チタン合金管およびその他のチタン材料

1、低密度、高強度、高比強度

  チタンの密度は4.51g / cm3で、鋼の57%であり、鋼の半分強、アルミニウムの2倍未満、アルミニウムの3倍の強度があります。チタン合金の比強度は、一般的に使用されている工業用合金の中で最大です。チタン合金の比強度は、ステンレス鋼の3.5倍、アルミニウム合金の1.3倍、マグネシウム合金の1.7倍です。したがって、航空宇宙産業に欠かせない構造材料です。

  チタンと他の金属の密度と比強度を表1-1で比較します。

   表1-1チタンと他の金属の密度と比強度の比較

金属チタン(合金)鉄アルミニウム(合金)マグネシウム(合金)高強度鋼

密度/(g・cm-3)比強度4.5(29)7.87-2.7(21)1.74(16)-23

 

  2、優れた耐食性

  チタンの不動態化は、酸化皮膜の存在に依存します。酸化媒体での耐食性は還元媒体での耐食性よりもはるかに優れており、還元媒体で高速腐食が発生する可能性があります。チタンは、海水、湿った塩素、亜塩素酸塩と次亜塩素酸塩の溶液、硝酸、クロム酸、金属塩化物、硫化物、有機酸などの一部の腐食性媒体では腐食しません。ただし、チタンと反応して水素を生成する媒体(塩酸や硫酸など)では、一般にチタンの腐食速度が大きくなります。ただし、酸に少量の酸化剤を加えると、チタンは不動態化膜を形成します。したがって、チタンは、遊離塩素を含む塩酸中でも、硫酸-硝酸または塩酸-硝酸の混合物で耐食性があります。チタンの保護酸化皮膜は、少量の水や水蒸気が存在する場合でも、金属が水に触れると形成されることがよくあります。チタンが水をまったく含まない強力な酸化環境にさらされると、チタンはすぐに酸化し、激しい自然発火反応を引き起こす可能性があります。この種の挙動は、チタンと過剰な窒素酸化物を含む発煙硝酸との反応、およびチタンと乾燥塩素ガスとの反応で発生しました。ただし、この状態で反応が起こらないようにするには、ある程度の水が必要です。多くの場合、自然発火反応。この種の挙動は、チタンと過剰な窒素酸化物を含む発煙硝酸との反応、およびチタンと乾燥塩素ガスとの反応で発生しました。ただし、この状態で反応が起こらないようにするには、ある程度の水が必要です。多くの場合、自然発火反応。この種の挙動は、チタンと過剰な窒素酸化物を含む発煙硝酸との反応、およびチタンと乾燥塩素ガスとの反応で発生しました。ただし、この状態で反応が起こらないようにするには、ある程度の水が必要です。

  3、良好な耐熱性

   一般に、アルミニウムは150°Cで元の高い機械的特性を失い、ステンレス鋼は310°Cで失われますが、チタン合金は約500°Cで良好な機械的特性を維持します。機体の速度が音速の2.7倍に達すると、機体機構の表面温度は230℃に達します。アルミニウムおよびマグネシウム合金は使用できなくなりましたが、チタン合金は要件を満たすことができます。チタンは耐熱性に優れています。航空エンジンコンプレッサーのタービンディスクやブレード、飛行機の後部胴体の外板に適しています。

  4、良好な低温性能

  一部のチタン合金(Ti-5Al-2.5SnELIなど)の強度は温度の低下とともに増加しますが、塑性はそれほど低下しません。低温でも優れた延性と靭性を持ち、超低温での使用に適しています。液体水素および液体酸素ロケットエンジンで使用することも、有人宇宙船の超低温コンテナおよび貯蔵タンクとして使用することもできます。

  5、非磁性

  チタンは非磁性です。潜水艦の砲弾に使用され、地雷の爆発を引き起こしません。

  6、小さな熱伝導率

  チタンと他の金属の熱伝導率を次の表で比較します。

金属TiAl Fe Cu

熱伝導率/ W・(m・K)17212 85255

 

  チタンの熱伝導率は小さく、鋼の1/5、アルミニウムの1/13、銅の1/25にすぎません。熱伝導率が低いことはチタンの欠点ですが、チタンのこの機能は状況によっては使用できます。

  7、弾性率が小さい

金属チタンアルフェ

弾性率/ GPa108 72196

 

  チタンの弾性率は鉄の約55%です。構造材料として使用する場合、弾性率が低いことは欠点です。

   8.引張強さは降伏強さに近い

  Ti-6Al-4Vチタン合金の引張強度は960Mpa、降伏強度は892MPaです。2つの違いはわずか58Mpaです。

  チタンと他の金属の引張強度と降伏強度の比較を次の表に示します。

強度チタン合金(Ti-6Al-4V)18-8ステンレス鋼アルミニウム合金

引張強さ960608 470

降伏強度892255 294

 

   9.チタンは高温で容易に酸化されます

   チタンは水素や酸素と強い結合力を持っているため、酸化や水素吸収を防ぐように注意する必要があります。チタン溶接は、汚染を防ぐためにアルゴン保護下で実行する必要があります。チタンチューブと薄板は真空下で熱処理する必要があり、チタン鍛造品は熱処理中に微小酸化性雰囲気で制御する必要があります。

  10、低減衰抵抗

チタンやその他の金属材料(銅、鋼)を使用して、まったく同じ形状とサイズの時計を作成します。それぞれの時計を同じ力でたたくと、チタン製の時計が振動し、音が長持ちします。打撃によってベルに与えられたエネルギーは簡単には消えません。

  チタンおよびチタン合金加工材料の特殊機能:

  11、形状記憶機能

  Ti-50%Ni(原子分率)合金は、特定の温度条件下で元の形状を復元する能力があるため、チタン形状記憶合金と呼ばれます。

  12、超伝導機能

  NbTi合金では、温度が絶対零度に近づくと、NbTi合金で作られたワイヤは抵抗を失い、任意の大電流を流すことができます。ワイヤーは熱を発生せず、エネルギーを消費しません。したがって、NbTi合金は超電導材料と呼ばれます。

  13、水素吸収機能

  Ti-50%Fe(原子分率)合金は、水素を大量に吸収する能力があります。Ti-Fe合金のこの特徴を利用して、水素を安全に貯蔵することができます。つまり、水素を貯蔵するために鋼製の高圧ガスボンベが必ずしも使用されるとは限りません。特定の条件下では、水素貯蔵Ti-Fe合金も水素を放出する可能性があるため、水素貯蔵材料と呼ばれます。 

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