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ばねのチタン材料の種類

チタンは885℃を境に、低温側はα相に、高温側はβ相になり性質が変わります。工業的に使用されるチタン合金は、化学成分を添加してα相とβ相の比率を調整し、加工に適した合金にしています。

 

チタンは、純チタン・αチタン合金・α-βチタン合金・βチタン合金の種類があります。

 

α相を安定かさせる化学元素にはAl・O・N・Cがあります。また、β相を安定化させる化学元素にはV・Fe・Crなどがあります。

 

α相とβ相の性質は次のようになります。

 

  α相 β相
ヤング率 増大 低下
耐食性 増大 低下
クリープ強度 増大 低下
熱処理性 減少 向上
靭性 低い 高い
加工性 低い 高い
溶接性 高い 低い
比熱 低下 増大

 

 

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純チタン

純チタンは化学成分を含まないチタンのことです。しかし、純チタンは文字通りの「純チタン」ではありません。工業用純チタンは、FeとOを添加して機械的性質を調整しています。もともとFeもOも不純物だったのですが、チタン精錬の技術が上がり純度が高くなり過ぎたので、わざわざ添加するようになりました。

 

純チタンは工業用純チタンは、CP(Commercially Pure)といわれ、化学的な純チタンとは区別されています。

 

純チタンはJISでは3種類が定められています。工業用純チタンとしてはJIS2種が最も多く使用されています。バネ用としては、引張り強さが求めらるので、JIS3種の方が適しています。

 

 

■JIS規格 純チタンの化学成分

種類 JIS1種 JIS2種 JIS3種
記号 TW270 TW340 TW480
N 0.03以下 0.03以下 0.05以下
C 0.08以下 0.08以下 0.08以下
H 0.013以下 0.013以下 0.013以下
Fe 0.20以下 0.25以下 0.30以下
O 0.15以下 0.20以下 0.30以下

 

 

■JIS規格 純チタンの機械的性質

  JIS1種 JIS2種 JIS3種
引張り強さ(MPa) 270~410 340~510 480~620
伸び(%) 15以上 13以上 11以上

 

 

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αチタン合金

αチタン合金は高温や低温で安定的な機械性質を示します。また、耐食性については耐海水性に大変優れた材料です。しかし、αチタン合金には熱処理性がなく、加工性はそれほどよくありません。

 

JISでは1種類のαチタン合金が定められています。

 

 

■JIS規格 αチタン合金の化学成分

種類 JIS50種(Ti-1.5Al)
記号

TW1500

N 0.03以下
C 0.08以下
H 0.015以下
Fe 0.30以下
O 0.25以下
Al

1.00~2.00

 Ti-1.5Al…化学成分Alの前の1.5は成分%を示しています。

 

 

 

■JIS規格 αチタン合金の機械的性質

  JIS50種(Ti-1.5Al)
引張り強さ(MPa) 345以上
伸び(%) 20以上

 

AMS(航空宇宙材料規格)には、次のようなαチタン合金の規格があります。

AMS4926 Ti-5Al-2.5Sn

 

 

 

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α-βチタン合金

α-βチタン合金は、中くらいの強度で耐食性に優れた材料です。熱間加工性がよいのが特徴です。また、切削性や溶接性にもよい性質を示します。

 

JIS規格では2種類のα-βチタン合金が定められています。JIS61Fの方が切削性に優れています。

 

 

■JIS規格 α-βチタン合金の化学成分

種類 JIS61種(Ti-3Al-2.5V) JIS61F種(Ti-3Al-2.5V)
記号

TW3250

TAW3250F

N 0.03以下 0.05以下
C 0.08以下 0.10以下
H 0.015以下 0.015以下
Fe 0.25以下 0.30以下
O 0.15以下 0.25以下
Al

2.50~3.50

2.70~3.50

V

2.00~3.00

1.60~3.40
S 0.05~0.20
La+Ce+Pr+Nd 0.05~0.70

 La…ランタン(原子番号57)、Ce…セリウム(原子番号58)、Pr…プラセオジム(原子番号59)、Nd…ネオジム(原子番号60)

 

 

 

 

■JIS規格 α-βチタン合金の機械的性質

  JIS61種(Ti-3Al-2.5V)

JIS61F種(Ti-3Al-2.5V)

引張り強さ(MPa) 700~900 650以上
伸び(%) 9以上 6以上

 

AMS(航空宇宙材料規格)には、次のようなα-βチタン合金の規格があります。

AMS4972 Ti-8Al-1Mo-1V

AMS4981 Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo

AMS4983 Ti-10V-2Fe-3Al

 

Zr…ジルコニウム(原子番号40)

 

 

 

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βチタン合金

βチタン合金は冷間加工ができるチタン材料です。ヤング率が低く、疲れ強さが高い特徴があります。また、チタン合金の中で最も引張り強さが高く、ばね材料として優れた性質を持っています。

 

JISでは1種類のβチタン合金が定められています。

 

 

■JIS規格 βチタン合金の化学成分

種類 JIS80種(Ti-1.4Al‐24V)
記号

TW4220

N 0.05以下
C 0.10以下
H 0.015以下
Fe 1.00以下
O 0.25以下
Al

3.50~4.50

V

20.0~23.0

 

 

 

 

■JIS規格 βチタン合金の機械的性質

  JIS80種(Ti-1.4Al‐22V)
引張り強さ(MPa) 640~900
伸び(%) 6以上

 

AMS(航空宇宙材料規格)には、次のようなβチタン合金の規格があります。

AMS4983 Ti-13V-11Cr-3Al

AMS4983 Ti-3Al-8V-6Cr-4Zr-4Mo

AMS4983 Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al

 

 

 

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