Nimonic 75
Nimonic 75の概要
Nimonic 75は、優れた耐酸化性、中程度の強度、そして最大1000°Cまでの温度域で卓越した熱安定性を備えるニッケル–クロム系超合金です。もともとはガスタービン部品向けに開発されましたが、その後、航空宇宙、熱処理、原子力分野へと広く採用され、高温かつ酸化雰囲気下で信頼できる機械的性能が求められる用途で活用されています。
他のNimonicグレードと比べて強化添加元素が比較的少なく、成分バランスが良いことから、Nimonic 75は加工・製作が容易です。成形や溶接が行われるほか、ブラケット、排気構造、炉部品、制御用ハードウェアなどの高精度・高公差部品の製造において、CNC加工による精密仕上げがよく用いられます。
Nimonic 75の化学的・物理的・機械的特性
Nimonic 75（UNS N06075 / W.Nr. 2.4951 / ASTM B409, B462）は、熱サイクル環境における耐酸化性と寸法安定性を目的として設計された、単純なNi–Crマトリックスを持つ固溶強化型合金です。
化学成分（代表値）
元素 | 含有量範囲（wt.%） | 主な役割 |
|---|---|---|
ニッケル（Ni） | 残部（≥76.0） | 耐食性と熱安定性の基礎元素 |
クロム（Cr） | 18.0–21.0 | Cr₂O₃皮膜形成により耐酸化性を付与 |
鉄（Fe） | ≤5.0 | 残留元素；強度向上とコスト効率に寄与 |
チタン（Ti） | 0.2–0.6 | 高温でのクリープ強度・破断強度を向上 |
マンガン（Mn） | ≤1.0 | 高温加工性を改善 |
ケイ素（Si） | ≤1.0 | 耐酸化性を補助 |
炭素（C） | ≤0.08 | 炭化物析出とクリープ特性を制御 |
銅（Cu） | ≤0.5 | 熱脆化を防ぐため制限 |
硫黄（S） | ≤0.015 | 溶接時の高温割れを抑制 |
物理特性
特性 | 代表値 | 試験規格／条件 |
|---|---|---|
密度 | 8.37 g/cm³ | ASTM B311 |
融点範囲 | 1345–1380°C | ASTM E1268 |
熱伝導率 | 11.0 W/m·K（100°C） | ASTM E1225 |
電気抵抗率 | 1.02 µΩ·m（20°C） | ASTM B193 |
線膨張係数 | 13.4 µm/m·°C（20–1000°C） | ASTM E228 |
比熱容量 | 430 J/kg·K（20°C） | ASTM E1269 |
縦弾性係数 | 205 GPa（20°C） | ASTM E111 |
機械的特性（焼なまし状態）
特性 | 代表値 | 試験規格 |
|---|---|---|
引張強さ | 760–880 MPa | ASTM E8/E8M |
耐力（0.2%） | 300–370 MPa | ASTM E8/E8M |
伸び | ≥35% | ASTM E8/E8M |
硬度 | 150–190 HB | ASTM E10 |
クリープ破断強度 | 800°Cで140 MPa（1000時間） | ASTM E139 |
耐酸化性 | 1000°Cまで非常に優れる | ASTM G111 |
Nimonic 75の主な特長
優れた耐酸化性：酸化性雰囲気および熱サイクル下で、最大1000°Cまで長時間の曝露に耐えます。
良好な成形性と溶接性：析出強化型超合金より加工が容易で、複雑形状の溶接およびCNC加工に適しています。
高温下で安定した機械特性：長時間の加熱環境でも寸法安定性を維持し、低いクリープ速度を示します。
穏やかな化学環境での耐食性：希酸、塩水噴霧、大気腐食に対する耐性を備えます。
Nimonic 75のCNC加工における課題と対策
加工上の課題
加工硬化
切削中に急速に硬化しやすく、工具摩耗の増加や寸法誤差の原因となります。
構成刃先（BUE）
高摩擦条件下で被削材が工具刃先に凝着し、表面品質と工具寿命に悪影響を与えます。
中程度の熱伝導率
工具–ワーク界面に熱が集中しやすく、微小欠けや表面損傷のリスクが高まります。
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 | 微粒超硬（K20–K30）またはコーティングHSS工具 | 発熱下でも刃先安定性を維持 |
コーティング | AlTiNまたはTiAlCrN（3–5 µm PVD） | 耐熱性を高め、BUEを低減 |
形状 | 正すくい角、0.03–0.05 mmエッジホーニング | 切削抵抗を低減し、仕上げ面を改善 |
切削条件（ISO 3685準拠）
工程 | 切削速度（m/min） | 送り（mm/rev） | 切込み深さ（mm） | クーラント圧力（bar） |
|---|---|---|---|---|
荒加工 | 20–30 | 0.20–0.25 | 1.5–2.5 | 70–100 |
仕上げ加工 | 40–55 | 0.05–0.10 | 0.5–1.0 | 100–150 |
Nimonic 75加工部品の表面処理
熱間静水圧プレス（HIP）
HIP は、鋳造またはAM（積層造形）部品の内部気孔を除去し、疲労寿命およびクリープ寿命を向上させます。
熱処理
熱処理 は、800°Cを超える使用温度域での結晶粒の均一性と機械的安定性を高めます。
超合金溶接
超合金溶接 により、Nimonic適合フィラーロッドを用いた、耐圧・耐熱アセンブリ向けの強固な接合が可能になります。
遮熱コーティング（TBC）
TBCコーティング は、航空宇宙用途における高速ガス流や放射熱環境からの保護を提供します。
放電加工（EDM）
EDM は、熱変形を抑えながら、硬化部やアクセスしにくい部位に高精度形状を加工できます。
深穴加工
深穴加工 は、L/D比が15:1を超える冷却流路や流体通路において、同心度と滑らかな仕上げ面を確保します。
材料試験および分析
材料試験 には、引張、クリープ、疲労、化学分析、ミクロ組織評価、非破壊検査（NDT）が含まれます。
Nimonic 75部品の産業用途
航空宇宙およびガスタービン部品
燃焼室、ブラケット、シール、アフターバーナーアセンブリなど、持続的な高温と酸化性ガス環境で使用される部品。
工業用熱処理
高温炉内で熱サイクルとスケール生成に曝される治具、トレー、支持部品。
発電および原子力システム
ボルト締結部品、ばね、遮蔽部品などで、熱安定性と耐クリープ性が重要となる用途。
自動車およびエンジンシステム
排気部品、ターボチャージャー用サポートブラケット、マニホールド構造部品。
