グレード 2 とグレード 5 チタン: 適切なグレードの選択

2 つのグレードのプロパティ ベースライン

どちらのグレードが一般的に優れているというわけではなく、正解は一般的なランキングからではなく、そのパートが果たさなければならない義務から導き出されます。グレード 2 は UNS 番号 R50400 の非合金チタンで、最小降伏強度は 275 MPa、最小引張強度は 345 MPa です。これは、伸びが約 20 パーセント、密度が約 4.51 g/cm3 の単相アルファ素材です。グレード 5 は、UNS 番号 R56400 の Ti-6Al-4V で、最小降伏強さは 828 MPa、最小引張強さは 895 MPa、伸びは約 10 パーセント、密度は約 4.43 g/cm3 です。この 2 つは同じ腐食ファミリーを共有しますが、機械的性能は同じではありません。

耐荷重負荷

部品が構造的負荷に耐える場合、疲労に耐える場合、または可能な限り軽量にする必要がある場合は、通常、グレード 5 が答えとなります。許容応力が高いため、設計者はより薄いセクションを使用でき、その結果として得られる軽量化は、特に航空宇宙やモータースポーツのコンポーネントにおいて、キログラムあたりの追加の材料コストを超えることがよくあります。グレード 5 は、表面が適切に仕上げられており、汚染がない場合、高サイクル用途での疲労性能も優れています。

部品が中程度の荷重がかかるシステムの圧力境界にある場合、または部品を曲げて現場で調整する必要がある場合は、延性と靭性により過負荷、熱移動、製造欠陥に対する安全マージンが得られるため、通常はグレード 2 がより良い選択となります。グレード 2 の圧力部品は目に見えて降伏し、破損する前に検出できますが、グレード 5 の部品に同じ過負荷がかかると突然の破損につながる可能性があります。

腐食性サービス

海水、塩化物、酸化性酸、および一般的な化学サービスでは、グレード 2 が確立された主力製品であり、コストとパフォーマンスの最適なバランスを提供します。グレード 5 は、腐食ではなく負荷のために選択されており、アルミニウムとバナジウムの添加により不動態皮膜の挙動が変化するため、過酷な環境では隙間攻撃や水素のピックアップに対してより影響を受けやすくなります。還元状態が強い場合、どちらのグレードも理想的ではないため、代わりにグレード 7 やグレード 12 などのパラジウムまたはモリブデン含有グレードを検討する必要があります。温度も同様に重要です。チタンまたはその合金は、特定の媒体中で周囲温度では良好に機能しますが、高温および高圧では異なる挙動を示す可能性があるため、腐食評価は実際の使用条件に対して行う必要があります。

溶接性と加工性

グレード 2 は標準的な不活性ガス手順で容易に溶接できるため、組み立てられた容器、配管、ダクトには当然の選択です。また、容易に曲げたり形成したりできるため、複雑な形状、伸縮継手、薄壁構造にとって重要です。

グレード 5 は溶接可能ですが、許容度は低くなります。強度が高いということは拘束応力が高いことを意味し、酸素汚染や硬くて脆い溶接部の形成に対してより敏感です。溶接には通常、適合するフィラー、パス間温度の厳密な制御、およびトレーリングおよびバックの完全なシールドが必要です。

グレード 5 の成形は室温では制限されており、一般に熱間成形または十分な曲げ半径が必要ですが、グレード 2 は中間焼鈍を行って冷間成形できます。

加工も異なります。どちらのグレードも摩耗し、熱伝導が悪くなりますが、グレード 5 の方が硬いため、工具の摩耗が大きくなり、切削パラメータをより厳しくする必要があります。

コスト、可用性、および選択のチェックリスト

グレード 2 は通常、1 キログラムあたりのコストが低い材料であり、チューブ、シート、プレート、バー、ワイヤー、鍛造品、ファスナーなどの幅広い製品形態で入手できます。グレード 5 はバー、プレート、および一部のチューブ サイズで広く在庫されていますが、特殊なセクションでは入手可能性が狭くなり、製造上の欠陥に対する許容度が低いため故障のコストが高くなります。購入者は、原材料の価格ではなく、完成品のコストも考慮する必要があります。グレード 5 で許容される薄いセクションにより総コストが削減できる一方で、グレード 5 で必要となる追加の成形と熱処理により総コストが増加する可能性があります。

実際の選定順序としては、まず管理義務を定め、次に環境を確認し、次に製造ルートを確認し、その後に価格を比較することになります。荷重と重量が主な場合は、グレード 5 を選択します。延性、溶接、および成形性を伴う腐食が主な場合は、グレード 2 を選択します。サービスが還元酸または熱塩化物ストリームの場合は、これら 2 つのいずれかを検討する前にグレード 7 またはグレード 12 に移行してください。最後に、発注書に記載された製品形状と納入状態が、焼鈍棒、冷間圧延板、溶接管など、設計が想定する特性値を実際に満たすことができることを確認します。

よくある質問

Q: グレード 5 は常にグレード 2 より強いのですか?

A: 焼きなまし状態では、降伏強度はおよそ 3 倍になりますが、冷間加工後はその差が縮まり、溶接または成形が不十分な場合、グレード 5 の利点はほとんど失われます。

Q: 海水に適したグレードはどれですか?

A: グレード 2。塩化物攻撃に対する完全な耐性と、より優れた延性および溶接性を低コストで兼ね備えているためです。グレード 5 は、腐食性能ではなく、強度のために選択されます。

Q: グレード 2 とグレード 5 を互いに溶接できますか?

A: はい、正しいフィラーの選択と完全な不活性ガスのシールドがあれば可能ですが、荷重経路が理解され、溶接部の汚染の色が検査されるように接合部を設計する必要があります。

Q: グレード 5 が冷間成形にあまり適していないのはなぜですか?

A: 強度が高く伸びが低いため、冷間変形が制限されるため、重成形は熱間で行うか、曲げ半径と許容値を大きくして行われます。

Q: 別のグレードを総合的に考慮する必要があるのはどのような場合ですか?

A: 使用媒体が還元酸または熱塩化物ストリームの場合、グレード 2 やグレード 5 よりも、グレード 7 やグレード 12 などのパラジウムまたはモリブデン含有グレードの方が適切です。