チタン：航空宇宙コンポーネント向けの軽量かつ耐久性に優れた選択

「材料科学」ブログシリーズの最新記事では、機械加工の世界へ踏み込みます。ここでは高強度チタンを取り上げ、そのメリットと弱点を整理し、次の機械加工プロジェクトに適した材料か判断する手助けをします。

チタンは、ヘリックスの折りたたみ自転車フレームのこの部品のように、低重量で強度と耐食性が求められるパーツに人気の材料オプションです。

特性と仕様

プロトラブズでは、チタン材料としてチタン グレード5 6Al-4Vを金属3Dプリント、CNCフライス、CNC旋盤で提供しています。本記事では機械加工プロジェクトで使用されるグレード5合金に焦点を当てます。この圧延チタン合金は最も広く使用されるグレードで、アルミニウムをα安定化元素、バナジウムをβ安定化元素とする二相α-β合金です。

チタン グレード5 6Al-4Vは非常に高い強度、耐久性、耐食性を備え、極低温（約-150℃）から800°F（約427℃）までの幅広い温度範囲で使用可能です。これらの特性により、ファスナー、圧力容器、高強度重量比が求められる重要な鍛造品など、多様な用途に適しています。

チタンの低熱膨張と約3,000°F（約1,650℃）の融点により、加熱時にも形状を良好に維持します。この合金は焼鈍状態または固溶化・時効処理状態で使用され、HRC硬度スケールでそれぞれ30-34、35-39を示します。

チタンと航空宇宙産業

デロイトの「2019年グローバル航空宇宙・防衛産業展望」が示す通り、航空宇宙・防衛産業の成長トレンドが続く中、生産需要も増加し続けています。航空宇宙・防衛用途の設計では材料選定が極めて重要です。地球を離れるコンポーネントでは、部品点数削減と軽量化が鍵となります。この分野の設計者・エンジニアは、1グラムの重量を飛ばすのに何オンスの燃料が必要かを知っており、わずかな軽量化が大きな利益を生みます。

チタン グレード5 6Al-4Vが軽量でありながら高強度と耐熱性を備えていることは、航空宇宙・航空産業で特に人気がある理由です。一般的な用途には、ジェットエンジン用コンプレッサーブレード、ディスク、リング、機体・宇宙カプセル部品、ロケットエンジンケース、ヘリコプターローターハブなどがあります。しかし、高温・耐食性に優れる一方で、チタンは電気伝導性が低く、電気用途には不向きです。アルミニウムなど他の軽量金属と比較しても高価です。

当社では、タイプI 非RoHS（黄色）、タイプII RoHS（クリア）、クラス1A（最大保護、塗装有無問わず）、クラス3（低電気抵抗が必要な最大保護）のめっきオプションを提供しています。

仕上げオプションでさらなる耐性を付与

クロメートめっきは、チタン機械加工パーツを一般的な摩耗から保護する優れた方法です。また、グレード5チタンの外観は加工度合いにより、素地のくすんだグレーから研磨後の光沢シルバーまで様々で、めっきは外観を向上させ一貫性を持たせる良い手段です。

クロメートめっきは化成処理であり、表面の化学的性質を変化させ酸化アルミニウム層を形成します。この保護層は耐食性と金属パーツの外観改善を提供します。これはアルミニウムパーツで利用可能な陽極酸化処理とは異なります。陽極酸化ではパーツを酸浴に浸し、金属を陽極（正極）、酸素豊富な酸浴を陰極として電気を流します。電気回路内で異極が引き合い、酸素が金属と結合し、表面により厚い保護層を形成して耐摩耗性と耐食性を付与します。

製造材料の詳細については、材料比較ガイドをご覧いただくか、無料のCNC加工材料セレクタをご注文ください。ポケットサイズのクイックリファレンスガイドで、次回プロジェクトに最適な材料を特定でき、パーツの用途に最も適した材料とプロセスを確保するための具体的な特性測定値が記載されています。