東北大と日本発条、チタン合金の超塑性加工技術を開発 生産性10倍

　東北大学とばねメーカーの日本発条は14日、チタン合金展伸材や鍛造品の製造コストを従来の半分以下に低減し、同時に生産性も10倍以上高めることができる新しい技術（超塑性加工）の開発に成功したと発表した。

　チタン合金の超塑性加工は高温・低速で行うため生産性が低く、金型の寿命も短いという課題があった。今回開発した技術を使うとこれまでより低温・高速での加工が容易になる。コストも低減できるため、チタンの用途拡大も期待できる。

　チタン合金は強度が高く耐食性に優れるため、航空機や化学プラントなどに広く使用されている。一方で切削加工や塑性加工が難しく、低熱伝導率による焼き付きが生じやすいなどの課題もあり、こうした点を解決するために高温での加工（超塑性成形）が行われている。

　ただチタン合金の超塑性成形は800度以上の高温の中、緩やかな速度で行わねばならず、生産性が低いという問題を抱えている。高温で加工するため金型の寿命も短い。このため従来より低温・高速で、なおかつコストを抑えることが可能な超塑性成形技術の開発が望まれていた。

　今回の研究を行った東北大学金属材料研究所の松本洋明助教は、チタン合金を加熱した後、急速に冷やすとできる針状の細密な組織（アルファプライム〈α’〉マルテンサイト）に注目。この特長を利用して、熱してから急冷したチタン合金を圧延・鍛造加工すると、高温に熱した合金を加工する従来の方法に比べ、均質で微細な組織が得られることが分かった。また強度や耐疲労特性などさまざまな特性も向上することも判明した。

　松本助教は08年、このα’マルテンサイトを利用した独自のチタン合金の組織制御・加工技術「α’プロセッシング」を同研究所の千葉晶彦教とともに開発。09年にはα’プロセッシングの加工条件を最適化することで、直径が0・5ミクロン以下の均質な微細粒組織をつくることに成功した。最も多く使われているチタン合金（6％のアルミと4％のバナジウムを添加した64チタン合金）をα’プロセッシングによって圧延すると、温度を従来より約250度低い650度にし、生産速度を10―100倍早くしても、220％以上の引っ張り伸び（加工性の良さ）を示した。

　α’プロセッシングによる加工は、低温のため金型の寿命を延ばすことができ、金型の素材自体もより安価なものに変えられる。既存の加工工程でも適用できるため、これまでよりコストを抑えることができる見通し。現在、超塑性加工で作るチタン合金の用途は航空機分野にほぼ限られているが、今後は自動車や化学プラント、一般民生品などへの拡大も期待できる。圧延や鍛造などさまざまな塑性加工に展開できることも利点になるとみられる。