Inconel 718LC
インコネル 718LC の概要
インコネル 718LC は、広く使用されているインコネル 718 超合金の低炭素バリアントで、溶接性の向上、偏析の低減、そして航空宇宙および産業用ガスタービンの重要鋳物における構造健全性の強化を目的に設計されています。炭素および一部の微量元素を低減することで、インコネル 718LC は高温割れを最小化し、精密なCNC仕上げを必要とする大断面部品の欠陥のない溶接・鋳造を可能にします。
ニッケル（50–55%）をベースに、クロム（17–21%）、ニオブ（4.75–5.50%）、モリブデン（2.80–3.30%）、鉄（残部）を含むインコネル 718LC は、最大 704°C（1300°F）まで優れた機械的強度と耐食性を発揮します。ロストワックス精密鋳造および後加工プロセスとの相性が良く、高性能で寸法安定性の高い部品にとって信頼できる材料です。
インコネル 718LC の化学的・物理的・機械的特性
インコネル 718LC（UNS N07718LC / AMS 5383）は、通常、鋳造・溶体化熱処理・時効硬化の状態で供給され、航空宇宙、原子力、産業用ガスタービン部品の厳しい性能要求を満たします。
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 | 高温強度と耐食性のための母相元素 |
クロム（Cr） | 17.0–21.0 | 耐酸化性・耐食性を向上 |
鉄（Fe） | 残部 | 構造マトリクスおよびコスト効率 |
ニオブ（Nb）＋タンタル（Ta） | 4.75–5.50 | γ″析出形成による強化 |
モリブデン（Mo） | 2.80–3.30 | 高温クリープ耐性を改善 |
チタン（Ti） | 0.65–1.15 | γ′相を形成し強度保持に寄与 |
アルミニウム（Al） | 0.20–0.80 | γ′相の析出に寄与 |
炭素（C） | ≤0.02 | 高温割れ感受性と偏析を低減 |
コバルト（Co） | ≤1.00 | 高温強度を向上（任意） |
マンガン（Mn） | ≤0.35 | 鋳造性を改善 |
ケイ素（Si） | ≤0.35 | 高温での耐酸化性 |
硫黄（S） | ≤0.010 | 溶接性と高温延性のため管理 |
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 | 11.2 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 | 1100–1250 MPa | ASTM E8/E8M |
耐力（0.2%） | 950–1080 MPa | ASTM E8/E8M |
伸び | ≥6–10%（標点距離 25mm） | ASTM E8/E8M |
硬さ | 310–360 HB | ASTM E10 |
クリープ破断強度 | ≥160 MPa @ 650°C、1000h | ASTM E139 |
インコネル 718LC の主な特長
低炭素の利点：鋳造および溶接時の高温割れリスクを低減し、大断面部品における溶接性と微細組織の均一性を向上させます。
高温性能：704°Cまでの高温域において、引張強さ>1100 MPa、耐力（0.2%）≥950 MPa を維持します。
析出強化：γ′（Ni₃(Al, Ti)）およびγ″（Ni₃Nb）相による二重の時効硬化により、熱・機械の繰返し負荷下でも長期的な強度保持が可能です。
鋳造後の加工性：最適化された条件と工具で加工することで、厳しいCNC公差（±0.02 mm）および良好な表面仕上げ（Ra ≤ 0.8 µm）に対応します。
インコネル 718LC のCNC加工における課題と解決策
加工上の課題
高強度および時効硬化
時効処理状態でのブリネル硬さは最大 360 HB に達し、工具寿命を短くするため、たわみ許容の小さい高剛性セットアップが必要です。
保熱性と工具摩耗
熱伝導率が低い（~11 W/m·K）ため工具先端温度が高くなり、高圧クーラントシステムと耐摩耗コーティングが求められます。
表面粗さとノッチ摩耗
γ′およびγ″析出物の影響により、工具形状が不適切であったり、摩耗したインサートを使用したりすると、刃先への付着やノッチ摩耗が発生します。
最適化された加工戦略
工具選定
項目 | 推奨 | 理由 |
|---|---|---|
工具材質 | コーティング超硬、または高温用途にはSiAlONセラミック | 発熱下でも硬さと安定性を維持 |
コーティング | TiAlN、AlCrN（PVD 3–6 µm） | 摩耗・酸化・拡散に耐性 |
形状 | 正すくい（8–12°）、ホーニング／面取り刃先 | 切削抵抗を低減し、刃先欠けを防止 |
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 718LC 部品の表面処理
熱間等方圧加圧（HIP）
HIPは鋳造組織内の内部ポロシティを閉鎖し、疲労強度を25–30%向上させます。航空宇宙およびタービン部品にとって重要な工程です。
熱処理
熱処理では、980–1065°Cでの溶体化処理と、718°C付近での時効処理を行い、γ′/γ″相を析出させて高温特性を最適化します。
超合金溶接
超合金溶接は、低炭素のNi基溶加材を用いたTIG/EB溶接により、欠陥のない接合とHAZ割れの最小化を実現します。
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YSZを形成し、熱サイクルと酸化から保護します。
放電加工（EDM）
EDMは、冷却穴、ファーツリースロット、鋳造部の複雑形状に対し、±0.01 mmの精度を実現します。
深穴加工（Deep Hole Drilling）
深穴加工は、タービン冷却システムや構造鋳物向けに、L/D ≥ 40:1 の精密ボア形状を加工します。
材料試験・分析
材料試験には、機械試験、超音波／X線NDT、およびAMS 5383 と ASTM E112 に準拠した金属組織解析が含まれます。
インコネル 718LC 部品の産業用途
航空宇宙エンジン
タービンベーン、ステータリング、ノズルガイド鋳物。
高推力、熱、酸化の応力サイクル下でも高い信頼性で運用できます。
発電分野
高温部ブレードおよび燃焼器トランジション鋳物。
650–700°Cでの高サイクル疲労負荷下でも長寿命を実現します。
石油・ガスおよび海洋
ポンプハウジング、高圧マニホールド、海中（サブシー）部品。
塩化物起因のSCC、ブライン曝露、H₂S腐食に耐えます。
防衛・ロケット推進
エンジン支持構造および熱制御要素。
極端な温度変化と振動下でも機械的強度を維持します。
