티타늄의 물리적 및 화학적 성질
물리적 특성
티타늄은 18세기 말에 발견되었습니다. 티타늄은 전이 금속에 속하며 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 3d2, 4s2 전자 배치를 가지고 있습니다. D-궤도는 완전히 채워져 있지 않아 낮은 원자가 결합과 높은 전기저항을 유발합니다. 이 금속의 높은 비강도와 연성, 공격적인 환경에 대한 내성, 가벼운 무게, 높은 온도에서의 낮은 크립 성질 덕분에 매우 대담한 기술적 프로젝트를 실현할 수 있었습니다.
| 원자 번호 | 원자 질량 | 밀도 | 녹는점 / 끓는점 | 탄성 계수 | 산화 상태 | 결정 구조 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 22 | 47.9 | 4.54 g/cm3 | 1668℃ / 3260℃ | 112 GPa | 2, 3, 4 | 육각형 |
순수 티타늄은 냉각 및 열 상태에서 모든 종류의 가공에 적합합니다: 단조, 압연, 연신, 호일 제조. 티타늄은 높은 전기저항을 가지고 있습니다. 은의 전도성을 100%로 본다면, 구리는 94%, 알루미늄은 60%, 철은 15%, 티타늄은 3.8%입니다. 티타늄은 매우 약한 자성을 가진 파라자성체입니다. 열전도율은 22.07 W/(mK)이며, 철의 약 3배, 마그네슘의 7배, 알루미늄과 구리의 17-20배입니다. 티타늄의 20℃에서 선형 열 팽창 계수는 철의 1.5배, 구리의 2배, 알루미늄의 거의 3배입니다.
강화
티타늄을 열처리할 때 반제품 표면에 '알프화층'이라 불리는 층이 형성됩니다. 이는 고온 티타늄과 산소 및 질소의 적극적인 상호작용 때문입니다.
| 합금 등급 | 알프화 층 내 산소 함량 mg/cm2 | 알프화 층 깊이 (mm) |
|---|---|---|
| BT-1 | 2.8 | 0.8 |
| OT-4 | 1.5 | 0.2 |
| BT3-1 | 2.5 | 0.6 |
| BT-5 | 4.2 | 2.0 |
| BT-6 | 2.2 | 0.6 |
| BT-9 주조 | 7.3 | 0.8 |
| 합금 등급 | 질소화 깊이 | 표면 경도 kgf/mm2 |
|---|---|---|
| BT-1 | 0.06 — 0.08 | 750 — 850 |
| BT3-1 | 0.04 — 0.05 | 700 — 750 |
| BT-5 | 0.08 — 0.1 | 750 — 800 |
| BT-8 | 0.12 — 0.14 | 700 — 750 |
| BT-14 | 0.14 — 0.16 | 750 — 850 |
질소화는 티타늄 합금의 내열성과 특히 마모 저항성을 향상시킵니다. 가장 일반적인 질소화 방법은 순수 질소 환경에서 반제품을 850 — 950 ℃로 가열하는 것입니다. 만약 합금에 알루미늄이나 지르코늄이 포함되어 있으면 질소화 속도와 깊이가 늘어나, 깊이는 0.2 mm까지 가능합니다.
탄화(시멘테이션)는 티타늄 합금을 강화하는 효과적인 방법입니다. 활성화된 탄소와 혼합하여 진공 상태에서 또는 아르곤 5%, 일산화탄소, 메탄 또는 프로판의 혼합된 가스 환경에서 수행됩니다. 가스 혼합 환경에서의 처리는 수소로 포화되어 티타늄의 연성을 줄입니다. 목탄을 사용한 처리는 24 — 48시간이 소요되며, 보다 깊은 탄화를 제공합니다.
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