Study on refining and melting of sponge Ti and Ti-6Al-4V alloy by electron beam melting

전자선 용해법에 의한 sponge Ti 및 Ti-6Al-4V 합금의 정련 및 용해에 관한 연구

In order to make high purity materials including low contents of interstitial impurities, 70 ㎾ electron beam melter was manufactured. The sponge Ti and Ti-6Al-4V alloy were required and melted by electron beam melter. Based on the experimental results of sponge Ti refining by electron beam melting, the purity of Ti was increased for 180 seconds but thereafter did not significantly vary. In addition, it was found that with number of melting, the purity of Ti did and vary but the yield of Ti was decreased. As a results of Ti refining, high purity Ti of 3N (99.9 wt%) could be obtained including interstitial impurities with total contents of which were maximum 900 ppm. From the experimental results of Ti-6Al-4V alloy electron beam melting, the amounts of Al loss could be estimated through thermodynamic data calculated from the regular solution model and the model of solute removal kinetics and the alloy composition calculated from the models was in accord with the experimental composition of the alloy, It took 10 minutes to make Ti-29Al-4V alloy calculated from the model into Ti-6Al-4V alloy and the composition of Ti-6Al-4V alloy was very homogeneous.

적은 양의 침입형 불순물을 함유한 고순도 재료를 제조하기 위해 70 ㎾ 걸자 빔용해기를 제작하였으며 이를 이용해서 sponge Ti와 Ti-6Al-4V 합금을 용융시켰다. 전자 빔 용해법을 이용해 정련된 sponge Ti에 대한 실험 결과를 바탕으로 초기 용해 180초 동안에는 Ti의 순도가 증가하였지만 그 이후로는 크게 변화지 않는 것을 알 수 있었다. 그리고 Ti의 정련 결과, 침입형 불순물과 금속 불순물의 양을 포함한 전체 불순물의 양이 900 ppm인 고순도(99.9 wt%)의 Ti를 얻었다. Ti-6Al-4V 합금의 전자 빔 용해에 대한 실험 결과로부터 손실되는 Al의 양은 열역학적 데이터, regular solution model 그리고 model of solute removal kinetics를 통해서 판단할 수 있음을 알 수 있었으며, 이 모델들로부터 계산된 합금 조성과 실험을 통해서 구한 합금 조성이 일치하였다. 그리고 Ti-6Al-4V 합금의 조성은 매우 균일하였으며 이것은 EPMA line scanning을 통해서 확인하였다.