Inconel 738LC
インコネル 738LC の概要
インコネル 738LC は、鋳造ニッケル基超合金インコネル 738 の低炭素版で、溶接性の向上、ホットクラック感受性の低減、鋳造部品の構造健全性向上を目的に設計されています。特に、航空宇宙タービンや産業用ガスタービンなど、高温環境下で機械的強度・耐酸化性・クリープ特性が重要となる用途に適しています。
ニッケル（約62%）、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%）で構成され、主にγ′相によって強化されます。最適化された炭素量（0.02–0.06%）により、溶接時および凝固時の微小割れ（マイクロフィッシャリング）リスクを低減しつつ、母材合金の高温性能を維持します。
インコネル 738LC の化学的・物理的・機械的特性
インコネル 738LC（UNS R30738 / ASTM A297, AMS 5391）は、通常、精密鋳造（ロストワックス等）、溶体化処理、時効硬化処理状態で供給され、ガスタービンのホットセクションおよび航空宇宙構造用途に用いられます。
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 | 耐熱性と強度のための母相マトリクス |
クロム（Cr） | 15.5–16.5 | 耐酸化性・耐食性の向上 |
コバルト（Co） | 8.5–9.5 | 疲労強度と高温腐食耐性の向上 |
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 | クリープおよび破断強度を改善 |
チタン（Ti） | 3.4–3.8 | 時効硬化のためのγ′相形成 |
アルミニウム（Al） | 3.2–3.7 | γ′析出に寄与 |
炭素（C） | 0.02–0.06 | 低減により溶接性と鋳造信頼性を向上 |
ホウ素（B） | 0.005–0.01 | 粒界延性を向上 |
ジルコニウム（Zr） | ≤0.05 | 粒界安定化 |
ケイ素（Si） | ≤0.5 | 耐酸化性 |
マンガン（Mn） | ≤0.5 | 鋳造性と清浄度の改善 |
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 | 11.1 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 | 320–390 HB | ASTM E10 |
クリープ破断強度 | ≥135 MPa @ 870°C、1000h | ASTM E139 |
インコネル 738LC の主な特長
低炭素化：溶接および鋳造時のホットクラックを低減し、タービン構造部品の信頼性を向上します。
高いγ′相による強化：主にγ′析出により強化され、高温域で優れたクリープ耐性と疲労耐性を提供します。
寸法・構造安定性：熱サイクル下でも最大 980°C まで形状と耐荷重性能を維持します。
CNC加工適性：高性能工具との相性が良く、±0.02 mmの公差、Ra ≤ 0.8 µmの表面粗さまでCNC加工が可能です。
インコネル 738LC のCNC加工における課題と解決策
加工上の課題
高い表面硬度
ブリネル硬さが 390 HB 近くに達する場合があり、刃先摩耗が進みやすいため、工具材質と刃先形状の最適化が必要です。
熱の逃げにくさ
低い熱伝導率により工具—切りくず界面に熱が蓄積し、十分な冷却がない場合、クレータ摩耗や工具損傷につながります。
研磨性の高い組織
γ′相および炭化物相が、断続切削や高送り条件でのノッチ摩耗や凝着（ガリング）を促進します。
最適化された加工戦略
工具選定
項目 | 推奨 | 理由 |
|---|---|---|
工具材質 | セラミック（SiAlON）またはコート超硬 | 熱負荷下でも刃先を維持 |
コーティング | TiAlN、AlCrN（PVD 3–6 µm） | 熱拡散と酸化摩耗を低減 |
形状 | 正すくい 10–12°、刃先ホーニング付き | 切削抵抗と欠けを抑制 |
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 738LC 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て結晶粒構造を強化し、疲労寿命とクリープ耐性を最大25%向上させます。
熱処理
熱処理は、1120–1170°Cでの溶体化処理と、845°Cでの時効処理によりγ′相を十分に析出させ、高温強度を高めます。
超合金溶接
超合金溶接は、低炭素化により割れリスクが低減されます。予熱および溶接後熱処理（PWHT）を併用することで、組織の安定化がさらに促進されます。
遮熱コーティング（TBC）
TBCコーティングは、APSまたはEB-PVDで125–250 µmのYSZセラミック層を形成し、タービンブレードの熱疲労と酸化を低減します。
放電加工（EDM）
EDMにより、鋳造後に複雑形状、冷却スロット、シャープな形状を±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、タービン翼やロータ構造に不可欠な高L/D比の冷却穴やオイルチャネルを加工します。
材料試験・分析
材料試験は、ASTM E112およびAMS 5391に基づく引張、クリープ、硬さ、微細組織解析によって合金の健全性を検証します。
インコネル 738LC 部品の産業用途
航空宇宙タービン
ガイドベーン、シュラウドセグメント、ノズル部品。
高回転応力および極端な熱サイクル下でも信頼性を確保します。
発電（パワージェネレーション）
燃焼室やシールを含むガスタービンのホットセクション鋳造品。
950°C超の長時間ベースロード運転でも形状と強度を維持します。
海洋・エネルギー
高温ポンプハウジング、排気バルブ、タービンディスク。
過酷な海洋環境での腐食と熱変形に耐えます。
防衛推進システム
ジェットエンジンのホットパーツ、アフターバーナー部品。
急速な加熱・冷却サイクルでも安定した性能を提供します。
