1. 市販純チタンの冷間加工
1.1 処理難易度
低い室温延性と加工硬化感受性: 室温では、CP Ti は制限された滑りシステム (独立した滑りシステムが 3 つだけ) を持つ HCP 結晶構造を持ち、その結果、面心立方晶 (FCC) 金属 (アルミニウム合金、オーステナイト系ステンレス鋼など) と比較して塑性変形能力が比較的低くなります。さらに、CP Ti は非常に高い加工硬化率を持っています-その強度は冷間変形度の増加とともに急激に増加します。たとえば、20% の冷間圧延後、グレード 2 CP Ti の引張強度は初期の 345 ～ 415 MPa から 550 MPa 以上に上昇する可能性がありますが、伸びは 20 ～ 25% から 8% 未満に低下します。これは、連続冷間成形（深絞り、曲げなど）の際、中間処理を行わないと材料に亀裂が発生しやすいことを意味します。
高い変形抵抗: CP Ti は、室温で高い降伏強度と流動応力を備えています。たとえば、グレード 2 CP Ti の降伏強度は約 275 ～ 345 MPa で、これは 6061- T6 アルミニウム合金の降伏強度 (約 240 MPa) よりも大幅に高く、低炭素鋼の降伏強度 (約 250 ～ 300 MPa) に近い値です。冷間加工中にはより高い成形負荷が必要となるため、成形装置の剛性とトン数に対する要求が高まります。
表面品質の感度: CP Ti は室温で化学活性が高く、表面に硬くて脆い酸化膜 (TiO₂) を形成しやすいです。冷間加工（絞り加工、転造加工など）の際、酸化皮膜が剥がれやすく、表面の傷や金型への付着の原因となり、ワークの表面仕上げに影響を与えます。また、表面に微小亀裂などの欠陥がある場合、冷間加工時に応力集中が発生しやすく、欠陥が拡大し、場合によってはワークの割れにつながる可能性があります。
1.2 特別なプロセス要件
中間焼鈍処理: 冷間変形度が 15 ～ 20% を超える場合は、加工硬化を除去し、材料の延性を回復し、後続の加工での割れを避けるために、中間歪取り焼鈍または再結晶焼鈍を実行する必要があります。焼鈍温度は一般的に 600 ～ 700 度、保持時間は 0.5 ～ 2 時間で、材料の再結晶化と内部応力の除去を確実にするために炉冷または空冷します。
金型と潤滑技術: 金型は、-硬度と耐摩耗性の高い-素材（表面コーティングを施した超硬合金や高速度鋼など）で作られ、摩擦を減らすために表面を研磨する必要があります。-同時に、金型とワークの間に安定した潤滑膜を形成し、凝着を防ぎ、変形抵抗や表面傷を軽減するために、高性能潤滑剤（二硫化モリブデン-ベースの潤滑剤や特殊なチタン加工油など）を使用する必要があります。
表面前処理: 冷間加工の前に、チタンブランクの表面の酸化膜と不純物を酸洗い（フッ酸と硝酸の混酸、配合は通常 2 ～ 5% HF + 15 - 20% HNO₃ + 水）またはサンドブラストなどの方法で除去して、ブランクの表面の清浄度と平坦度を確保し、表面欠陥が加工品質に与える影響を回避する必要があります。
変形速度と変形量を制御: 冷間変形速度は中程度である必要があります (通常、ひずみ速度は 0.001 ～ 0.1 s⁻¹ に制御されます)。変形速度が速すぎると、材料が塑性流動するのに十分な時間がなくなり、亀裂が発生します。速度が遅すぎると生産効率が低下します。同時に、1パスの変形量を厳密に制御する必要があります（たとえば、冷間圧延の1パスの圧下率は一般に5〜10％、1パスの曲げ角度は30度以下です）。変形の均一性を確保するために、中間焼鈍を伴う小さな変形の複数パスを採用する必要があります。
2. 市販純チタンの熱間加工
2.1 処理難易度
狭い熱間加工温度範囲: CP Ti の相転移温度は約 882 度です (HCP 構造 (- 相) は、この温度を超えると体心立方構造 (- 相) (- 相) に変態します)。最適な熱間加工温度範囲は一般に 700 ～ 850 度 (室温と相転移温度の間、つまり - 相領域) です。温度が 700 度より低い場合でも、材料は高い変形抵抗と明らかな加工硬化を持ちます。温度が 850 度 (相転移温度に近い温度) を超えると、結晶粒が急速に成長し、ワークピースの結晶粒構造が粗くなり、機械的特性 (靭性や疲労強度など) が低下します。さらに、温度が882度を超えて-相領域に入ると、結晶粒は著しく粗大化し、さらには冷却後に脆い粒界相が形成され、材料の性能が著しく低下します。
高温酸化と汚染に対する敏感性-: CP Ti は高温 (400 度以上) で非常に強い化学反応性を持ち、空気中の酸素、窒素、水素、その他のガスと反応して脆い表面層を形成します。
酸化: 多孔質で脆い TiO₂ スケールを形成し、ワークピースの表面品質と機械的特性を低下させます。
窒化: TiN 硬くて脆い相を形成します。これにより材料が脆くなり、加工中に亀裂が発生しやすくなります。
水素吸収: TiH 脆性相を形成し、材料の水素脆化を引き起こし、靭性を低下させます。
低い熱伝導率と不均一な温度分布：CP Tiの熱伝導率は鋼の約1/5、アルミニウム合金の約1/3にすぎません。熱間加工では材料内部の熱伝導が遅く、ワークの表面と中心部の温度分布が不均一になりやすく、その結果、不均一な変形や内部応力が発生し、場合によってはワークの割れや変形が発生します。
2.2 特別なプロセス要件
正確な温度制御: 加熱温度は 700 ～ 850 度の範囲内で厳密に制御する必要があり、温度偏差は ±10 度を超えてはなりません。加熱装置には、直火加熱ではなく、精密に制御された電気炉または真空炉を使用する必要があります（局所的な過熱や不均一な加熱を避けるため）。{4}}加工中は、ワークピースの温度をリアルタイムで監視する必要があります (赤外線温度測定または熱電対を使用)。温度が 700 度を下回った場合は、変形抵抗の高い低温ゾーンでの処理を避けるために、ワークピースを炉に戻して再加熱する必要があります。-
保護雰囲気または表面コーティング: 高温酸化とガス汚染を防ぐために、次の保護措置を講じることができます。-
真空加熱：真空環境（真空度10-3Pa以上）でワークピースを加熱し、空気を完全に遮断し、ガス反応を回避します。
不活性ガス保護: 加熱炉に高純度のアルゴンまたは窒素を充填します（窒素は窒化を避けるため、600 度以下の低温加熱にのみ適しています）。-
表面酸化防止コーティング-: 加熱する前に、ワークピースの表面を特殊な酸化防止コーティング（ガラス-ベースのコーティングやホウ素-ベースのコーティングなど）でコーティングします。これにより、高温で緻密な保護膜を形成し、酸素と窒素を隔離できます。
合理的な熱間加工プロセスパラメータ: 熱間変形速度は 0.1 ～ 10 s⁻¹ に制御する必要があります (CP Ti の - 相は、このひずみ速度範囲でより優れた塑性を示します)。高温での材料の高い塑性を最大限に活用し、結晶粒の粗大化につながる複数の小さな変形を避けるために、シングルパスの変形量を適切に増加する必要があります (通常 30 ～ 50%)。熱間加工後、粒子の成長を抑制し、細粒構造を確保するために、ワークピースを適時に冷却する必要があります（材料のグレードと厚さに応じて空冷または水冷）。-
後処理熱処理-: 熱間加工後、内部応力を除去し結晶粒を微細化するために歪取り焼鈍または再結晶焼鈍を行う必要があります。焼鈍温度は600～700度、保持時間はワークの厚みに応じて決定します（通常1～3時間）。高い性能が要求されるワークピースの場合、二重焼鈍（まず保持のために750度に加熱し、次に保持のために600度に冷却し、最後に空冷）を採用して、構造と特性をさらに最適化できます。
