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チタン合金の金属特性:

アルミ合金と比べて、チタン合金、スチール合金、その他ニッケル合金は引っ張り強さが高いため、それらの加工は非常に難しい。航空機で用いられる高張力鋼は1000MPa以上である一方、アルミ合金は300MPa前後の範囲にとどまる。

α-ß(アルファ‐ベータ)合金

α-ß チタンはα相とβ相の両方の特性を持った合金で、互いの特性によってその性質は安定している。α-ß チタンの代表はTi6Al4Vで、航空機業界で多く採用されている。これに分類される合金は成型しやすく、室温・中高温での高い引っ張り強さが特長となる。熱処理を施すことで、これら金属特性を変更できる。

ß (ベータ)合金

ßチタンはV、Nb、Ta、Moといった添加物が含まれていることで、ß相の安定が保たれている。ßチタンに代表される合金は Ti11.5Mo6Zr4.5Sn、Ti15V3Cr3Al3Sn、 Ti5553で、ßチタンは熱処理、溶接が可能で耐高温性がある。材料の形成するのが容易で複雑な形状な部品にも採用されている。 しかし、低温環境では粘り強さが失われ、脆くなる性質がある。 ßチタンはシート、加重の掛かる部位、ファスナー、スプリングなどの部品に多く採用される。

ステンレス鋼の金属特性

ステンレス鋼の特徴は含まれているクロムから影響を受ける。化学的に反応しやすい物質で、耐酸化性が高いのが特徴です。酸はきめ細かく浸透し皮膜を生成する。鉄やNiと合金化された場合、耐食性の高い皮膜が形成される。

マルテンサイトステンレス鋼

マルテンサイト鋼は高い機械的抵抗特性が必要な場合に使用される。

最も一般的なステンレス鋼には13%のクロム(最大27%) 含まれ、炭素が最低0.08%(最大0.15%)含まれる。

航空機産業向けにマルテンサイト系ステンレス鋼の3つがよく採用されている。これらは硬度が変化するため切削加工が極めて困難となる。

15-5PH HRc 31~HRc 43
17-4PH HRc 28~HRc 43
13-8PH HRc 33~HRc 47

フェライト系ステンレス鋼 

フェライト系ステンレス鋼は強化処理が不可能である。 

この分類ではクロムを(30%まで)含有させることで耐火性を増す。

オーステナイト系ステンレス鋼

オーステナイト系ステンレス鋼は、その高い耐化学的安定性で銅や錫と同様な延性があるため、もっとも使用されている。クロム含有量はおよそ18%(最大30%)、ニッケル含有量はおよそ10%(最大36%)だが、炭素含有量は非常に少ない。オーステナイト系ステンレス鋼はチタンやニオブを添加することにより安定性が向上する。

航空機産業のトレンド

"高硬度鋼がシェアの30%を占めている。チタン合金が11%を占め、そのシェアは増えつつある 鋼が17%のシェアを占めている"

「難削材」と呼ばれている鋼、チタン合金は航空機産業に多く採用され、主にブラケット、コード、フラップ、トラックなどに使用されている。

挑戦

航空機部品の材料は板材または棒材で製造され、その価格はしばしば高額で、つまり、加工工賃は非常に高い。

各部品形状に加工機すべてが適切でない環境である一方、下記のような小さな加工プロセスの変更で加工が可能になることがある。 

  • 高速ミーリング
  • トロコイドミーリング
  • プランジイング&ボーリング
  • 低切込みの高送り加工

工具に求められる要点

  • 強度/安定性
  • クーラント
  • 安全性
  • 低抵抗・切れ刃処理
  • 高い金属除去量

Tooling Solutions

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