Inconel 713LC
インコネル 713LC の概要
インコネル 713LC は、低炭素のニッケル-クロム系鋳造超合金であり、最大 980°C（1800°F）までの高温環境において、優れた強度、耐酸化性、疲労寿命を実現するために開発されました。インコネル 713C を低炭素化して鋳造性を改善した改良材で、高い健全性が要求される航空宇宙用タービンブレード、ベーン、ホットセクションの構造部品に特に適しています。
本合金は、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%）を含む基本組成を維持します。凝固収縮割れに対する耐性が向上しているため、インコネル 713LC は信頼性の高い構造健全性と安定した機械的特性を提供し、薄肉のロストワックス精密鋳造設計においても一貫性を発揮します。これらの部品は、精密公差を満たすためにCNC加工が必要となることが多くあります。
インコネル 713LC の化学的・物理的・機械的特性
インコネル 713LC（UNS N07713 / AMS 5382）は通常、ロストワックス精密鋳造＋時効処理状態で供給され、航空宇宙および発電分野の部品性能要求に対応します。
化学成分（AMS 5382）
元素 | 組成範囲（wt.%） | 主な役割 |
|---|---|---|
ニッケル（Ni） | 残部（約75.0%） | 高温強度のための母合金 |
クロム（Cr） | 12.0–14.0 | 耐酸化性を向上 |
アルミニウム（Al） | 5.5–6.5 | γ′相を形成し高温強度を付与 |
モリブデン（Mo） | 4.0–5.0 | クリープ破断特性を改善 |
ニオブ（Nb） | 1.5–2.5 | 炭化物および金属間化合物による強化 |
チタン（Ti） | 0.6–1.2 | γ′構造を安定化 |
炭素（C） | 0.02–0.06 | 溶接性・鋳造性向上のため低減 |
ジルコニウム（Zr） | 0.05–0.15 | 粒界強度を増加 |
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 | 酸化スケールを制御 |
マンガン（Mn） | ≤0.50 | 鋳造性を向上 |
物理特性
特性 | 代表値（典型） | 試験規格／条件 |
|---|---|---|
密度 | 8.00 g/cm³ | ASTM B311 |
融解温度範囲 | 1250–1330°C | ASTM E1268 |
熱伝導率 | 11.3 W/m·K（100°C） | ASTM E1225 |
電気抵抗率 | 1.21 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 | 458 J/kg·K（20°C） | ASTM E1269 |
ヤング率（弾性率） | 196 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 | 930–1050 MPa | ASTM E8/E8M |
耐力（0.2%） | 600–730 MPa | ASTM E8/E8M |
伸び | ≥4–6%（標点距離 25mm） | ASTM E8/E8M |
硬さ | 320–380 HB | ASTM E10 |
クリープ破断強度 | ≥160 MPa @ 871°C、100h | ASTM E139 |
インコネル 713LC の主な特長
高温性能：950°Cを超える環境でも構造健全性を維持し、160 MPa超のクリープ破断強度が持続するため、長時間サイクルのタービン運転に適しています。
優れた鋳造性：低炭素化とZr/Bの微量添加により、凝固時のホットティア（熱割れ）や収縮ポロシティが低減され、より高精度で複雑な精密鋳造が可能になります。
熱疲労・耐酸化性：高いCrおよびAl含有によりCr₂O₃とAl₂O₃の保護層を形成し、変動するエンジン環境でも耐酸化保護を提供します。
CNC加工性：鋳造後の機械加工により、最適化した切削条件と工具システムを用いて、±0.02 mmの仕上げ公差およびRa ≤ 0.8 µmの表面粗さに対応します。
インコネル 713LC のCNC加工における課題と解決策
加工上の課題
材料硬さと摩耗
鋳造＋時効処理された 713LC は最大 380 HB の硬さを示し、長時間加工において切削工具の健全性を損ないやすくなります。
脆性的挙動
伸びが約4–6%と限定的なため、工具への突発的な衝撃や不適切な送り条件により、微小割れや欠けが生じる可能性があります。
熱の集中
熱伝導率が低い（<12 W/m·K）ため、工具先端温度が上昇しやすく、乾式またはクーラント不足条件ではクレータ摩耗が促進されます。
最適化された加工戦略
工具選定
項目 | 推奨 | 理由 |
|---|---|---|
工具材質 | セラミック（SiAlON）または仕上げ用CBN | 高い赤熱硬さと耐熱性 |
コーティング | TiAlN/AlCrN、3–6 µm（PVD） | 耐酸化性と耐摩耗性を向上 |
形状 | 正すくい（10–12°）、面取り刃 | 刃先欠けを防ぎ、仕上げ性を改善 |
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 713LC 部品の表面処理
熱間等方圧加圧（HIP）
HIPは、100–200 MPaの圧力と>1100°Cの温度下で鋳造組織を緻密化し、内部ポロシティを除去して疲労耐性を25%以上向上させます。
熱処理
熱処理には、1160°Cでの溶体化焼鈍と845°Cでの時効処理が含まれ、γ′の安定性と機械特性の均一性を向上させます。
超合金溶接
超合金溶接では、予熱したTIGまたはEB溶接とNi-Cr系溶加材を用い、溶接強度を維持しながら微小割れの発生を抑制します。
遮熱コーティング（TBC）
TBCコーティングは、150–300 µmのYSZセラミック層を形成し、熱疲労寿命を延長するとともに表面温度を150–200°C低減します。
放電加工（EDM）
EDMは、ブレードルート、冷却流路、ファーツリースロットを±0.01 mm公差で精密成形可能にします。
深穴加工（Deep Hole Drilling）
深穴加工は、鋳造タービン冷却チャネルおよび燃焼器部品向けに、L/D ≥ 40:1の穴加工精度を実現します。
材料試験・分析
材料試験には、AMS 2175およびASTM E112に準拠した超音波、X線、結晶粒度・組織検査が含まれ、寸法および冶金的適合性を保証します。
インコネル 713LC 部品の産業用途
航空宇宙用タービン
タービンブレード、ノズルベーン、ホットセクション鋳物。
高い遠心荷重と酸化サイクルに耐えます。
発電分野
定置・回転ブレード、シュラウド、ノズルガイド。
900–980°Cで優れた長期機械特性を発揮します。
ガス圧縮・ターボチャージング
排気マニホールド、ターボローター、タービンハウジング。
急激な熱衝撃と高速回転条件下でも信頼性を維持します。
産業用燃焼システム
バーナー、燃焼室、ヒートシールド。
長時間の熱曝露下でも構造健全性を維持します。
