チタンおよびチタン合金の成形技術

May 27, 2025

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鍛造とは、鍛造装置およびツール(金型)の作用下でブランクまたはインゴットに塑性変形を生じさせ、特定の幾何学的サイズ、形状および品質を備えた鍛造品を鍛造する加工方法を指します。鍛造法で加工された製品の形状は比較的単純で、例えば航空機エンジンのプロペラの多くはチタン合金素材の鍛造品です。鍛造チタン合金材料には、形状の要件があるだけでなく、粒子のサイズや配向など、その特性が比較的良好な微細構造を持つことができることも必要です。鍛造後にサンプルを取り出すと、開口部付近にある程度の変形が生じ、製品の最終性能にある程度の影響を与えます。一方で、鍛造温度が比較的高い場合が多く、金属の酸化が起こりやすいため、金属と空気との接触を避けるために、通常は金属を空気から隔離するためのガラスコーティング層が必要となります。さらに、このガラス層は鍛造プロセス全体を通じて優れた潤滑剤としても機能します。鍛造プロセス中に必然的に酸化される金属表面層は、製品の機械的特性や腐食特性への影響を避けるために、鍛造後に適時に除去する必要があります。

 

工具鋼は硬度と強度が比較的高いため、鍛造に使用される金型の材質は工具鋼が一般的です。鍛造工程中、金型の温度は約200度に保たれますが、金属の予熱温度は900〜1000度です。機械加工に不都合な金属の早期冷却を避けるため、鍛造プロセスは非常に短くなります。金属が早期に冷却されると、鍛造プロセス中に必要な圧力が増加し、亀裂などの鍛造欠陥が形成されやすくなります。たとえば、タービン エンジンの場合、エンジンのタービンブレードの長さは 2 ~ 75 cm ですが、ローターの長さは約 25 cm です。そのため、エンジンのタービン翼は精密鍛造により直接翼を成形するか、翼を通常より若干大きめに鍛造し、機械的あるいは電気化学的な手段で翼を薄くして仕上げるのが一般的です。

 

Forming technology for titanium and titanium alloys

 

 

 

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