チタンは、高い強度重量比、優れた耐食性、生体適合性で知られる注目すべき金属です。これらの特性により、航空宇宙、医療、化学処理などのさまざまな業界で人気があります。チタンのサプライヤーとして、お客様の多様なニーズに応えるためにチタンをどのようにさまざまな形状に成形するかについてよく質問を受けます。このブログ投稿では、チタンの成形に使用されるさまざまな方法を詳しく掘り下げ、当社が提供する製品の一部を紹介します。
チタンの抽出と初期処理
成形プロセスについて説明する前に、チタンが鉱石からどのように得られるかを理解することが重要です。チタン鉱石、通常はイルメナイトまたはルチルが最初に採掘され、次に二酸化チタンを抽出するために処理されます。次に、これは一連の化学反応を通じて四塩化チタンに変換されます。四塩化チタンは、クロール法でマグネシウムまたはナトリウムを使用してさらに還元されてスポンジチタンになります。このスポンジチタンは溶解され、インゴットに鋳造され、これがほとんどのチタン製品の出発材料となります。
チタンを鍛造で形づくる
鍛造は、チタンを含む金属を成形する最も古く、最も広く使用されている方法の 1 つです。鍛造プロセスでは、チタンのインゴットを特定の温度に加熱し、ハンマーで叩くかプレスして目的の形状にします。このプロセスは、開放型鍛造技術または密閉型鍛造技術のいずれかを使用して行うことができます。
自由金型鍛造では、2 つの平らな金型またはわずかに輪郭のある金型の間でチタンを成形します。この方法は高い柔軟性を実現し、大型部品やカスタム形状の部品によく使用されます。一方、密閉型鍛造では、チタンを完全に取り囲む一連の金型を使用するため、より正確で複雑な形状が得られます。鍛造はチタンを成形するだけでなく、金属の粒子構造を揃えることによってチタンの機械的特性を向上させます。
チタンをシートやプレートに圧延する
圧延は、チタンをシートやプレートに成形するために使用されるもう 1 つの一般的な方法です。このプロセスでは、チタンインゴットを一連のローラーに通し、厚さを減らし、長さと幅を広げます。圧延プロセスは、最終製品の望ましい特性に応じて、高温または低温で行うことができます。
熱間圧延は通常、厚板の製造に使用され、チタンの再結晶温度を超える温度で行われます。これにより、金属が容易に変形し、良好な機械的特性を備えたきめの細かい構造が得られます。一方、冷間圧延は、より薄いシートを製造するために使用され、室温で行われます。冷間圧延によりチタンの表面仕上げと寸法精度を向上させることができますが、同時に硬度が増加し、延性が低下します。
弊社が提供する商品のひとつ、AMS4911 ASTM B265 6al4v グレード 5 チタン プレート、熱間圧延プロセスと冷間圧延プロセスを組み合わせて製造されます。このグレードのチタンは、高強度、優れた耐食性、良好な溶接性で知られており、航空宇宙産業、海洋産業、医療産業の幅広い用途に適しています。
チタンの押出加工
押出成形は、チタンのビレットをダイに押し込んで、一定の断面を持つ連続的な形状を作成するプロセスです。この方法は、チューブ、ロッド、プロファイルの製造に一般的に使用されます。押出プロセスは、形状の複雑さとチタンの特性に応じて、高温または低温で行うことができます。
熱間押出は通常、複雑な形状を製造するために使用され、チタンの再結晶温度を超える温度で行われます。これにより、金属が金型を通過しやすくなり、滑らかな表面仕上げが得られます。一方、冷間押出は単純な形状を製造するために使用され、室温で行われます。冷間押出はチタンの機械的特性を向上させることができますが、より大きな力が必要となり、表面に欠陥が生じる可能性があります。
チタン加工
機械加工は、さまざまな切削工具を使用してチタンのワークピースから材料を除去するプロセスです。この方法は、複雑な形状と正確な寸法の部品を製造するために使用されます。チタンの機械加工は、強度が高く、熱伝導率が低く、加工硬化する傾向があるため、困難な場合があります。ただし、適切なツールとテクニックを使用すれば、高品質の結果を達成することが可能です。
チタンの一般的な機械加工操作には、旋削、フライス加工、穴あけ、研削などがあります。旋削では、切削工具がその外面から材料を除去しながら、工作物を回転させます。フライス加工は旋削加工に似ていますが、回転する切削工具がワークピースに沿って移動して材料を除去します。チタンに穴を開けるのはドリル加工、ワークの表面を仕上げるのは研削加工で、滑らかで精密な仕上がりが得られます。
溶接チタン
溶接は、2 つ以上のチタン部品を接合するために使用されるプロセスです。この方法は、航空機のフレームや医療用インプラントなどの構造やコンポーネントの製造に一般的に使用されます。チタンは高温で酸素、窒素、水素との反応性が高いため、溶接が困難な場合があります。したがって、アルゴンやヘリウムなどのシールドガスを使用して溶接領域を汚染から保護することが重要です。
チタンには、ガスタングステンアーク溶接 (GTAW)、ガスメタルアーク溶接 (GMAW)、電子ビーム溶接 (EBW) などのいくつかの溶接技術を使用できます。 GTAW は TIG 溶接としても知られ、その正確な制御と高品質な溶接によりチタンを溶接する一般的な方法です。 MIG 溶接としても知られる GMAW は、より高速で経済的な方法ですが、良好な結果を得るにはより多くのスキルと経験が必要です。 EBW は、厚いチタン部品の溶接に使用される高エネルギー溶接プロセスで、歪みを最小限に抑えながら深い溶接溶け込みを実現できます。
その他の成形方法と製品
上記の方法に加えて、粉末冶金、インベストメント鋳造、3D プリンティングなど、チタンの成形には他にもいくつかの技術が使用されています。粉末冶金では、チタン粉末を圧縮および焼結して固体部品を作成します。インベストメント鋳造は、複雑な形状を高精度で滑らかな表面仕上げを行うために使用されるプロセスです。積層造形としても知られる 3D プリンティングを使用すると、複雑な形状のカスタマイズされたチタン部品を作成できます。
当社のユニークな製品の 1 つである、PEM電解白金チタン繊維フェルト、特殊な製造プロセスを使用して生産されています。この製品は水素製造用の固体高分子交換膜（PEM）電解システムに使用されており、優れた触媒活性と耐久性を備えています。もう一つの製品、チタンワイヤーメッシュフィルターバッグは、チタンワイヤーを編んで作られており、化学処理や水処理などのさまざまな産業の濾過用途に使用されています。
結論
チタンのサプライヤーとして、当社はお客様の特定のニーズを満たす高品質の製品を提供することの重要性を理解しています。さまざまな成形方法を活用することで、さまざまな形状やサイズのチタン製品を幅広く提供することができます。シンプルなチタンプレートが必要な場合でも、複雑なカスタム形状の部品が必要な場合でも、当社にはお客様の要件を満たす専門知識と能力があります。
チタン製品のご購入をご検討されている方、また当社の製品についてご質問がございましたら、お気軽にお問い合わせください。当社の専門家チームが喜んでお客様の調達ニーズをお手伝いし、当社の製品とサービスに関する詳細情報を提供いたします。
参考文献
-ASM ハンドブック、ボリューム 14A: 金属加工: バルク成形
-Titanium: A Technical Guide、第 3 版、Don Eylon 著
-ジョン・C・リッポルド著『チタンとチタン合金の溶接』
