タングステンとチタンの比較分析

工業、商業、そして個人用途など、様々な用途に適した金属を選ぶ際に、タングステンとチタンはしばしば有力候補として挙げられます。どちらの金属も、特定の用途に最適な独自の特性を備えています。しかし、両者の優れた点を比較するとどうでしょうか？この記事では、タングステンとチタンの主な違いと類似点を詳しく解説し、部品製造のニーズに最適な選択肢はどちらなのかをご理解いただけるようお手伝いします。

チタンとは？

チタン（Ti）は、銀白色の外観、高い強度、そして優れた耐食性で知られる遷移金属です。イルメナイトやルチルなどの鉱物中に含まれ、主に塩化チタン（IV）を抽出・精製するクロール法によって生産されます。この製法で得られる多孔質のチタンスポンジは、様々なチタン合金へと加工することができ、航空宇宙、医療、自動車、その他の産業部品の製造に広く使用されています。

歴史的に、チタンは 1791 年にイギリスのコーンウォールでウィリアムグレガー牧師によって初めて発見され、当初は「グレゴライト」と呼ばれていました。今日では、チタンのユニークな特性により、さまざまな分野で不可欠な材料となっています。

以下は、さまざまな種類のチタン金属に関する表です。

種類	説明
純チタン	1 つのグレード (2、3、4、7、11、XNUMX) があります。これらのグレードは主に酸素含有量と強度が異なります。
Ti 6Al-4V（グレード5合金）	チタン合金の「主力」として知られ、優れた強度、耐腐食性、加工性を備えています。
Ti 6Al-4V ELI (グレード 23 合金)	「外科用チタン」とも呼ばれ、可鍛性と耐腐食性に優れています。
Ti 3Al 2.5 (グレード9合金)	ステンレス鋼の特性と高温強度を兼ね備えており、工業用途に広く使用されています。
Ti 5Al-2.5Sn（グレード6合金）	優れた溶接性、安定性、強度を備えた非熱処理合金です。

タングステンとは何ですか?

タングステン (W) は、ウルフラムとも呼ばれ、主にウルフラマイトや灰重石などの鉱物から得られる、銀白色の強固な耐火金属です。純粋な形では希少ですが、タングステンは鋼鉄や電球のフィラメントなど、高い強度と耐久性が求められる用途では欠かせません。この金属は、これらの鉱物をアルカリで処理して三酸化タングステン (WO3) を生成し、これを炭素または水素で還元して純粋なタングステンにすることで抽出されます。優れた硬度と高い融点を持つタングステンは、工業および製造プロセスに欠かせません。

以下は、さまざまな種類のタングステン金属に関する表です。

タングステンの種類	説明
超硬合金	優れた硬度と耐薬品性で知られるタングステンと炭素の強力な合金です。
重金属タングステン合金	添加物が少ないタングステン合金で、高密度と強度が特徴です。
合金タングステン	タングステンを銅などの他の金属と混合して特定の特性を実現します。
純タングステン	純粋なタングステン。高い融点と電気伝導性を持つ。
タングステン系化学品	さまざまな用途に使用されるタングステン由来の化学物質。

タングステン対チタン：強度

タングステンは、引張強度と硬度の点でチタンよりも強力です。タングステンの引張強度は 142,000 psi、モース硬度は 8.5 ～ 9 で、より傷がつきにくい素材です。一方、チタンの引張強度は 63,000 psi、硬度は 6 です。

タングステンは硬度が優れているため耐久性に優れていますが、脆く、衝撃を受けると壊れやすくなります。チタンは硬度はそれほど高くありませんが、柔軟性と靭性が高く、ストレスを受けても破損しにくくなっています。

タングステン vs. チタン: 重量と密度

最も重い金属の 19.3 つであるタングステンの密度は約 70 g/cm³ です。これは鉛よりも約 4.5% 密度が高く、ほとんどの金属よりもはるかに重いことを意味します。対照的に、チタンの密度はわずか XNUMX g/cm³ で、タングステンよりもはるかに軽量です。

タングステン vs. チタン：価格

タングステンはチタンよりもかなり高価です。現在の価格を見ると、タングステンは 3.25 ポンドあたり約 0.35 ドルですが、チタンは XNUMX ポンドあたり約 XNUMX ドルです。この価格差は、チタンに比べてタングステンの抽出コストと処理コストが高いことを反映しています。

タングステンとチタン：特性

プロパティ	タングステン	チタン
抗張力	142,000のプサイ	63,000のプサイ
硬度	8.5（モース硬度）	6（モース硬度）
密度	19.3 g/cm³ (0.698 ポンド/in³)	4.5 g/cm³ (0.163 ポンド/in³)
融点	3422°C（6192°F）	1668°C（3034°F）
熱伝導率	173W / m・K	21.9W / m・K
比熱容量	0.13J/g・K	0.52J/g・K
電気伝導性	1.8 × 10⁶ 秒/メートル	2.4 × 10⁶ 秒/メートル
熱膨張係数	4.5 × 10⁻⁶ /°C	8.6 × 10⁻⁶ /°C

タングステン vs. チタン vs. プラチナ

タングステンカーバイドは 9 つの中で最も硬く、モース硬度は 6 で、チタン (硬度 4) やプラチナ (硬度 4.5 ～ XNUMX) よりもかなり硬いです。タングステンカーバイドは耐久性と耐傷性に優れていますが、チタンは硬度は低いものの強度が高く、プラチナは硬度よりも外観と耐腐食性が高く評価されています。

チタンリングとタングステンリングの長所と短所

チタンリング

長所：

軽量で快適です。
耐久性と耐腐食性に優れています。
低アレルギー性。
様々なスタイルに対応できる万能性。

短所：

傷がつきにくい。
柔らかく、衝撃を受けると変形します。
サイズ変更が難しい。

タングステンリング

長所：

非常に硬く、傷がつきにくい。
耐久性に優れ、光沢を保ちます。
一般的に手頃な価格です。

短所：

重くて扱いにくいと感じるかもしれません。
脆く、衝撃を受けると割れることがあります。
合金成分によりアレルギーを引き起こす可能性があります。
限られたデザインオプション。

タングステンリングは切断できますか?

タングステンリングは非常に強くて耐久性があるため、切断するには特別なツールが必要になることがよくあります。バイスグリップやロックプライヤーなどの頑丈なツールでのみ切断できます。リングの硬さのため、通常の切断ツールは通常は効果がありません。緊急事態が発生した場合は、適切な機器を備えた宝石商または医療関係者による専門的な支援を受けることをお勧めします。

タングステンは錆びますか？

タングステンは、通常の条件下では錆びたり変色したりしません。華氏 1,112 度 (摂氏 600 度) を超える極端な温度にさらされない限り、安定性と耐腐食性を維持します。

結論: どの金属を選ぶべきでしょうか?

タングステンとチタンのどちらを選ぶかは、最終的にはお客様の特定のニーズによって決まります。極端な温度に耐え、比類のない硬度を備え、かなりの重量を提供する金属が必要な場合は、タングステンがより良い選択肢です。ただし、扱いやすく、強度があり、軽量で、耐腐食性のある素材が必要な場合は、チタンが最適な選択肢です。

どちらの金属にもそれぞれの利点があるため、決定を下す前にアプリケーションの要求を考慮することが重要です。航空宇宙部品の製造、医療機器の設計、または次のプロジェクト用の材料の選択など、タングステンとチタンの特性を理解することで、情報に基づいた選択を行うことができます。

タングステンとチタンの金属特性を知るには、YouTube ビデオをご覧ください。