매주 우리는 엔지니어가 "최고의 재료"이기 때문에 티타늄을 지정한 다음 견적 가격으로 희석한 RFQ를 받습니다. 대부분의 경우 알루미늄을 사용하면 40~60% 더 저렴한 비용과 3~4배 더 빠른 가공 속도로 작업을 수행할 수 있습니다. 이 기사는 한 가지 재료가 다른 재료보다 보편적으로 더 낫다는 것을 말하지 않을 것입니다. 각 사람이 어디에서 승리하고 지는지, 결정이 실제로 중요한 회색 지대를 알려줄 것입니다.

이럴 때 알루미늄을 선택하세요.: 중량 대비 강도, 우수한 가공성, 내식성, 열전도율이 필요하며 예산이 현실적입니다. 이는 CNC 가공 애플리케이션의 약 70%를 차지합니다.

티타늄을 선택하세요: 고온에서의 고강도, 공격적인 환경에서의 우수한 내식성, 생체적합성 또는 비강자성 특성이 필요합니다. 여기에는 나머지 30%가 포함됩니다. 하지만 30%는 절대 타협할 수 없습니다.

대부분의 티타늄 대 알루미늄 논쟁이 끝나기 때문에 돈부터 시작합시다.

알루미늄 6061 스톡 바의 가격은 원료 kg당 3~5달러입니다. Ti-6Al-4V 스톡 바 가격은 원료 kg당 $30-50입니다. 가공을 시작하기도 전에 재료비가 10배 차이가 납니다.

그러나 실제 비용 승수는 가공에 있습니다. 알루미늄은 분당 300-500 표면 피트로 절단됩니다. 티타늄은 30-60 SFM으로 절단됩니다. 이는 오타가 아닙니다. 티타늄을 1/10의 속도로 가공하고 있는 것입니다. 스핀들은 동일한 RPM으로 회전하지만 이송 속도는 급격히 낮아지고 공구 수명은 절삭날당 60-80% 감소합니다.

실제 결과: 알루미늄 가격이 50달러인 부품은 티타늄 가격이 150~250달러입니다. 귀하의 부품에 티타늄의 특정 특성이 필요하지 않다면, 이는 귀하가 갖고 있지 않은 문제를 해결하기 위해 지출하는 비용입니다.

이 표는 구체적인 내용을 알려줍니다.

티타늄은 어떤 온도에서도 알루미늄보다 강하고 단단합니다.제트 엔진 부품, 경주용 브레이크 캘리퍼, 고성능 모터 하우징 등 고온에서 구조적 하중을 받는 응용 분야의 경우 티타늄의 이점은 실제적이고 측정 가능합니다.

알루미늄의 열전도율은 티타늄의 25배입니다.방열판, LED 하우징, 배터리 냉각판, 전자 인클로저 등 부품에서 열을 방출해야 하는 경우 알루미늄이 유일한 합리적인 선택입니다. 티타늄은 본질적으로 단열재입니다.

티타늄은 알루미늄보다 1.6배 무겁습니다.그러나 무게당 약 1.9배 더 강합니다. 따라서 이론적으로 티타늄 부품은 동일한 구조적 하중에 대해 알루미늄 부품보다 얇고 가벼울 수 있습니다. 실제로 기계 가공을 위한 최소 벽 두께는 재료의 강도 대 중량 비율이 아니라 중량을 결정하는 경우가 많습니다.

알루미늄의 내식성은 산화층에서 비롯됩니다. 일반적인 대기 노출에서 알루미늄 6061은 모재 금속을 보호하는 자가 치유 산화물 층을 형성합니다. 다음과 같은 분야에서 우수한 성능을 발휘합니다.

• 실내환경(일반산업)

• 해양 대기(적절한 처리)

• 담수 및 약한 화학물질 노출

다음과 같은 경우에 실패합니다.

• 고알칼리성 환경(pH > 9)

• 구리 또는 탄소강과의 갈바니 접촉(격리 없음)

• 아노다이징 처리 없이 염화물이 풍부한 환경(공식 부식)

티타늄의 내식성은 보다 안정적이고 끈질긴 산화물 층에서 비롯됩니다. 거의 모든 부식성 환경에서 우수한 성능을 발휘합니다.

• 해수(공식, 틈부식 없음)

• 고온의 염화물 용액

• 강산(묽은 HCl, H2SO4, HNO3)

• 인체 체액(생체적합성)

실용적인 테이크아웃: 부품이 바닷물, 화학 처리 공장, 인체 내부에 들어가는 경우 티타늄은 그만한 가치가 있습니다. 공장 현장이나 옥외 구조물, 소비재에 사용하는 경우에는 아노다이징 처리나 분체 코팅 처리한 알루미늄이면 충분합니다.

이것이 바로 알루미늄의 장점이 거의 불공평해지는 지점입니다.

알루미늄 6061: 예쁘게 잘립니다. 칩이 깔끔하게 부서집니다. 공구 수명은 분이 아니라 시간 단위로 측정됩니다. 공격적인 피드로 높은 스핀들 속도를 실행할 수 있습니다. Ra 0.8-1.6의 표면 마감은 표준 툴링을 사용하여 일상적으로 수행됩니다. Ra 0.4는 특별한 노력 없이도 달성 가능합니다. 절삭유는 도움이 되지만 가벼운 절단에는 항상 필요한 것은 아닙니다.

티타늄 Ti-6Al-4V: 티타늄 가공은 통제된 전투입니다. 재료의 열전도율이 낮기 때문에 절단 영역에 열이 머물게 됩니다. 가공 경화 경향은 날카로운 도구가 필요하다는 것을 의미합니다. 무딘 인서트는 다음 절삭날을 더 빨리 죽이는 경화된 표면층을 생성합니다. 칩 형성은 끈끈합니다. 칩은 쉽게 부서지지 않습니다. 즉, 칩이 공구 주위를 감싸고 재절삭이 발생한다는 의미입니다. 공구 수명은 정삭 패스에서 모서리당 분 단위로 측정됩니다.

프로젝트에 대한 실질적인 영향:

• 알루미늄 프로토타입: 리드 타임 1~3일, 간단한 프로그래밍

• 티타늄 프로토타입: 리드 타임 5~10일, 신중한 도구 선택 및 매개변수 최적화

• 알루미늄 생산(100개): 예측 가능, 최소 공구 비용

• 티타늄 생산(100개): 높은 툴링 비용, 엄격한 공정 제어, 더 많은 검사

두 재료 모두 표면 처리 옵션을 제공하지만 용도는 다릅니다.

알류미늄:

• 유형 II 양극 산화 처리: 장식용, 적당한 내마모성, 다양한 색상 옵션

• Type III 경질 아노다이징 처리: 최대 HV 500의 내마모성, 슬라이딩 표면에 탁월

• 분체 도장: 부식 방지 및 미적 특성, 넓은 색상 범위

• 크로메이트 변환: 전기 전도성을 유지하면서 부식 방지

티탄:

• 전해연마: 거울 마감, Ra 0.1 달성 가능, 의료 및 미용 용도

• 패시베이션(ASTM F86): 의료용 임플란트용 천연 산화물 층 강화

• 양극 산화 처리: 장식 색상 옵션(알루미늄에 비해 팔레트가 제한됨)

• PVD 코팅: 마모가 심한 응용 분야를 위한 내마모성 코팅(TiN, CrN)