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チタン2種と5種

純粋な耐食性か、合金化による強さか。用途はまるで違います。

チタン2種は工業用純チタンで、耐食性は最上、強度は控えめです。チタン5種(Ti-6Al-4V)は航空宇宙の働き者で、はるかに強く、耐食性はやや落ちます。どちらが正しいかは、その用途を決めているのが腐食なのか荷重なのかで決まります。

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並べて見るまとめ。

チタン2種(工業用純チタン)

工業用純チタン。合金化しておらず、耐食性はチタンのなかで最上です。強度は低め(耐力275MPa)ですが、成形性はきわめて良好。化学、海洋、そして荷重は軽くとも腐食が効く用途に。

チタンGrade 5(Ti-6Al-4V)

航空宇宙の働き者。アルミ6パーセントとバナジウム4パーセントを加えて強さを得ています。耐力は2種の三倍、828MPa。航空構造材、試作段階の医療インプラント、レース部品の標準材です。

項目ごとの内訳。

項目2種(工業用純チタン)5種(Ti-6Al-4V)
耐力275MPa828MPa
引張強さ345MPa895MPa
密度4.51g/cm³4.43 g/cm³
伸び20%10%
硬さ165HB334 HB
耐食性優(チタンで最良)非常に良(2種よりわずかに劣る)
海水中での使用優れる良好
被削性難しい(粘り、かじりやすい)難しい(加工硬化する)
溶接性優れる良(注意を要します)
成形性優(冷間加工が可能)限定的(熱間で成形する必要があります)
熱処理の可否いいえ可(α-β型合金)
費用(1kgあたり)$30–50$50–80
主な用途化学、海洋、低荷重航空宇宙、インプラント、構造材
AMS規格AMS 4902AMS 4928

どちらをいつ選ぶか。

純チタン2種を選ぶのはこんなときです。

チタンGrade 5(Ti-6Al-4V)を選ぶのは次の場合です。

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よくあるご質問

純粋な耐食性 — 質問

5種のほうがずっと強いのに、なぜ2種を選ぶのですか

耐食性のためです。2種は熱い塩酸にも海水にも塩化物環境にも、多くの強い薬品にも耐えます。5種はそうした場で、合金元素の偏析ゆえに局部腐食を起こすことがあります。化学プロセス、海水淡水化、海洋用熱交換器なら2種が正解です。こうした用途では荷重が軽く環境が過酷ですから、5種の強さは無駄になります。

腐食環境でステンレスの代わりに5種を使えますか

場合によります。環境次第です。多くの腐食用途で5種はステンレス316Lに並ぶか上回り、しかもはるかに強く軽い。ただし316Lはずっと安く、5種の加工は高くつきます。航空宇宙やレースのように重さが効いて、なおかつ耐食性も要るなら5種を。一般的な耐食性で足り、費用が効くなら316Lを選んでください。

チタンはなぜそれほど削りにくいのですか

理由はいくつも重なります。熱伝導率が低いので熱が工具に溜まる。高温でも強度が落ちないので刃先への圧力が下がらない。高温では超硬工具と反応して化学的に摩耗する。そのうえかじりやすい。結果として、切削速度は毎分30~50メートル(鋼なら150)と遅くし、クーラントを大量に掛け、超硬かCBNの工具を使うことになります。加工時間は同等の鋼部品の三倍から四倍。チタン部品の割高さは、その多くがここから来ています。

医療インプラントは5種と23種のどちらですか

体内に留める永久インプラントには23種(Ti-6Al-4V ELI、侵入型元素を極力減らしたもの)が好まれます。鉄と酸素と炭素が少ないぶん、破壊靱性と延性が優れるからです。5種は仮固定具や歯科インプラント、手術器具に使われます。整形外科インプラント、脊椎ケージ、関節部品には23種を指定してください。材料費はほぼ同じで、この組成の差が長い年月ののちの性能を分けます。

チタンの溶接はどこが難しいのですか

溶接温度、つまり600℃を超えると、チタンは空気中の酸素や窒素、水素を激しく吸い込み、脆くなります。溶接部は表裏ともアルゴンで覆い、溶接中はもちろん、300℃を下回るまでの冷却中も守らなければなりません。色を見れば分かります。麦わら色なら良好、青はわずかな汚染、紫や灰色は重い汚染で、削り落として溶接し直す必要があります。当社のチタン溶接設備は、重要な用途に備えてグローブボックスとして置換できます。

5種の熱処理はどうしますか

Ti-6Al-4Vは溶体化処理と時効で熱処理できます。標準の条件は、900~950℃で溶体化焼鈍し、水焼入れののち480~540℃で時効。これで耐力は焼鈍材の828MPaから925MPaに上がります。焼鈍材に比べ費用は15~25パーセント増しです。航空構造材では熱処理した5種が標準ですが、試作や一般機械なら工場焼鈍のままの5種でたいてい足ります。

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