티타늄 가공

'티타늄'이라고만 적어 도면을 넘겼다가 순수인지 합금인지 다시 확인하는 경우가 실무에서는 흔합니다. 티타늄은 밀도가 강철의 절반 수준이면서 강도는 강철급인 비강도의 금속으로, 표면의 치밀한 산화막 덕분에 해수·약품에도 강하고 인체 거부 반응이 적어 임플란트·의료 기구의 표준 소재이기도 합니다.

실무에서는 순티타늄(1~4종)과 합금(Ti-6Al-4V)을 사실상 다른 소재로 다룹니다. 순수 계열은 내식·성형·용접이 강점이고, 합금은 강도가 강점입니다. 도면에 '티타늄'이라고만 적으신 경우 이 선택이 비어 있는 셈이니, 종류까지 함께 적어야 정확한 발주가 됩니다.

순티타늄은 산소 함량 등에 따라 1~4종으로 나뉘고 숫자가 클수록 강도가 올라갑니다. 실무 표준은 2종(ASTM Gr2 상당)입니다. 합금의 표준은 알루미늄 6%·바나듐 4%를 명목 조성으로 하는 Ti-6Al-4V(Gr5 상당)로, 규격 성분 범위는 알루미늄 5.5~6.75%·바나듐 3.5~4.5%입니다. 이 밖에 팔라듐 미량 첨가(ASTM Gr7)나 몰리브데넘·니켈 첨가(Gr12)로 내식성을 더 올린 개량 등급도 있으나 특수 화학 설비용이라, 도면 지정이 있는 경우에만 수급을 확인해 진행합니다. 종류별 강도는 아래 표에 정리했습니다.

• 비강도: 강철급 강도를 절반 무게로 냅니다. 경량화가 성능인 부품의 최종 선택지입니다.
• 내식성: 해수·염소 환경·산화성 약품에 강해 화학 설비·해양 부품에 쓰입니다.
• 생체 적합성: 인체 거부 반응이 적어 임플란트·의료 기구의 표준입니다.
• 비자성: 자성이 없어 MRI 주변·정밀 계측 부품에 유리합니다.

약점은 가공성과 비용입니다. 열전도율이 낮아 절삭열이 공구에 집중되고, 미세 칩은 불티가 될 수 있어 화재 관리가 전제됩니다. 소재비·가공비가 모두 높은 이유이므로, 강도가 목적이 아니라면 알루미늄·스테인리스와 먼저 비교해 보시면 비용을 아낄 수 있습니다.

스테인리스·알루미늄은 티타늄을 검토할 때 항상 함께 놓이는 대안입니다. 셋의 역할 구분을 알아 두면 과설계를 피할 수 있습니다.

티타늄 가공의 본질적 난점은 열입니다. 열전도율이 낮아 절삭열이 빠져나가지 못하고 공구 날에 집중되므로, 조건을 조금만 넘겨도 공구 수명이 급락합니다. 또 하나의 난점은 낮은 탄성계수입니다. 같은 힘에서 강재보다 두 배 가까이 휘었다가 되돌아오는 소재라, 얇은 벽·긴 외팔 형상은 가공 중 떨림과 치수 산포가 커집니다. 미세 칩·분진은 발화 위험이 있어 티타늄 대응 화재 관리 체계를 갖춘 설비에서 가공합니다.

• 설계 여유: 깊은 포켓·얇은 리브는 가공 시간을 크게 늘립니다. 형상 단순화가 비용에 직결됩니다.
• 소재 최적화: 소재비가 높아 봉재·판재 규격에 형상을 맞추면 재료비를 줄일 수 있습니다.
• 오염 관리: 철분 오염은 내식·의료 품질 문제로 이어져 교차 오염 관리가 필요합니다.
• 의료 용도: 인체 접촉 부품은 소재 성적서·세정 사양 요구를 반드시 명시하세요.

• 의료: 임플란트·수술 기구·정형외과 부품에 쓰입니다(등급·성적서 관리).
• 항공·드론: 고하중 경량 구조 부품에 Ti-6Al-4V가 쓰입니다.
• 화학·해양 설비: 약품·해수 접촉 부품에 순수 계열이 쓰입니다.
• 레저·프리미엄 제품: 자전거·시계·아웃도어 부품에 쓰입니다.
• 전지·수소 설비: 내식 전극 주변 부품에 쓰입니다.

• 종류 지정: '티타늄 2종' 또는 'Ti-6Al-4V(Gr5)'처럼 종류까지 적어 주세요.
• 용도 명시: 의료·인체 접촉·수소 환경 여부는 소재 등급과 관리 수준을 가릅니다.
• 표면 요구: 발색 아노다이징 색상, 세정·패시베이션 사양을 명시하세요. 니켈·금 도금이나 PVD 코팅 계열도 요청사항으로 협의할 수 있습니다.
• 체결부 소착 대비: 티타늄 나사부는 조일 때 눌어붙어 풀리지 않는 소착(갈링)이 생기기 쉽습니다. 윤활 지정이나 표면처리 검토를 함께 적어 주세요.
• 성적서: 밀시트 등 소재 증빙이 필요하면 요청사항에 적어 주세요.