티타늄이란 무엇인가요?
화학 기호 Ti와 원자 번호 22로 표시되는 티타늄은 뛰어난 중량 대비 강도, 내식성, 생체 적합성으로 유명한 광택이 나는 전이 금속입니다. 18세기 후반에 발견된 티타늄은 항공우주, 의료, 자동차, 해양 분야를 비롯한 다양한 산업 분야에서 없어서는 안 될 필수 소재가 되었습니다.
CNC 가공용 티타늄 등급에는 어떤 것이 있습니까?
티타늄은 고유한 특성으로 인해 CNC 가공에 일반적으로 활용되는 다용도 금속입니다. 티타늄에는 여러 가지 등급이 있으며, 각각 고유한 특성을 가지고 있어 다양한 용도에 적합합니다. 일반적으로 CNC 가공에 사용되는 티타늄 등급은 아래에 자세히 설명되어 있습니다.
1등급: 상업적으로 순수한 티타늄(산소 함량이 낮음)
1등급 티타늄은 가장 부드럽고 연성이 뛰어나 기계 가공이 가능합니다. 가혹한 환경의 애플리케이션에는 강력한 내식성과 충격 내구성이 필요합니다. 이 생체 적합성 등급은 안전성 때문에 의료용 임플란트 및 장비에 선호됩니다. 열팽창 계수가 낮아 열 변형이 적기 때문에 고정밀 및 안정성 부품에 적합합니다. 강도가 낮기 때문에 다른 등급에 비해 고응력 응용 분야에서의 사용이 제한됩니다.
2등급: 상업적으로 순수한 티타늄(표준 산소 함량)
“일꾼” 티타늄이라고도 불리는 2등급은 강하고 연성이 있으며 부식에 강합니다. 가공성과 용접성이 우수하여 1등급보다 더 강합니다. 항공우주 부품, 화학 처리 장비 및 해양 환경에 적합합니다. 적응성이 뛰어나 적당한 강도와 내식성이 필요한 산업에 적합합니다. 2등급은 장점에도 불구하고 티타늄 합금보다 약합니다.
3등급: 상업적으로 순수한 티타늄(중간 산소 함량)
3등급 티타늄은 1, 2등급보다 강도는 우수하지만 연성 및 성형성이 떨어집니다. 이 등급은 내식성 때문에 무게를 늘리지 않으면서도 더 나은 강도를 필요로 하는 항공기 분야에 사용됩니다. 강도가 높기 때문에 부드러운 등급보다 가공이 어렵기 때문에 공구 마모를 방지하기 위해 세심한 관리가 필요합니다.
4등급: 상업적으로 순수한 티타늄(산소 함량 높음)
4등급은 상업적으로 가장 강력한 순수 티타늄 등급으로, 부식 및 기계적 특성이 뛰어납니다. 강도와 수명이 요구되는 항공 부품 및 수술 장비에 사용됩니다. 경도가 높기 때문에 4등급 티타늄을 가공하려면 공구 마모나 공작물 변형 없이 지정된 공차를 달성하기 위해 특수 장비와 공정이 필요합니다.
5등급: 티타늄 합금(Ti-6Al-4V)
5등급 티타늄인 Ti-6Al-4V는 무게 대비 강도가 높고 내식성이 뛰어나 인기 있는 티타늄 합금입니다. 이 합금에는 알루미늄과 바나듐이 함유되어 있어 순수 티타늄보다 기계적 특성이 우수합니다. 항공우주, 군용 및 고성능 자동차 부품에 사용됩니다. 5등급 가공은 더 단단하고 경화되는 경향이 있으므로 절삭 속도와 공구 선택을 신중하게 고려해야 합니다.
6등급: 티타늄 합금(Ti-5Al-2.5Sn)
6등급 티타늄은 알루미늄과 주석으로 구성되어 용접성과 고온 성능이 우수합니다. 이 등급은 내열성이 중요한 기체 구조와 제트 엔진에 자주 사용됩니다. 순수 티타늄 등급보다 기계적 특성이 우수하지만 1, 2등급에 비해 경도가 높기 때문에 가공 문제가 지속됩니다.
7등급: 티타늄 합금(Ti-0.15Pd)
7등급 티타늄에 팔라듐을 첨가하여 일반 상업용 순수 등급보다 부식에 훨씬 더 강합니다. 이 때문에 열악한 환경에 노출되어야 하는 화학 처리 작업에서 특히 잘 작동합니다. 특수한 특성으로 인해 해양 환경과 염소산염 생산에 사용할 수 있습니다. 하지만 티타늄은 단단하기 때문에 다른 등급의 티타늄과 마찬가지로 기계 가공이 어렵습니다.
등급 11: 티타늄 합금(Ti-0.15Pd)
11등급 티타늄 합금은 7등급과 비슷하지만 연성이 향상되어 바닷물과 같이 부식이 심한 환경에서 사용하기에 적합합니다. 높은 생체 적합성을 유지하면서 다양한 산업 분야에 적합한 향상된 기계적 품질을 제공합니다. 이 등급을 가공할 때 다른 합금과 유사한 문제가 발생할 수 있지만 적절한 절차를 통해 완화할 수 있습니다.
12등급: 티타늄 합금(Ti-0.3Mo-0.8Ni)
12등급의 구조에는 몰리브덴과 니켈이 포함되어 있어 용접성과 내식성이 뛰어납니다. 이 등급은 구조적 무결성을 유지하면서 열악한 환경을 견딜 수 있기 때문에 열교환기 및 해양 분야에 자주 사용됩니다. 순수 티타늄 등급에 비해 주요 장점이 있지만 가공의 복잡성이 여전히 문제로 남아 있습니다.
23등급: 티타늄 합금(Ti-6Al-4V ELI)
23 등급은 주로 생체 적합성이 중요한 의료용으로 개발된 5등급의 초저 간극 변형입니다. 수술용 임플란트 및 장치에 필요한 높은 강도를 유지하면서 향상된 골절 인성을 제공하는 정제된 구성입니다. 고유한 특성으로 인해 이 등급을 가공할 때는 특별한 주의가 필요하지만 최종 결과물은 높은 의료 기준을 충족하는 부품입니다.
CNC 가공 부품에 티타늄을 선택하는 이유는 무엇입니까?
CNC 가공 부품에 티타늄을 선택하면 다양한 이점이 있어 다양한 산업 분야에서 선호되는 소재입니다.
뛰어난 중량 대비 강도
티타늄은 강철보다 5% 더 약하지만 무게는 40% 더 가볍습니다. 성능과 효율성을 위해 무게 감소가 중요한 항공 및 자동차 분야에서 이러한 특성 덕분에 제조업체는 가볍지만 강한 부품을 개발할 수 있습니다. 질량을 최소화하면서 높은 강도를 유지할 수 있는 티타늄은 성능에 중점을 두는 분야에서 판도를 바꿀 수 있는 소재입니다.
높은 내식성
티타늄은 특히 해양 및 화학 처리와 같은 극한 상황에서 부식에 강합니다. 열악한 환경을 견뎌야 하는 부품의 경우 티타늄은 바닷물, 산 및 기타 부식제를 열화 없이 견딜 수 있습니다. 따라서 부품 수명이 연장되고 유지보수 비용이 절감됩니다.
생체 적합성
의료용 임플란트 및 기기는 티타늄의 생체 적합성 때문에 티타늄을 사용합니다. 티타늄은 인체 조직과 반응하지 않기 때문에 관절 교체 및 치과 임플란트와 같은 외과적 용도로 사용하기에 안전합니다. 의료 분야에서는 무독성으로 인해 더욱 적합합니다.
내구성 및 피로 저항
티타늄의 내피로성과 내구성은 부품이 반복적인 하중에도 고장 없이 견딜 수 있게 해줍니다. 항공우주 부품은 주기적인 하중을 받기 때문에 이러한 품질이 매우 중요합니다. 티타늄 부품은 스트레스를 받아도 잘 견디기 때문에 필수 애플리케이션에서 신뢰할 수 있습니다.
비자기 속성
티타늄은 자성을 띠지 않기 때문에 자기장 교란이 문제가 될 수 있는 곳에서도 사용할 수 있습니다. 이러한 특성은 자기장을 제어해야 하는 의료 환경(예: MRI 기계)과 전자 기기에서 매우 유용합니다.
가공성 및 성형성
티타늄은 열전도율이 제한적이고 경화되는 경향이 있어 제조가 어렵지만, CNC 가공을 통해 더 쉽게 가공할 수 있습니다. 제조업체는 CNC 기계를 사용하여 복잡한 형상을 절단하고 공차를 허용함으로써 티타늄의 특수한 특성을 활용할 수 있습니다. 적절한 절삭 공구, 속도 및 냉각 시스템을 사용하면 가공 열 축적을 줄일 수 있습니다.
환경적 지속 가능성
또한 티타늄은 재활용이 매우 용이하여 환경적으로 책임감 있는 소재 옵션으로서의 매력을 더합니다. 티타늄의 재활용 능력은 폐기물을 최소화하고 생산 운영의 지속 가능성을 높입니다.
티타늄 가공 시 고려해야 할 과제
티타늄 가공에는 제조 공정을 방해할 수 있는 다양한 장애물이 있습니다. 이러한 장애물을 이해하는 것은 고품질의 CNC 결과물을 생산하기 위해 매우 중요합니다. 다음은 티타늄 가공의 주요 과제입니다.
열 축적
티타늄의 제한된 열전도율로 인해 절삭 공구와 공작물 인터페이스에 가공 열이 모이게 됩니다. 열이 축적되면 공구 마모가 가속화되고 공구 수명이 단축되며 가공품 표면 품질이 저하될 수 있습니다. 열은 티타늄을 경화시켜 제대로 처리하지 않으면 가공을 어렵게 만들 수 있습니다. 고압 절삭유 시스템을 사용하고 이송 속도와 스핀들 속도를 최적화하여 이 문제를 방지하세요.
높은 절삭력
티타늄 합금은 강도와 경도 때문에 큰 절삭력이 필요합니다. 높은 힘은 가공 중 진동과 처짐을 유발하여 제품 오류와 공구 마모를 초래할 수 있습니다. 기계 작업자는 이 문제를 극복하기 위해 견고한 워크홀딩과 날카로운 티타늄 전용 공구를 사용해야 합니다.
화학 반응성
티타늄은 고온에서 화학적으로 반응합니다. 이러한 반응성은 표면 산화와 갈링을 유발하여 재료를 절삭 공구에 달라붙게 하고 손상시킬 수 있습니다. 산소는 티타늄 합금을 취화시켜 내식성을 떨어뜨립니다. 적절한 절삭유를 사용하고 낮은 온도에서 가공하면 이러한 영향을 줄일 수 있습니다.
탄성 변형
티타늄은 강철보다 탄성 계수가 낮기 때문에 절삭력을 받으면 변형됩니다. 이로 인해 가공 중에 가느다란 제품이 구부러지거나 왜곡되어 공차를 벗어난 치수가 발생할 수 있습니다. 이 문제를 해결하려면 변형을 최소화하는 단단한 워크홀딩 및 절삭 파라미터를 사용하세요.
빌트업 엣지(BUE)
티타늄 가공은 종종 절삭 공구에 쌓이는 원인이 됩니다. 공구의 절삭날에 쌓인 칩은 공구를 무디게 하고 열을 발생시킵니다. BUE를 방지하고 절삭 조건을 최적화하려면 절삭 날에 직접 고압 절삭유를 도포하는 등의 칩 제거 솔루션이 필요합니다.
칩 제어
길고 얇은 티타늄 칩은 제대로 제어하지 않으면 기계를 감싸거나 가공된 표면을 손상시킬 수 있습니다. 이러한 칩은 작업 영역에서 열 전달을 방해하여 열 축적을 악화시킵니다. 칩 제어력을 높이고 손상을 방지하려면 기계 가공자는 칩 형성을 단축하는 툴링 및 가공 절차를 개발해야 합니다.
잔여 스트레스
티타늄의 결정 구조와 가공 경화로 인해 가공 중에 잔류 장력이 발생할 수 있습니다. 이러한 장력을 관리하지 않으면 완성된 제품이 뒤틀리거나 부러질 수 있습니다. 더 깊은 절삭과 같이 이러한 응력을 수용하는 가공 기술을 적용하면 도움이 될 수 있습니다.
티타늄 CNC 가공을 위한 팁
티타늄은 작업하기가 매우 어렵지만 많은 장점으로 인해 여전히 많은 산업과 디자이너가 티타늄 가공에 대한 다년간의 경험을 바탕으로 다음과 같은 교훈을 요약했습니다.
적절한 절단 도구 선택
내열성을 개선하고 공구 마모를 줄이려면 TiCN 또는 TiAlN 코팅이 된 티타늄 전용 공구를 사용하세요.
절단 매개변수 최적화
이송 속도 증가와 함께 낮은 스핀들 회전수를 사용하여 열 발생을 줄이고 공작물 경화를 방지합니다. 이 전략은 공구 무결성을 높이고 공구 수명을 연장합니다.
설정의 견고성 확보
공작물을 단단히 고정하고 견고한 툴링 설정을 사용하여 표면 광택과 치수 정확도를 저하시킬 수 있는 진동과 처짐을 줄이세요.
고압 냉각 시스템을 활용하세요.
절단 영역에 직접 고압 절삭유를 사용하여 열을 효과적으로 방출하고 열 손상을 줄이며 칩 배출을 늘립니다.
가공된 티타늄 부품의 표면 마감
가공된 티타늄 부품은 실용성과 미적 특징을 모두 개선하는 다양한 표면 마감 공정을 통해 큰 이점을 얻을 수 있습니다. 다음은 티타늄에 가장 자주 사용되는 표면 처리 방법입니다.
연마
연마는 매끄럽고 반사되는 표면을 만들어 티타늄 부품의 미적 매력을 향상시킵니다. 이 방법은 주얼리 및 고급 항공기 부품과 같이 외관이 중요한 분야에 매우 유용합니다. 티타늄 폴리싱 디테일
아노다이징
아노다이징은 티타늄 표면에 보호용 산화물 코팅을 입히는 전기 화학 기술입니다. 이를 통해 내식성을 향상시키는 동시에 색상을 맞춤화할 수 있어 의료 기기 및 소비재에 유용합니다.
비드 블라스팅
비드 블라스팅 또는 샌드 블라스팅은 티타늄 표면에 거친 무광택 마감을 만들어냅니다. 이 방식은 미적인 장점 때문에 자주 사용되며 스크래치 저항성을 높이는 데 도움이 될 수 있습니다.
PVD 코팅(물리적 기상 증착)
질화 티타늄(TiN)을 포함한 PVD 코팅은 경도와 내마모성을 향상시킵니다. 이 방법에는 티타늄 표면에 얇은 재료 층을 증착하는 것이 포함되며, 까다로운 환경에서 성능을 향상시킬 수 있습니다.
전기 연마
전기 연마는 재료의 작은 층을 제거하여 표면 마감을 향상시켜 깨끗하고 광택이 나게 합니다. 이 절차는 또한 미세 거칠기를 낮추고 내식성을 높입니다.
파우더 코팅
파우더 코팅은 다양한 색상으로 적용될 수 있는 오래 지속되는 마감을 만들어냅니다. 실외에서 사용되는 티타늄 부품의 외관과 내식성을 개선하는 데 매우 유용합니다.
크롬
크롬 도금이란 티타늄 부품 위에 크롬 층을 입혀 녹에 대한 저항력을 높이고 광택을 내는 마감 처리를 말합니다. 이 공정은 자동차를 마감하거나 장식을 만드는 데 자주 사용됩니다.
브러싱
티타늄 부품을 브러싱하면 독특한 외관을 연출하고 표면에 선형 패턴을 부여하여 시간이 지남에 따라 긁힘과 마모를 숨길 수 있습니다.
페인팅
티타늄 표면에 페인트를 칠하는 것은 색상을 추가하고 손상으로부터 안전하게 보호할 수 있는 쉬운 방법입니다. 일반적으로 외관을 위해 사용되며 원하는 마감에 따라 다양한 기법을 사용하여 적용할 수 있습니다.
티타늄 가공 부품의 응용 분야
티타늄 가공 부품은 높은 중량 대비 강도, 내식성 및 생체 적합성으로 인해 많은 비즈니스에 필수적입니다. 다양한 분야에서 사용할 수 있습니다.
항공우주 산업
티타늄은 강하지만 너무 무겁지 않기 때문에 압축기 블레이드, 디스크, 기체 구조물, 랜딩 기어와 같은 중요한 부품에 항공기에 사용됩니다. 항공기가 잘 작동하고 오래 사용하려면 고온과 부식을 견딜 수 있어야 합니다.
의료 및 치과 분야
티타늄은 생체 적합성이 있고 체액과 반응하지 않기 때문에 치과 임플란트, 관절 대체물, 수술 도구와 같은 의료용 임플란트에 널리 사용되는 소재입니다. 티타늄을 사용하면 거부 반응이 적고 체내에서 오래 지속될 수 있습니다.
자동차 부문
티타늄 가공 부품은 고성능 고가 자동차의 배기 시스템뿐만 아니라 밸브 및 커넥팅 로드와 같은 엔진 부품에 사용됩니다. 이 소재의 강도와 가벼움은 자동차가 더 잘 달리고 기름을 덜 사용하는 데 도움이 됩니다. (위키백과 출처)
해양 애플리케이션
티타늄은 녹이 슬지 않기 때문에 해양 장비, 프로펠러 샤프트 및 혹독한 해양 환경에 노출되는 기타 부품에 적합한 금속입니다. 따라서 신뢰할 수 있고 오래 지속됩니다.(위키백과 출처)
산업적 용도
티타늄 가공 부품은 부식성 환경과 고온을 견딜 수 있어 화학 처리 및 전력 생산의 열교환기, 밸브 및 원자로에 사용되어 안전하고 효율적으로 작동합니다.(위키백과 출처).
FAQ
다른 자료와 비교
티타늄은 열을 잘 전달하지 않고 매우 강하며 단단하게 굳는 경향이 있어 다른 소재보다 작업하기가 어렵기 때문에 특별한 도구와 방법이 필요합니다.
티타늄은 왜 가공하기 어려운가요?
열전도율이 낮은 티타늄은 쉽게 뜨거워지기 때문에 작업하기가 어렵습니다.
티타늄에 가장 적합한 절삭 공구는 무엇인가요?
티타늄 절삭에는 TiAlN 또는 TiCN과 같은 하이테크 마감 처리된 초경 공구가 가장 효과적입니다. 이러한 공구는 수명이 길고 절단 과정에서 열을 낮추는 데 도움이 됩니다.
티타늄에는 일반적으로 어떤 가공 공정이 사용되나요?
밀링, 절삭, 드릴링, 연삭은 모두 티타늄을 가공하는 일반적인 방법입니다. 열과 공구 마모를 최소화하면서 우수한 가공 결과를 얻으려면 각 공정의 절삭 설정을 세심하게 제어해야 합니다.
결론
이러한 작업에 능숙해지면 티타늄의 CNC 가공은 항공 우주, 의료 및 자동차 비즈니스에 오래 지속되고 정확한 부품을 만드는 데 실용적이고 효과적인 방법이 됩니다.
