KR20190053091A

KR20190053091A - 융점 1,900℃ 이하 원소로 구성된 고강도 고연성 타이타늄 합금

Info

Publication number: KR20190053091A
Application number: KR1020180128839A
Authority: KR
Inventors: 박찬희; 현용택; 염종택; 홍재근; 이상원
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2017-11-09
Filing date: 2018-10-26
Publication date: 2019-05-17
Also published as: WO2020085586A1; KR102197317B1

Abstract

본 발명은 융점 1,900℃ 이하의 저융점 원소로 구성되어 있으면서 고강도 고연성 특성을 갖는 타이타늄 합금에 관한 것이다.
본 발명에 따른 타이타늄 합금은, 합금원소로 Al, Fe, Mn 및 O를 포함하고, 나머지 Ti와 불가피한 불순물로 이루어지며, 원자가 전자비(e/a)가 3.967~4.040, Bo값이 2.721~2.752, Md값이 2.330~2.397인 것을 특징으로 한다.

Description

융점 1,900℃ 이하 원소로 구성된 고강도 고연성 타이타늄 합금 {TITANIUM ALLOY WITH HIGH STRENGTH AND HIGH DUCTILITY CONSISTED OF ELEMENTS WITH MELTING POINT OF 1,900℃ OR LESS}

본 발명은 융점 1,900℃ 이하의 저융점 원소로 구성되어 있으면서 고강도 고연성 특성을 갖는 타이타늄 합금에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 1,300MPa 이상의 인장강도, 10% 이상의 연신율을 동시에 가지는 융점 1,900℃ 이하의 저융점 원소로 구성된 타이타늄 합금에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 타이타늄 합금의 고강도화에 주로 사용되는 융점이 1,900℃를 초과하는 바나듐(V), 크롬(Cr), 나이오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 하프늄(Hf), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W) 등을 포함하지 않고, 융점이 1,900℃ 이하인 알루미늄(Al), 망간(Mn), 철(Fe) 등의 원소가 첨가되어 용해가 용이한 고강도 고연성 타이타늄 합금에 관한 것이다.

타이타늄 합금은 고내식성, 고비강도, 생체친화성 등의 특성을 가지고 있어 항공, 우주, 발전, 화학, 수송기기, 전자, 레저, 안경테 산업 등 다양한 분야에 널리 적용되고 있다.

최근에는 산업이 고도화됨에 따라 부품이 극한 환경에 노출되거나 초소형화 되는 추세이기 때문에 고강도 타이타늄 합금에 대한 수요가 증가하고 있다.

보편적으로 사용되는 Ti-6Al-4V 합금의 최대 인장강도는 약 1,200MPa 이다. 1,300MPa 이상의 인장강도를 갖는 타이타늄 합금을 제조하기 위해 초미세 결정립화, 가공경화, 석출강화, 분산강화, 고용강화의 5가지의 방법이 주로 사용된다.

초미세 결정립화를 위해서는 일반적인 설비로는 얻을 수 없는 극심한 변형률을 타이타늄 합금에 부가해야 하기 때문에 특수한 설비가 필요할 뿐만 아니라 특수한 설비를 사용했을 때 얻을 수 있는 타이타늄 소재의 형태 및 크기에 제약이 있다.

가공경화, 오메가상 등을 석출시키는 석출강화, 탄화물 등을 분산시키는 분산강화는 고강도화에는 효과적이지만 극심한 연신율의 저하 및 공정비용 상승을 초래한다.

마지막 고용강화에는 타이타늄의 알파상 안정화 원소인 알루미늄(Al), 산소(O), 질소(N) 또는 베타상 안정화 원소인 바나듐(V), 크롬(Cr), 나이오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 하프늄(Hf), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W) 등이 주로 사용된다. 알파상 안정화 원소는 고강도화에 효과적이지만 극심한 연신율의 저하를 초래하고, 베타상 안정화 원소는 강도를 향상시키면서 상대적으로 연신율의 저하는 작다. 그러므로 고강도 고연성화에는 알파상 안정화 원소 및 베타상 안정화 원소를 동시에 첨가하여 강도와 연성의 균형을 제어 하게 된다.

그러나, 바나듐(V), 크롬(Cr), 나이오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 하프늄(Hf), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W) 등의 베타상 안정화 원소를 사용할 경우 원소 자체가 고가이고 비중 및 융점이 높아 균일한 용해가 난해할 뿐만 아니라 용해 비용이 상승한다.

이러한 기술적 한계를 극복하기 위해 저융점, 저가 원소인 알루미늄(Al), 철(Fe) 및 규소(Si)를 미량 첨가하여 저가의 고강도 타이타늄을 개발하고자 하는 시도가 있었다.

이와 관련하여, 비특허문헌 1에는 중량비로 알루미늄(Al) : 2.0~7.0%, 철(Fe) : 0.5~5.0%가 첨가된 저가 타이타늄 합금이 개시되어 있다.

그러나 비특허문헌 1에 개시된 타이타늄 합금의 상온 인장강도는 최대 1,100MPa로 보편적으로 사용되는 Ti-6Al-4V 합금과 유사한 수준이다.

또한, 특허문헌 1에는 중량비로 철(Fe) : 3.5~4.5%, 규소(Si) : 0.3~1.0%, 알루미늄(Al) : 1.5~6.5%가 첨가된 저가 고강도 타이타늄 합금이 개시되어 있다.

그러나 특허문헌 1에 개시된 타이타늄 합금은 상온 인장강도가 975~1,241MPa로 1,300MPa 이하이며, 인장강도가 1,241MPa인 경우 연신율은 6.3%로 급격히 감소하게 되는 문제점이 있다.

또한, 비특허문헌 1과 특허문헌 1에서 1,000MPa 이상의 강도를 얻기 위해서는 Fe 함량이 4% 이상 포함되어야 하는데, Fe가 4% 정도로 많이 포함되면 사용 환경에서 TiFe가 석출되기 쉽다. 사용 환경에서 TiFe가 석출되면 연성이 급감하여 장시간 사용시 부품의 신뢰성을 떨어뜨릴 수 있다.

한편, 보다 최근 연구 결과인 비특허문헌 2에는 인장강도 1,300MPa 이상, 연신율 10% 이상인 Ti-5%Al-2%Fe-3%Mo 합금(중량비)이 개시되어 있다.

그러나 비특허문헌 2에 개시된 타이타늄 합금은 융점이 2,600℃ 이상이며 고가 원소인 몰리브덴(Mo)이 포함되어 용해가 난해하고 제조비용이 상승한다.

상기 특허문헌 1, 비특허문헌 1, 비특허문헌 2에서 알 수 있는 바와 같이 저융점 원소가 첨가될 경우 고강도화가 어려우며, 고강도화가 될 경우 고융점 원소가 첨가되므로 1,900℃ 이하의 저융점 원소로 구성되어 있으면서 1,300MPa 이상의 인장강도 및 10% 이상의 연신율을 갖는 타이타늄 합금 개발은 매우 난해하다.

한국 공개특허공보 제10-2002-0005072호

Hideki Fujii 외, Development of High-Performance Ti-Al-Fe Alloy Series, Titanium `95: Science and Technology, 2539~2546. Tomonori Kunieda 외, Effect of Heat Treatment Conditions on Mechanical Properties in High Strength Titanium Alloy Super-TIXTM523AFM, Nippon Steel & Sumitomo Metal Technical Report No. 106 July (2014), 47~52.

본 발명의 목적은, 고가, 고비중, 고융점 원소를 첨가하지 않으면서도 강도 및 연성이 우수한 타이타늄 합금을 제공하는 것이다.

특히, 본 발명은 Ti에 저융점 원소인 Al, Fe, Mn를 포함하고, 또한 C, N에 비해 고용 한계가 높고 함량 제어가 용이한 O를 첨가하여 강도 및 연성이 우수한 타이타늄 합금을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 타이타늄 합금은 합금원소로 Al, Fe, Mn 및 O를 포함하고, 나머지 Ti와 불가피한 불순물을 포함하며, 하기 식 1로 정의되는 원자가 전자비(e/a)가 3.967~4.040 이고, 하기 식 2로 정의되는 Bo값이 2.721~2.752 이며, 하기 식 3으로 정의되는 Md값이 2.330~2.397인 것을 특징으로 한다.

[식 1]

원자가 전자비(e/a) = (Ti(원자%)×4 + Al(원자%)×3 + Fe(원자%)×8 + Mn(원자%)×7)÷100

[식 2]

Bo값 = (Ti(원자%)×2.790 + Al(원자%)×2.426 + Fe(원자%)×2.651 + Mn(원자%)×2.723)÷100

[식 3]

Md값 = (Ti(원자%)×2.447 + Al(원자%)×2.200 + Fe(원자%)×0.969 + Mn(원자%)×1.194)÷100

이때, 상기 타이타늄 합금에는 C: 0.05질량% 이하 및 N: 0.03질량% 이하가 포함되는 것이 바람직하다. C가 0.05질량%를 초과하거나 N이 0.03질량%를 초과하는 경우, 탄화물 및 질화물이 석출되어 기계적 강도 특성이 저하될 수 있다.

또한, 상기 원자가 전자비(e/a)는 3.988~4.040, Bo값이 2.728~2.751, Md값이 2.346~2.387인 것이 보다 바람직하다.

또한, 상기 타이타늄 합금은, 융점이 1,900℃ 이하인 원소들만 구성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 타이타늄 합금은, Al: 3.5~6.5질량%, Fe: 0.5~3.5질량%, Mn: 0.5~3.5질량%, O: 0.07~0.4질량%, C: 0.05질량% 이하 및 N: 0.03질량% 이하를 포함할 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 타이타늄 합금은 Al: 3.5~6.5질량%, Fe: 1.5~2.5질량%, Mn: 1.5~2.5질량%, O: 0.13~0.2질량%, C: 0.02질량% 이하 및 N: 0.02질량% 이하를 포함할 수 있다.

또한, 상기 타이타늄 합금은, 1,300MPa 이상의 인장강도와 10% 이상의 연신율을 가질 수 있다. 나아가, 상기 타이타늄 합금은 인장강도와 연신율의 곱이 16,000MPa·% 이상일 수 있다.

본 발명에 따른 타이타늄 합금은, 저가이면서 융점 1900℃ 이하의 합금 원소만을 포함하므로 용해시 높은 에너지를 필요로 하지 않고, 또한 불균일 용해로 인한 편석 및 재용해를 요하지 않으므로 대량 생산에 유리하다.

또한, 본 발명에 따른 타이타늄 합금의 경우, 합금 원소의 첨가량을 제어함으로써 높은 강도와 우수한 연신율을 동시에 확보할 수 있는 효과가 있다. 특히, 본 발명의 경우, Fe 함량을 4질량% 이하로 저감하면서 Mn을 첨가하여 TiFe 석출을 막거나 지연시킬 수 있다.

이에 따라 본 발명에 따른 타이타늄 합금은 높은 강도와 함께 우수한 연신율을 통하여, 항공, 우주, 발전, 화학, 수송기기, 전자, 레저, 안경테 산업 등 다양한 분야로의 응용이 가능하다.

도 1은 융점 1,900℃ 이하인 원소로 구성된 타이타늄 합금에서 원자가 전자비(e/a) 변화에 대한 인장강도×연신율 값을 비교한 것이다.
도 2는 융점 1,900℃ 이하인 원소로 구성된 타이타늄 합금에서 Bo값 변화에 대한 인장강도×연신율 값을 비교한 것이다.
도 3은 융점 1,900℃ 이하인 원소로 구성된 타이타늄 합금에서 Md값 변화에 대한 인장강도×연신율값을 비교한 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 융점 1,900℃ 이하의 저융점 원소로 구성되어 있으면서 고강도 고연성 특성을 갖는 타이타늄 합금(이하 '타이타늄 합금'이라 칭함)에 대하여 설명한다.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자산의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

전술한 바와 같이, 고강도 고연성 타이타늄 합금을 개발하기 위해 바나듐(V), 크롬(Cr), 나이오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 하프늄(Hf), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W) 등의 베타상 안정화 원소를 사용할 경우 원소 자체가 고가이고 비중 및 융점이 높아 균일한 용해가 난해할 뿐만 아니라 용해 비용이 상승한다.

본 발명자들은 융점이 1,900℃ 이하인 원소로 구성되어 용해가 용이하고 제조비용 절감이 가능한 고강도 고연성 타이타늄 합금을 개발하기 위해 노력한 결과, 타이타늄 합금의 원자가 전자비(e/a), Bo값 및 Md값을 동시에 소정 범위로 유지할 경우, 상기한 특성을 동시에 구현할 수 있음을 밝혀내고 본 발명에 이르게 되었다.

본 발명에 있어서, 원자가 전자비(e/a), Bo값과 Md값은 하기 식 1 내지 식 3으로 정의된다. Bo값과 Md값에 대한 식 2 및 식 3의 정의는 M. Morinaga 외, Theoretical design of titanium alloys, in: sixth world conference on titanium (1988) 1601-1606.)을 참고하였으며, 분자궤도법(Dv-Xα cluster method)으로 계산될 수 있다.

[식 1]

[식 2]

[식 3]

본 발명에 따른 타이타늄 합금은, 합금원소로 Al, Fe, Mn 및 O를 포함하고, 나머지 Ti와 불가피한 불순물로 이루어진다. 바람직하게는 본 발명에 따른 타이타늄 합금은, 융점 1,900℃를 초과하는 고가, 고비중 원소를 포함하지 않는다.

상기 원자가 전자비(e/a)가 3.967 미만이거나 4.040을 초과할 경우, 1,300MPa 이상의 인장강도와 10% 이상의 연신율을 동시에 구현할 수 없으므로, 3.967~4.040이 바람직하고, 원자가 전자비(e/a)를 3.988~4.040이 되도록 하는 것이 보다 바람직하다.

상기 Bo값이 2.721 미만이거나 2.752를 초과할 경우, 1,300MPa 이상의 인장강도와 10% 이상의 연신율을 동시에 구현할 수 없으므로, 2.721~2.752이 바람직하고, 2.728~2.751이 되도록 하는 것이 보다 바람직하다.

상기 Md값이 2.330 미만이거나 2.397 초과할 경우, 1,300MPa 이상의 인장강도와 10% 이상의 연신율을 동시에 구현할 수 없으므로, 2.330~2.397이 바람직하고, 2.346~2.387이 되도록 하는 것이 보다 바람직하다.

본 발명에 따른 타이타늄 합금은 상기 범위의 원자가 전자비(e/a), Bo값 및 Md값을 유지하기 위해 Al: 3.5~6.5질량%, Fe: 0.5~3.5질량%, Mn: 0.5~3.5질량%, O: 0.07~0.4질량%를 포함하는 것이 바람직하다. Al 함량이 3.5질량% 미만인 경우, 베타상이 너무 안정화되고, Al 함량이 6.5질량%를 초과하면 알파상이 지나치게 안정화되어, 각각 연신율이 불충해질 수 있다. 또한, Fe 함량이 0.5질량% 미만인 경우고용강화 효과가 낮아 인장강도가 불충분할 수 있으며, Fe 함량이 3.5질량%를 초과하는 경우, 고용강화 효과가 지나치게 커서 연신율이 불충분할 수 있다. 또한, Mn 첨가량이 0.5질량% 미만일 경우, 고용강화 효과가 불충분하고, Mn 함량이 3.5질량%를 초과하면 베타상이 지나치게 안정화될 수 있다. 또한, O 함량이 0.07질량% 미만인 경우 고용강화 효과가 낮아 인장강도가 불충분할 수 있으며, O 함량이 0.4질량%를 초과하는 경우, 고용강화 효과가 너무 커서 연신율이 불충분할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 타이타늄 합금에는 C: 0.05질량% 이하 및 N: 0.03질량% 이하가 포함될 수 있는데, C의 함량이 0.05질량%를 초과하거나 N의 함량이 0.03질량를 초과하는 경우, 탄화물 또는 질화물의 석출에 의해 기계적 특성, 특히 연신율이 크게 저하될 수 있다. 상기 Al, Fe, Mn, O의 함량이 상기 제시된 범위를 벗어날 경우, 상기 식 1 내지 식 3에 따른 원자가 전자비(e/a), Bo값 및 Md값 모두를 만족시키기는 어렵다.

본 발명에 따른 타이타늄 합금의 보다 바람직한 조성은 Al: 3.5~6.5질량%, Fe: 1.5~2.5질량%, Mn: 1.5~2.5질량%, O: 0.13~0.2질량%, C: 0.02질량% 이하 및 N: 0.02질량% 이하를 포함하는 것을 제시할 수 있다.

한편, 본 발명에 다른 타이타늄 합금에는 원료 또는 제조 과정에서 불가피하게 포함되는 불순물이 포함될 수 있는데, 이들 불순물은 1질량% 이하, 바람직하게는 0.1질량% 이하, 보다 바람직하게는 0.01질량% 이하가 되도록 관리한다.

본 발명에 따른 타이타늄 합금은 타이타늄 합금은 먼저 합금 용탕을 제조하고 주조하여 빌렛을 만든 후, 베타 단상 영역인 약 1050~1200℃에서 1차 열간 가공 후 상온까지 냉각하고, 알파+베타 2상 영역인 약 800~980℃에서 2차 열간 가공 후 수냉을 실시하고, 최종적으로 약 900~970℃에서 풀림 열처리 후 수냉하는 과정을 통하여 제조될 수 있다.

상기 풀림 열처리 및 수냉 이후, 추가적으로, 450~580℃에서 2~10시간 추가 열처리가 실시될 수 있다. 추가 열처리를 하면 장시간 고온 크리프, 피로 특성이 향상될 수 있다.

실시예

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.

여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.

1. 타이타늄 합금의 제조

본 발명의 실시예 1~12와 비교예 1~10에 따른 타이타늄 합금은 아래 표 1과 같은 조성을 갖도록 타이타늄 합금 용탕을 제조하고 주조하여 빌렛을 만든 후, 1075℃에서 1차 열간 가공 후 상온까지 냉각하고, 880℃에서 2차 열간 가공 후 수냉을 실시하고, 최종적으로 900℃에서 풀림 열처리 후 수냉을 실시하여 얻었다.

[표 1]

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본원 발명의 실시예 1~12에 따른 타이타늄 합금은, 원자가 전자비(e/a) 3.967~4.040, Bo값 2.721~2.752 및 Md값 2.330~2.397을 모두 만족한다.

한편, 비교예 1~8에 따른 타이타늄 합금은 원자가 전자비(e/a) 3.967~4.040, Bo값 2.721~2.752 및 Md값 2.330~2.397 중 하나 이상을 만족하지 않는다.

또한, 비교예 9 및 비교예 10에 따른 타이타늄 합금은 원자가 전자비(e/a) 3.967~4.040, Bo값 2.721~2.752 및 Md값 2.330~2.397을 모두 만족하나, C의 함량이 0.05질량%를 초과하거나 N의 함량이 0.03질량%를 초과하는 경우에 해당한다.

2. 기계적 특성 평가

실시예 1~12 및 비교예 1~10에 따라 제조된 타이타늄 합금의 기계적 물성을 평가한 결과를 아래 표 2에 나타내었다.

[표 2]

상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예 1~12에 따른 타이타늄 합금은 모두 인장강도 1300MPa 이상, 연신율 10% 이상을 동시에 나타내고 있으며, 인장강도와 연신율의 곱이 16,000MPa·% 이상이다. 즉, 실시예 1~12에 따른 타이타늄 합금의 경우, 융점이 1,900℃ 이하인 원소만 첨가되어 있음에도 고강도 및 고연성 특성을 나타낼 수 있다.

한편, 비교예 1 내지 2와 실시예 1 내지 3의 결과를 살펴보면 Mn 함량이 인장특성에 미치는 영향을 알 수 있다. 유사한 Al, Fe, O 함량에서 비교예 1과 같이 Mn이 첨가되지 않으면 고용강화 효과가 낮아 인장강도가 실시예 1 내지 3과 비교해 현저히 낮다. 또한, 비교예 2와 같이 Mn이 4% 이상 포함되면 베타상이 너무 안정화 되어 실시예 1 내지 3과 같은 인장강도 및 연신율을 구현하지 못하였다.

한편, 비교예 3 내지 4와 실시예 4 내지 6의 결과를 살펴보면 Al 함량이 인장특성에 미치는 영향을 알 수 있다. 유사한 Fe, Mn, O 함량에서 비교예 3과 같이 Al이 3%만 첨가되면 베타상이 너무 안정화 되어 연신율이 실시예 4 내지 6과 비교해 현저히 낮다. 또한, 비교예 4와 같이 Al이 7% 이상 포함되면 알파상이 너무 안정화 되어 실시예 4 내지 6과 같은 연신율을 구현하지 못하였다.

한편, 비교예 5 내지 6과 실시예 5와 실시예 7의 결과를 살펴보면 O 함량이 인장특성에 미치는 영향을 알 수 있다. 유사한 Al, Fe, Mn 함량에서 비교예 5와 같이 O가 0.05%만 첨가되면 고용강화 효과가 낮아 인장강도가 실시예 5 또는 실시예 7과 비교해 현저히 낮다. 또한, 비교예 6과 같이 O가 0.5% 이상 포함되면 고용강화 효과가 너무 커 실시예 5 또는 실시예 7과 같은 연신율을 구현하지 못하였다.

한편, 비교예 7 내지 8을 실시예 6, 실시예 8 내지 9의 결과를 살펴보면 Fe 함량이 인장특성에 미치는 영향을 알 수 있다. 유사한 Al, Mn, O 함량에서 비교예 7과 같이 Fe가 첨가되지 않으면 고용강화 효과가 낮아 인장강도가 실시예 6, 실시예 8 내지 9와 비교해 현저히 낮다. 또한 비교예 8과 같이 Fe가 4% 이상 포함되면 고용강화 효과가 너무 커 실시예 6, 실시예 8 내지 9와 같은 연신율을 구현하지 못하였다.

한편, 실시예 10 내지 11과 비교예 9의 결과를 비교하면 N이 0.03질량%를 초과하여 첨가되면 질화물 석출에 의해 연신율이 급감하는 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 10 내지 12와 비교예 10의 결과를 비교하면 C가 0.05질량%를 초과하여 첨가되면 탄화물 석출에 의해 연신율이 급감하는 것을 알 수 있다.

도 1 내지 도 3은 상기 표 1과 표 2의 결과를 도표로 나타낸 것이다.

도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 실시예 1~12에 따른 타이타늄 합금의 원자가 전자비(e/a)는 3.967과 4.040의 사이에 위치하며, 본 발명의 실시예에 따른 원자가 전자비(e/a)를 갖는 실시예 1~12가 그렇지 않은 비교예들에 비해 높은 인장강도×연신율 값을 갖는다.

또한, 도 2에서 확인되는 바와 같이, 실시예 1~12에 따른 타이타늄 합금의 Bo값은 2.721과 2.752의 사이에 위치하며, 본 발명의 실시예에 따른 Bo값을 갖는 실시예 1~12가 그렇지 않은 비교예들에 비해 높은 인장강도×연신율 값을 갖는다.

또한, 도 3에서 확인되는 바와 같이, 실시예 1~12에 따른 타이타늄 합금의 Md값은 2.330과 2.397의 사이에 위치하며, 본 발명의 실시예에 따른 Md값을 갖는 실시예 1~12가 그렇지 않은 비교예들에 비해 높은 인장강도×연신율 값을 갖는다.

이상에서 확인되는 바와 같이, 상기 3가지 조건을 모두 충족하는 본 발명의 실시예 1~12의 타이타늄 합금은 융점 1,900℃ 이하의 원소로만 구성되어 대량생산에 용이하면서도 고강도 및 고연신율 특성을 동시에 구현할 수 있으나, 그렇지 못한 합금은, 고강도, 고연신율 중 적어도 하나를 구현하지 못한다.

본 발명은 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

Claims

타이타늄 합금으로서,
Al, Fe, Mn 및 O를 포함하고, 나머지 Ti와 불가피한 불순물로 이루어지며,
하기 식 1로 정의되는 원자가 전자비(e/a)가 3.967~4.040이고, 하기 식 2로 정의되는 Bo값이 2.721~2.752이며, 하기 식 3으로 정의되는 Md값이 2.330~2.397이며,
상기 타이타늄 합금에는 C: 0.05질량% 이하 및 N: 0.03질량% 이하가 포함되는 것을 특징으로 하는, 타이타늄 합금.
[식 1]
원자가 전자비(e/a) = (Ti(원자%)×4 + Al(원자%)×3 + Fe(원자%)×8 + Mn(원자%)×7)÷100
[식 2]
Bo값 = (Ti(원자%)×2.790 + Al(원자%)×2.426 + Fe(원자%)×2.651 + Mn(원자%)×2.723)÷100
[식 3]
Md값 = (Ti(원자%)×2.447 + Al(원자%)×2.200 + Fe(원자%)×0.969 + Mn(원자%)×1.194)÷100
제1항에 있어서,
원자가 전자비(e/a)가 3.988~4.040, Bo값이 2.728~2.751, Md값이 2.346~2.387인 것을 특징으로 하는 타이타늄 합금.
제1항에 있어서,
상기 타이타늄 합금에는 융점이 1,900℃ 이하인 원소들만 포함되는 것을 특징으로 하는 타이타늄 합금.
제1항에 있어서,
상기 타이타늄 합금은, Al: 3.5~6.5질량%, Fe: 0.5~3.5질량%, Mn: 0.5~3.5질량%, O: 0.07~0.4질량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이타늄 합금.
제4항에 있어서,
상기 타이타늄 합금은, Al: 3.5~6.5질량%, Fe: 1.5~2.5질량%, Mn: 1.5~2.5질량%, O: 0.13~0.2질량%, C: 0.02질량% 이하 및 N: 0.02질량% 이하를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이타늄 합금.
제1항에 있어서,
상기 타이타늄 합금은 1300MPa 이상의 인장강도 및 10% 이상의 연신율을 갖는 것을 특징으로 하는 타이타늄 합금.
제6항에 있어서,
상기 타이타늄 합금은 인장강도와 연신율의 곱이 16,000 MPa·% 이상인 것을 특징으로 하는 타이타늄 합금.