English
Deutsch
Français
Español
はじめに
製造業に携わる人なら誰でも、チタンが最も高級な金属の 1 つであることを知っています。チタンには優れた特性が数多くあります。軽量でありながら、予想以上に丈夫です。耐久性、生体適合性、耐腐食性に優れています。ただし、注意すべき点はコストです。ご存知のとおり、チタンの加工にはかなりの費用がかかります。チタンの加工コストは、アルミニウムの 3 倍にもなります。チタンの加工コストがなぜこれほど高いのでしょうか。この謎を解き明かしましょう。
チタンの基本特性と用途 – 需要が高く、供給が少ない
チタンは、航空宇宙、海洋、製造業など、いくつかの重要な産業で使用されています。これらの産業では高性能のツールやデバイスが求められるため、材料の強度と重量の比率が重視されます。また、チタンは化学的に不活性で無毒であるため、医療機器に適しています。さらに、その供給は中国やロシアなど、いくつかの国に限られています。これらすべての要因がチタンのコスト上昇につながります。
チタンのグレードと価格
グレードとは、チタンのさまざまな化学組成を分類するシステムです。各グレードには、硬度、柔軟性、耐腐食性などの独自の特性があります。一般的なチタン合金とその特性について説明しましょう。
グレード 5 チタン – チタン 6Al-4V
チタン グレード 5 は、6% のアルミニウムと 4% のバナジウムを含む合金です。商業的に広く入手可能です。優れた強度と靭性を備えています。この種の金属は、航空分野、海洋環境、化学工場、ヘルスケアで使用されています。
グレード 6 チタン – チタン 5Al-2.5Sn
このチタン合金は、アルミニウム 5%、スズ 2.5% の組成のため、温度係数が良好です。メーカーは、ワイヤー、鍛造用シート、バー、プレートなど、さまざまな形状で供給しています。グレード 6 のチタンは、航空および自動車部門でよく使用されます。
グレード 9 チタン – チタン 3Al-2.5V
この形態のチタンは中程度の強度があり、主に配管システムに使用されます。他のグレードと比較すると、グレード 4 とグレード 5 の中間に位置します。ただし、より強靭で耐腐食性があります。このチタン合金は温度係数が優れており、グレード 1 から 4 よりも多くの熱に耐えることができます。冷間圧延にも適しています。
チタン アルファ ベータ合金
チタン アルファ ベータ合金は、微量のアルミニウム、バナジウム、スズを組み合わせて形成されます。 Ti-6Al-6V-2Sn は、熱処理と溶接性に優れた合金の 1 つです。中程度から高レベルの強度を持つことができます。冷間成形は限られていますが、熱間成形の品質は優れています。これらの合金は、航空機のタービン部品、海洋機器、化学処理プラントなどでよく使用されます。
これらのチタン合金の価格は、純度、合金組成、処理技術の複雑さによって異なります。グレード 5 (Ti-6Al-4V) は最も一般的な α+β 型チタン合金です。価格は比較的手頃で、約 35 ～ 45 ドル/kg です。グレード 6 (Ti-5Al-2.5Sn) はグレード 5 よりわずかに高価です。グレード 9 (Ti-3Al-2.5V) は、比較的低価格のより経済的な α+β 型チタン合金です。その中でも、航空グレードの価格は、一般に工業グレードの価格より 20 ～ 30% 高くなります。同じグレードのチタン合金でも、最終的な用途と処理技術によって価格に大きな差があることは注目に値します。
CNC 業界で使用されるチタン合金について詳しく知りたい場合は、カスタム チタン CNC サービス ページをご覧ください。
チタンはなぜ高価なのか?
1. 原材料チタンの調達
最初の難題はチタンの調達です。確かにチタンは地球上で9番目に多く見られる金属ですが、純粋な状態では存在しません。チタン鉱石であるルチルとイルメナイトに含まれています。
チタンを鉱石から抽出するのは、想像以上に複雑です。化学反応で脆い化合物が形成されるため、炭素では抽出できません。また、チタンは融点が高いため、エネルギーを大量に消費します。
チタンを鉱石から採掘するのは複雑な作業です。これはクロール法を使用して行われます。金属は多孔質の形状に変形され、チタンスポンジとも呼ばれます。次に、チタンスポンジをゆっくりと溶かして金属インゴットを生成します。このプロセスで消費されるエネルギーは、総コストの30%を占めます。精製プロセスではかなりの量のチタンが失われます。11 kgのチタン鉱石を精製すると、約1 kgの純粋な金属が生成されると推定されています。
2. チタン処理に必要なツールと機器
純粋な強度という点では、高品質の鋼鉄はチタンよりも優れています。しかし、チタンの優れた性能は温度にさらされたときに発揮されます。鋼鉄は摂氏 1500 度までしか動作しません。しかし、チタンは摂氏 1800 度までの温度に耐えることができます。
チタンは高温でのみ鋼鉄よりも優れた性能を発揮するわけではありません。鋼鉄は氷点下の条件で砕けやすいですが、チタンは砕けません。しかし、柔軟性に関してはチタンの方が鋼鉄よりも優れています。CNC マシンの圧力で曲がったり、たわんだりすることができます。
これらの要因によりチタンは高価になりますか? はい。その硬さと研磨性により、ツールはより早く摩耗します。チタン部品を輝かせるために必要な調整は重要かつ複雑です。ツールの選択プロセスも複雑です。これにより、すでに高価な原材料の費用がさらに増加します。
3. チタン金属を切断する際の熱管理と機械の摩耗
なぜチタンはそれほど高価なのでしょうか? もう 1 つの大きな理由は、チタンの切断中に発生する熱です。さて、鉄やアルミニウムなどの金属は熱伝導率に優れています。これは、切削工具の熱が放散されることを意味します。ただし、チタンは熱伝導率が低いため、ワークピースが熱くなります。放置すると、機械が損傷する可能性があります。
CNC マシンでは、この熱を放散するためにいくつかの技術が採用されています。チタンを扱う場合、マシンはより低い RPM で動作します。チップ ロードを使用することもできます。チタンを扱う場合は、高圧クーラントと潤滑剤を使用することをお勧めします。当然、これらは製造コストを増加させます。
4. チタン加工中のかじりと化学反応
チタンの加工中、大気中のガスが表面の金属と反応する可能性があります。その結果生じる酸化により、金属に不純物が生じる可能性があります。部品の強度が低下し、腐食しやすくなります。
さらに、チタンは粘着性があるため、切削は困難です。弾力性が低いため、切削工具に簡単にくっつきます。これにより、CNC マシンの部品が損傷する可能性があります。また、かじりが発生しやすく、外側の仕上げが損なわれる可能性があります。
5. チタン部品の製造時間
チタン部品の製造には、他の金属よりも時間がかかります。その硬さ、強度、低弾性により、CNC マシンを高速で操作することが困難です。つまり、オペレーターは操作を監視するためにより多くの時間を費やす必要があります。これにより、加工時間が長くなり、電気代と人件費が増加します。
6. 後処理と廃棄物管理
チタンは独特の物理的および化学的特性を持つため、チタン製の部品には大幅な後処理が必要です。製造後に表面仕上げや熱処理などの追加作業が必要になる場合があります。これにより、チタン製品の製造コストが増加します。
チタン製造後の廃棄物管理とツールの洗浄も困難です。チタンは常磁性材料です。つまり、磁気特性が弱いということです。したがって、そのほこりや削りかすは磁気装置を使用して洗浄できません。つまり、機械式ブラシやウォータージェットなどの他の洗浄ツールが必要になる場合があります。チタンの磁気特性について詳しくは、この記事をご覧ください。
7. 認証と品質保証
航空やヘルスケアなどの重要な産業で使用される原材料には、厳格な品質基準が必要です。製造業者は、製品の詳細な仕様書を維持することが義務付けられています。チタンは、こうした産業の多くで広く使用されています。認証とライセンスが必要なため、金属のコストと調達時間が増加します。
正式にライセンスされた原材料が問題にならない場合は、非認証チタンを選択してください。この種のチタンには仕様書がありません。現状のまま入手できます。認証チタンよりも大幅に安価です。一部のサプライヤーは、ラボ認証チタンも提供しています。この金属は、サードパーティのテスト施設によって検証されています。非認証チタンよりも高価ですが、それでも認証チタンよりは手頃です。
よくある質問
チタンを使用した CNC 加工は難しいですか?
はい、チタンを使用した CNC 加工は困難です。チタンは熱伝導率の低い硬い金属で、切断や穴あけ加工中にワークピースが熱くなります。弾性係数が低いため、切削工具にくっついてさらに困難になることもあります。ただし、適切なツールと手順を使用すれば、チタンを効果的に加工できます。
チタンを使用する利点は何ですか?
チタンは硬くて耐久性があります。同等の強度を持ちながら、鋼より 40% 軽量です。耐腐食性、生体適合性、耐熱性により、非常に便利です。このため、チタンは機械部品を製造するための最高級金属の 1 つです。
チタンのグレードは何ですか?
チタンのグレードは、チタンのさまざまな化学組成を分類する方法です。グレード 1 から 4 は純粋なチタンです。グレード 5 以上は、アルミニウム、バナジウム、スズなどの他の金属とのチタン合金です。各グレードは、異なる特性を持つ材料を表します。使用方法、入手可能性、希少性に応じて、各グレードの価格は異なる場合があります。
CNC 加工中にチタンの価格に影響を与える要因は何ですか?
金属グレード、部品の複雑さ、加工時間、ツールの摩耗などの要因が、チタンを扱う際の価格に影響します。過度の熱が発生する可能性があるため、高圧クーラントが必要になる場合があります。さらに、CNC マシンは低い RPM で動作させる必要があり、生産時間が長くなります。スクラップの収集と廃棄物の管理も困難です。これらすべてのことが、チタン加工の価格を増大させます。
チタン加工の費用を削減するにはどうすればよいですか?
効率的な計画は、チタンを扱う際のコスト削減の鍵です。製造前段階では、最適な設計に焦点を当てます。加工時間に影響を与える可能性のある不要な幾何学的特徴を減らします。適切なチタン グレードを選択することも非常に重要です。グレードによって、加工性や性能などの特性が異なります。製造する必要がある部品に応じて、どれが最適かを評価してください。
結論
チタンは、強度、耐久性、耐腐食性、耐熱性において非常に有用です。しかし、よく言われるように、良いものには必ず代償が伴います。需要が非常に高く、調達が複雑で、加工が難しいため、チタンは加工するのに最も費用のかかる材料の 1 つとなっています。ただし、チタンの生産が利益を生まないというわけではありません。適切な計画と準備があれば、すぐに高品質のチタン部品の製造を開始できます。これにより、ビジネスが向上し、一流のチタン製造業者の地位に到達するのに役立ちます。チタン対応の CNC マシンに関する専門的なご相談は、当社の専門家チームにお問い合わせください。喜んでお手伝いいたします。