KR20010074813A

KR20010074813A - 티탄 합금 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR20010074813A
Application number: KR1020017001742A
Authority: KR
Inventors: 사이토다카시; 후루타다다히코; 니시노가즈아키; 다카미야히로유키
Original assignee: 다카하시 리이치; 가부시키가이샤 도요다 쥬오 겐큐쇼
Priority date: 1999-06-11
Filing date: 2000-06-09
Publication date: 2001-08-09
Also published as: EP1114876A1; DE60030246D1; JP3375083B2; KR100417943B1; HK1040266A1; WO2000077267A1; EP1114876A4; HK1040266B; CN1318111A; EP1114876B1; CN1177947C; US6607693B1; DE60030246T2

Abstract

본 발명의 티탄 합금은 30 내지 60중량%의 Va족(바나듐족) 원소와, 나머지가 실질적으로 티탄으로 이루어지고, 평균 영률이 75GPa 이하이고 인장탄성 한계강도가 700MPa 이상임을 특징으로 한다.

이 티탄 합금은 저영률, 고탄성 변형능 또한 고강도가 요구되는 각종 분야의 각종 제품에 이용할 수 있다.

Description

티탄 합금 및 이의 제조방법{Titanium alloy and method for producing the same}

티탄 합금은 비강도가 우수하므로 항공, 군사, 우주, 심해탐사 등의 분야에서 종래부터 사용되고 있다. 자동차 분야에서도 레이싱 엔진의 밸브 리테이너나 커넥팅·로드 등에 티탄 합금이 사용되고 있다. 또한, 티탄 합금은 내식성도 우수하므로 부식 환경하에서 사용되는 경우도 많다. 예를 들면, 화학 플랜트나 해양 건축물 등의 자재에, 또한 동결방지제에 의한 부식방지 등을 목적으로 하여 자동차의 프론트 범퍼·로우어나 리어 범퍼·로우어 등에 사용되고 있다. 또한, 이의 경량성(비강도)와 내알레르기성(내식성)에 착안하여 손목 시계 등의 장신구에 티탄 합금이 사용되고 있다. 이와 같이 각종 다양한 분야에서 티탄 합금이 사용되고 있으며 대표적인 티탄 합금으로서 예를 들면, Ti-5Al-2.5Sn(α합금), Ti-6Al-4V(α-β 합금), Ti-13V-11Cr-3Al(β합금) 등이 있다.

그런데, 종래의 티탄 합금은 주로 이의 우수한 비강도나 내식성이 주목되어 사용되는 경우가 많지만 최근에는 티탄 합금(예: β합금)의 저영률이 주목되어 사용되는 경우도 많다. 예를 들면, 생체 적합품(예: 인공 뼈 등), 장신구(예: 안경의 프레임 등), 스포츠용품(예: 골프 클럽 등), 스프링 등에 저영률의 티탄 합금이 사용되고 있다. 구체적인 예를 들어 설명하면 인공 뼈에 저영률의 티탄 합금을 사용하는 경우, 이의 영률이 사람 뼈의 영률(약 30GPa 정도)에 가까우며 이러한 인공 뼈는 비강도, 내식성에 추가하여 생체 적합성이 우수한 것으로 된다. 또한, 저영률의 티탄 합금으로 이루어진 안경 프레임은 압박감을 주지 않고 신체에 유연하게 적응되며 또한, 충격흡수성도 우수하다. 또한, 골프 클럽의 샤프트나 헤드에 저영률의 티탄 합금을 사용하면 부드러운 샤프트나 고유진동수가 낮은 헤드가 수득되며 골프 볼의 비행 거리가 연장된다고 한다. 또한, 저영률이고 고탄성 변형능인 동시에 고강도의 티탄 합금으로 이루어진 스프링이 수득되면 이의 권취수 등을 증가시키지 않고 낮은 용수철 상수를 달성할 수 있으며 이의 경량 컴팩트화가 가능하다.

이러한 상황하에 본 발명자는 각종 분야에서 이용 확대를 한층 도모할 수 있는 종래 수준을 초월하는 저영률이고 고탄성 변형능이면서 또한 고강도의 티탄 합금을 개발하는 것을 생각했다. 그리고 우선 저영률의 티탄 합금에 관한 종래 기술을 조사한 바, 다음과 같은 공보가 발견되었다.

① 일본 공개특허공보 제(평)10-219375호

이러한 공보에는 Nb와 Ta를 합하여 20 내지 60중량% 함유하는 티탄 합금이 기재되어 있다. 구체적으로는 우선, 당해 조성으로 되도록 원료를 용해하여 보텀 잉고트를 주조한다. 다음에 이러한 보텀 잉고트에 냉간 압연, 용체화 처리, 시효처리를 실시한다. 이에 따라 75GPa 이하라는 저영률을 갖는 티탄 합금을 수득한다.

그러나 이러한 공보에 기재된 실시예로부터 알 수 있는 바와 같이 저영률과 동시에 인장 강도도 저하되고 있으며 저영률이고 고탄성 변형능이면서 또한 고강도인 티탄 합금은 수득되지 않는다. 또한, 티탄 합금을 제품으로 성형할 때에 필요해지는 냉간가공성에 관해서는 조금도 기재되어 있지 않다.

② 일본 공개특허공보 제(평)2-163334호

당해 공보에는 「Nb: 10 내지 40중량%, V: 1 내지 10중량%, Al: 2 내지 8중량%, Fe, Cr, Mn: 각 1중량% 이하, Zr: 3중량% 이하, O: 0.05 내지 0.3중량%, 나머지가 Ti로 이루어진 냉간가공성이 우수한 티탄 합금」이 기재되어 있다.

구체적으로는 이러한 조성으로 이루어진 원료를 플라즈마 용해, 진공 아크용해, 열간단조(hot forging), 고용화 처리함으로써 냉간가공성이 우수한 티탄 합금을 수득한다.

그러나 이의 영률이나 탄성 변형능 및 인장 강도에 관해서는 공보에 조금도 기재되어 있지 않다. 또한, 이러한 티탄 합금에 따르면 압축 균열이 발생하지 않는 최대 변형률로서 ln(h₀/h): 1.35 내지 1.45가 얻어지고 있지만 이것을 하기의 냉간가공율로 환산하면 높아야 50% 정도에 불과하다.

③ 일본 공개특허공보 제(평)8-299428호

당해 공보에는 20 내지 40중량%의 Nb와 4.5 내지 25중량%의 Ta와 2.5 내지 13중량%의 Zr과 나머지가 실질적으로 Ti로 이루어지고 영률이 65GPa 이하인 티탄 합금으로 형성된 의료기구가 기재되어 있다.

④ 일본 공개특허공보 제(평)6-73475호, 제(평)6-233811호 및 일본 공표특허공보 제(평)10-501719호

이들 공보에는 저영률이고 고강도인 티탄 합금이 기재되어 있지만 영률이 75GPa 이하이고 인장 강도가 700MPa 이상인 티탄 합금은 Ti-13Nb-13Zr이 기재되어 있을 뿐이다. 또한, 탄성 한계강도나 탄성 변형능에 관해서는 일체 기재되어 있지 않다. 또한, 청구의 범위에는 Nb: 35 내지 50중량%로 되어 있지만 이에 상당하는 구체적인 실시예는 조금도 기재되어 있지 않다.

⑤ 일본 공개특허공보 제(소)61-157652호

당해 공보에는 「Ti를 40 내지 60중량% 함유하며 나머지가 실질적으로 Nb로 이루어진 금속 장식품」이 기재되어 있다. 구체적으로는 Ti-45Nb의 조성 원료를 아크 용해한 다음, 주조, 단조 압연하여 수득된 Nb 합금을 냉간 심교(deep drawing)가공함으로써 금속 장식품을 수득한다. 그러나 당해 공보에는 구체적인 냉간가공성에 관해 조금도 기재되어 있지 않다.

또한, 이러한 Nb 합금의 영률이나 인장 강도 등에 관해서는 조금도 기재되어 있지 않다.

⑥ 일본 공개특허공보 제(평)6-240390호

당해 공보에는 「10중량% 내지 25중량%의 바나듐을 함유하며 산소 함유량을 0.25중량% 이하로 하고 나머지가 티탄 및 불가피한 불순물로 이루어진 골프 드라이버 헤드용 재료」가 기재되어 있다. 그러나 이러한 사용 합금의 영률은 80 내지 90GPa 정도에 불과하다.

⑦ 일본 공개특허공보 제(평)5-11554호

당해 공보에는 「초탄성을 갖는 Ni-Ti 합금의 로스트 왁스 정밀주조법에 의해 제작한 골프 클럽의 헤드」가 기재되어 있다. 당해 공보에는 Nb, V 등을 약간 첨가할 수 있다는 취지가 기재되어 있지만 이들의 구체적인 조성에 관해서는 조금도 기재되어 있지 않으며 또한, 영률, 탄성 변형능 및 인장 강도에 관해서도 조금도 기재되어 있지 않다.

⑧ 참고로 종래의 티탄 합금의 영률에 관해서 부언하면 α합금에서 115GPa 정도이며 α+β 합금(예: Ti-6Al-4V 합금)에서 110GPa 정도이며 β합금(예: Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn)의 용체화 처리재에서 80GPa 정도, 시효 처리후에는 110GPa 정도이다. 또한, 본 발명자들이 시험 조사한 바, 상기 공보⑦의 니켈·티탄 합금에서는 영률이 90GPa 정도이다.

본 발명은 티탄 합금 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 상세하게는 각종 제품에 이용할 수 있는 저영률(low Young's modulus)이고 고탄성 변형능이면서 또한 고강도인 티탄 합금과 이의 제조방법에 관한 것이다.

도 1A는 본 발명에 따른 티탄 합금의 응력-신도(변형율) 그래프를 도식적으로 도시한 도면이다.

도 1B는 종래의 티탄 합금의 응력-신도(변형율) 그래프를 도식적으로 도시한 도면이다.

발명을 실시하기 위한 최상의 양태

(티탄 합금)

(1)평균 영률과 인장탄성 한계강도

본 발명의 티탄 합금에 관한 평균 영률과 인장탄성 한계강도에 대해서 하기에 도 1A, 1B를 사용하여 상세하게 기재한다. 도 1A는 본 발명에 따른 티탄 합금의 응력-신도(변형율) 그래프를 도식적으로 도시한 도면이며 도 1B는 종래의 티탄 합금(Ti-6Al-4V 합금)의 응력-신도(변형율) 그래프를 도식적으로 도시한 도면이다.

① 도 1B에 도시된 바와 같이 종래의 금속재료에서는 우선, 인장 응력의 증가에 비례하여 신도가 직선적으로 증가한다(①'-① 사이). 그리고 이러한 직선의 기울기에 따라 종래의 금속재료의 영률이 요구된다. 환언하면 이러한 영률은 인장 응력(공칭 응력)을 이것과 비례관계에 있는 변형율(공칭 변형율)로 나눈 값으로 된다.

이와 같이 응력과 신도(변형율)가 비례관계에 있는 직선 영역(①'-① 사이)에서는 변형이 탄성적이며 예를 들면, 응력을 제거하면 시험편의 변형인 신도는 0으로 복귀한다. 그러나 다시 이러한 직선 영역을 초과하여 인장 응력을 가하면 종래의 금속재료는 소성(塑性) 변형을 시작하여 응력을 제거해도 시험편의 신도는 0으로 복귀하지 않으며 영구 신장된다.

통상적으로 영구 신도가 0.2%로 되는 응력 σp를 0.2% 내력(耐力)이라고 호칭한다(JIS Z 2241). 이러한 0.2% 내력은 응력-신도(변형율) 그래프 상에서 탄성 변형 영역의 직선(①'-①: 솟아 오르는 부분의 접선)을 0.2% 신도(변형율) 분량만큼 평행이동한 직선(②'-②)과 응력-신도(변형율) 곡선과의 교점(위치②)에서의 응력이다.

종래의 금속재료의 경우, 통상적으로 「신도가 0.2% 정도를 초과하면 영구 신장으로 된다」라는 경험칙에 근거하며 0.2% 내력≒ 인장탄성 한계강도라고 생각할 수 있다. 반대로 이러한 0.2% 내력내이면 응력과 변형율의 관계는 대개 직선적 또는 탄성적이라고 생각된다.

② 그러나 도 1A의 응력-신도(변형율) 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이 이러한 종래의 개념은 본 발명의 티탄 합금에는 적합하지 않다. 이유는 확실하지 않지만 본 발명의 티탄 합금의 경우, 탄성 변형 영역에서 응력-신도(변형율) 그래프가 직선으로는 되지 않으며 위가 볼록한 곡선(①'-②)으로 되며 하중을 제거하면 상기 곡선 ①-①'에 따라 신도가 0으로 복귀하거나 ②-②'에 따라 영구 신장을 발생시키거나 한다.

이와 같이 본 발명의 티탄 합금에서는 탄성 변형 영역(①'-①)에서조차 응력과 신도(변형율)이 직선적인 관계가 아니며 응력이 증가하면 급격하게 신도(변형율)이 증가한다. 또한, 하중을 제거한 경우에도 동일하며 응력과 신도(변형율)이 직선적인 관계가 아니며 응력이 감소하면 급격하게 신도(변형율)이 감소된다. 이러한 특징이 본 발명의 티탄 합금의 고탄성 변형능으로서 발현된다고 생각한다.

그런데, 본 발명의 티탄 합금의 경우, 도 1A로부터 알 수 있는 바와 같이 응력이 증가할수록 응력-신도(변형율) 그래프 위의 접선의 기울기가 감소되고 있다. 이와 같이 탄성 변형 영역에서 응력과 신도(변형율)이 직선적으로 변화하지 않으므로 종래의 방법에서 본 발명의 티탄 합금의 영률을 정의하는 것은 적절하지 않다.

또한, 본 발명의 티탄 합금의 경우, 응력과 신도(변형율)이 직선적으로 변화하지 않으므로 종래와 동일한 방법으로 0.2% 내력(σp')≒ 인장탄성 한계강도라고 평가하는 것도 적절하지 않다. 요컨대, 종래 방법에 따라 구한 0.2% 내력에서는 원래의 인장탄성 한계강도보다 현저하게 작은 값으로 되며 이제와서는 0.2% 내력≒ 인장탄성 한계강도라고 생각할 수 없다.

그래서 원래의 정의로 돌아가서 본 발명의 티탄 합금의 인장탄성 한계강도(σe)를 상기와 같이 구하는 것으로 하며(도 1A 중의 ②위치) 또한, 본 발명의 티탄 합금의 영률로서 상기한 평균 영률을 도입하는 것으로 한다.

또한, 그림 1A 및 도 1B 내에서 σt는 인장 강도이며 εe는 본 발명의 티탄 합금의 인장탄성 한계강도 (σe)에서의 신도(변형율)이며 εp는 종래의 금속재료의0.2% 내력(σp)에서의 신도(변형율)이다.

(2)조성

① 본 발명의 티탄 합금은 전체를 100중량%로 하는 경우에 지르코늄(zr), 하프늄(Hf) 및 스칸듐(Sc)으로 이루어진 금속 원소 그룹 중의 하나 이상의 원소를 총 20중량% 이하 함유하면 적절하다.

지르코늄과 하프늄이란 티탄 합금의 저영률화와 고강도화에 효과적이다. 또한, 이들 원소는 티탄과 동족(IVa족) 원소이며 전체 비율 고용(固溶)형의 중성적 원소이므로 Va족 원소에 의한 티탄 합금의 저영률화를 방해하는 경우가 없다.

또한, 스칸듐은 티탄에 고용(固溶)되는 경우, Va족 원소와 함께 티탄 원자간의 결합 에너지를 특이적으로 저하시켜 영률을 보다 저하시키는데 효과적인 원소이다[참고: Proc. 9th World Conf. on Titanium, (1999), 출판 예정].

이들 원소가 총 20중량%를 초과하면 재료 편석에 따른 강도, 인성의 저하나 비용 상승을 초래하므로 바람직하지 않다.

영률, 강도, 인성 등의 균형을 도모하는 데에 이들 원소를 총 1중량% 이상, 또한 5 내지 15중량%로 하면 보다 바람직하다.

또한, 이들 원소는 Va족 원소와 작용상, 공통된 부분이 많으므로 소정의 범위 내에서 Va족 원소와 치환할 수 있다.

요컨대, 본 발명의 티탄 합금은 총 20중량% 이하의 지르코늄(Zr)과 하프늄(Hf)와 스칸듐(Sc)으로 이루어진 금속 원소 그룹 중의 하나 이상의 원소, 당해 금속 원소 그룹 중의 하나 이상의 원소와의 합계가 30 내지 60중량%로 되는 Va족(바나듐족) 원소 및, 나머지가 실질적으로 티탄으로 이루어지고 평균 영률이 75GPa 이하이고 인장탄성 한계강도가 700MPa 이상이면 적절하다.

또한, 본 발명의 티탄 합금은 총 20중량% 이하의 지르코늄(Zr)과 하프늄(Hf)와 스칸듐(Sc)으로 이루어진 금속 원소 그룹 중의 하나 이상의 원소, 당해 금속 원소 그룹 중의 하나 이상의 원소와의 합계가 30 내지 60중량%로 되는 Va족(바나듐족) 원소 및, 나머지가 실질적으로 티탄으로 이루어진 소결 합금이면 적절하다.

지르코늄 등을 총 20중량% 이하로 하는 것은 상기한 바와 같다. 또한, 동일하게 이들 원소를 총 1중량% 이상, 또한 5 내지 15중량%로 하면 보다 바람직하다.

② 본 발명의 티탄 합금은 크롬(Cr)과 몰리브덴(Mo)와 망간(Mn)과 철(Fe)과 코발트(Co)와 니켈(Ni)로 이루어진 금속 원소 그룹 중의 하나 이상의 원소를 함유하면 적절하다. 보다 구체적으로는 전체를 100중량%로 하는 경우에 크롬과 몰리브덴은 각각 20중량% 이하이며 망간과 철과 코발트와 니켈은 각각 10중량% 이하이면 적절하다.

크롬과 몰리브덴은 티탄 합금의 강도와 열간 단조성을 향상시키는 데에 효과적인 원소이다. 열간 단조성이 향상되면 티탄 합금의 생산성이나 수율의 향상을 도모할 수 있다. 여기서 크롬이나 몰리브덴이 20중량%를 초과하면 재료 편석이 발생하기 쉬워지며 균질한 재료를 얻는 것이 곤란해진다. 이들 원소를 1중량% 이상으로 하면 고용 강화에 따른 강도 등의 향상을 도모하는 데에 바람직하며 또한, 3 내지 15중량%로 하면 보다 바람직하다.

망간, 철, 코발트, 니켈은 몰리브덴 등과 동일하게 티탄 합금의 강도와 열간 단조성을 향상시키는 데에 효과적인 원소이다. 따라서 몰리브덴, 크롬 등의 대신에 또는 몰리브덴, 크롬 등과 함께 이들 원소를 함유시킬 수 있다. 단, 이들 원소가 10중량%를 초과하면 티탄과의 사이에서 금속간 화합물을 형성하며 연성이 저하되어 바람직하지 않다. 이들 원소를 1중량% 이상으로 하면 고용 강화에 따른 강도 등의 향상을 도모하는 데에 바람직하며 또한, 2 내지 7중량%로 하면 보다 바람직하다.

③ 본 발명의 티탄 합금이 소결 티탄 합금인 경우, 금속 원소 그룹에 주석을 가하면 적절하다.

즉, 본 발명의 소결 티탄 합금은 크롬(Cr)과 몰리브덴(Mo)과 망간(Mn)과 철(Fe)과 코발트(Co)와 니켈(Ni)과 주석(Sn)으로 이루어진 금속 원소 그룹 중의 하나 이상의 원소를 함유하면 적절하다. 구체적으로는 전체를 100중량%로 하는 경우에 크롬과 몰리브덴은 각각 20중량% 이하이며 망간과 철과 코발트와 니켈과 주석은 각각 10중량% 이하이면 보다 적절하다.

주석은 α안정화 원소이며 티탄 합금의 강도를 향상시키는 데에 효과적인 원소이다. 따라서 10중량% 이하의 주석을 몰리브덴 등의 원소와 함께 함유시킬 수 있다. 주석이 10중량%를 초과하면 티탄 합금의 연성이 저하되어 가공성의 저하를 초래한다. 주석을 1중량% 이상, 또한 2 내지 8중량%로 하면 저영률화와 함께 고강도화를 도모하는 데에 보다 바람직하다. 또한 몰리브덴 등의 원소에 관해서는 상기와 동일하다.

④ 본 발명의 티탄 합금은 알루미늄(Al)을 함유하면 적절하다. 구체적으로는 상기 알루미늄이 전체를 100중량%로 하는 경우에 0.3 내지 5중량%이면 한층 적절하다.

알루미늄은 티탄 합금의 강도를 향상시키는 데에 효과적인 원소이다. 따라서 0.3 내지 5중량%의 알루미늄을 몰리브덴이나 철 등의 대신에 또는 이들 원소와 함께 함유시킬 수 있다. 알루미늄이 0.3중량% 미만에서는 고용 강화작용이 불충분하며 충분한 강도의 향상을 도모할 수 없다. 또한, 5중량%를 초과하면 티탄 합금의 연성를 저하시킨다. 알루미늄을 0.5 내지 3중량%로 하면 안정한 강도의 향상을 도모하는 데에 보다 바람직하다.

또한 알루미늄을 주석과 함께 첨가하면 티탄 합금의 인성을 저하시키지 않고 강도를 향상시킬 수 있으므로 보다 바람직하다.

⑤ 본 발명의 티탄 합금은 전체를 100중량%로 하는 경우에 0.08 내지 0.6중량%의 산소(O)를 함유하면 적절하다.

또한, 전체를 100중량%로 하는 경우에 0.05 내지 1.0중량%의 탄소(C)를 함유하면 적절하다.

또한, 전체를 100중량%로 하는 경우에 0.05 내지 0.8중량%의 질소(N)를 함유하면 적절하다.

정리하면 전체를 100중량%로 하는 경우에 0.08 내지 0.6중량%의 산소(0)와 0.05 내지 1.0중량%의 탄소(C)와 0.05 내지 0.8중량%의 질소(N)로 이루어진 원소 그룹 중의 하나 이상의 원소를 함유하면 적절하다.

산소, 탄소 및 질소는 모두 침입형의 고용 강화원소이며 티탄 합금의 α상을 안정적으로 하며 강도를 향상시키는 데에 효과적인 원소이다.

산소가 0.08중량% 미만이며 탄소 또는 질소가 0.05중량% 미만인 경우 티탄 합금의 강도 향상이 충분하지 않다. 또한, 산소가 0.6중량%를 초과하며 탄소가 10중량%를 초과하거나 질소가 0.8중량%를 초과하면 티탄 합금의 취화(脆化)를 초래하여 바람직하지 않다. 산소를 0.1중량% 이상, 또한 0.15 내지 0.45중량%로 하면 티탄 합금의 강도와 연성의 균형에서 보다 바람직하다. 동일하게 탄소를 0.1 내지 0.8중량%, 질소를 0.1 내지 0.6중량%로 하면 이의 강도와 연성의 균형에서 보다 바람직하다.

⑥ 본 발명의 티탄 합금은 전체를 100중량%로 하는 경우에 0.01 내지 1.0중량%의 붕소(B)를 함유하면 적절하다.

붕소는 티탄 합금의 기계적인 재료 특성과 열간가공성을 향상시키는 데에 효과적인 원소이다. 붕소는 티탄 합금에 거의 고용되지 않으며 이의 거의 전량이 티탄 화합물 입자(TiB 입자 등)로서 석출된다. 이러한 석출 입자가 티탄 합금의 결정입자 성장을 현저하게 억제하여 티탄 합금의 조직을 미세하게 유지하기 때문이다.

붕소가 0.01중량% 미만에서는 그 효과가 충분하지 않으며 1.0중량%를 초과하면 고강성의 석출 입자가 증가함으로써 티탄 합금의 전체적인 영률의 상승과 냉간가공성의 저하를 초래하기 때문이다.

또한 0.01중량%의 붕소를 첨가하는 경우, TiB 입자로 환산하면 0.055체적%로되며 한편, 1중량%의 붕소를 첨가하는 경우에는 TiB 입자로 환산하면 5.5체적%로 된다. 따라서 환언하면 본 발명의 티탄 합금은 붕소화티탄 입자가 0.055체적%로부터 5.5체적%의 범위에 있으면 바람직하다.

그런데, 상기한 각 조성원소는 소정의 범위내에서 임의로 조합할 수 있다. 구체적으로는 상기한 Zr, Hf, Sc, Cr, Mo, Mn, Fe, Co, Ni, Sn, Al, 0, C, N, B를 상기한 범위내에서 적절하게 선택적으로 조합하여 본 발명의 티탄 합금으로 할 수 있다. 단, 이러한 점은 본 발명의 티탄 합금의 취지를 일탈하지 않는 범위내에서, 또한 별도의 원소를 배합하는 것을 배제하는 것이 아니다.

(2)냉간가공 조직

냉간가공 조직이란 티탄 합금을 냉간가공할 때에 얻어지는 조직이다. 본 발명자는 상기한 티탄 합금이 냉간가공성이 대단히 우수한 동시에 냉간가공이 실시된 티탄 합금이 현저하게 저영률이고 고탄성 변형능이면서 또한 고강도로 되는 것을 발견했다.

「냉간」이란 티탄 합금의 재결정 온도(재결정을 일으키는 최저 온도)보다 충분하게 저온인 것을 의미한다. 재결정 온도는 조성에 따라 변화하지만 대개 600℃ 정도이며 본 발명의 티탄 합금은 통상적으로 상온 내지 300℃의 범위에서 냉간가공하면 양호하다.

또한, X% 이상의 냉간가공 조직이란 다음 일반식에 의해 정의되는 냉간가공율이 X% 이상인 경우에 수득될 수 있는 냉간가공 조직을 말한다.

냉간가공율(X)= (S_O-S)/S_Ox 100(%)

상기 식에서,

S_O는 냉간가공 전의 단면적이며,

S는 냉간가공 후의 단면적이다.

이러한 냉간가공에 의해 티탄 합금내에 가공 변형율이 부여된다. 이러한 가공 변형이 원자 수준에서의 미세 구조 변화를 구성 조직내에서 일으키며 본 발명의 티탄 합금의 영률의 감소에 기여한다고 생각된다.

또한, 이러한 냉간가공에 따른 원자 수준에서의 미세 구조 변화에 따르는 탄성 변형의 축적이 티탄 합금의 강도 향상에 기여하고 있다고 생각된다.

구체적으로는 10% 이상의 냉간가공 조직을 가지며 평균 영률이 70GPa 이하이며 인장탄성 한계강도가 750MPa 이상이면 적절하다.

냉간가공을 부여함으로써 티탄 합금의 저영률화와 고탄성 변형능화와 고강도화를 보다 진행시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 티탄 합금은 50% 이상의 냉간가공 조직을 가지며 평균 영률이 65GPa 이하이며 인장탄성 한계강도가 800MPa 이상이면 적절하다. 또한, 본 발명의 티탄 합금은 70% 이상의 냉간가공 조직을 가지며 평균 영률이 60GPa 이하이며 인장탄성 한계강도가 850MPa 이상이면 보다 적절하다. 또한, 본 발명의 티탄 합금은 90% 이상의 냉간가공 조직을 가지며 평균 영률이 55GPa 이하이며 인장탄성 한계강도가 900MPa 이상이면 각별하게 적절하다.

본 발명의 티탄 합금은 냉간가공율을 99% 이상으로 할 수 있으며 상세한 것은 확실하지 않지만 종래의 티탄 합금과는 명백하게 상이한 것이다. 종래의 냉간가공성이 우수한 티탄 합금(예를 들면, Ti-22V-4Al: 통칭 DAT 51 등)과 비교해도 본 발명에 따른 티탄 합금의 냉간가공율은 정말로 경이적인 값이다.

이와 같이 본 발명의 티탄 합금은 매우 냉간가공성이 우수하며 또한 냉간가공에 의해 이의 재료물성이나 기계적 특성이 한층 개선되는 경향이 있으므로 저영률이고 고탄성 변형능 및 고강도가 요구되는 각종 냉간가공 성형품에 최적인 재료이다.

(3)소결 합금(소결 티탄 합금)

소결 합금은 원료 분말을 소결시켜 수득하는 합금이다. 본 발명의 티탄 합금이 소결 티탄 합금인 경우, 저영률, 고탄성 변형능, 고강도 및 우수한 냉간가공성을 발휘한다.

예를 들면, 이러한 소결 티탄 합금은 평균 영률이 75GPa 이하이고 인장탄성 한계강도가 700MPa 이상으로 될 수 있다.

또한, 본 발명의 소결 티탄 합금은 이의 조직중의 공극량을 조정하여 영률, 강도, 밀도 등을 조정할 수 있다. 예를 들면, 이러한 소결 합금이 30체적% 이하의 공극을 함유하면 적절하다. 공극을 30체적% 이하로 함으로써 동일한 합금 조성이라도 이의 평균 영률을 대폭적으로 저하시킬 수 있게 되기 때문이다.

한편, 이러한 소결 합금은 열간가공에 의해 공극이 5체적% 이하로 치밀화된조직이면 새로운 특징이 부여되며 적절하다.

즉, 소결 합금을 열간가공에 의해 치밀화하면 저영률이나 고탄성 변형능, 고강도에 추가하여 티탄 합금이 우수한 냉간가공성을 갖게 할 수 있다. 그리고 공극을 1체적% 이하로 감소시키면 보다 적절하다.

또한 열간가공이란 재결정 온도 이상에서의 소성 가공을 의미하여 예를 들면, 열간 단조, 열간 압연, 열간 스웨이징(hot swaging), HIP 등이 있다.

또한, 공극이란 소결 합금내에 잔류하는 공극을 의미하여 상대밀도로 평가한다. 상대밀도란 진밀도 ρ_O(잔류 공극 0%의 경우)로 소결체의 밀도ρ를 나눈 값의 백분율 (ρ/ρ_O) x 100(%)로 나타내며 공극의 체적%는 다음 일반식으로 나타낸다.

공극의 체적%=[1-(ρ/ρ_O)] x 100(%)

예를 들면, 금속 분말을 CIP 성형[냉간 정수압(靜水壓) 성형]하는 경우, 이의 정수압(예: 2 내지 4ton/cm²)을 조정하는 것으로 용이하게 공극의 체적량을 조정할 수 있다.

공극의 크기는 특별히 한정하지 않지만 예를 들면, 이의 평균 직경이 50μm 이하이면 소결 합금의 균일성이 유지되며 강도 저하도 억제하며 티탄 합금은 적당한 연성을 갖는다. 여기서 평균 직경이란 2차원 화상처리로 측정한 공극을 단면적의 등가인 원으로 치환하여 산출한 당해 원의 평균 직경을 의미한다.

(티탄 합금의 제조방법)

(1)원료 분말

소결법의 경우에 필요한 원료 분말은 적어도 티탄과 Va족 원소를 함유한다. 단, 이들은 다양한 형태를 취할 수 있다. 예를 들면, 원료 분말이 추가로 Zr, Hf, Sc, Cr, Mo, Mn, Fe, Co, Ni, Sn, Al, O, C, N, B를 함유할 수 있다.

구체적으로는 예를 들면, 원료 분말이 전체를 100중량%로 하는 경우에 지르코늄(Zr)과 하프늄(Hf)과 스칸듐(Sc)으로 이루어진 금속 원소 그룹 중의 하나 이상의 원소를 총 20중량% 이하 함유하면 적절하다.

그리고 본 발명의 제조방법은 티탄, 총 20중량% 이하의 지르코늄(Zr)과 하프늄(Hf)과 스칸듐(Sc)으로 이루어진 금속 원소 그룹 중의 하나 이상의 원소, 및 당해 금속 원소 그룹 중의 하나 이상의 원소와의 합계가 30 내지 60중량%로 되는 Va족(바나듐족) 원소를 함유하는 적어도 둘 이상의 원료 분말을 혼합하는 혼합공정, 혼합공정에 의해 수득된 혼합 분말을 소정 형상의 성형체로 성형하는 성형공정 및 성형공정에서 수득된 성형체를 가열하여 소결시키는 소결공정으로 이루어지면 적절하다.

또한, 본 발명의 제조방법은 티탄, 총 20중량% 이하의 지르코늄(Zr)과 하프늄(Hf)과 스칸듐(Sc)으로 이루어진 금속 원소 그룹 중의 하나 이상의 원소, 및 당해 금속 원소 그룹 중의 하나 이상의 원소와의 합계가 30 내지 60중량%로 되는 Va족(바나듐족) 원소를 적어도 함유하는 원료 분말을 소정 형상의 용기에 충전하는 충전공정과 충전공정 후에 열간 정수압법(HIP법)을 사용하여 당해 용기중의 원료 분말을 소결시키는 소결공정으로 이루어지면 적절하다.

원료 분말이 추가로 크롬, 망간, 코발트, 니켈, 몰리브덴, 철, 주석, 알루미늄, 산소, 탄소, 질소 및 붕소 중의 하나 이상의 원소를 함유하면 적절하다.

본 발명의 제조방법이 혼합공정을 수반하는 경우에는 원료 분말이 순수한 금속분말 및/또는 합금 분말의 2종류 이상으로 이루어지면 적절하다.

구체적인 사용 분말로서 예를 들면, 스폰지 분말, 수소화 탈수소 분말, 수소화 분말, 아토마이즈 분말 등을 사용할 수 있다. 분말의 입자 형상이나 입자직경(입자직경 분포) 등은 특별히 한정되지는 않으며 시판하는 분말을 그대로 사용할 수 있다. 단, 사용 분말은 비용이나 소결체의 치밀성의 관점에서 평균 입자직경이 100μm 이하이면 바람직하다. 또한, 분말의 입자직경이 45μm(#325) 이하이면 보다치밀한 소결체를 수득하기 쉽다.

본 발명의 제조방법이 HIP법을 사용하는 경우에는 원료 분말이 티탄과 적어도 Va족 원소를 함유하는 합금 분말로 이루어지면 적절하다. 이러한 합금 분말은 본 발명에 따른 티탄 합금의 조성을 구비한 분말이며 예를 들면, 가스 아토마이즈법이나 REP법(회전 전극법), PREP법(플라즈마 회전 전극법) 또는 용해법에 의해 제조된 잉고트를 수소화한 후에 분쇄하는 방법, 또한 MA법(기계적 합금화법) 등에 의해 제조된다.

(2)혼합공정

혼합공정은 원료 분말을 혼합하는 공정이다. 이들 혼합에는 V형 혼합기, 볼밀 및 진동 밀, 고 에너지 볼밀(예: 아트라이터) 등을 사용할 수 있다.

(3)성형공정

성형공정은 혼합공정에서 수득된 혼합 분말을 소정 형상의 성형체로 성형하는 공정이다. 성형체의 형상은 제품이 최종적인 형상이라도 좋으며 소결공정 후에 다시 가공을 실시하는 경우에는 빌레트 형상 등이라도 좋다.

성형공정에는 예를 들면, 금형 성형, CIP 성형(냉간 정수압 프레스 성형), RIP 성형(고무 정수압 프레스 성형) 등을 사용할 수 있다.

(4)충전공정

충전공정은 티탄과 적어도 Va족 원소를 함유하는 상기한 원료 분말을 소정 형상의 용기에 충전하는 공정이며 열간 정수압법(HIP법)을 사용하기 위해 필요하다. 원료 분말을 충전하는 용기의 내측 형상은 원하는 제품 형상에 대응하고 있다. 또한, 용기는 예를 들면, 금속제, 세라믹제 또는 유리제일 수 있다. 또한, 진공 탈기하여 원료 분말을 용기에 충전, 밀봉할 수 있다.

(5)소결공정

소결공정은 성형공정에서 수득된 성형체를 가열하여 소결시켜 소결체를 수득하는 공정, 또는 충전공정 후에 열간 정수압법(HIP)을 사용하여 용기중의 분말을 가압 고화시키는 공정이다.

성형체를 소결시키는 경우에는 진공 또는 불활성 기체의 대기에서 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 소결온도는 당해 합금의 융점 이하에서 또한 성분 원소가 충분하게 확산되는 온도 영역에서 실시하는 것이 바람직하며 예를 들면, 이의 온도범위는 1200℃ 내지 1400℃이다. 또한, 이의 소결시간은 2 내지 16시간인 것이 바람직하다. 따라서 티탄 합금의 치밀화와 생산성의 효율화를 도모하는 데에 1200℃ 내지 1400℃, 또한 2 내지 16시간의 조건으로 소결공정을 실시하면 양호하다.

HIP법에 의한 경우, 확산이 용이하고 분말의 변형 저항이 작으며 또한, 상기 용기와 반응하기 어려운 온도영역에서 실시하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 이의 온도범위는 900℃ 내지 1300℃이다. 또한, 성형압력은 충전 분말이 충분하게 크리프 변형할 수 있는 압력인 것이 바람직하며 예를 들면, 이의 압력범위는 50 내지 200MPa(500 내지 2000기압)이다. HIP의 처리시간은 분말이 충분하게 크리프 변형하여 치밀화하며 또한, 합금 성분이 분말간에 확산할 수 있는 시간이 바람직하며 예를 들면, 이의 시간은 1시간 내지 10시간이다.

(6)가공극정

① 열간가공을 실시함으로써 소결 합금의 공극 등을 감소시켜 조직을 치밀화시킬 수 있다.

따라서 본 발명의 제조방법은 추가로 소결공정 후에 수득된 소결체를 열간가공하여 소결체의 조직을 치밀화시키는 열간가공극정을 포함하면 적절하다. 이러한 열간가공은 개략적인 제품의 형상을 형성하기 위해 실시할 수 있다.

② 본 발명의 제조방법에 따라 수득된 티탄 합금은 냉간가공성이 우수하므로수득된 소결체를 냉간가공하여 여러가지의 제품을 제조할 수 있다.

따라서 본 발명의 제조방법은 추가로 소결공정후에 수득된 소결체를 냉간가공하여 소재 또는 제품으로 성형하는 냉간가공극정을 포함하면 적절하다. 그리고 열간가공에 의해 조가공을 실시한 다음, 냉간가공에 의해 마무리 가공을 실시할 수 있다.

(티탄 합금의 용도)

본 발명의 티탄 합금은 저영률, 고탄성 변형능, 고강도이므로 이러한 특성에 맞는 제품에 폭넓게 이용할 수 있다. 또한, 우수한 냉간가공성도 구비하므로 냉간가공제품에 본 발명의 티탄 합금을 이용하면 가공 균열 등이 현저하게 감소되며 제품 수율이 향상된다. 또한, 종래의 티탄 합금에서는 형상적으로 절삭가공이 필요한 제품에서도 본 발명의 티탄 합금에 따르면 냉간 단조 등에 의해 성형할 수 있게 되며 티탄 제품의 양산화, 저비용화를 도모하는 데에도 대단히 효과적이다.

예를 들면, 본 발명의 티탄 합금은 산업기계, 자동차, 오토바이, 자전거, 가전품, 항공 우주기기, 선박, 장신구, 스포츠·레저용품, 생체 관련품, 의료기재, 완구 등에 이용할 수 있다.

자동차의 (코일)스프링을 예로 들면 본 발명의 티탄 합금은 종래의 용수철강에 대하여 영률이 1/3로부터 1/5로 되며 또한, 탄성 변형능은 5배 이상이므로 권취수를 1/3로부터 1/5로 저하시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 티탄 합금은 통상적으로 스프링에 사용하는 강(鋼)에 대하여 비중이 70% 정도밖에 되지 않으므로 대폭적인 경량화를 실현할 수 있다.

또한, 장신구로서 안경 프레임을 예로 들면 본 발명의 티탄 합금은 종래의 티탄 합금보다 저영률이므로 구부러진 부분 등이 휘어지기 쉬워지며 얼굴에 잘 적응되며 또한, 충격흡수성이나 형상의 복원성도 우수하다. 또한, 고강도로 냉간가공성이 우수하므로 세선(細線)재로부터 안경 프레임 등으로의 성형도 용이하며 제품 수율의 향상도 도모할 수 있다. 또한, 이러한 세선재로부터 안경 프레임에 사용하면 안경의 적응성, 경량성, 장착감 등이 더한층 향상된다.

또한, 스포츠·레저용품으로서 골프 클럽을 예로 들어 설명하면 예를 들면, 골프 클럽의 샤프트가 본 발명의 티탄 합금으로 이루어진 경우, 이 샤프트는 익숙해지기 쉬워지며 골프 볼로 전달되는 탄성 에너지가 증가하여 골프 볼의 비행 거리의 향상을 기대할 수 있다. 또한, 골프 클럽의 헤드, 특히 페이스 부분이 본 발명의 티탄 합금으로 이루어진 경우, 이의 저영률과 고강도에 따른 박육(薄肉)화에 의해 헤드의 고유 진동수가 종래의 티탄 합금과 비교하여 현저하게 감소하며 이러한 헤드를 구비하는 골프 클럽을 사용하면 골프 볼의 비행 거리를 상당히 늘릴 수 있다고 기대된다. 또한, 골프 클럽에 관한 이론은 예를 들면, 일본 특허공보 제(평)7-98077호나 국제공개공보 WO 제98/46312호 등에 기재되어 있다.

기타, 본 발명의 티탄 합금에 따르면 이의 우수한 특성에 의해 골프 클럽의 타격감 등도 향상시킬 수 있으며 골프 클럽의 설계 자유도를 현저하게 확대시킬 수 있다.

또한, 의료분야에서는 인공뼈, 인공관절, 인공이식편, 뼈의 고정구 등을 생체내에 설치하는 것이나 의료기계의 기능부재[카테텔, 겸자, 변(弁) 등] 등에 본 발명의 티탄 합금을 이용할 수 있다. 예를 들면, 인공뼈가 본 발명의 티탄 합금으로 이루어진 경우, 이 인공뼈는 사람 뼈에 가까운 저영률을 가지며 사람 뼈와의 균형을 도모할 수 있으며 생체 적합성이 우수한 동시에 뼈로서 충분한 고강도를 갖는다.

또한, 본 발명의 티탄 합금은 제진재(制振材)에도 적합하다. E= ρV2(E: 영률, ρ: 재료 밀도 V: 재료내에서 전해지는 음속)의 수학식으로부터 알 수 있는 바와 같이 영률을 저하시킴으로써 이의 재료내에서 전해지는 음속을 감소시킬 수 있기 때문이다.

기타, 본 발명의 티탄 합금은 예를 들면, 소재[선재, 봉재, 각재, 판재, 박(箔)재, 섬유, 직물 등], 휴대품[시계(손목 시계), 바레트(머리 장식), 목걸이, 팔찌, 귀걸이, 피어스, 반지, 넥타이 핀, 브로치, 커프스보턴, 버클 부착 벨트, 라이터, 만년필의 펜 끝, 만년필용 클립, 키 홀더, 열쇠, 볼펜, 샤프 펜슬 등], 휴대 정보 단말기(휴대 전화, 휴대 레코더, 휴대용 퍼스널 컴퓨터 등의 케이스 등), 엔진 밸브용의 스프링, 서스펜션 스프링, 범퍼, 가스켓, 다이아프램, 벨로우, 호스, 호스 벤드, 핀세트, 낚싯대, 낚시바늘, 재봉침, 재봉틀 바늘, 주사바늘, 스파이크, 금속 브러시, 의자, 소파, 침대, 클러치, 패드, 각종 와이어류, 각종 바인더류, 서류 등의 클립, 쿠숀재, 각종 메탈 씰, 익스팬더, 트램폴린, 각종 건강 운동기기, 휠체어, 간호 기기, 갱생(rehabilitation) 기기, 브래지어, 코르셋, 카메라 몸체, 셔터 부품, 암막(暗幕), 커튼, 블라이드, 기구, 비행선, 텐트, 각종 멤브레인, 헬멧, 어망, 차 여과기, 우산, 소방복, 방탄조끼, 연료 탱크 등의 각종 용기류, 타이어의 내장(內張), 타이어의 보강재, 자전거의 샤시, 볼트, 자, 각종 토숀 바(torsion bar), 태엽, 동력 전동 벨트(CVT의 후프 등) 등의 각종분야의 각종 제품에 이용할 수 있다. ·

그리고 본 발명에 따른 티탄 합금 및 이의 제품은 주조, 단조(forging), 초소성(超塑性) 성형, 열간가공, 냉간가공, 소결 등의 각종 제조방법에 의해 제조할 수 있다.

(실시예)

하기에 조성이나 냉간가공율 등을 변경한 각종 구체적인 실시예를 예시하여 본 발명에 따른 티탄 합금 및 이의 제조방법에 관해 보다 상세하게 설명한다.

A. 시료 1 내지 84

우선, 본 발명에 따른 티탄 합금의 제조방법 등을 사용하여 시료 1 내지 84를 제조한다.

(1)시료 1 내지 13

시료 1 내지 13은 30 내지 60중량%의 Va족 원소와 티탄으로 이루어진 티탄 합금에 관한 것이다.

① 시료 1

원료 분말로서 본 발명에서 언급하는 티탄 분말에 상당하는 시판하는 수소화·탈수소 Ti 분말(-#325, -#100)과 니오븀(Nb) 분말(-#325), 바나듐(V) 분말(-#325), 탄탈륨(Ta) 분말(-#325)을 준비한다. 또한 이후에는 상기에 기재한 동일 분말에 관해서는 단순히 「티탄 분말」, 「니오븀 분말」, 「바나듐 분말」, 「탄탈륨 분말」 등이라고 호칭한다. 또한 이때의 함유 산소량은 티탄 분말에 함유되는 산소로 조정한다. 또한, 표 1의 조성은 중량%로 표시되어 있으며 나머지인 티탄의 기재는 생략한다.

이들 각 분말을 표 1의 조성비율로 되도록 배합 및 혼합한다(혼합공정). 이러한 혼합 분말을 압력 4ton/cm²에서 CIP 성형(냉간 정수압 성형)하여 ψ40 x 80mm의 원주 형상의 성형체를 얻는다(성형공정). 성형공정에 의해 얻어진 성형체를 1 x 10^-5torr의 진공속에서 1300℃ x 16시간 동안 가열하여 소결시켜 소결체로 한다(소결공정). 또한, 이러한 소결체를 700 내지 1150℃의 대기속에서 열간 단조(열간가공극정)하여, ψ10mm의 환봉으로 하며 이것을 시료 1로 한다.

② 시료 2

원료로서 스폰지 티탄, 고순도의 니오븀, 바나듐 브리켓(briquet)을 준비한다. 이들 원료를 표 1의 조성비율로 되도록 1kg 배합한다(배합공정). 이러한 원료를 인덕션 스컬(induction scull)을 사용하여 용해하고(용해공정) 금형에서 주조한 후(주조공정), ψ60 x 60mm의 용해재를 수득한다. 또한 용해는 균질화를 도모하기 위해 5회의 재용해 처리를 실시한다. 이러한 용해재를 700 내지 1150℃의 대기속에서 열간 단조(열간가공극정)하여, ψ10mm의 환봉으로 하며 이것을 시료 2로 한다

③ 시료 3, 4 및 시료 8 내지 11

원료 분말로서 티탄 분말과 니오븀 분말, 탄탈륨 분말을 사용하여 표 1의 조성비율로 되도록 한다. 그 이후에는 시료 1과 동일하게 하여 각 시료를 제조한다.

④ 시료 7

원료로서 스폰지 티탄, 고순도의 니오븀, 탄탈륨 브리켓을 준비한다. 이들 원료를 표 1의 조성비율로 되도록 1kg 배합한다(배합공정). 그 이후에는 시료 2와 동일하게 하여 시료 7을 제조한다.

⑤ 시료 5, 6, 12, 13

원료 분말로서 티탄 분말과 니오븀 분말, 탄탈륨 분말, 바나듐 분말을 사용하여 표 1의 조성비율로 되도록 한다. 그 이후에는 시료 1과 동일하게 하여 각 시료를 제조한다.

(2)시료 14 내지 24

시료 14 내지 24는 시료 6 내지 10, 12의 Va족 원소의 일부를 지르코늄, 하프늄, 스칸듐으로 표 1에 기재된 바와 같이 대체한 것이다.

① 시료 14

시료 14는 시료 9의 탄탈륨의 일부를 지르코늄으로 대체한 것이다. 원료 분말로서 티탄 분말과 니오븀 분말, 탄탈륨 분말, 지르코늄(Zr) 분말(-#325)을 사용하여 표 2의 조성비율로 되도록 한다. 그 이후에는 시료 1과 동일하게 하여 시료 14를 제조한다.

② 시료 15

시료 15는 시료 7의 니오븀의 일부를 지르코늄으로 대체한 것이다. 원료로서 스폰지 티탄, 고순도의 니오븀, 탄탈륨 브리켓을 준비한다. 이들 원료를 표 2의 조성비율로 되도록 1kg 배합한다(배합공정). 그 이후에는 시료 2와 동일하게 하여 시료 15를 제조한다.

③ 시료 16

시료 16은 시료 8의 니오븀의 일부를 지르코늄으로 대체한 것이다. 원료 분말로서 티탄 분말과 니오븀 분말, 탄탈륨 분말, 지르코늄 분말을 사용하여 표 2의 조성비율로 되도록 한다. 그 이후에는 시료 1과 동일하게 하여 시료 16을 제조한다.

④ 시료 17

시료 17은 시료 10의 탄탈륨 일부를 지르코늄으로 대체한 것이다. 원료 분말로서 티탄 분말과 니오븀 분말, 탄탈륨 분말, 지르코늄 분말을 사용하여 표 2의 조성비율로 되도록 한다. 그 이후에는 시료 1과 동일하게 하여 시료 17을 제조한다.

⑤ 시료 18

시료 18은 시료 10의 탄탈륨을 지르코늄으로 대체한 것이다. 원료 분말로서 티탄 분말과 니오븀 분말, 지르코늄 분말을 사용하여 표 2의 조성비율로 되도록 한다. 그 이후에는 시료 1과 동일하게 하여 시료 18을 제조한다.

⑥ 시료 19

시료 19는 시료 9의 니오븀과 탄탈륨의 일부를 지르코늄으로 대체한 것이다. 원료 분말로서 티탄 분말과 니오븀 분말, 탄탈륨 분말, 지르코늄 분말을 사용하여 표 2의 조성비율로 되도록 한다. 그 이후에는 시료 1과 동일하게 하여 시료 19를 제조한다.

⑦ 시료 20

시료 20은 시료 12의 니오븀, 바나듐의 일부를 지르코늄으로 대체한 것이다. 원료 분말로서 티탄 분말과 니오븀 분말, 바나듐 분말, 탄탈륨 분말, 지르코늄 분말을 사용하여 표 2의 조성비율로 되도록 한다. 그 이후에는 시료 1과 동일하게 하여 시료 20을 제조한다.

⑧ 시료 21

시료 21은 시료 6의 바나듐의 일부를 지르코늄과 하프늄으로 대체한 것이다. 원료 분말로서 티탄 분말과 니오븀 분말, 바나듐 분말, 탄탈륨 분말, 지르코늄 분말, 하프늄(Hf) 분말(-#325)을 사용하여 표 2의 조성비율로 되도록 한다. 그 이후에는 시료 1과 동일하게 하여 시료 21을 제조한다.

⑨ 시료 22

시료 22는 시료 10의 니오븀, 탄탈륨의 일부를 하프늄으로 대체한 것이다. 원료 분말로서, 티탄 분말과 니오븀 분말, 탄탈륨 분말, 하프늄 분말을 사용하여, 표 2의 조성 비율이 되도록 한다. 그 이후는 시료 1과 동일하게 하여 시료 22를 제조한다.

⑩ 시료 23

시료 23은 시료 12의 니오븀의 일부를 지르코늄으로 대체한 것이다. 원료 분말로서, 티탄 분말과 니오븀 분말, 바나듐 분말, 탄탈륨 분말, 지르코늄 분말을 사용하여, 표 2의 조성 비율이 되도록 한다. 그 이후는 시료 1과 동일하게 하여 시료 23을 제조한다.

⑪ 시료 24

시료 24는 시료 9의 니오븀, 탄탈륨의 일부를 스칸듐으로 대체한 것이다. 원료 분말로서, 티탄 분말과 니오븀 분말, 탄탈륨 분말, 스칸듐(Sc) 분말(-#325)을 사용하여, 표 2의 조성 비율이 되도록 한다. 그 이후는 시료 1과 동일하게 하여 시료 24를 제조한다.

(3) 시료 25 내지 31

시료 25 내지 31은 시료 11, 14, 16, 17, 18, 23에, 크롬, 망간, 코발트, 니켈, 몰리브덴, 철을 추가로 배합한 것이다

① 시료 25

시료 25는 시료 23에 크롬을 첨가한 것이다. 원료 분말로서, 티탄 분말과 니오븀 분말, 바나듐 분말, 탄탈륨 분말, 지르코늄 분말, 크롬(Cr) 분말(-#325)을 사용하여, 표 3의 조성 비율이 되도록 한다. 그 이후는 시료 1과 동일하게 하여 시료 25를 제조한다.

② 시료 26

시료 26은 시료 14에 몰리브덴을 첨가한 것이다. 원료 분말로서, 티탄 분말과 니오븀 분말, 탄탈륨 분말, 지르코늄 분말, 몰리브덴(Mo) 분말(-#325)을 사용하여, 표 3의 조성 비율이 되도록 한다. 그 이후는 시료 1과 동일하게 하여 시료 26을 제조한다.

③ 시료 27

시료 27은 시료 11에 몰리브덴을 첨가한 것이다. 원료 분말로서, 티탄 분말과 니오븀 분말, 탄탈륨 분말, 몰리브덴 분말을 사용하여, 표 3의 조성 비율이 되도록 한다. 그 이후는 시료 1과 동일하게 하여 시료 27을 제조한다.

④ 시료 28

시료 28은 시료 18에 코발트를 첨가한 것이다. 원료 분말로서, 티탄 분말과 니오븀 분말, 지르코늄 분말, 코발트(Co) 분말(-#325)를 사용하여, 표 3의 조성 비율이 되도록 한다. 그 이후는 시료 1과 동일하게 하여 시료 28를 제조한다.

⑤ 시료 29

시료 29는 시료 16에 니켈을 첨가한 것이다. 원료 분말로서, 티탄 분말과 니오븀 분말, 탄탈륨 분말, 지르코늄 분말, 니켈(Ni) 분말(-#325)을 사용하여, 표 3의 조성 비율이 되도록 한다. 그 이후는 시료 1과 동일하게 하여 시료 29를 제조한다.

⑥ 시료 30

시료 30은 시료 17에 망간을 첨가한 것이다. 원료 분말로서, 티탄 분말과 니오븀 분말, 탄탈륨 분말, 지르코늄 분말, 망간(Mo) 분말(-#325)을 사용하여, 표 3의 조성 비율이 되도록 한다. 그 이후는 시료 1과 동일하게 하여 시료 30을 제조한다.

⑦ 시료 31

시료 31은 시료 14에 철을 첨가한 것이다. 원료 분말로서, 티탄 분말과 니오븀 분말, 탄탈륨 분말, 지르코늄 분말, 철(Fe) 분말(-#325)을 사용하여, 표 3의 조성 비율이 되도록 한다. 그 이후는 시료 1과 동일하게 하여 시료 31을 제조한다.

(4) 시료 32 내지 38

시료 32 내지 34는 시료 14, 16, 18에, 알루미늄을 추가로 배합한 것이다. 시료 35 내지 38은 시료 8, 16, 18에, 주석(및 알루미늄)을 추가로 배합한 것이다.

① 시료 32

시료 32는 시료 16에 알루미늄을 첨가한 것이다. 원료 분말로서, 티탄 분말과 니오븀 분말, 탄탈륨 분말, 지르코늄 분말, 알루미늄(Al) 분말(-#325)을 사용하여, 표 3의 조성 비율이 되도록 한다. 그 이후는 시료 1과 동일하게 하여 시료 32를 제조한다.

② 시료 33

시료 33은 시료 18에 알루미늄을 첨가한 것이다. 원료 분말로서, 티탄 분말과 니오븀 분말, 지르코늄 분말, 알루미늄 분말을 사용하여, 표 3의 조성 비율이 되도록 한다. 그 이후는 시료 1과 동일하게 하여 시료 33을 제조한다.

③ 시료 34

시료 34는 시료 14에 알루미늄을 첨가한 것이다. 원료 분말로서, 티탄 분말과 니오븀 분말, 탄탈륨 분말, 지르코늄 분말, 알루미늄 분말을 사용하여, 표 3의 조성 비율이 되도록 한다. 그 이후는 시료 1과 동일하게 하여 시료 34를 제조한다.

④ 시료 35

시료 35는 시료 7에 주석을 첨가한 것이다. 원료 분말로서, 티탄 분말과 니오븀 분말, 탄탈륨 분말, 주석(Sn) 분말(-#325)을 사용하여, 표 3의 조성 비율이 되도록 한다. 그 이후는 시료 1과 동일하게 하여 시료 35를 제조한다.

⑤ 시료 36

시료 36은 시료 16에 주석을 첨가한 것이다. 원료 분말로서, 티탄 분말과 니오븀 분말, 탄탈륨 분말, 지르코늄 분말, 주석 분말을 사용하여, 표 3의 조성 비율이 되도록 한다. 그 이후는 시료 1과 동일하게 하여 시료 36을 제조한다.

⑥ 시료 37

시료 37은 시료 18에 주석을 첨가한 것이다. 원료 분말로서, 티탄 분말과 니오븀 분말, 지르코늄 분말, 주석 분말을 사용하여, 표 3의 조성 비율이 되도록 한다. 그 이후는 시료 1과 동일하게 하여 시료 37을 제조한다.

⑦ 시료 38

시료 38은 시료 16에 주석과 알루미늄을 첨가한 것이다. 원료 분말로서, 티탄 분말과 니오븀 분말, 탄탈륨 분말, 지르코늄 분말, 주석 분말, 알루미늄 분말을 사용하여, 표 3의 조성 비율이 되도록 한다. 그 이후는 시료 1과 동일하게 하여 시료 38를 제조한다.

(5) 시료 39 내지 46

시료 39 내지 46은 시료 4, 10, 14, 17, 18에 포함되는 산소량을 적극적으로 변화시킨 것이다.

① 시료 39, 40

시료 39, 40은 시료 4의 산소량을 증가시킨 것이다. 원료 분말로서, 티탄 분말과 니오븀 분말, 탄탈륨 분말을 사용하여, 표 4의 조성 비율과 같도록 한다. 그 이후는 시료 1과 동일하게 하여 시료 39, 40를 제조한다

② 시료 41, 42

시료 41, 42는 시료 10의 산소량을 증가시킨 것이다. 원료 분말로서, 티탄 분말과 니오븀 분말, 탄탈륨 분말을 사용하여, 표 4의 조성 비율이 되도록 한다. 그 이후는 시료 1과 동일하게 하여 시료 41, 42를 제조한다.

③ 시료 43, 44

시료 43, 44는 시료 14의 산소량을 증가시킨 것이다. 원료 분말로서, 티탄 분말과 니오븀 분말, 탄탈륨 분말, 지르코늄 분말을 사용하여, 표 4의 조성 비율이 되도록 한다. 그 이후는 시료 1과 동일하게 하여 시료 43, 44를 제조한다.

④ 시료 45

시료 45는 시료 18의 산소량을 증가시킨 것이다. 원료 분말로서, 티탄 분말과 니오븀 분말, 지르코늄 분말을 사용하여, 표 4의 조성 비율이 되도록 한다. 그 이후는 시료 1과 동일하게 하여 시료 45를 제조한다.

⑤ 시료 46

시료 46은 시료 17의 산소량을 증가시킨 것이다. 원료 분말로서, 티탄 분말과 니오븀 분말, 탄탈륨 분말, 지르코늄 분말을 사용하여, 표 4의 조성 비율로 되도록 한다. 그 이후는 시료 1과 동일하게 하여 시료 46을 제조한다.

(6) 시료 47 내지 54

시료 47 내지 54는 시료 10, 16, 17, 18에 탄소, 질소, 붕소를 추가로 배합한 것이다.

① 시료 47, 48

시료 47, 48은 시료 18에 탄소를 첨가한 것이다. 원료 분말로서, 티탄 분말과 니오븀 분말, 지르코늄 분말과 TiC 분말(-#325)을 사용하여, 표 4의 조성 비율이 되도록 한다. 그 이후는 시료 1과 동일하게 하여 시료 47, 48을 제조한다.

② 시료 49

시료 49는 시료 16에 탄소를 첨가한 것이다. 원료 분말로서, 티탄 분말과 니오븀 분말, 탄탈륨 분말, 지르코늄 분말과 TiC 분말을 사용하여, 표 4의 조성 비율이 되도록 한다. 그 이후는 시료 1과 동일하게 하여 시료 49를 제조한다.

③ 시료 50, 51

시료 50, 51은 시료 17에 질소를 첨가한 것이다. 원료 분말로서, 티탄 분말과 니오븀 분말, 탄탈륨 분말, 지르코늄 분말과 TiN 분말(-#325)을 사용하여, 표 4의 조성 비율이 되도록 한다. 그 이후는 시료 1과 동일하게 하여 시료 50, 51을 제조한다.

④ 시료 52

시료 52는 시료 17에 붕소를 첨가한 것이다. 원료 분말로서, 티탄 분말과 니오븀 분말, 탄탈륨 분말, 지르코늄 분말과 TiB₂분말(-#325)을 사용하여, 표 4의 조성 비율이 되도록 한다. 그 이후는 시료 1과 동일하게 하여 시료 52를 제조한다.

⑤ 시료 53

시료 53은 시료 16에 붕소를 첨가한 것이다. 원료 분말로서, 티탄 분말과 니오븀 분말, 탄탈륨 분말, 지르코늄 분말과 TiB₂분말을 사용하여, 표 4의 조성 비율이 되도록 한다. 그 이후는 시료 1과 동일하게 하여 시료 53을 제조한다.

⑥ 시료 54

시료 54는 시료 10에 붕소를 첨가한 것이다. 원료 분말로서, 티탄 분말과 니오븀 분말, 탄탈륨 분말과 TiB₂분말을 사용하여, 표 4의 조성 비율이 되도록 한다. 그 이후는 시료 1과 동일하게 하여 시료 54를 제조한다.

(7) 시료 55 내지 74

시료 55 내지 74는 시료 2, 7, 14, 15, 16, 17, 18, 22, 26, 32, 53에 추가로 냉간가공을 시행한 것이다.

① 시료 55

시료 55는 시료 2에 냉간가공을 시행한 것이다. 원료로서, 스폰지 티탄, 고순도의 니오븀, 바나듐 브리켓을 준비한다. 이들 원료를 표 5A의 조성 비율이 되도록 1kg 배합한다(배합 공정). 이 원료를, 인덕션 스컬을 사용하여 용해하고(용해 공정), 금형에 주조 후(주조 공정), ø60 x 60의 용해재를 얻는다. 또한, 용해는 균질화를 도모하기 위해서 5회의 재용해 처리를 행한다. 이 용해재를 700 내지 1150℃의 대기속에서 열간 단조하여(열간가공 공정), ø20mm의 환봉으로 한다. 이 ø20mm의 환봉을 냉간 스웨이징 머신으로 냉간가공하여, 표 5A에 나타내는 냉간가공율을 갖는 시료 55를 제조한다.

② 시료 56

시료 56은 시료 7에 냉간가공을 시행한 것이다. 원료로서, 스폰지 티탄, 고순도의 니오븀, 탄탈륨 브리켓을 준비한다. 이들 원료를 표 5A의 조성 비율이 되도록 1kg 배합한다(배합 공정). 그 이후는 시료 55과 동일하게 하여, 표 5A에 나타내는 냉간가공율을 갖는 시료 56을 제조한다.

③ 시료 57, 58

시료 57, 58은 시료 15에 냉간가공을 시행한 것이다. 원료로서, 스폰지 티탄, 고순도의 니오븀, 탄탈륨, 지르코늄 브리켓을 준비한다. 이들 원료를 표 5A의 조성 비율이 되도록 1kg 배합한다(배합 공정). 그 이후는 시료 55과 동일하게 하여, 표 5A에 나타내는 냉간가공율을 갖는 시료 57, 58을 제조한다.

④ 시료 59 내지 62

시료 59 내지 62는 시료 14에 냉간가공을 시행한 것이다. 원료 분말로서, 티탄 분말과 니오븀 분말, 탄탈륨 분말, 지르코늄 분말을 사용하여, 표 5A의 조성 비율이 되도록 배합 및 혼합한다(혼합 공정). 이 혼합 분말을 압력 4ton/㎠로 CIP 성형(냉간 정수압 성형)하여, ø40 x 80mm의 원주 형상의 성형체를 얻는다(성형 공정). 성형 공정에 의해 얻어진 성형체를 1 x 10^-5torr의 진공속에서 1300℃ x 16시간 가열하여 소결시켜, 소결체로 한다(소결 공정). 또한, 이 소결체를 700 내지 1150℃의 대기속에서 열간 단조하여(열간가공 공정), ø20mm의 환봉으로 한다. 이 ø20mm의 환봉을 냉간 스웨이징 머신으로 냉간가공하여, 표 5A에 나타내는 냉간가공율을 갖는 시료 59 내지 62를 제조한다.

⑤ 시료 63 내지 66

시료 63 내지 66은 시료 16에 냉간가공을 시행한 것이다. 원료 분말로서, 티탄 분말과 니오븀 분말, 탄탈륨 분말, 지르코늄 분말을 사용하여, 표 5A의 조성 비율이 되도록 배합 및 혼합한다(혼합 공정).

그 이후는 시료 59와 동일하게 하여, 표 5A에 나타내는 냉간가공율을 갖는 시료를 제조한다.

⑦ 시료 67 내지 70

시료 67 내지 70은 시료 18에 냉간가공을 시행한 것이다. 원료 분말로서, 티탄 분말과 니오븀 분말, 지르코늄 분말을 사용하여, 표 5A의 조성 비율이 되도록 배합 및 혼합한다(혼합 공정). 그 이후는 시료 59와 동일하게 하여, 표 5A에 나타내는 냉간가공율을 갖는 시료를 제조한다.

⑧ 시료 71 내지 73

시료 71은 시료 53에 냉간가공을 시행한 것이다. 원료 분말로서, 티탄 분말과 니오븀 분말, 탄탈륨 분말, 지르코늄 분말과 TiB₂분말을 사용하여, 표 5B의 조성 비율이 되도록 배합 및 혼합한다(혼합 공정). 그 이후는 시료 59와 동일하게 하여, 표 5B에 나타내는 냉간가공율을 갖는 시료를 제조한다.

⑨ 시료 74

시료 74는 시료 17에 냉간가공을 시행한 것이다. 원료 분말로서, 티탄 분말과 니오븀 분말, 탄탈륨 분말, 지르코늄 분말을 사용하여, 표 5B의 조성 비율이 되도록 배합 및 혼합한다(혼합 공정). 그 이후는 시료 59와 동일하게 하여, 표 5B에 나타내는 냉간가공율을 갖는 시료 74를 제조한다.

⑩ 시료 75

시료 75는 시료 22에 냉간가공을 시행한 것이다. 원료 분말로서, 티탄 분말과 니오븀 분말, 탄탈륨 분말, 하프늄 분말을 사용하여, 표 5B의 조성 비율이 되도록 배합 및 혼합한다(혼합 공정). 그 이후는 시료 59와 동일하게 하여, 표 5B에 나타내는 냉간가공율을 갖는 시료 75를 제조한다.

⑪ 시료 76

시료 76은 시료 26에 냉간가공을 시행한 것이다. 원료 분말로서, 티탄 분말과 니오븀 분말, 탄탈륨 분말, 지르코늄 분말, 망간 분말을 사용하여, 표 5B의 조성 비율이 되도록 배합 및 혼합한다(혼합 공정). 그 이후는 시료 59와 동일하게 하고, 표 5B에 나타내는 냉간가공율을 갖는 시료 76을 제조한다.

⑫ 시료 77

시료 77은 시료 32에 냉간가공을 시행한 것이다. 원료 분말로서, 티탄 분말과 니오븀 분말, 탄탈륨 분말, 지르코늄 분말, 알루미늄 분말을 사용하여, 표 5B의 조성 비율이 되도록 배합 및 혼합한다(혼합 공정). 그 이후는 시료 59와 동일하게 하여, 표 5B에 나타내는 냉간가공율을 갖는 시료를 제조한다.

(8) 시료 78 내지 81

시료 78 내지 81은 CIP 성형의 성형 압력을 상기 서술한 각 시료보다도 감소시켜 소결체내의 공극율을 상승시킨 것이다.

① 시료 78, 79

시료 78, 79는 시료 8과 동일 조성을 갖는 것이다. 원료 분말로서, 티탄 분말과 니오븀 분말, 탄탈륨 분말을 준비한다. 또한, 이 때의 함유 산소량은 티탄 분말에 포함되는 산소로 조정한다. 이들 각 분말을 표 6의 조성 비율이 되도록 배합 및 혼합한다(혼합 공정). 이 혼합 분말을 시료 78은 압력 3.8ton/㎠로, 시료 79는 압력 3.5ton/㎠ CIP 성형(냉간 정수압 성형)하여, ø10 x 80mm의 원주 형상의 성형체를 얻는다(성형 공정). 성형 공정에 의해 얻어진 성형체를 1 x 10^-5torr의 진공속에서 1300℃ x 16시간 가열하여 소결시켜, 소결체로 하고(소결 공정), 이것을 시료 78, 79로 한다. 또한, 이 때의 공극율을 산출하면, 시료 78은 2%, 시료 79에서는 5%이다.

② 시료 80

시료 80은 시료 18과 동일 조성을 갖는 것이다. 원료 분말로서, 티탄 분말과 니오븀 분말, 지르코늄 분말을 준비한다. 이들 각 분말을 표 6의 조성 비율이 되도록 배합 및 혼합한다(혼합 공정). 이 혼합 분말을 압력 3.0ton/㎠로 CIP 성형(냉간 정수압 성형)하여, ø10 x 80mm의 원주 형상의 성형체를 얻는다(성형 공정). 성형 공정에 의해 얻어진 성형체를 1 x 10^-5torr의 진공속에서 1300℃ x 16시간 가열하여 소결시켜, 소결체로 하고(소결 공정), 이들을 제77시료로 한다. 또한, 이 때의 공극율을 산출하면 10%이다.

③ 시료 81

시료 81은 시료 16과 동일 조성을 갖는 것이다. 원료 분말로서, 티탄 분말과 니오븀 분말, 탄탈륨 분말, 지르코늄 분말을 준비한다. 또한, 이 때의 함유 산소량은 티탄 분말에 포함되는 산소로 조정한다. 이들 각 분말을 표 6의 조성 비율이 되도록 배합 및 혼합한다(혼합 공정). 이 혼합 분말을 압력 2.5ton/㎠로 CIP 성형(냉간 정수압 성형)하여, ø10 x 80mm의 원주 형상의 성형체를 얻는다(성형 공정). 성형 공정에 의해 얻어진 성형체를 1 x 10^-5torr의 진공속에서 1300℃ x 16시간 가열하여 소결시켜 소결체로 하고(소결 공정), 이것을 시료 81로 한다. 또한, 이 때의 공극율을 산출하면 25%이다.

(9) 시료 82 내지 84

시료 82 내지 83은 HIP법을 사용하여 티탄 합금을 제조한 것이다.

① 시료 82

원료 분말로서, 티탄 분말과, 니오븀 분말과, 탄탈륨 분말을 사용하여, 표 6의 조성 비율이 되도록 배합한 혼합 분말을, 순수 티탄제 용기에 충전하여, 1 x 10^-2torr에서 탈기후 봉입한다(충전 공정). 혼합 분말을 봉입한 용기를 1000℃ x 200MPa의 조건으로 2시간 유지하여, HIP법에 의해 소결시킨다(소결 공정). 이렇게 해서 얻어진 ø20 x 80mm를 시료 82로 한다.

② 시료 83

시료 82에서 얻어진 ø20mm의 환봉을 냉간 스웨이징 머신으로 냉간가공하여, 표 6에 나타내는 냉간가공율을 갖는 시료 83을 제조한다.

③ 시료 84

시료 84는 시료 78에 냉간가공을 시행한 것이다. 원료 분말로서, 티탄 분말과 니오븀 분말, 탄탈륨 분말을 사용하여, 표 6의 조성 비율이 되도록 배합 및 혼합한다(혼합 공정). 이 혼합 분말을 압력 3.8ton/㎠로 CIP 성형(냉간 정수압 성형)하여, ø20 x 80mm의 원주 형상의 성형체를 얻는다(성형 공정). 성형 공정에 의해 얻어진 성형체를 1 x 10^-5torr의 진공속에서 1300℃ x 16시간 가열하여 소결시켜, 소결체로 한다(소결 공정). 이 ø20mm의 소결체를 냉간 스웨이징 머신으로 냉간가공하여, 표 6에 나타내는 냉간가공율을 갖는 시료 84를 제조한다.

B. 시료 C1 내지 C5와 시료 D1 내지 D3

다음에, 상기 서술한 조성 범위에 속하지 않는 조성을 갖거나 또는 상기 서술한 제조 방법과 다른 방법에 의해서 얻어진, 시료 C1 내지 C5와 시료 D1 내지 D3을 제조한다.

(1) 시료 C1 내지 C5

① 시료 C1은 Va족 원소가 30중량% 미만인 티탄 합금에 관한 것이다. 원료 분말로서, 티탄 분말과, 니오븀 분말을 준비한다. 이 때의 함유 산소량은 티탄 분말에 포함되는 산소로 조정한다. 이들의 각 분말을 표 7의 조성 비율이 되도록 배합 및 혼합한다. 이렇게 해서 얻어진 혼합 분말을 압력 4ton/㎠로 CIP 성형(냉간 정수압 성형)하여, ø40 x 80mm의 원주 형상의 성형체를 얻는다. 이 성형체를 1 x 10^-5torr의 진공속에서 1300℃ x 16시간 가열하여 소결시켜, 소결체로 한다. 또한, 이 소결체를 700 내지 1150℃의 대기중에서 열간 단조하여 ø10mm의 환봉으로 하여, 이것을 시료 C1로 한다.

② 시료 C2

시료 C2는 Va족 원소가 60중량%를 넘는 티탄 합금에 관한 것이다. 원료 분말로서, 티탄 분말과, 니오븀 분말과, 바나듐 분말과, 탄탈륨 분말을 사용하여, 표 7의 조성 비율이 되도록 배합한다. 그 이후는 시료 C1과 동일하게 하여 시료 C2를 제조한다.

③ 시료 C3

시료 C3은 알루미늄이 5중량%를 넘는 티탄 합금에 관한 것이다. 원료 분말로서, 티탄 분말과, 니오븀 분말, 탄탈륨 분말, 지르코늄 분말 및 알루미늄 분말을 사용하여, 표 7의 조성 비율이 되도록 배합한다. 그 이후는 시료 C1과 동일하게 하여 시료 C3을 제조한다.

④ 시료 C4

시료 C4는 산소가 0.6중량%를 넘는 티탄 합금에 관한 것이다. 원료 분말로서, 티탄 분말과, 니오븀 분말과, 탄탈륨 분말을 사용하여, 표 7의 조성 비율이 되도록 배합한다. 또한, 함유 산소량은 티탄 분말에 포함되는 산소량으로 조정한다. 그 이후는 시료 C1과 동일하게 하여 시료 C4를 제조한다.

⑤ 시료 C5

시료 C5는 붕소가 1.0중량%를 넘는 티탄 합금에 관한 것이다. 원료 분말로서, 티탄 분말과, 니오븀 분말과, 탄탈륨 분말과, TiB₂분말을 사용하여, 표 7의 조성 비율이 되도록 배합한다. 그 이후는 시료 C1과 동일하게 하여 시료 C5를 제조한다.

(2) 시료 D1 내지 D3

시료 D1 내지 D3는 소위 용해법에 의해 제조한 것이다.

① 시료 D1

원료 분말로서, 티탄 분말과 니오븀 분말, 하프늄 분말, 주석 분말을 준비하고, 표 7에 나타내는 성분 조성의 티탄 합금을 버튼 용해(button melting)로 용해시켜 제조한다. 이것에 의해 얻어진 잉곳을 950 내지 1050℃의 대기중에서 열간 단조하고, ø10 x 50mm의 환봉으로 한다.

② 시료 D2

원료 분말로서, 티탄 분말과 바나듐 분말 및 알루미늄 분말을 사용하여, 표 7의 조성 비율이 되도록 배합한다. 그 이후는 시료 D1과 동일하게 하여 시료 D2를 제조한다.

③ 시료 D3

원료 분말로서, 티탄 분말과 니오븀 분말 및 지르코늄 분말을 사용하여, 표 7의 조성 비율이 되도록 배합한다. 그 이후는 시료 D1과 동일하게 하여 시료 D3을 제조한다.

(각 시료의 특성)

상술한 각 시료에 관해서, 여러가지의 특성치를 아래에 나타낸 방법으로 구한다.

① 평균 영률, 인장탄성 한계강도, 탄성 변형능 및 인장강도

각 시료에 관해서, 인스트론 시험기를 사용하여 인장 시험을 행하여, 하중과 신도를 측정하여, 응력-신도(변형율) 그래프를 구한다.

인스트론 시험기란, 인스트론(제조자명)제의 만능 인장 시험기이고, 구동방식은 전기 모터 제어식이다. 신도는 시험편의 측면에 부착한 변형 게이지의 출력으로부터 측정한다.

평균 영률과 인장탄성 한계강도와 인장강도는 그 응력-신도(변형율) 그래프에 근거하여, 상기 서술한 방법에 의해 구한다. 또한, 탄성 변형능은 인장탄성 한계강도에 대응하는 신도를 응력-신도(변형율) 그래프로부터 구한다.

② 기타

공극율은 상기 서술한 공극의 체적%를 의미하고, 냉간가공율은 상기 서술한 수학식으로부터 구한 냉간가공율을 의미한다.

이들 결과를 표 1 내지 표 7에 함께 나타내었다.

(각 시료의 평가)

① 평균 영률과 인장탄성 한계강도에 관해서

시료 1 내지 13은 모두 30 내지 60중량%의 Va족 원소를 함유하고, 평균 영률이 75GPa 이하이고 인장탄성 한계강도가 700MPa 이상이다. 따라서, 충분한 저영률과 고강도(고탄성)가 달성되어 있음을 알 수 있다.

한편, Va족 원소의 함유량이 30중량% 미만인 시료 Cl 및 시료 D1 내지 D3 또는 Va족 원소의 함유량이 60%를 넘는 시료 C2에서는 어느 것이나, 평균 영률이 75GPa를 넘고, 저영률이 달성되어 있지 않다.

다음에, 소정량의 Va족 원소에 Zr, Hf, 또는 Sc를 함유시킨 시료 14 내지 24는 시료 6 내지 12와 비교하면 분명하게도 모든 경우에 보다 저영률화와 고강도(고탄성)화가 도모되고 있다.

또한 Cr, Mo, Mn, Fe, Co, Ni, Al, Sn을 함유시킨 시료 25 내지 38은 이들 원소를 함유하지 않은 다른 시료에 비하여, 저영률을 달성하면서, 인장탄성 한계강도가 향상된다. 따라서, 이들 원소는 본 발명에 관계되는 티탄 합금의 고강도(고탄성)화에 유효한 것을 알 수 있다.

단, 시료 C3 등으로부터도 알 수 있는 것같이, Al의 함유량이 5중량%를 넘으면, 인장탄성 한계강도가 향상되지만, 평균 영률의 상승도 초래하고 있다. 저영률이고 고강도(고탄성)이기 위해서는 Al의 함유량이 5% 이하인 것이 바람직한 것을 알 수 있다.

또한, 산소가 비교적 많이 함유되는 시료 39 내지 46으로부터, 산소는 저영률과 고강도(고탄성)을 도모하는 데에 있어서 유효한 원소인 것을 알았다. 또한, 시료 47 내지 51에서, 탄소, 질소에 관해서도 동일하게, 저영률과 고강도(고탄성)를 도모하는 데에 있어서 유효한 원소인 것을 알았다.

또한, 시료 52 내지 54로부터, 붕소도, 저영률과 고강도(고탄성)을 도모하는 데에 있어서 유효한 원소인 것을 알았다. 더구나, 시료 71 내지 73으로부터, 적당량 붕소의 첨가에 의해, 냉간가공성이 저해되는 일도 없다.

② 탄성 변형능

시료 1 내지 84는 어느 것이나 탄성 변형능이 1.3 이상이고, 시료 C1 내지 C5 및 D1 내지 D3(탄성 변형능은 1.0 이하)에 대하여, 우수한 고탄성 변형능을 갖는 것을 알았다.

③ 냉간가공율에 대하여

냉간가공을 시행한 시료 55 내지 77로부터, 대체로, 냉간가공율이 높아질수록, 평균 영률이 저하하고, 인장탄성 한계강도가 상승하는 경향에 있는 것을 알았다. 티탄 합금의 저영률화와 고탄성 변형능화, 또한 고강도(고탄성)비를 양립시키는 데에 있어서, 냉간가공이 유효한 것을 알았다.

④ 공극율에 대하여

시료 78 내지 81로부터, 30중량% 이하의 공극이 존재하여도, 저영률과 함께고강도(고탄성)가 얻어지고 있는 것을 알았다. 그리고, 공극율이 보다 큰 시료 80, 81에서는 밀도의 저하에 의해, 비강도의 향상이 도모된다.

⑤ 소결법과 용해법에 관해서

시료 1 내지 84 중에서 소결법에 의해 제조한 시료와, 용해법으로 제조한 시료 D1 내지 D3을 비교하면, 소결법에 의해, 저영률이고 고탄성 변형능이면서 고강도(고탄성)인 티탄 합금을 얻기 쉬운 것을 알았다.

한편, 시료 D1 내지 D3와 같이, 용해법에 의해 얻어진 티탄 합금에서는 저영률과 고강도(고탄성)을 양립시키는 것은 어렵다. 단, 이것은 시료 2, 7등으로부터도 알 수 있는 것같이, 용해법으로 제조된 티탄 합금을 본 발명으로부터 제외하는 것을 의미하는 것이 아니다.

이상, 서술한 것같이, 본 발명의 티탄 합금은 저영률이고 고탄성 변형능이면서 고강도(고탄성)을 필요로 하는 각종 제품에 폭넓게 이용할 수 있고, 또한, 냉간가공성에서도 우수하기 때문에, 생산성의 향상도 도모할 수 있다.

또한, 본 발명의 티탄 합금의 제조 방법에 의하면, 이와 같은 티탄 합금을 용이하게 얻을 수 있다.

본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것이다. 요컨대, 상기한 바와 같이 각종 분야에서 이용 확대를 한층 도모할 수 있는 종래 수준을 초월하는 저영률이고 고탄성 변형능이면서 또한 고강도인 티탄 합금을 제공하는 것을 목적으로한다.

또한, 저영률이고 고탄성 변형능을 갖는 동시에 고강도인, 각종 제품으로 성형이 용이한 냉간가공성이 우수한 티탄 합금을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 이러한 티탄 합금의 제조에 적합한 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자는 이러한 과제를 해결하려고 예의 연구하여 각종 체계적인 실험을 거듭한 결과, 소정량의 Va족 원소와 티탄으로 이루어진 저영률이면서 또한 고탄성 변형능이고 고강도인 티탄 합금을 개발하는 것에 도달했다.

(1)즉, 본 발명의 티탄 합금은 30 내지 60중량%의 Va족(바나듐족) 원소와 나머지가 실질적으로 티탄으로 이루어지고 평균 영률이 75GPa 이하이고 인장탄성 한계강도가 700MPa 이상임을 특징으로 한다.

티탄과 적정량의 Va족 원소와의 조합에 의해 종래에는 없던 저영률이고 고탄성 변형능이면서 또한 고강도인 티탄 합금이 수득된다. 그리고 본 발명의 티탄 합금은 각종 제품에 폭넓게 이용할 수 있으며 이들의 기능성 향상이나 설계 자유도의 확대를 도모할 수 있다.

여기서 Va족 원소를 30 내지 60중량%로 하는 것은 30중량% 미만에서는 충분한 평균 영률의 저하를 도모할 수 없으며 한편, 60중량%를 초과하면 충분한 탄성 변형능이나 인장 강도가 얻어지지 않으며 티탄 합금의 밀도가 상승하여 비강도의 저하를 초래하기 때문이다. 또한 60중량%를 초과하면 재료 편석(偏析)되기 쉬워지며 재료의 균질성이 손상되어 강도 뿐만 아니라 인성이나 연성의 저하도 초래하기쉬워지기 때문이다.

그리고 본 발명자는 이러한 티탄 합금이 우수한 냉간가공성을 구비하는 것도 확인하였다.

이러한 조성의 티탄 합금이 어떤 이유로 저영률인 동시에 고탄성 변형능에서 고강도로 되며 또한 냉간가공성이 우수한가는 아직 확실하지 않다. 단, 지금까지 이루어진 본 발명자에 의한 집중적인 조사연구로부터 이들의 특성에 관해 다음과 같이 생각할 수 있다.

요컨대, 본 발명자가 본 발명의 티탄 합금에 관한 시료를 조사한 결과, 이러한 티탄 합금에 냉간가공을 실시해도 전위(轉位)가 거의 도입되지 않으며 일부 방향으로 (110)면이 대단히 강하게 배향된 조직을 나타내는 것이 분명해졌다. 또한, TEM(투과전자현미경)으로 관찰한 111 회절점을 사용하는 암시야상(暗視野像)에서 시료의 기울기와 함께 상의 콘트라스트가 이동하는 것이 관찰된다. 이것은 관찰하고 있는 (111)면이 만곡되어 있는 것을 시사하고 있으며 이것은 고배율의 격자상 직접 관찰에 의해서도 확인된다. 또한, 이러한 (111)면의 만곡의 곡율 반경은 500 내지 600nm 정도로서 매우 작은 것이다. 이러한 점은 본 발명의 티탄 합금은 전위의 도입이 아니며 결정면의 만곡에 의해 가공의 영향을 완화한다는 종래의 금속재료에서는 전혀 공지되어 있지 않은 성질을 갖는 것을 의미하고 있다.

또한, 전위는 110 회절점을 강하게 여기한 상태에서 극히 일부에서 관찰되었지만 110 회절점의 여기를 없애면 거의 관찰되지 않는다. 이것은 전위 주변의 변위성분이 현저하게 <110> 방향으로 기울어져 있는 것을 나타내며 본 발명의 티탄합금은 대단히 강한 탄성 이방성을 갖는 것을 시사하고 있다. 이유는 확정되지 않았지만 이러한 탄성 이방성도 본 발명에 따른 티탄 합금의 우수한 냉간가공성, 저영률, 고탄성 변형능, 고강도의 발현 등과 밀접하게 관련되어 있다고 생각된다.

또한 Va족 원소는 바나듐, 니오븀, 탄탈륨 중의 1종 이상일 수 있다. 이들 원소는 어느 것이나 β상 안정화 원소이지만 반드시 본 발명의 티탄 합금이 종래의 β합금인 것을 의미하는 것은 아니다.

또한, 열처리는 반드시 필요하지는 않지만 열처리를 실시함으로써 한층 더 고강도화를 도모할 수 있다.

또한, 평균 영률은 순차적으로 70GPa 이하, 65GPa 이하, 60GPa 이하 및 55GPa 이하로 될수록 바람직하다. 인장탄성 한계강도는 순차적으로 750MPa 이상, 800MPa 이상, 850MPa 이상, 900MPa 이상으로 될수록 바람직하다.

여기서 「인장탄성 한계강도」란 시험편에 대한 하중의 부하와 하중 제거를 서서히 반복하여 실시하는 인장 시험에서 영구 신도(변형율)가 0.2%에 도달할 때에 부하되는 응력을 말한다. 보다 상세하게는 하기에 기재한다.

또한, 「평균 영률」이란 엄밀한 의미에서 영률의 「평균」을 가리키는 것이 아니며 본 발명의 티탄 합금을 대표하는 영률이라는 의미이다. 구체적으로는 상기한 인장시험에 의해 얻어진 응력(하중)-변형율(신도) 그래프에서 인장탄성 한계강도의 1/2에 상당하는 응력위치에서의 곡선의 기울기(접선의 기울기)를 평균 영률로 한다.

이를 테면 「인장 강도」는 인장시험에서 시험편의 최종적인 파단 직전의 하중을 당해 시험편의 평행부에서의 시험전의 단면적으로 나누어 구한 응력이다.

또한, 본원에서 말하는 「고탄성 변형능」은 인장탄성 한계강도 내에서 시험편의 신도가 큰 것을 의미한다. 또한, 본원에서 말하는 「저영률」이란 평균 영률이 종래의 일반적인 영률에 비하여 작은 것을 의미한다. 또한, 본원에서 말하는 「고강도」란 인장탄성 한계강도 또는 인장 강도가 큰 것을 의미한다.

또한 본 발명에서 말하는 「티탄 합금」은 각종 형태를 포함하는 것이며 소재(예: 주괴, 슬랩(slab), 빌레트(billet), 소결체, 압연품, 단조품, 선재, 판재, 봉재 등)로 한정되지 않으며 이것을 가공한 티탄 합금부재(예: 중간 가공품, 최종 제품, 이들의 일부 등) 등도 의미하는 것이다(이하, 동일).

(2)또한, 본 발명의 티탄 합금은 30 내지 60중량%의 Va족(바나듐족) 원소와 나머지가 실질적으로 티탄으로 이루어진 소결 합금임을 특징으로 한다.

본 발명은 티탄과 적정량의 Va족 원소로 이루어진 소결 합금(소결 티탄 합금)이 저영률이고 고탄성 변형능이면서 또한 고강도라는 기계적 성질을 갖는다는 발견에 근거한 것이다.

그리고 본 발명자는 이러한 티탄 합금이 우수한 냉간가공성을 구비하는 것도 확인하였다. Va족 원소를 30 내지 60중량%로 하는 이유는 상기한 바와 같다.

이러한 조성의 티탄 합금이 어떤 이유로 저영률이면서 또한 고탄성 변형능이고 고강도로 되며 또한 냉간가공성이 우수한가는 아직 확실하지 않지만 현재 상태에서는 그 이유를 상기한 바와 같이 생각하고 있다.

(3)본 발명의 티탄 합금의 제조방법은 티탄과 30 내지 60중량%의 Va족 원소를 함유하는 둘 이상의 원료 분말을 혼합하는 혼합공정, 혼합공정에 의해 수득된 혼합 분말을 소정 형상의 성형체로 성형하는 성형공정 및 성형공정에서 수득된 성형체를 가열하여 소결시키는 소결공정으로 이루어짐을 특징으로 한다.

본 발명의 제조방법(이하, 적절하게 「소결법」이라고 호칭한다)은 상기한 티탄 합금의 제조에 적합하다.

상기한 특허공보 등으로부터 알 수 있는 바와 같이 종래의 티탄 합금은 티탄 원료(예: 스폰지 티탄)와 합금 원료를 용해시킨 다음, 주조한 후 수득된 주괴를 다시 압연하여 제조하는 것이 많다(이하, 본 방법을 적절하게 「용해법」이라고 호칭한다).

그러나 티탄은 융점이 높으며 고온에서 대단히 활성이므로 용해 자체가 어려우며 용해에 특수한 장치를 필요로 하는 경우가 많다. 또한, 용해중의 조성 조절이 어려우며 다중 용해 등을 실시하는 것이 필요하다. 또한, 본 발명의 티탄 합금과 같이 합금 성분(특히, β 안정화 원소)을 다량으로 함유하는 티탄 합금은 용해·주조시에 성분의 매크로적인 편석을 피하기 어려우며 안정적인 품질의 티탄 합금을 수득하는 것은 어렵다.

이에 대하여 본 발명의 소결법에 따르면 원료를 용해시킬 필요가 없으므로 용해법과 같은 결점이 없으며 본 발명에 따른 티탄 합금을 효율적으로 제조할 수 있다.

구체적으로는 혼합공정에 의해 원료 분말이 균일하게 혼합되므로 매크로적으로 균일한 티탄 합금이 용이하게 수득된다. 또한, 성형공정에 의해 당초부터 원하는 형상을 갖는 성형체가 성형되므로 다음의 가공 단계 수의 감소를 도모할 수 있다. 또한 성형체는 판재나 봉재 등의 소재 형상을 하고 있거나 최종 제품의 형상을 하고 있어도 또한, 이들에 도달하기 바로 전의 중간품의 형상을 하고 있어도 양호하다. 그리고 소결공정에서는 티탄 합금의 융점보다 상당히 낮은 온도에서 성형체를 소결시킬 수 있으며 용해법과 같은 특수한 장치를 필요로 하지 않으며 또한, 경제적이며 효율적인 제조를 할 수 있게 된다.

또한 본 발명의 제조방법은 혼합공정을 고려하여 원료 분말을 둘 이상으로 한 것이며 소위 소(素)분말(혼합)법에 근거하는 것이다.

(4)본 발명의 티탄 합금의 제조방법은 티탄과 30 내지 60중량% 이상의 Va족 원소를 함유하는 원료 분말을 소정 형상의 용기에 충전하는 충전공정과 충전공정 후에 열간 정수압(靜水厭)법(HIP법)을 사용하여 용기중의 원료 분말을 소결시키는 소결공정으로 이루어짐을 특징으로 한다.

본 발명의 제조방법에 따르면 상기한 혼합공정 및/또는 성형공정을 반드시 필요로 하지는 않는다. 또한, 본 발명의 제조방법에 따르면 소위 합금 분말법을 가능하게 한다. 따라서 사용할 수 있는 원료 분말의 종류도 확대되며 2종류 이상의 순수한 금속 분말이나 합금 분말을 혼합한 혼합 분말 뿐만 아니라 상기한 또는 하기하는 본 발명의 티탄 합금의 조성을 갖는 합금 분말을 사용할 수 있다. 그리고 HIP법을 사용함으로써 치밀한 소결 티탄 합금을 수득할 수 있으며 제품 형상이 복잡해도 네트 형상(net shape)이 가능해진다.

또한 상기한 각 원소의 조성 범위를 「x 내지 y중량%」라는 형식으로 기재하지만 이것은 특별히 단정하지 않는 한, 하한치(x중량%) 및 상한치(y중량%)도 포함하는 의미이다.

Claims

30 내지 60중량%의 Va족(바나듐족) 원소와 나머지가 실질적으로 티탄으로 이루어지고, 평균 영률이 75GPa 이하이고 인장탄성 한계강도가 700MPa 이상임을 특징으로 하는 티탄 합금.
제1항에 있어서, 전체를 100중량%로 한 경우에, 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf) 및 스칸듐(Sc)으로 이루어진 금속 원소 그룹 중의 1종 이상의 원소를 총 20중량% 이하 포함하는 티탄 합금.
총 20중량% 이하의 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf) 및 스칸듐(Sc)으로 이루어진 금속 원소 그룹 중의 1종 이상의 원소, 당해 금속 원소 그룹 중의 1종 이상의 원소와의 합계가 30 내지 60중량%가 되는 Va족(바나듐족) 원소 및, 나머지가 실질적으로 티탄으로 이루어지고, 평균 영률이 75GPa 이하이고 인장탄성 한계강도가 700MPa 이상임을 특징으로 하는 티탄 합금.
제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co) 및 니켈(Ni)로 이루어진 금속 원소 그룹 중의 1종 이상의 원소를 포함하는 티탄 합금.
제4항에 있어서, 전체를 100중량%로 한 경우에, 크롬과 몰리브덴이 각각 20중량% 이하이고, 망간, 철, 코발트 및 니켈이 각각 10중량% 이하인 티탄 합금.
제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 알루미늄(Al)을 포함하는 티탄 합금.
제6항에 있어서, 전체를 100중량%로 한 경우에, 알루미늄이 0.3 내지 5중량%인 티탄 합금.
제1항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서, 전체를 100중량%로 한 경우에, 0.08 내지 0.6중량%의 산소(O)를 포함하는 티탄 합금.
제1항 내지 제8항 중의 어느 한 항에 있어서, 전체를 100중량%로 한 경우에, 0.05 내지 1.0중량%의 탄소(C)를 포함하는 티탄 합금.
제1항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 있어서, 전체를 100중량%로 한 경우에, 0.05 내지 0.8중량%의 질소(N)를 포함하는 티탄 합금.
제1항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 있어서, 전체를 100중량%로 한 경우에, 0.01 내지 1.0중량%의 붕소(B)를 포함하는 티탄 합금.
제1항 내지 제11항 중의 어느 한 항에 있어서, 10% 이상의 냉간가공 조직을 갖고, 평균 영률이 70GPa 이하이고 인장탄성 한계강도가 750MPa 이상인 티탄 합금.
제12항에 있어서, 50% 이상의 냉간가공 조직을 갖고, 평균 영률이 65GPa 이하이고 인장탄성 한계강도가 800MPa 이상인 티탄 합금.
제13항에 있어서, 70% 이상의 냉간가공 조직을 갖고, 평균 영률이 60GPa 이하이고 인장탄성 한계강도가 850MPa 이상인 티탄 합금.
제14항에 있어서, 90% 이상의 냉간가공 조직을 갖고, 평균 영률이 55GPa 이하이고 인장탄성 한계강도가 900MPa 이상인 티탄 합금.
30 내지 60중량%의 Va족(바나듐족) 원소와 나머지가 실질적으로 티탄으로 이루어지는 소결 합금임을 특징으로 하는 티탄 합금.
제16항에 있어서, 전체를 100중량%로 한 경우에, 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf) 및 스칸듐(Sc)으로 이루어진 금속 원소 그룹 중의 1종 이상의 원소를 총 20중량% 이하 포함하는 티탄 합금.
총 20중량% 이하의 지르코늄(ZF), 하프늄(Hf) 및 스칸듐(Sc)으로 이루어진 금속 원소 그룹 중의 1종 이상의 원소, 당해 금속 원소 그룹 중의 1종 이상의 원소와의 합계가 30 내지 60중량%가 되는 Va족(바나듐족) 원소 및, 나머지가 실질적으로 티탄으로 이루어진 소결 합금임을 특징으로 하는 티탄 합금.
제16항 내지 제18항 중의 어느 한 항에 있어서, 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni) 및 주석(Sn)으로 이루어진 금속 원소 그룹 중의 1종 이상의 원소를 포함하는 티탄 합금.
제19항에 있어서, 전체를 100중량%로 한 경우에, 크롬과 몰리브덴이 각각 20중량% 이하이고, 망간, 철, 코발트, 니켈 및 주석이 각각 10중량% 이하인 티탄 합금.
제16항 내지 제20항 중의 어느 한 항에 있어서, 알루미늄(Al)을 포함하는 티탄 합금.
제21항에 있어서, 전체를 100중량%로 한 경우에, 알루미늄이 0.3 내지 5중량%인 티탄 합금.
제16항 내지 제22항 중의 어느 한 항에 있어서, 전체를 100중량%로 한 경우에, 0.08 내지 0.6중량%의 산소(O)를 포함하는 티탄 합금.
제16항 내지 제23항 중의 어느 한 항에 있어서, 전체를 100중량%로 한 경우에, 0.05 내지 1.0중량%의 탄소(C)를 포함하는 티탄 합금.
제16항 내지 제24항 중의 어느 한 항에 있어서, 전체를 100중량%로 한 경우에, 0.05 내지 0.8중량%의 질소(N)를 포함하는 티탄 합금.
제16항 내지 제25항 중의 어느 한 항에 있어서, 전체를 100중량%로 한 경우에, 0.01 내지 1.0중량%의 붕소(B)를 포함하는 티탄 합금.
제16항 내지 제26항 중의 어느 한 항에 있어서, 평균 영률이 75GPa 이하이고 인장탄성 한계강도가 700MPa 이상인 티탄 합금.
제16항 내지 제27항 중의 어느 한 항에 있어서, 소결 합금이 30체적% 이하의 공극을 포함하는 티탄 합금.
제16항 내지 제28항 중의 어느 한 항에 있어서, 소결 합금이 열간가공에 의해 공극이 5체적% 이하로 치밀화된 조직을 갖는 티탄 합금.
제16항 내지 제29항 중의 어느 한 항에 있어서, 10% 이상의 냉간가공 조직을 갖고, 평균 영률이 70GPa 이하이고 인장탄성 한계강도가 750MPa 이상인 티탄 합금.
제30항에 있어서, 50% 이상의 냉간가공 조직을 갖고, 평균 영률이 65GPa 이하이고 인장탄성 한계강도가 800MPa 이상인 티탄 합금.
제31항에 있어서, 70% 이상의 냉간가공 조직을 갖고, 평균 영률이 60 CPa 이하이고 인장탄성 한계강도가 850GPa 이상인 티탄 합금.
제32항에 있어서, 90% 이상의 냉간가공 조직을 갖고, 평균 영률이 55GPa 이하이고 인장탄성 한계강도가 900MPa 이상인 티탄 합금.
티탄과 30 내지 60중량%의 Va족 원소를 포함하는 2종 이상의 원료 분말을 혼합하는 혼합 공정,

당해 혼합 공정에 의해 수득된 혼합 분말을 소정 형상의 성형체로 성형하는 성형 공정 및

당해 성형 공정에서 수득된 성형체를 가열하여 소결시키는 소결 공정으로 이루어짐을 특징으로 하는 티탄 합금의 제조방법.
제34항에 있어서, 원료 분말이 전체를 100중량%로 한 경우에, 지르코늄(Zr),하프늄(Hf) 및 스칸듐(Sc)으로 이루어진 금속 원소 그룹 중의 1종 이상의 원소를 총 20중량% 이하 포함하는 티탄 합금의 제조방법.
티탄, 총 20중량% 이하의 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf) 및 스칸듐(Sc)으로 이루어진 금속 원소 그룹 중의 1종 이상의 원소 및, 당해 금속 원소 그룹 중의 1종 이상의 원소와의 합계가 30 내지 60중량%가 되는 Va족(바나듐족) 원소를 포함하는 2종 이상의 원료 분말을 혼합하는 혼합 공정,

당해 혼합 공정에 의해 수득된 혼합 분말을 소정 형상의 성형체로 성형하는 성형 공정 및

당해 성형 공정에서 수득된 성형체를 가열하여 소결시키는 소결 공정으로 이루어짐을 특징으로 하는 티탄 합금의 제조방법.
티탄과 적어도 30 내지 60중량%의 Va족 원소를 포함하는 원료 분말을 소정 형상의 용기에 충전하는 충전 공정 및

당해 충전 공정 후에 열간 정수압법(HIP법)을 사용하여 용기 중의 원료 분말을 소결시키는 소결 공정으로 이루어짐을 특징으로 하는 티탄 합금의 제조방법.
제37항에 있어서, 원료 분말이 전체를 100중량%로 한 경우에, 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf) 및 스칸듐(Sc)으로 이루어진 금속 원소 그룹 중의 1종 이상의 원소를 총 20중량% 이하 포함하는 티탄 합금의 제조방법.
티탄, 총 20중량% 이하의 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf) 및 스칸듐(Sc)으로 이루어진 금속 원소 그룹 중의 1종 이상의 원소 및, 당해 금속 원소 그룹 중의 1종 이상의 원소와의 합계가 30 내지 60중량%가 되는 Va족(바나듐족) 원소를 적어도 포함하는 원료 분말을 소정 형상의 용기에 충전하는 충전 공정 및,

당해 충전 공정 후에 열간 정수압법(HIP법)을 사용하여 용기 중의 원료 분말을 소결시키는 소결 공정으로 이루어짐을 특징으로 하는 티탄 합금의 제조방법.
제34항 내지 제39항 중의 어느 한 항에 있어서, 원료 분말이 크롬, 망간, 코발트, 니켈, 몰리브덴, 철, 주석, 알루미늄, 산소, 탄소, 질소 및 붕소 중 1종 이상의 원소를 추가로 포함하는 티탄 합금의 제조방법.
제34항 내지 제36항 중의 어느 한 항에 있어서, 원료 분말이 순수한 금속 분말 및/또는 합금 분말의 2종 이상으로 이루어진 티탄 합금의 제조방법.
제37항 내지 제39항 중의 어느 한 항에 있어서, 원료 분말이 티탄과 적어도 Va족 원소를 포함하는 합금 분말로 이루어지는 티탄 합금의 제조방법.
제34항 내지 제42항 중의 어느 한 항에 있어서, 소결 공정후에 수득된 소결체를 열간가공하여 소결체의 조직을 치밀화시키는 열간가공 공정을 추가로 포함하는 티탄 합금의 제조방법.
제34항 내지 제43항 중의 어느 한 항에 있어서, 소결 공정후에 수득된 소결체를 소재 또는 제품으로 냉간 성형하는 냉간가공 공정을 추가로 포함하는 티탄 합금의 제조방법.