Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr（Ti5553）
Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr（Ti5553）の概要
Ti-5Al-5V-5Mo-3Crは、広くTi5553として知られる高強度のニアβ型チタン合金で、卓越した機械特性が求められる航空宇宙、防衛、構造用途向けに開発されました。優れた比強度（強度/重量比）、高い疲労耐性、そして深い焼入れ性を有し、極限荷重条件下で使用される部品に最適です。
高硬度で冶金的に複雑なため、Ti5553は高度なCNC加工サービスによる加工が最適です。Ti5553製の高精度CNC加工チタン部品は、航空機構造要素、降着装置、軍用システムでの使用を前提に、厳しい寸法公差および表面粗さ要求を満たす必要があります。
Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr（Ti5553）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 | 耐食性と基礎強度を付与 |
アルミニウム（Al） | 4.5–5.5 | α安定化元素、高温強度を向上 |
バナジウム（V） | 4.5–5.5 | β安定化元素、疲労特性と靭性を改善 |
モリブデン（Mo） | 4.5–5.5 | クリープ耐性と焼入れ性を向上 |
クロム（Cr） | 2.5–3.5 | 相安定性と耐食性に寄与 |
ジルコニウム（Zr） | ≤0.3 | クリープおよび疲労耐性を向上 |
酸素（O） | ≤0.15 | 合金を強化、延性に影響 |
鉄（Fe） | ≤0.25 | 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 | 4.78 g/cm³ | ASTM B311 |
融点範囲 | 1600–1650°C | ASTM E1268 |
熱伝導率 | 100°Cで6.8 W/m·K | ASTM E1225 |
電気抵抗率 | 20°Cで1.70 µΩ·m | ASTM B193 |
線膨張係数 | 8.6 µm/m·°C | ASTM E228 |
比熱容量 | 20°Cで560 J/kg·K | ASTM E1269 |
縦弾性係数 | 115 GPa | ASTM E111 |
機械的特性（溶体化処理＋時効）
特性 | 代表値 | 試験規格 |
|---|---|---|
引張強さ | 1100–1350 MPa | ASTM E8/E8M |
耐力（0.2%） | 1030–1250 MPa | ASTM E8/E8M |
伸び | ≥8% | ASTM E8/E8M |
硬さ | 340–390 HB | ASTM E10 |
クリープ耐性 | 非常に優れる | ASTM E139 |
疲労耐性 | 高 | ASTM E466 |
Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr（Ti5553）の主な特長
超高強度：耐力が1200 MPaを超えるレベルに達し、鋼に匹敵する性能を持ちながら、密度はほぼ半分です。
β相優勢：ニアβ組織により優れた焼入れ性と良好な熱加工性を示し、鍛造材や厚肉断面部品に適しています。
優れた破壊靭性：高サイクル疲労環境で良好に機能し、航空宇宙用ファスナーや構造リンクなどの重要用途に適します。
熱安定性と溶接性：β含有量の影響で溶接は難易度が高いものの、適切な溶加材と溶接後熱処理により実施可能です。
Ti5553のCNC加工における課題と解決策
加工上の課題
高強度と加工硬化：Ti5553は加工中に急速に変形・加工硬化し、最適化された工具を用いない場合、切削抵抗の増大や表面の歪みにつながります。
低熱伝導率：工具‐ワーク界面で熱が発生・集中し、工具摩耗を加速させ、寸法ドリフトのリスクを高めます。
工具への凝着とノッチ摩耗：β相の影響により、特に旋削・穴あけ時にかじりや刃先のノッチ摩耗が起こりやすくなります。
厳しい公差管理：スプリングバックと弾性回復（縦弾性係数約115 GPa）のため、最終仕上げ工程で補正が必要です。
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 | 微粒子超硬またはCBN | 高い切削応力下でも耐久性を確保 |
コーティング | AlTiNまたはTiSiN（≥4 µm） | 熱および摩耗に対する保護を付与 |
刃形 | 正すくい角、刃先ホーニング | 切削圧力と刃先摩耗を最小化 |
切削速度 | 20–50 m/min | 熱の蓄積を低減 |
送り速度 | 0.10–0.25 mm/rev | 良好な切りくず形成を確保 |
クーラント | 高圧エマルジョン ≥100 bar | 工具過熱と切りくず溶着を防止 |
Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr（Ti5553）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 |
Ti5553チタン部品の表面処理
熱間等方圧加圧（HIP）は疲労耐性と構造健全性を高め、降着装置やリンク機構に最適です。
熱処理では、約830～870°Cで溶体化処理を行い、480～600°Cで時効して強度を最適化します。
スーパーアロイ溶接は、β相に適合する溶加材と溶接後の応力除去を必要とし、アルファケースや脆化を防止します。
遮熱コーティング（TBC）は、高温推力・推進環境で使用される部品を保護します。
CNC加工により、コントロールアームや高荷重構造ブラケットなどで±0.01 mm公差を確保します。
放電加工（EDM）は、複雑な内部形状や微細形状に適しています。
深穴加工は、厚肉または構造航空宇宙アセンブリにおいて、真直度<0.3 mm/mおよびRa ≤1.6 µmを実現します。
材料試験には、SEM、硬さマッピング、クリープ解析、超音波検査が含まれ、航空宇宙グレードの適合性を保証します。
材料試験および分析
Ti5553は、AMSおよびASTM規格に基づき、高温引張試験、微細組織（相）検証、クリープ耐性試験、超音波NDTによって評価されます。
