인코넬 대 티타늄: 특성, 가격, 강도

극심한 열, 공격적인 화학적 공격 또는 지속적인 크립을 견뎌야 하는 구성 요소의 경우, 인코넬(니켈-크롬 초합금) 가 일반적으로 더 나은 선택입니다. 낮은 질량, 높은 비강도, 다양한 매체에서의 내식성 또는 생체 적합성이 중요한 부품에 적합합니다, 티타늄 합금 (특히 Ti-6Al-4V / 5등급)이 일반적으로 승리합니다. 올바른 선택은 작동 온도, 목표 강도 대 중량비, 부식 모드, 제조 가능성 및 비용에 따라 달라집니다.

세 가지 엔지니어링 질문에 답하여 선택하세요:

• 최고 및 지속 서비스 온도는 얼마인가요? 부품이 ~400-500°C 이상에서 하중을 받고 크리프 또는 산화가 우려되는 경우 인코넬 합금을 선호합니다(대부분 등급에 따라 700-980°C까지 강도를 유지함).

• 체중이 중요한가요? 낮은 질량이 제약 조건인 경우(항공우주 기체, 레이싱, 휴대용 기기) 티타늄 합금은 훨씬 더 높은 중량 대비 강도를 제공합니다.

• 생체 적합성 또는 염화물 내성이 필요합니까? 임플란트 및 많은 해양/화학 서비스 케이스의 경우 일반적으로 티타늄은 수동 산화물과 입증된 생체 적합성 때문에 선호되며, 인코넬은 산화성이 강하거나 유황이 많은 고온 화학 물질에서 선호됩니다.

이러한 제약 조건 중 두 가지 이상이 동시에 적용되는 경우 하이브리드 접근 방식(바이메탈 조인트, 코팅 또는 한 금속은 핫존에, 다른 금속은 구조 부품에 선택적으로 사용)이 올바른 공학적 절충안인 경우가 많습니다.

인코넬과 티타늄은 무엇을 의미하나요?

• 인코넬 는 터빈, 화학 및 원자력용으로 개발된 여러 니켈-크롬 초합금에 광범위하게 적용되는 상표 제품군 이름이며, 일반적인 등급으로는 인코넬 625 및 718이 있습니다. 이 상표는 특수 금속에 속하며 관련 기술 게시판에는 각 합금의 구성 및 온도 제한에 대한 설명이 나와 있습니다.

• 티타늄 금속 및 티타늄 합금은 분말 야금과 크롤 공정 개선 이후 대규모 산업용으로 사용되기 시작했습니다. Ti-6Al-4V(일반적으로 Ti-64 또는 5등급이라고 함)는 낮은 밀도와 높은 강도가 균형을 이루기 때문에 항공우주 및 의료용 부품의 주력 소재가 되었습니다.

기본 야금 및 주요 합금 계열

• 인코넬(니켈 기반 초합금): 니켈은 크롬, 몰리브덴, 니오븀(콜럼븀), 때로는 코발트 또는 알루미늄으로 강화된 매트릭스 원소입니다. 이러한 합금은 산화 저항성, 고용체 강화 및 침전 경화를 위해 설계되었습니다(718은 노화 경화 가능). 성분의 차이로 인해 어떤 인코넬 등급은 부식에 최적화되고 다른 등급은 고강도에 최적화되는 이유가 설명됩니다.

• 티타늄 합금: 원소 티타늄은 알루미늄, 바나듐, 몰리브덴, 철 및 기타 원소와 합금하여 α, β 또는 α-β 미세 구조를 생성합니다. Ti-6Al-4V는 강도와 인성을 위해 열처리 가능한 α-β 합금으로, 상업적으로 순수한 등급(CP-Ti)은 연성 및 부식 성능을 위해 강도와 균형을 맞춥니다.

기계적 특성 및 비강도

수치에 대한 참고 사항: 재료 데이터시트 및 업계 핸드북은 열처리 및 조건에 따라 범위를 보고하며, 표에는 일반적으로 인용되는 대표적인 값이 나와 있습니다. 인코넬 718 그리고 Ti-6Al-4V(어닐링/일반, 5등급) 를 사용하여 엔지니어링 트레이드오프를 돕습니다. 최종 설계 값은 제조업체 데이터시트를 사용하세요.

엔지니어링 핵심 사항: 인코넬은 고온에서 우수한 강도 유지력과 많은 공정 화학에서 산화/균열 공격에 대한 탁월한 내성을 제공하며, 티타늄은 강력한 무게 이점과 다양한 습한 환경에서 입증된 부식/생체 적합성을 제공합니다.

고온 동작, 크리프 및 내산화성

• 인코넬 합금(예: 718, 625) 는 고온 서비스를 위해 명시적으로 설계되었습니다. 많은 등급이 우수한 크리프 저항성과 산화 안정성을 보이며 ~400-500°C 이상의 온도에서 티타늄보다 훨씬 높은 인장 강도를 유지합니다. 따라서 가스터빈 고온 섹션, 산업용 히터 및 고온 부식성 가스에 노출되는 화학 반응기에 기본적으로 사용됩니다.

• 티타늄 합금 300~400°C 이상에서는 강도가 급격히 떨어지고 고온의 일부 산화 환경에서 스케일 및 취화 현상이 발생하며 니켈 기반 초합금에 비해 크리프 저항성이 제한적입니다. 무게가 중요한 중간 온도(기체 구조)의 경우 티타늄이 이상적이며, 지속적인 고온 발전 서비스에는 티타늄이 거의 사용되지 않습니다.

부식 거동 및 환경

• 수성 및 산화성이 많은 고온의 대기에서: 인코넬 등급은 크롬과 특수 합금으로 인해 산화와 피팅에 강하며, 625는 특히 수성 내식성과 여러 공격적인 화학 물질의 피팅/염화물 공격에 대한 내성이 뛰어나다는 평가를 받고 있습니다.

• 티타늄: 은 매우 안정적인 보호 산화막을 형성하여 바닷물, 염소 및 여러 산을 포함한 여러 부식성 매체에 대한 탁월한 저항성을 제공합니다. 티타늄의 생체 적합성은 이러한 안정적인 산화물에서 비롯됩니다. 그러나 강한 환원성, 불소 함유 또는 특정 산화성 고온 환경에서는 티타늄이 공격받을 수 있습니다.

실용적인 규칙: 일반적인 수성 및 생물의학 환경에는 티타늄을 선택하고, 고온 산화 또는 유황 화학 물질과 높은 내크리프성이 필요한 곳에는 인코넬을 선택합니다.

인코넬과 티타늄 가격 비교 2025 (USD, 대략)

빠른 전환 사용: 1kg = 2.20462파운드. 가격은 가독성을 위해 소수점 둘째 자리에서 반올림했습니다. (모든 범위는 공급/품질/지역별 차이를 반영하며 2025년 8월 26일 기준의 대략적인 가격입니다.)

주요 요점

• kg당 기준으로 인코넬(특히 고급 625/718 및 분말)은 일반적으로 일반적인 티타늄 등급보다 더 비쌉니다.인코넬은 니켈, 몰리브덴 및 기타 값비싼 합금 원소를 많이 함유하고 있으며 복잡한 가공이 필요한 경우가 많기 때문입니다.

• 티타늄 5등급(Ti-6Al-4V) 는 종종 중간 범위에 속합니다. 많은 인코넬 완제품보다 저렴하지만 상업적으로 순수한 티타늄(2등급)보다 더 비쌉니다..

• 스크랩/재활용 가격은 매우 다양합니다. (상태, 청결도 및 인증이 중요). 깨끗하고 분리된 인코넬 스크랩은 높은 구매 가격을 받을 수 있지만 혼합 스크랩은 훨씬 저렴합니다.

• 파우더(적층 제조용)는 큰 프리미엄입니다. - 인코넬과 티타늄 모두에 대해 별도로 예산을 책정해야 합니다.

제작, 용접 및 가공 참고 사항

• 용접: 많은 인코넬 합금은 일치하는 필러 금속으로 용접이 가능하며, 718은 시효 경화가 가능하고 용접 절차가 잘 정립되어 있지만 원치 않는 단계를 방지하기 위해 용접 후 열처리 및 공정 제어가 중요합니다. 특수 금속은 일반 강종에 대한 용접 및 열처리 지침을 게시합니다.

• 티타늄 용접: 티타늄 용접에는 엄격한 청결, 불활성 차폐(아르곤), 간극 오염(산소, 질소) 제어가 필요합니다. 티타늄 용접 전문가와 통제된 분위기가 표준입니다. ASTM 사양(예: 바의 경우 B348)은 허용 가능한 제품 및 공정 조건을 정의합니다.

• 가공: 두 소재 모두 강철 및 알루미늄에 비해 가공이 어렵습니다. 인코넬은 빠르게 경화되고 공구 마모를 유발할 수 있으며, Ti-6Al-4V는 끈적거리고 공구 잡음을 유발하며 절삭날에 달라붙습니다. 가공 전략도 다릅니다: 인코넬은 단단한 셋업, 고온 카바이드 또는 세라믹 툴링, 보수적인 이송의 이점이 있는 반면 티타늄은 낮은 절삭 속도, 높은 강성, 냉각을 통해 절삭날이 쌓이는 것을 방지해야 합니다. 비교 가공 연구에 따르면 다양한 조건에서 인코넬 718과 Ti-6Al-4V의 절삭력이 훨씬 더 높은 것으로 나타났습니다.

설계에 영향을 미치는 열, 전기 및 물리적 특성

• 열팽창 및 전도성: 티타늄의 낮은 전도도는 열 구배를 집중시키고 인코넬의 약간 높은 전도도는 일부 열 스트레스를 완화하지만, 두 금속 모두 열 유속이 높은 애플리케이션에서 열 스트레스 분석이 필요합니다.

• 계수 차이: 티타늄의 계수(~110-120 GPa)는 인코넬/강(~200 GPa)보다 훨씬 낮아 하중 하에서 강성, 고유 진동수 및 처짐에 영향을 미칩니다. 단위 부피당 강성이 필요한 설계는 이를 고려해야 합니다(더 큰 단면 또는 복합재 사용).

표준 및 권위 있는 사양

자재를 지정하고 공급업체를 수락할 때는 권위 있는 표준을 참조하세요:

• 인코넬(제품군): 제조업체 데이터시트 및 UNS/EN/ASTM 지정(예: 718의 경우 UNS N07718, 625의 경우 UNS N06625). 제조업체 기술 게시판(특수 금속)은 구성 및 열처리에 대한 주요 참고 문서입니다.

• 티타늄: 다음과 같은 ASTM 사양 ASTM B348 (Ti-6Al-4V의 경우 바 및 빌릿), 임플란트 등급의 경우 ASTM F67/F136 및 AMS/AMS-STD 제품 사양을 준수합니다. 이를 사용하여 기계적 테스트 합격 및 화학적 한계를 문서화하세요.

일반적인 산업 애플리케이션 및 사용량 매트릭스

비용, 공급망 및 라이프사이클 트레이드오프

• 원자재 비용: 인코넬과 티타늄은 모두 일반 강철과 알루미늄보다 비쌉니다. 니켈 초합금은 합금 원소 비용(니오븀, 몰리브덴)이 높은 반면 티타늄 생산(크롤 + 용융 + 가공)은 단가를 높게 유지하는 경우가 많습니다. 니켈, 바나듐, 스크랩의 시장 변동이 가격에 영향을 미칩니다. 많은 설계에서 수명 주기 비용(유지보수, 다운타임, 교체 주기)이 원자재 비용보다 더 큽니다.

• 처리 비용: 가공 및 용접의 어려움으로 인해 제작 비용이 증가하고, 티타늄의 청결 요구 사항과 인코넬의 툴링 마모에 따른 페널티를 고려하여 예산을 책정해야 합니다. 코팅(열 차단 또는 부식 라이너) 또는 바이메탈 조인트는 비용이 추가되지만 하이브리드 성능을 발휘할 수 있습니다.

디자인 및 엔지니어링 선택 체크리스트

1. 최대 연속 작동 온도와 최대 과도 온도를 정의합니다.

2. 주요 부식 메커니즘(염화물 피팅, 황 공격, 불소, 생물학적)을 파악합니다.

3. 후보 등급(예: 인코넬 625 또는 718, Ti-6Al-4V 또는 CP-Ti)을 선택하고 전체 데이터시트를 얻습니다.

4. 제조 가능성 확인: 용접 사양, 공급업체 역량, 예상 허용 오차.

5. 사용 온도에서 열 구배, 크리프 및 피로에 대한 유한 요소 분석을 실행합니다.

6. 부식 쿠폰, 용접 시험, 필요한 경우 크리프 테스트 등 소규모 테스트를 통해 검증합니다.

7. 올바른 ASTM/UNS/AMS/EN 사양 및 분석 인증서로 문서 조달을 수행합니다.

자주 묻는 질문

1. 인코넬과 티타늄 중 어떤 금속이 더 강한가요?
강도는 특정 등급과 온도에 따라 다릅니다. 상온에서는 둘 다 비슷한 인장 강도를 가질 수 있지만(열처리된 인코넬 718은 더 높은 값을 보일 수 있음), 티타늄의 강도가 ~300-400°C 이상에서 떨어지는 반면 인코넬은 고온에서 훨씬 더 강도를 잘 유지합니다.

2. 어떤 금속이 더 가벼운가요?
티타늄은 니켈 초합금(≈8.1g/cm³)보다 밀도 기준으로 약 45-55% 더 가볍습니다(≈4.4g/cm³). 따라서 티타늄은 질량에 민감한 설계에서 큰 이점을 제공합니다.

3. 티타늄 임플란트가 인코넬보다 안전한가요?
예 - 티타늄 합금(5등급, CP-Ti)은 생체 적합성과 안정적인 산화물로 인해 임플란트에 널리 사용됩니다. 니켈 기반 합금은 일부 환자에게 알레르기 반응을 일으킬 수 있으므로 영구 임플란트에는 거의 사용되지 않습니다.

4. 바닷물에서 부식에 더 강한 것은 무엇인가요?
티타늄은 일반적으로 수동 산화물 덕분에 바닷물 부식에 매우 잘 견딥니다. 특정 인코넬 등급도 해양 부식에 강하지만 티타늄은 수명 주기 비용이 초기 가격을 정당화할 수 있을 때 선호되는 경우가 많습니다.

5. 두 재료를 쉽게 용접할 수 있나요?
둘 다 용접이 가능하지만 각각 특별한 요구 사항이 있습니다: 인코넬 용접은 노화 경화를 처리하고 원치 않는 단계를 피해야 하며, 티타늄 용접은 오염을 방지하기 위해 엄격한 불활성 차폐가 필요합니다. 자격을 갖춘 용접 절차와 숙련된 용접사를 사용하세요.

6. 피로 성능은 어떤가요?
피로 거동은 표면 마감, 온도 및 환경에 따라 크게 달라집니다. 인코넬은 고온 피로 수명이 우수할 수 있으며, 티타늄은 응력 집중을 피하도록 설계된 경우 상온 및 중간 온도에서 주기적인 하중에 대해 우수한 성능을 발휘합니다. 항상 애플리케이션별 데이터를 사용하세요.

7. 어느 것이 더 저렴할까요?
가격은 시장에 따라 다르지만 둘 다 탄소강에 비해 비쌉니다. 가공, 기계 가공 및 마감이 부품 비용의 대부분을 차지하는 경우가 많습니다. 설계 주기 초기에 원자재 및 제작에 대한 견적을 받습니다.

8. 코팅을 사용하여 혜택을 결합할 수 있나요?
예. 코팅, 열 차단막 또는 클래딩을 사용하면 더 저렴한 기판으로 부식 또는 내열성 오버레이를 지원할 수 있습니다. 바이메탈 조인트(마찰 용접, 폭발 본딩)는 티타늄과 인코넬을 결합하는 일반적인 솔루션으로, 각 금속의 강점이 서로 다른 영역에서 필요한 경우 사용됩니다.

9. 두 가지 특성을 모두 모방한 합금 대체품이 있나요?
인코넬의 고온 크리프 강도와 티타늄의 낮은 밀도를 동시에 충족하는 단일 금속은 없습니다. 두 가지 금속으로 충분하지 않은 경우 고급 복합재 또는 방향성 고형화 초합금 및 세라믹 매트릭스 복합재가 사용됩니다.

10. 어떤 테스트 인증서 또는 공급업체 문서가 필요하나요?
구매 주문서에 명시된 화학 성분(C of A), 기계적 시험 성적서, 열처리 기록 및 ASTM/AMS/UNS/EN 사양 준수를 요구합니다. 중요 부품의 경우 용융 로트 추적 및 적절한 경우 비파괴 테스트를 요청하세요.