Features · Basicチタンの特長・基礎

チタンの特長

チタンとは・・・環境に優しい金属

チタンは軽く、強く、耐食性に優れた金属です。
重さは銅やニッケルの約2分の1、銅の約6割、強さはステンレス鋼を上回り、アルミニウムの約3倍の強度を持っています。
又、耐食性では、多くの場合ステンレス鋼と比較しても極めて優れており、特に海水に対しては白金に匹敵します。
さらに、無害性、生体適合性は、他金属に比類が無く、人体に優しい金属といえます。
こうした特性を生かした応用分野は無限です。
チタンは経年劣化がほとんどないため、100%のリサイクルが可能です。
環境を大切に考える未来派金属といえます。

チタンの機械的性質

比強度が高い
チタンの比重は鋼・ステンレス鋼の約60%で、構造材料として使用する場合、これら金属材料の半分の重量ですむことになります。
このため非強度は(引張強さ/比重)が高く、特にチタン合金の非強度は500℃まで実用金属中最高の値を示します。
耐力/引張強さの比率が高い
チタンは引張強度に対して耐力値が高く、特にチタン合金ではその比率が90%以上という高い値を示します。
疲労強度がすぐれている
引張強さに対して疲労強度が極めて高く、疲労比(疲労強度/引張強さ)は0.5~0.6を示します。
(鋼の疲労比は0.2~0.3)
衝撃性質がすぐれている
工業用チタンは常温よりむしろ低温で靭性を有しております。
また、チタン合金も鋼であらわれるような低温における急激な脆化現象を示しません。

機械的性質表

組成
(wt.%,合金名)
熱処理 常温における引張性質 特長 絞り
(%)
ビッカース
硬さ
比強度
(N/㎜2)
引張強さ
(N/㎜2)
0.2耐力
(N/㎜2)
伸び
(%)
純チタン
JIS1種 焼鈍 270~410 165以上 27以上 成形性 40以上 130 60以上
JIS2種 焼鈍 340~510 215以上 23以上 汎用性の高い
代表的品種
40以上 160 75
JIS3種 焼鈍 480~620 345以上 18以上 中強度 30以上 200 105
JIS4種 焼鈍 550~750 485以上 15以上 高強度 25以上 230 120.
耐食合金
0.15Pd
(JIS11種)
焼鈍 270~410 165以上 27以上 隙間腐食性 40 130 60
0.15Pd
(JIS12種)
焼鈍 340~510 215以上 23以上 隙間腐食性 40 160 75
0.15Pd
(JIS13種)
焼鈍 480~620 345以上 18以上 隙間腐食性 30 200 105
α合金
5A1-2.5Sn 焼鈍 795以上 760以上 10以上 溶接性
耐熱性
25 310 180
α+β合金
3A1-2.5V 焼鈍
(SR)
620以上
(860以上)
485以上
(725以上)
15以上
(10以上)
冷間加工性 30 - 140
4.5Al-3V-2Mo-2Fe 焼鈍
(STA)
925以上
(1140以上)
870以上
(1070以上)
10以上
(10以上)
高加工性
低温超塑性
高疲労強度
- - -
6Al-4V
(JIS60種)
焼鈍
(STA)
890以上
(1140以上)
825以上
(1070以上)
10以上
(10以上)
汎用性の高い
代表的品種
20 320
(375)
200
(260)
6Al-4V ELI
(JIS60E種)
焼鈍 890以上 825以上 10以上 低温靭性 20 320 200
β合金
15V-3Cr-3Sn-3Al ST
(STA)
705~945
(1000以上)
690~835
(965-1170)
12以上
(7以上)
冷間加工性
時効硬化性大
- 270
(390)
160
(220)
22V-4Al ST
(STA)
640以上
(980以上)
540以上
(885以上)
10以上
(7以上)
冷間加工性
時効硬化性大
- - -

物理的性質

  • 溶融点は1,668℃で高い(鉄よりやや上)。
  • 比重は4.51で軽い(鉄の約60%、アルミニウムの約1.7倍)。
  • 熱誇張係数は8.4×10-6/℃で小さい (18-8ステンレス鋼の約半分、アルミニウムの1/3)。
  • 熱伝導率は0.041cal/㎝2/sec/℃/㎝で小さい (18-8ステンレス鋼とほぼ同じ)。
  • 電気抵抗は55μΩ-㎝で大きい (18-8ステンレス鋼以外の純金属に比べて大きい)。
  • 透磁率は1.0001で非磁性体である。
  • 結晶構造は変態点(885℃)以下では稠密六方格子で、変態点以上では体心立方格子である。
  • 縦弾性係数は10,850kgf/m㎡で小さい。(鉄の約半分、アルミニウムの約1.5倍)。
項目 原子番号 原子量 比重 溶解点(℃) 熱膨張係数
( /℃)
比熱
(cal/gr/℃)
チタン 22 47.90 4.51 1,668 8.4×10-6 0.124
26 55.85 7.9 1,530 12×10-6 0.11
18-8ステンレス鋼
(SUS304)
- - 7.9 1,400~
1,420
17×10-6 0.12
アルミニウム 13 26.97 2.7 660 23×10-6 0.21
アルミニウム合金 - - 2.8 476~
638
23×10-6 0.23
マグネシウム 12 24.32 1.7 650 25×10-6 0.24
ニッケル 28 58.96 8.9 1,453 15×10-6 0.11
ハステロイ C - - 8.9 1,305 11.3×10-6 0.092
29 63.57 8.9 1,083 17×10-6 0.092

チタンの耐食性

  • チタンは、表面の安定な酸化皮膜(不動態被膜0)の存在によって、優れた耐食性を発揮します。
  • チタンの耐食性は、溶接、加工、熱処理などの材料履歴により劣化しません。
  • 塩酸や硫酸などの非酸化性酸に対しては、濃度・温度条件によっては腐食されますので注意が必要です。
  • 苛性ソーダなどのアルカリに対しては、極端な高温・高濃度条件を除いて、十分な耐食性を示します。
  • 海水に対する耐食性は、白金に匹敵します。
  • 酸素、水素、窒素ガスとの親和力が比較的大きいため、条件(温度や圧力など)によっては使用上注意を要します。

他金属材料との耐食性比較

腐食媒 組成(%) 温度(℃) 耐食性
チタン 18-8
ステンレス
ハステロイ C
塩酸 10
30
10
30
24
24
80
80

×
×
×
×
×




硫酸 10
50
10
50
24
24
100
100

×
×
×

×




硝酸 10
50
10
50
24
24
100
100









王水 HCI・HNO
3:1
24
100

×

クロム酸 5 24
弗化水素 5 30 × ×
燐酸 10(通気)
50(通気)
10(通気)
50(通気)
24
24
100
100


×
×






塩化第二鉄 10
30
10
30
24
24
100
100



×
×



×
×
塩化第二銅 10
30
10
30
24
24
100
100



×
×




塩化ナトリウム 10
40
10
40
24
24
100
100


 ◎*
 ◎*


 〇*
 〇*



塩化カルシウム 10
50
10
50
24
24
100
100


 ◎*
 ◎*



×



塩化アンモニウム 10
40
10
40
24
24
100
100


 ◎*
 ◎*






塩化マグネシウム 10
40
10
40
24
24
100
100


 ◎*
 ◎*


 △*



硫酸第一鉄 10
50
10
50
24
24
100
100









アンモニア 10
30
10
30
24
24
80
80









苛性ソーダ 10
50
10
50
24
24
100
100









炭酸ソーダ 10
30
10
30
24
24
100
100









硫化水素 乾燥ガス
湿潤ガス
24
24



塩素 乾燥ガス
湿潤ガス
乾燥ガス
湿潤ガス
24
24
100
90
×








亜硫酸ガス 乾燥ガス
湿潤ガス
30~60
30~90



海水 高速流
静止水
24
100

 ◎*


酢酸 10
60
10
60
24
24
100
100









蟻酸 10
50
10
50
24
24
100
100



×


×
×



乳酸 10
50
10
50
24
24
100
100






×



蓚酸 10
20
50
10
50
24
52
24
100
100

×






×




クエン酸 10
50
10
50
24
24
100
100



×



×



注)*は孔食その他の局部腐食を起す場合があります。

記号の説明
◎:<0.127mm/year
〇:0.127~0.508mm/year
△:0.508~1.27mm/year
×:>1.27mm/year

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