[논문]티타늄과 그 합금의 마찰교반용접기술 현황

강덕수; 이광진

doi:10.5781/jwj.2015.33.2.1

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This article describes the basic technical concepts for applying the friction stir welding (FSW) process to titanium and its alloys. Titanium and its alloys are demanding applications of FSW. During FSW, a protective atmosphere is needed at the welding region to prevent the joints from oxidation due...

This article describes the basic technical concepts for applying the friction stir welding (FSW) process to titanium and its alloys. Titanium and its alloys are demanding applications of FSW. During FSW, a protective atmosphere is needed at the welding region to prevent the joints from oxidation due to the absorption of interstitial elements (O, N, and H) at high temperature. The process parameters for FSW have great influence on the microstructure and properties of the joints. No phase transformation occurred in CP Ti because FSW was achieved below the ${\beta}$-transus temperature. Therefore, the mechanical properties of the joints with CP Ti were governed by recrystallization and grain refinement. Furthermore, the strong crystallographic texture indicating //ND formed in the stir zone. On the other hands, the phase transformation occurred in Ti-6Al-4V alloy because the process temperature reached above ${\beta}$-transus temperature. For this reason, the mechanical properties of the joints with Ti-6Al-4V alloy were altered by not only recry stallization and grain refinement but also phase transformation during FSW. Engineers who want to get sound FSW joints with Ti-6Al-4V alloy have to pay attention to the control about process conditions.

주제어

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문제 정의

본 논문에서는 최근 산업계 적용을 위해 활발한 연구가 진행되고 있는 티타늄 및 티타늄합금의 마찰교반용접에 있어서의 용접조건, 기계적 특성, 미세조직 및 집합조직에 관한 연구보고 내용을 정리하였다.
구조용 재료에서부터 생체재료까지 다양한 분야에서 활용되고 있는 티타늄 및 그 합금의 용접·접합에 있어서 FSW 공정을 적용하기 위한 연구가 일본 등 선진국을 중심으로 활발히 진행되고 있는 바, 국내 연구의 활성화 및 산업현장으로의 적용을 돕기 위하여 최신 연구 개발 동향을 정리하였다.

성능/효과

SZ의 α상과 β상이 버거스 관계를 이루고 있다는 것을 알 수 있었다.
이상의 결과로부터, CP Ti는 FSW 시 상변태가 일어나지 않지만, Ti-6Al-4V 합금의 경우는 공정온도의 상승에 의한 상변태의 가능성이 있으며, 툴의 회전속도 (rpm) 및 이동속도(mm/min)가 큰 영향을 끼친다는 것을 확인할 수 있었다.
그러나 500 rpm이상에서는 기계적 특성이 큰 폭으로 증가하였으며, 500 rpm과 700 rpm 모두 유사한 결과를 나타내었다. 이 결과로부터, 툴의 회전 속도가 최적화된 조건에서는 이송속도의 영향은 그다지 크지 않은 것을 알 수 있었다.
9에 나타내었다¹⁵⁾. FSW SZ의 경도가 GTAW FZ의 경도와 비교하여 다소 높은 결과를 나타냈다. 이것은 용융 용접 방법 중 하나인 GTAW의 용접 온도가 높아 결정립 조대화가 일어났기 때문이며, FSW의 냉각 속도가 GTAW보다 현저히 빠르기 때문에 경질의 침상형 α’ 마르텐사이트가 형성되었기 때문으로 보고하였으며, 상 분석 결과를 Fig.
Tool의 이송속도와 관계없이 모든 시편에서 등축정 또는 그에 가까운 재결정 조직이 관찰되었으며, 50 mm/min 시편의 경우 2차 재결정된 <0001>//ND 결정립을 중심으로 집합조직이 발달하였다. 한편, Tool 이송속도의 변화에 의해 서로 다른 집합조직이 형성이 관찰되었으며, 집합조직의 집적도 또한 Tool 이송속도가 증가함에 따라 감소하는 경향을 뚜렷이 나타내었다. 이러한 결과는 그 동안 Al, Mg 소재에 대한 마찰교반용접 영역의 집합조직의 결과와 상이한 것으로 향후 면밀한 검토가 필요할 것으로 판단되었다.
10에 나타내었다¹⁵⁾. 또한 용융 온도의 영향으로 GTAW의 HAZ 영역이 FSW의 영역보다 더욱 넓은 것을 관찰 할 수 있었다.

후속연구

한편, Tool 이송속도의 변화에 의해 서로 다른 집합조직이 형성이 관찰되었으며, 집합조직의 집적도 또한 Tool 이송속도가 증가함에 따라 감소하는 경향을 뚜렷이 나타내었다. 이러한 결과는 그 동안 Al, Mg 소재에 대한 마찰교반용접 영역의 집합조직의 결과와 상이한 것으로 향후 면밀한 검토가 필요할 것으로 판단되었다. 또한, S.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	티타늄과 티타늄합금은 구조에 따라 어떤 상을 가지는가?	티타늄과 티타늄합금에는 α상과 β상의 두 가지 상이 존재하는데 HCP 구조를 갖는 α상은 882℃까지 안정하며 그 이상의 온도에서는 BCC 구조의 β상으로 변태 한다. 특히, 산업적으로 α+β의 2상으로 이루어진 Ti6Al-4V합금이 가장 많이 사용되고 있다4,5).
	티타늄과 티타늄합금이 용융 용접공정 시 발생하는 문제는?	티타늄과 티타늄합금은 GTAW, GMAW를 비롯한 플라즈마 아크용접, 레이저 및 전자빔 용접 등의 용융 용접공정으로 용접할 수 있다. 그러나, 낮은 열전도성으로 인해 용접 후 형상의 뒤틀림 등의 문제점을 야기한다. 또한, 용융 상태에서의 티타늄과 티타늄합금은 높은 산화성으로 인해 용접부위의 기계적 특성을 현저히 저하시킨다. 이러한 단점을 극복하고자 고상접합 방법인 FSW를 적용하기 위한 연구가 일본 등 선진국을 중심으로 활발히 이루어지고 있다.
	티타늄과 티타늄합금의 특성은?	다양한 고융점 재료 중 티타늄과 티타늄합금은 비강도(강도/비중)이 높고 내식성이 우수하며 넓은 온도범위에서 우수한 기계적 특성을 나타내므로 구조용 재료로서 항공 우주 산업, 해양 구조물, 화학공업, 의료 분야 등에서 매우 다양하게 적용되고 있다2). 특히, 상용 제품에 비해 상대적으로 가격요인에 덜 민감한 무기체계에서는 티타늄과 티타늄합금의 적용비율이 꾸준히 증가하고 있으며, 최근 철강, 알루미늄 합금이 주재료 이용되던 전차, 장갑차용 구조물 및 부품에도 티타늄 합금의 적용이 시도되고 있다3).

참고문헌 (19)

W. M. Thomas, friction stir butt welding, Int. Patent No PCT/GB92/02203 (1991)
A. Nouri, X. Chen, Y. Li, Y. Yamada, P. Hodgson, C. Wen, Mater. Sci. Eng. A, 485 (2008) 562-570

상세보기
Y. Abe, The Possibility of Developing The Cost Reduction Metallurgy on Titanium Materials, Iron Steel Inst. Japan, (1997) 3-7
D. Kang, N. Koga, M. Sakata, N. Nakada, T. Tsuchiyama, S. Takaki, Mater. Sci. Eng. A, 606(2014)101-107

상세보기
B. Yoon, S. Kim, W. Chang, Journal of KWJS, 25 (2007) 22-28
D. Kang, K. Lee, E. Kwon, T. Tsuchiyama, S. Takaki, Mater. Sci. Eng. A. 632 (2015) 120-126

상세보기
C. Chun, S. Kim, H. Kim, W. Chang, J. Noh, Journal of KWJS 31 (2013) 16-20
https://www.youtube.com/watch?v864Be0 PUZQQ
S. Mironov, Y. Sato, H. Kokawa, Acta Mater. 57 (2009) 4519-4528

상세보기
S. Mironov, Y. Zhang, Y. Sato, H. Kokawa, Scripta Mater. 59 (2008) 27-30

상세보기
L. Zhou, H. Liu, Mater. Char. 62 (2011) 1036-1041

상세보기
G. Buffa, A. Ducato, L. Frantini, Mater. Sci. Eng. A, 581 (2013) 56-65

상세보기
H. Fujii, Y. Sun, H. Kato, K. Nakata, Mater. Sci. Eng. A. 527 (2010) 3386-3391

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P. Edwards, M. Ramulu, J. Mater. Proc. Tech. 218 (2015) 107-115

상세보기
M. Esmaily, S. Nooshin Mortazavi, P. Todehfalah, M. Rashidi, Mater. Des. 47 (2013) 143-150

상세보기
S. Mironov, Y. Sato, H. Kokawa, Mater. Sci. Eng. A, 527 (2010) 7498-7504

상세보기
R. Fonda, K. Knipling, Acta Mater. 58 (2010) 6452-6463

상세보기
M. Mahoney, R. Mishra, Friction stir welding and processing, ASM international, (2007)
A. J. Ramirez, M.C.Juhas, Mater. Sci. Forum 426-432 (2003) 2999

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