Inconel 718C
インコネル 718C の概要
インコネル 718C は、標準のインコネル 718 ニッケル基超合金の派生材で、鋳造プロセスに最適化されながらも、母材合金が航空宇宙、エネルギー、高性能エンジニアリング用途で広く採用されている理由である高温機械特性、耐食性、析出硬化能を保持しています。ロストワックス精密鋳造によるニアネットシェイプ部品を想定して設計されており、最終的にCNC加工が必要となる大型部品や幾何学的に複雑な部品に適しています。
インコネル 718C 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）を含み、時効処理後のγ′相およびγ″相の析出により強度を得ます。最大 704°C（1300°F）まで安定した機械特性を発揮し、優れた鋳造性により、タービンベーン、燃焼器リング、その他の機械的・熱的応力を受ける構造部品に最適です。
インコネル 718C の化学的・物理的・機械的特性
インコネル 718C（UNS N07718C / ASTM B670 鋳造グレード）は、一般に鋳造、溶体化処理、時効処理状態で供給され、航空宇宙および産業用ガスタービン用途の厳しい要求に対応します。
化学成分（鋳造材の代表分析値）
元素 | 組成範囲（wt.%） | 主な役割 |
|---|---|---|
ニッケル（Ni） | 50.0–55.0 | 主成分；高温での機械的強度 |
クロム（Cr） | 17.0–21.0 | 耐酸化性・耐食性を付与 |
鉄（Fe） | 残部 | 構造支持と安定性 |
ニオブ（Nb）＋タンタル（Ta） | 4.75–5.50 | γ″強化と安定性の鍵 |
モリブデン（Mo） | 2.80–3.30 | クリープ耐性と固溶強化 |
チタン（Ti） | 0.65–1.15 | γ′相を形成し、追加の析出硬化を付与 |
アルミニウム（Al） | 0.20–0.80 | Tiとともにγ′相を形成し高温強度を付与 |
コバルト（Co） | ≤1.00 | 高温強度向上のため任意添加 |
炭素（C） | ≤0.08 | 高温割れリスク低減のため管理 |
マンガン（Mn） | ≤0.35 | 鋳造性を改善 |
ケイ素（Si） | ≤0.35 | 耐酸化性を強化 |
硫黄（S） | ≤0.015 | 割れや溶接欠陥を防ぐため低減 |
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 | 11.0 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） | 198 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 | 1120–1260 MPa | ASTM E8/E8M |
耐力（0.2%） | 960–1100 MPa | ASTM E8/E8M |
伸び | ≥6–10%（標点距離 25mm） | ASTM E8/E8M |
硬さ | 320–360 HB | ASTM E10 |
クリープ破断強度 | ≥160 MPa @ 650°C、1000h | ASTM E139 |
インコネル 718C の主な特長
高温機械強度：704°Cまで引張強さ1100 MPa超を維持し、安定したγ′/γ″析出組織により、厳しい熱・構造環境に適します。
鋳造性と健全性：精密ロストワックス鋳造に最適で、鍛造材バリアントと比べて高温割れが減少し、給湯（フィーディング）挙動が改善されます。
耐食性：塩化物孔食、硫化物応力腐食、高圧下の酸化環境に対して優れた耐性を発揮します。
鋳造後の加工性：最終寸法公差（±0.02 mm）および表面仕上げ（Ra ≤ 0.8 µm）を達成するため、通常CNC加工が適用されます。
インコネル 718C のCNC加工における課題と解決策
加工上の課題
時効処理状態での高強度
最大 360 HB の硬さにより工具摩耗が増大し、特に仕上げ加工では切削速度が制限されます。
熱伝導率の制約
切削中に強い発熱域が生じるため、効果的なクーラント供給と耐熱衝撃性の高い工具が必要です。
ノッチ感受性と構成刃先
延性を持ちながらも摩耗性が高いため、刃先への付着（ビルトアップ）やノッチ摩耗が発生しやすく、特に切込み境界で顕著です。
最適化された加工戦略
工具選定
項目 | 推奨 | 理由 |
|---|---|---|
工具材質 | 高性能超硬またはセラミックインサート | 発熱に耐え、刃先の鋭さを維持 |
コーティング | TiAlN、AlCrN のPVDコーティング（3–6 µm） | 耐熱性と耐摩耗寿命を向上 |
形状 | 正すくい（8–12°）、ホーニング刃先形状 | 切削抵抗を制御し、刃先破損を防止 |
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 | 35–50 | 0.05–0.10 | 0.3–0.8 | 100–150 |
加工済みインコネル 718C 部品の表面処理
熱間等方圧加圧（HIP）
HIPは鋳造ポロシティを除去し、疲労強度を最大25%向上させるため、航空宇宙グレードの健全性確保に不可欠です。
熱処理
熱処理には、980–1065°Cでの溶体化焼鈍と約718°Cでの時効処理が含まれ、γ′/γ″硬化と寸法安定性を最適化します。
超合金溶接
超合金溶接では、Nb安定化溶加材と精密なアーク制御により、微小割れやHAZ割れを生じさせずに高強度継手を実現します。
遮熱コーティング（TBC）
TBCコーティングは、YSZセラミック層（125–300 µm）を形成し、高速ガス環境下での熱疲労寿命を延長します。
放電加工（EDM）
EDMは、タービンセグメント、冷却穴、微細輪郭の最終成形に適し、±0.01 mmの精度を実現します。
深穴加工（Deep Hole Drilling）
深穴加工は、鋳造断面におけるL/D比 ≥ 40:1 の冷却チャネル形成やチューブ形状加工を支援します。
材料試験・分析
材料試験は、ASTM E139、AMS 5663、E112に対する機械特性、微細組織、欠陥検査の完全適合を保証します。
インコネル 718C 部品の産業用途
航空宇宙用ガスタービン
タービンベーン、ノズルリング、燃焼器サポート。
回転部・静止部の双方で高い疲労強度と耐熱性を発揮します。
発電分野
蒸気タービンの高温域鋳物およびトランジションピース。
高温と繰返し荷重下で連続運転が可能です。
石油・ガス採掘
坑内工具におけるバルブ、インペラ、シール部品。
深井戸運用でのH₂Sリッチ腐食および塩化物孔食に耐性を示します。
防衛・ロケット
推力室、ノズルスカート、制御ベーン。
打上げおよび再突入時の熱サイクル下でも強度と形状を維持します。
