Rene 77
Rene 77の概要
Rene 77は、高温環境下で卓越した強度と安定性を維持する高性能ニッケル基超合金です。優れたクリープ耐性と耐酸化性を備え、極端な熱的・機械的負荷下でも性能を発揮できることで知られています。Rene 77は航空宇宙、エネルギー、産業分野で広く使用されており、タービンブレード、燃焼室、排気系部品など、高温への長期曝露に耐える必要があるコンポーネントに特に有用です。
こうした用途に求められる厳しい公差と複雑形状を実現するには、CNC加工サービスが不可欠です。CNC加工により、タービンブレード、シールなど、Rene 77が提供する高い性能と信頼性を要求される重要部品を精密に製作できます。
Rene 77の化学的・物理的・機械的特性
Rene 77（UNS N07077 / W.Nr. 2.4966）は、特に高い熱的・機械的負荷がかかる環境を含む、最も過酷な用途向けに設計されたニッケル基超合金です。
化学成分（代表値）
元素 | 成分範囲（wt.%） | 主な役割 |
|---|---|---|
ニッケル（Ni） | 残部（約56.0） | 母相（基材）; 耐酸化性と高温強度を付与 |
クロム（Cr） | 13.0–15.0 | Cr₂O₃酸化皮膜を形成し、高温で優れた耐酸化性を提供 |
コバルト（Co） | 9.5–11.5 | 高温強度を向上させ、熱疲労に対する抵抗を高める |
モリブデン（Mo） | 3.0–4.0 | 合金を強化し、クリープ抵抗を向上させる |
チタン（Ti） | 3.0–4.5 | 析出強化に寄与するγ′相を形成し、機械特性を向上 |
アルミニウム（Al） | 2.5–3.5 | γ′相の形成に寄与し、強度とクリープ抵抗を強化 |
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 | 熱間加工性を高め、炭化物形成を抑制 |
ケイ素（Si） | ≤0.5 | 耐酸化性と高温安定性を向上 |
ホウ素（B） | ≤0.005 | 粒界を強化し、クリープ抵抗を向上 |
ジルコニウム（Zr） | ≤0.05 | クリープ破断強度と高温での熱安定性を向上 |
物理特性
特性 | 代表値 | 試験規格/条件 |
|---|---|---|
密度 | 8.6 g/cm³ | ASTM B311 |
融点範囲 | 1340–1380°C | ASTM E1268 |
熱伝導率 | 13.2 W/m·K（100°C） | ASTM E1225 |
電気抵抗率 | 1.15 µΩ·m（20°C） | ASTM B193 |
熱膨張係数 | 14.7 µm/m·°C（20–1000°C） | ASTM E228 |
比熱容量 | 460 J/kg·K（20°C） | ASTM E1269 |
ヤング率（弾性率） | 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 | 1150–1250 MPa | ASTM E8/E8M |
耐力（0.2%） | 800–950 MPa | ASTM E8/E8M |
伸び | ≥20% | ASTM E8/E8M |
硬さ | 240–280 HB | ASTM E10 |
クリープ破断強度 | 900°Cで230 MPa（1000時間） | ASTM E139 |
疲労強度 | 優秀 | ASTM E466 |
Rene 77の主な特長
高温強度 Rene 77は、最大900°Cの温度域でも1150 MPaを超える引張強さを維持し、タービンブレードなどの高性能航空宇宙部品に最適です。
析出強化 γ′相（Ni₃Ti）は、Rene 77の優れた強度と耐疲労性に大きく寄与し、熱サイクル環境での長期使用に適しています。
耐酸化性・耐食性 合金中のクロムおよびアルミニウムにより安定した酸化皮膜が形成され、最大1050°Cの高温域でも優れた耐酸化性と耐食性を発揮します。
耐クリープ性 Rene 77は900°Cで230 MPaを超えるクリープ破断強度を示し、タービンエンジンなど高応力・高温用途で長期安定性を確保します。
溶接性 Rene 77は優れた溶接性を持ち、熱影響部での機械特性低下を最小限に抑えながら、割れのない高強度溶接を実現できます。高性能タービンやエンジン部品の接合に適しています。
Rene 77のCNC加工における課題と解決策
加工上の課題
工具摩耗と刃先欠け
Rene 77の高硬度と固溶強化相により、特に過酷な加工条件下で超硬工具を使用する場合、工具摩耗速度が増加します。
発熱
熱伝導率が低いため切削温度が高くなりやすく、工具損傷の防止と寸法精度の維持のために有効な冷却手法が必要です。
加工硬化
Rene 77は加工時に顕著な加工硬化を示し、表面硬さが20～30%増加することがあります。適切に制御しないと工具摩耗や表面粗さの悪化につながる可能性があります。
最適化された加工戦略
工具選定
パラメータ | 推奨 | 根拠 |
|---|---|---|
工具材種 | 超硬（K20–K30）または仕上げ用にCBNインサート | 高い切削温度下で優れた耐摩耗性を発揮 |
コーティング | AlTiNまたはTiSiNのPVD（3–5 µm） | 摩擦と熱の蓄積を低減 |
形状 | 正のすくい角（6–8°）、鋭い刃先（約0.05 mm） | 切削抵抗を最小化し、過度な工具摩耗を防止 |
切削条件（ISO 3685準拠）
工程 | 切削速度（m/min） | 送り（mm/rev） | 切込み（mm） | クーラント圧（bar） |
|---|---|---|---|---|
荒加工 | 15–25 | 0.15–0.25 | 2.0–3.0 | 100–120 |
仕上げ加工 | 30–40 | 0.05–0.10 | 0.3–0.8 | 120–150 |
Rene 77加工部品の表面処理
熱間等方圧加圧（HIP）
HIPは内部の空隙を低減し、Rene 77部品の疲労強度を25%以上向上させます。航空宇宙タービンのような高応力用途に不可欠です。
熱処理
熱処理は、1150°Cでの溶体化処理の後、800°Cで時効処理を行い、γ′相の形成を最適化することで、耐クリープ性と引張強さを向上させます。
超合金溶接
超合金溶接により、熱影響部での機械特性低下を最小限に抑えつつ、割れのない高強度溶接が可能です。重要なタービン部品の修理・接合に最適です。
遮熱コーティング（TBC）
TBCコーティングは表面の使用温度を最大200°C低減し、タービンブレードの寿命を延長します。高温環境下での性能向上に寄与します。
放電加工（EDM）
EDMは内部冷却流路などの微細形状を高精度に加工でき、熱変形なしで±0.005 mmの厳しい公差を達成できます。
深穴加工
深穴加工はガスタービンに必要な高精度の内部流路を実現し、L/D比最大30:1、同心度偏差0.3 mm/m未満を確保します。
材料試験・解析
材料試験には引張、クリープ、疲労試験が含まれ、Rene 77部品が航空宇宙の重要用途に求められる厳格な機械的・熱的性能要件を満たすことを保証します。
Rene 77部品の産業別用途
航空宇宙タービンエンジン: 高い熱的・機械的負荷を受けるタービンブレード、ベーン、ディスク。
発電: 高効率タービン向けのブレード、ベーン、排気ノズルなどのガスタービン部品。
原子炉: 高放射線・高温環境に曝される炉心部品、圧力容器、制御棒。
自動車用ターボシステム: 高性能車向けのターボチャージャー部品、排気バルブ、ヒートシールド。
産業用熱処理設備: 産業用途で高温に曝される炉部品、シール、治具。
