[금속 지식] 티타늄의 특징, 가공 사례로 보는 티타늄 절삭

 [금속 지식] 티타늄의 특징, 가공 사례로 보는 티타늄 절삭 

~ original title 

[이 포스팅은 일본 기사를 번역한 것 입니다.]

출처 - https://mitsu-ri.net/articles/tttanium-processing

 

"티타늄 가공을 의뢰하고 싶지만, 어떤 가공 방법이 있을까...?"

"티타늄의 특징에 대해 자세히 알고 싶습니다."

티타늄 가공을 의뢰 할 때 이런 생각을 한 적은 없습니까?

많은 금속 중에서도 티타늄은 난삭재로 분류되고 가공하는 것이 어렵다고 알려져있습니다.

 

그러나 티타늄의 특성과 가공 방법을 알기만 한다면,

티타늄 제품을 의뢰 할 때 낭비 않고 쉽게 요청 할 수 있습니다.

이번에는 "티타늄 가공에 대한 무지하다."는 분들을 위해 

티타늄의 특성과 가공 방법 등에 대해 설명하겠습니다. 

또한 앞으로 티타늄 제품의 구입을 생각하고 있는 분들께도 도움이 되므로 꼭 읽어보십시오.

티타늄 가공의 특성

티타늄을 가공 할 때의 특성으로 다음과 같은 특징이 있습니다.

 

티타늄 가공의 특징

발화하기 쉽다

마찰에 의한 공구의 마모가 심하다

변형되기 쉬운

가격이 높아지기 쉽다

발화하기 쉬운

티타늄은 마찰에 대한 내성이 낮고, 가공시에 나오는 절삭 칩이 

불탈 가능성이 높기 때문에 주의가 필요 합니다. 

만일 티타늄 절삭 칩이 타 버린 경우에는 

절대로 물이나 이산화탄소가 주성분의 화학 약품을 사용하지 않고, 

금속화재용 분말 소화제를 사용하여 소화합니다. 

티타늄 가공을 할 때 이러한 소화제를 상비두면 안심 것입니다.

마찰에 의한 공구의 마모가 심하다

티타늄은 인장 강도가 높다는 성질이 있어 

가공에 사용 공구에 큰 부하가 걸려 공구의 부족이나 마찰에 의한 마모가 심합니다.

또한 열전도율이 낮기 때문에 가공시 발생하는 열이 공구 및 티타늄에 모여, 

공구에 부담이 높아집니다. 

티타늄 자체의 특성을 고려한 공구가 필요합니다.

변형되기 쉬운

티타늄은 굴곡 (판 등이 살짝 휘어지기 쉽다)가 빠져 나가, 

가공시 변형되기 쉬운 성질이 있습니다. 

따라서 제대로 치수대로 정밀도로 마무리 해야 할 필요가 있습니다.

가공의 난이도가 높기 때문에 충분히 기술이나 티타늄 가공의 경험을 가진

장인과 기업에 의뢰하는 것이 좋습니다.

가격이 높아지기 쉽다

티타늄의 특성은 다음 장에서 자세히 정리되어 있지만 

가볍고 내식성이 높고 강도있는 우수한 금속입니다. 

소재 자체의 가격이 높은 데다 가공 비용이 들기 때문에 가격이 높습니다. 

대응 가능한 티타늄 가공에 대해서

티타늄에 적용 가능한 가공 방법으로 대표적인 것이 "절단" "굴곡" "용접" "절단"이 있습니다.

 

절단 ... 레이저 가공, 와이어 컷 가공 등

굽힘 ... 프레스 가공, 밀착 굽힘 등

용접 ... TIG 용접이 일반적이며, MIG 용접, 전자빔 용접 등

절단 ... 가공 센터 범용 밀링, 드릴링 등

기타 프레스 가공과 소성에 의한 성형도 이루어지고 있습니다.

반복하지만, 티타늄 가공이 어려운 금속 소재의 하나이며, 

또한 소재가 티타늄 합금인지 순수 티타늄인지, 

또한 합금의 경우 티타늄 이외의 소재의 종류 및 비율 등에 따라 

가공에 사용 기계의 설정이나 압력의 크기 등을 세분화하면서 적절한 방법으로 가공을 마무리해야 합니다.

티타늄의 특성, 약점

 

티타늄은 많은 금속 중에서도 균형 잡힌 소재입니다. 

금속 가공이라 하면, 철 · 구리 · 알루미늄 등 다양한 물건이 떠오릅니다만,

티타늄은 그 상위 호환과 같은 특징을 가지고 있습니다.

티타늄은 주로 순수 티타늄 및 합금 티타늄의 두 가지로 분류되어 있습니다. 

순수 티타늄과 말대로 불순물이 거의 포함되어 있지 않기 때문에 티타늄의 성질이 강한 금속입니다. 

그 성질에 따라 JIS1 종에서 JIS4 종까지의 4종류로 분류됩니다.

한편, 합금 티타늄은 구리와 니켈 등의 합금 원소를 이용 용도에 맞게 첨가 한 것입니다. 

합금 티타늄은 다양한 성능의 것이 있고, 순수 티타늄보다 강도와 내식성이 뛰어난 것도 있습니다.

티타늄의 특징

티타늄의 장점은 주로 ① 경량 ② 강도 ③ 내식성 ④ 무독성의 4 가지가 있습니다.

① 경량

티타늄은 금속 중에서도 아주 가벼운 특징이 있습니다. 

다른 금속과 비교하면 철의 3/5 구리의 1/2 무게지요.

또한 알루미늄보다 무게가 있지만, 

내식성과 강도의 측면에서 알루미늄보다 우수하기 때문에 다양한 용도로 사용할 수 있습니다.

② 강도

티타늄은 강도가 높은 특징을 가지고 있습니다. 

다른 금속과 비교하면 철에 비해 약 2배, 

알루미늄에 비해 약 3배의 강도가 있습니다. 

또한 강도가 높을뿐만 아니라 내충격성 및 유연성도 있기 때문에, 

비행기 등의 정밀 부품에 많이 사용됩니다.

③ 내식성

티타늄은 특히 내식성이 뛰어나 녹슬기 어려운 성질을 가지고 있습니다. 

특히 해수 내식성이 매우 높고, 

플래티넘에 이어 내식성이 높습니다. 

따라서 프라이팬 등 외에도 선박의 재료로 사용되고 있습니다.

④ 무독성

티타늄은 몸에 별로 해가 없는 금속입니다. 

금속 알레르기가 일어나기 어렵고, 독성도 없기 때문에 

의료용 기기나 임플란트기구에 사용됩니다. 

또한 티타늄 이온의 발생이 적기 때문에 금속 알레르기가 

일어나기 어려운 것으로되어 있습니다. 

전기와 열을 전달하기 어려운 때문에 환경 친화적 금속입니다.

티타늄의 약점

우수한 금속인 티타늄, 하지만 단점도 있습니다.

① 가격이 높은

티타늄은 우수한 금속인만큼, 

가격이 매우 높습니다. 따라서 생산 비용이 높아지는 위한 대량 주문 등 주의가 필요합니다.

② 가공하기 어려운

티타늄은 난삭재이라고 불릴 정도로 가공이 어려운 소재 입니다. 

강도가 높기 때문에 기타 가공도 어렵다고 여겨지고 있습니다. 

따라서 티타늄의 특성에 맞는 방법으로 가공하지 않으면 안되어, 높은 기술이 요구됩니다. 

티타늄 가공을 의뢰 할 수있는 금속 가공 업체도 한정되어 있기 때문에

사전에 확인하는 것이 좋습니다.

티타늄의 어떤 가공을 의뢰 할 수 있는지

티타늄은 가공하기 어려운 소재입니다. 

그러나 어렵다는 이유만으로 가공 할 수 없지는 않습니다. 

 다음은 티타늄 가공 방법을 소개하겠습니다.

절단

 

티타늄을 절삭 할 때 주로 레이저 가공 및 와이어 컷 가공이 사용됩니다. 

레이저는 레이저 발진기로부터 전송된 레이저 광을 모아 금속에 조사하여 

그 열로 레이저 광이 집광된 곳을 녹여 절단하는 방법입니다.

와이어 컷 가공은 전극 재료의 사이에 전압을 걸어 방전을 일으켜 

쌓인 열에서 재료를 녹이면서 가공하는 것입니다.

티타늄은 경도가 높은 금속이기 때문에, 

레이저 등의 비접촉 가공을 하는 경우가 많습니다만, 

레이저의 경우, 레이저가 반사되어 기계가 손상 될 수 있기 때문에 

티타늄 가공을 하지 않는 업체도 있습니다.

레이저를 다루고 있다면 티타늄을 가공 할 수있는 것은 아니기 때문에주의가 필요합니다.

밴딩

티타늄의 벤딩은 비교적 용이하게되어 있습니다. 

금속판의 가공시에는 안쪽 반지름은 판 두께의 2배 이상까지 굽힐 수 있습니다. 

그러나 티타늄은 탄성이 높고 스프링 백이 큽니다. 

따라서 벤딩 할 때 압력을가함으로써 발생하는 변형 조치 및 압력 조정 등 세세하게 설정하지 않으면 안됩니다.

용접

 

 

티타늄 용접 티타늄을 가공하는 기술 중 가장 어렵다고 여겨지고 있습니다. 

티타늄은 활성 금속이기 때문에 저온에서 용접하여도 

산소와 수소 등과 반응하여 용접 부분이 취성해 버립니다. 

따라서 차폐 가스 용접 부분을 대기로부터 차단하는 것이 중요합니다.

 

또한 다른 금속과 티타늄의 용접은 금속 간 화합물이 생성하기 위해 

직접 용접하는 것이 어려운 일입니다. 다른 금속과의 접합은 주로 납땜 등으로합니다.

티타늄의 용접 방법은 MIG 용접 및 TIG 용접, 전자빔 용접 등 다양한 종류가 있지만, 

일반적으로는 TIG 용접기로 가공하는 경우가 많습니다.

절단

티타늄은 난 삭재에 분류되어 있습니다. 

티타늄은 열전도율이 낮기 때문에 절삭 가공시 공구에 축열해 버려, 공구 수명이 짧아집니다. 

또한 다른 금속에 비해 내마모성이 낮기 때문에 

티타늄 워크 소손이 발생 될 가능성이 있습니다. 

따라서 티타늄을 절삭 가공하는 경우는 종종 전용 공구 등으로 가공합니다.

티타늄의 절단은 마니 싱 센터 등이 사용되고 있지만, 

머시닝 센터를 소지하고 있어도 티타늄 가공을 받지 않는 업체도 있으므로 주의가 필요합니다.

관련 기사

2020/03/05 - [금속 가공] 도금처리의 종류에 대해서 알아본다.

2020/03/05 - [알루미늄 지식] 알루미늄 구조물, 표면처리에 대해 철저히 해설

2020/03/04 - [알루미늄 지식]태양광 알루미늄 구조물의 가공 특성과 장점

2020/03/06 - [알루미늄 지식]알루미늄 합금의 종류와 특징, 용도에 대한 해설

 

2020/03/10 - [알루미늄 지식] 알루미늄 재질 종류에 대한 전문가의 정리