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| ブランド名: | LHTi |
| モデル番号: | Titanium wire |
1668℃のチタン線：融点対使用温度
チタン線のデータシートには融点1668℃と記載されており、購入者はそれを耐熱性として合理的に読み取ります。しかし、それは違います。融点と、ワイヤーが実際に空気中で使用できる温度の間には千度以上の開きがあり、その開きは酸化によって埋められます。このページでは、この2つの数値を分けて説明します。なぜなら、1668℃で設計された部品は600℃で故障しますが、実際の使用限界で設計された部品は故障しないからです。
融点は製造上の数値
1668℃は金属が液体になる温度です。鋳造業者、接合部に十分なエネルギーを投入する必要がある溶接工、真空ろう付けや電子ビーム作業を行う人にとって重要です。設計者にとっては、サービス温度についてはほとんど何も教えてくれません。なぜなら、その温度よりもはるかに前に、表面は周囲のどんな雰囲気ともすでに反応しているからです。3287℃の沸点も同じカテゴリーです。金属の特性であり、ワイヤーの限界ではありません。
空気中での実際の限界は酸化
チタンは反応性があります。室温では、数ナノメートルの厚さの酸化物が形成され、金属を保護します。これがチタンが多くの化学薬品に耐える理由です。この酸化物を加熱すると成長し、約600℃を超えると、酸素は表面に留まるのをやめ、金属内部に拡散し始め、アルファケースとして知られる硬くて脆い層を形成します。ワイヤーは形状を保ちますが、延性を失い、後で曲げや溶接部の付け根の亀裂として故障が現れます。
空気中での連続使用の場合、純チタン線は通常約300℃以下に保たれ、多くの仕様はより保守的です。真空または高純度の不活性ガス中では、限界は数百度上昇します。これが、炉の固定具と炉のコイルが同じグレードで作られていても、設計が異なる理由です。答えを決めるのは、温度だけでなく、雰囲気です。
| 空気中での温度 | ワイヤーの挙動 | 部品への影響 | 対処法 |
|---|---|---|---|
| 約150℃まで | 目に見える変化なし、酸化物は薄いまま | 特性に変化なし | 通常の取り扱い |
| 150～300℃ | 麦わら色から青みがかる | 外観のみ、まだ健全 | 酸洗または色を受け入れる |
| 300～450℃ | 灰色の酸化物、酸素が拡散し始める | 薄いアルファケース、硬い表面 | 酸洗して脆い層がないか確認する |
| 450～600℃ | 厚いスケール、アルファケースが成長する | 表面の延性低下 | 機械加工または酸洗でケースを除去する |
| 600～800℃ | 重いスケール、酸素による脆化 | 曲げるとワイヤーが割れる可能性がある | 不活性雰囲気または真空のみ |
| 882℃以上 | アルファ相がベータ相に変化、結晶粒が成長する | 強度と延性の両方が変化する | 焼鈍（ミルアニール）、空気中での使用は不可 |
| 1668℃ | 融解 | データシート上の数値 | 使用温度ではない |
低い熱伝導率がワイヤーの加熱方法を変える
チタンの熱伝導率は21.9～23.9 W/m・Kで、炭素鋼の約4分の1、銅の10分の1以下です。ワイヤーに加えられた熱は、加えられた場所に留まります。溶接では、アークエネルギーがワイヤーを伝わって逃げるのではなく、接合部に集中するため役立ちますが、同じ集中により狭い熱影響部と急峻な熱勾配が生じ、薄い部分に残留応力が残る可能性があるため、役に立たないこともあります。
使用中、低い伝導率は、タイやサポートとして使用されるチタン線が温度を迅速に均等化しないことを意味します。そのため、熱サイクルを受ける部品は、両端の間に遅延が生じます。ワイヤーが強度ではなく抵抗のために使用される場合、4.9～5.1 μΩ・mの抵抗率は銅の1桁上であり、加熱エレメントやセンシングには適していますが、伝導には適していません。
室温だけでなく、高温での強度
このページの仕様ブロックには、降伏強度が800～2000 MPaと記載されています。焼鈍された純チタンはそれよりもはるかに低く、Gr2は引張強度345 MPa、降伏強度約275 MPaから指定され、より高い数値は冷間引き線または合金グレードに属します。同じブロックには、比熱が0.124～0.132 kJ/kg・Kと記載されていますが、チタンの室温での値は約0.52 kJ/kg・Kです。ページの値は異なる単位のようです。どちらもソースページが保持していたままにしており、注文はグレードと規格に対して行うべきです。
どのグレードを選択するにしても、高温で重要な強度は証明書の数値よりも低くなります。チタンは暖まるにつれて徐々に軟化し、室温での降伏強度でサイズ決めされたワイヤーは、高温用途では破断するずっと前にクリープまたは伸びます。部品が約250℃以上のスプリングまたは負荷のかかるタイの場合、設計ではミル証明書だけでなく、高温強度とクリープ許容値を考慮する必要があります。
チタン線が熱に対する価値を発揮する場所
うまく機能する用途は、中程度の温度と腐食または重量を組み合わせたものです。化学プロセス機器は、ステンレス鋼では破壊される環境で、タイやメッシュサポートにチタン線を使用します。航空宇宙分野では、数百度の温度になり低重量が必要な領域で使用されます。真空炉や熱処理治具は、反応する酸素がない高温ゾーン内で使用します。医療および実験装置は、ワイヤーを繰り返し洗浄および滅菌する必要がある場所で使用します。
期待外れの用途は、600℃を超える空気炉にむき出しのチタン線を入れ、耐火金属のように振る舞うことを期待するものです。それはできません。そのようなサービスが必要な場合は、材料はチタン線ではなく、サプライヤーを変更するのではなく、合金または雰囲気を変更することが正直な答えです。
注文に関する注意
グレードとUNS番号、直径と公差、状態、コイル長と重量、表面、および証明書レベル付きの規格を指定してください。次に、使用条件を指定してください。温度、雰囲気、ワイヤーに負荷がかかるかどうか、サイクルするかどうかです。空気中300℃用に注文されたワイヤーと、真空中で600℃用に注文されたワイヤーは、同じグレードと直径であっても異なる焼鈍と異なる表面保護が必要になる場合があります。ミルがそれを知る唯一の方法は、問い合わせでそれを伝えることです。
