[논문]Ti-6Al-4V 합금의 미세구조 분석

김태완; 윤요한; 오호라; 박종범; 이정일; 류정호

doi:10.6111/jkcgct.2016.26.3.126

Ti-6Al-4V 합금의 미세구조 분석
Microstructure of Ti-6Al-4V alloy 원문보기

한국결정성장학회지 = Journal of the Korean crystal growth and crystal technology, v.26 no.3, 2016년, pp.126 - 130

김태완 (한국교통대학교 신소재공학과) , 윤요한 (한국교통대학교 신소재공학과) , 오호라 (한국교통대학교 신소재공학과) , 박종범 (한국교통대학교 신소재공학과) , 이정일 (한국교통대학교 신소재공학과) , 류정호 (한국교통대학교 신소재공학과)

초록
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Ti-합금은 낮은 밀도, 낮은 탄성계수, 우수한 고온강도, 내산화성 및 인체적합성으로 자동차와 항공산업 및 바이오 산업에서 구조용 재료로 널리 연구되고 있다. 본 연구에서는 Ti-합금 중 대표적인 조성인 Ti-64(6 wt% Al, 4 wt% V) 합금에 대한 결정학적 특성과 미세조직에 대해서 알아보고자 하였다. XRD 분석을 통하여 Ti-64 샘플의 주요 결정상을 분석하였고, FE-SEM 및 EDX 분석을 통하여 Ti-64 합금 샘플의 미세구조를 화학조성의 차이에 의해 고찰하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Ti alloys have been used for orthopedic devices, automobile and aircraft because it has several beneficial properties such as a low density, a low modulus of elasticity, excellent high-temperature strength, excellent corrosion resistance and biocompatibility. In this study, Ti-64 composition (6 wt% Al, 4 wt% V) is investigated as a representative Ti-alloy system on the crystallographic characteristics and microstructure. We investigated crystal structure of the Ti-64 sample by XRD, and analyzed microstructure by compositional differences measured using FE-SEM and EDX.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

Ti-64 합금의 경우, 여러 가지 합금제조 공정, 열/기계적 가공을 통하여 얻어지는 미세조직 및 그에 따른 기계적 성질이 매우 중요하기 때문에, 미세조직에 대한 변화를 함께 고찰하고 이를 통하여 제품의 최종 특성을 예측할 수 있어야 한다. 따라서 본 연구에서는 Ti-64 합금의 결정구조와 미세조직 변화를 고찰하여 최종적인 제품의 기계적인 특성과의 연관성을 규명하고자 한다.

제안 방법

또한 시편의 결정상을 분석하기 위하여 XRD(X-ray diffractometry) 분석을 실시 하였다. Ti-64 시편의 시편들을 Kroll 용액 (H₂O 100 ml, HF 3 ml, HNO₃ 5 ml)으로 에칭한 후 광학현미경과 FESEM(Field emission scanning electron microscope) 및 EDX(Energy-dispersive X-ray spectroscopy)으로 미세조직과 화학조성을 분석하였다.
Table 1에서 확인할 수 있듯이 commercial Ti-64(6 wt% Al, 4 wt% V) 조성과 유사하게 확인되었으며, WD-XRF 장비의 측정한계 이상의 다른 금속 불순물은 분석되지 않았다. 또한 시편의 결정상을 분석하기 위하여 XRD(X-ray diffractometry) 분석을 실시 하였다. Ti-64 시편의 시편들을 Kroll 용액 (H₂O 100 ml, HF 3 ml, HNO₃ 5 ml)으로 에칭한 후 광학현미경과 FESEM(Field emission scanning electron microscope) 및 EDX(Energy-dispersive X-ray spectroscopy)으로 미세조직과 화학조성을 분석하였다.

대상 데이터

본 연구에서 사용된 합금시편은 천지산업(주)에서 주조된 Ti-64(6 wt% Al, 4 wt% V) ingot을 방전가공을 이용하여 제조하였다. WD-XRF(Wavelength-dispersive X-ray fluorescence) 분석을 통하여 가공된 시편의 성분과 불순물 함입 여부를 조사하고 Table 1에 Ti-64 시편의 XRF 분석 결과를 나타내었다.

성능/효과

본 연구에서는 Ti-합금 중 대표적인 조성인 Ti-64 (6 wt% Al, 4 wt% V) 합금에 대한 결정학적 특성과 미세조직에 대해서 고찰하였다. XRD 분석결과 Ti-64 샘플은 α상으로 구성되어 있었으며, 다른 TiAl 금속간 화합물은 발견되지 않았다. 광학현미경, FE-SEM 및 EDX 분석을 통하여 Ti-64 합금 샘플은 Ti와 Al의 합금원소로 이루어진 α상의 grain들과 Ti와 V으로 이루어진 β상이 grain 사이에 분포한 형태의 미세구조로 이루어져 있었으며, 하나의 grain의 길이가 20~30 μm 정도였다.
XRD 분석결과 Ti-64 샘플은 α상으로 구성되어 있었으며, 다른 TiAl 금속간 화합물은 발견되지 않았다. 광학현미경, FE-SEM 및 EDX 분석을 통하여 Ti-64 합금 샘플은 Ti와 Al의 합금원소로 이루어진 α상의 grain들과 Ti와 V으로 이루어진 β상이 grain 사이에 분포한 형태의 미세구조로 이루어져 있었으며, 하나의 grain의 길이가 20~30 μm 정도였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	Ti-합금 중 대표적인 조성은 무엇인가?	Ti-합금은 높은 비강도와 우수한 기계적 특성으로 과거 40~50년 전부터 현재에 이르기까지 매우 다양한 분야에 적용되어 왔으며, 그 사용량 및 적용분야는 계속 증가할 전망이다. 이와 같은 Ti-합금 중 대표적인 조성으로 Ti-6Al-4V(6 wt% Al, 4 wt% V) 합금을 예로 들 수가 있는데, 기계적 특성이 매우 우수하여 실제 상업적으로 응용되는 Ti-합금 중 60 % 이상을 차지한다. Ti6Al-4V(이하 Ti-64) 합금은 Ti-합금의 일반적인 분류 중α + β형 합금이며, α형 Ti-합금의 특징과 β형 Ti-합금의 중간적 성질을 가지기 때문에 다양한 용도로 사용된다.
	Ti-합금의 특징과 전망은 어떠한가?	Ti-합금은 높은 비강도와 우수한 기계적 특성으로 과거 40~50년 전부터 현재에 이르기까지 매우 다양한 분야에 적용되어 왔으며, 그 사용량 및 적용분야는 계속 증가할 전망이다. 이와 같은 Ti-합금 중 대표적인 조성으로 Ti-6Al-4V(6 wt% Al, 4 wt% V) 합금을 예로 들 수가 있는데, 기계적 특성이 매우 우수하여 실제 상업적으로 응용되는 Ti-합금 중 60 % 이상을 차지한다.
	Ti-6Al-4V 합금의 경우 부품 제조시 단조 및 초소성 성형 등 정형성형을 목표로 하는 고온 가공법들이 적용되는 이유는?	또한 열처리 및 냉각 방법에 따라 철계 합금과 같이 다양한 미세조직과 기계적 성질을 얻을 수 있기 때문에 그 효용가치가 매우 높은 합금계이다[1, 2]. 그러나 대부분의 Ti-합금, 특히 Ti-64 합금의 경우, machining cutting 등의 기계가공이 난해하기 때문에 부품 제조시 단조 및 초소성 성형 등 정형성형(near net shaping)을 목표로 하는 고온가공 법들이 다수 적용되고 있다. 특히, 전체 가 공부품 중 고온 가공품, 특히 단조품의 비율이 매우 높은 편이며, 이는 최종부품 형상에 가깝게 제조가 가능하고 성형시 공정변수의 제어를 통하여 미세조직 제어가 가능하다는 이점 때문이다[3, 4].

참고문헌 (10)

Y.H. Lee, J.T. Yeom, N.K. Park, S.S. Hong, I.O. Shim, S.M. Hwang and C.S. Lee, "Prediction of microstructure durign high temperature forming of Ti-6Al-4V alloy", J. Kor. Inst. Met. & Mater. 43 (2005) 847.
D.-G. Lee, Y.H. Lee, C.S. Lee and S. Lee, "Effect of volume fraction of tempered martensite on dynamic deformation properties of Ti-6Al-4V alloy having bimodal microstructure", J. Kor. Inst. Met. & Mater. 42 (2004) 455.
S.G. Pyo, J.K. Oh, N.J. Kim and M. Yamaguchi, "Al compositional dependence on the deformation behavior and mechanical properties in ultra high purity TiAl alloys", J. Kor. Inst. Met. & Mater. 38 (2000) 629.

상세보기
I.-S. Jung, M.-C. Kim, J.-H. Lee, M.-H. Oh and D.-M. Wee, "Phase equilibria of TiAl alloy by directional solidification", J. Kor. Inst. Met. & Mater. 37 (1999) 448.
X Wu, "Review of alloy and process development of TiAl alloys", Intermetallics 14 (2006) 1114.

상세보기
M. Geetha, A.K. Singh, R. Asokamani and A.K. Gogia, "Ti based biomaterials, the ultimate choice for orthopaedic implants - A review", Prog. Mater. Sci. 54 (2009) 397.

상세보기
S.L.R. da Silva, L.O. Kerber, L. Amaral and C.A. dos Santos, "X-ray diffraction measurements of plasmanitrided Ti-6Al-4V", Surf. Coat. Tech. 116-119 (1999) 342.

상세보기
J.J. Lin, Y.H. Lv, Y.X. Liu, B.S. Xub, Z. Sun, Z.G. Li and Y.X. Wu, "Microstructural evolution and mechanical properties of Ti-6Al-4V wall deposited by pulsed plasma arc additive manufacturing", Mater. Des. 102 (2016) 30.

상세보기
G.A. Ravi, C. Qiu and M.M. Attallah, "Microstructural control in a Ti-based alloy by changing laser processing mode and power during direct laser deposition", Mater. Lett. 179 (2016) 104.

상세보기
D. Batalu, G. Cosmeleata and A. Aloman, "Critical analysis of the Ti-Al phase diagrams", U.P.B. Sci. Bull., Series B 68 (2006) 77.

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