Inconel 718
インコネル 718 の概要
インコネル 718 は、析出硬化型のニッケル-クロム合金であり、卓越した高温強度、耐食性、溶接性で知られています。最大 704°C（1300°F）までの使用が可能で、優れた引張特性、疲労特性、クリープ破断特性を備えることから、航空宇宙、発電、石油・ガス産業で広く用いられています。
本合金は、ニッケル（50–55%）、クロム（17–21%）、ニオブ（4.75–5.50%）、モリブデン（2.80–3.30%）、鉄（残部）を主要成分として含みます。Ni₃Nb（γ″相）および Ni₃(Al, Ti)（γ′相）による時効硬化という独自の強化機構により、長期の熱サイクル下でも優れた強度と寸法安定性を発揮します。
インコネル 718 の化学的・物理的・機械的特性
インコネル 718（UNS N07718 / AMS 5662、AMS 5663、ASTM B637）は、鍛造材、鋳造材、粉末冶金材として供給され、通常は溶体化焼鈍＋時効処理状態に熱処理されます。
化学成分（ASTM B637）
元素 | 組成範囲（wt.%） | 主な役割 |
|---|---|---|
ニッケル（Ni） | 50.0–55.0 | 主成分；高温強度 |
クロム（Cr） | 17.0–21.0 | 耐食性・耐酸化性 |
鉄（Fe） | 残部 | 構造支持、コスト最適化 |
ニオブ（Nb）＋タンタル（Ta） | 4.75–5.50 | γ″析出により強化 |
モリブデン（Mo） | 2.80–3.30 | クリープ耐性と耐食性を向上 |
チタン（Ti） | 0.65–1.15 | γ′相による強化 |
アルミニウム（Al） | 0.20–0.80 | γ′析出を形成し高温強度を付与 |
コバルト（Co） | ≤1.00 | 高温強度を補強（任意） |
炭素（C） | ≤0.08 | 溶接性と靭性のため管理 |
マンガン（Mn） | ≤0.35 | 熱間加工性を改善 |
ケイ素（Si） | ≤0.35 | 酸化の制御 |
硫黄（S） | ≤0.015 | 高温割れの抑制 |
物理特性
特性 | 代表値（典型） | 試験規格／条件 |
|---|---|---|
密度 | 8.19 g/cm³ | ASTM B311 |
融解温度範囲 | 1260–1336°C | ASTM E1268 |
熱伝導率 | 11.4 W/m·K（100°C） | ASTM E1225 |
電気抵抗率 | 1.23 µΩ·m（20°C） | ASTM B193 |
熱膨張係数 | 13.0 µm/m·°C（20–1000°C） | ASTM E228 |
比熱容量 | 435 J/kg·K（20°C） | ASTM E1269 |
ヤング率（弾性率） | 200 GPa（20°C） | ASTM E111 |
機械的特性（AMS 5662/5663 – 時効処理状態）
特性 | 代表値（典型） | 試験規格 |
|---|---|---|
引張強さ | 1240–1380 MPa | ASTM E8/E8M |
耐力（0.2%） | 1030–1180 MPa | ASTM E8/E8M |
伸び | ≥12%（標点距離 25mm） | ASTM E8/E8M |
硬さ | 330–380 HB | ASTM E10 |
クリープ破断強度 | ≥160 MPa @ 650°C、1000h | ASTM E139 |
インコネル 718 の主な特長
高温強度：650°Cまで1000 MPa超の機械的強度を維持し、700°Cでも長時間にわたりクリープ耐性を示すため、航空宇宙タービンやエネルギーシステムに最適です。
優れた耐食性：塩化物孔食、硫化物応力腐食、酸性／アルカリ性媒体に耐性—坑内工具や海洋機器に適しています。
安定した微細組織：二相析出（γ′＋γ″）により、熱サイクル下でも長期的な機械的健全性と相安定性を確保します。
溶接性：多くの超合金と異なり、インコネル 718 は低炭素かつNb/Al/Tiバランスにより割れが生じにくく、溶接が容易です。
インコネル 718 のCNC加工における課題と解決策
加工上の課題
加工硬化率が高い
ひずみ硬化が速く（n ≈ 0.4）、切削中に表面硬さが>30%増加し、工具摩耗とたわみを加速させます。
熱管理の課題
熱伝導率が低い（11.4 W/m·K）ため切削温度が900°Cを超えやすく、クレータ摩耗や寸法精度低下を引き起こします。
構成刃先とノッチ摩耗
延性流動と炭化物析出物の摩耗性が組み合わさることで、切込み境界部でのノッチ摩耗や刃先欠けが発生します。
最適化された加工戦略
工具選定
項目 | 推奨 | 理由 |
|---|---|---|
工具材質 | 超硬（PVDコート）、高速加工はセラミック | 高い高温硬さと耐摩耗性 |
コーティング | TiAlN、AlCrN、またはTiSiN、3–6 µm | 熱移動と摩耗を低減 |
形状 | 正すくい（8–12°）、強固な刃先処理 | 加工硬化と構成刃先を低減 |
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 | 20–30 | 0.20–0.30 | 2.0–3.0 | 80–100 |
仕上げ加工 | 40–60 | 0.05–0.10 | 0.3–0.8 | 100–150 |
加工済みインコネル 718 部品の表面処理
熱間等方圧加圧（HIP）
HIPはポロシティを除去し、高圧タービンおよび航空宇宙鋳物の疲労寿命を最大30%向上させます。
熱処理
熱処理では、980–1065°Cでの溶体化焼鈍と718°Cでの時効処理を行い、γ′/γ″析出と機械特性を最適化します。
超合金溶接
超合金溶接は、Nb安定化溶加材を用いたGTAWまたはEB溶接により、溶接後割れを起こすことなく微細組織の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125–300 µmのセラミックコーティングを形成し、表面温度を低減して熱疲労耐性を向上させます。
放電加工（EDM）
EDMは、硬化または時効処理されたインコネル 718 に対して±0.01 mm公差と優れた仕上げを実現し、冷却スロットや金型の微細形状に最適です。
深穴加工（Deep Hole Drilling）
深穴加工は、エンジンボアや配管に必要な高い直進性と表面仕上げを確保しつつ、L/D ≥ 40:1 を達成します。
材料試験・分析
材料試験には、引張、疲労、超音波、および金属組織解析（ASTM E112、E139、AMS 5663）が含まれ、航空宇宙グレードの信頼性を保証します。
インコネル 718 部品の産業用途
航空宇宙エンジン
タービンディスク、シャフト、ファスナー、燃焼器ライナー。
高推力／高負荷条件下でも、クリープ変形や疲労破壊なしに運用できます。
発電分野
蒸気タービンブレード、シール、トランジションダクト。
高圧、酸化、振動下でも高い信頼性を発揮します。
石油・ガス
坑内工具、バルブ、仕上げ設備（コンプリーション機器）。
サワーガス、高圧ブライン、塩化物起因のSCCに耐性があります。
工業用モールド・ツーリング
射出成形金型およびホットランナーシステム。
急速サイクルと熱応力下でも機械的健全性を維持します。
