チタン合金の原理

チタン合金とは、チタンを主成分とし、その他の元素からなる合金のことです。チタンには 2 つの同素体形態があります。1 つは 882 度以下の最密六方構造を持つ-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。

合金元素は、相変態温度への影響に基づいて 3 つのカテゴリに分類できます。

① 相を安定させ、相変態温度を上昇させる元素は、アルミニウム、炭素、酸素、窒素などの-安定化元素と呼ばれます。アルミニウムはチタン合金の主要な合金元素であり、室温と高温の両方で合金の強度を大幅に向上させ、比重を軽減し、弾性率を高めます。

② 相を安定させ、相変態温度を下げる元素を-安定化元素と呼び、さらに同形タイプと共析タイプに分類できます。前者にはモリブデン、ニオブ、バナジウムが含まれます。後者には、クロム、マンガン、銅、鉄、シリコンが含まれます。

③ 相変態温度にほとんど影響を与えない元素を中性元素と呼び、ジルコニウムやスズなどがあります。

酸素、窒素、炭素、水素はチタン合金の主な不純物です。酸素と窒素は相中での溶解度が高く、チタン合金を大幅に強化しますが、可塑性を低下させます。チタン中の酸素と窒素の含有量は、通常、それぞれ 0.15 ～ 0.2% および 0.04 ～ 0.05% 未満と指定されています。水素は相中での溶解度が非常に低いです。チタン合金に過剰な水素が溶解すると水素化物が形成され、合金が脆くなります。チタン合金中の水素含有量は通常、0.015%未満に制御されます。チタンへの水素の溶解は可逆的であり、真空アニールによって除去できます。