Nimonic 263
Nimonic 263の概要
Nimonic 263は、耐析出硬化型のニッケル・コバルト・クロム・モリブデン合金であり、高温環境下で優れた強度、延性、耐食性を発揮するよう設計されています。優れた溶接性および成形性が求められる用途向けに開発され、最大900°Cで稼働する航空宇宙およびガスタービン部品に広く使用されています。本合金は安定した微細組織と熱疲労に対する高い耐性を備えており、燃焼器部品、タービンケーシング、アフターバーナー部品に最適です。
この合金の高精度製造は、厳格な寸法公差および幾何公差を満たすため、CNC加工サービスによって行われることが一般的です。CNC加工は、周期的な熱負荷および機械的負荷に耐える複雑形状部品に必要な再現性と工程管理を提供します。
Nimonic 263の化学的・物理的・機械的特性
Nimonic 263（UNS N07263 / W.Nr. 2.4650）は、高温下でも機械的完全性を維持しつつ、優れた成形性および溶接性を実現するバランスの取れた組成を持つ高強度鍛造超耐熱合金です。
化学成分（代表値）
元素 | 含有量範囲（質量%） | 主な役割 |
|---|---|---|
ニッケル（Ni） | 残部（約50.0） | 母相、耐酸化性を付与 |
コバルト（Co） | 19.0–21.0 | クリープ強度および熱疲労強度を向上 |
クロム（Cr） | 19.0–21.0 | Cr₂O₃酸化皮膜を形成し耐酸化性を向上 |
モリブデン（Mo） | 5.6–6.1 | 固溶強化による強度向上 |
鉄（Fe） | ≤0.7 | 残留元素 |
チタン（Ti） | 1.9–2.4 | γ′相強化を促進 |
アルミニウム（Al） | 0.6–0.8 | 析出硬化に寄与 |
炭素（C） | ≤0.06 | 炭化物形成による耐クリープ性向上 |
マンガン（Mn） | ≤0.6 | 熱間加工性を向上 |
ケイ素（Si） | ≤0.4 | 耐酸化性を補助 |
ホウ素（B） | ≤0.005 | 粒界強化 |
ジルコニウム（Zr） | ≤0.06 | クリープ破断強度を向上 |
物理的特性
特性 | 代表値 | 試験規格／条件 |
|---|---|---|
密度 | 8.36 g/cm³ | ASTM B311 |
融点範囲 | 1325–1375°C | ASTM E1268 |
熱伝導率 | 11.3 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 | 13.4 µm/m·°C（20–1000°C） | ASTM E228 |
比熱容量 | 435 J/kg·K（20°C） | ASTM E1269 |
縦弾性係数 | 212 GPa（20°C） | ASTM E111 |
機械的特性（溶体化処理＋時効処理）
特性 | 代表値 | 試験規格 |
|---|---|---|
引張強さ | 1000–1100 MPa | ASTM E8/E8M |
耐力（0.2%） | 700–800 MPa | ASTM E8/E8M |
伸び | ≥20% | ASTM E8/E8M |
硬さ | 220–250 HB | ASTM E10 |
クリープ破断強度 | 815°C・1000時間で180 MPa | ASTM E139 |
疲労特性 | 非常に優れる | ASTM E466 |
Nimonic 263の主な特長
優れた高温延性 多くの析出硬化型合金とは異なり、Nimonic 263は高温下でも伸び20%以上を維持し、熱応力下での割れリスクを低減しつつ信頼性の高い成形性を提供します。
良好な溶接性 溶接補修および製作を考慮して設計されており、ホットクラックを抑制し、熱影響部（HAZ）でも強度を維持します。
耐酸化性 クロムおよびアルミニウムにより安定した保護酸化皮膜を形成し、酸化雰囲気中で最大980°Cまで有効です。
クリープおよび疲労強度 815°Cで180 MPaの長期クリープ破断強度を有し、燃焼器ライナーやタービン支持構造など、周期的な熱負荷用途に最適です。
安定したγ′析出強化 制御されたγ′相分布により、高強度と成形性のバランスを実現し、溶接後や二次加工後でも安定した性能を発揮します。
Nimonic 263のCNC加工における課題と対策
加工上の課題
工具摩耗および刃先欠け
高温強度および固溶強化元素により、標準工具ではフランク摩耗およびクレータ摩耗が加速されます。
発熱
熱伝導性が低いため切削域に熱が集中し、変形を防ぐための冷却戦略が必要です。
加工硬化
中程度の加工硬化を示し、加工中に表面硬度が最大25%増加します。
最適化された加工戦略
工具選定
項目 | 推奨内容 | 理由 |
|---|---|---|
工具材質 | 超硬（K20–K30）、仕上げではPCDまたはセラミック | 熱軟化に対する高い耐性 |
コーティング | AlTiNまたはTiSiN（3–5 µm） | 摩擦および熱影響を低減 |
形状 | 正のすくい角（6–10°）、ホーニング刃先（約0.05 mm） | 構成刃先および振動を抑制 |
切削条件（ISO 3685準拠）
加工工程 | 切削速度（m/min） | 送り（mm/rev） | 切込み量（mm） | クーラント圧（bar） |
|---|---|---|---|---|
荒加工 | 12–20 | 0.15–0.25 | 2.0–3.0 | 100–120 |
仕上げ加工 | 25–35 | 0.05–0.10 | 0.3–1.0 | 120–150 |
Nimonic 263加工部品の表面処理
熱間等方圧加圧（HIP）
HIPは内部欠陥を除去し、疲労寿命を25%以上向上させ、回転部品において極めて重要です。
熱処理
熱処理では、約1145°Cでの溶体化処理および約800°Cでの時効処理により、γ′相分布を最適化し、耐クリープ性を向上させます。
超耐熱合金溶接
超耐熱合金溶接は、母材と同成分の溶加材を使用し、溶接部全体で強度低下を最小限に抑えた割れのない接合を実現します。
遮熱コーティング（TBC）
TBCコーティングは部品表面温度を最大200°C低減し、燃焼器およびタービン構造の寿命を延ばします。
放電加工（EDM）
EDMは、熱影響を受けやすい領域に残留応力を与えることなく、微細形状加工や高精度穴あけを可能にします。
深穴加工
深穴加工は、冷却チャネルにおいてRa <1.6 µm、L/D >30:1、振れ精度<0.3 mm/mを実現します。
材料試験および解析
材料試験では、引張・クリープ試験、XRD相解析、微細組織評価、ASME準拠の超音波探傷検査を実施します。
Nimonic 263部品の産業用途
航空宇宙用燃焼器システム：周期的な熱環境下で使用されるライナー、シール、トランジションダクト、バーナー缶。
発電分野：シール、燃料ノズル、燃焼器タイルなどのガスタービン部品。
原子炉：放射線環境下で使用される耐高温ボルトおよび圧力容器用部品。
自動車用ターボシステム：排気ガスに曝されるターボチャージャーハウジング、マニホールド、ヒートシールド。
産業用加熱設備：炉設備に使用される高強度フランジ、継手、伸縮ベローズ。
