Rene 95
Rene 95の概要
Rene 95は、優れた高温強度、耐酸化性、ならびに総合的な機械特性が求められる用途向けに設計された高性能ニッケル基超合金です。Rene 95は主に航空宇宙、発電、産業分野で使用され、極端な熱的・機械的負荷の下でも構造健全性を維持することが不可欠とされます。タービンブレード、燃焼室、排気系部品などRene 95で製作されるコンポーネントは、長時間の高温曝露に耐えつつ、強度と耐疲労性を保持しなければなりません。
Rene 95部品の製造において必要な精度と高品質な仕上げを実現するために、超合金CNC加工は不可欠です。CNC加工部品により、タービンブレード、シール、その他の航空宇宙部品を精密に成形できます。これらはいずれも、こうした高性能用途の厳格な規格を満たすために、厳しい公差管理と表面仕上げ品質が要求されます。
Rene 95の化学的・物理的・機械的特性
Rene 95（UNS N07095 / W.Nr. 2.4965）は、高温環境下で優れた強度と耐食性を発揮するよう配合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58.0） | 母相（基材）; 高温強度と耐酸化性を付与 |
クロム（Cr） | 16.0–18.0 | Cr₂O₃酸化皮膜を形成し、優れた耐酸化性を提供 |
コバルト（Co） | 10.5–12.0 | 高温強度と熱疲労に対する抵抗を向上 |
モリブデン（Mo） | 3.0–4.5 | 合金を強化し、耐クリープ性を向上 |
チタン（Ti） | 3.0–4.0 | 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） | 3.0–4.0 | 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 | 1350–1400°C | ASTM E1268 |
熱伝導率 | 13.0 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 | 1200–1300 MPa | ASTM E8/E8M |
耐力（0.2%） | 900–1000 MPa | ASTM E8/E8M |
伸び | ≥20% | ASTM E8/E8M |
硬さ | 260–300 HB | ASTM E10 |
クリープ破断強度 | 900°Cで250 MPa（1000時間） | ASTM E139 |
疲労強度 | 優秀 | ASTM E466 |
Rene 95の主な特長
高温強度 Rene 95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、極端な機械的負荷と熱サイクルに曝され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 95中のγ′相は、高温・高応力下での変形抵抗を大幅に高め、耐クリープ性の向上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 95のクロムおよびアルミニウム含有により強固なCr₂O₃酸化皮膜が形成され、最大1050°Cという高温でも卓越した耐酸化性を発揮します。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 95が長時間の高温曝露下でも構造健全性を維持できることは、900°Cで250 MPaのクリープ破断強度によって示されます。タービンブレードなどの重要航空宇宙用途に非常に適しています。
溶接性 Rene 95は優れた溶接性を示し、熱影響部での機械特性低下が最小限であるため、高性能タービン部品の製造工程および修理工程の双方での溶接に適しています。
Rene 95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 95は高硬度で、さらに高温域でも強度が高いため、特に荒加工では工具摩耗が急速に進みます。そのため、長寿命・高精度を確保するには、超硬やCBN（立方晶窒化ホウ素）などの専用工具が必要です。
発熱
熱伝導率が低いため、Rene 95は加工中に大きな熱を発生し、寸法不安定や熱変形につながることがあります。高圧クーラントシステムなどの高度な冷却技術により、これらの問題を緩和し、厳しい公差を維持する必要があります。
加工硬化
Rene 95は加工硬化しやすく、表面硬さが最大30%増加する場合があります。仕上げパスで切削速度を下げるなど、切削条件を慎重に管理することで、加工硬化の影響を低減できます。
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 95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、特にタービン用途においてRene 95部品の総合的な機械特性を大幅に改善します。
熱処理
熱処理はγ′相の形成を促進してRene 95の機械特性を最適化し、重要な航空宇宙・発電部品向けに、耐クリープ性と高温強度を向上させます。
超合金溶接
超合金溶接により、機械特性の低下を最小限に抑えながらRene 95部品を溶接でき、タービンブレードや高性能シールなど重要部品において、強固で信頼性の高い接合を確保します。
遮熱コーティング（TBC）
TBCコーティングは表面温度を最大250°C低減し、タービンブレードなどの高温部品の寿命を延長します。
放電加工（EDM）
EDMは、冷却穴やマイクロチャネルなどの精密形状をRene 95部品に加工するための高い精度を提供し、±0.005 mmという厳しい公差を維持します。
深穴加工
深穴加工はタービン部品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未満を達成します。
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確認します。
Rene 95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、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。
