Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo（Grade 7）
Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo（Grade 7）の概要
Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Moは、一般にGrade 7チタンとして知られる高強度のα-β型合金で、高温環境での使用を目的に特別に設計されています。優れたクリープ耐性、良好な溶接性、強い耐食性を備えており、航空宇宙のタービン部品や先進推進システムで広く使用されています。
構造安定性が高く、酸化性環境下でも安定した性能を発揮するため、Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Moは高精度なCNC加工チタン部品に最適です。メーカーは高精度なCNC加工サービスを活用し、繰返し応力と極端な高温に晒されるミッションクリティカル部品に対して、厳しい公差要求を満たしています。
Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo（Grade 7）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 | 構造健全性と耐食性を付与 |
アルミニウム（Al） | 5.5–6.5 | α安定化元素、高温強度を向上 |
スズ（Sn） | 1.8–2.5 | クリープ耐性と熱安定性を向上 |
ジルコニウム（Zr） | 3.6–4.5 | 耐酸化性を向上 |
モリブデン（Mo） | 5.5–6.5 | 焼入れ性と疲労強度を高めるβ安定化元素 |
ケイ素（Si） | ≤0.25 | クリープ特性を改善 |
酸素（O） | ≤0.15 | 固溶強化（侵入型元素） |
鉄（Fe） | ≤0.30 | 残留元素 |
水素（H） | ≤0.015 | 水素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 | 4.65 g/cm³ | ASTM B311 |
融点範囲 | 1600–1670°C | ASTM E1268 |
熱伝導率 | 100°Cで6.4 W/m·K | ASTM E1225 |
電気抵抗率 | 20°Cで1.68 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 | 112 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 | 895–1000 MPa | ASTM E8/E8M |
耐力（0.2%） | 825–900 MPa | ASTM E8/E8M |
伸び | ≥10% | ASTM E8/E8M |
硬さ | 320–360 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-6Al-2Sn-4Zr-6Mo（Grade 7）の主な特長
卓越したクリープ強度：最大500°Cまでの温度域で長時間の曝露に耐え、タービンエンジンや遮熱構造に最適です。
高温疲労耐性：熱的・機械的負荷の繰返し条件下で性能を発揮するよう設計されており、ジェットエンジンおよびアフターバーナー環境で優れた特性を示します。
耐食性および耐酸化性：SnとZrの添加により緻密な酸化皮膜の形成が促進され、酸化性雰囲気中でのスケーリングに対して強い耐性を付与します。
良好な溶接性：合金元素量が多いにもかかわらず、Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Moは後熱処理（溶接後熱処理）を併用することで、強度と組織を維持しつつ信頼性の高い溶接が可能です。
Grade 7チタンのCNC加工における課題と解決策
加工上の課題
高強度と低熱伝導：引張強さが1000 MPaに迫り、熱伝導率も6.4 W/m·Kと低いため、切削時には熱管理を慎重に行う必要があります。
強い加工硬化：切りくず負荷が不十分だと急速に加工硬化し、工具損傷や寸法不良につながる可能性があります。
工具への凝着と刃先摩耗：合金が工具に付着しやすく、特に無コートインサートでは摩耗（アブレシブ摩耗）が進行しやすくなります。
スプリングバックと弾性回復：縦弾性係数が高い（112 GPa）ため弾性たわみが生じ、仕上げパスでの形状管理が難しくなります。
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 | サブミクロン超硬またはCBNインサート | 高靭性合金に適し、耐熱性が高い |
コーティング | AlTiNまたはTiSiN（3–5 µm PVD） | 熱保護を向上し、かじりを最小化 |
刃形 | 正すくい角、ホーニング刃先 | 切削抵抗と凝着を低減 |
切削速度 | 20–50 m/min | 発熱と工具摩耗を低減 |
送り速度 | 0.08–0.20 mm/rev | 切りくず厚さを維持 |
クーラント | 高圧エマルジョン ≥100 bar | 冷却と切りくず排出を強化 |
Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo（Grade 7）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 | 45–65 | 0.05–0.10 | 0.2–0.5 | 100–150 |
Grade 7チタン部品の表面処理
熱間等方圧加圧（HIP）は内部空隙を除去し、構造タービン部品の機械強度と疲労寿命を向上させます。
熱処理により、550～650°Cで2～8時間の時効処理を行い、クリープ耐性と相安定性を改善します。
スーパーアロイ溶接は、適合するTi-6-2-4-6系溶加材を用いて、圧力系統および航空宇宙アセンブリにおける確実な接合を実現します。
遮熱コーティング（TBC）は、エンジンや反応器での熱酸化および火炎曝露からGrade 7部品を保護します。
CNC加工により、タービンリング、ダクト、ホットセクション部品を±0.01 mmレベルの精度で高公差加工できます。
放電加工（EDM）は、熱影響部を生じさせることなく、複雑形状や薄肉部品の精密加工を可能にします。
深穴加工は、冷却チャネル向けに高いL/D比を実現し、穴の真直度<0.3 mm/mおよびRa ≤ 1.6 µmに対応します。
材料試験には、SEM、クリープ試験、超音波NDT、相安定性評価が含まれ、航空宇宙およびエネルギー産業の要求仕様に適合させます。
材料試験および分析
検証には、高温域での機械試験、クリープ破断解析、相評価のためのXRD、ならびに航空宇宙規格に準拠した全数超音波／渦流探傷検査が含まれます。
