Inconel 713C
インコネル 713C の概要
インコネル 713C は、高強度の析出硬化型ニッケル-クロム系鋳造超合金であり、極限の熱的・機械的条件下での使用に最適化されています。優れたクリープ耐性、耐酸化保護性、鋳造性を兼ね備えているため、950°C（1742°F）を超える高温で連続運転するタービンブレード、ホットガスパス部品、エンジン構造部品に特に適しています。
ニッケル（約75%）を母相とし、クロム（12–14%）、アルミニウム（5.5–6.5%）、モリブデン（4–5%）、ニオブ（1.5–2.5%）を添加することで、インコネル 713C は微細なγ′析出組織を形成し、熱疲労下でも安定した機械的挙動を示します。標準のインコネル 713 合金を発展させた材料で、鋳込み流動性の向上と、やや優れた高温腐食性能を実現しています。
インコネル 713C の化学的・物理的・機械的特性
インコネル 713C（UNS N07713C / AMS 5381）は、高性能な航空宇宙・エネルギー部品向けに、主として鋳造＋時効処理の形態で使用されます。AMS 5381 や MIL-C-24707 などの規格に適合します。
化学成分（AMS 5381）
元素 | 組成範囲（wt.%） | 主な役割 |
|---|---|---|
ニッケル（Ni） | 残部（約75.0%） | 熱安定性のための母相金属 |
クロム（Cr） | 12.0–14.0 | 耐酸化性・高温腐食耐性 |
アルミニウム（Al） | 5.5–6.5 | γ′相による強化を促進 |
モリブデン（Mo） | 4.0–5.0 | クリープ破断耐性を向上 |
ニオブ（Nb） | 1.5–2.5 | NbC形成およびγ″により強化 |
チタン（Ti） | 0.6–1.2 | γ′相の安定性 |
炭素（C） | 0.10–0.20 | 炭化物を形成し高温強度を付与 |
ジルコニウム（Zr） | 0.05–0.15 | 粒界の結合性を向上 |
ホウ素（B） | 0.005–0.015 | 高温強度と延性を向上 |
鉄（Fe） | ≤3.0 | 残留元素 |
ケイ素（Si） | ≤0.50 | 酸化スケールの発生を最小化 |
マンガン（Mn） | ≤0.50 | 鋳造性を補助 |
物理特性
特性 | 代表値（典型） | 試験規格／条件 |
|---|---|---|
密度 | 8.01 g/cm³ | ASTM B311 |
融解温度範囲 | 1250–1330°C | ASTM E1268 |
熱伝導率 | 11.0 W/m·K（100°C） | ASTM E1225 |
電気抵抗率 | 1.22 µΩ·m（20°C） | ASTM B193 |
熱膨張係数 | 13.8 µm/m·°C（20–1000°C） | ASTM E228 |
比熱容量 | 455 J/kg·K（20°C） | ASTM E1269 |
ヤング率（弾性率） | 197 GPa（20°C） | ASTM E111 |
機械的特性（鋳造＋時効処理状態）
特性 | 代表値（典型） | 試験規格 |
|---|---|---|
引張強さ | 940–1060 MPa | ASTM E8/E8M |
耐力（0.2%） | 610–740 MPa | ASTM E8/E8M |
伸び | ≥3–5%（標点距離 25mm） | ASTM E8/E8M |
硬さ | 330–390 HB | ASTM E10 |
クリープ破断強度 | ≥160 MPa @ 871°C、100h | ASTM E139 |
インコネル 713C の主な特長
高温強度：940 MPa超の引張強さを維持し、871°Cで>150 MPaのクリープ耐性が持続するため、回転体および静止体のホットセクション部品に最適です。
耐酸化性・高温ガス耐性：Cr-Al系酸化皮膜が、変動する熱負荷下でも最大1000°Cのタービン環境における表面劣化を防止します。
ガンマプライム強化：高いγ′体積率（約60%）により硬さが向上し、過酷な使用サイクルでも形状健全性を維持します。
鋳造性と寸法安定性：流動性に優れたロストワックス精密鋳造向けに設計され、後加工により厳しい公差（±0.02 mm）と低い表面粗さ（Ra ≤ 0.8 µm）を実現します。
インコネル 713C のCNC加工における課題と解決策
加工上の課題
高硬度と工具摩耗
時効処理後の鋳物は最大390 HBに達し、超硬インサートの摩耗を加速させ、フランク欠けを引き起こします。
低延性と脆性
伸びが限定的（約3–5%）であるため、仕上げパス中に表面割れやエッジ変形が生じるリスクが高まります。
熱負荷の集中
熱伝導率が低いため、工具-切りくず界面で熱が急速に蓄積し、クレータ摩耗や寸法ドリフトを招きます。
最適化された加工戦略
工具選定
項目 | 推奨 | 理由 |
|---|---|---|
工具材質 | SiAlON系セラミックまたはコーティング超硬（仕上げはCBN） | 耐熱性・耐摩耗性が高い |
コーティング | TiAlN/AlCrN、3–6 µm（PVD） | 拡散摩耗と酸化を最小化 |
形状 | 正すくい（10–12°）、強化刃先 | 工具寿命と仕上げ面の制御性を向上 |
切削条件（ISO 3685）
加工 | 速度（m/min） | 送り（mm/rev） | 切込み（DOC）（mm） | クーラント圧（bar） |
|---|---|---|---|---|
荒加工 | 15–25 | 0.20–0.30 | 2.0–3.0 | 80–120 |
仕上げ加工 | 30–45 | 0.05–0.10 | 0.3–0.8 | 100–150 |
加工済みインコネル 713C 部品の表面処理
熱間等方圧加圧（HIP）
HIPは収縮孔を除去し、疲労強度を25%以上向上させ、繰返し高温条件下での構造性能を強化します。
熱処理
熱処理では、1150–1175°Cでの溶体化処理と時効処理を行い、γ′分布と引張特性を（大型鋳物断面全体にわたり）最適化します。
超合金溶接
超合金溶接は、同等成分の溶加材を用いたGTAWまたはEBWにより、HAZの脆化を最小化し、熱サイクル下でも構造健全性を維持します。
遮熱コーティング（TBC）
TBCコーティングは、APSまたはEB-PVDにより100–300 µmのYSZ層を形成し、表面温度を最大200°C低減してタービン部品寿命を延長します。
放電加工（EDM）
EDMは、硬化したインコネル 713C 鋳物に対して±0.01 mmの精度で、複雑な内部形状やスロット加工を可能にします。
深穴加工（Deep Hole Drilling）
深穴加工は、タービンセグメントの冷却孔やエアパッセージ向けに、L/D比 ≥40:1 を実現します。
材料試験・分析
材料試験では、超音波、X線、結晶粒度・組織解析（ASTM E112、AMS 2175）を実施し、安全重要部品における健全性を認証します。
インコネル 713C 部品の産業用途
航空宇宙・航空
タービンブレード、ノズルガイドベーン、燃焼器支持構造。
熱サイクルおよび遠心荷重が繰り返される過酷環境でも高い信頼性で作動します。
産業用ガスタービン
1段目ノズル、バケット、シュラウド。
950–1000°Cのガス流に長期曝露されても、クリープや酸化劣化を抑制します。
船舶推進
ターボチャージャーローターおよび高速排気ハウジング。
熱勾配と塩分起因の高温腐食に対して高い耐性を示します。
自動車パフォーマンス
高性能ターボチャージャーホイールおよびインレット部品。
極端な温度変動下でも寸法安定性を維持します。
