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チタンの基礎・加工と最新応用技術

  • Basic Materials Science、Manufacturing and Newly Advanced Technologies of Titanium and Its Alloys
★ 待望のチタンに関する技術書籍が遂に登場!
★ チタンおよびチタン合金の基礎と加工,特に応用分野を徹底解説!
★ 応用分野では航空宇宙,自動車,電力,石油化学プラント,医療,眼鏡,スポーツ,金管楽器,建築,船舶など幅広く網羅!!

商品コード: T0677

  • 監修: 新家光雄
  • 発行日: 2009年8月
  • 価格(税込): 70,200 円
  • 体裁: B5判,341ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-0107-5
こちらの書籍については、お問い合わせください。
  • 元素戦略,基礎的特性,現製造方法,新製錬法,加工・熱処理技術,超塑性加工,鋳造,切削加工技術,溶接,

刊行にあたって

 チタンおよびチタン合金の用途拡大も進んできており,その産業拡大への注目度が上昇してきている。チタンおよびチタン合金は,ゴルフクラブヘッドやめがねフレームへの適用で一般に知られるようになり,最近ではインプラントへの適用でさらに一般的になりつつある。本分野の専門家であれば,それらが航空宇宙分野を始めとして,化学プラント,電力および建築分野で多用されることは周知のことと思われるが,それでも細分分野やそれら以外の分野での適用動向となるとなかなか把握できないのが現状であろう。
 本書では,チタンおよびチタン合金の応用技術に焦点を当て,極めて広範な分野での最新の応用技術に関して豊富な記述がなされていることから,専門家はもちろんのこと,他分野の研究者や技術者の方々にとっても容易にチタンおよびチタン合金の応用分野および技術について知ることができると言えよう。また本書では,チタンおよびチタン合金の特性,組織,力学機能,製造,加工と熱処理等,また,基礎に関しても簡潔に記述されているので,チタンおよびチタン合金とは何かを知った上で,その応用と技術へ進むことができる利点がある。
 ここで「チタンの基礎・加工と最新応用技術」が発刊されることは正に機を得ていると言え,本書がチタンおよびチタン合金のさらなる需要と新展開へと繋がり,本文野に関わる研究者および技術者育成に役立つことを期待する次第である。
(「発刊にあたって」より抜粋)

2009年8月  東北大学 金属材料研究所 新家光雄

著者一覧

新家光雄   東北大学 金属材料研究所 教授
江村 聡   (独)物質・材料研究機構 新構造材料センター チタングループ 主任研究員
土谷浩一   (独)物質・材料研究機構 材料ラボ 構造的機能研究グループ グループリーダー
津﨑兼彰   (独)物質・材料研究機構 新構造材料センター センター長
萩原益夫   九州工業大学 先端エコフィッティング技術研究開発センター 教授
鈴木亮輔   北海道大学 大学院工学研究科 材料科学専攻 教授
三浦秀士   九州大学大学院 工学研究院 機械工学部門 教授
伊藤芳典   静岡県工業技術研究所 浜松工業技術支援センター 機械材料科 材料スタッフ 主任研究員
久保木功   工学院大学 工学部 機械工学科 准教授
千葉晶彦   東北大学 金属材料研究所 教授
福井壽男   愛知学院大学 歯学部 教授
松本 啓   住友金属工業(株) 総合技術研究所 ステンレス・チタン研究開発部 主任研究員
藤井英俊   大阪大学 接合科学研究所 准教授
成島尚之   東北大学 大学院工学研究科 材料システム工学専攻 医用材料工学分野 教授
古原 忠   東北大学 金属材料研究所 教授
鈴木敏夫   昭和金属加工(株) 直江津事業所 技術顧問
平 博仁   大同大学 工学部 機械工学科 教授
佐々木厚太  (株)IHI 航空宇宙事業本部 技術開発センター 材料技術部 主査
佐藤英一   (独)宇宙航空研究開発機構 宇宙科学研究本部 教授
髙橋 恭   (株)本田技術研究所 二輪R&Dセンター 技術開発室 主任研究員
古田忠彦   (株)豊田中央研究所 先端研究センター フロンティア研究部門 主任研究員
大澤一之   (株)神戸製鋼所 鉄鋼部門 チタン本部 チタン営業部 主任部員
上原春男   NPO法人海洋温度差発電推進機構 理事長
原田康二   (株)ササクラ 水処理事業部 部長代行
三隅勝正   三井造船(株) 玉野事業所 機械・システム事業本部 機械工場 製造部 溶接課技術グループ 課長補佐
山脇 昇   日本メディカルマテリアル(株) メディカル事業本部 メディカル製造事業部 事業部長
高田雄京   東北大学 大学院歯学研究科 准教授
池田勝彦   関西大学 化学生命工学部 化学・物質工学科 教授
山内鴻之祐  ヤマウチマテックス(株) 取締役 会長
稲垣 博   (株)ナノウェイヴ 取締役社長
益田直幸   ミズノ(株) 商品開発本部 養老技術開発部 部長
赤堀俊和   東北大学 金属材料研究所 准教授
清水寛史   新日本製鐵(株) チタン事業部 マネジャー
堀江拓尓   (株)ホリエ 代表取締役
木下和宏   新日本製鐵(株) チタン事業部 技術グループ マネジャー
吉見幸春   (株)吉見製作所 代表取締役
北村一浩   長野工業高等専門学校 機械工学科 准教授
木村久道   東北大学 金属材料研究所 金属ガラス総合研究センター 准教授
井上明久   東北大学 総長
宮村 弘   滋賀県立大学 工学部 材料科学科 准教授
緒形俊夫   (独)物質・材料研究機構 材料信頼性センター センター長
伊藤喜昌   (社)日本チタン協会 コンサルタント

目次

第1編 元素戦略
1. はじめに
2. 新精錬プロセスの開発研究動向
3. 不可避的不純物元素・低コスト元素の積極利用
4. おわりに

第2編 基礎的特性
1. チタンはレアメタル
2. 純チタンの物性および分類
3. 物理的および電磁気的性質
4. 化学的性質
5. 機械的性質
5.1 引張り特性
5.2 靱性
5.3 疲労
5.4 塑性変形特性

第3編 組織と力学機能
1. はじめに
2. 力学機能とミクロ組織との一般的傾向
3. 破壊靭性
4. 疲労特性
5. フレッティング疲労特性
6. 残留準安定β相と力学的特性
7. 弾性率

第4編 チタンの現製造方法と開発中の新製錬法
1. はじめに
2. 現在の製造法―Kroll法
2.1 チタン資源
2.2 Kroll法による金属チタンの生産
2.3 還元工程
3. Kroll法に代わる製造方法とは
4. 酸化物の直接還元―溶融塩を用いた製錬法
4.1 カルシウム還元法
4.2 JTS法
4.3 OS法
4.4 FFC法
4.5 陽極にTiOを用いる電析法
5. 酸化物の直接還元―溶融酸化物を用いた製錬法
6. 気相を用いた製錬法
6.1 気体TiCl4の水素還元法
6.2 気体Naを用いる方法
6.3 気体Mgと流動床を用いる方法
7. おわりに

第5編 加工・熱処理技術
第1章 ニアネット成形技術
1. 射出成形
1.1 射出成形とは
1.2 原料粉末
1.3 成形および脱バインダ
1.4 焼結
1.5 各種Ti合金への適用例

2. 超塑性加工
2.1 超塑性加工
2.1.1 超塑性の発現条件
2.1.2 超塑性材料
2.1.3 超塑性加工法
2.2 超塑性変形(千葉晶彦)
2.2.1 超塑性現象の特徴と変形機構
2.2.2 超塑性Ti合金の種類と特徴
2.2.3 Ti合金の超塑性鍛造

3. 鋳造
3.1 はじめに
3.2 歯科精密鋳造法
3.3 鋳型材(埋没材)
3.4 チタン合金用歯科精密鋳造機
3.4.1 溶解雰囲気
3.4.2 溶解方式
3.5 鋳造方式
3.5.1 チタン鋳造時の湯流れ
3.6 アーク溶解法と浮揚溶解との比較
3.7 表面反応層
3.8 歯科用チタン合金
3.9 おわりに

第2章 チタンの切削加工技術
1. はじめに
2. 切削性に及ぼすチタンの特徴
3. 切削工具材料
3.1 炭素工具鋼,合金工具鋼
3.2 高速度工具鋼
3.3 超硬合金
3.4 サーメット
3.5 セラミックス
3.6 CBN
3.7 ダイヤモンド
4. 切削油剤
5. 切削加工方法
5.1 旋削加工
5.2 フライス加工
5.3 エンドミル加工
5.4 ドリル加工
5.5 切断加工

第3章 溶接
1. はじめに
2. TIG(ティグ)溶接法
3. MIG(ミグ)溶接
4. プラズマアーク溶接
5. 電子ビーム溶接
6. レーザ溶接
7. 抵抗溶接
8. ろう接
9. 固相接合,摩擦攪拌接合

第4章 表面処理
1. はじめに
2. 耐摩耗性表面処理
2.1 硬質皮膜・層形成
2.2 固溶層形成
3. 耐食性表面処理
4. 着色性表面処理
5. 生体適合性表面処理
5.1 骨適合化表面処理
5.1.1 表面組成・相制御
5.1.2 表面形態制御
5.2 その他の生体適合性向上を目的とした表面処理

第5章 熱処理
1. はじめに
2. チタンとその合金における熱処理
2.1 熱間加工プロセス
2.2 焼なまし処理および溶体化処理
2.3 時効処理
3. チタンとその合金における加工熱処理
3.1 工業用純チタンおよびα型合金の加工熱処理
3.2 (α+β)型合金の加工熱処理
3.3 準安定β型合金の加工熱処理

第6編 チタンスクラップのリサイクルについて
1. はじめに
2. 昭和金属加工(株)の概要
3. スクラップの発生源および発生スクラップの種類
4. スクラップ発生に関する統計データ
4.1 米国の例
4.1.1 1973~1974年の12カ月間のスクラップの発生量と用途(米国1970年代)
4.1.2 チタン原料必要量の推定(1990年代)
4.2 欧州の例
4.3 日本の例
5. スクラップの加工処理と品質管理
5.1 加工処理
5.2 品質管理の考え方(特にチタンインゴット用原料)
6. スクラップの活用
6.1 チタンインゴットへのリサイクル(各種溶解法)
6.2 鉄鋼,非鉄金属への添加用
6.3 Fe-Tiの製造法
7. おわりに

第7編 応用
第1章 航空宇宙
1. 航空機機体構造
1.1 はじめに
1.2 チタン合金の航空機機体への適用状況と動向
1.2.1 航空機機体部材への適用の視点からのチタン合金の特徴
1.2.2 チタン合金の機体構造への適用動向概要
1.2.3 適用されるチタン合金と対象例
1.3 チタン合金部材製造の現状と開発動向
1.3.1 材料開発
1.3.2 加工しやすい材料,形態の開発
1.3.3 従来加工技術の改善および新加工技術開発
1.4 おわりに

2. 航空機エンジン
2.1 航空機エンジンに適用されるチタン合金と適用部位
2.1.1 ファン・圧縮機ディスク
2.1.2 ファン・圧縮機ブレード
2.1.3 ファン・圧縮機ケース
2.1.4 鋳造品
2.2 チタン合金製重要回転部品の信頼性の確保
2.3 おわりに

3. 宇宙輸送システム
3.1 はじめに
3.2 固体ロケットのモータケース
3.3 衛星推進系の推進剤タンク
3.4 チタンファスナ
3.5 液酸液水ロケットエンジンの液体水素ターボポンプ

第2章 自動車
1. 二輪車におけるチタン材料
1.1 はじめに
1.2 レース車用材料
1.3 量産車用材料
1.4 廉価チタン材料
1.5 チタン部品の今後

2. 四輪車におけるチタン
2.1 はじめに
2.2 自動車用チタンの位置付け
2.3 合金・プロセスの開発動向
2.3.1 エンジン用チタン
2.3.2 排気系チタン
2.3.3 車体構造用チタン
2.4 適用事例と量産車部品のチタン化への課題

第3章 電力
1. 電力用チタン~原子力ルネサンスを迎えて~
1.1 はじめに
1.2 発電所におけるチタンの使用部位
1.2.1 復水器用コンデンサーチューブ・管板
1.2.2 蒸気タービン用ブレード
1.3 チタン採用の経緯
1.3.1 復水器用コンデンサーチューブ・管板
1.3.2 蒸気タービン用ブレード
1.4 今後の見通し
1.4.1 国内の新規発電所の動向と電力向けチタンの見通し
1.4.2 海外の新規発電所の動向と電力向けチタンの見通し
1.5 おわりに

2. 海洋温度差発電とチタンの使用量
2.1 はじめに
2.2 海水の温度分布とエネルギー量
2.3 ウエハラサイクルを用いた海洋温度差発電
2.4 インテグレードOTECシステム(Integrated OTEC System:I-OTECS)
2.5 OTEC技術を応用した排熱温度差発電(Discharged Thermal Energy Conversion:DTEC)
2.6 I-OTECSプラントとチタン
2.6.1 OTECプラントとチタン
2.6.2 海水淡水化プラントとチタン
2.7 水素製造プラントおよび水素吸蔵合金とチタン
2.7.1 水素製造プラント
2.7.2 水素吸蔵合金
2.8 I-OTECSを希望する国および可能な国と地域
2.9 インテグレードOTECシステムで使用されるチタンの推定量
2.10 おわりに

第4章 蒸発法海水淡水化装置におけるチタン材料の使用について
1. はじめに
2. 蒸発法海水淡水化装置について
2.1 多重効用型(蒸気エゼクター圧縮法)海水淡水化装置の作動原理
2.2 多段フラッシュ型海水淡水化装置の作動原理
3. 蒸発法海水淡水化装置における材料構成について
4. 当社海水淡水化装置チタン材料使用例
5. チタン伝熱管使用における留意点
5.1 チタン伝熱管の隙間腐食
5.2 銅合金のガルバニックコロージョン
5.3 チタン管の水素吸収
6. おわりに

第5章 化学・石油化学プラント
1. はじめに
2. チタン製機器が用いられる各種プラントと用途
3. チタン製機器の製作
3.1 切断・開先加工
3.2 成形加工
3.3 溶接
3.3.1 溶接方法
3.3.2 溶接施工
3.4 表面処理
4. チタン製機器の試験・検査
4.1 色彩検査
4.2 ヘリウムリークテスト
4.3 フリーアイアンテスト(鉄分検査)
4.4 ホットガスサイクルテスト
4.5 ホワイトグローブテスト
5. おわりに

第6章 医療
1. 医学分野
1.1 はじめに
1.2 バイオマテリアルとしてのチタンおよびチタン合金
1.3 整形外科分野
1.3.1 生体適合性
1.3.2 力学的特性
1.4 その他の外科分野
1.5 おわりに

2. 歯科分野
2.1 はじめに
2.2 歯科鋳造用チタンおよびチタン合金
2.3 チタン鋳造
2.3.1 鋳造機
2.3.2 埋没材
2.4 鋳造用チタン合金
2.4.1 合金相と機械的性質
2.4.2 耐食性
2.4.3 鋳型との反応性
2.5 CAD/CAM用チタン合金
2.6 おわりに

第7章 介護・福祉
1. はじめに
2. 介護・福祉用具の開発について
3. チタンおよびチタン合金
4. 低プライスβ型チタン合金の開発について
5. おわりに

第8章 眼鏡
1. めがねフレーム用チタンの歴史
2. めがねフレーム用チタンに求められる特性
3. めがねフレーム製造におけるチタンの加工技術
3.1 ロウ付け技術
3.2 塑性加工技術
3.3 表面処理技術
3.4 切削技術
3.5 研磨技術
4. めがねフレーム産地福井県における技術集積情報
5. めがねフレーム用チタン材の他業界への展開

第9章 ハイブリッド&ハーフメタル可視光型光触媒技術とその応用
1. ハイブリッド光触媒とは
2. ハーフメタル光触媒とは
3. ハイブリッド&ハーフメタル光触媒の用途と優位性
3.1 建物外壁などへのコーティング
3.2 室内や車内へのコーティングおよびノベルティーなど
3.3 繊維への光触媒加工
4. ハイブリッド&ハーフメタル光触媒を使った水質浄化用セラミックスの開発
5. 今後の展開

第10章 スポーツ
1. はじめに
2. スポーツに使用されるチタン材料とその目的
3. ゴルフヘッドの主な製法と加工
4. ルールと用具と性能
5. 進化するスポーツ用具

第11章 金管楽器
1. はじめに
2. 金管楽器の材質
3. 金属材料の音響特性
4. Ti二元系合金の金管楽器用材料としての特性
5. おわりに

第12章 建築~屋根・外装材
1. はじめに
2. チタン建材の基本的特性と経済性
3. 建材への適用技術の現状
3.1 表面仕上
3.2 ロット間の色のバラつきの低減
3.3 経年変化による変色の抑制
3.4 加工時の歪が少ない素材の開発
3.5 ステンレス鋼との複合材料の開発への協力
3.6 その他技術の開発
4. おわりに

第13章 チタン装飾・民生品
1. チタン民生品の開発スタート
2. チタン製品開発のポイント
3. チタンの発色と光触媒について
4. 売ることの難しさ
5. チタン製品と特性の応用例
5.1 キャンプ用具(マグカップ・コッヘル)
5.2 家庭用チタン鍋
5.3 アクセサリー類
5.4 チタン製モニュメント
6. 加工技術の進歩
7. おわりに

第14章 海洋構造物および船舶
1. はじめに
2. 海洋土木分野におけるチタンの適用
2.1 チタン適用の背景と現状
2.1.1 背景
2.1.2 チタン適用の現状
2.2 チタン適用工法の紹介
2.2.1 鋼構造物の防食
2.2.2 耐食構造物
2.2.3 その他の開発状況
2.3 今後の動向
3. 船舶分野におけるチタンの適用
3.1 チタン適用の背景と現状
3.1.1 背景
3.1.2 チタン適用の現状
3.2 チタン適用事例の紹介
3.2.1 船体
3.2.2 部材
3.3 今後の動向

第15章 Ti-Ni形状記憶合金の精密鋳造
1. 形状記憶合金の今日までの経緯
1.1 Ti-Ni形状記憶合金の商品開発経緯
1.2 材料開発
1.3 Ti-Ni材料形状記憶合金の優位性
1.4 成分配合による材料特性の変化
1.5 材料の形状変化が起こる理由
1.6 変態点の呼び方
1.7 超弾性変形または擬弾性変形
2. Ti-Ni形状記憶合金の鋳造とその方法
2.1 Ti-Ni形状記憶合金の鋳造と問題点
2.2 精密鋳造法に使用する形状記憶合金の素材(インゴット)
2.3 燃焼合成法による素材(インゴット)の作成
2.4 鋳造機によるTi-Ni合金の精密鋳造
2.5 鋳造後の処理
2.6 精密鋳造製品の強化加工
2.7 超音波ショットピーニング加工(USP)
2.8 超音波ショットピーニング加工の結果
2.9 記憶熱処理
2.10 超音波ショットピーニングによる形状記憶合金の特性変化
3. 形状記憶合金精密鋳造製品
3.1 形状記憶合金の鋳造製品の今後

第16章 チタン基金属ガラスの開発とその応用
1. はじめに
2. Ti基金属ガラスの作製
3. 機械的性質
3.1 圧縮強度とヤング率
3.2 コリオリ流量計への応用
4. 化学的性質
4.1 擬似体液中での腐食挙動
4.2 生体親和性無機化合物の生成
4.2.1 水熱電気化学処理による生体活性化
4.2.2 水熱ホットプレス処理による生体活性化
5. まとめ

第18章 水素吸蔵
1. はじめに
2. 水素は合金中でどの位置に入るのか
3. 水素吸蔵合金の構成
4. 水素吸蔵合金の評価
5. 各種チタン系水素吸蔵合金
6. 最近の研究と今後の展望

第19章 極低温特性応用
1. はじめに
2. 極低温構造材料としてのチタン材料の特徴
3. 超伝導利用機器に使われるチタン材料
4. 液体水素ロケットエンジンに使われるチタン材料
5. 超伝導線材として使われるチタン

第8編 市場の動向
1. 世界の状況
1.1 世界のスポンジチタン生産
1.2 世界のチタン展伸材
2. 各国の状況
2.1 日本
2.2 アメリカ
2.3 ヨーロッパ
2.4 CIS
2.5 中国
2.6 その他の国
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