티타늄 합금 가공이 어려운 이유는 무엇이며, 어떤 공구를 사용해야 할까요?

티타늄은 동소체를 가집니다. 882°C 이하에서는 밀집 육방정계 알파 구조를, 882°C 이상에서는 체심 입방정계 베타 구조를 띱니다. 합금을 형성하면 상변태 온도와 상 균형이 변화하여 알파, 베타, 그리고 알파-베타 티타늄 합금이 생성됩니다.

가공에 영향을 미치는 특성

티타늄을 절단하기 어려운 이유

• 절삭 변형 계수는 1에 가깝거나 1 미만이며, 이로 인해 절삭면(레이크 면)을 따라 칩의 미끄러짐이 증가하고 마모가 가속화됩니다.
• 절삭 온도가 높은 이유는 열이 공구와 칩의 접촉 영역 근처에 집중되기 때문입니다. 유사한 조건에서 Ti-6Al-4V는 45급 탄소강에 비해 두 배 이상 높은 절삭 온도에서도 가공이 가능합니다.
• 주 절삭력은 구조용 강재에 비해 약 20% 정도 낮을 수 있지만, 접촉 압력은 45급 강재의 130–150% 수준에 달할 수 있어 응력이 모서리 부분에 집중됩니다.
• 가스 흡착 및 반응 생성물은 단단하고 취성이 있으며 불균일한 표면층을 형성하여 피로 강도를 저하시키고 노치, 치핑 및 박리 현상을 유발합니다.
• 높은 친화력, 온도 및 압력으로 인해 공구에 심한 접착 현상과 이물질이 쌓이게 됩니다.
• 강성이 낮으면 공작물의 처짐과 스프링백이 발생하여 유효 간극각이 줄어들고 정밀도에 악영향을 미칩니다.

공구 재료 선택

일반적으로 코발트, 알루미늄 또는 바나듐을 함유한 고속강; 때로는 소량의 다른 탄화물을 첨가한 텅스텐-코발트 초경합금; 그리고 엄선된 PVD/CVD 코팅 초경합금이 주로 사용됩니다. 텅스텐-티타늄 초경합금 등급과 많은 코팅 인서트는 일반적으로 이 용도에 적합하지 않습니다.

다이아몬드 및 다결정 입방형 질화붕소 공구는 마무리 가공 및 초정밀 가공에서 우수한 성능을 발휘합니다. 다이아몬드는 최대 약 10,000 HV의 경도와 뛰어난 열전도성을 제공하지만, 적절한 냉각 및 윤활을 통해 온도를 대략 700~800°C 이하로 유지해야 합니다. PCBN은 경도는 낮지만 1,200°C 이상의 열적 안정성을 갖추고 있으며 티타늄에 대해 높은 화학적 불활성 특성을 보여, 고온 건식 절삭에 적합합니다.