Rene 108
Rene 108の概要
Rene 108は、高温環境下で卓越した強度、耐酸化性、耐クリープ性を必要とする用途向けに設計された高性能ニッケル基超耐熱合金です。航空宇宙および発電分野の重要部品に多く使用され、部品が周期的な熱・機械応力にさらされる環境でも構造健全性を維持します。高温に耐えつつ優れた機械特性を保持できるため、タービンエンジン、燃焼器（コンバスタ）、その他の高効率動力システムに最適です。
CNC加工サービス は、これらの厳しい要求を満たすRene 108部品の製造に一般的に用いられます。CNC加工は、タービンブレード、遮熱板（ヒートシールド）など、極限条件下でも健全性を維持しなければならない重要部品の製造に必要な精度と再現性を提供します。
Rene 108の化学的・物理的・機械的特性
Rene 108（UNS N07085 / W.Nr. 2.4958）は、特にガスタービンおよびジェットエンジンにおいて、高温条件下で最大限の強度と耐食性を発揮するよう設計されたニッケル-クロム-アルミニウム合金です。
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；高温域での耐酸化性・耐食性を付与 |
クロム（Cr） | 12.0–15.0 | 保護性の高いCr₂O₃酸化皮膜を形成し、耐酸化性を向上 |
コバルト（Co） | 7.5–9.0 | 高温強度を高め、熱疲労耐性を向上 |
モリブデン（Mo） | 2.0–3.0 | 合金を強化し、応力下での耐クリープ性を改善 |
チタン（Ti） | 2.0–3.0 | 析出強化用のγ′相を形成し、耐疲労性を向上 |
アルミニウム（Al） | 1.5–2.5 | γ′相の形成に寄与し、強度と耐クリープ性を向上 |
鉄（Fe） | ≤1.0 | 残留元素 |
炭素（C） | ≤0.08 | 炭化物を形成し、高温強度と耐摩耗性を向上 |
マンガン（Mn） | ≤1.0 | 熱間加工性を改善し、炭化物生成を低減 |
ケイ素（Si） | ≤0.5 | 耐酸化性を高め、高温安定性を改善 |
ホウ素（B） | ≤0.005 | 粒界を強化し、高温域での耐クリープ性を向上 |
ジルコニウム（Zr） | ≤0.05 | クリープ破断強度と安定性を向上 |
物理的特性
特性 | 代表値 | 試験規格／条件 |
|---|---|---|
密度 | 8.4 g/cm³ | ASTM B311 |
融点範囲 | 1330–1370°C | ASTM E1268 |
熱伝導率 | 13.0 W/m·K（100°C） | ASTM E1225 |
電気抵抗率 | 1.12 µΩ·m（20°C） | ASTM B193 |
熱膨張係数 | 14.0 µm/m·°C（20–1000°C） | ASTM E228 |
比熱容量 | 450 J/kg·K（20°C） | ASTM E1269 |
縦弾性係数 | 215 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 | 1100–1250 MPa | ASTM E8/E8M |
耐力（0.2%） | 850–1050 MPa | ASTM E8/E8M |
伸び | ≥18% | ASTM E8/E8M |
硬さ | 240–280 HB | ASTM E10 |
クリープ破断強度 | 900°C・1000時間で220 MPa | ASTM E139 |
疲労特性 | 非常に優れる | ASTM E466 |
Rene 108の主な特長
高温強度 Rene 108は、最大900°Cでも1100 MPaを超える引張強さを維持するよう設計されており、航空宇宙用タービンエンジンや高性能発電部品に最適です。
析出強化 γ′相（Ni₃Ti）が時効処理により強度を高め、熱応力および繰返し荷重下でも卓越した性能を発揮します。
優れた耐酸化性・耐食性 クロムとアルミニウムにより保護酸化皮膜が形成され、最大1050°Cの温度域でも酸化および腐食に対する抵抗性を発揮します。
耐クリープ性および耐疲労性 優れたクリープ破断強度により、高温・高応力への長期曝露下でも構造健全性を確保します。また、タービンブレード等の重要部品に不可欠な高い耐疲労性も備えています。
良好な溶接性 Rene 108は良好な溶接性を維持し、熱影響部でも強度の大きな低下なく補修や接合が可能です。
Rene 108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
高い硬さと固溶強化の影響により、Rene 108は加工時に特に超硬工具で摩耗が進みやすくなります。
発熱
合金の低い熱伝導性により切削域の温度が上昇しやすく、寸法変形や工具劣化を防ぐために効率的な冷却方法が必要です。
加工硬化
Rene 108の加工硬化特性により、過度な表面硬化を避け、工具摩耗を最小化するために加工条件の慎重な管理が求められます。
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CBNインサート | 高い切削温度と摩耗に耐える |
コーティング | AlTiNまたはTiSiNのPVD（3–5 µm） | 摩擦を低減し、工具寿命を向上 |
形状 | 正のすくい角（6–8°）、シャープ刃（約0.05 mm） | 切削抵抗を低減し、加工硬化を最小化 |
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 | 0.3–0.8 | 120–150 |
Rene 108加工部品の表面処理
熱間等方圧加圧（HIP）
HIPは内部気孔を除去し、Rene 108部品の疲労強度を25%以上向上させるため、タービンブレードなどの重要な航空宇宙部品に最適です。
熱処理
熱処理は、1100°Cでの溶体化処理の後、800°Cで時効処理を行い、γ′相の形成を最大化することで耐クリープ性と引張強さを向上させます。
超耐熱合金溶接
超耐熱合金溶接は、熱影響部における機械特性の低下を最小限に抑えつつ、割れのない高強度溶接を実現し、構造健全性を確保します。
遮熱コーティング（TBC）
TBCコーティングは表面の運転温度を最大200°C低減し、タービンブレードや排気系部品の寿命を延長して部品性能を向上させます。
放電加工（EDM）
EDMはRene 108の冷却孔や複雑形状を高精度に加工でき、熱変形を生じさせずに±0.005 mmの公差を実現します。
深穴加工
深穴加工はL/D比>30:1、同心度偏差<0.3 mm/mを達成でき、ガスタービン用の深く正確な流路の形成に不可欠です。
材料試験および解析
材料試験には、引張、クリープ、疲労、X線回折試験が含まれ、高性能航空宇宙部品向けにRene 108の機械特性を検証します。
Rene 108部品の産業用途
航空宇宙エンジン：周期的な熱・機械応力に曝される高性能タービンブレード、コンプレッサーディスク、遮熱板（ヒートシールド）。
発電分野：高効率タービンで稼働するガスタービンブレード、ノズル、ベーン。
原子炉：高い放射線および熱条件にさらされる圧力容器、炉内機器、バルブ。
自動車用ターボシステム：レーシングエンジン向けターボチャージャー部品および高性能排気バルブ。
産業用熱処理設備：高温産業プロセスで使用される炉部品、シール、治具。
