チタンの物理的および化学的特性

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物理的特性

チタンは18世紀末に発見されました。これは遷移金属1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 3d2, 4s2に属します。d殻は完全には満たされておらず、これが低原子価の化合物と高電気抵抗の形成につながります。この金属の高い比強度と延性は、攻撃的な環境への耐性、軽量、高温での低クリープ特性により、最も大胆な技術プロジェクトを実現することを可能にしました。

原子番号 原子量 密度 融点/沸点 弾性率 酸化数 格子構造
22 47.9 4.54 g/cm3 1668 °C / 3260°C 112 GPa
 2, 3, 4 六方晶

純粋な形のチタンは、鍛造、引き伸ばし、圧延、フォイル製造といった温冷加工のすべてに適しています。電気抵抗が非常に高いです。銀を100%の導電率とした場合、銅は94%、アルミニウムは60%、鉄は15%、チタンは3.8%です。チタンは非常に低い磁気感応を持つ常磁性体です。その熱伝導率は非常に低く、22.07 W/(mK)であり、鉄の約3分の1、マグネシウムの約7分の1、アルミニウムまたは銅の約17～20分の1です。20 °Cでのチタンの線膨張係数は、鉄の約1.5倍、銅の約2倍、アルミニウムの約3倍小さいです。

強化

チタンの熱処理中、半製品の表面にアルファ層が形成されます。これは、高温でのチタンと酸素や窒素との積極的な相互作用によるものです。

合金グレード アルファ層中の酸素含有量 mg/cm2 アルファ層の深さ (mm)
BT-1 2.8 0.8
OT-4 1.5 0.2
BT3–1 2.5 0.6
BT-5 4.2 2.0
BT-6 2.2 0.6
BT-9 鋳造 7.3 0.8
合金グレード 窒化の深さ 表面硬度 kgf/mm2
BT-1 0.06 — 0.08 750 — 850
BT3–1 0.04 — 0.05 700 — 750
BT-5 0.08 — 0.1 750 — 800
BT-8 0.12 — 0.14 700 — 750
BT-14 0.14 — 0.16 750 — 850

窒化はチタン合金の耐熱性、特に耐摩耗性、耐擦過性を向上させます。最も一般的な窒化方法は、純粋な窒素の雰囲気中で半製品を850 — 950 °Cに加熱することです。合金にアルミニウムまたはジルコニウムが含まれている場合、窒化の速度と深さが増加し、その深さは0.2 mmに達します。

炭化（セメンテーション）は、チタン合金を強化する効果的な方法です。これは、活性化された炭素と共に真空中またはアルゴン5%の一酸化炭素、メタンまたはプロパン混合ガスの雰囲気中で行われます。ガス混合物の雰囲気中での処理は水素を吸収し、チタンの延性を低下させます。木炭での処理は24 — 48時間かかりますが、より深い炭化をもたらします。

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