チタン

軽くて強い!上位互換された工業金属の王様

 

チタンについて

元素記号 「Ti」で表される銀灰色の金属。

優秀な金属であり、いくつものポジティブな特徴があるのですが、一番の特徴は「軽くて強い」ことです。また、鉄、ステンレス、アルミなど多くの金属は一長一短ですが、チタンは様々な金属の長所を備えた上位互換された魅力ある金属と言えるでしょう。

種類に関しては、「純チタン」、「チタン合金」に分類されます。よく使用されるのは後者であり、その中でも通称64(ろくよん)チタンと呼ばれる「Ti-6AL-4V」が一般的です。 (JISでは「JIS60種」or「TAB6400」が正式名称です。)

チタン加工に関して、当社の非常に得意とするところであり、四輪レース用フューエルパイプ、民間航空機の足回り部品など多くの部品を手掛けています。

チタンの加工性について

いわゆる難切削材に分類されるため、加工性は悪いです。

最もよく言われるのは粘り気があるということです。アルミのようにサクッと削れず、工具に切粉が付着してしまうため、アルミでは1工程で加工できるものでもチタンでは複数工程(荒加工→中仕上げ→仕上げなど)を踏まないといけないことがあり、特に精度を出す加工には時間がかかります。

他にも下記の理由で加工が容易ではない材質となります。

 

・強度が高いため、工具に大きな負荷がかかり、さらには熱伝導性が低いため、切削時の熱が工具に蓄積してしまい、工具寿命が短くなってしまう

・ヤング率が低い(しなりやすい)ため、加工時に変形しやすく、寸法精度が出しにくい

・摩擦に対する耐性が低いために加工時に細かい切粉が出、また、科学的に活性であることから可燃性が高いため発火しやすい

 

これらに対応していくために、当社では最適なコーティングを施した不等分割&不等リードの工具の使用や、ネジ加工時にプラネットカッターを使用(通常のタップ加工では工具の負荷が上がり、刃物寿命が短くなる)したりすることで加工精度の向上、工具消耗抑制によるコスト低減に努めています。

さらに、マグネシウム同様に発火対策も十分に行っております。

チタンの特性

・比強度が高い

比重の割には、引張強度が高く、実用金属の中では最強クラスです。その強度はアルミニウムの約6倍、鉄の約2倍を誇るため、少ない質量で強度の高い部品を構成することができます。「軽くて強い」チタンを体現する一番の特徴と言えます。

※比強度… 引張強度/比重

 

・軽い

比重がTi-6AL-4Vで4.43であり、鉄(7.85)やステンレス(約7.9)と比較すると約60%の軽さです。軽さに定評のあるマグネ、アルミにはかないませんが、高強度と耐蝕性を備え、これだけの軽さであることは優れていると言えます。

 

・全然溶けない(溶融温度が高い)

チタンは885℃に到達すると結晶構造が熱に強くなる性質を持っており、その融点は実に約1,650℃になります。鉄が約1,550℃、インコネル(Inconel®)が約1,400℃ですので、非常に溶けにくい素材です。耐熱性※では、超耐熱合金であるインコネル(Inconel®)には及びませんが、500℃まではステンレスを上回る強度を示します。

※耐熱性… 高温環境下において物性を維持する性質

 

・耐食性(特に耐海水性)に優れる

耐食性に優れるステンレス同様に不働態被膜を形成しますが、チタンは活性な金属であり、酸素との結合力が強いため、極めて安定した不動態皮膜を作ります。特に海水(塩化ナトリウム水溶液)中での耐食性は最も錆にくい金属の一つである白金(プラチナ)と同程度の数値を示します。

 

・人体に優しい

強固に安定した不動態皮膜を形成しており、金属イオンが溶出して肌に触れることが少ないため、金属アレルギーを起こしにくい金属です。そのため、時計や体に埋め込まれる人口骨、人工関節などに多用されます。

 

・高価

一般的な金属素材では、一番高価です。地殻中の金属資源で4番目に埋蔵量が多いと言われるチタンですが、流通・使用量が少ない希少金属である「レアメタル」に分類されます。酸素との結合力が非常に強くて、鉄よりも融点が高いために、何度も加工・製錬を繰り返さなくてはいけなく、製造するのに1トンにつき100万円以上もかかるようです。

 

・しなりやすい

変形の少なさを表すヤング率が低い(鉄、ステンレスの1/2)ため、しなりやすいです。そのため、しなりを利用して力を伝えるゴルフクラブヘッドやバネに使用されます。

チタンの処理

・陽極酸化被膜処理

・(各種熱処理) ※そのまま使用することが多いため一般的ではありません

当社で取り扱うチタンの種類

  • チタン合金(Ti-6AL-4V)
  • 純チタン(1~4種)

対応素材

PAGETOP