Rene 88
Rene 88の概要
Rene 88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、そして総合的な信頼性で知られています。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 88部品の製造で必要な精度を達成するためには、CNC加工サービスが重要です。CNC加工により、タービンブレード、シール、その他の航空宇宙部品など、厳しい公差と高品質な仕上げが要求される複雑形状部品の製作が可能になり、要求水準の高い規格に適合します。
Rene 88の化学的・物理的・機械的特性
Rene 88（UNS N07088 / W.Nr. 2.4964）は、極限環境において優れた強度、耐酸化性、長期性能を提供するよう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、優れた耐酸化性を提供 |
コバルト（Co） | 9.5–11.5 | 高温強度と熱疲労に対する抵抗を向上 |
モリブデン（Mo） | 3.0–4.0 | 合金を強化し、耐クリープ性を向上 |
チタン（Ti） | 2.5–4.0 | γ′相を形成し、析出強化と耐疲労性を向上 |
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向上させ、高温での熱安定性を強化 |
物理特性
特性 | 代表値 | 試験規格/条件 |
|---|---|---|
密度 | 8.9 g/cm³ | ASTM B311 |
融点範囲 | 1355–1400°C | ASTM E1268 |
熱伝導率 | 12.5 W/m·K（100°C） | ASTM E1225 |
電気抵抗率 | 1.25 µΩ·m（20°C） | ASTM B193 |
熱膨張係数 | 14.9 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 | 1150–1250 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 88の主な特長
高温強度 Rene 88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、極端な熱的・機械的負荷下で稼働するタービンブレード、燃焼室、その他の重要な航空宇宙部品に最適な材料です。
析出強化 Rene 88中のγ′相は、高温・高応力下での変形抵抗を高め、優れた耐クリープ性と過酷な運転条件における長期安定性を提供します。
耐酸化性・耐食性 Rene 88はクロムおよびアルミニウム含有量が高く、安定した酸化皮膜を形成します。これにより最大1050°Cまでの温度域で酸化および腐食に対する優れた保護を提供し、高効率タービンや排気システムに適しています。
耐クリープ性 Rene 88は900°Cで230 MPaのクリープ破断強度を持ち、長時間の熱曝露下でも構造健全性の大幅な低下なく耐えることができます。これは長期にわたり高応力に曝される部品に不可欠です。
溶接性 Rene 88は機械特性の低下が小さい良好な溶接性を示し、重要部品を強度や耐疲労性を損なうことなく修理・接合できることを保証します。
Rene 88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 88の高硬度は、特に高速加工時に急速な工具摩耗を引き起こす可能性があります。加工中の工具劣化を最小限に抑えるため、専用の超硬またはCBNインサートが必要です。
発熱
Rene 88は熱伝導率が低いため加工中に大きな熱が発生し、寸法不安定や工具摩耗につながることがあります。これらの問題を防ぐには有効な冷却戦略が不可欠です。
加工硬化
Rene 88は加工中に加工硬化を起こし、表面硬さが最大30%増加する場合があります。そのため、工具のたわみを避けて寸法精度を確保するには、加工条件を慎重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 88加工部品の表面処理
熱間等方圧加圧（HIP）
HIPは内部空隙を除去し疲労強度を向上させ、Rene 88の総合的な機械特性を25%以上改善します。これは繰返しの熱応力を受けるタービン部品にとって重要です。
熱処理
熱処理は、約1150°Cでの溶体化処理の後、800°Cで時効処理を行います。これによりγ′相の形成が最適化され、合金の耐クリープ性と引張強さが向上します。
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、高品質で割れのない溶接を実現します。高性能タービン部品の修理・接合に不可欠です。
遮熱コーティング（TBC）
TBCコーティングは表面温度を最大200°C低減し、タービンブレードなどの高温部品の耐久性を向上させます。極端な熱環境下での寿命と性能を延長します。
放電加工（EDM）
EDMは、複雑な冷却流路、微細形状、穴あけなどを高精度に加工でき、熱変形なしで±0.005 mmという厳しい公差を維持します。
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、高温・高応力用途における厳格な性能要件を満たすことを保証します。
Rene 88部品の産業別用途
航空宇宙タービンエンジン: 高い熱的・機械的負荷に曝され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。
