Ti-6Al-4V（Grade 5）チタン合金

基本概要

Grade 5（Ti-6Al-4V）チタン合金は、世界で最も早く開発され、最も広く使用されているチタン合金の一つです。その生産量は世界中のチタン合金半製品の総生産量の50%以上を占め、航空宇宙産業では 80%以上の割合を占めています。この合金は主に6%のアルミニウム（Al）と4%のバナジウム（V）を含み、強度・耐食性・溶接性・耐熱性・軽量性のバランスが優れています。

アルミニウムは α 相の固溶強化により、合金の室温強度と耐熱性を向上させます。一方、バナジウムは強度を向上させるだけでなく、靭性も改善します。さらに、バナジウムはα2 超格子相の形成を抑制し、長期間の使用による脆化を防ぎます。

Grade 5 チタン合金の主な特徴は、優れた総合性能と加工特性です。また、超塑性に優れ、さまざまな圧力加工法による成形や各種溶接方法が可能です。主な半製品形態には、棒材・鍛造品・薄板・厚板・形材・ワイヤーなどがあります。この合金は主に焼鈍（アニーリング）状態で使用されますが、固溶処理+時効処理による強化も可能です。ただし、焼入れが可能な断面は25~30mm以下であり、大型部品には固溶時効処理は適していません。

現在、各国で使用条件や製造工程の要求に応じた改良型 Ti-6Al-4V チタン合金が開発されており、主な違いは Al・V 含有量、間隙元素（不純物）の低減、および微量の Re 添加などです。

主な用途

Grade 5 チタン合金は、主に以下の分野で使用されます。

航空宇宙

• 航空機構造部品（ビーム、隔壁、スライド、着陸装置のビーム）

• 航空エンジン（ファンディスク、コンプレッサーディスク、ブレード）

• 宇宙ロケット（構造体、圧力容器、各種ファスナー）

30CrMnSiA 構造鋼を Grade 5 チタン合金 に置き換えることで、部品重量を約 30% 削減できます。

民間産業

• 発電：ガスタービンブレード

• 造船：船舶用プロペラ

• 海洋工学：海洋油田掘削プラットフォーム

• 化学産業：耐食性ポンプ

• 医療：人工関節・インプラント

• スポーツ用品

自動車産業

• 車両フレーム

• クランクシャフト

• コネクティングロッド

• ボルト

• 吸気バルブ

• サスペンションスプリング

同等の規格

• アメリカ：Ti-6Al-4V, Ti-6Al-4V ELI, Ti-6Al-4V SP, Ti-6Al-4V ELI SP

• ロシア：BT-6, BT-6C, BT-6Ч, BT-6T, BT-6K, BT-6KT

• イギリス：IMI-318, IMI-318 ELI

• ドイツ：TiAl6V4

• フランス：T-A6V

• 日本：SAT-64

化学成分（質量％, wt%）

Ti：残量

Al：5.5–6.75%

V：3.4–4.5%

Fe    ≤0.40%

O    ≤0.2%

C    ≤0.08%

N    ≤0.05%

H    ≤0.015%

物理的性質

• 密度：4.44 g/cm³

• 融点：1604–1660°C

• 熱膨張係数：8.6×10⁻⁶/°C

• 熱伝導率：6.7 W/m·K

• 電気抵抗率：1.7×10⁻⁶ Ω·m

• 弾性係数（室温）：110 GPa

• ポアソン比：0.34

• 相変態温度：995–997°C ±5°C

機械的性質（焼鈍状態, ASTM B348規格）

• 降伏強度（σ₀.₂）：≥825 MPa

• 引張強度（σ_b）：≥895 MPa

• 伸び：≥10%

• 断面収縮率：≥25%

• 硬度（HB）：330–360

注意：熱処理（焼入れ+時効処理, STA）を施すと、強度は 1100–1200 MPa に向上します。

熱処理工程

• 焼鈍（Annealing）：残留応力を低減し、延性を向上

• 温度：705–785°C, 保持時間 1–2 時間, 空冷または炉冷

• 固溶処理+時効処理（Solution Treatment & Aging, STA）：

• 固溶処理：900–950°C, 1 時間保持, 水冷または空冷

• 時効処理：500–600°C, 4–8 時間保持, 空冷

• 効果：強度と耐疲労性の向上

加工性

Ti-6Al-4V は 高強度・低熱伝導性・低弾性係数 を持つため、切削加工が難しく、工具の摩耗が激しい です。

加工時の注意点：

✔ 低速・大きな送り量・鋭利な超硬工具を使用

✔ 切削液（エマルジョンまたは切削油）を使用して熱を抑える

✔ 高い送り速度を維持し、加工硬化を防ぐ

溶接性

• TIG 溶接、EBW（電子ビーム溶接）、LBW（レーザー溶接） などが使用可能

• 高純度アルゴンガス保護 が必要（チタンは酸素・窒素・水素と反応しやすいため）

価格と製造基準

価格は 材料仕様・数量・納期 により異なります。

製造時には、以下の規格に準拠可能：

• ASTM B381（アメリカ標準）

• GB/T3620.1（中国標準）

• その他の規格にも対応可

お問い合わせ

�� Eメール：genieoffice.cn@gmail.com