「アプローチチタン合金」: TC4チタン合金

TC4 (Ti-6Al-4V) チタン合金は、典型的なアルファ + ベータ二相チタン合金であり、現在最も広く使用され、よく開発されたチタン合金である。 この合金は、その低密度、高い比強度、良好な熱安定性、および優れた溶接性によって特徴付けられ、さまざまな用途に非常に効果的です。 航空宇宙、海洋、自動車、電気産業で耐力構造材料として広く使用されています。 たとえば、航空宇宙産業では、TC4チタン合金を使用して、宇宙ロケットのシェル、航空機エンジンのファンブレード、さまざまなビーム、フレーム、スライド、着陸装置のビームを製造できます。その他の主要な耐荷重構造コンポーネント、およびさまざまなタイプのファスナー。

材料の性能はその微細構造によって決定され、さまざまなタイプの微細構造がさまざまな機械的特性を決定し、さまざまな作業環境でのアプリケーションを可能にします。 TC4チタン合金は、熱処理プロセスに起因する微細構造の変化に非常に敏感です。 2つの相の比率、形態、分布など、微細構造のさまざまな特性は、熱処理と変形処理によって実現できます。 TC4チタン合金の一般的な微細構造には、次の4つのタイプが含まれます。下の図に示すように、等式、バスケット織り、バイモーダル、およびウィドマンシュテッテン構造です。

1) Equiaxed構造:
等価構造は、ベータ変換マトリックス上に分布する30% を超える等価アルファ相の存在を特徴としています。 この構造は一般に、十分な再結晶アニーリングと実質的な塑性変形の後、ベータ転移温度点より30〜100 °C低い温度で形成されます。 アニーリング温度が低く、塑性変形が広範囲になるほど、同等のアルファ相粒子の割合が細かくなり、高くなります。 同一構造は優れた全体性能を持ち、今日広く使用されており、高い伸び、断面縮小率、および優れた可塑性を提供します。 ただし、耐衝撃性、高温性能、破壊靭性、クリープ強度が低くなっています。

2) Basketweaveの構造:
バスケット織り構造は、ベータ変換マトリックス上に分布した織り交ぜられたプレートのようなアルファ相を特徴とし、全体的なバスケットのようなパターンを形成します。 この構造は通常、ベータ相領域で加熱または変形したときに形成され、変形はアルファベータ2相領域で終了します。 2相領域に大きな変形がある場合、短い板のようなアルファ相は球形化して同一構造を形成します。 バスケット織り構造は、高いクリープ強度と優れたクリープ耐性、優れた熱強度を備えており、高温で長期間使用されるコンポーネントの製造に適しています。 さらに、このタイプの構造は疲労亀裂の成長率が低く、損傷耐性が高い構造部品に適しています。 ただし、バスケット織り構造は可塑性が低く、熱安定性が低く、「ベータ脆性」を示す可能性があります。 これを回避する方法は、ベータ相領域の加熱時間と温度を短縮し、元のベータ粒子のサイズを小さくすることです。

3) バイモーダル構造:
二峰性構造は、2種類の微細構造で構成されています。1つは同等のアルファ相で、含有量は30% 以下です。もう1つはベータ変換構造です。ラメラのアルファ相とベータ相が交互に配置されています。 この構造は、一般に、アルファベータ2相領域の高温でのアニーリングまたは変形によって得られます。 二峰性構造は、同種構造とバスケット織り構造の両方の形態学的特徴を示すためEs、それはまた両方の性能の利点を兼ね備えています。 同一構造と比較して、二峰性構造は、破壊靭性、耐疲労性、クリープ強度、および長期強度が高くなっています。 バスケット織り構造と比較して、バイモーダル構造は、より優れた可塑性、耐熱性、室温強度、および耐疲労性を提供します。

4) Widmanst ä tten構造:
Widmanst ä tten構造では、元の粗いベータ粒界がはっきりと見えます。 ベータ粒子は、ベータ変換構造に配置された交互のラメラアルファ相とベータ相で構成され、ラメラアルファ相は細くてまっすぐであり、平行配置で高いアスペクト比を持っています。 このタイプの構造は、ベータ単相領域の加熱温度が高すぎて変形の程度が低く、その後にゆっくりと冷却されるときに形成されます。 Widmanst ä tten構造は、優れたクリープ耐性、長期強度、および破壊靭性を備えています。 ただし、粗い元のベータ粒子と連続的なアルファ粒界が存在するため、鋼の過熱構造と同様に、その可塑性は非常に低くなります。 これは実際の生産プロセスではできるだけ避けるべきです。