티타늄, 마그네슘, 니켈, 납의 종류와 특징 그리고 용도에 대해 알아보자

티타늄, 마그네슘, 니켈, 납의 종류와 특징 그리고 용도에 대해 알아보자

이 포스팅에서는 비철 재료 중에서도

티타늄·마그네슘·니켈·납의 성질·용도를 소개합니다.

 

2022.12.23 - 구리 및 구리 합금의 종류, 특징, 용도에 대해서 알아보자

구리 및 구리 합금의 종류, 특징, 용도에 대해서 알아보자

 

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티타늄, 및 티타늄 합금의 종류·특성과 용도

① 티타늄의 특징
티타늄(titanium)은 비교적 비중이 작고(4.50, 실온), 융점이 높은(1,933K)금속입니다.

 

또 열 전도율(21.9W/m·K)및 전도율(42.0×10— 6Ω cm)이 낮은

화학적으로는 매우 활성화 되어있어 표면에 불안정한 TiO2가 생성되기 때문에

내식성에 있어서 양호함을 보입니다.

 

티타늄의 기계적 성질은

강도와 연성이 높으며, 이음매 없는 관은 화학 장치, 석유 정제 장치 등에 사용되고 있습니다.

② 티타늄 합금의 특징
티타늄 합금(titanium alloy)은 생성 조직에 의한 α형 합금, β형 합금 및

(α+β)형 합금이 알려지고 있습니다.

 

α형은 연성이 높으며 β형은 강도가 높습니다.

실용 합금에서는(α+β)형이 많아 JIS규격에서는 TKYxxxH혹은

 TKYxxxC에서 표시합니다

(x는 종류 번호를 나타내고 T는 티타늄을 K는 제품 형상을 말합니다.(P는 판자, B는 장대), 

Y는 주요 원소로 H은 열간 가공 가공품, C는 냉간 가공 가공품을 나타내고 있습니다).

<표 1>에 주요 티타늄 합금판 및조재의 인장 특성을 나타냅니다.

 

합금 원소의 첨가 양은 모두 10mass%이하에서 비중은 거의 변함 없이, 

강도와 내식성이 개선된 합금입니다.

 

주요 용도는 의료 기기, 생체용부터 건축 소재, 안경 프레임 등입니다.

경량으로 높은 강도를 필요로 하는 항공기 부재에서는 알루미늄 합금 대신 

티타늄 합금이 사용되고 있습니다.

 

특히 군용기에는 비행 조건이 어려워서, 티타늄 합금이 사용되고 있습니다.

 

<표 1>주요 티타늄 합금판 및조재의 인장 특성

1종	TP270H,—C	Fe:0.2＞	270～410	105<	27<
11종	TP270PdH,—C	Fe:0.2＞ Pb:0.12～0.25	270～410	065<	27<
14종	TP345NPRCH	Fe:0.3＞ Pb:0.01～0.02 Cr:0.1～0.2 Ni:0.35～0.55	345<	275～450	20<
19종	TP345PCoH,—C	Fe:0.3＞ Pb:0.04～0.08 Co:0.2～0.8	345～515	275<	20<
60종	TAP6400H,—C	Fe:0.4＞ Al:5.50～6.75 V:3.5～4.5	895<	825<	10<
61종	TAP3250H,—C	Fe:0.25＞ Al:2.5～3.5 V:2.0～3.0	620<	485<	15<
80종	TAP8000H,—C	Fe:1.0＞ Al:3.5～4.5 V:20.0～23.0	640～900	850>	10<

주(1)Ti:잔(JIS H 4600-2001보다 발췌)

 

마그네슘 및 마그네슘 합금의 종류·특성과 용도

① 마그네슘의 특징
마그네슘(magnesium)은비중이 1.74에서 구조용 금속 중 

가장 작고 강도도 높은 한편, 전기 화학적으로 빈 금속이기 때문에 산화하기 쉬운 재료입니다.

 

또 결정 구조는 폐쇄로 방정이므로 미끄럼 변형은

강한 방향성을 갖고 냉간 가공은 하기 어려운 특징이 있습니다.

 

열전도성은 알루미늄의 1/2정도이지만 철의 2배 정도의 열 전도율이며,

높은 진동 흡수성과 전자 차폐성을 가지고 있습니다.

용도로는 가장 경량의 구조 재료, 휴대 전화,

 PC케이스에서 생체 재료까지 다양하게 사용되고 있습니다.

 

② 마그네슘 합금 주물(magnesium alloy castings)의 특징
Mg-Al계, Mg-Zn계, 9Mg-Al-Zn계가 있으며 이에 

결정 입자 미세화나 내식성 개선 때문에, 미량의 Si, Mn, Zr등이 가해지고 있습니다.

 

또 고온 강도를 향상시키기 위해서 희토류 원소를 첨가한 합금이 있습니다.

 

JIS규격에서는 합금 주조와 다이 캐스트 합금이 있고 

각각 MCx(JIS H 5203)과 MDCx(JIS H 5303)처럼 기술되고 있습니다

(x는 종별 번호를 나타낸다)

 

 

<표 2>주물용 마그네슘 합금의 인장 특성과 그 특색

주물 1종	MC1	―	F	180<	70<	4<	강도와 인성이 있다.주조성은 다소 떨어진다.비교적 단순 형상의 주물에 맞는다.
			T6	240<	110<	1<
주물 2종	MC2	―	F	160<	70<	―	인성이 있어 주조성도 잘 내압용 주물로서도 알맞다.
			T6	240<	110<	3<
주물 3종	MC3C	MgAl9 Zn2	F	140<	75<	1<	강도는 있지만 인성은 다소 떨어진다.주조성이 좋다.
			T6	235<	110<	1<
주물 6종	MC6	MgZn	T5	135<	140<	4<	강도와 인성이 요구될 경우에 이용된다.
주물 10종	MC10	MgZn4 REZr	T5	200<	135<	2<	주조성, 용접성, 내압성이 있는 고온에서 강도 저하가 적다.
주물 13종	MC13	―	T6	255<	175<	2<	현재의 마그네슘 합금에서 가장 고온 강도가 높다.
ISO1종	―	MgAl6 Zn3	M	160<	75<	3<	MC1보다 Al, Zn의 성분 범위를 확대하고 있다.
ISO3종	―	MgAl8 Zn	M	140<	75<	1	MC2보다 Al, Zn의 성분 범위를 확대하고 있다.
			TF	235<	95<	2<
ISO4종	―	―	TE	140<	95<	2<	MC2보다 Zn의 성분 범위를 확대하고 있다.

(JISH5203-1998보다 발췌)

 

 

<표 3>에 주된 마그네슘 합금 다이 캐스트(magnesium alloy die castings)의

화학 성분과 그 특색을 나타냅니다.

 

 

<표 3>마그네슘 합금 다이 캐스트의 화학 성분과 그 특색

1종 B	MDC1B	―	AZ91B	Al:8.3～9.7 Zn:0.35～1.0 Mn:0.13～0.5	내식성은 덜하지만 기계적 성질은 좋은
2종 B	MDC2B	―	AM60B	Al:5.56.5 Zn:0.22＞ Mn0.24～0.6	성장과 인성에 뛰어나다.주조성은 덜하다
3종 B	MDC3B	―	AS41B	Al:3.5～5.0 Zn:0.12＞ Mn:0.35～0.7 Si:0.5～1.5	고온 강도가 좋다.주조성이 다소 떨어진다
4종	MDC4	―	AM50A	Al:4.4～5.4 Zn:0.22＞ Mn:0.26～0.6	성장과 인성에 뛰어나다.주조성은 덜하다
ISO1종 A	―	MgAl8Zn1	―	Al:7.0～9.5 Zn:0.3～2.0 Si:0.5＞ Cu0.35＞	여러가지 용도에 적합하도록 엄격히 성분 범위를 규정할 필요가 없다
ISO2종	―	MgAl9Zn	―	Al:8.3～10.3 Zn:0.2～1.0 Mn:0.15～0.6 Si:0.3＞	1종 A보다 Al, Zn의 성분 범위를 폭넓게 하고 있다
ISO3종	―	MgAl9Zn2	―	Al:8.0～10.0 Mn:0.1～0.5 Si:0.3＞	사형 및 금형용 합금으로 국내에서는 다이 캐스트에는 일반적으로 사용되지 않은

(JIS H 5203-1998보다 발췌)

전신용은 알루미늄 아연 등을 첨가한 합금입니다.

<표 4>에 주요 전신용 마그네슘 합금 막대(JIS H 4203-1998)와

이들에게 상당하는 외국 규격의 합금 기호를 나타냅니다.

 

<표 4>주요 전신용 마그네슘 합금 막대(JIS H 4203-2000)과 외국 규격

1종	MB1	Mg-Al3Zn1Mn	AZ31B	MAG-E-111	MgAl3Zn1
2종	MB2	Mg-6Zn1Mn	AZ61A	MAG-E-121	MgAl6Zn
3종	MB3	Mg-Al8Zn	AZ80A	―	MgAl8Zn
4종	MB4	Mg-Zn1Zr	―	MAG-E-141	―
5종	MB5	Mg-Zn3Zr	―	MAG-E-161	―
6종	MB6	Mg-Zn6Zr	ZK60A	MAG-E-143	MgZn6Zr

주(1)외국 규격:ASTM(미국), BS(영국), DIN(독일)

 

니켈 및 니켈 합금의 종류·특성과 용도

① 니켈의 특징
니켈(nickel)은 특수강, 스테인리스 강, 내열강 등의 합금 원소로 많이 이용되고 있습니다.

② 니켈 합금의 특징
니켈 주체의 니켈 합금(nickel alloy)에서는 전신성, 

내식성(Ni-Cu계, Ni-Mo)계, 고 자성, 고 전기 저항성(Ni-Fe계, Ni-Cr)계

(Ni-Co계, Ni-Cr)계가 있습니다.

 

<표 5>는 주요 니켈 합금판의 인장 특성을 나타냅니다.

 

 

<표 5>주요 니켈 합금판(0제)의 인장 특성

NW2200	Ni99.0	380<	100<	30<
NW2201	Ni99.0･LC	345<	80<	30<
NW4400	NiCu30	480<	195<	35<
NW5500	NiCu30Al3Ti	―	―	―
NW0001	NiMo30Fe5	790<	345<	45<
NW0665	NiMo28	750<	350<	40<
NW0276	NiMo16Cr15Fe6W4	690<	275<	40<
NW6007	NiCr22Fe20Mo6Cu2Nb	620<	240<	40<
NW6002	NiCr21Fe18Mo9	660<	245<	35<

(JIS H 4551-2000보다 발췌)

 

③ 니켈기 초합금의 실제 예시 소개

가스 터빈은 연소 온도가 높을수록 효율이 좋아집니다.

그러나 750℃ 이상의 온도에 노출될 경우 범용 재료가 대응하지 못하고

(규격 표에 없는)경험과 노력에 의한 합금 개발밖에 없었습니다.

 

이렇게 개발된 합금의 예를<표 6>로 나타냅니다.

 

 

<표 6>가스 터빈, 제트 엔진 등에 사용되는 니켈기 초합금

1	Fe기:Ni-Fe기 내열 합금	A-286 Discalloy,V-57	Ni 25 wt%, Cr 15 wt%l+Ti, Al첨가, Ni3(Al, Ti)의 분리 강화
2	Co기 내열 합금	HS-21,45 S-816 WI-52	Co기반+25 wt%Cr+Ni
3	Ni토대 내열 합금	Nimonico75～120 Hastelloy X Nimonic115,120 Udmet 700 Astroy,IN-100,B-1900 MAR-M246, 247	현재 주류. Ni기본+Co, Cr의 소지, Mo+W에서 강화.Ni와 Al, Ti, Nb, Ta등과 금속 간 화합물에 의한 석 출하 강화한 것

또한 근래의 제트 엔진의 실용 온도 개선은 조직 통제

(다결정 → 조직 → 단결정), 융점이 높은 Ni기 합금의 용사,

냉각 방법의 연구에 기인하고 있습니다.

 

납의 특성을 이용한 제품 사례 소개

납은 뛰어난 특성을 가진 유용한 금속이며 

그 특성을 이용하고 납 축전지, 관구 글라스 연관, 방음, 

차폐용 연판 등등 다방면에 사용되고 온 사람들의 생활에 있어서 

중요한 기초 자재의 하나입니다.

 

 

 

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