Rene 80
Rene 80の概要
Rene 80は、高性能ニッケル基超合金であり、優れた耐酸化性、高温強度、そして過酷環境下での機械特性で広く知られています。航空宇宙、発電、産業分野で一般的に使用され、極端な熱的・機械的負荷に耐えるよう設計されています。厳しい条件下でも構造健全性を維持できるため、タービンブレード、燃焼室、排気系部品などのコンポーネントに最適です。
Rene 80から精密部品を製作するには、CNC加工サービスが不可欠です。CNC加工により、タービンエンジンや高効率発電システムを含む重要用途で求められる厳格な基準を、Rene 80部品が満たすことを確実にします。
Rene 80の化学的・物理的・機械的特性
Rene 80（UNS N07080 / W.Nr. 2.4962）は、高温用途向けに設計されたニッケル‐クロム合金で、極限条件下でも卓越した耐酸化性と高い機械強度を提供します。
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57.0） | 母相（基材）; 高温強度と耐酸化性を付与 |
クロム（Cr） | 14.0–16.0 | 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） | 9.0–11.0 | 高温環境での熱安定性と強度を向上 |
モリブデン（Mo） | 3.5–4.5 | 耐クリープ性と総合的な高温強度を向上 |
チタン（Ti） | 3.0–4.0 | γ′相を形成して合金を強化し、耐疲労性を向上 |
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 | 粒界強度を向上させ、耐クリープ性を強化 |
ジルコニウム（Zr） | ≤0.05 | クリープ破断強度を高め、熱安定性を向上 |
物理特性
特性 | 代表値 | 試験規格/条件 |
|---|---|---|
密度 | 8.7 g/cm³ | ASTM B311 |
融点範囲 | 1350–1400°C | ASTM E1268 |
熱伝導率 | 12.5 W/m·K（100°C） | ASTM E1225 |
電気抵抗率 | 1.20 µΩ·m（20°C） | ASTM B193 |
熱膨張係数 | 15.0 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） | 210 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 | 1100–1200 MPa | ASTM E8/E8M |
耐力（0.2%） | 800–950 MPa | ASTM E8/E8M |
伸び | ≥20% | ASTM E8/E8M |
硬さ | 250–280 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 80の主な特長
高温強度 Rene 80は最大900°Cの温度域でも1100 MPaを超える優れた引張強さを維持し、タービンブレードや燃焼室などの高性能用途に最適です。
析出強化 合金中のγ′相（Ni₃Ti）が材料を強化し、優れた耐クリープ性と疲労強度を付与します。これは長期の熱サイクルに曝される部品にとって重要です。
耐酸化性・耐食性 Rene 80のクロムおよびアルミニウム含有により耐久性の高い酸化皮膜が形成され、最大1050°Cの温度域で酸化および腐食に対する保護を提供します。
耐クリープ性 Rene 80は900°Cで230 MPaのクリープ破断強度を示し、機械的負荷と熱の下でも長期にわたり優れた性能を確保します。タービンエンジンや産業用途に最適です。
溶接性 Rene 80は良好な溶接性を示し、熱影響部での機械特性低下を大きく招くことなく、強固で割れのない溶接が可能です。重要部品の新規製作および修理の両方に不可欠です。
Rene 80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 80の高硬度により、特に高負荷切削条件下では工具摩耗が急速に進みます。そのため、超硬やCBNインサートなどの専用切削工具が必要です。
発熱
Rene 80は熱伝導率が低いため加工中に熱が蓄積しやすく、寸法安定性の維持と工具破損の防止のために高度な冷却技術が求められます。
加工硬化
Rene 80は加工硬化しやすく、表面硬さが20～30%増加することがあります。工具のたわみや寸法不良を避けるため、切削条件を適切に管理する必要があります。
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 | 摩耗に強く、高い切削温度下でも刃先の鋭さを維持 |
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 80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、疲労強度を25%以上向上させます。高い熱的・機械的負荷に曝されるコンポーネントに不可欠です。
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′相の形成を最適化します。これにより耐クリープ性と機械強度が向上します。
超合金溶接
超合金溶接は、熱影響部での強度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ます。重要なタービン部品の修理や接合に最適です。
遮熱コーティング（TBC）
TBCコーティングは表面温度を最大250°C低減し、タービンブレードや排気ノズルなどの高温部品の寿命を延長します。
放電加工（EDM）
EDMにより、冷却穴やマイクロチャネルなどの複雑形状を高精度に加工でき、±0.005 mmという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向けの精密な内部流路を実現し、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、疲労、クリープ試験が含まれ、航空宇宙および産業用途で求められる高温性能要件を満たすことを確認します。
Rene 80部品の産業別用途
航空宇宙タービンエンジン: 極端な熱的・機械的負荷に曝されるタービンブレード、ベーン、ノズル。
発電: 高効率タービン向けのガスタービンブレード、ベーン、排気ノズル。
原子炉: 高放射線および高い熱的負荷に曝される炉心部品、圧力容器、熱交換器。
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、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。
