이타늄 합금.
And the balance of Ti and unavoidable impurities, the content of Al is 3.5% or more to 5.0% or less, the content of Fe is 2.0% to 4.0%, the content of Si is 0.3% or less, and the content of O is 0.3%
The microstructure includes an alpha phase, a beta phase and a martensite phase,
And the α-phase is 70% or less by volume (excluding 0%).
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 α상은 부피%로 적어도 10%를 초과하는 것을 특징으로 하는 타이타늄 합금.
The method according to claim 1,
Wherein the alpha phase is at least 10% by volume.
제1항에 있어서,
상기 타이타늄 합금은 20~35%의 연신율 및 1000~1500MPa의 인장강도를 갖는 것을 특징으로 하는 타이타늄 합금.
The method according to claim 1,
Wherein the titanium alloy has an elongation of 20 to 35% and a tensile strength of 1000 to 1500 MPa.
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