KR101414505B1 - 고강도 및 고성형성을 가지는 티타늄 합금의 제조방법 및 이에 의한 티타늄 합금 - Google Patents

고강도 및 고성형성을 가지는 티타늄 합금의 제조방법 및 이에 의한 티타늄 합금 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 고강도 및 고성형성을 가지는 티타늄 합금의 제조방법은, 티타늄 합금 제조를 위해 재료 및 장비를 준비하는 단계; 상기 준비된 재료를 베타 변태온도 이상에서 열처리한 후, 수냉시켜서 층상조직(마르텐사이트조직)의 티타늄 합금을 제조하는 단계; 상기 층상조직의 티타늄 합금을 제조하는 단계를 거친 후 상기 티타늄 합금을, 변형률이 2.5 이하인 저변형률의 조건하에서, 소성불안정 온도이상에서 성형을 시작해서 변형률이 증가함에 따라 성형온도를 단계적으로 낮추어서 소성불안정 온도 이하에서 성형을 마쳐서 초미세 결정립으로 변화시키는 압연단계;를 포함하는 고강도 및 고성형성을 가지는 티타늄 합금의 제조방법을 특징으로 한다.
상기 압연단계에서, 최초 성형시작온도는 초기 층상조직의 소성불안정 온도이상에서 성형을 시작하여 성형최종온도는 초기 층상조직의 소성불안정 온도이하에서 성형을 마치고, 성형온도를 초기에 소성불안정 온도이상에서 시작해서 변형률이 증가함에 따라 소정의 하강곡선에 따라 온도를 낮춰가다가 변형률이 2.5에 도달하면 초기 층상조직의 소성불안정 온도이하를 유지하면서 과정을 종료하는 것을 특징으로 한다.

Description

고강도 및 고성형성을 가지는 티타늄 합금의 제조방법 및 이에 의한 티타늄 합금 { The manufacturing method of titanium alloy with high-strength and high-formability and its titanium alloy }
본 발명은 고강도 및 고성형성을 가지는 티타늄 합금의 제조 방법에 관한 것으로서, 이는 기존에 알려진 강소성 가공에 의하지 아니하고, 저변형률(2.5이하의 변형률)의 조건하에서 변형률에 따라 성형온도를 점차 변화시키는 압연과정을 통해서 고강도/고성형성을 가지는 초미세 결정립을 가진 티타늄합금 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
보다 상세하게는, 단순히 성형과정 중에 성형온도를 하락시키는 것이 아니라, 초기 층상조직(마르텐사이트)의 베타변태 온도 이하 및 소성불안정 온도이상에서 가공을 시작하고, 가공 중 미세한 구상화조직이 증가함에 따라 성형성이 증가하는 원리를 이용해서 점차 성형온도를 최적화된 조건으로 하락시켜가면서, 성형을 마치는 최종온도는 초기 층상조직(마르텐사이트)의 소성불안정 온도이하로 하여 고강도/고성형성을 가지는 초미세 결정립을 가진 티타늄합금 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
티타늄 합금은 대표적인 경량금속으로 높은 비강도 및 우수한 내식성을 가지므로 항공우주용 재료, 화학공업용 재료, 생체이식 재료 및 스포츠용품 재료 등 다양한 분야에 널리 적용될 수 있다. 이러한 티타늄 합금은 초소성 특성을 구비하므로 초소성 성형을 수행하여 개체 중량 및 가공 비용을 절감시킬 수 있다. 따라서, 티타늄 합금을 각 산업 분야에 적용시 큰 부가가치를 창출할 수 있다.
티타늄 합금은 일반적으로 850 ℃ 이상의 높은 가공온도에서 0.001/초 이하의 가공속도로 가공하여야만 초소성 성형이 가능한 것으로 알려져 있다. 그러나, 초소성 특성은 미세구조에 큰 영향을 받기 때문에 미세한 결정립으로 이루어지는 티타
늄 합금은 종래보다 낮은 가공온도 또는 빠른 가공속도에서 초소성 성형이 가능하다.
이에 따라, 나노 기술의 발달과 함께 미세한 결정립을 갖는 티타늄 합금의 제조 방법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
한편, 미세한 결정립을 갖는 재료를 제조하기 위한 방법으로 분말야금, 기계적 합금화, 급속 응고, 재결정, 단조, 압연 및 인발 등의 방법이 있다.
그러나, 이러한 방법은 충분한 크기를 갖는 재료를 제조하는데 어려움이 있고 내부에 많은 양의 기공이 형성될 수 있다. 또한, 재결정 결정립의 크기가 제한되거나 변형률의 증가에 따라 단면적이 줄어들어 큰 변형률을 부여할 수 없어 결정립 미세화에 일정한 한계가 있다. 따라서, 이러한 방법으로 결정립을 미세화하는 것은 실제 적용에 어려움이 있었다.
최근 별도의 열처리 없이 심한 소성 가공을 하여 내부에 기공을 발생시키지 않으면서 결정립을 미세화하는 강소성 가공 방법 등이 제시되었다. 이러한 강소성 가공방법으로는 HPT(high pressure torsion), ECAP(equAl channel angular
pressing) 등이 있다.
HPT 가공 방법은 높은 압력 하에서 전단 변형하는 방법으로, 이는 상온에서 빠른 속도로 가공이 가능한 반면 재료 크기에 제한이 있고 재료의 두께 및 미세조직이 불균일한 문제가 있다.
ECAP 가공 방법은 L 자형 채널에 재료를 투입하여 재료를 전단변형시키는 방법으로, 기존의 프레스 설비를 이용하여 성형이 가능하며 스케일 업이 가능하여 경제적이다. 또한, 가공량이 증가하더라도 재료의 단면적이 감소하지 않으므로 재료
에 큰 변형률을 부여할 수 있다.
그러나 현재의 강소성 가공기술을 이용하여 생산되는 시편의 크기는 매우 작아서 초미세 결정립을 가지는 티타늄 합금을 산업적으로 생산 및 활용을 하는 것이 매우 제한적이라는 문제점이 있다.
게다가, 기존의 강소성 가공기술은 높은 변형률(4 내지 8)을 요구하므로, 일반적으로 기업체 등에 구비된 압연이나 압출장비를 이용해서는 결정립을 초미세립화할 수 없다는 문제점이 또한 있다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 층상조직의 티타늄 합금을 제조하는 단계를 거친 후 상기 티타늄 합금을 소정의 변형속도에서, 단순히 성형과정 중에 성형온도를 낮추는 것이 아니라, 초기 층상조직(마르텐사이트)의 베타변태 온도이하 및 소성불안정 온도이상에서 가공을 시작하고, 가공 중 미세한 구상화 조직이 증가함에 따라 성형성이 증가하는 원리를 이용해서 점차 성형온도를 최적화된 조건으로 낮춰가면서, 성형을 마치는 최종온도는 초기 층상조직(마르텐사이트)의 소성불안정 온도이하인 소정의 온도 변화조건하에서 변형률이 2.5 이하인 저변형률의 조건하에서 압연하여 초미세 결정립으로 변화시키는 압연단계;를 포함하는 고강도 및 고성형성을 가지는 티타늄 합금(Ti-6Al-4V,Ti-6Al-2Sn-2Mo-0.1Si,Ti-6Al-4Fe-0.25Si)의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 상기와 같은 제조방법을 통해서 제조된 티타늄 합금은 결정립의 크기가 1μm 이하의 초미세립인 것을 특징으로 하는 티타늄 합금(Ti-6Al-4V,Ti-6Al-2Sn-2Mo-0.1Si,Ti-6Al-4Fe-0.25Si)을 제공하는 것에 있다.
상기와 같은 목적을 해결하기 위한 본 발명에 의하면, 티타늄 합금 제조를 위해 재료 및 장비를 준비하는 단계;
상기 준비된 재료를 베타 변태온도 이상에서 열처리한 후, 수냉시켜서 층상조직(마르텐사이트조직)의 티타늄 합금을 제조하는 단계; 상기 층상조직의 티타늄 합금을 제조하는 단계를 거친 후 상기 티타늄 합금을, 변형률이 2.5 이하인 저변형률의 조건하에서, 소성불안정 온도이상에서 성형을 시작해서 변형률이 증가함에 따라 성형온도를 단계적으로 낮추어서 소성불안정 온도 이하에서 성형을 마쳐서 초미세 결정립으로 변화시키는 압연단계;를 포함한다.
그리고, 상기 압연단계에서, 최초 성형시작온도는 초기 층상조직의 소성불안정 온도이상에서 성형을 시작하여 성형최종온도는 초기 층상조직의 소성불안정 온도이하에서 성형을 마치고, 성형온도를 초기에 소성불안정 온도이상에서 시작해서 변형률이 증가함에 따라 소정의 하강곡선에 따라 온도를 낮춰가다가 변형률이 2.5에 도달하면 초기 층상조직의 소성불안정 온도이하를 유지하면서 과정을 종료하는 것을 특징으로 한다.
한편, 티타늄 합금(Ti-6Al-4V) 제조를 위해 재료 및 장비를 준비하는 단계; 상기 준비된 재료를 베타 변태온도(995℃) 이상에서 1040℃의 온도 조건에서 1시간 이상 열처리한 후, 수냉시켜서 층상조직(마르텐사이트조직)의 티타늄 합금을 제조하는 단계; 상기 층상조직의 티타늄 합금을 제조하는 단계를 거친 후 상기 티타늄 합금을, 변형률이 1.4 이하인 저변형률의 조건하에서, 소성불안정 온도이상에서 성형을 시작해서 변형률이 증가함에 따라 성형온도를 단계적으로 낮추어서 소성불안정 온도이하에서 성형을 마쳐서 초미세 결정립으로 변화시키는 압연단계;를 포함하는 고강도 및 고성형성을 가지는 티타늄 합금(Ti-6Al-4V)의 제조방법을 특징으로 한다.
그리고, 상기 압연단계에서, 최초 성형시작온도는 초기 층상조직의 소성불안정 온도이상인 800℃에서 성형을 시작하여 성형최종온도는 초기 층상조직의 소성불안정 온도이하인 600℃에서 성형을 마치는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 압연단계에서, 성형온도를 초기에 800℃에서 시작해서 변형률이 증가함에 따라 소정의 하강곡선에 따라 온도를 낮춰가다가 변형률이 1.4에 도달하면 600℃를 유지하면서 과정을 종료하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제조방법을 통해서 제조된 티타늄 합금은 결정립의 크기가 1μm 이하의 초미세립인 것을 특징으로 하는 티타늄 합금(Ti-6Al-4V)을 특징으로 한다.
또한, 티타늄 합금(Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si)을 제조를 위해 재료 및 장비를 준비하는 단계; 상기 준비된 재료를 베타 변태온도(995℃) 이상에서 1040℃의 온도 조건에서 1시간 이상 열처리한 후, 수냉시켜서 층상조직(마르텐사이트조직)의 티타늄 합금을 제조하는 단계; 상기 층상조직의 티타늄 합금을 제조하는 단계를 거친 후 상기 티타늄 합금을, 변형률이 1.4 이하인 저변형률의 조건하에서, 소성불안정 온도이상에서 성형을 시작해서 변형률이 증가함에 따라 성형온도를 단계적으로 낮추어서 소성불안정 온도이하에서 성형을 마쳐서 초미세 결정립으로 변화시키는 압연단계;를 포함하는 고강도 및 고성형성을 가지는 티타늄 합금(Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si)의 제조방법을 특징으로 한다.
그리고, 상기 압연단계에서, 최초 성형시작온도는 초기 층상조직의 소성불안정 온도이상인 850℃에서 성형을 시작하여 성형최종온도는 초기 층상조직의 소성불안정 온도이하인 650℃에서 성형을 마치는 것을 특징으로 하는 고강도 및 고성형성을 가지는 티타늄 합금 티타늄 합금(Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si)의 제조방법을 특징으로 한다.
그리고, 상기의 제조방법을 통해서 제조된 티타늄 합금은 결정립의 크기가 1μm 이하의 초미세립인 것을 특징으로 하는 티타늄 합금(Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si)을 특징으로 한다.
또한, 티타늄 합금(Ti-6Al-4Fe-0.25Si)을 제조를 위해 재료 및 장비를 준비하는 단계; 상기 준비된 재료를 베타 변태온도(995℃) 이상에서 1040℃의 온도 조건에서 1시간 이상 열처리한 후, 수냉시켜서 층상조직(마르텐사이트조직)의 티타늄 합금을 제조하는 단계; 상기 층상조직의 티타늄 합금을 제조하는 단계를 거친 후 상기 티타늄 합금을, 변형률이 1.4 이하인 저변형률의 조건하에서, 소성불안정 온도이상에서 성형을 시작해서 변형률이 증가함에 따라 성형온도를 단계적으로 낮추어서 소성불안정 온도이하에서 성형을 마쳐서 초미세 결정립으로 변화시키는 압연단계;를 포함하는 고강도 및 고성형성을 가지는 티타늄 합금(Ti-6Al-4Fe-0.25Si)의 제조방법을 특징으로 한다.
그리고, 상기 압연단계에서, 최초 성형시작온도는 초기 층상조직의 소성불안정 온도이상인 800℃에서 성형을 시작하여 성형최종온도는 초기 층상조직의 소성불안정 온도이하인 600℃에서 성형을 마치는 것을 특징으로 하는 고강도 및 고성형성을 가지는 티타늄 합금 티타늄 합금(Ti-6Al-4Fe-0.25Si)의 제조방법을 특징으로 한다.
그리고, 상기의 제조방법을 통해서 제조된 티타늄 합금은 결정립의 크기가 1μm 이하의 초미세립인 것을 특징으로 하는 티타늄 합금(Ti-6Al-4Fe-0.25Si)을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 고강도 및 고성형성을 가지는 티타늄 합금(Ti-6Al-4V,Ti-6Al-2Sn-2Mo-0.1Si,Ti-6Al-4Fe-0.25Si)의 제조방법에 의할 때, 본 발명의 실시 예에 의한 티타늄 합금의 제조 방법에 의할 때 일반적인 강소성 가공을 이용한 제조방법에 의하지 아니하고 저변형률(변형률 2.5이하)의 조건하에서 적은 에너지 소모량을 이용하여 초미세 결정립(1μm 이하)을 가진 티타늄 합금(Ti-6Al-4V,Ti-6Al-2Sn-2Mo-0.1Si,Ti-6Al-4Fe-0.25Si)을 제조할 수 있음을 알 수 있다.
상기와 같은 저변형률(변형률 2.5이하)의 조건하에서 초미세 결정립을 가진 티타늄 합급의 제조가 가능해지면 산업상 널리 사용되고 이미 구축되어진 압연/압출/단조 인프라를 이용하여 저렴한 비용으로 다양한 크기의 티타늄 합금을 대량 생산이 가능해지게 된다.
이렇게 제조된 초미세 결정립을 가진 티타늄 합금(Ti-6Al-4V,Ti-6Al-2Sn-2Mo-0.1Si,Ti-6Al-4Fe-0.25Si)은 기존의 티타늄 합금에 비해서 고강도/고성형성의 특성 또한 구비할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 의한 고강도 및 고성형성을 가지는 티타늄 합금(Ti-6Al-4V)의 제조방법의 흐름을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 고강도 및 고성형성을 가지는 티타늄 합금(Ti-6Al-4V)의 제조방법에 사용되는 초기 등축조직을 가진 티타늄 합금(Ti-6Al-4V)의 미세조직을 나타낸 사진(a)과 층상(마르텐사이트)조직을 가진 티타늄 합금(Ti-6Al-4V)의 미세 조직 사진(b)이다.
도 3a 내지 3c는 압연단계에서의 변형 온도와 변형률에 따른 진 응력(㎫)을 도시한 그래프이다.
도 4a 내지 4b는, 도 3b의 비교 예로 제조된 티타늄의 결정립과, 도 3c와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 티타늄 합금(Ti-6Al-4V)의 제조방법에 의해 성형된 티타늄 합금(Ti-6Al-4V)의 결정립의 미세 조직 사진이다.
도 5는 또 다른 티타늄 합금인 Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si 의 압축단계에서 변형온도와 변형률에 따른 진 응력(㎫)을 도시한 그래프이다.
도 6은 Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si의 초기 조직을 나타낸 사진(a)과 도 5b와 같은 본 발명의 또 다른 실시 예에 의해서 제조된 티타늄 합금(Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si)의 미세조직 사진(b)이다.
도 7은 또 다른 티타늄 합금인 Ti-6Al-4Fe-0.25Si 의 압축단계에서 변형온도와 변형률에 따른 진 응력(㎫)을 도시한 그래프이다.
도 8은 Ti-6Al-4Fe-0.25Si의 초기 조직을 나타낸 사진(a)과 도 7b와 같은 본 발명의 또 다른 실시 예에 의해서 제조된 티타늄 합금(Ti-6Al-4Fe-0.25Si)의 미세조직 사진(b)이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따라서 성형된 고강도 및 고성형성을 가지는 티타늄 합금(Ti-6Al-4V)의 상온 인장특성을 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따라서 성형된 고강도 및 고성형성을 가지는 티타늄 합금(Ti-6Al-4V)의 고온에서의 인장특성을 나타낸 그래프이다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시 예를 도면과 함께 상세히 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명의 사상이 제시되는 실시 예에 제한된다고 할 수 없으며,또 다른 구성요소의 추가, 변경, 삭제 등에 의해서, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있다.
이하에서는 첨부되는 도 1은 본 발명에 의한 고강도 및 고성형성을 가지는 티타늄 합금(Ti-6Al-4V)의 제조방법의 흐름을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 고강도 및 고성형성을 가지는 티타늄 합금(Ti-6Al-4V)의 제조방법에 사용되는 초기 등축조직을 가진 티타늄 합금(Ti-6Al-4V)의 미세조직을 나타낸 사진(a)과 층상(마르텐사이트)조직을 가진 티타늄 합금(Ti-6Al-4V)의 미세 조직 사진(b)이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 고강도 및 고성형성을 가지는 티타늄 합금의 제조방법은, 티타늄 합금 제조를 위해 재료 및 장비를 준비하는 단계와, 상기 준비된 재료를 베타 변태온도 이상에서 열처리한 후, 수냉시켜서 층상조직(마르텐사이트조직)의 티타늄 합금을 제조하는 단계와, 상기 층상조직의 티타늄 합금을 제조하는 단계를 거친 후 상기 티타늄 합금을, 변형률이 2.5 이하인 저변형률의 조건하에서, 소성불안정 온도이상에서 성형을 시작해서 변형률이 증가함에 따라 성형온도를 단계적으로 낮추어서 소성불안정 온도 이하에서 성형을 마쳐서 초미세 결정립으로 변화시키는 압연단계를 포함하여 구성된다.
그리고, 상기 압연단계에서, 최초 성형시작온도는 초기 층상조직의 소성불안정 온도이상에서 성형을 시작하여 성형최종온도는 초기 층상조직의 소성불안정 온도이하에서 성형을 마치고, 성형온도를 초기에 소성불안정 온도이상에서 시작해서 변형률이 증가함에 따라 소정의 하강곡선에 따라 온도를 낮춰가다가 변형률이 2.5에 도달하면 초기 층상조직의 소성불안정 온도이하를 유지하면서 과정을 종료하는 것을 특징으로 한다.
보다 구체적인 실시 예인 티타늄의 합금(Ti-6Al-4V)의 제조방법은, 티타늄 합금(Ti-6Al-4V) 제조를 위해 재료 및 장비를 준비하는 단계와, 상기 준비된 재료를 베타 변태온도(995℃) 이상에서 1040℃의 온도 조건에서 1시간 이상 열처리한 후, 수냉시켜서 층상조직(마르텐사이트조직)의 티타늄 합금을 제조하는 단계와, 상기 층상조직의 티타늄 합금을 제조하는 단계를 거친 후 상기 티타늄 합금을 소정의 변형속도에서, 소정의 온도 변화조건하에서 변형률이 1.4 이하인 저변형률의 조건하에서 압연하여 초미세 결정립으로 변화시키는 압연단계를 포함한다.
상기 제조방법의 각 단계를 보다 상세하게 살펴보기로 한다.
먼저, 티타늄 합금을 준비하는 단계에서는 성형을 위한 티타늄 합금 재료를 준비한다. 이러한 티타늄 합금은 강도와 인성 증가를 위하여 알루미늄(Al)과 바나듐(V)을 첨가한 티타늄 합금일 수 있다.
본 실시 예에서 티타늄 합금은, 알루미늄이 약 6 중량% 포함되고 바나듐이 약 4 중량% 포함된, 일명 Ti-6Al-4V 합금이다. 이러한 Ti-6Al-4V 합금은 가볍고 강도가 우수하여 다양한 산업 분야에 널리 사용될 수 있으며, 초소성 특성이 우수하다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 Ti-6Al-4V 합금 이외의 다양한 티타늄 합금이 사용될 수 있으며 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.
상기 티타늄 합금은, 베타 변태 온도(약 995℃) 이상인 1040℃에서 1 시간 열처리한 후 냉각(수냉)하는 것에 의해 형성되어, 약 400㎛의 이전 베타 결정립계(prior beta grain boundary)와 0.3㎛ 정도의 침상 두께를 가지는 층상(마르텐사이트) 조직으로 이루어질 수 있다. 이러한 마르텐사이트 조직을 가지는 티타늄 합금의 사진을 도 2에 첨부한다. 또는 이 티타늄 합금은 미세한 침상 조직(basket weave)을 가질 수도 있다.
이러한 침상 조직은 가공성이 등축 조직에 비해 가공성이 우수하지는 않지만, 등축 조직인 경우보다 베타상이 좀더 미세하게 분포한다. 따라서, 알파상과 베타상이 일정 간격, 예를 들어 1㎛ 간격으로 연속적으로 분포하는
마르텐사이트 조직 또는 미세한 침상 조직인 경우에는, 본 실시 예의 티타늄 합금을 압연하는 단계에서의 동적 구상화 기구에 의해서 베타상이 분절되기 때문에, 초기에 등축 조직을 사용한 것에 비하여 압연 단계 이후에 알파상과 베타상이 좀더 미세하고 균일하게 분포될 수 있다.
또한 초기 마르텐사이트 조직 또는 미세한 침상 조직에 분포한 알파상과 베타상의 크기가 미세하기 때문에 압연 단계 이후에 이들을 좀더 미세하게 제어할 수 있다.
이어서, 티타늄 합금을 압연하는 단계에서는, 티타늄 합금을 0.1/sec의 변형률속도하에서 800℃의 온도에서 압연을 시작한 후 600℃까지 점차 낮춰가면서 압연과정을 수행한다.
이러한 조건에서 티타늄 합금을 압연하면 동적 구상화가 충분히 일어나게 되어, 본 실시 예에서는 동적 구상화를 위하여 종래 압연 공정 이후에 수행되던 재결정 단계 및 어닐링(anneAling) 단계를 수행하지 않을 수 있다.
여기서, 동적 구상화의 기구를 살펴보면, 초기 층상의 알파상에서 비틀림이 발생하고 전단 응력이 알파상 내부로 점차 집중되어 전단 응력이 작용한 곳을 바탕으로 결정립계를 가지는 등축 알파상이 형성된다.
이때, 전단 응력이 작용하는 방향을 따라서 많은 전위들이 집중되므로 결정립계에 많은 전위들이 형성된다. 따라서, 동적구상화가 이루어지면 결정립계 주위에 많은 전위가 그대로 잔존한 준안정상의 미세 조직을 가지게 되어 별도의 열처리가 필요하지 않게 된다.
이와 같이 본 발명에서 티타늄 합금을 압연하는 단계에서 변형 온도는 동적 구상화와 압연 후 결정립 크기를 고려하여 결정된 것이다. 그리고 변형률이 증가할수록 동적 구상화의 정도가 증가한다. 앞서 설명한 바와 같이, 동적 구상화를 위한 첫 단계로 알파상의 비틀림이 발생하는데, 변형률이 증가될수록 더욱 많은 알파상에서 비틀림이 발생하였기 때문이라고 예측된다.
따라서, 동적 구상화가 균일하게 일어날 수 있도록 변형률은 0.9 이상으로 할 수 있다. 이때, 2.0을 초과하는 고변형률을 부여하는 것이 실질적으로 어려움을 고려할 때, 변형률은 0.9 내지 2.0 일 수 있다.
다만, 현재 일반적으로 기업체나 산업체 등의 압연설비나 압출설비를 이용하여서는 2.5이상의 고변형률(2.5 이상의 변형률)을 낼 수 없으므로, 상기와 같이 2.5이상의 고변형률을 요구하는 제조방법으로는 생산할 수 있는 시편의 크기가 매우 작아서, 초미세 결정립을 가지는 티타늄 합금을 산업적으로 생산 및 활용이 매우 제한적일 수 밖에 없다.
본 발명의 실시 예에서는 변형률을 1.4이하로 가져감으로써, 저 변형률(1.5 이하)에서 결정립 초미세화를 가능하도록 함으로써 산업적으로 널리 사용되어지고 구비된 압연/ 압출/단조 설비 등을 이용하여서 초미세 결정립 티타늄 합금의 생산을 가능할 수 있도록 하는 것이다.
한편, 본 실시 예에서 티타늄 합금을 압연하는 단계에서의 변형률 속도는 0.1/초일수 있다.
변형률 속도가 0.0007/초 미만인 경우에는 변형 속도가 너무 느려 티타늄 합금을 압연하는 단계의 공정 시간이 지나치게 늘어날 수 있으며, 변형률 속도가 1.3/초를 초과하는 경우에는 빠른 변형 속도에 의해 동적 구상화가 균일하게 일어날 수 없기 때문이다.
도 3a 내지 3c는 압연단계에서의 변형 온도와 변형률에 따른 진 응력(㎫)을 도시한 그래프이다.
먼저, 도 3a 내지 3c를 참조하여, 변형률, 변형 온도 및 변형 속도와 진 응력(㎫)의 관계를 각기 살펴보도록 한다.
우선, 도 3a는 도 2b의 층상조직을 600℃의 온도에서 0.1/초의 변형속도의 조건하에서 변형률을 1.4까지 압축실험한 결과를 나타낸 비교예 1에 대한 그래프이다.
상기 비교예 1에서는 실험결과 약 0.13의 변형률에서 파단이 발생하여 성형이 잘 일어나지 않았음을 알 수 있다.
도 3b에서 나타낸 비교예 2에서는, 그림 2b의 층상조직을 800℃의 온도에서 0.1/초의 변형속도의 조건하에서 변형률을 1.4까지 압축실험한 결과를 나타낸 그래프이다. 실험결과 끝까지 파단이 발생하지 않고 성형이 잘 이루진 것을 알 수 있다.
도 3c에서는 본 발명의 실시 예로서, 그림 2b의 층상조직을 0.1/초의 변형속도의 조건하에서 변형률을 1.4까지 압축하면서 성형온도를 800℃에서 시작해서 600℃까지 점차 낮춰가면서 실험한 결과를 나타낸 그래프이다.
이 실험결과 또한 끝까지 파단이 발생하지 않고 성형이 잘 이루진 것을 알 수 있다.
도 3c에서 보여주는 본 발명의 실시 예와, 도 3b에서 나타낸 비교예 2를 좀더 살펴보기로 한다.
일반적으로, 초기 층상(마르텐사이트) 조직을 가지는 티타늄 합금은 775℃ 내지 975℃ 내에서 동적 구상화가 발생한다. 변형 온도가 775℃ 미만으로 너무 낮을 경우에는 동적 구상화가 발생하지 않고 알파상들 사이에서 미세 균열이 생성되거나 전단 밴드가 형성된다.
그리고, 변형 온도가 975℃를 초과하는 경우, 즉 베타 변태 온도(약977℃) 이상인 경우에는 이전 베타 결정립계를 가지는 베타 재결정이 발생하기 때문에 동적 구상화가 어렵다. 또한 변형 온도가 높아질수록 동적 구상화 분율이 낮아지며, 변형 온도가 높은 경우에는 결정립 성장에 의해 결정립이 커질 수 있다.
또한, 동적 구상화 분율은 일반적으로 변형률에 비례하고 변형속도 및 변형온에 반비례하게 된다. 따라서, 변형 온도는 875℃ 이하에서 이루어지는 것이 일반적이다.
상기와 같은 이유로, 일반적으로 750℃ 이하에서는 변형의 불안정하게 발생하므로 800℃ ~ 950℃ 사이에서 성형과정을 수행하는 데, 본 발명의 실시 예에서는 변형률이 증가함에 따라서 층상조직이 미세 등축조직으로 변화함으로써, 성형성이 증가하는 것을 학문적으로 발견하였다.
이에 변형률이 증가하는 조건에 맞추어서 성형 온도를 점차 낮추는 것이 가능하였다. 성형 온도를 낮추는 것이 가능해지면 압연단계에서 소요되는 에너지 소모량을 낮출 수 있어서 경제적인 효과뿐 아니라, 성형을 위한 압연단계를 보다 용이하게 수행할 수 있게 된다.
이는, 단순히 성형 온도를 800℃에서 600℃까지 임의로 낮춰가는 개념이 아니라 변형률의 조건에 따라서 성형온도 조건을 점차 변화시켜 나가는 개념이다.
즉, 본 발명의 주요한 개념은, 단순히 성형과정 중에 성형온도를 낮추는 것이 아니라, 초기 층상조직(마르텐사이트)의 소성불안정 온도이상에서 가공을 시작하고, 가공량이 증가함에 따라 성형성이 증가하는 원리를 이용해서 점차 성형온도를 최적화된 조건으로 낮추어가면서, 성형을 마치는 최종온도는 초기 층상조직(마르텐사이트)의 소성불안정 온도이하로 하여 고강도/고성형성을 가지는 초미세 결정립을 가진 티타늄합금 및 이를 제조하는 방법에 있다.
여기서, 소성불안정 영역이라함은, 변형중에 크랙,전단띠,기공 이나 파단 등이 형성되는 영역으로 일반적으로 티타늄 합금의 경우 초기 층상조직(마르텐사이트)을 가질 경우 대략 750℃ ~ 650℃이하이다.
상기와 같은 개념의 일실시 예로써, 본 발명의 실시 예에 따른 압연단계에서, 변형률이 0.1이상 0.2이하인 조건하에서 온도가 800℃에서 750℃로 변화하고, 변형률이 0.3이상 0.4이하인 조건하에서 온도가 750℃에서 700℃로 변화하며, 변형률이 0.6이상 0.7인 조건하에서 온도가 700℃에서 650℃로 변화하고, 변형률이 0.9에서 1.4인 조건에서는 600℃를 유지하는 것을 특징으로 한다.
도 4a 내지 4b는, 도 3b의 비교예 2의 방법으로 제조된 티타늄의 결정립과, 상기와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 티타늄 합금(Ti-6Al-4V)의 제조방법에 의해 성형된 티타늄 합금(Ti-6Al-4V)의 결정립의 미세 조직 사진이다.
살펴보면, 도 4a에서는, 비교예 2의 역극점도로써, 비교예 2의 성형조건하에서 성형된 티타늄 합금의 결정립의 크기는 대략 2μm이다.
도 4b는, 본 발명의 실시 예에 의한 압연단계를 거쳐 성형된 티타늄 합금(Ti-6Al-4V)의 결정립의 역극점도로써, 그 결정립의 크기는 대략 0.5μm에 해당한다. 이러한 결정립의 크기를 가진 초미세 결정립의 티타늄 합금(Ti-6Al-4V)을 성형하기 위해서는 기존에는 4 내지 8의 고변형률하에서만 성형이 가능하였다.
즉, 본 발명의 실시 예에 의한 티타늄 합금(Ti-6Al-4V)의 제조 방법을 통해서, 1.4정도의 변형률 조건하에서 도 4b에서와 같은 초미세 결정립을 가진 티타늄 합금(Ti-6Al-4V)이 제조 가능하게 된다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예를 설명하기 위한 그래프를 나타낸 것이다.
도 5는 또 다른 티타늄 합금인 Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si 의 압축단계에서 변형온도와 변형률에 따른 진 응력(㎫)을 도시한 그래프이다.
살펴보면, 도 5a에서 나타나는 비교예 3에서는, 우선 Ti-6Al-2Sn-2Mo-0.1Si 합금을 층상조직으로 유도한 후에, 650℃의 성형온도에서 0.1/초의 성형속도로 변형률을 1.4까지 압축실험한 결과를 나타낸 것이다.
상기 압축실험의 결과 약 0.2의 변형률에 도달하는 순간 파단이 발생해서 성형이 이루어지지 않았음을 알 수 있다.
반면에, 도 5b는 본 발명의 또 다른 실시 예에 의한 티타늄 합금(Ti-6Al-2Sn-2Mo-0.1Si)의 제조방법의 압연단계에서 성형조건을 나타낸 그래프이다.
살펴보면, Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si 합금의 경우, 우선 층상(마르텐사이트) 조직으로 유도한 후, 0.1/초의 변형속도하에서 변형률을 1.4까지 압축하는 과정중에서 성형온도를 850℃에서 650℃까지로 단계적으로 낮추면서 실험을 하였다.
상기 도 5b에 의한 실험결과, 최종단계까지 파단이 발생하지 않고 성형이 잘 이루어졌다.
도 6은 Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si의 초기 조직을 나타낸 사진(a)과 도 5b와 같은 본 발명의 또 다른 실시 예에 의해서 제조된 티타늄 합금(Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si)의 미세조직 사진(b)이다.
살펴보면, 도 6a는Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si 합금의 초기 미세조직의 결정립 상태를 나타낸 사진으로써, 결정립이 대략 13μm 정도의 크기를 가지고 있다는 것을 알 수 있다.
이와 반면에, 도 6b에서는 도 5b에서 나타낸 본 발명의 또 다른 실시 예에 의한 티타늄 합금(Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si)의 제조방법에 의한 압연단계를 거친 티타늄 합금(Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si)의 결정립의 미세 사진을 나타낸 것이다.
상세히, 도 6b에서의 본 발명의 또 다른 실시 예에 의한 티타늄 합금(Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si)의 결정립은 대략 0.4μm 정도의 크기를 가진 초미세 결정립임을 알 수 있다.
이와 같은 0.4μm 정도의 크기를 가진 초미세 결정립을 형성하기 위해서는 앞서 밝힌 바와 같이 변형률이 4 내지 8정도의 고변형률의 조건하에서만 성형이 가능하였다.
상기와 같은 본 발명의 또 다른 실시 예에 의한 티타늄 합금(Ti-6Al-2Sn-2Mo-0.1Si)의 제조 방법을 통해서, 1.4정도의 변형률 조건하에서 도 6b에서와 같은 초미세 결정립을 가진 티타늄 합금(Ti-6Al-2Sn-2Mo-0.1Si)이 제조 가능하다는 것을 알 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예를 설명하기 위한 그래프를 나타낸 것이다.
도 7은 또 다른 티타늄 합금인 Ti-6Al-4Fe-0.25Si 의 압축단계에서 변형온도와 변형률에 따른 진 응력(㎫)을 도시한 그래프이다.
살펴보면, 도 7a에서 나타나는 비교예(추가)에서는, 우선 Ti-6Al-4Fe-0.25Si 합금을 층상조직으로 유도한 후에, 600℃의 성형온도에서 0.1/초의 성형속도로 변형률을 1.4까지 압축실험한 결과를 나타낸 것이다.
상기 압축실험의 결과 약 0.05의 변형률에 도달하는 순간 파단이 발생해서 성형이 이루어지지 않았음을 알 수 있다.
반면에, 도 7b는 본 발명의 또 다른 실시 예에 의한 티타늄 합금(Ti-6Al-4Fe-0.25Si)의 제조방법의 압연단계에서 성형조건을 나타낸 그래프이다.
살펴보면, Ti-6Al-4Fe-0.25Si 합금의 경우, 우선 층상(마르텐사이트) 조직으로 유도한 후, 0.1/초의 변형속도하에서 변형률을 1.4까지 압축하는 과정중에서 성형온도를 800℃에서 600℃까지로 단계적으로 낮추면서 실험을 하였다.
상기 도 7b에 의한 실험결과, 최종단계까지 파단이 발생하지 않고 성형이 잘 이루어졌다.
도 8은 Ti-6Al-4Fe-0.25Si의 초기 조직을 나타낸 사진(a)과 도 7b와 같은 본 발명의 또 다른 실시 예에 의해서 제조된 티타늄 합금(Ti-6Al-4Fe-0.25Si)의 미세조직 사진(b)이다.
살펴보면, 도 8a는 Ti-6Al-4Fe-0.25Si 합금의 초기 미세조직의 결정립 상태를 나타낸 사진으로써, 결정립이 크기가 일정하지 않고 불균일하다는 것을 알 수 있다.
이와 반면에, 도 8b에서는 도 8b에서 나타낸 본 발명의 또 다른 실시 예에 의한 티타늄 합금(Ti-6Al-4Fe-0.25Si)의 제조방법에 의한 압연단계를 거친 티타늄 합금(Ti-6Al-4Fe-0.25Si)의 결정립의 미세 사진을 나타낸 것이다.
상세히, 도 8b에서의 본 발명의 또 다른 실시 예에 의한 티타늄 합금(Ti-6Al-4Fe-0.25Si)의 결정립은 대략 0.7μm 정도의 크기를 가진 초미세 결정립임을 알 수 있다.
이와 같은 0.7μm 정도의 크기를 가진 초미세 결정립을 형성하기 위해서는 앞서 밝힌 바와 같이 변형률이 4 내지 8정도의 고변형률의 조건하에서만 성형이 가능하였다.
상기와 같은 본 발명의 또 다른 실시 예에 의한 티타늄 합금(Ti-6Al-4Fe-0.25Si)의 제조 방법을 통해서, 1.4정도의 변형률 조건하에서 도 8b에서와 같은 초미세 결정립을 가진 티타늄 합금(Ti-6Al-4Fe-0.25Si)이 제조 가능하다는 것을 알 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따라서 성형된 고강도 및 고성형성을 가지는 티타늄 합금(Ti-6Al-4V)의 상온 인장특성을 나타낸 그래프이다. 도 10은 본 발명의 실시 예에 따라서 성형된 고강도 및 고성형성을 가지는 티타늄 합금(Ti-6Al-4V)의 고온에서의 인장특성을 나타낸 그래프이다.
우선 도 9를 살펴보면, 본 발명의 실시 예에 의한 티타늄 합금(Ti-6Al-4V)의 제조방법을 통해서 성형된 티타늄 합금(Ti-6Al-4V)과 초기 티타늄 합금의 상온 인장특성을 비교해보면, 점선으로 표시된 본 발명의 실시 예에 의한 제조방법을 통해 성형된 티타늄 합금(Ti-6Al-4V)의 항복강도와 인장강도가 초기 티타늄 합금의 항복 강도와 인장강도에 비해서 향상되었음을 알 수 있다.
다음으로, 도 10을 살펴보면, 우선 변형률 속도가 0.001/초의 조건하에서 600℃ 온도조건에서 비교하면, 초기 티타늄의 합금 대비 본 발명의 실시 예에 의한 티타늄 합금(Ti-6Al-4V)은 그 파단 연신율이 3.2배 향상되었음 알 수 있다.
그리고, 900℃의 온도 조건에서 비교할 때도, 초기 티타늄 합금 대비 본 발명의 실시 예에 의한 티타늄 합금(Ti-6Al-4V)은 파단 연신율이 3.5배로써 고온 성형성이 크게 향상되었음을 알 수 있다.
한편, 변형률 속도가 0.11/초의 조건하에도 비교하자면, 600℃ 온도조건 하에서 파단 연신률이 1.5배 향상되었으며, 900℃ 온도하에서는 2.1배 향상되었음을 파악할 수 있다.
앞서 살펴본 바와 같이 본 발명의 실시 예에 의한 티타늄 합금의 제조 방법에 의할 때 일반적인 강소성 가공을 이용한 제조방법에 의하지 아니하고 저변형률(변형률 2.5이하)의 조건하에서 적은 에너지 소모량을 이용하여 초미세 결정립(1μm 이하)을 가진 티타늄 합금(Ti-6Al-4V와 Ti-6Al-2Sn-2Mo-0.1Si)을 제조할 수 있음을 알 수 있다.
상세하게는, 일반적으로 750℃ 이하에서는 변형이 불안정하게 발생하므로 800℃ ~ 950℃ 사이에서 성형과정을 수행하는 데, 본 발명에서는 변형률이 증가함에 따라서 층상조직이 미세 등축조직으로 변화함으로써, 성형성이 증가하는 것을 학문적으로 발견하였다.
이에 변형률이 증가하는 조건에 맞추어서 성형 온도를 점차 낮추는 것이 가능하였다. 성형 온도를 낮추는 것이 가능해지면 압연단계에서 소요되는 에너지 소모량을 낮출 수 있어서 경제적인 효과뿐 아니라, 성형을 위한 압연단계를 보다 용이하게 수행할 수 있게 된다.
이는, 단순히 성형 온도를 800℃에서 600℃까지 임의로 낮춰가는 개념이 아니라 변형률의 조건에 따라서 성형온도 조건을 점차 변화시켜 나가는 개념이다.
즉, 본 발명의 주요한 개념은, 단순히 성형과정 중에 성형온도를 낮추는 것이 아니라, 초기 층상조직(마르텐사이트)의 소성불안정 영역이상에서 가공을 시작하고, 가공량이 증가함에 따라 성형성이 증가하는 원리를 이용해서 점차 성형온도를 최적화된 조건으로 낮추어가면서, 성형을 마치는 최종온도는 초기 층상조직(마르텐사이트)의 소성불안정 영역이하로 하여 고강도/고성형성을 가지는 초미세 결정립을 가진 티타늄합금 및 이를 제조하는 방법에 있다.
상기와 같은 저변형률(변형률 2.5이하)의 조건하에서 초미세 결정립을 가진 티타늄 합금의 제조가 가능해지면 산업상 널리 사용되고 이미 구축되어진 압연/압출/단조 인프라를 이용하여 저렴한 비용으로 다양한 크기의 티타늄 합금을 대량 생산이 가능해지게 된다.
이렇게 제조된 초미세 결정립을 가진 티타늄 합금(Ti-6Al-4V와 Ti-6Al-2Sn-2Mo-0.1Si,Ti-6Al-4Fe-0.25Si)은 기존의 티타늄 합금에 비해서 고강도/고성형성의 특성 또한 구비할 수 있게 된다.
본 발명의 사상은, 발명의 구체적인 내용에 명시된 티타늄 합금의 조성 이외에도 다른 조성의 티타늄 합금의 경우에도 적용될 수 있다.
S100. 준비단계 S200. 층상조직 티타늄 조성단계
S300. 압연단계

Claims (12)

  1. 티타늄 합금 제조를 위해 재료 및 장비를 준비하는 단계;
    상기 준비된 재료를 베타 변태온도 이상에서 열처리한 후, 수냉시켜서 층상조직(마르텐사이트조직)의 티타늄 합금을 제조하는 단계;
    상기 층상조직의 티타늄 합금을 제조하는 단계를 거친 후 상기 티타늄 합금을, 변형률이 2.5 이하인 저변형률의 조건하에서, 소성불안정 온도이상에서 성형을 시작해서 변형률이 증가함에 따라 성형온도를 단계적으로 낮추어서 소성불안정 온도 이하에서 성형을 마쳐서 초미세 결정립으로 변화시키는 압연단계;를 포함하는 고강도 및 고성형성을 가지는 티타늄 합금의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압연단계에서, 최초 성형시작온도는 초기 층상조직의 소성불안정 온도이상에서 성형을 시작하여 성형최종온도는 초기 층상조직의 소성불안정 온도이하에서 성형을 마치고, 성형온도를 초기에 소성불안정 온도이상에서 시작해서 변형률이 증가함에 따라 소정의 하강곡선에 따라 온도를 낮춰가다가 변형률이 2.5에 도달하면 초기 층상조직의 소성불안정 온도이하를 유지하면서 과정을 종료하는 것을 특징으로 하는 고강도 및 고성형성을 가지는 티타늄 합금의 제조방법.
  3. 티타늄 합금(Ti-6Al-4V) 제조를 위해 재료 및 장비를 준비하는 단계;
    상기 준비된 재료를 베타 변태온도(995℃) 이상에서 1040℃의 온도 조건에서 1시간 이상 열처리한 후, 수냉시켜서 층상조직(마르텐사이트조직)의 티타늄 합금을 제조하는 단계;
    상기 층상조직의 티타늄 합금을 제조하는 단계를 거친 후 상기 티타늄 합금을, 변형률이 1.4 이하인 저변형률의 조건하에서, 소성불안정 온도이상에서 성형을 시작해서 변형률이 증가함에 따라 성형온도를 단계적으로 낮추어서 소성불안정 온도이하에서 성형을 마쳐서 초미세 결정립으로 변화시키는 압연단계;를 포함하는 고강도 및 고성형성을 가지는 티타늄 합금(Ti-6Al-4V)의 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 압연단계에서, 최초 성형시작온도는 초기 층상조직의 소성불안정 온도이상인 800℃에서 성형을 시작하여 성형최종온도는 초기 층상조직의 소성불안정 온도이하인 600 ℃에서 성형을 마치는 것을 특징으로 하는 고강도 및 고성형성을 가지는 티타늄 합금(Ti-6Al-4V)의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 압연단계에서, 성형온도를 초기에 800℃에서 시작해서 변형률이 증가함에 따라 소정의 하강곡선에 따라 온도를 낮춰가다가 변형률이 1.4에 도달하면 600℃를 유지하면서 과정을 종료하는 것을 특징으로 하는 고강도 및 고성형성을 가지는 티타늄 합금(Ti-6Al-4V)의 제조방법.
  6. 제5항의 제조방법을 통해서 제조된 티타늄 합금은 결정립의 크기가 1μm 이하의 초미세립인 것을 특징으로 하는 티타늄 합금(Ti-6Al-4V).
  7. 티타늄 합금(Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si)을 제조를 위해 재료 및 장비를 준비하는 단계;
    상기 준비된 재료를 베타 변태온도(995℃) 이상에서 1040℃의 온도 조건에서 1시간 이상 열처리한 후, 수냉시켜서 층상조직(마르텐사이트조직)의 티타늄 합금을 제조하는 단계;
    상기 층상조직의 티타늄 합금을 제조하는 단계를 거친 후 상기 티타늄 합금을, 변형률이 1.4 이하인 저변형률의 조건하에서, 소성불안정 온도이상에서 성형을 시작해서 변형률이 증가함에 따라 성형온도를 단계적으로 낮추어서 소성불안정 온도이하에서 성형을 마쳐서 초미세 결정립으로 변화시키는 압연단계;를 포함하는 고강도 및 고성형성을 가지는 티타늄 합금(Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si)의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 압연단계에서, 최초 성형시작온도는 초기 층상조직의 소성불안정 온도이상인 850℃에서 성형을 시작하여 성형최종온도는 초기 층상조직의 소성불안정 온도이하인 650℃에서 성형을 마치는 것을 특징으로 하는 고강도 및 고성형성을 가지는 티타늄 합금 티타늄 합금(Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si)의 제조방법.
  9. 제8항의 제조방법을 통해서 제조된 티타늄 합금은 결정립의 크기가 1μm 이하의 초미세립인 것을 특징으로 하는 티타늄 합금(Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si).
  10. 티타늄 합금(Ti-6Al-4Fe-0.25Si)을 제조를 위해 재료 및 장비를 준비하는 단계;
    상기 준비된 재료를 베타 변태온도(995℃) 이상에서 1040℃의 온도 조건에서 1시간 이상 열처리한 후, 수냉시켜서 층상조직(마르텐사이트조직)의 티타늄 합금을 제조하는 단계;
    상기 층상조직의 티타늄 합금을 제조하는 단계를 거친 후 상기 티타늄 합금을, 변형률이 1.4 이하인 저변형률의 조건하에서, 소성불안정 온도이상에서 성형을 시작해서 변형률이 증가함에 따라 성형온도를 단계적으로 낮추어서 소성불안정 온도이하에서 성형을 마쳐서 초미세 결정립으로 변화시키는 압연단계;를 포함하는 고강도 및 고성형성을 가지는 티타늄 합금(Ti-6Al-4Fe-0.25Si)의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 압연단계에서, 최초 성형시작온도는 초기 층상조직의 소성불안정 온도이상인 800℃에서 성형을 시작하여 성형최종온도는 초기 층상조직의 소성불안정 온도이하인 600℃에서 성형을 마치는 것을 특징으로 하는 고강도 및 고성형성을 가지는 티타늄 합금 티타늄 합금(Ti-6Al-4Fe-0.25Si)의 제조방법.
  12. 제11항의 제조방법을 통해서 제조된 티타늄 합금은 결정립의 크기가 1μm 이하의 초미세립인 것을 특징으로 하는 티타늄 합금(Ti-6Al-4Fe-0.25Si).

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