1. 導入
チタングレード 2 一般エンジニアリングサービスで最も広く使用されている商業用純チタングレードです。.
非合金チタンです, 共通仕様では UNS R50400 として識別されます, ASTM および ASTM B265 などのインプラント関連規格にも記載されています。, ASTM B348, ASTM B338, ASTM B861/B862/B863, およびASTM F67, ISOも同様に 5832-2 外科用インプラント材料用.
実際に, それは「バランスの取れた」チタングレードです: 最も柔らかくない, 最強ではない, しかし、多くの場合、耐食性の最も実用的な組み合わせです。, 強さ, 溶接性, と形成性.
2. チタングレードとは 2?
チタン 学年 2 市販の純チタンです, つまり、その特性は主に、意図的な合金添加ではなく、厳密に制御された不純物レベルによってもたらされるということです。.
使用温度で, CPチタンは、hcp結晶構造を持つ単相アルファチタン材料です。; その挙動は化学によって支配される, 特に酸素, 鉄, およびその他のインタースティシャル, プラス粒径.
特徴
チタングレード 2 4つの実用的な特徴で知られています:
- 海水中での優れた耐食性, ブラインズ, 酸化性酸, 多くの塩化物を含む環境.
- 良好な延性と形成性, 高強度チタングレードよりも製造が容易.
- 適切な不活性シールドを使用した場合の信頼性の高い溶接性.
- 強力な強度重量比, 低密度で有用な室温強度を備えています.
3. チタングレードの代表的な化学組成 2
| 要素 | 上限 |
| fe | 0.30% |
| c | 0.08% |
| o | 0.25% |
| n | 0.03% |
| h | 0.015% |
| の | バランス |
これらの制限は任意ではありません. 市販の純チタンで, 酸素とその他の格子間物質は強度を高めますが、延性と成形のしやすさを徐々に低下させます。.
だからこそグレード 2 グレード 1 の最大成形性とグレード 4 の最大 CP 強度の間の中間点を占めます。.
ASTM F67 は、この段階的設計を明確に反映しています。: 許容できる酸素と鉄の含有量はグレードごとに上昇します 1 グレードまで 4, 一方、最小降伏強度は同じ方向に増加します.
4. 冶金と微細構造
使用温度で, 学年 2 本質的には 100% アルファチタン.
カーペンター氏は、純チタンはアルファから変化すると指摘する (六角形の密集) ベータ版へ (体中心の立方体) 882.5℃で, 通常の使用温度では、CP チタンはアルファ相のままです.
グレードがあるので 2 単相です, その特性は主に不純物含有量と粒子サイズによって制御されます, 相分率や析出硬化によるものではなく.
冶金学的単純さが理由の 1 つです。 2 とても頼りになります.
複雑な合金化学による意図的な強化はありません, そのため、同じ仕様と処理ルートが使用される場合、サプライヤーや製品形態を問わず、パフォーマンスは比較的予測可能です。.
トレードオフはそのグレードです 2 グレードなどのα-βチタン合金の高強度には及ばない 5.
5. チタングレードの物理的および機械的性能 2
チタングレード 2 低密度を組み合わせる, 適度な硬さ, 有用な室温強度, 高い耐食性.
実用的な工学用語で言うと, 高強度チタン合金ではありません; それよりも, バランスの取れた商業用純チタングレードであり、その性能はその優れた比特性と信頼性の高い製造挙動によって決まります。.
物理的性質
| 財産 | 典型的な / 代表値 | 工学的な重要性 |
| 密度 | 4.51 g/cm³ (0.163 lb/in³) | スチールに比べて軽量; 質量に敏感な機器における大きな利点. |
| 融点 | 1668°C (3034°F) | 鋼鉄よりも高い (1450°C) およびアルミニウム (660°C), 300℃までの高温用途でも安定性を確保 . |
| 弾性率 | 105–120GPa | 適度な硬さを示します; 鋼鉄よりも低い, したがって、たわみを設計時に考慮する必要があります. |
熱伝導率 |
21.79 w/m・k | 比較的低い; 熱放散には限界がある, 溶接や機械加工に影響を与える. |
| 電気抵抗率 | 0.53 µΩ・m | 銅またはアルミニウムに比べて限られた電気伝導率を反映します. |
| 磁気の挙動 | 非磁性 | 磁気的中立性が重要な用途に最適. |
| ベータトランザス | ～915℃ | 熱処理において相変態が関係する温度領域をマークします。. |
機械的特性
| 財産 | 最小 / 代表値 | 工学的な重要性 |
| 極限引張強さ | 345 MPA | 中程度の負荷がかかる構造コンポーネントや腐食サービスコンポーネントに適しています. |
| 降伏強度 | 275 MPA | 永久変形が始まる前の応力レベルを定義します. |
| 伸長 | 20% | 優れた延性と使用可能な成形能力を示します. |
| 面積の削減 | 30% | 適度な靭性とネッキング後の変形能力を示します。. |
| 硬度 | 160- 200HV | へこみや摩耗に対する適度な耐性を示します。. |
6. 腐食抵抗と生体適合性
チタングレード 2 腐食挙動が最も高く評価されています. 空気中または湿気中, それは強いものを形成します, 安定した, 損傷してもすぐに再生する保護酸化膜.
その不動態皮膜が核心的な理由です 2 多くの化学環境や海洋環境で非常に優れた性能を発揮します.
海水でよく使われます, ブラインズ, 無機塩, 湿った塩素, アルカリ溶液, 酸化性酸, 有機酸, 硫黄を含む環境.
環境の強み
- 海水および海洋サービス.
- 塩水および無機塩.
- 酸化性の酸と多くの有機酸.
- 適切な条件での湿式塩素サービス.
注意が必要な場合
学年 2 汎用腐食装甲ではありません. メーカーのデータシートでは、強力な還元酸について警告しています, 無水塩素, 強力な苛性溶液, フッ化物, と純粋な酸素サービス.
Alleima 氏は、非合金チタンは強い還元酸と一緒に使用すべきではないとも指摘しています。, フッ化物溶液, 純粋な酸素, または無水塩素, 80℃以下の塩溶液中で良好な隙間腐食耐性も示します。.
生体適合性
チタングレード 2 非合金チタンはインプラント規格で認められているため、医療においても重要です。.
ISO 5832-2 外科用インプラントに非合金チタンを指定, ASTM F67 には、これらの材料が軟組織や骨と接触する人間のインプラント用途に使用されて成功していると記載されています。, 適切な用途で予想される許容可能な生物学的反応を伴う.
だからこそグレード 2 医療に登場する, 歯科, およびバイオテクノロジーの文脈.
7. 製造動作: 形にする, 溶接, と機械加工
チタングレード 2 最も加工しやすい商業用純チタングレードの 1 つとして広く知られています。, しかし、それでもプロセスの規律が必要です.
耐食性と延性により、成形や接合に実用的です。, 熱伝導率が低い一方で、, 虫こぶの傾向, 汚染に対する敏感さには慎重な作業手順が必要です.
形にする
学年 2 従来の冷間加工法で成形可能, 曲がりも含めて, ローリング, スタンピング, と描画.
より強力なチタングレードとの比較, 延性とスプリングバック制御のより良いバランスを提供します。, シートに適しています, 皿, およびチューブの製造.
そうは言った, チタンは軟鋼ほど寛容ではありません. 弾性率が比較的低いため、スプリングバックが大きくなる可能性があります, したがって、曲げ許容値を慎重に計算する必要があります.
表面の損傷を避けるために、工具は滑らかで清潔でなければなりません, 局所的なひずみ集中を最小限に抑えるために成形操作を計画する必要があります。.
より狭い半径またはより複雑な形状の場合, 温間成形は、成形力を軽減し、亀裂のリスクを下げるため、推奨される場合があります。.
溶接
学年 2 溶接性に優れています, これが化学処理に使用される主な理由の 1 つです。, 船舶用機器, および生物医学ハードウェア.
一般的な溶接方法には含まれます:
- ガスタングステンアーク溶接 (gtaw / ティグ)
- プラズマアーク溶接
- 電子ビーム溶接
- レーザー溶接
- 選択された用途における抵抗溶接
チタン溶接における重要な要件はシールドです。. 高温のチタンは酸素と急速に反応します, 窒素, および水素, 露出すると溶接部が脆くなったり、熱影響部が変色したりする可能性があります。.
そのため, 溶接の品質はアーク部分だけでなく徹底した不活性ガスのシールドにも依存します, 溶接の裏側と後続部分にも.
適切に溶接されたグレード 2 ジョイントは優れた耐食性と機械的完全性を維持できます。.
シールドが不十分, 対照的に, アルファケースの形成を引き起こす可能性があります, 延性の低下, 早期のサービス障害.
実際に, 溶接の清浄度はオプションではありません; それは機能面での材料仕様の一部です.
機械加工
機械加工 学年 2 実現可能です, ただし、一般的な鋼やアルミニウム合金を機械加工するよりも要求が厳しいです. 主な困難は次のとおりです:
- 低熱伝導率, 刃先に熱を集中させる
- 工具の摩耗, 特に切削条件が厳しすぎる場合
- かじりと構成エッジの形成
- 送りと速度の選択が適切でないと加工硬化や表面損傷が発生する
グレードの優れた加工慣行 2 通常、低速の切削速度が含まれます, 比較的重い送り速度, シャープカーバイドツール, 堅固な固定具, 豊富な切削液と.
目的は、熱を素早く除去し、工具が切断するのではなく摩擦を防ぐことです。. 断続的な切削や鈍い工具は可能な限り避けるべきです.
表面仕上げは、コンポーネントが腐食性の使用や生物医学的用途にさらされる場合に特に重要です。.
損傷した表面は局所的な攻撃の開始点になる可能性があります, そのため、機械加工では材料の不動態皮膜を保護し、工具や切り粉による埋め込み汚染を回避する必要があります。.
8. 利点 & チタングレードの限界 2
チタングレード 2 多くの場合、「汎用」の商業用純チタングレードとして説明されます。. その説明は正確です, しかし不完全.
その価値は極端なパフォーマンスにあるわけではありません, しかし、慎重にバランスのとれた特性の組み合わせにより、多くのエンジニアリング環境で信頼できるものになります。.
利点
優れた腐食抵抗
学年 2 多くの腐食環境で非常に優れた性能を発揮します, 特に海水, 塩化物, ブラインズ, およびさまざまな酸化媒体.
自然に形成される酸化膜が強力な受動的保護を提供します, これが、化学処理や海洋システムで広く使用されている主な理由の 1 つです。.
優れた強度重量比
高強度合金ではありませんが、, 学年 2 非常に低い密度で優れた機械的強度を提供します.
これにより、構造上の完全性をあまり犠牲にすることなく重量を軽減することが重要な用途において魅力的になります。.
優れた形成性
より強力なチタングレードとの比較, 学年 2 曲げやすいです, 形, そして冷間作業. これにより、設計者と製造者は製造時により柔軟な対応が可能になります。.
優れた溶接性
学年 2 適切なシールド手順に従えば、確実に溶接できます。.
これは圧力機器における大きな実用的な利点です, 配管, 熱交換器, カスタム組み立てアセンブリ.
生体適合性
学年 2 一般的に人体によく耐えられ、認知されたインプラント規格に準拠しているため、医療および歯科での使用に適しています。.
非磁性で化学的に安定
非磁性の挙動と安定した酸化物表面により、磁気干渉や汚染を最小限に抑える必要がある特殊な機器に役立ちます。.
制限
合金チタンよりも強度が低い
学年 2 グレードなどのチタン合金よりもはるかに弱いです。 5. 非常に高い耐荷重や高温強度が必要な場合, それは正しい選択ではないかもしれません.
すべての化学環境に最適なわけではありません
多くの腐食性媒体に対して耐性があります, すべてではありませんが. 強還元酸, フッ化物含有溶液, 無水塩素, 一部の腐食性条件は深刻な問題を引き起こす可能性があります.
より要求の厳しい加工
学年 2 通常の鋼やアルミニウムと同じように機械加工するのは簡単ではありません. 正しい工具が必要です, 切断速度, 冷却, と機械剛性.
一般的な金属に比べてコストが高い
市販純正グレードなのに, 炭素鋼よりもまだ高価です, ステンレス鋼, および多くのアルミニウム合金. したがって、その使用はパフォーマンスのニーズによって正当化される必要があります.
鋼よりも剛性が低い
すべてのチタングレードと同様, 学年 2 鋼よりも弾性率が低い. 構造設計では、たわみを制御するために厚いセクションや幾何学的な補強が必要になる場合があります.
9. チタングレードの代表的な用途 2
学年 2 最大強度よりも耐食性と製造性が重要な場合に使用されます。.
一般的な用途には化学工学や海洋工学が含まれます, プレート式熱交換器, 反応容器, 蒸発器, コンデンサー, 電気めっき治具, 淡水化装置, 海水ヒーター,
海洋成分, 航空宇宙ハードウェア, 医療および製薬機器, および一部の発電および石油・ガスサービスコンポーネント.
代表的な応用分野
- 化学処理装置.
- 海兵隊 および淡水化システム.
- 熱交換器, コンデンサー, および蒸発器.
- 医学, 医薬品, およびバイオテクノロジー機器.
10. 他のチタングレードとの比較: 学年 1, 4, および合金グレード 5
| 側面 | 学年 1 | 学年 2 | 学年 4 | 学年 5 |
| 冶金タイプ | 商業的に純粋なチタン (cp ti), CP ファミリーの中で最も低い不純物レベル. | 商業的に純粋なチタン (cp ti), バランスの取れたCPグレード. | 商業的に純粋なチタン (cp ti), 一般的なCPグレードの中で最も強い. | アルファベータチタン合金, TI-6AL-4V; 商業用の純チタンではない. |
| 相対的な強さ | 主要なCPグレードの中で最も強度が低い. | 中程度の強さ; 最小降伏強さ 275 MPA (40 KSI). | 最高のCP強度; 最小降伏強さ 480 MPA (70 KSI). | CPグレードに比べて強度が大幅に高い; 焼きなましされた Ti-6Al-4V は、圧縮降伏強度 825 ～ 895 MPa を示し、熱処理可能です。. |
延性 / 形成性 |
CP シリーズの中で最高の延性と最も簡単な冷間成形. | 強度と延性のバランスが良く、成形性に優れています。. | 良好な延性と適度な成形性, ただし、グレード 1 ～ 2 よりも寛容ではありません. | 冷間加工性には限界がある; 室温ではスプリングバックが大きいため、温間成形が一般的に使用されます。. |
| 耐食性 | 非常に高い耐食性, 特に酸化環境や海洋環境では. | 優れた腐食抵抗; 海水に優れた, ブラインズ, 塩化物, 酸化性酸, および多くのプロセスメディア. | 優れた耐食性と耐腐食疲労性; 酸化に強い, 中性, 穏やかに塩化物を還元する. | 優れた一般腐食抵抗, 特に海水や多くの海洋/沖合環境で; 一部の還元環境では CP グレードよりも化学的に汎用性が高い, しかし依然として環境に依存する. |
溶接性 / 製造 |
溶接性が非常に良く、CP グレードの中で全体的な加工が容易. | 溶接性に優れ、成形と溶接の両方が必要な箇所に広く使用されています。. | 良い溶接性, しかし、酸素レベルが高くなると、水素脆化や製造規律に対する感度が高まります。. | 溶接可能, しかし、規律を守ることは重要です; 加工が比較的難しく、かじりの心配がある. |
| 選考における代表的な役割 | 強度よりも最大の延性と耐食性が重要な場合に選択されます. | 汎用CPチタンの選択: 強さのバランスポイント, 形成性, および腐食抵抗. | 最高の CP 強度が必要であり、グレード 1 ～ 2 に比べて延性の低下を許容できる設計の場合に使用されます。. | 非常に高い強度が必要で、設計者が CP チタンの代わりに合金チタン系を受け入れる場合に選択されます。. |
11. 結論
チタングレード 2 本格的なエンジニアリング用途向けの古典的な商業用純チタンです。.
シンプルなアルファチタン微細構造を組み合わせています。, 慎重に制限された不純物化学, 強い耐食性, 立派な強さ, 良い溶接性, 実用的な成形性.
最強のチタングレードではありません, 普遍的な耐腐食性ではありません, しかし、設計上の問題により過酷な環境での耐久性が求められる場合に利用できる、最もインテリジェントにバランスの取れた材料の 1 つです。.
これほど広く使われ続けている理由は神秘的なためではありません; ぴったりです. 学年 2 エンジニアが実際に製造できる珍しい属性の組み合わせを提供します, 溶接, 検査する, そしてサービスへの信頼.
だからこそ、それは商業用純チタンファミリーの中心に位置し、化学製品としての役割を果たし続けます。, 海兵隊, 医学, 優れた一貫性を備えたプロセス産業.
FAQ
チタングレードの違いは何ですか 2 およびグレード 2H?
チタングレード 2 グレード 2H とグレード 2H は化学組成が同じです (米国 R50400) ただし機械的要件が異なります:
グレード 2H は、より高い最小極限引張強さを指定します。 (400 MPA, または 58 KSI) グレードと比較して 2 (345 MPA).
グレード 2H は主に、より高い強度が必要な圧力容器用途に使用されます。 .
チタングレードです 2 医療用インプラントに適しています?
はい, チタングレード 2 (ASTM F67, ISO 5832-2) 優れた生体適合性により医療用インプラントに広く使用されています。, 非毒性, そしてオッセオインテグレーション.
歯科インプラントによく使用されます, 骨板, そして人工関節, サービス寿命を超えています 20 年.
缶チタングレード 2 溶接される?
はい, チタングレード 2 GTAWを使用して溶接可能です (ティグ), 足, およびEBWプロセス.
溶接は不活性ガス中で行う必要があります (アルゴン, ヘリウム) 溶融チタンの酸化を防ぐための雰囲気, 溶接強度と耐食性が低下する可能性があります.
溶接継手は通常、次のことを達成します。 90%+ 母材の強度 .
チタングレードの最高使用温度は何度ですか 2?
チタングレード 2 300℃以下の温度では無期限に使用可能.
350℃への短期間の暴露に耐えることができます。 (強度保持付き >85%) ただし、400℃を超える温度では強度が大幅に低下します。, 高温用途には不向きです .
チタングレードはどのように決まるのか 2 と比較してください 316 耐食性のステンレス鋼?
チタングレード 2 アウトパフォーム 316 ほとんどの腐食環境でのステンレス鋼の使用, 特に海水, 酸化性酸 (硝酸), および塩素化溶液.
海水で, 学年 2 腐食速度がある <0.001 MM/年, その間 316 ステンレス鋼は腐食する可能性があります (ピッティング, 隙間腐食) 塩水環境で .
チタングレードです 2 磁気?
いいえ, チタングレード 2 非磁性です, 磁気干渉が懸念される用途に適しています。, 医療機器など, 電子機器, および航空宇宙コンポーネント .
缶チタングレード 2 水素用途に使用可能?
はい, チタングレード 2 水素製造に適しています, ストレージ, と輸送,
適切に処理すると水素脆化に強いため (溶解時の厳密な水素管理) 極低温での水素ガスおよび液体水素と互換性があります。 .
