チタン合金の特性の紹介
チタン合金は、炭素、窒素、水素、酸素などの不純物の存在によって影響を受ける性能を特徴とする金属の一種です。 最も純粋な形のチタンは不純物含有量が 0.1% 未満であり、その結果、可塑性は高くなりますが、強度は低くなります。 純度99.5%の工業用純チタンは、密度(ρ)4.5g/cm3、融点1725度、熱伝導率(λ)15.24W/(m・K)、引張強さ( σｂ）が５３９ＭＰａ、伸び（δ）が２５％、断面収縮率（ψ）が２５％、弾性率（Ｅ）が１．０７８×１０５ＭＰａ、硬度（ＨＢ）が１９５である。
1. 低密度および高強度: 高強度チタン合金の密度は通常約 4.5 g/cm3 で、これは鋼の密度のわずか 60% です。 純チタンは普通鋼と同等の強度を示しますが、特定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。 その結果、チタン合金は他の金属構造材料よりも大幅に高い比強度（強度/密度比）を備えています。 この特性により、高いユニット強度、剛性、耐久性を備えた軽量部品やコンポーネントの製造が可能になります。 チタン合金は、エンジン部品、骨格、外板、留め具、着陸装置などに応用されています。
2. 高い熱強度: チタン合金は高温でも必要な強度を維持でき、アルミニウム合金の能力を数百℃上回ります。 150 度から 500 度の間では、高い比強度が維持されますが、アルミニウム合金は 150 度で比強度が顕著に低下します。 チタン合金は最大 500 度の温度で動作できますが、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、湿った雰囲気や海水環境においてステンレス鋼に比べて優れた耐食性を示します。 特に耐孔食、酸腐食、応力腐食に対して優れています。 さらに、チタン合金は硫酸、硝酸、塩化物、有機塩素化合物に対して優れた耐性を持っています。 しかし、酸素とクロム塩が減少する条件では、チタンの耐食性は低くなります。
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、低温で非常に優れた性能を発揮し、-253 度でもある程度の可塑性を維持します。 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. 化学反応性: チタンは顕著な化学活性を示し、大気中に存在する酸素、窒素、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気、アンモニアガスと容易に反応します。 硬質 TiC は、炭素含有量が高くなると (0.2% 以上) チタン合金に形成されます。 TiN が高温で窒素と相互作用すると、硬い表面層が形成されます。 チタンは600度以上で酸素を吸収し、高硬度の硬化層を形成します。 水素含有量が増加すると、脆化層が形成されます。 ガス吸収により硬化した脆性表面の深さは 0.1-0.15 mm に達し、硬化度は 20%-30% になります。 チタンはまた、顕著な化学親和性を示し、摩擦面と容易に接着を形成します。
6. 熱伝導率と弾性率：チタンは熱伝導率が低く、ニッケルの約 1/4、鉄の 1/5、アルミニウムの 1/4 です。 さまざまなチタン合金の熱伝導率は、純チタンの熱伝導率と比較して約 50% 低くなります。 チタン合金は弾性率が鋼の約半分であるため、剛性が低く、変形しやすくなります。 その結果、切断面や加工面にはステンレス鋼の約 2 ～ 3 倍の反発体積が大きいため、細いロッドや薄壁のコンポーネントは避ける必要があります。 この反発により、ツール表面に激しい摩擦、凝着、結合摩耗が発生する可能性があります。
チタン合金は、チタンを母材とし、他の元素を添加したものです。 チタンの結晶構造には、882 度以下で最密六方晶構造を示すチタンと、882 度以上で体心立方構造を示すチタンの 2 種類が存在します。
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