ISO 28401:2024 軽金属およびその合金 — チタンおよびチタン合金 — 語彙 | ページ 6

※一部、英文及び仏文を自動翻訳した日本語訳を使用しています。

3 用語と定義

ISO と IEC は、標準化に使用する用語データベースを次のアドレスで維持しています。

3.1 材質

3.1.1

チタンスポンジ

金属チタンを多孔質でスポンジ状にした製品で、金属チタンの溶解原料として使用されます。

注記 1:スポンジチタンを製造するには、酸化チタン鉱石を四塩化物に塩素化し、濃縮して精製します。次に、生成物は不活性雰囲気下でマグネシウムまたはナトリウムで還元されます。

3.1.2

合金

基本的な金属元素と合金元素や不純物などの他の元素の混合物からなる金属物質

注記 1:この文書では、質量分率で最も支配的な元素はチタンです。

3.1.3

合金元素

特別な特性を与えるために、卑金属に意図的に添加または保持される金属または非金属元素

3.1.4

不純物

存在しているが、意図的に金属に添加または保持されていない金属または非金属元素

3.1.5

鍛造合金

主に熱間および/または冷間塑性加工による鍛造製品の製造を目的とした合金

3.1.6

鋳造合金

主に鋳物の製造を目的とした合金

3.1.7

マスターアロイ

融点、密度、溶解性などの物理的特性を制御することによって、溶融または圧縮されたチタンに添加される元素を合金化することを目的とした合金

3.1.8

熱処理可能な合金

適切な熱処理によって強化できる合金

3.1.9

非熱処理合金

熱処理ではなく冷間加工のみで強化できる合金

3.2 フェーズの分類と関連用語

3.2.1

α相

六方最密結晶構造を持つ低温固溶体

3.2.2

α相安定剤

チタン合金の低温相であるα相を高温まで膨張させ、α構造の安定性を高めるアルミニウム、酸素、窒素、炭素などの合金元素。

3.2.3

β相

体心立方晶構造を有する高温固溶体

3.2.4

β相安定剤

チタン合金の高温相であるβ相を低温まで膨張させ、β構造の安定性を高める鉄、マンガン、モリブデン、バナジウムなどの合金元素。

3.2.5

αプラスβ相

α相とβ相の混合物

3.2.6

βトランザス温度

それを超えると結晶構造がβ相に変化する温度

3.3 形態による微細構造の分類と関連用語

3.3.1

形態による微細構造

組成、加工、熱処理を特徴とする光学顕微鏡および/または走査型顕微鏡で観察された微細構造

注記 1:チタンおよびチタン合金の微細構造の詳細な分類については、微細構造写真を含む参考文献 [2] を参照。

3.3.2

等軸α構造

全方向にほぼ等しい寸法を持つ多角形または球状のα構造

注記 1: α-β チタン合金の一部では、ほとんどの α 構造が等軸ではなく球状で観察されるため、この構造は球状 α 構造と呼ばれることがあります。

3.3.3

針状α構造

β が核生成と成長によって、またはマルテンサイト的に選択した結晶面を変換する微細構造

注記 1:この微細構造は、Widmansttäten α 構造とも呼ばれます。

注2:この微細構造は、アスペクト比やコロニー内の存在状態により、プレートレットα構造、ブロック状α構造、バスケットウィーブα構造、ラメラα構造とも呼ばれる。

3.3.4

粒界α構造

単一のβ相領域からの冷却中に以前のβ粒界に形成されたα構造

3.3.5

細長いα構造

結晶粒の三軸方向のうちの一つの長さが著しく伸びた粒子微細構造

注記 1:組織は塑性加工の影響が強く残っているか、等軸化できずに伸びたままであることを示しています。

注記 2:ひも状に細長い構造は、ひも状 α 構造と呼ばれることもあります。

3.3.6

二峰性構造

変換されたβマトリックスに埋め込まれた等軸または細長いα構造で構成される微細構造

3.4 未加工製品

3.4.1

未加工品

溶解、鋳造、粉末冶金プロセス、またはそれらの組み合わせによって得られる製品の総称

例:

圧延用インゴット、押出用インゴット、鍛造用インゴット、再溶解用インゴット。

3.4.2

再溶解用電極

スポンジチタンと合金元素から形成された円筒形または長方形の半製品、またはリサイクルおよび処理されたスクラップから固められ、少なくとも最終溶解のために真空または不活性ガス中で1回または複数サイクル再溶解される

3.4.3

圧延、押出、鍛造用のインゴット

チタンおよびチタン合金のインゴットは、主に真空アーク再溶解 (VAR) 法を使用して溶解され、少なくとも最終サイクルは真空または不活性ガス中で適用され、圧延、押出、鍛造に適しています。

注記 1:溶解方法は必ずしも VAR に限定されません。電子ビーム溶解 (EBM) やプラズマ アーク溶解 (PAM) などを伴うケースも含まれます。

注記 2: VAR 法は、チタンおよびチタン合金の溶解に使用される代表的な方法です。この方法では、真空または不活性ガス環境下で消耗電極と水冷銅るつぼとの間に発生するアークによりチタンまたはチタン合金電極自体が消耗しながら溶解する。

注記 3: EBM 法は、電子ビーム冷間炉溶解法とも呼ばれます。この方法では、仕込みチタンまたはチタン合金を水冷銅炉中で電子銃を用いて溶解し、真空または不活性ガス室中で鋳型に流し込みます。

注4:PAM法とは、プラズマガスとしてアルゴンやヘリウムなどのガスを用い、プラズマトーチの電極と金属との間に発生するアーク放電を利用して金属を溶解する方法である。この方法では、不活性ガス雰囲気中で大気圧に近い環境で金属を溶解することができます。

3.4.4

再溶解用インゴット

組成を冶金的に処理した後、再溶解に適した形状のチタンおよびチタン合金のインゴット。電子ビーム溶解、真空アーク再溶解、プラズマアーク溶解、および真空または不活性ガス中での少なくとも最終サイクルに適用されるその他の方法によって溶解される。

3.4.5

積層造形製品

3D金属印刷で製造された製品

3.5 鍛造製品

3.5.1

精錬された製品

押出、鍛造、熱間圧延、冷間圧延、絞りなどの熱間および/または冷間塑性変形プロセスを単独または組み合わせて得られる製品の総称

例:

棒・棒、ビレット、線、管、形材、板、板、条、箔、型鍛造品、自由鍛造品。

3.5.2

ビレット

全長に沿って 10,000 mm 2を超える均一な断面を持ち、真っ直ぐな長さで供給される中実の鍛造製品

注1断面の形状は、円、楕円、正方形、長方形、正三角形又は正多角形である。正方形、長方形、三角形、または多角形の断面を持つ製品は、全長に沿って角を丸くすることができます。

3.5.3

ロッド/バー

全長に沿って 10,000 mm 2未満の均一な断面を持つ中実の鍛造製品で、直線の長さで供給されます。

注1断面の形状は、円、楕円、正方形、長方形、正三角形又は正多角形である。正方形、長方形、三角形、または多角形の断面を持つ製品は、全長に沿って角を丸くすることができます。

注記 2:長方形バーの場合:
  • 厚さが幅の 3 分の 1 を超えている。
  • 「長方形バー」という用語には、対向する2辺が凸状の円弧であり、他の2辺が直線であり、同じ長さで平行である「平らな円」および「変形長方形」が含まれる。

3.5.4

ワイヤー

全長に沿って均一な断面を持つ中実の鍛造製品で、コイル状で供給されます。

注1断面の形状は、円、楕円、正方形、長方形、正三角形又は正多角形である。正方形、長方形、三角形、または多角形の断面を持つ製品は、全長に沿って角を丸くすることができます。

注記 2:平角ワイヤの場合:
  • 厚さが幅の 3 分の 1 を超えている。
  • 「長方形ワイヤ」という用語には、対向する2辺が凸円弧であり、他の2辺が直線であり、長さが等しく平行である「平らな円」および「変形長方形」が含まれる。

3.5.5

線材

ワイヤーの中間未加工品または加工品

3.5.6

図面ストック

全長に沿って均一な断面を持つ中間の固体鍛造製品で、絞り加工用にコイル状の形で供給されます。

注記 1:断面はほぼ円形、三角形、または正多角形で、寸法は通常 5 mm を超えます。

3.5.7

チューブ

全長に沿って密閉された中空空間が 1 つだけあり、均一な壁厚を持つ均一な断面の中空鍛造製品で、直線状またはコイル状で供給されます。

注1断面の形状は、円、楕円、正方形、長方形、正三角形又は正多角形である。断面が正方形、長方形、正三角形、または正多角形の中空製品であっても、その全長に沿って角が丸くなっているものであっても、内周と外周が同心で、同じ形状と方向を持っている場合には、管とみなされる。

注記 2:チューブは、不法侵入によって穿孔したり、シートまたはストリップを形成して接合したりすることによっても形成できます。

注記 3:曲がった、ねじ切りされた、穴あけされた、くびれのある、拡張された、および円錐形の中空製品はチューブとして分類されます。

3.5.8

プロファイル/形状

ロッド/バー、ワイヤー、チューブ、シート、プレート、ストリップ以外の断面を持ち、全長に沿って均一な断面を持ち、真っ直ぐな長さまたはコイル状で供給される鍛造製品

注記 1:プロファイルは、その断面の形状に応じて、中空または非中空のいずれかになります。
  • a)中空形材:断面が管以外のものである場合、その断面はいずれか1つの密閉された中空空間を含む。または複数の密閉された中空空間。
  • b)非中空プロファイル: 断面には密閉された中空空間が含まれません。

3.5.9

4.75 mmを超える均一な厚さの長方形断面の平らに圧延された製品。通常は剪断、鋸引き、フレームカット/プラズマカットまたはウォータージェット切断されたエッジを備えた真っ直ぐな長さ(つまり平ら)で供給されます。

注1:​​厚さは幅の7分の1を超えない。

3.5.10

シート

均一な厚さ 0.20 mm 以上 4.75 mm 以下の長方形断面の平らな圧延製品で、通常はせん断または鋸で切ったエッジまたはウォーター ジェット切断により、真っ直ぐな長さ (つまり平ら) で供給されます。

注1:​​厚さは幅の10分の1を超えない。

3.5.11

ストリップ

0.2 mm 以上の均一な厚さの長方形断面の平らに圧延された製品。通常はスリットエッジ付きのコイルで供給されます。

注1:​​厚さは幅の10分の1を超えない。

注記 2:ストリップに由来する波形、エンボス加工 (溝、リブ、チェッカー、破れ、ボタン、ひし形などのパターン付き)、コーティング、エッジ調整および穴あき製品は、ストリップとして分類されます。

注記 3:一部の英語圏の国では、「ストリップ」のことを「コイルドシート」と呼びます。

3.5.12

ホイル

断面が長方形で厚みが0.20mm以下の平坦圧延品

注記 1:一部の国では、「フォイル」という用語は 2 つの異なる製品を指します。
  • フォイル: 厚みの薄い製品。
  • 薄いストリップ: より厚い製品。
これら 2 つの製品間の寸法制限は国によって異なる場合があります。

3.5.13

鍛造ストック

熱間加工された中間固体鍛造製品、たとえば、ロッド/バー、ビレット、または鍛造に適したその他の断面

注記 1:鍛造素材は鋳造素材として使用できます。

3.5.14

鋳造ストック

鋳造目的に適した鋳造または熱間加工された中間固体鍛造製品

注記 1: 鋳造には、インベストメント鋳造、砂型鋳造、打ち込み黒鉛鋳造、永久鋳型鋳造、圧力ダイカストおよび遠心鋳造が含まれます。

3.5.15

鍛造

通常、熱い状態で、開いた型 (手鍛造) または閉じた型 (落とし込みまたは型鍛造) の間で、ハンマーまたはプレスによって形成される鍛造製品

3.5.16

空白

曲げ、打ち抜き、深絞りなどの後続の加工を目的とした平らな鍛造製品から採取された規則的または不規則な形状のチタン片

3.5.17

円形の空白

3.6 鋳物

3.6.1

鋳造

チタンまたはチタン合金を型の中で固めて成形した、完成形または完成形に近い製品の総称

3.6.2

砂/グラファイト鋳造

打ち込みグラファイト成形品

砂または黒鉛の型で形成された鋳物。

3.6.3

永久鋳型鋳造

チルキャスティング

金型内で形成される鋳物ここで, 溶融金属は重力または低圧供給によって導入されます。

3.6.4

キャストに圧力をかける

キャスト

金型の中で形成される鋳物ここで, 溶融金属は高圧下で導入されます

3.6.5

遠心鋳造

回転する鋳型の中で遠心力によって成形される鋳物ここで, 鋳物の長軸は回転軸と一致し、鋳物の厚さは鋳型の寸法と注がれるチタンの量によって決まります。

注記 1:遠心鋳造を遠心圧力下での鋳造と混同しないでください。

3.6.6

インベストメント鋳造

溶融したチタンおよびチタン合金を不活性雰囲気中で流し込む前にワックスパターンで形成されたセラミック製の型を除去し、鋳造する方法。

3.6.7

頭蓋骨溶解技術

溶融金属を真空または不活性ガス室に閉じ込めたまま水冷銅るつぼに入れるwhere

注記 1:反応性の液体チタンは、固体の凍結したチタンのスカルによってるつぼを溶解するのを妨げられます。

注記 2:真空アークスカル溶解 (VASM) および誘導スカル溶解 (ISM) は、チタンおよびチタン合金に適用されるスカル溶解技術の典型的な例である。これらのプロセスには、電気アークまたは誘導コイルを使用して金属自体の頭蓋骨内で金属を溶解することが含まれ、これは真空または不活性ガス環境下で実行されます。

3.6.8

熱間静水圧プレス

ヒップ

不活性雰囲気中の温度と圧力下で鋳物を緻密化する成形後プロセス

注記 1:熱間静水圧プレスは、粉末を固めて固化させる粉末冶金プロセスにも適用できます。

3.7 加工および処理の方法

3.7.1

α-β処理

β-トランザス温度(通常は最終熱間加工温度範囲)よりも低い温度場での熱間加工と焼きなまし

3.7.2

アニーリング

再結晶または回復によって金属を軟化させる熱処理

3.7.3

エージング

析出熱処理

相変態と析出による強化を目的とした室温以上の温度での合金の熱処理

3.7.4

β処理

β-トランザス温度を超える温度場での熱間加工と焼きなまし

3.7.5

光輝焼なまし

アニーリング中のスケールや酸化を防止するための、チタンおよびチタン合金の不活性雰囲気中での熱処理

3.7.6

冷間加工

室温などでのチタンおよびチタン合金の塑性変形

3.7.7

スケール除去

加熱中に表面に形成された酸化物の層を除去する手順

注記 1:厚肉の断面には、スチールグリットまたは砂を使用したショットブラストが使用されます。水溶液を含む溶融塩バスは、薄肉の部品、特にコイルに使用されます。

3.7.8

拡散浸漬

特に拡散による化学的微小偏析を除去または緩和するために、金属または合金を高温で一定期間加熱するプロセス

3.7.9

均質化する

特に制御されたレベルで構造を均一にするために、金属または合金を高温で一定期間加熱するプロセス

3.7.10

熱間加工

高温、たとえば 700 °C 以上でのチタンおよびチタン合金の塑性変形

3.7.11

酸洗い

αケースを水溶液中で除去する手順

注記 1:水素の取り込みを防止する必要がある。

3.7.12

急冷

可溶性成分の 1 つまたはすべてを固溶体に保持するのに十分な速度で固体、液体、または気体と接触させて金属または合金を冷却するプロセス

注記 1: 一般的に使用される媒体は、水、油、または同様の製品、または加速空気です。

3.7.13

皮膚通過

機械的特性への影響を制御しながら、チタンおよびチタン合金のコイルに光沢のある仕上げを施すために、研磨ロール上で最終的な軽い冷間圧延を行います。

3.7.14

溶体化熱処理

合金を適切な温度に加熱し、可溶成分が固溶体に入り、急冷時に過飽和状態に保持されるwhere に十分な時間この温度に保持するプロセス

3.7.15

溶体化熱処理と時効処理

STA

合金元素の固溶体が形成される温度まで加熱し、その後この状態を維持する速度で冷却し、その後に析出熱処理を行う熱処理

注記 1: このプロセスにより強度が向上します。

3.7.16

安定化する

寸法、機械的特性、構造、内部応力などの使用条件下での安定性を促進するために使用される熱処理

3.7.17

ひずみ硬化

冷間加工によるチタン構造の変更。その結果、強度と硬度が増加しますが、一般に延性はいくらか失われます。

3.7.18

ストレス解消

適度な温度と制御された滑らかな冷却によって内部応力を軽減するアニーリング方法

3.7.19

ストレッチレベリング

機械的特性への影響を制御しながら、チタンおよびチタン合金を引き伸ばしたり曲げたりして、コイルの形状を滑らかにする手順

3.7.20

超塑性成形

SPF

超塑性を利用したニアネットシェイプ成形法。Ti-6Al-4Vなどの超微細粒微細構造を持ついくつかの実用合金で高温、低ひずみ速度で確認されています。

注記 1:所定の温度および低いひずみ速度での引張試験中、これらの合金の伸び値は数百パーセントに達する可能性があります。

3.7.21

拡散接合

高温での固体接合プロセス。複雑な部品を製造するために超塑性成形と組み合わせられることが多い

3.7.22

アプセット鍛造

転化率を制御するために、α、β、または α-β 場でインゴットまたはビレットの断面を膨潤させるプロセス

3.7.23

積層造形

レーザーや電子ビームなどの高エネルギービームを使用して、溶かした粉末の層を積み重ねることによって3Dオブジェクトを作成する方法

3.8 表面状態

3.8.1

αの場合

高温曝露により生じる酸素富化α相安定化表面層

注記 1: α ケースは硬度が高く延性が低いため、酸洗や機械的手段により除去するのが一般的です。

3.8.2

表面仕上げ

最終製品の表面状態

注記 1:典型的な仕上げ面は、酸洗いされた鈍い表面、真空焼鈍された光沢のある表面および/またはショットブラストされた表面、研削された表面または機械加工された表面です。

3.8.3

表面処理

製品に特別な特性を与えるための表面処理

例 1:

酸化、貴金属コーティング、窒化等により耐食性を向上させる表面処理。

例 2:

金属メッキ、溶射、酸化、溶着等により耐摩耗性を向上させる表面処理。

例 3:

研磨と陽極酸化によるデザイン性のある表面処理。

例 4:

ニッケルや銅などの金属メッキを施し、表面の導電性を向上させる表面処理です。

3.9 アプリケーション

3.9.1

商用アプリケーション

航空宇宙および軍事での使用を除く、化学産業、自動車、消費者などの分野での使用

3.9.2

非航空宇宙用途

航空機・宇宙関連機器以外の分野での使用

3.10 チタン材料の種類と関連用語

3.10.1

分類

チタン材料の分類 単体チタンとチタン合金に分類される

注記 1:詳細については、付録 A を参照。

3.10.2

非合金チタン

質量分率で最低 98.5% のチタンと、炭素、酸素、窒素、水素などの格子間元素、および鉄などのその他の元素を含む材料

注1:精製・溶解時に鉄製の容器を使用するため、必然的に鉄が混入します。

注記 2:鉄および格子間元素以外の他の元素は、特に指定がない限り、意図的に添加されておらず、特定の制限を超えません。

注3: 純チタンには、 3.10.2 に規定する微量の格子間元素等を含む純チタンのほか、純度が N3 以上の高純度チタンも含まれる。

注記 4:格子間元素、鉄、およびその他の元素の特定の制限は、表 A.1 に従うものとします。

注記 5:耐食性を向上させるために少量添加されるが、機械的特性を実質的に向上させない元素の場合には例外が存在します。それらの元素は、例えば、パラジウム、ルテニウム、ニッケル、モリブデン、コバルト、クロム、またはそれらの混合物である。

注記 6:耐食性を向上させるために添加される合金元素の最大質量分率は、表 A.2 に従うものとする。表 A.2 に指定されているもの以外の元素の質量分率は 1% を超えてはなりません。

注記 7: ISO 23515 は、非合金チタンの指定に関する規則を定義しています。

3.10.3

チタン合金

チタン合金物質のうち、チタンが他の各元素より質量で優勢である物質。
  • a)耐食性を改善するために添加される元素のうちの少なくとも1つの質量分率が特定の限界を超える。
  • b)他の元素の質量分率が 1% を超える。

注記 1:耐食性を向上させるために添加される元素の特定の制限は、表 A.2 に従うものとします。

注記 2: ISO 23515 は、チタン合金の指定に関する規則を定義しています。

3.11 チタンのグレードと化合物

3.11.1

商業用純チタン

CPチタン

格子間元素を含むチタンの最小質量分率が 98.5% である非合金チタン グレード。指定された制限を超えない鉄および残留元素

注記 1:商用純チタンの格子間元素、鉄、その他の元素の制限質量分率は、表 A.1 に従うものとする。

注記 2:格子間元素と鉄のレベルが増加すると、強度は向上しますが、延性は低下します。

注記 3:異なる侵入元素および鉄含有量を含む市販の純チタンの種類については、ISO 23515:2022, 4.2 および ISO 23515:2022, 表 A.1 を参照。

3.11.2

市販純チタンの耐食性強化グレード

質量分率で低い割合のパラジウム、ルテニウム、ニッケル、モリブデン、コバルト、クロムを単独で、または市販の純チタンに匹敵する機械的挙動と組み合わせて添加することによって得られる、耐食性が強化された非合金チタン

3.11.3

商業的に応用されているチタン合金

機械的特性、変形性、溶接性、耐食性を向上させる合金元素を質量分率で適切な割合で添加することにより特性が改善されたチタン合金。

3.11.4

特級チタン合金

軍事および航空宇宙機器などの特殊用途向けの高合金チタン合金

3.11.5

チタン系金属間化合物

規則正しい格子結晶構造を持つ 2 つ以上の金属元素によって形成される化合物 (金属間)

注1:基本的な金属結合に、構成金属元素の異なる結晶構造、原子結合、共有結合、イオン結合状態が付加される。従来の合金(固溶体)とは全く異なる結晶構造や特性が得られます。 TiAl および Ti 3 Al は基本的なチタンベースの金属間化合物であり、高温で優れた機械的特性を示します。

参考文献

1ISO 23515:2022, チタンおよびチタン合金 — 指定システム
2チタンおよびその合金の金属組織学および微細構造 — ASM ハンドブック第 9 巻金属組織学および微細構造2004 年899917ページ

3 Terms and definitions

ISO and IEC maintain terminology databases for use in standardization at the following addresses:

3.1 Material

3.1.1

titanium sponge

products of metallic titanium in a porous and sponge-like form, which are applied as titanium metal melting stock

Note 1 to entry: To produce titanium sponge, oxidized titanium ore is chlorinated to tetrachloride and is condensed and purified. Then the product is reduced with magnesium or sodium under an inert atmosphere.

3.1.2

alloy

metallic substance consisting of a mixture of the basic metallic element and other elements, such as alloying elements and impurities

Note 1 to entry: In this document, the most predominant element by mass fraction is titanium.

3.1.3

alloying element

metallic or non-metallic elements intentionally added to, or retained by, base metal to give special properties

3.1.4

impurity

metallic or non-metallic elements which are present but not intentionally added to, or retained by, a metal

3.1.5

wrought alloy

alloy primarily intended for the production of wrought products by hot and/or cold plastic forming

3.1.6

casting alloy

alloy primarily intended for the production of castings

3.1.7

master alloy

alloy intended for alloying elements added to molten or compacted titanium by controlling physical properties such as melting point, densities and dissolvability

3.1.8

heat-treatable alloy

alloy capable of being strengthened by a suitable thermal treatment

3.1.9

non-heat-treatable alloy

alloy capable of being strengthened only by cold working rather than by thermal treatment

3.2 Classification of phases and related terms

3.2.1

α phase

solid solution at low temperature with a hexagonal closed packed crystal structure

3.2.2

α phase stabilisers

alloy elements such as aluminium, oxygen, nitrogen and carbon that expand the α phase, which is the low temperature phase of titanium alloy, to high temperature and enhance the stability of the α structure

3.2.3

β phase

solid solution at high temperature with a body centred cubic crystal structure

3.2.4

β phase stabilisers

alloy elements such as iron, manganese, molybdenum and vanadium that expand the β phase, which is the high temperature phase of titanium alloy, to low temperature and enhance the stability of the β structure

3.2.5

α plus β phase

mixture of the α and β phases

3.2.6

β-transus temperature

temperature above which the crystal structure turns to the β phase

3.3 Classification of microstructure by morphology and related terms

3.3.1

microstructure by morphology

microstructure observed by an optical and/or a scanning microscope characterized by composition, processing and heat treating

Note 1 to entry: See Reference [2] for detailed classifications of titanium and titanium alloy microstructures, including microstructure photographs.

3.3.2

equiaxed α structure

polygonal or globular α structure with approximately equal dimensions in all directions

Note 1 to entry: In some types of α-β titanium alloys, most α structures are observed in a globular rather than equiaxed form. Therefore, this structure is sometimes called the globular α structure.

3.3.3

acicular α structure

microstructure in which β transforms the selected crystal planes by nucleation and growth or martensitically

Note 1 to entry: This microstructure is also called the Widmansttäten α structure.

Note 2 to entry: Depending on the aspect ratio and the existence state in the colonies, other names for this microstructure are platelet α structure, blocky α structure, basketweave α structure and lamellar α structure.

3.3.4

grain boundary α structure

α structure formed at prior β grain boundaries during cooling from the single β phase region

3.3.5

elongated α structure

grain microstructure in which the length of one of the three axial directions of the crystal grains is remarkably elongated

Note 1 to entry: The structure shows that the influence of plastic working remains strong or that it has failed to become equiaxed and remained elongated.

Note 2 to entry: The string-like elongated structure is sometimes called stringy α structure.

3.3.6

bimodal structure

microstructure composed of equiaxed or elongated α structure embedded in transformed β matrix

3.4 Unwrought products

3.4.1

unwrought product

general term for products obtained by either melting, casting or powder metallurgy processes or a combination thereof

EXAMPLE:

Ingots for rolling, ingots for extruding, ingots for forging and ingots for remelting.

3.4.2

electrode for remelting

cylindrical or rectangular semi-product formed from titanium sponge and alloying elements or consolidated from recycled and processed scrap, to be remelted once or multiple cycles in a vacuum or in inert gas for at least the final melting

3.4.3

ingot for rolling, extruding and forging

titanium and titanium alloy ingot melted mostly using the vacuum arc remelting (VAR) method applied for at least the final cycle in a vacuum or in inert gas, suitable for rolling, extruding and forging

Note 1 to entry: The melting method is not necessarily limited to VAR. It also includes cases that involve electron beam melting (EBM), plasma arc melting (PAM) and others.

Note 2 to entry: The VAR method is the typical method used for melting titanium and titanium alloys. In this method, the titanium or titanium alloy electrode is dissolved while being consumed itself by an arc generated between a consumable electrode and a water-cooled copper crucible in a vacuum or in an inert gas environment.

Note 3 to entry: The EBM method is also called electron beam cold hearth melting. In this method, charged titanium or titanium alloy is melted in a water-cooled copper hearth using an electron gun and then poured into a mould in a vacuum or in an inert gas chamber.

Note 4 to entry: The PAM method is the method for melting metal using arc discharge generated between the electrode of a plasma torch and the metal, and by using a gas such as argon or helium as the plasma gas. In this method, metal can be melted in an inert gas atmosphere under the environment close to atmospheric pressure.

3.4.4

ingot for remelting

titanium and titanium alloy ingot in a form suitable for remelting after having been processed metallurgically for composition, melted by electron beam melting, vacuum arc remelting and plasma arc melting and other methods applied for at least the final cycle in a vacuum or in inert gas

3.4.5

additive manufacturing product

articles manufactured by 3D metal printing

3.5 Wrought products

3.5.1

wrought product

general term for products obtained by hot and/or cold plastic deformation processes, such as extruding, forging, hot rolling, cold rolling or drawing, either solely or in combination

EXAMPLE:

Rod/bar, billets, wire, tube, shape/profile, sheet, plate, strip, foils, die forgings, open die forgings.

3.5.2

billet

solid wrought product of uniform cross-section that is above 10 000 mm2 along its whole length, supplied in straight lengths

Note 1 to entry: The cross-sections are in the shape of circles, ovals, squares, rectangles, equilateral triangles or regular polygons. Products with a square, rectangular, triangular or polygonal cross-section can have corners rounded along their whole length.

3.5.3

rod/bar

solid wrought product of uniform cross-section that is under 10 000 mm2 along its whole length, supplied in straight lengths.

Note 1 to entry: The cross-sections are in the shape of circles, ovals, squares, rectangles, equilateral triangles or regular polygons. Products with a square, rectangular, triangular or polygonal cross-section can have corners rounded along their whole length.

Note 2 to entry: For rectangular bars:
  • the thickness exceeds one-third of the width;
  • the term"rectangular bar" includes"flattened circles" and"modified rectangles", of which two opposite sides are convex arcs, the other two sides being straight, of equal length and parallel.

3.5.4

wire

solid wrought product of uniform cross-section along its whole length, supplied in coiled form

Note 1 to entry: The cross-sections are in the shape of circles, ovals, squares, rectangles, equilateral triangles or regular polygons. Products with a square, rectangular, triangular, or polygonal cross-section can have corners rounded along their whole length.

Note 2 to entry: For rectangular wires:
  • the thickness exceeds one-third of the width;
  • the term"rectangular wire" includes"flattened circles" and"modified rectangles", of which two opposite sides are convex arcs, the other two sides being straight, of equal length and parallel.

3.5.5

wire rod

intermediate unwrought or wrought product for wire

3.5.6

drawing stock

intermediate solid wrought product of uniform cross-section along its whole length supplied in coiled form for drawing

Note 1 to entry: The cross-sections are approximately round, triangular or regular polygonal with dimensions usually exceeding 5 mm.

3.5.7

tube

hollow wrought product of uniform cross-section with only one enclosed hollow space along its whole length, and with a uniform wall thickness, supplied in straight lengths or in coiled form

Note 1 to entry: The cross-sections are in the shape of circles, ovals, squares, rectangles, equilateral triangles or regular polygons. Hollow products with square, rectangular, equilateral triangular or regular polygonal cross-sections, which can have corners rounded along their whole length, are also to be considered as tubes, provided the inner and outer peripheries are concentric and have the same form and orientation.

Note 2 to entry: Tubes can also be formed by piercing trespassing and by forming and joining sheet or strip.

Note 3 to entry: Bent, threaded, drilled, waisted, expanded and cone-shaped hollow products are classified as tubes.

3.5.8

profile/shape

wrought product of uniform cross-section along its whole length, with a cross-section other than rod/bar, wire, tube, sheet, plate or strip, supplied in straight lengths or in coiled form

Note 1 to entry: The profile is either hollow or non-hollow, depending on the form of its cross-section.
  • a) hollow profile: the cross-section includes either one enclosed hollow space, provided that the cross-section is for other than a tube; or more than one enclosed hollow space;
  • b) non-hollow profile: the cross-section does not include any enclosed hollow space.

3.5.9

plate

flat-rolled product of rectangular cross-section with uniform thickness over 4,75 mm, supplied in straight lengths (i.e., flat) usually with sheared, sawn or flame-cut/plasma-cut edges or water jet cutting

Note 1 to entry: The thickness does not exceed one-seventh of the width

3.5.10

sheet

flat-rolled product of rectangular cross-section with uniform thickness over 0,20 mm and up to 4,75 mm inclusive, supplied in straight lengths (i.e., flat) usually with sheared or sawn edges or water jet cutting.

Note 1 to entry: The thickness does not exceed one-tenth of the width.

3.5.11

strip

flat-rolled product of rectangular cross-section with uniform thickness equal to and over 0,2 mm, supplied in coils usually with slit edges

Note 1 to entry: The thickness does not exceed one-tenth of the width.

Note 2 to entry: Corrugated, embossed (with patterns, e.g. grooves, ribs, checkers, tears, buttons, lozenges), coated, edge conditioned and perforated products derived from strip are classified as strip.

Note 3 to entry: In some English-speaking countries,"strip" is called"coiled sheet".

3.5.12

foil

flat-rolled product of rectangular cross-section with uniform thickness equal to or under 0,20 mm

Note 1 to entry: In some countries, the term"foil" covers two different products:
  • foil: products with lesser thickness;
  • thin strip: products with greater thickness.
The dimensional limitations between these two products can vary from country to country.

3.5.13

forging stock

hot-worked intermediate solid wrought product, for example rod/bar or billets, or any other cross-section, suitable for forging

Note 1 to entry: Forging stock can be used as casting stock.

3.5.14

casting stock

cast or hot-worked intermediate solid wrought product suitable for casting purposes

Note 1 to entry: Casting includes investment casting, sand casting, rammed graphite casting, permanent mould casting, pressure die casting as well as centrifuged casting.

3.5.15

forging

wrought product formed by hammering or pressing, usually when hot, between open dies (hand forging) or closed dies (drop or die forging)

3.5.16

blank

piece of titanium of regular or irregular shape taken from a flat wrought product intended for subsequent processing such as bending, stamping or deep drawing

3.5.17

circle

circular blank

3.6 Castings

3.6.1

casting

general term for products at or near the finished shape, formed by solidifying titanium or titanium alloys in a mould

3.6.2

sand/graphite casting

rammed graphite moulding

casting formed in a sand or graphite mould.

3.6.3

permanent mould casting

chill casting

casting formed in a metal mould ここで, the molten metal is introduced by gravity or a low-pressure feed

3.6.4

pressure die casting

die casting

casting formed in a metal mould ここで, the molten metal is introduced under high pressure

3.6.5

centrifugal casting

casting formed by centrifugal force in a rotating mould ここで, the major axis of the casting coincides with the axis of rotation, and the thickness of the casting is determined by the dimensions of the mould and amount of titanium poured

Note 1 to entry: Centrifugal casting is not to be confused with casting under centrifugal pressure.

3.6.6

investment casting

casting method using a ceramic mould formed by wax pattern which is removed before pouring molten titanium and titanium alloys in an inert atmosphere

3.6.7

skull melting technique

technique where the molten metal is contained in a water-cooled copper crucible while confined in vacuum or inert gas chamber

Note 1 to entry: The reactive liquid titanium is prevented from dissolving the crucible due to a solid frozen titanium skull.

Note 2 to entry: Vacuum arc skull melting (VASM) and induction skull melting (ISM)are typical examples of skull melting technology applied to titanium and titanium alloys. These processes involve melting the metal within its own skull using an electric arc or induction coil, which is carried out in a vacuum or under an inert gas environment.

3.6.8

hot isostatic pressing

HIP

post-moulding process to densify castings under temperatures and pressures in an inert atmosphere

Note 1 to entry: Hot isostatic pressing can also be applied to the powder metallurgy process to consolidate and solidify powder.

3.7 Methods of processing and treatment

3.7.1

α-β processing

hot working and annealing in a temperature field below the β-transus temperature, usually the final hot working temperature range

3.7.2

annealing

thermal treatment to soften metal by recrystallization or recovery

3.7.3

ageing

precipitation heat treatment

thermal treatment of an alloy at above room temperature for strengthening by phase transformation and precipitation

3.7.4

β processing

hot working and annealing in a temperature field above the β-transus temperature

3.7.5

bright annealing

thermal treatment in an inert atmosphere for titanium and titanium alloys to prevent scaling or oxidation during annealing

3.7.6

cold working

plastic deformation of titanium and titanium alloys at, for example, room temperature

3.7.7

descaling

procedure to remove the layer of oxide formed on the surface during heating

Note 1 to entry: Shot blasting with steel grit or sand is used for thick-walled cross-sections. A molten salt bath containing an aqueous solution is used for thin-walled pieces, and especially for coils.

3.7.8

diffusion soaking

process in which a metal or an alloy is heated for a period at high temperature, in particular to eliminate or relieve chemical micro-segregation by diffusion

3.7.9

homogenizing

process in which a metal or an alloy is heated for a period at a high temperature, in particular to make the structure uniform at a controlled level

3.7.10

hot working

plastic deformation of titanium and titanium alloys at high temperatures, for example over 700 °C

3.7.11

pickling

procedure to remove α case in an aqueous solution

Note 1 to entry: Prevention against hydrogen pick-up is necessary.

3.7.12

quenching

process of cooling a metal or alloy through contact with a solid, liquid or gas at a rate rapid enough to retain one or all of the soluble constituents in solid solution

Note 1 to entry: Common media used are water, oil or a similar product, or accelerated air.

3.7.13

skin passing

final light cold rolling pass on polished rolls to give a bright finish on coils of titanium and titanium alloys with a controlled influence on the mechanical properties

3.7.14

solution heat treatment

process in which an alloy is heated to a suitable temperature and is held at this temperature long enough to allow soluble constituents to enter into solid solution where they are retained in a super-saturated state upon quenching

3.7.15

solution heat treatment and ageing

STA

heat treatment that includes heating to a temperature at which a solid solution of the alloying elements is formed, then cooling at a rate that maintains this state, followed by precipitation heat treatment

Note 1 to entry: This process increases strength.

3.7.16

stabilising

thermal treatment used to promote stability under service conditions in, for example, dimensions, mechanical properties, structure or internal stress

3.7.17

strain hardening

modification of a titanium structure by cold working, resulting in an increase in strength and hardness, generally with some loss of ductility

3.7.18

stress relieving

annealing method for reducing internal stress by moderate temperatures and controlled smooth cooling

3.7.19

stretch levelling

procedure for smoothing the features of coils by stretching and bending titanium and titanium alloys with a controlled influence to the mechanical properties

3.7.20

superplastic forming

SPF

near-net shape forming method using superplasticity, which is confirmed in several practical alloys with ultra-fine grain microstructure such as Ti-6Al-4V at a high temperature and low strain rate

Note 1 to entry: During tensile testing at a given temperature and low strain rate, the elongation values of these alloys can reach several hundred percent.

3.7.21

diffusion bonding

solid joining process at high temperature, often combined with superplastic forming in order to produce complex components

3.7.22

upset forging

process of swelling the cross section of an ingot or a billet in the α, β or α-β field to control the conversion ratio

3.7.23

additive manufacturing

method to produce 3D objects by stacking layers of melted powder using a high energy beam such as a laser or an electron beam

3.8 Surface condition

3.8.1

α case

oxygen-enriched α phase-stabilised surface layer resulting from elevated-temperature exposure

Note 1 to entry: Because α case has high hardness with poor ductility, α case is commonly removed by pickling or mechanical means.

3.8.2

surface finish

surface condition of final products

Note 1 to entry: The typical finishing surfaces are pickled dull surface, vacuum-annealed bright surface and/or shot-blasted surface, ground surface or machined surface.

3.8.3

surface treatment

processing of surfaces to give products special properties

EXAMPLE 1:

Surface treatment for improving corrosion resistance with oxidizing, coating by precious metals and nitriding.

EXAMPLE 2:

Surface treatment for improving wear resistance with metallic plating, thermal spraying, oxidizing and deposit welding.

EXAMPLE 3:

Surface treatment for design with polishing and anodic oxidation.

EXAMPLE 4:

Surface treatment for improving surface conductivity with metal plating by nickel or copper.

3.9 Applications

3.9.1

commercial applications

use in such fields as chemical industry, vehicle and consumer, except use in aerospace and military

3.9.2

non-aerospace applications

use in fields other than the aircraft and space-related equipment fields

3.10 Types of titanium materials and related terms

3.10.1

classification

categorization of titanium materials classified into unalloyed titanium and titanium alloy

Note 1 to entry: For further details, see Annex A.

3.10.2

unalloyed titanium

materials containing a minimum percentage by mass fraction of 98,5 % of titanium with such interstitial elements as carbon, oxygen, nitrogen and hydrogen, and other elements such as iron

Note 1 to entry: Iron is inevitably mixed in due to the use of iron containers during refining and melting.

Note 2 to entry: Other elements other than iron and interstitial elements are not intentionally added and do not exceed the specific limits, unless otherwise specified.

Note 3 to entry: Unalloyed titanium includes high-purity titanium with a purity of N3 or higher, in addition to unalloyed titanium containing trace amounts of the interstitial elements and other elements defined in 3.10.2.

Note 4 to entry: The specific limits for interstitial elements, iron and other elements shall be in accordance with Table A.1.

Note 5 to entry: Exceptions exist in the case of elements that are added in small quantities to enhance corrosion resistance but that do not substantially enhance mechanical properties. Those elements are, for example, palladium, ruthenium, nickel, molybdenum, cobalt, chromium or mixtures thereof.

Note 6 to entry: The maximum mass fraction of alloying elements added to improve corrosion resistance shall be in accordance with Table A.2. The mass fraction of elements other than those specified in Table A.2 shall not exceed 1 %.

Note 7 to entry: ISO 23515 defines the rules for the designation of unalloyed titanium.

3.10.3

titanium alloys

titanium alloy substances in which titanium predominates by mass, over each of the other elements, provided that
  • a) the mass fraction of at least one of the elements added to improve corrosion resistance greater than the specific limits;
  • b) the mass fraction of the other elements exceeds 1 %.

Note 1 to entry: The specific limits for elements added to improve corrosion resistance shall be in accordance with Table A.2.

Note 2 to entry: ISO 23515 defines the rules for designation of titanium alloys.

3.11 Titanium grades and compounds

3.11.1

commercially pure titanium

CP titanium

unalloyed titanium grades with a minimum percentage by mass fraction of 98,5 % of titanium including interstitial elements. iron and residual elements not exceeding the specified limits

Note 1 to entry: The mass fraction of limits of interstitial elements, iron and other elements for commercial pure titanium shall be in accordance with Table A.1.

Note 2 to entry: Increasing levels of interstitial elements and iron lead to higher strength, but lower ductility.

Note 3 to entry: For types of commercially pure titanium with different interstitial elements and iron contents, see ISO 23515:2022, 4.2 and ISO 23515:2022, Table A.1.

3.11.2

corrosion resistance-enhanced grades of commercial pure titanium

unalloyed titanium with enhanced corrosion resistance obtained by adding low percentages by mass fraction of palladium, ruthenium, nickel, molybdenum, cobalt and chromium, either singly or in combination with mechanical behaviour comparable to commercially pure titanium

3.11.3

commercially applied titanium alloys

titanium alloys with improved properties due to adding appropriate percentage by mass fraction of alloying elements enhancing mechanical properties, deformability, weldability and corrosion resistance.

3.11.4

special grade titanium alloys

highly alloyed titanium alloys for special use, such as military and aerospace equipment

3.11.5

titanium-base intermetallic compounds

compounds (metal-to-metal) formed by more than two metallic elements with an ordered lattice crystal structure

Note 1 to entry: Different crystal structures from the constituent metallic elements and in the atomic bonding, covalent bonding and/or ionic bonding state are added to the basic metallic bonding. Completely different crystal structures and/or properties originate from the conventional alloy (solid solution). TiAl and Ti3Al are fundamental titanium base intermetallic compounds and show excellent mechanical properties at high temperatures.

Bibliography

1ISO 23515:2022, Titanium and titanium alloys — Designation system
2Metallography and Microstructures of Titanium and Its Alloys — ASM HandbookVolume 9,Metallography and Microstructures2004,pp899-917