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Ti-6Al-4V(Grade 5)チタン合金

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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

Al5.5–6.75%

V3.4–4.5%

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