チタン合金組成と構造に基づいて異なる特性を示します。 チタンには 2 つの結晶構造があります。1 つは 882 度以下の六方格子を持つチタン、もう 1 つは 882 度以上の体心立方構造を持つ - チタンです。 適切な合金元素を添加することにより、相含有量と転移温度を操作して、さまざまな種類のチタン合金を得ることができます。 室温では、チタン合金は 3 つのカテゴリーに分類できます。
1. チタン合金: α相固溶体からなる単相合金です。 常温でも高温でもα相構造を維持します。 チタン合金は組織が安定しており、純チタンに比べて耐摩耗性が低く、耐酸化性に優れています。 500-600 度の間では強度と耐クリープ性を保持しますが、熱処理によって強化することはできません。 チタン合金の室温強度はそれほど高くありません。
2. ベータチタン合金: α相固溶体からなる単相合金です。 熱処理を施さなくても高い強度を有します。 さらに、合金は焼き入れや時効などのプロセスを通じてさらに強化することができます。 室温でのベータチタン合金の引張強さは 1372-1666 MPa に達することがあります。
3. アルファベータチタン合金: この二相合金は、優れた組織安定性、靭性、可塑性、高温変形特性など、優れた総合性能を示します。 強度を高めるための熱間加圧加工、焼き入れ、時効処理に適しています。 熱処理されたアルファ-ベータ チタン合金は、焼きなまし状態と比較して強度が 50-100% 増加しました。 400-500 度の温度での長期使用に耐えることができ、アルファチタン合金に次ぐ顕著な熱安定性を示します。
これら 3 種類のチタン合金の中で、最も一般的に使用されているのは、チタン合金とα-β チタン合金です。 被削性の点では、チタン合金の性能が優れており、次にアルファ-ベータチタン合金が優れており、ベータチタン合金はそれに遅れています。 これらの合金に対応するコードは、チタン合金の場合は TA、ベータ チタン合金の場合は TB、アルファ-ベータ チタン合金の場合は TC です。
チタン合金の性能特性:
1. 高強度: チタン合金の密度は約 4.51 g/cm3 で、これは鋼鉄のわずか 60% です。 一部の高強度チタン合金は、多くの合金構造用鋼の強度を上回ります。 したがって、チタン合金の比強度（強度/密度）は他の金属構造材料の比強度を上回ります。 これらの合金は、航空機エンジン部品、骨格、外板、ファスナー、着陸装置など、高強度と剛性を備えた軽量部品の製造に最適です。
2. 高い熱強度: チタン合金はアルミニウム合金と比較して高い温度に耐えることができます。 中温でも必要な強度を維持でき、150-500 度の間で優れた強度を示します。 対照的に、アルミニウム合金は 150 度で強度が大幅に低下します。 チタン合金の使用温度範囲は 500 度まで拡張されますが、アルミニウム合金は 200 度未満の温度に制限されます。
3. 優れた耐食性：チタン合金は、湿気の多い雰囲気や海水中でステンレス鋼を上回る優れた耐食性を備えています。 孔食、酸腐食、応力腐食に対して優れた耐性を示します。 チタン合金は、アルカリ、塩化物、塩素系有機物、硝酸、硫酸などに対しても優れた耐性を示しますが、酸素やクロム塩を含む還元環境に対しては耐食性が劣ります。
4. 優れた低温性能: チタン合金は、低温および極低温でも機械的特性を維持します。 TA7 などの特定のチタン合金は、熱膨張係数が低いため、-253 度でもある程度の可塑性を保持します。 したがって、チタン合金は低温用途にとって重要な構造材料です。
5. 顕著な化学活性: チタンは高い化学活性を示し、酸素、窒素、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気、アンモニアなどの大気元素と強く反応します。 たとえば、炭素含有量が 0.2% を超えると、合金内に硬質炭化チタン (TiC) が形成されます。 同様に、高温では窒素との反応により硬い窒化チタン (TiN) 表面層が形成されます。 チタンは 600 度を超えると酸素を容易に吸収し、硬化層が形成されます。 さらに、水素含有量が増加すると、脆い層が発達する可能性があります。 これらの反応により、摩擦面との付着現象が発生することがあります。
6. 低い熱伝導率と弾性: チタンは低い熱伝導率 (約 15.24 W/(m・K)) を持っています。 熱伝導率はニッケルの約1/4、鉄の約1/5、アルミニウムの約1/14です。 チタン合金は、純チタンと比較してさらに低い熱伝導率を示します。
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