Inconel 738C
インコネル 738C の概要
インコネル 738C は、高温構造用途向けに設計された鋳造ニッケル基超合金で、クリープ耐性、耐酸化性、耐熱疲労性が重要となる環境で使用されます。本合金はインコネル 738 の改良版であり、鋳造性の向上と溶接性の改善を目的に最適化されています。そのため、精密鋳造部品に対してCNC後加工を行うアプリケーションにおいて、信頼性の高い材料選択肢となります。
インコネル 738C は、インコネル 738 と同様に高い γ′ 相含有量（約60%）を維持し、ニッケル（約62%）をベースに、クロム（16%）、コバルト（8.5–9.5%）、チタン（3.4–3.8%）、アルミニウム（3.2–3.7%）などで安定化されています。最大 980°C（1796°F）まで優れた高温機械的安定性を示し、タービンベーン、燃焼器ハードウェア、その他の厳しい熱サイクルにさらされる部品に適用されます。
インコネル 738C の化学的・物理的・機械的特性
インコネル 738C（UNS R30738 / ASTM A297）は、通常、ロストワックス精密鋳造、溶体化熱処理、時効処理状態で供給され、航空宇宙および発電用タービン部品など高信頼用途に適しています。
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） | ~62.0 | 母相マトリクス；高温強度の基盤 |
クロム（Cr） | 15.5–16.5 | 耐酸化性・耐食性 |
コバルト（Co） | 8.5–9.5 | 耐疲労性と熱安定性を向上 |
タングステン（W） | 2.6–3.3 | 固溶強化 |
モリブデン（Mo） | 1.5–2.1 | クリープ特性を改善 |
チタン（Ti） | 3.4–3.8 | 時効硬化のためのγ′形成 |
アルミニウム（Al） | 3.2–3.7 | Tiとともにγ′相を安定化 |
炭素（C） | 0.08–0.12 | 炭化物形成と結晶粒強化のために管理 |
ホウ素（B） | 0.005–0.01 | 延性と耐割れ性を改善 |
ジルコニウム（Zr） | ≤0.05 | 粒界の結合力を向上 |
ケイ素（Si） | ≤0.5 | 酸化スケールの密着性を向上 |
マンガン（Mn） | ≤0.5 | 鋳造性とスラグ除去を補助 |
物理特性
特性 | 代表値（典型） | 試験規格／条件 |
|---|---|---|
密度 | 8.15 g/cm³ | ASTM B311 |
融解温度範囲 | 1260–1330°C | ASTM E1268 |
熱伝導率 | 11.0 W/m·K（100°C） | ASTM E1225 |
電気抵抗率 | 1.28 µΩ·m（20°C） | ASTM B193 |
熱膨張係数 | 13.3 µm/m·°C（20–1000°C） | ASTM E228 |
比熱容量 | 450 J/kg·K（20°C） | ASTM E1269 |
ヤング率（弾性率） | 188 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 | 980–1100 MPa | ASTM E8/E8M |
耐力（0.2%） | 680–800 MPa | ASTM E8/E8M |
伸び | ≥4–8%（標点距離 25mm） | ASTM E8/E8M |
硬さ | 330–390 HB | ASTM E10 |
クリープ破断強度 | ≥135 MPa @ 870°C、1000h | ASTM E139 |
インコネル 738C の主な特長
鋳造性の最適化：流動性と給湯（フィーディング）特性の改善により、複雑なタービン部品での収縮欠陥やポロシティを低減します。
高いγ′相による強化：γ′体積分率が約60%に達し、高温域で優れた機械的安定性を実現します。
表面安定性：Cr₂O₃およびAl₂O₃の保護酸化皮膜を形成し、繰返し加熱条件下で優れた耐酸化性を発揮します。
CNC後加工適性：高性能工具を用いることで、鋳物を±0.02 mmの公差、Ra ≤ 0.8 µmの表面粗さまで後加工できます。
インコネル 738C のCNC加工における課題と解決策
加工上の課題
高硬度
時効硬化した 738C 部品は 390 HB を超えることがあり、長時間加工サイクルでは工具寿命と仕上げ面品位の維持が難しくなります。
熱の蓄積
熱伝導率が 12 W/m·K 未満のため、切削領域に熱が集中し、高度な冷却手段とコーティング技術が必要です。
組織の研磨性（アブレイシブ性）
金属間化合物相と炭化物により刃先摩耗とクレータ摩耗が進みやすく、特に高い切削速度で顕著になります。
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セラミック、またはPVDコート超硬 | 極端な熱と研磨摩耗に耐える |
コーティング | TiAlN、AlCrN（膜厚 3–6 µm） | 熱負荷と摩擦を低減 |
形状 | 正すくい 10–12°、刃先処理付きインサート | 切削抵抗を制御し、刃先損傷を遅らせる |
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 | 80–100 |
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 738C 部品の表面処理
熱間等方圧加圧（HIP）
HIPは、鋳造材に典型的な微小ポロシティを除去することで内部組織を緻密化し、低サイクル疲労耐性を向上させます。
熱処理
熱処理は、1120–1170°Cでの溶体化処理に続き、845°Cで時効処理を行い、強度と熱安定性のためにγ′相を十分に析出させます。
超合金溶接
超合金溶接は、予熱と適切な溶加材の管理により、接合や補修時の割れを最小化しながら実施可能です。
遮熱コーティング（TBC）
TBCコーティングは、125–250 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、翼面の使用中酸化を低減します。
放電加工（EDM）
EDMにより、冷却スロット、ファーツリー形状、複雑形状を鋳造後に±0.01 mmの精度で加工できます。
深穴加工（Deep Hole Drilling）
深穴加工は、タービン用途の冷却流路に不可欠な高アスペクト比穴（L/D ≥ 40:1）を高精度で加工します。
材料試験・分析
材料試験には、ASTM E139、E112、および AMS 5389 に基づく微細組織解析、引張／耐食試験、NDTが含まれます。
インコネル 738C 部品の産業用途
航空機タービン
ノズルガイドベーン、タービンブレード、シュラウドセグメント。
飛行時の熱サイクル条件下で、900–980°Cにおける機械的健全性を提供します。
産業用ガスタービン
トランジションダクト、燃焼器部品、ロータセグメント。
高圧燃焼および急速な熱サイクル下で性能を発揮します。
電力・エネルギー
タービン排気フレーム、シール、ヒートシールドシステム。
耐酸化性と長期クリープ強度を両立します。
防衛・宇宙推進
高温ジェットエンジン部品、ロケットノズル部品。
再突入および打上げ環境の厳しい熱条件下でも荷重支持強度を維持します。
