Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr（TA15）
Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr（TA15）の概要
Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr（一般にTA15として知られる）は、航空宇宙、防衛、電力工学分野で広く使用される高強度のα＋β型チタン合金です。優れた溶接性、高い疲労強度、そして高温域での良好なクリープ耐性を備えており、過酷条件下で稼働する構造部材に最適です。
TA15は優れた比強度（強度/重量比）と熱負荷下での安定性を示します。これらの特性により、重要なCNC加工チタン部品に適しており、特に航空機構造、エンジンマウント、支持フレーム向けに、厳しい公差と安定した品質を実現する高精度CNC加工サービスで製造される場合に有効です。
Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr（TA15）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 | 耐食性と構造強度を与える母材元素 |
アルミニウム（Al） | 6.0–7.0 | α安定化元素、高温強度を向上 |
モリブデン（Mo） | 0.8–1.2 | β安定化元素、クリープ・疲労耐性を向上 |
バナジウム（V） | 0.8–1.2 | 強度と相安定性を向上 |
ジルコニウム（Zr） | 1.8–2.2 | クリープ耐性と熱安定性を促進 |
酸素（O） | ≤0.15 | 強度を向上させるが延性に影響 |
鉄（Fe） | ≤0.30 | 残留元素 |
水素（H） | ≤0.015 | 脆化防止のため低く管理 |
物理特性
特性 | 代表値 | 試験規格／条件 |
|---|---|---|
密度 | 4.52 g/cm³ | ASTM B311 |
融点範囲 | 1600–1650°C | ASTM E1268 |
熱伝導率 | 100°Cで7.0 W/m·K | ASTM E1225 |
電気抵抗率 | 20°Cで1.65 µΩ·m | ASTM B193 |
線膨張係数 | 8.6 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 | 1000–1150 MPa | ASTM E8/E8M |
耐力（0.2%） | 900–1050 MPa | ASTM E8/E8M |
伸び | ≥8% | ASTM E8/E8M |
硬さ | 330–370 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-6.5Al-1Mo-1V-2Zr（TA15）の主な特長
高い構造強度：引張強さが>1000 MPaで、航空宇宙グレード部品に適した疲労強度を備えており、高荷重の機体構造に最適です。
耐熱性・耐酸化性：最大500°Cまで構造健全性を維持し、長時間の使用でも変形や酸化に対して高い耐性を示します。
良好な溶接性：適切な溶接後熱処理を行うことで、機械特性への影響を最小限に抑えつつ、一般的な方法で溶接可能です。
優れた疲労寿命：ニアα組織により、ヘリコプターローターや航空機エンジンマウントなどの動的用途で長寿命を実現します。
TA15チタンのCNC加工における課題と解決策
加工上の課題
低熱伝導率：他のチタン合金と同様に、工具–切りくず界面に熱が蓄積しやすく、工具摩耗や熱変形を増大させます。
加工硬化と弾性回復：縦弾性係数115 GPaによりスプリングバックが生じ、加工硬化も速いため、高精度仕上げに影響します。
工具への凝着：冷却不足や不適切な工具形状では凝着しやすく、かじりや表面損傷につながります。
刃先のノッチ摩耗と切りくず制御：連続切りくずの発生とノッチ摩耗への対策として、切削形状とクーラント戦略の最適化が必要です。
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PVDコーティングインサート | 耐摩耗性と温度安定性 |
コーティング | AlTiNまたはTiSiN（≥4 µm） | かじりを抑制し工具寿命を向上 |
刃形 | 正すくい角、丸みのある刃先 | 発熱と切削抵抗を低減 |
切削速度 | 20–50 m/min | 熱負荷を制御 |
送り速度 | 0.10–0.25 mm/rev | 切りくず厚みを維持 |
クーラント | エマルジョンクーラント、≥100 bar | 冷却性と切りくず排出性を向上 |
Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr（TA15）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 |
TA15チタン部品の表面処理
熱間等方圧加圧（HIP）は、特に機体またはタービン部品において、構造健全性と疲労耐性を向上させます。
熱処理は通常、500～600°Cでの時効を含み、相分布とクリープ耐性を最適化します。
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により、アルファケース形成を回避しつつ有効に実施できます。
遮熱コーティング（TBC）は、特に排気系など熱や酸化環境に曝されるTA15部品を保護します。
CNC加工は、±0.01 mm級の厳しい公差で構造部材の製造を支援します。
放電加工（EDM）は、硬化したTA15に対しても熱歪みを抑えつつ微細形状の加工を可能にします。
深穴加工は、精密ボアや冷却チャネルに最適で、Ra ≤ 1.6 µmおよびL/D > 30:1を達成します。
材料試験には、機械試験、金属組織評価、クリープ試験、および航空宇宙・防衛向けQAのための非破壊検査が含まれます。
材料試験および分析
TA15合金部品は、引張およびクリープ試験、疲労解析、相・組織評価（SEM/XRD）、およびAMSまたはGB規格に基づく超音波／渦電流NDTにより検証されます。
