Inconel 751
インコネル 751 の概要
インコネル 751 は、航空宇宙および自動車エンジン部品向けに高温性能を重視して開発された析出硬化型ニッケル‐クロム系超合金です。実績のあるインコネル 600 をベースに、チタン（Ti）とアルミニウム（Al）を添加することで微細なγ′析出物を形成し、最大 871°C（1600°F）までの高温域で強度を向上させています。
インコネル 751 は優れた耐酸化性、良好なクリープ破断強度、信頼性の高い熱疲労特性を示します。溶接性と鍛造性にも優れるため、排気バルブ、ターボチャージャーロータ、タービン用ハードウェアなどに適しています。インコネル 751 のCNC加工は、高性能部品に求められる厳しい寸法公差と重要な表面品位を達成するうえで不可欠です。
インコネル 751 の化学的・物理的・機械的特性
インコネル 751（UNS N07751 / ASTM B637）は、航空宇宙、エネルギー、自動車の高温用途向けに、熱間圧延、溶体化処理、析出硬化処理状態で供給されるのが一般的です。
化学成分（代表値）
元素 | 組成範囲（wt.%） | 主な役割 |
|---|---|---|
ニッケル（Ni） | ≥70.0 | 高温強度と耐食性のための母合金 |
クロム（Cr） | 14.0–17.0 | 耐酸化性・耐食性を付与 |
鉄（Fe） | ≤6.0 | 組織マトリクスの安定化に寄与 |
チタン（Ti） | 2.0–2.6 | γ′析出物を形成し高温強度を向上 |
アルミニウム（Al） | 0.90–1.50 | γ′相強化に寄与 |
炭素（C） | ≤0.08 | クリープ強度と炭化物安定性を向上 |
マンガン（Mn） | ≤1.0 | 熱間加工性の改善 |
ケイ素（Si） | ≤1.0 | 耐酸化性の向上に寄与 |
銅（Cu） | ≤0.5 | 相安定性低下を防ぐため管理 |
硫黄（S） | ≤0.015 | 溶接性と高温延性のため低減 |
物理特性
特性 | 代表値（典型） | 試験規格／条件 |
|---|---|---|
密度 | 8.22 g/cm³ | ASTM B311 |
融解温度範囲 | 1320–1380°C | ASTM E1268 |
熱伝導率 | 11.0 W/m·K（100°C） | ASTM E1225 |
電気抵抗率 | 1.10 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 | 430 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（時効硬化状態）
特性 | 代表値（典型） | 試験規格 |
|---|---|---|
引張強さ | 930–1080 MPa | ASTM E8/E8M |
耐力（0.2%） | 720–860 MPa | ASTM E8/E8M |
伸び | ≥15%（標点距離 25mm） | ASTM E8/E8M |
硬さ | 250–320 HB | ASTM E10 |
クリープ破断強度 | ≥120 MPa @ 760°C、1000h | ASTM E139 |
インコネル 751 の主な特長
析出硬化による強化：TiとAlにより形成されるγ′相によって、最大 871°C まで高い引張強度とクリープ耐性を発揮します。
耐酸化性・耐スケーリング性：長時間の高温曝露下でも安定した酸化皮膜を形成し、材料劣化を抑制します。
疲労・耐熱衝撃性：エンジン燃焼域のような熱サイクル環境でも安定した性能を示します。
時効後の仕上げ加工性：バルブシート、シャフト、シール部品などを高精度・高品位（Ra ≤ 0.8 µm）でCNC仕上げ可能です。
インコネル 751 のCNC加工における課題と解決策
加工上の課題
高い靭性と加工硬化
インコネル 751 は、低送りや繰り返しパス条件で特に加工硬化しやすく、安定した送りと鋭利な工具が必要です。
発熱
低い熱伝導率により工具先端に熱が集中し、クレータ摩耗、塑性変形、寸法ドリフトを招くおそれがあります。
凝着（ガリング）
TiとNiの含有により、潤滑不足や刃先処理不適切な場合、構成刃先の発生や表面のむしれが起こりやすくなります。
最適化された加工戦略
工具選定
項目 | 推奨 | 理由 |
|---|---|---|
工具材質 | PVDコート超硬、またはCBNインサート | 刃先の鋭さと耐熱性を維持 |
コーティング | TiAlN または AlCrN（3–5 µm） | 熱摩耗と凝着摩耗を低減 |
形状 | 正すくい 8–12°、刃先ホーニング | 切削抵抗を下げ、切りくず排出を改善 |
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 | 25–35 | 0.20–0.30 | 2.0–3.0 | 70–100 |
仕上げ加工 | 40–60 | 0.05–0.10 | 0.5–1.0 | 100–150 |
加工済みインコネル 751 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、疲労およびクリープ耐性を向上させます。特に航空宇宙向けバルブ部品では重要な工程です。
熱処理
熱処理は、溶体化処理および 760–790°C での時効処理を含み、γ′析出を最大化して寸法安定性を高めます。
超合金溶接
超合金溶接は、TiとAl含有の影響により厳密なプロセス管理が必要です。構造継手にはTIG溶接と溶接後熱処理（PWHT）の併用が推奨されます。
遮熱コーティング（TBC）
TBCコーティングは 125–200 µm のYSZ皮膜による熱保護を付与し、タービンや排気バルブ環境での部品寿命を延長します。
放電加工（EDM）
EDMは、小径形状、ねじ、シャープな輪郭などの精密仕上げに有効で、±0.01 mmの公差で加工可能です。
深穴加工（Deep Hole Drilling）
深穴加工は、バルブステムやタービンシャフトのオイル流路・冷却流路に用いられ、L/D ≥ 40:1の加工に対応します。
材料試験・分析
材料試験は、引張、クリープ、微小硬さ、超音波検査などを実施し、AMS B637および用途別仕様への適合を検証します。
インコネル 751 部品の産業用途
航空宇宙
排気バルブ、タービンディスク、フレームホルダー。
800°C超の燃焼ガスと熱サイクルへの長時間曝露に耐えます。
高性能自動車エンジン
吸排気バルブ、ターボチャージャーロータ、バルブガイド。
極限のエンジン負荷下でも耐摩耗性と高温強度を発揮します。
発電
ガスタービンのホットセクション用バルブボディ、ベアリングハウジング。
熱サイクル環境下での長寿命化に貢献します。
工業炉・加熱設備
酸化性・浸炭性雰囲気に曝される部品。
腐食性の高い熱環境への長期曝露下でも機械的健全性を維持します。
