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COOPER塾 2009’

チョー久々に、忘れた頃にやって来るこのコーナー。(^u^)
まぁこんな話はオラに聞くより、ネットで検索した方が良いと思うが。
COOPER節ファンの期待にも応えねば。

4-1 チタン

大変長らくおマンたせいたしました、素材フェチの皆様。
チタンとかカーボンって聞くだけで、おねえさんに耳元で「来て?」と言われ
のと同じように鳥肌立ててるソコの貴方、ちゃ~んと理解してますか?。
謳い文句によくあるのが、軽い、強い、錆びない、耐熱性がある、非磁性、
金属アレルギーが無い、等の最強金属伝説ですな。でね、それは間違いでは
ないのですけど、要は使い方です。勿論高価ですし加工性は最悪ですので、
何でも作れる物ではありまへん。

初めに、金属とは何ぞやって勉強したことが無い人のために。
金属って物は錬金術師と言われるくらいなもんで、純度が高くて喜ばれる
のは金銀銅なんてところ。工業用に使われる材料なんかは、全て混ぜ物なの
です。その配合や製造プロセスで、主原料の特性を生かしつつ付加価値と
なる特性を持たせています。なんで、チタンと言っても純チタンではなく
色んな種類が存在しています。因みに、純チタンは鉄と同じくらいの強度
くらいしかありません。と言う事でチタン合金な訳ですが、どんなもんか
と言うと。チタンの比重は4.5でステンレスや鉄の約60%、アルミと
比較すると逆に約160%と鉄とアルミの中間になります。ですが、比強度
(引張強さ/比重)が高い。鉄やステン以上アルミの約3倍あります。です
から軽くて強いのではなく、正確には軽い割りに強い。但し、その強さは
普通の強さではなく約500℃まで実用合金中最大の値を保つ所がミソ。

もっと硬くて熱に強いのも居るのだけど、ガラスのように脆くなってしまう
のは使い道がね。そこでも頑張るチタンは疲労強度も極めて高く、疲労比
(疲労強度/引張強さ)は0.5~0.6と鋼の0.2~0.3の倍も有る。
おまけに酸化性の強い酸にも強く、海水の塩にも白金に迫る強さです。
そしてもう1つ忘れて成らないのが、耐熱性を生かす熱膨張が少ない事。
線膨張率8.4×10-6 cm/℃は、ステンレス鋼の1/2、アルミニウムの
1/3と小さく寸法精度もバッチリ。

d0008367_19595491.jpg


で、今回は質問のあったボルトにしてみても良いのか?。
この場合、一般的に出回っているのは「64チタン」って言われてる
Ti-6AL-4Vと見て良いでしょう。チタンにアルミ大さじ6杯とバナ
ジウム4杯を加え、軽くフランベした奴ですね。(^u^)
ボルトって一口に言っても色々有るのですが、ちゃんとした奴はクロムモリ
ブデン鋼SCM435に熱処理を加えたもので作られています。こいつは、
100N/mmの引張強度を持っています、64チタンも同程度なので強度
は変わりません。また、ホームセンターなどで見かけるステンレスだと、
SUS304で58N/mmに、安いナマクラな鉄だとSS400で40N
/mmとなってしまいます。それなら問題無いように思えるでしょうが、そこ
が落とし穴と言うかネジを舐めてはいけません。弱いネジをねじ切っちゃっ
たり、強いネジを締めすぎて緩められなくなった経験はありませんか?。
ステンのネジがそうなんですけど、材料の特性として粘りが有る物は成り
やすいです。ネジ同士の接触面が喰い付きあって変形してしまうのです。
また、熱の加わる所で異種の素材を使う場合は、熱膨張の違いも影響して
きます。ホイールだって、ブレーキローターから熱が伝わって熱くなるん
ですよ。何も考えずにホイールナットの締め付けトルクは〇×△Nだろって
締めちゃうと、外れなくなったり走行後に緩んでしまったりします。
ちゃんとトルクレンチで締めましたなんてのは半人前の言訳なのじゃ、ネジ
は真心で締めるものでR。(嘘)

図に示すようにチタンは摩擦係数(ここではトルク係数で示してある)が大き
く不安定である問題。そもそも締める時から、トルク管理は当てにならない
のですよ。潤滑やコーティングなどの手を打つ必要が有ります。

d0008367_2001490.jpg


チタンボルトの締め付け回数とトルク係数の関係
(ステンレス座金+潤滑[コーティングなし])  
鋼ボルトでは0.15~0.20程度のトルク係数が、無コーティングの
チタンボルトでは0.2~0.4という大きな値となっている。

チタン自体の寸法安定性は良いのだから、ガッツリ締めておけば大丈夫だろ
ってのは間違いで、相手がへこむし毎度毎度そんなに張力掛けて伸ばして
いたら千切れますぞ。それとあまり知られていない話に、常温クリープが
有ります。チタン合金は、六方晶構造という水晶に似た原子配列なのね。
金属のクリープは通常高温でのみ出現するものですが、六方晶構造を持つ
CP-Ti(純チタン)やTi-6AL-4V合金では室温クリープ現象を
示すことが分かっています。

d0008367_2003119.jpg


3種のチタン/チタン合金の室温クリープ曲線        
それぞれ0.2%耐力の80%の荷重が負荷されており,      
負荷からほぼ1日後にCP-TiおよびTi-6AL-4Vでは
5×10-8s-1、3×10-8s-1というひずみ速度を示すのに対し、
Ti-15V-3Al-3Cr-3Snはまったくひずみ速度を示さない。

このTi-15V-3Al-3Cr-3Snってのが、βチタン合金と
言われている鋼と同様の立方晶構造を持つものです。残念ながら、まだ
売ってはいませんけど。。。
なんで、使いたい人は使えばいいけど気をつけよう。♪

あと余分な事かも知れんが、若手育成に影響するし恥ずかしいから言って
おくと。チタンマフラーを見て「焼け色がウンヌン」って知ったかブリッコ
しない方がエェよ、どうやって色が付いているのか知っている人は良いけど。
チタンは陽極酸化という電気的な処理で表面の酸化膜を形成し、チタン独特
の発色を出すことが可能なため、形成する酸化膜の厚さをコントロールする
ことにより多様な発色を実現することができちゃったりするから。
ファッションと本物の焦げ焦げを同列で語ってはいけないな。
Commented by pinokirin at 2009-02-01 20:45
 将来的に、混ぜ物を1元素に分解する技術精度があがれば、ゴミは相対的に減っていくと思いますがいかがでしょう?(ってー関係ない話題でした〜<(_ _)>)
・・・鉄って実は相当柔らかい金属だって意外としらないものなんですよね〜って、すいません、半分も理解できておりません・・・<(_ _)>
 今度、986銀僕☆のローギアがノッキングしない理由を教えてくださいまし〜♪
Commented by neo997s at 2009-02-01 21:16
フムフム・・・ボルトでは前のカレラSで苦労しました(^^;)
車両メーカーの推奨値、ホイールメーカーの推奨値、何をやってみても結局は使用している状況次第なんだと勉強しました。
何せサーキット走行中にボルト2本飛ばしたことがありますから(爆)
チタンボルトも締め方に悩みそうですねぇ!
Commented by TekkamenC7 at 2009-02-01 22:23
久々の講義、感激です。
>軽い、強い、錆びない、耐熱性がある、非磁性、金属アレルギーが無い
このおかげで立って歩いて、車が運転できて 助かっています。
ただ生体内での耐久性がまだ確立しておらず何年持つか? もしかしてチタンの粉が血液に流れて肝臓に行って...と驚かされましたが14年たってもまだ大丈夫です。耐久テスト中!
Commented at 2009-02-01 23:00 x
ブログの持ち主だけに見える非公開コメントです。
Commented by COOPER99 at 2009-02-02 12:32
> pinokirin さん
温度管理と触媒を使って何度も精錬すれば、ある程度は抽出可能ですが
コスト的に成り立たないのでねぇ、埋蔵量との戦いですな。
鉄は柔らかいから良いんですよ、屑鉄になるまでリサイクルできますし。
(^u^)で、ローギアがノッキングしないって何?。
Commented by COOPER99 at 2009-02-02 12:33
> neo997s さん
そぉー言えば、ポキポキ折ってましたなぁ。(^u^)
ボルトの締め方には、トルク法と角度法があって。
オプションとして、着座確認、降伏点締め、塑性域締め等が有ります。
一般的にラインで大量生産されるものを馬鹿にして、手組みを崇拝する傾向
がありますが、ボルトの締め付けなんかだと機械で締めたほうが人間には
不可能な制御が出来ます。
どっちにしろ、理解してない人ではダメダメなのって事なんだけどぉ。
Commented by COOPER99 at 2009-02-02 12:33
> TekkamenC7 さん
またお調子こいて書きましたが、どぉーも真面目なネタは書くのが面倒で。
耐久テスト14年目ですかぁ、副作用は今の所モディに走ってしまうくらい
でしょうか?。(^u^)
金もよさげなんで、次は純金製なんて如何でしょう?。
今の所オラのバイク仲間も、埋め戻しに成ったりしたのはいませんね。
Commented by COOPER99 at 2009-02-02 12:33
> 鍵コメ さん
ほぉー、いいなぁ~すっぽんぽんのおねえさん相手のお仕事。(^u^)
まぁ完全無欠の良い品なんて物は無い訳で、バカとはさみは使い様ってね。
うふっ、気にしてるのね135が対向ピストン浜口だったりするしぃ。
基本的に自己満足の世界なんで、真面目に考えても儲からないしねぇ。
で、スペックCはいつ?。
Commented at 2009-02-02 13:12 x
ブログの持ち主だけに見える非公開コメントです。
Commented by しんざん at 2009-02-02 15:35 x
COOPERさま、こんにちは!!
低い熱膨張係数と常温クリープだと、異種金属とのねじ面接合/ねじによる保持は相反するファクターになり、むちゃくちゃ難しいですね。
(やはり、ろーしょんか真心が必要なのですね。。。)

常温クリープとは、初耳で衝撃的でした。ゴムかよ!って感じで。
例として、80000秒後(22時間後)をサンプルとすると、強すぎるトルク締め付けで放置後に熱衝撃(サーキット走行など)を加えると充分ヤバい。という事でしょうか?
Commented by COOPER99 at 2009-02-02 19:54
> 鍵コメ さん
うほほぉ~い、それは名案ですねぇ、是非!!即納だしぃ。(^u^)
そうそう見た目がねぇ、ベティちゃんも素のC6はPADの裏面が見え
ちゃうのが・・・。
Commented by COOPER99 at 2009-02-02 19:55
>  しんざん さん
やっほぉー、まだにゃ本に潜伏中ですかぁ?。(ぷっ)
だしょー、緩まない方がおかしいでしゅー。
で、みんなうりゃーって締めちゃうからポロリンしちゃうのよねぇ。
みゃあ非鉄金属で降伏点の無いやつに似てるとも言えますが、おねえさん
と同じくマメに優しく接してあげないと。(^u^)
まさしくほったらかしでいきなりハードなプレイだと、ドピュってした後に
あれっ?装着したはずだけど無くなってるって事になりかねません。
ホント常温クリープって何じゃらほいって感じですよねぇ、人工衛星とか
やってる人はちゃいますなぁ。
Commented by しんざん at 2009-02-03 02:56 x
あと少なくとも2ヶ月は来日してまふ〜(残年休消化!)
ただし、5種の予防接種を受けるためにはそれぐらい必要なのですよ。
マラリア対策はジントニック飲みまくるかで対応しようと思てますが(USO)
前の前にやっていた仕事は有機系素材でしたので無機系の物性のお話はとても新鮮です。ゴムも充填材で無機系多く入れるとクリープしやすくなりますが、チタンはさすがにイメージの真逆でした!
ありがとうございます。
Commented by COOPER99 at 2009-02-03 14:20
> しんざん さん
お休み中なのね、注射は嫌いだぉー。
ジントニックよりズブロッカがお勧めです、あの99%とか言うの。
マジ注射の臭いがしますから。(^u^)
うふふっ、オラは逆に有機系はさっぱりサチオ君ですからぁ。
ゴムをクリープさせるような立派な物は持ち合わせておりませんが、生が
やっぱり気持ちよいので問題は無し?。(ぷっ)
by COOPER99 | 2009-02-01 20:03 | COOPER塾 | Comments(14)

マグナムが効かねぇ!


by COOPER99