TC21 高強度・高靭性α-β型チタン合金
重量比
損傷許容性
疲労抵抗
α-β型合金
TC21 チタン合金:基本概要
TC21は、主に航空宇宙構造部材向けに開発された高強度・高靭性α-β型チタン合金です。特に以下のために設計されました: 高強度、高靭性、損傷許容性.
α-β型チタン合金は、2つのチタン合金ファミリーの特性を組み合わせることで、強度、靭性、成形性、熱処理性の実用的なバランスを実現します。.
TC21は二相α-β組織により、優れた総合特性プロファイルを提供します。圧縮強度と引張強度はいずれも1100 MPaを超え、破壊靭性は70~90 MPa·m^1/2に達します。損傷許容性は航空宇宙部品にとって特に重要であり、き裂進展への抵抗性が重要な設計因子となります。.

TC21チタン合金の主な利点

TC21チタン合金の化学成分
| 元素 | 一般的な含有量範囲 | TC21における役割 |
|---|---|---|
| チタン | バランス | 母金属、合金マトリックスを形成 |
| アルミニウム | 5.99–6.2% | α安定化元素、強度向上に寄与 |
| スズ | 2.1–2.24% | 固溶体強化元素、熱安定性を支持 |
| ジルコニウム | 1.99–2.05% | α相を強化し、耐食性を向上 |
| モリブデン | 2.89–3.0% | β安定化元素、強度と焼入れ性を向上 |
| クロム | 1.22–1.44% | β安定化元素、強度発現を支持 |
| ニオブ | 1.97–2.11% | β安定化元素、靭性と耐き裂性を向上 |
| ケイ素 | 0.067–0.1% | 微量合金添加元素、高温性能を支持 |
| 鉄 | ≤0.09% | 残留元素、延性を維持するために低く抑える |
TC21チタン合金の材料特性
| 特性 | 代表値または範囲 | 購入者向け注意事項 |
|---|---|---|
| 合金タイプ | α-β型チタン合金 | 高強度・高靭性グレード |
| 密度 | 約4.63 g/cm³ | 製品固有のデータはサプライヤーに確認してください |
| 硬さ | 約 HRC 38~49 | 熱処理条件により異なり、公表値は変動する場合があります |
| 弾性率 | 約 125 GPa | 剛性計算およびスプリングバック解析に重要 |
| 熱伝導率 | 約 6.2 W/m·K | 熱伝導率が低いため、加工中に熱が蓄積しやすい |
| ポアソン比 | 約 0.32 | 応力解析およびたわみ計算に有用 |
| ベータトランサス | 約 950 ± 5°C | 熱処理管理における重要な温度 |
| 引張強度 | 1070~1447 MPa | ミクロ組織および熱処理の影響を強く受ける |
| 降伏強度 | 1010~1297 MPa | 荷重下での塑性変形の開始を示す |
| 伸び | 8%~14% | 延性を反映し、加工条件により変動する |
| 疲労強度 | 報告値は最大 868 MPa | 表面状態、ミクロ組織、応力集中に大きく依存する |
| 破壊靭性 | 70~90 MPa·m^1/2 | 提供する 優れた損傷許容性 多くのチタン合金グレードと比較して |
TC21 チタン合金 対 Ti-6Al-4V
Ti-6Al-4V は世界で最も広く使用されているチタン合金であり、産業分野のほとんどのエンジニアや購買担当者にとって馴染み深いものです。TC21 は異なる目的に供されます。主に以下を対象としています: 特殊な航空宇宙構造用途。以下の表は、両合金の主な違いを示しています。
| であり、その特性は冷間加工とその後の安定化処理によって発現します。その結果、調質の指定は強度、伸び、および加工挙動に直接影響を与えます。 | TC21 チタン合金 | Ti-6Al-4V |
|---|---|---|
| 合金タイプ | α-β型チタン合金 | α-β型チタン合金 |
| 主な位置づけ | 高強度、高靭性、損傷許容性 | 汎用航空宇宙チタン合金 |
| 代表的な引張強度 | 1070~1447 MPa | 標準条件下で 895~933 MPa |
| 破壊靭性 | 70~90 MPa·m^1/2 | 一般的に低め、約 55~75 MPa·m^1/2 |
| 疲労性能 | ミクロ組織を最適化した場合に強いポテンシャル | 良好、多くの用途にわたる幅広い実績 |
| 入手可能性 | より特殊化されており、世界的なサプライヤーが少ない | 航空宇宙規格に基づき世界中で広く入手可能 |
| 加工難度 | 高く、精密な加工と熱管理が必要 | 同様に困難だが、文書化がはるかに進み、広く理解されている |
| 比較的劣る | 翼胴結合部品、胴体フレーム、着陸装置構造、高荷重コネクタ | 幅広い航空宇宙用途、医療インプラント、海洋ハードウェア、産業部品 |
| 購買上の考慮事項 | グレード、化学成分、認証、熱処理を慎重に確認する必要がある | 成熟した国際規格のもとで調達が容易 |
| 用途分野 | 部品例 | TC21が選ばれる理由 |
|---|---|---|
| 航空宇宙構造物 | 翼胴結合部品、胴体フレーム、構造ビーム、ブラケット | 高強度が厳しい荷重要件を満たし、損傷許容性が追加の安全マージンを提供します |
| 荷重支持部品 | 支持構造、コネクタ、ヒンジ金具、取付ブラケット | 強度と靭性の組み合わせが高サイクル荷重下で優れた性能を発揮します |
| 高信頼性機器 | 航空機および宇宙船システムの重要構造部品 | 疲労抵抗と亀裂進展抵抗がより長い使用寿命を支えます |
| 精密機械加工チタン部品 | シャフト、ハウジング、カスタム治具、バルブ部品 | 鋼よりも軽量でありながら高強度で、厳しい公差の機械加工が可能です |
| 試作開発 | 先進設計検証用の機能性チタンプロトタイプ | 実際の部品構成でTC21の性能を評価することが可能になります |
TC21チタン合金の供給と購買に関する考慮事項
| 購買項目 | 確認事項 |
|---|---|
| グレード指定 | 材料がTC21として正確に指定されていることを確認し、プロジェクト要件に対して検証してください |
| 製品形態 | 板、厚板、棒、鍛造品、またはビレットを指定してください。すべてのサプライヤーがすべての形態を均等に提供しているわけではないためです |
| 熱処理 | 焼鈍、溶体化処理、時効、またはその他の用途別条件など、必要な状態を定義してください |
| 認証 | 特定の溶解に関する実際の化学成分および機械試験結果を示すミルサーティフィケートを要求してください |
| 機械試験 | 引張試験、硬さ試験、疲労データ、または破壊靭性データが必要かどうかを確認してください |
| 表面状態 | 仕上げ要件に基づいて、酸洗、研磨、研削、サンドブラスト、または供給ままの状態を指定してください |
| 適合規格 | 満たす必要のある顧客図面、業界標準、またはプロジェクト固有の要件を参照してください |
| リードタイム | 標準合金よりも長いリードタイムを想定し、購買プロセスの早い段階でサプライヤーとスケジュールを確認してください |






