チタン合金 TA2
チタン合金TA2の概要
チタン合金TA2（グレード2チタン）は、市販純チタン（Commercially Pure Titanium）に分類され、TA1よりもやや高い強度を持ちながら、優れた耐食性と成形性を維持します。中程度の強度、優れた溶接性、腐食環境下での耐久性が求められる用途で幅広く使用されています。
TA2は、航空宇宙、化学プロセス、海洋、医療分野における精密部品に特に適しています。耐圧性と高い熱安定性により、厳しい公差と長寿命が求められるCNC加工チタン部品の製造に理想的です。TA2は高度なCNC加工サービス（高精度・高効率加工）によって製造されることが多く、品質と加工安定性の両立に貢献します。
チタン合金TA2の化学的・物理的・機械的特性
化学成分（代表値）
元素 | 成分範囲（wt.%） | 主な役割 |
|---|---|---|
チタン（Ti） | 残部（≥98.5） | 耐食性と構造健全性を提供 |
酸素（O） | ≤0.25 | 延性低下を最小限にしつつ強度を向上 |
窒素（N） | ≤0.03 | 引張特性と硬さを向上 |
炭素（C） | ≤0.08 | 結晶粒成長を抑制し、, 機械強度に寄与 |
鉄（Fe） | ≤0.3 | 溶接性と靭性に影響する残留元素 |
水素（H） | ≤0.015 | 脆化防止のため管理が必要 |
物理特性
特性 | 代表値 | 試験規格/条件 |
|---|---|---|
密度 | 4.51 g/cm³ | ASTM B311 |
融点範囲 | 1660–1670°C | ASTM E1268 |
熱伝導率 | 16.4 W/m·K（100°C） | ASTM E1225 |
電気抵抗率 | 0.46 µΩ·m（20°C） | ASTM B193 |
熱膨張係数 | 8.9 µm/m·°C（20–1000°C） | ASTM E228 |
比熱容量 | 545 J/kg·K（20°C） | ASTM E1269 |
ヤング率（弾性率） | 103 GPa（20°C） | 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 | 345–485 MPa | ASTM E8/E8M |
耐力（0.2%） | 275–410 MPa | ASTM E8/E8M |
伸び | ≥20% | ASTM E8/E8M |
硬さ | 160–200 HB | ASTM E10 |
耐クリープ性 | 中程度 | ASTM E139 |
疲労強度 | 良好 | ASTM E466 |
チタン合金TA2の主な特長
強化された耐食性: TA2は、海水、酸、アルカリ媒体に対して優れた耐食性を示します。緻密な酸化皮膜（TiO₂）を形成するため、化学反応器、海洋用熱交換器、復水器チューブなどに適しています。
中程度の強度と優れた延性: 引張強さ最大485 MPa、伸び≥20%により、強度と成形性のバランスが良く、深絞りや冷間成形で複雑形状に加工可能です。
優れた溶接性: 侵入型元素の汚染が少なく、溶融溶接時の脆化に強いため、圧力容器、配管システム、航空宇宙・医療機器の溶接フレームに最適です。
生体適合性: 非毒性で人体組織との親和性が高く、外科用インプラントや歯科用金具などの材料として選定されます。
チタン合金TA2のCNC加工における課題と解決策
加工上の課題
熱の蓄積: 熱伝導率が鋼より低い（約16.4 W/m·K）ため、切削点温度が急上昇し、工具摩耗が増加します。
工具への凝着・かじり: 高温で切刃に材料が付着しやすく、構成刃先が形成され、表面品位を損なう可能性があります。
弾性回復: 弾性率103 GPaにより、仕上げ加工でスプリングバックが発生しやすく、寸法精度の確保が難しくなります。
中程度の加工硬化: 工具圧によって硬化しやすく、連続的な切りくず排出が不十分だと表面硬化を招きます。
最適化された加工戦略
工具選定
パラメータ | 推奨 | 根拠 |
|---|---|---|
工具材種 | 微粒超硬、CBNインサート | 発熱と加工硬化に対抗 |
コーティング | TiSiN、AlTiN（3–5 µm） | 凝着を抑え、遮熱性を向上 |
形状 | 鋭い刃先、高いすくい角、低ヘリックス | 切削抵抗を低減し、かじりを抑制 |
切削速度 | 30–80 m/min | 表面品位と工具寿命のバランス |
送り | 0.08–0.25 mm/rev | 適切な切りくず厚で放熱を確保 |
クーラント | 高圧エマルション（≥80 bar） | 放熱と切りくず排出性を向上 |
チタンTA2の切削条件（ISO 3685準拠）
工程 | 切削速度（m/min） | 送り（mm/rev） | 切込み（mm） | クーラント圧（bar） |
|---|---|---|---|---|
荒加工 | 20–30 | 0.15–0.25 | 2.0–3.0 | 70–100（スルーツール） |
仕上げ加工 | 35–60 | 0.05–0.10 | 0.3–0.5 | 100–150 |
チタンTA2部品の表面処理
熱間等方圧加圧（HIP）は、微小空隙を除去して密度を向上させることで、重要なTA2構造部品の疲労強度を高めます。
熱処理では、540–650°Cでの応力除去焼なましを含み、寸法安定性と加工性の改善に有効です。
超合金溶接は、歪みを最小限に抑えた高強度溶接を実現し、薄肉および高圧アセンブリに適しています。
遮熱コーティング（TBC）は、熱的に過酷な環境でTA2部品を保護し、表面酸化と熱疲労を低減します。
CNC加工は、工業・航空宇宙グレードのTA2部品に求められるサブミリ精度と複雑形状の実現に不可欠です。
放電加工（EDM）は、機械的応力を導入せずに、厳しい公差形状や微細穴を高精度で加工するのに有用です。
深穴加工は、直進度<0.3 mm/m、内壁仕上げ（Ra ≤ 1.6 µm）を確保し、TA2の流路やインジェクタ用途に適しています。
材料試験（引張、XRD、SEMなど）により、航空宇宙および医療グレードの品質基準への適合を確認します。
材料試験・解析
TA2の試験プロトコルには、機械試験（引張、疲労、硬さ）、金属組織評価、さらに超音波探傷や渦流探傷などの非破壊検査（NDE）が含まれ、部品健全性を保証します。
チタン合金TA2の産業別用途
航空宇宙: 強度と耐食性により、燃料タンク、ブラケット、環境ダクトなどに使用されます。
化学プロセス: 酸化性/還元性媒体に対する耐性が高く、反応器、ポンプ、耐酸配管などに利用されます。
医療: 高純度・生体適合性・低弾性率が求められるインプラント、整形外科用プレート、手術器具などに適しています。
海洋: 海水・ブライン環境に曝されるファスナー、熱交換器、淡水化チューブなどに使用されます。
発電: 塩化物や酸への曝露がある復水器、スクラバー、排気システムなどに採用されます。
