インバー36合金を用いた積層造形

インバー36合金を用いた積層造形

はじめに

インバー36（4J36）（FeNi36）合金は、低膨張合金および精密合金に分類されます。温度変化下において熱膨張係数（CET）が極めて低いため、この種の合金は精密機器において不可欠な材料となっています。.

インバー合金とその他の合金の熱膨張係数の比較（20℃～200℃における平均値）

FeNi36（インバー36）合金の伝統的な製造方法

インバー36合金の伝統的な製造方法には、主に鋳造、鍛造、粉末冶金、溶接、圧延などが挙げられる。.

部品製造の面では、従来の製造方法には技術的な課題がある。.

– 加工硬化が生じやすい：切削加工中、切削工具がインバー合金に及ぼす圧縮力および摩擦力により、表面の金属に激しい塑性変形が生じ、その結果、硬度が急激に上昇する。これにより、工具の摩耗が著しく進行し、加工効率が低下するほか、ワークの表面品質の低下を招く恐れがある。.

– 熱応力に対する感受性：この種の合金は熱伝導率が極めて低い。切削時に発生する熱は伝導・拡散しにくく、局所的な高温により大きな熱応力が生じる可能性がある。この熱応力により、精密部品が制御不能な変形を起こす可能性が高く、ミクロンレベルの寸法精度を維持することが困難となる。.

– 高い切削力と工具の急速な摩耗：インバー36合金の可塑性と靭性が高いため、切りくずは容易に破砕されず、工具のすくい面に付着して切りくずの塊を形成しやすい。これにより、切削力が上昇するだけでなく、工具の付着摩耗や拡散摩耗も悪化するため、高性能な硬質合金被覆工具の使用が必要となる。.

インバー36粉末（wt%）の化学組成

TRUER ロット番号：20251124-G

温度が上昇すると、インバー合金の原子振動による膨張は、その磁気特性によって相殺されます。この効果は、Ni含有量が36%のときに最適となります。インバー合金におけるニッケルのもう一つの重要な役割は、オーステナイト安定化元素として機能し、使用温度範囲内でインバー合金をオーステナイト相に維持し、相変態による寸法変化を防ぐことです。.

インバー合金の引張特性を向上させることを目的としたいくつかの研究では、TRUER FeNi42Moのように、Mo、Ti、V、Cr、Nbなどの微量元素が添加された。これにより、合金の強度は向上し、使用温度範囲も拡大したが、熱膨張係数の増加を招いた。.

インバー36粉末の走査型電子顕微鏡写真

結晶粒を微細化することは、インバー合金の性能向上に好影響を与える。しかし、組成の調整という観点からは、得るものと失うものとのトレードオフを避けることは難しい。.

インバー36粉末の物理的性質

インバー36粉末の積層造形

インバー36粉末を用いた積層造形の主な手法には、選択的レーザー焼結（SLS）、レーザー粉末床溶融（LPBF）、指向性エネルギー堆積（DED）、コールドスプレー積層造形（CSAM）、接着剤ジェット（BJT）などがあります。.

従来の製造方法と比較して、積層造形は微細組織に対してより高い制御性と柔軟性を提供します。さらに、積層造形では、複雑な部品、格子構造、勾配材料、複合材料などを製造することができます。 LPBF法で製造されたインバー36合金は、熱処理を行わなくても、従来の製造法で製造されたものに比べて、より低い熱膨張係数とより高い引張強度を実現しています。.

LPBF法で製造した試料の性能（横方向）