純チタンは次の温度で溶ける。 1,668 °C (3,034 °F; 1,941 K) 標準圧力下。
融点が重要な理由
融解温度は、熱処理のための厳しい上限を設定し、炉や融液の選択に情報を与え、どの成形や接合方法が与えられたチタン製品に実行可能であるかを制御します。高温性能、製造戦略、コストは全て元素の融解挙動と関連しています。工学的実践のためには、単数融点は合金の固相/液相範囲や相変態温度と共に使用されなければなりません。
原子背景と結晶相
チタン（原子番号22）は周期表第4族に属する。室温では六方最密充填格子（一般にα相と呼ばれる）をとる。α相と呼ばれる高い閾値以上に加熱されると ベータトランザスこの変態は、α相とβ相とで格子配置や合金元素の溶解度が著しく異なるため、機械的挙動や溶融特性に影響を及ぼす。α相とβ相では格子配列、拡散速度、合金元素の溶解度が著しく異なるため、この変態は機械的挙動や溶融特性に影響を与える。市販の純良グレードの典型的なβ相転移温度は880～970℃付近であるが、特定の合金はより高いまたは低い転移点を示すことがある。
基準値と測定方法
ほとんどの権威あるデータベースは、チタンの融解（融合）温度を次のように引用している。 1,668 °C (1,941 K; 3,034 °F).この数値は、熱化学標準データと国家標準のコンセンサスであり、標準参照表に使用される値である。この数値は、主要な熱化学測定とJANAF/NISTのコンピレーションが基礎となっている。歴史的な測定方法には、高温融解実行中の光学的高温測定、示差熱分析、熱量測定法などがある。現代の研究では、系統誤差を減らすために放射輝度-温度補正や慎重な放射率校正も行われている。NIST WebBookと査読を受けた熱物理学的研究は、これらの測定結果を要約しています。
固相、液相および合金の挙動
純粋な元素の溶融は単一の温度である。しかし、実用的な工学用合金は、ある温度間隔で溶融する： ソリダス (融解開始地点）から リキダス (溶融が完了する）。一般的な航空宇宙用合金であるTi-6Al-4V (Grade 5)の場合、固相線価は次のようになります。 1,604 °C（2,920 °F） とリクイダス付近 1,660 °C (3,020 °F) 他の合金や圧延条件では、若干異なる範囲になる。したがって設計者は、鋳造、溶接予熱、加 工パラメータを指定する際に、純元素の融点で はなく合金固有の固相/液相データを使用しなけれ ばならない。
ベータ・トランスと高温変態
について ベータトランザス は加熱時のα→β転移を示す。その正確な値は、組成と熱処理に依存します。市販の純チタングレードは、多くの場合α→β遷移に近い値を示します。 880-950 °C一方、アルミニウム安定化合金や他の合金系は、その閾値をシフトさせる。β相は対称性が高く、溶質の挙動が異なるため、粒成長率、再結晶、その後の凝固組織は、加工がトランサスを越えるかどうかに依存する。加熱/冷却サイクルを適切に制御することで、意図した微細構造が確保され、望ましくない粗大化や脆化が防止される。
融点および融点近傍での熱物性
熱計算に便利な主要数値：
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融点（純Ti）： 1,668℃（1,941K）。
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融解熱（およそ）： ~14.15kJ-mol-¹（JANAF/NISTの公表値）。
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m.p.における液体密度： 通常～4.1 g-cm-³（20℃では固体で～4.5 g-cm-³）である。これらの値は、鋳造や収縮の予測に重要である。
これらの数値は、溶解炉のエネルギーバランスモデル、誘導保持の計算、またはレーザー入熱の見積もりに使用します。
溶融挙動に及ぼす不純物と合金の影響
酸素、窒素、炭素、鉄、アルミニウムなどの少量の元素は、2つの方法で溶融挙動を変化させる：
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溶質が融解域を下げる／上げる： ある種の溶質は液相/固相を低下させるが、他 の溶質はその間隔を広げる。例えば、VとAlは相安定性をシフトさせ、Ti-6Al-4Vの実用的な融解窓に影響を与える。
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低融点共晶の形成： 鉄や銅による汚染は、より低い温度で溶融する少量の共晶ポケットを作り出し、熱サイクル中に局所的な溶融を引き起こす危険性がある。従って、溶融および溶接時には、原料の化学的管理 と低酸素の取り扱いが重要である。
実際的な意味合い：溶融と再溶融は、不要な低融点相を避けるために、管理された雰囲気の中で、厳密な荷電化学を用いて行わなければならない。
工業用溶融精製法
チタンは高温で酸素、窒素、水素と強く反応するため、商業生産と再溶解には保護環境が必要です：
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真空アーク再溶解（VAR） そして 電子ビーム溶解（EBM） は、溶存ガスが少なく、組成が制御されたインゴットを精製・製造するために広く使用されている。
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プラズマ溶融 そして 冷たい竈が溶ける は、偏析抑制や介在物除去にも使用される。
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クロールとハンターのプロセス その後、圧密は真空誘導溶解（VIM）またはVARを使用してインゴットを作る。
それぞれの方法は、介在物量、ガス含有量、均質性に影響し、これらはすべて、下流の熱処理や加工における溶融挙動に影響する要素である。
参考慣行：炉および溶解設備は、チタン化学用に設計された真空レベル、るつぼ材料、および遮蔽体制を含まなければならない。
溶接とレーザーベースの積層造形は、正確なメルトプール制御に依存している：
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シールド： 不活性ガス（アルゴンまたはヘリウム）または真空は、酸素／窒素のピックアップと脆い格子間安定相を防ぐために必須である。
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熱入力： 粉末床溶融におけるレーザー出力、ビーム速度、および層戦略は、粉末/トラックを完全に溶融させながら、キーホールや過度の気化を回避するメルトプールを生成するように設定されなければならない。
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凝固組織： AMにおける急冷は、多くのTi合金において微細なマルテンサイトα′を生成する傾向がある。後工程の熱処理は、焼戻しと残留応力の緩和を行うことができる。
特定の合金の固液比データは、揮発性合金元素（例えば、Ti-6Al-4V中のAl）の過度の蒸発なしに一貫した融解を確実にするためのプロセスウィンドウを導く必要があります。
比較の視点（表）
以下に、チタンと一般的に使用されるエンジニアリング金属の溶融温度をコンパクトに比較し、材料選択におけるチタンの位置づけを示します。
| 金属 / 合金 | 典型的な融解 (°C) | 備考 |
|---|---|---|
| チタン（純） | 1,668 | 高融点、軽量、エンジニアリング合金は様々。 |
| ステンレススチール（304） | ~1,400-1,450 | Tiより低いが、高温強度が異なる。 |
| 炭素鋼 | ~1,420-1,515 | 炭素と合金の含有量による。 |
| ニッケル（純） | 1,455 | 一部の鋼に近い。ニッケル超合金は合金のため、より高い使用温度に耐える。 |
| インコネル718 | ~1,300～1,380（ソリダス/リキダスは異なる） | 超合金、固溶体/析出物による高温での高強度。 |
| アルミニウム（純） | 660 | より軽量だが、高温能力は低い。 |
この表は、重量、高温能力、コストのトレードオフを検討する際に使用する。
測定の不確かさ、校正、ベストプラクティス
高温融解測定には
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校正された高温計または接触式温度計 固定小数点基準に縛られている。
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放射率補正 光学的方法を用いる場合、放射法は溶融金属表面の波長依存的な放射率の変化を考慮しなければならない。
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再現可能なサンプル形状 見かけの放射輝度温度を変化させる表面酸化物を避けるための大気制御。
NISTや専門家による熱測定研究では、報告された融点の系統的なずれを低減する放射輝度-温度補正について議論されている。厳密な研究については、JANAF/NISTのデータセットや最近の熱物性測定報告書を参照してください。
実用テーブル
表 A - 純チタンのキーナンバー
| プロパティ | 価値 |
|---|---|
| 融点 | 1,668 °C (1,941 K; 3,034 °F) |
| 融解熱 | ~14.15 kJ-mol |
| 固体密度（20） | ~4.50 g-cm-³ |
| 液体密度（m.p.） | ~4.1 g-cm-³ |
表 B - 代表的な合金の固液比（代表的な範囲）
| 合金 | ソリダス (°C) | リクイダス (°C) | ソース |
|---|---|---|---|
| Ti-6Al-4V (グレード 5) | ~1,604 | ~1,660 | MatWeb / ASM データシート |
| CP-Ti（グレード1） | ~1,665-1,670 | ~1,670 | MatWebデータシート |
| Ti-3Al-2.5V | ~最大1,700ドル | - | 材料データシート |
表 C - 一般的な相温度（例示）
| コンセプト | 標準温度 (°C) |
|---|---|
| βトランザス（CPグレード） | ~880-950 |
| 典型的な熱処理鍛造ウィンドウ | 800～1,050（合金による） |
| メルティング／キャスティング・ウィンドウ（液相域） | >1,600-1,700 |
よくあるご質問
1.市販の純チタンの融点は？
純チタンは通常、次の温度で溶ける。 1,668 °C（3,034 °F）.技術的な作業については、合金固有の固相/液相データを参照すること。
2.Ti-6Al-4Vは純チタンと同じ温度で溶けますか？
No.Ti-6Al-4Vは、融解間隔：固相線近傍を示す。 1,604 °C とリクイダス付近 1,660 °Cプロセス・ウィンドウは合金データを使用しなければならない。
3.酸素と窒素の汚染は融解をどう変えるのか？
これらの不純物は純元素の融点を大きく変 えることはないが、脆化を引き起こし、不純物との低融点 金属間化合物を促進する可能性がある。雰囲気と原料の純度を管理し、局所的な溶融や弱いゾーンを防ぐ。
4.最も清浄なチタンインゴットが得られる溶解方法は？
真空アーク再溶解（VAR）と電子ビーム溶解（EBM）は、低ガス、低包有物のインゴットの標準である。コールドハース溶解も高密度介在物の除去に役立ちます。
5.チタンは溶けると反応しますか？
はい。溶融チタンは酸素、窒素、炭素と容易に反応するため、コンタミネーションを避けるため、溶融は真空または不活性ガス下で行わなければならない。
6.チタンの融解熱とそれがなぜ重要なのか？
約 14.15 kJ-mol.この数値は、炉のサイジングやレーザー/溶接のヒートバランスのためのエネルギー計算に反映される。
7.標準的なステンレス鋼の炉はチタンの溶解に使用できますか？
耐火物ライニングと無酸素雰囲気が必要です。通常の空気加熱炉や開放炉は不適です。
8.ベータ・トランサスと融解の関係は？
ベータ・トランサスは融点よりはるかに低い値だが、高温での機械的挙動や結晶粒構造を決定し、鋳造や溶接の結果に影響を与える。
9.添加剤製造プロセスはチタン粉末を完全に溶解するか？
多くのAMプロセスは、パラメータが適切であれば完全な溶融プールを生成する。粉末床溶融（レーザーまたは電子ビーム）は一般的に完全な溶融を達成するが、空隙や低沸点成分の蒸発を避けるための制御が必要である。
10.チタンの熱物性値はどこで確認できますか？
主な情報源としては、NISTのJANAF表、国立研究所のハンドブック、ASM/MatWebの材料データシートなどがある。工学的計算の検証にはこれらを使用する。
測定精度に関する文献の記述
高品質な放射輝度-温度実験により、融解温度はコンセンサス値から数ケルビン以内に収まっている。最近の熱物理学的測定の報告書や編集物（NIST/JANAF; 査読付き測定論文）は、精密作業の出発点として推奨される。
クロージング・サマリー
純チタンの融点 1,668 °C は熱物理学的な基礎データである。応用エンジニ アリングでは、この数値を合金の固相線/液相線データ、 β-転相線温度、熱化学的特性（融解熱、密度変 化）と共に使用して、加工ウィンドウを設定し、溶 融装置を選択し、接合または添加工程を設計しなけれ ばならない。シミュレーションや調達に正確な数値が必要な場合は、権威のあるデータベース（NIST、ASM/MatWeb、査読のある熱物理学的研究）を使用する。
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