Ti-3Al-2.5V（Grade 12）
Ti-3Al-2.5V（Grade 12）の概要
Ti-3Al-2.5Vは、一般にGrade 12チタンと呼ばれるチタン合金で、少量のアルミニウムおよびバナジウム添加によって強化されたニアα組織を有します。中程度の強度、高い溶接性、優れた耐食性、そして高い成形性をバランス良く備えており、特に高温環境や海洋環境で性能を発揮します。
強度と優れた耐食性（とりわけ酸性、塩化物、酸化性環境）により、Ti-3Al-2.5Vは工業用配管システム、熱交換器、海洋部品に広く使用されています。メーカーは、長期の現場性能を見据えた厳しい公差要求を満たすため、CNC加工サービスと先進プロセスを活用し、Grade 12から高品質なCNC加工チタン部品を製作しています。
Ti-3Al-2.5V（Grade 12）の化学的・物理的・機械的特性
化学成分（代表値）
元素 | 含有量範囲（wt.%） | 主な役割 |
|---|---|---|
チタン（Ti） | 残部 | 基元素、優れた耐食性 |
アルミニウム（Al） | 2.5–3.5 | α安定化元素、強度と延性を向上 |
バナジウム（V） | 1.5–2.5 | β安定化元素、焼入れ性と疲労耐性を向上 |
酸素（O） | ≤0.25 | 侵入型固溶強化元素 |
鉄（Fe） | ≤0.30 | 残留元素 |
水素（H） | ≤0.015 | 脆化防止のため管理 |
物理特性
特性 | 代表値 | 試験規格／条件 |
|---|---|---|
密度 | 4.48 g/cm³ | ASTM B311 |
融点範囲 | 1600–1650°C | ASTM E1268 |
熱伝導率 | 100°Cで7.2 W/m·K | ASTM E1225 |
電気抵抗率 | 20°Cで1.65 µΩ·m | ASTM B193 |
線膨張係数 | 8.5 µm/m·°C | ASTM E228 |
比熱容量 | 20°Cで570 J/kg·K | ASTM E1269 |
縦弾性係数 | 110 GPa | ASTM E111 |
機械的特性（焼なまし状態）
特性 | 代表値 | 試験規格 |
|---|---|---|
引張強さ | 620–725 MPa | ASTM E8/E8M |
耐力（0.2%） | 500–620 MPa | ASTM E8/E8M |
伸び | ≥18% | ASTM E8/E8M |
硬さ | 230–270 HB | ASTM E10 |
クリープ耐性 | 中程度 | ASTM E139 |
疲労耐性 | 良好 | ASTM E466 |
Ti-3Al-2.5V（Grade 12）の主な特長
高い耐食性：酸化性および弱還元性環境で優れた性能を示し、特に塩化物、硝酸、海水に対して高い耐性を発揮します。
優れた溶接性と延性：Grade 12は溶接後割れを生じにくく健全に溶接でき、延性も保持するため、タンク、配管、海洋構造物に最適です。
熱安定性と耐酸化性：最大400°Cまでの連続使用に適し、表面酸化皮膜の安定性が高い材料です。
良好な冷間・熱間加工性：成形性に優れるため、曲げや深絞りが必要な熱交換器、フランジ、継手に実用的です。
Grade 12チタンのCNC加工における課題と解決策
加工上の課題
かじり（凝着）傾向：他のチタン合金と同様に、Grade 12は特に高温域で工具に付着しやすく、表面粗さと精度に影響します。
熱の蓄積：熱伝導率が中程度（7.2 W/m·K）であるため、工具‐ワーク界面で局所的に熱が集中し、工具寿命を低下させます。
スプリングバックと低い弾性係数：縦弾性係数110 GPaにより、薄肉部品でスプリングバックが顕著となり、仕上げ精度に影響します。
工具摩耗：Grade 5や7ほど硬くはないものの、加工硬化の影響により、冷却が不十分な条件では無コート工具が急速に劣化する可能性があります。
最適化された加工戦略
工具選定
項目 | 推奨内容 | 理由 |
|---|---|---|
工具材質 | 無コート超硬またはCBN | 刃先の鋭さを維持し、高い耐熱性を確保 |
コーティング | TiAlNまたはTiSiN（3–5 µm PVD） | 切りくずの溶着とかじりを抑制 |
刃形 | 正すくい角、ホーニング刃先 | 発熱と切削圧力を低減 |
切削速度 | 20–50 m/min | 過熱と過度な工具摩耗を防止 |
送り速度 | 0.10–0.25 mm/rev | 切りくず排出と仕上げ面を改善 |
クーラント | 水溶性エマルジョン、≥100 bar | 温度管理と切りくず洗い流しを確実化 |
Ti-3Al-2.5V（Grade 12）切削条件（ISO 3685準拠）
加工内容 | 速度（m/min） | 送り（mm/rev） | 切込み量（mm） | クーラント圧力（bar） |
|---|---|---|---|---|
荒加工 | 20–30 | 0.15–0.20 | 2.0–3.0 | 80–100（内部給油） |
仕上げ加工 | 45–60 | 0.05–0.10 | 0.2–0.5 | 100–150 |
Grade 12チタン部品の表面処理
熱間等方圧加圧（HIP）は重要部品に適用され、内部空隙を除去し、疲労および耐食性を向上させます。
熱処理では、700～760°Cでの焼なましにより、成形または溶接部品の延性と寸法安定性を改善します。
スーパーアロイ溶接は、適合する溶加材を用いることで、圧力容器および化学配管システム向けに堅牢な溶接継手を実現します。
遮熱コーティング（TBC）は、酸化やスケール生成が懸念される熱交換器および海水系統において、追加の保護を提供します。
CNC加工は、バルブ、ポンプ部品、タンクノズルを±0.01 mmの精度で高公差生産することを支援します。
放電加工（EDM） は、機械的応力を与えることなく、マイクロホールや微細な内部形状の加工に有効です。
深穴加工により、化学システムのアセンブリでL/D > 30:1の穴加工が可能となり、穴の真直度0.3 mm/m未満およびRa ≤ 1.6 µmを実現します。
材料試験には、粒界腐食試験、引張特性の検証、SEMによる組織検査、超音波探傷が含まれます。
材料試験および分析
Grade 12チタン部品は、耐食性（ASTM G28）、機械強度（ASTM E8）、および非破壊検査（NDT）による溶接健全性の評価を実施し、業界および顧客仕様への適合を満たします。
