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チタンとステンレスの違いとは?その特徴を紹介します!

チタンとステンレスの違いとは?その特徴を紹介します!

技術情報

見た目や特性が似ているチタンとステンレス。どちらも身近なものに幅広く使用されている金属ですが、今回の記事ではこのチタンとステンレスの違いについて簡単に解説してきたいと思います。

チタンとは(Titanium)

チタンとは、元素記号「Ti」で表される金属です。チタン鉄鉱やルチルを主原料とする金属の1つで、地球を構成する地殻成分の中では4番目に多い金属元素です。鉄、銅、アルミなどと比べると、工業/産業で実用化されてから約70年と比較的新しい金属材料です。

銀色で軽量・高強度・耐食性に優れるなどの特徴があり、高価で高品質な金属です。非常に高い強度を持っていることから宇宙・航空機用材料に用いられ、アクセサリー、スポーツ用品、料理器具などの身近な生活用品にも使用されています。強度が高いため、加工するには高い技術が必要となります。また、生体適合性を有しており金属アレルギーにもなりにくいため、義手や義足、インプラントなどの医療分野でも使われています。経年変化がほとんどないため、リサイクルが容易で環境にも優しい金属です。

チタンには大きく分けて、純チタンとチタン合金の2種類あり、純チタンは純度の高いチタンで、チタン合金はチタンを主成分としアルミニウムやニッケルなどの元素を添加した合金です。純チタンの方が安価で加工が容易です。一方で、チタン合金は含有する金属特性によって強度や耐食性などを向上させています。

ステンレスとは(Stainless steel)

ステンレスは英語で「Stainless Steel/汚れ(錆び)ない 鉄鋼」と言い、鉄(Fe)を主成分(50%以上)とし、クロム(Cr)を10.5%以上含み、炭素(C)が1.2%以下の錆びにくく加工された合金鋼です。紀元前から存在する鉄などに比べて、ステンレスは発明から100年程度しか経っていない比較的新しい金属です。JIS規格をはじめ、金属業界では「SUS(Steel special Use Stainless)」といい、非常に多くの種類があります。

チタンと同様銀色で、錆や腐食に強く、耐熱性、強度などに優れるという特徴があります。このような特徴から、キッチンの料理器具や食器、電子機器、輸送機器、医療器具、車の部品や家電、産業機械など様々な製品に使用されています。加工するには難しい場合があるので加工技術が必要です。ステンレスは100%リサイクル可能でエコ素材でもあります。

チタンとステンレスの違い

チタンとステンレスは似た特徴を持っていますが、それぞれの特徴について比較していきます。

物理的性質

チタンとステンレスの物性比較表

引用:一般財団法人日本チタン協会

チタンはステンレスと比較すると、密度(比重)が60%程度と小さくチタンの方が軽量となっています。熱膨張係数や体積比熱もステンレスの50~60%程度なので、チタンの方が熱収縮しづらく昇温しやすいなどの特徴があります。

機械的性質

チタンとステンレスの機械的性質比較表

引用:一般財団法人日本チタン協会

チタンとステンレスはどちらも高い強度を持っていますが、基本的にはステンレスの方が強度が高いです。しかし、高温の場合はチタンの方が強度が高くなります。耐力については、純チタンとステンレスでほとんど違いはありません。一方で、ヤング率に関してはステンレスの約半分の値を示します。硬度についてはステンレスの方が高く、チタンは傷がつきやすいです。

耐食性

チタンとステンレスはどちらも耐食性に非常に優れており、錆びにくい材質です。どちらも酸化皮膜(不働態)を形成しますが、チタンの方が塩化物イオンに対する耐性が強いです。そのため、チタンは海水や汗などに触れても錆びることはなく、金属アレルギーにもなりにくいです。しかし、塩酸や硫酸といった非酸化性の酸には酸化皮膜ができないため、腐食しやすい傾向にあります。一方で硝酸のような酸化性の酸の場合は、チタン・ステンレスともに不働態皮膜が安定するため、両者ともに高い耐食性を示します。

加工性

被削性・成形性・溶接性のどれをとってもチタンの方が加工が難しいです。チタンを機械加工するには、高い加工技術が必要となります。

外観

チタンとステンレスはどちらも銀色の金属ですが、チタンのほうがやや黒ずんで見えます。

チタンは表面の酸化皮膜が発色するという特徴があります。塗装ではないので剥がれる心配がなく、メンテナンスフリーで多彩な発色ができます。

価格

価格については、チタンの方が高価です。

チタンとステンレスはどちらも優れた耐食性・耐久性と強度を持っており、工業製品から日常生活の様々な物に使われています。性能的にはチタンが優れているポイントが多ですが、加工するのが難しく高価であるというデメリットもあります。それぞれの特徴に適した使用をしましょう。

弊社での製品事例

チタン ピン 医療機器 試作加工

スペック・仕様

材質純チタン(Ⅱ種)
ロット2ヶ/ロット
大きさφ30×60L
公差レベル一般公差
納期目安約2週間
金額1万円未満
製品用途・業界医療機器

医療機器のインプラント・外科手術・整形外科手術に使用される製品の試作品です。材質は、純チタン(Ⅱ種)を使用し、サイズはφ30×60Lです。

今回製作したピンは形状的に難易度は高くありませんが、先端部がテーパーから球面になっているなど、座標計算によるミスが起こりやすい箇所があります。弊社では3Dモデルを作成し、座標を割り出し確認を行うなど正確に製品が加工できるよう徹底したチェック体制を構築しております。

ピン 医療機器 SUS420J2 手術器具

スペック・仕様

材質SUS420J2
ロット20ヶ/ロット
大きさφ12×40L
公差レベル±0.02
納期目安約1ヶ月
金額1万円未満
製品用途・業界医療機器

手術器具に使用されるピンです。材質はSUS420J2で、サイズはφ12×40Lです。

弊社は医療機器製造業許可を保有しており、特に手術器具などへの実績が多数あるため医療機器関連商品の加工も対応可能です。

その他にも製品事例を掲載しておりますので以下のサイトもぜひご覧ください。

>>>チタンの製品事例についてはこちら

>>>ステンレスの製品事例についてはこちら

以上、チタン・ステンレスとは、チタンとステンレスの違い、弊社での事例についてもご紹介いたしました。

加工の相談窓口を運営している株式会社今橋製作所では、本記事で解説しましたチタンやステンレスの加工の実績が多数ございます。お客様のご要望に合わせて、材質選定、加工方法等をご提案させていただきます。技術相談も承りますので、ぜひ一度ご相談下さい。

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