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チタン合金の金属特性

熱伝導率が低いため、加工中に発生する熱が工具切れ刃に集中する。

チタン合金の高い加工硬化特性も境界部分のノッチ摩耗につながる。

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。

航空機産業のトレンド

"チタン合金採用量は5%の成長率で伸び続けており、その他の金属よりもその率は高い."

チタン合金は一般的に板材、棒材で鍛造、または鋳造により製造される。
Buy-to-Fly 比(BTF) は10~16であり、これは10kgの材料が仕上げ加工後には1kgの部品 として完成を意味する。

挑戦

高いBuy-to Flyの比率のため、高い加工性能が求められる。
チタン合金の粗加工では切れ刃が長時間高温にさらされる。

チタン合金の化学反応性が高いので、切りくずが切れ刃に溶着しやすくなり、このため、工具の初期摩耗が発生しやすい 。また、切りくずと切れ刃の接触面積は小さいため、切れ刃への応力集中が発生し、同時に高熱による工具の摩耗も発生しやすい。

工具に求められる要点

  • 工具剛性/安定性
  • 加工熱の管理
  • クーラント供給
  • 靭性の高い工具材種
  • 耐熱性のあるコーティング
  • 耐化学反応性の高いコーティング
  • 低抵抗の切れ刃形状
  • 高いMRR(金属除去量)

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