チタンとはなにか What's Titanium

チタンとは、軽く丈夫で、人に優しい金属です。
ここではチタンについての一般的特徴について説明します。

軽い

チタンの重量は、鉄と比べおよそ6割程度で比較的軽い金属となります。

各種金属－比重データ

材種 純チタン
(TP340)		 チタン合金
(6Al-4V)		 普通鋼
(SPCC)		 ステンレス鋼
(SUS304)		 アルミ合金
(A5052P)		 マグネシウム
(AZ31)		 銅
比重 4.51 4.43 7.86 7.9 2.8 1.77 8.93
チタンとの
比較		 — 1倍 1.74倍 1.75倍 0.6倍 0.4倍 2倍

比重で比較すると、鉄より軽く、アルミより重いことがわかります。
比重は体積当りの重量を表し、上記は同一体積での重さの比較を示す。

強い

引張強さでは、チタン合金は普通鋼のおよそ３倍となり、機械的強度に優れ、
また耐食性では酸や塩水に対して安定で、強い耐食性を有します。

各種金属－引張強さ・比強度の比較

材種 純チタン
(TP340)		 チタン合金
(6Al-4V)		 普通鋼
(SPCC)		 ステンレス鋼
(SUS304)		 アルミ合金
(A5052P)		 マグネシウム
(AZ31)		 銅
引張強度
(N/mm2)		 393 999 315 588 212 250 213
引張強度の
比較		 — 2.5倍 0.8倍 1.5倍 0.54倍 0.64倍 0.54倍
※数字は参考値となります。

引張強度を比較すると、チタン合金が非常に高い強度を持っていることがわかります。

材種 純チタン
(TP340)		 チタン合金
(6Al-4V)		 普通鋼
(SPCC)		 ステンレス鋼
(SUS304)		 アルミ合金
(A5052P)		 マグネシウム
(AZ31)		 銅
比強度 87.1 225.5 40.1 74.4 75.7 141.2 23.9
比強度の比較 — 2.6倍 0.46倍 0.85倍 0.87倍 1.62倍 0.27倍
※数字は参考値となります。

比強度とはここでは重量比強度を指し、同一重量での引張強さの比較を示します。
比強度でもチタン合金が優れており、軽さの割りに丈夫な金属であることがわかります。

物理的性質（他金属材料との物性比較）

チタンの物性値（他金属材料との比較）

　 　 純チタン
Commercially Pure Titanium
(CP2種)
(Grade 2)		 α-βチタン合金
α-β Titanium Alloy
(Ti-6Al-4V)		 βチタン合金
β Titanium Alloy
(Ti-15-3-3-3)		 鉄
Steel
t5
(SS400)		 ステンレス鋼
Stainless steel
(SUS304)		 アルミニウム
Aluminum
t1
(1100-H18)		 アルミニウム合金
Aluminum alloy
t1
(A7075-T6)		 マグネシウム
Magnesium alloy
AZ31
(MP1B-0)		 銅
Copper
t4
(1020-O)		 ニッケル
Nickel
 ハステロイC
Hastelloy
(NW0276)
溶融点 (℃) 1,668 1,650 1,668 1,530 1,400
～1,420		 646
～657		 476
～638		 650 1,083 1,453 1,305
差 0 -18 0 -138 -248～-248 -1011 -1033 -1018 -585 -215 -363
結晶構造 　 HCP
<885℃
BCC		 HCP+BCC
<990℃
BCC		 – BCC
<830℃
FCC		 FCC FCC FCC – FCC – FCC
密度 (g/cm3) 4.51 4.43 4.76 7.85 7.90 2.71 2.80 1.74 8.93 8.90 8.9
倍率 1.00 0.98 1.06 1.74 1.75 0.60 0.62 0.39 1.98 1.97 1.97
原子番号 　 22 22(Ti) – 26 26(Fe) 13 13(Al) – 29 28 –
原子量 　 47.90 – – 55.85 – 26.97 – – 63.57 58.69 –
電気抵抗
(20℃)		 (μΩ⋅ｍ) 0.55 1.71 1.4 0.097 0.72 0.03 0.052 0.044 0.017 0.095 1.3
倍率 1.0 3.11 2.55 0.18 1.31 0.05 0.09 0.08 0.03 0.17 2.36
熱伝導率
(20℃)		 (W/m⋅K) 17 7.5 8.08 63 16 220 130 167 394 92 13
倍率 1.00 0.44 0.48 3.71 0.94 13.76 7.65 9.82 23.18 5.41 0.76
比熱 (KJ/kg⋅K) 0.519 0.610 0.500 0.460 0.502 0.879 0.962 1.038 0.385 0.460 0.385
体積比熱 (W/cm3⋅K) 2.3 2.7 2.4 3.6 4.0 2.4 2.7 1.8 3.4 4.1 3.4
倍率 1.0 1.17 1.04 1.57 1.74 1.04 1.17 0.78 1.48 1.78 1.52
線膨張係数
(20℃)		 (/K×10-6) 8.4 8.8 8.5 12.0 17.0 23.6 23.6 26 17.1 15 11.3
倍率 1.0 1.05 1.01 1.43 2.02 2.81 2.75 3.10 2.04 1.79 1.35
透磁率 (μ/μ0) 1.00005 1.000 1.000 10. 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0
備考 　 　 　 高い 強磁性 非磁性 非磁性
(常磁性)		 非磁性
(常磁性)		 非磁性 非磁性
(反磁性)		 強磁性 強磁性
※数字は参考値となります。

チタンの機械的性質（他金属材料との比較）

　 　 純チタン
Commercially Pure Titanium
(CP2種)
(Grade 2)		 α-βチタン合金
α-β Titanium Alloy
(Ti-6Al-4V)		 βチタン合金
β Titanium Alloy
(Ti-15-3-3-3)		 鉄
Steel
t5
(SS400)		 ステンレス鋼
Stainless steel
(SUS304)		 アルミニウム
Aluminum alloy
t1
(A7075-T6)		 アルミニウム合金
Aluminum
t1
(1100-O)		 マグネシウム
Magnesium alloy
AZ31
(MP1B-0)		 銅
Copper
t4
(1020-O)		 ニッケル
Nickel
 ハステロイC
Hastelloy
(NW0276)
引張強さ
(規格値)
Tensile strength
(standard value)		 (MPa) 390 957 828 400 590 70 570 250 233 319 892
比強度
(計算値)		 86 216 174 51 74 26 204 140 26 36 100
0.2％耐力
(規格値)
0.2% proof stress
(standard value)		 (MPa) 270 888 789 179 255 30 505 180 69 59 490
比耐力 60 200 166 23 32 11 180 100 8 7 55
伸び
(規格値)
Elongation
(standard value)		 (％) 38 11 18 48 60 43 11 15 48 30 45
ビッカース硬さ
Vickers hardness
(representative value)		 (HV) 160 320 270 130 180 25 60 90 － － －
n値
(代表値)
n value
(representative value)		 　 0.145 0.080 0.061 0.238 0.404 0.25 － 0.15 0.359 － －
r値
(代表値)
r value
(representative value)		 　 4.27 1.17 1.01 1.32 1.01 0.87 － 4.20 1.15 － －
エリクセン値
(代表値)
Erichsen value
(representative value)		 (mm) 9.7 － － 12.0 13.0 11.0 － － 10.5 － －
低温性質 　 T.S.=1,000N/mm2 T.S.=1,400N/mm2 － － T.S.=1,600N/mm2 使用可能 － T.S.=400N/mm2 － － －
伸び El=40% El=15% － － El=30% － － El=50% － － －
ヤング率
(代表値)
Young’s modulus
(representative value)		 (GＰa) 106.3 110 78.4 205.8 199.9 69 71 45 107.8 205.8 204.4
比 1.00 1.03 0.74 1.94 1.88 0.65 0.67 0.42 1.01 1.94 1.92
ポアソン比
(代表値)
Poisson’s ratio
(representative value)		 　 0.34 0.33 － 0.31 0.3 0.33 0.33 0.35 0.34 0.30 －
スプリングバック性 1/E 9.4 9.1 12.8 4.9 5.0 14.5 14.1 22.2 8.6 － －
※数字は参考値となります。

チタンの腐食媒質に対する耐食性比較表

腐食媒 組成
(%)		 温度
(℃)		 耐食性比較
チタン SUS304 ハステロイC
塩酸
Hydrochloric acid
10 24 ○ × ◎
30 24 × × ◎
10 80 × － ○
30 80 × － △
硫酸
Sulfuric acid
10 24 △ － ◎
50 24 × × ◎
10 100 × － ◎
50 100 × － ◎
硝酸
Nitric acid
10 24 ◎ ◎ ◎
50 24 ◎ ◎ －
10 100 ◎ ◎ △
50 100 ◎ ○ －
王水
Aqua regia
HCI・HNO3 24 ◎ × △
3：1 100 ○ － －
クロム酸
Chromic acid		 5 24 ◎ － ◎
弗化水素
Hydrofluoric acid		 5 30 × × △
燐酸
Phosphoric acid
10(通気) 24 ○ ◎ ◎
50(通気) 24 △ ◎ ◎
10(通気) 100 × ◎ ◎
50(通気) 100 × ○ ◎
塩化第二鉄
Ferric chloride
10 24 ◎ × ◎
30 24 ◎ × ◎
10 100 ◎ － －
30 100 ◎ － －
塩化第二銅
Cupric chloride
10 24 ○ × ○
30 24 ○ × ○
10 100 ○ － －
30 100 ○ － －
塩化ナトリウム
Sodium chloride
10 24 ◎ ○ ○
40 24 ◎ ○ ○
10 100 ◎* ○* ○
40 100 ◎* ○* ○
塩化カルシウム
Calcium chloride
10 24 ◎ ◎ ◎
50 24 ◎ ○ ◎
10 100 ◎* － ◎
50 100 ◎* × ◎
塩化アンモニウム
Ammonium chloride
10 24 ◎ △ ◎
40 24 ◎ － ◎
10 100 ◎* － ◎
40 100 ◎* － ◎
塩化マグネシウム
Magnesium chloride
10 24 ◎ △ ◎
40 24 ◎ ○ ◎
10 100 ◎* △* ◎
40 100 ◎* － ◎
硫酸第一鉄
Ferrous sulfate
10 24 ◎ ○ ○
50 24 ◎ ○ ○
10 100 ◎ ○ ○
50 100 ◎ － ○
腐食媒 組成
(%)		 温度
(℃)		 耐食性比較
チタン SUS304 ハステロイC
アンモニア
Ammonium
10 24 ◎ ◎ ◎
30 24 ◎ ◎ ◎
10 80 ◎ ○ ○
30 80 ◎ ○ ◎
苛性ソーダ
Sodium hydroxide
10 24 ◎ ◎ ◎
50 24 ◎ ◎ －
10 100 ◎ ◎ ◎
50 100 ○ ○ ◎
炭酸ソーダ
Sodium carbonate
10 24 ◎ ◎ ◎
30 24 － － －
10 100 ◎ ◎ ◎
30 100 ◎ ◎ ◎
硫化水素
Hydrogen sulfide
乾燥ガス 24 ◎ △ ◎
湿潤ガス 24 ◎ ○ ○
塩素
Chlorine
乾燥ガス 24 × － ◎
湿潤ガス 24 ◎ － △
乾燥ガス 100 － ◎ ○
湿潤ガス 90 ◎ － △
亜硫酸ガス
Sulfur dioxide
乾燥ガス 30-60 ◎ － －
湿潤ガス 30-90 ◎ － －
海水
Seawater
高流速 24 ◎ － －
静止水 100 ◎* － ◎
酢酸
Acetic acid
10 24 ◎ ◎ ◎
60 24 ◎ ◎ ◎
10 100 ◎ ◎ ◎
60 100 ◎ ○ ◎
蟻酸
Formic acid
10 24 ○ ○ ◎
50 24 ○ ○ ◎
10 100 ○ × ◎
30 100 × × ◎
乳酸
Lactic acid
10 24 ◎ ○ ○
50 24 ◎ ○ ◎
10 100 ◎ ○ ○
50 100 ◎ × ○
蓚酸
Oxalic acid
10 24 ○ ○ ○
20 52 × － ○
50 24 － ○ ○
10 100 － － ○
50 100 － × ○
クエン酸
Citric acid
10 24 ◎ ○ ◎
50 24 ◎ ○ ◎
10 100 ◎ ○ ◎
50 100 × × ◎
※数字は参考値となります。

注）*は孔食その他の局部腐食を起こす場合があります　　記号の説明　◎<0.127、○=0.127-0.508、△=0.508-1.27、×>1.27mm/year

人に優しい

チタンは金属アレルギーを起こしにくく、生体親和性が高いため、人体内に使用しても悪さをしない性質となっています。
鉄に比べ、熱伝導率が小さいため、触った瞬間ヒヤっとしないのもポイントです。

チタンと金属アレルギー

チタンは空気中の酸素と反応し酸化皮膜を形成するため、金属イオンが汗などに溶け出さず金属アレルギーを起こしにくい、とされています。

生体親和性

チタンは骨と拒否反応を起こすことなく結合することができ、この現象を「オッセオインテグレーション」といい、他の金属にない特徴です。
大腿骨の人工骨頭や歯科インプラントなどにおいて骨と安定した固定ができます。

チタンはなぜヒヤッとしないのか

材種 純チタン
(TP340)		 チタン合金
(6Al-4V)		 普通鋼
(SPCC)		 ステンレス鋼
(SUS304)		 アルミ合金
(A5052P)		 マグネシウム
(AZ31)		 銅
熱伝導率
(w/m・K)		 17.0 7.5 60.4 16.0 137.0 159.0 385.0
熱伝導率の
比較		 — 0.4倍 3.6倍 0.9倍 8倍 9.4倍 22.6倍
※数字は参考値となります。

上の表ではチタン合金の熱伝導率が小さく、熱の移動がおきにくいことを示しています。
また純チタンとステンレスの比較では大きな差がないこともわかります。

しかし下記に示すように容積比熱ではステンレスよりも純チタンのほうが値が小さく
より少ない熱量で温まりやすく、手から熱が奪われにくいと言えます。

材種 純チタン
(TP340)		 チタン合金
(6Al-4V)		 普通鋼
(SPCC)		 ステンレス鋼
(SUS304)		 アルミ合金
(A5052P)		 マグネシウム
(AZ31)		 銅
比熱
(J/kg・K)		 0.519 0.585 0.460 0.502 0.961 1.004 0.385
容積比熱
(J/m3・K)		 2340 2591 3615 3965 2690 1777 3438
容積比熱の
比較		 — 1.1倍 1.5倍 1.7倍 1.1倍 0.7倍 1.4倍

 

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