재료硏 국내 최초로 ‘온간성형 기법’ 이용해 생산단가 대폭 낮춰 항공기,우주선 등에 사용되는 타이타늄 소재의 비싼 가격 문제와 성형 및 가공상의 어려움을 개선해 타이타늄합금 볼트의 생산 단가를 획기적으로 낮춘 생산기술이 국내연구진에 의해 개발됐다.
지난 24일 재료연구소는 염종택 구조재료연구본부 박사팀이 ‘온간성형 기법(냉간과 열간의 중간 온도인 400~600℃에서 성형)’을 이용해 타이타늄합금 볼트의 제조비용과 생산시간을 최대 30% 줄일 수 있는 기술을 국내 최초로 개발했다고 발표했다.
⊙ 타이타늄합금이란
항공기，선박 등에 활용되는 타이타늄합금은 일반 탄소강，스테인리스，특수합금강 보다 강도 및 내식성이 높고 가볍다는 특징이 있다.
또 타이타늄은 지구상에 채굴 가능한 다양한 금속 중에서 알루미늄，철，마그네슘 다음으로 풍부한 금속이다.
따라서 산업계에서는 기존의 철강 소재를 타이타늄으로 대체하기 위해 많은 노력이 수행되고 있으며 군수장비와 민간산업에서 급격한 수요 증가세를 보이고 있다.
국내에는 몇몇 중·소규모의 볼트 생산 업체가 있으나 대부분 탄소강，스테인리스강，특수합금강 등 철계 합금에 국한해 생산하고 있다.
성형하기 어려운 타이타늄 합금을 기반으로 일부 볼트 개발을 시도한 경험은 있으나，생산 공정 증가로 인한 단가상승과 품질상의 문제로 국산화에 실패해 국내 양산 업체는 전무한 실정이다.
향후 국내·외 타이타늄합금의 수요는 꾸준히 증가할 것으로 예상되나 타이타늄 합금은 가공 난이도가 높고，가공구간(process window)이 좁기 때문에 현재 일부 골프클럽，안경테，산업용 부품에 한정돼 사용되는 상황이다.
반면 국외에서는 미국과 러시아를 중심으로 2차 대전 이후 군수，항공，우주 분야에서 타이타늄 볼트가 꾸준히 개발돼 왔으며 현재 유럽과 미국에서는 타이타늄합금 볼트가 항공기 뿐만아니라 고급 자동차에도 사용되고 있다.
미국，유럽 등에서는 타이타늄합금 볼트가 상용화돼 생산되고 있으며，냉간성형기술을 이용해 타이타늄 볼트의 생산 단가를 낮추려는 연구가 진행중이다.
국내에서는 재료연구소를 중심으로 일부산업에 국한된 타이타늄 부품 생산 방식을 연속 공정 방식으로 개선, 향후 전 산업 분야로 응용이 확산될 수 있도록 생산비용을 낮추는 연구·개발을 하고 있다.
⊙ 타이타늄합금 볼트 성형이 어려운 까닭은 타이타늄합금 볼트는 일반적으로 성형성이 좋지 않아 냉간 단조(상온이나 0℃에서의 성형)는 여러 번의 공정이 필요한 데 이로 인한 생산성 저하로 대량생산에 어려움이 있다.
또 열간 단조로 제조된 타이타늄합금 볼트는 표면산화층으로 인해 균열이 빈번하게 발생하여 절삭성이 떨어지는 문제점을 갖고 있다.
또 단조금형을 이용할 때 금형 내부와의 마찰과 타이타늄 소재 특유의 특성으로 인해 단조금형의 파손에 따른 관리 비용이 급증하기도 한다.
뿐만 아니라 단조 성형된 타이타늄합금은 높은 경도(단단함)를 갖기 때문에 후가공시 성형기의 기계 마모량이 급증해 타이타늄합금 볼트의 제조 원가를 증가시키기도 했다.
이에 따라 상온에서 타이타늄의 제한된 성형성을 극대화시키고 단조 후 경화에 의한 난삭의 단점과 절삭량의 과다문제로 오는 절삭공구의 수명과 소모를 획기적으로 개선하여 양산성과 경제성을 만족 시킬 수 있는 온간성형기법을 기초한 타이타늄합금 볼트 저비용 생산기술이 절실히 요구돼왔다.
