α+βチタン合金

α+βチタン合金

α+βチタン合金は、α相を安定させる元素（アルミニウム、スズなど）とβ相を安定させる元素（モリブデン、バナジウム、クロム、鉄、マンガンなど）の両方を含む、α型とβ型の中間のチタン合金です。このタイプの合金の微細構造は熱処理によって調整できるため、α 型合金の優れた耐食性と熱安定性、および β 型合金の高強度と優れた加工特性の両方を備えています。

熱処理後の強度は焼鈍状態より約50%～100%高く、高温強度が高く、400～500℃で長時間作動可能で、熱安定性はαチタン合金に次ぐものです。

α+βチタン合金は、その特性により、航空宇宙、造船、化学工業、医療、スポーツ用品などの分野で広く使用されています。主な特徴は次のとおりです。

•比強度（強度/密度比）が高い

•優れた耐疲労性

•優れた可塑性と加工性

•熱処理による特性調整

•特に海水や酸性環境において優れた耐腐食性を発揮します

•良好な溶接性

•比較的低い破壊靭性（純粋なベータ合金と比較して）

•高温環境でも良好な強度を維持できる（ただしα合金より低い）

代表的な材料

α+βチタン合金の合金元素には主に以下のものが含まれます。

• α相安定化元素：Al（アルミニウム）、Sn（スズ）

• β相安定化元素：Mo（モリブデン）、V（バナジウム）、Cr（クロム）、Fe（鉄）、Mn（マンガン）、Zr（ジルコニウム）など

熱処理と微細構造

α+βチタン合金の特性は、主に以下のさまざまな熱処理方法によって調整できます。

1.溶解処理＋エージング処理

• 合金の強度を向上させる

• β相の分散・析出を促進し、靭性を向上させる

2.アニーリング

• 加工時のストレスを軽減し、可塑性を向上させる

• 耐酸化性と耐クリープ性の向上

3.二重焼鈍

• 異なる温度段階を通して微細構造を調整し、疲労性能を向上させる

微細組織：一般にα+β二相構造を呈し、α相は通常等軸構造であり、β相はα相の周囲またはネットワーク構造に分布している。熱処理によってα/β相の比率と形態を操作し、機械的特性を最適化することができます。

機械的性質

α+β チタン合金の機械的特性は、熱処理方法によって異なります。以下は、Ti-6Al-4V の一般的な機械的特性です。

応用分野

α+βチタン合金は、以下の用途に広く使用されています。

•航空宇宙：航空機の胴体構造、エンジン部品（タービンブレード、ファンディスクなど）

•造船業：潜水艦の耐圧殻、プロペラシャフト

•自動車産業：レーシングカーや高性能車用のコネクティングロッドとサスペンションシステム

•医療機器：人工関節、整形外科用インプラント

•スポーツ用品：ゴルフクラブ、自転車ラック

•化学機器：耐腐食性熱交換器、ポンプ、バルブ

代表的な合金の紹介

1. Ti-6Al-4V（TC4）

• 最も一般的なα+βチタン合金

• 優れた強度、可塑性、耐腐食性、溶接性

• 航空宇宙、医療機器、化学産業などで広く使用されています。

2. Ti-6Al-6V-2Sn

• 高負荷環境でも高い強度を実現

• しかし、可塑性はやや劣っており、過度に複雑な加工には適していません。

3. Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo

• 高温強度とクリープ耐性が向上

• 航空機エンジンや高温環境部品に最適

処理性能

α+βチタン合金の加工性能は比較的良好ですが、以下の点に注意する必要があります。

•切削：チタン合金は熱伝導率が低いため、加工中に構成刃先や工具摩耗が発生しやすくなります。コーティングされた超硬工具を使用し、低速・高送りの切削パラメータを採用することをお勧めします。

•溶接性能：良好、TIG溶接、電子ビーム溶接、レーザー溶接などのプロセスを使用できますが、酸化を防ぐために不活性ガス保護下で操作する必要があります。

•熱間成形：熱間鍛造および熱間圧延に適していますが、温度は厳密に制御され、通常は 750 ～ 950℃ で実行されます。

他のチタン合金との比較

要約する

α+βチタン合金は、強度、耐食性、加工性、熱処理調整性を兼ね備えたチタン合金の中で最も広く使用されているタイプであり、特にTi-6Al-4Vは工業標準合金となっています。高い比強度、耐腐食性、溶接性が求められる用途に最適です。