Ti-7Al
Ti-7Alの概要
Ti-7Al（別名：チタン-7アルミニウム）は、長期安定性、優れた耐クリープ性、強化された耐酸化性が求められる高温構造用途向けに開発されたニアα型チタン合金です。高いアルミニウム含有量により相安定性と高温での強度保持が促進され、航空宇宙、海洋、発電分野の環境に最適です。
Ti-7Alは通常、焼鈍または溶体化処理状態で加工され、高精度なCNC加工チタン部品として製造できます。これらの部品は、特に航空機コンプレッサー部品、エンジン高温部品、酸化雰囲気下の用途において、高度なCNC加工サービスにより高精度かつ安定した品質で生産されます。
Ti-7Al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・耐酸化性を備えた母相（基体） |
アルミニウム（Al） | 6.5–7.5 | α安定化元素として高温強度を向上 |
酸素（O） | ≤0.15 | 合金を強化（延性確保のため管理が必要） |
炭素（C） | ≤0.08 | 残留元素 |
水素（H） | ≤0.015 | 脆化防止のため制御 |
窒素（N） | ≤0.03 | 微量残留成分 |
鉄（Fe） | ≤0.25 | 残留元素 |
物理的特性
特性 | 代表値 | 試験規格／条件 |
|---|---|---|
密度 | 4.48 g/cm³ | ASTM B311 |
融点範囲 | 1600–1670°C | ASTM E1268 |
熱伝導率 | 6.4 W/m·K（100°C） | ASTM E1225 |
電気抵抗率 | 1.65 µΩ·m（20°C） | ASTM B193 |
線膨張係数 | 8.4 µm/m·°C | ASTM E228 |
比熱容量 | 560 J/kg·K（20°C） | ASTM E1269 |
縦弾性係数 | 116 GPa | ASTM E111 |
機械的特性（焼鈍状態）
特性 | 代表値 | 試験規格 |
|---|---|---|
引張強さ | 830–900 MPa | ASTM E8/E8M |
耐力（0.2%） | 780–850 MPa | ASTM E8/E8M |
伸び | ≥12% | ASTM E8/E8M |
硬さ | 270–300 HB | ASTM E10 |
耐クリープ性 | 500°Cまで優秀 | ASTM E139 |
耐疲労性 | 高い | ASTM E466 |
Ti-7Alの主な特長
高温強度：450°Cを超える環境でも優れた機械的健全性を維持し、高性能航空エンジンおよび構造に適します。
卓越した耐酸化性：高いAl含有量により安定したTiO₂-Al₂O₃ナノ粒子膜の形成を助け、熱スケール（酸化皮膜）に対する耐性を付与します。
優れた耐クリープ特性：高温での長時間荷重下でも、寸法および機械特性の長期安定性を提供します。
良好な溶接性：適切な不活性ガスシールドと溶接後熱処理により、溶融溶接が可能です。
Ti-7AlのCNC加工における課題と対策
加工上の課題
加工硬化：加工中に硬化しやすく、適切な送り条件がないと後続パスが難しくなります。
低い熱伝導率：切削域近傍に熱が蓄積し、熱損傷リスクの増加や工具寿命の短縮につながります。
弾性回復：中程度の弾性率によるスプリングバックが、仕上げ加工での寸法公差に影響します。
酸化皮膜表面の硬さ：熱処理後または酸化した表面は研磨性が高く、工具摩耗を増加させ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 | 理由 |
|---|---|---|
工具材質 | 微粒超硬 または CBN | 熱および研磨摩耗に対する高い耐性を確保 |
コーティング | AlTiN または TiCN | 耐熱性を向上し、工具摩擦を低減 |
形状 | 正すくい角、ホーニング刃 | 切削抵抗を低減し、切りくず凝着を抑制 |
切削速度 | 20–45 m/min | 熱影響と表面品質を制御 |
送り | 0.10–0.20 mm/rev | 効率的な切りくず排出と仕上げ面を確保 |
クーラント | 高圧エマルジョン ≥100 bar | 熱と切りくず制御に必須 |
Ti-7Al切削条件（ISO 3685準拠）
工程 | 速度（m/min） | 送り（mm/rev） | 切込み量（mm） | クーラント圧（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 | 40–50 | 0.05–0.10 | 0.2–0.5 | 100–150 |
Ti-7Alチタン部品の表面処理
熱間等方圧加圧（HIP）は疲労強度を改善し、微細組織を緻密化することで、航空宇宙タービン部品において重要な効果を発揮します。
熱処理は、700～850°Cでの焼鈍または時効処理を含み、耐クリープ性の向上と応力緩和を促進します。
耐熱合金溶接は、不活性ガスシールド下で高強度の溶接継手を形成し、熱処理により機械特性の一貫性を確保します。
遮熱コーティング（TBC）は、エンジンケースや酸化雰囲気下の用途に対して耐熱性を向上させます。
CNC加工は、航空宇宙および防衛用途の精密部品に対し、厳しい公差での生産を実現します。
放電加工（EDM）は、難削部位における超高精度形状加工を可能にします。
深穴加工は、L/D >30:1の長尺チャネルを形成でき、表面粗さ≤1.6 µmを実現します。
材料試験には、クリープおよび引張特性の検証、組織観察、超音波欠陥検査が含まれます。
材料試験および解析
Ti-7Al部品は、クリープ破断試験、引張特性評価、相同定のためのXRD、SEM観察、ならびに航空宇宙品質規格に準拠した超音波検査により検証されます。
