インコネル738粉末は、主に航空宇宙産業でガスタービンエンジン部品に使用されるニッケル基超合金粉末です。この高性能合金は、優れた機械的特性と耐熱性、耐食性を備えています。
概要 インコネル738パウダー
インコネル738粉末は、アルミニウム、コバルト、モリブデン、チタン、タングステン、ニオブ、タンタルを微量合金元素として含む析出硬化型ニッケルクロム合金です。
インコネル738粉末の主な特性は以下の通りである：
| プロパティ | 特徴 |
|---|---|
| 構成 | ニッケル、クロム、アルミニウム、コバルト、モリブデン、チタン、タングステン、ニオブ、タンタル |
| 粒子形状 | 球形 |
| 粒子径 | 15～45ミクロン |
| 融点 | ~1400°C |
| 密度 | 8.15g/cm3。 |
| 主な属性 | 高強度、良好な耐食性、優れた耐クリープ性、高温での強度保持 |
| 製造工程 | DMLS、LENSを含む積層造形 |
| アプリケーション | タービンブレード、ターボチャージャー部品、燃焼缶 |
インコネル738粉末の主な利点には以下のものがある：
- 高い引張強度、疲労強度、クリープ破断強度
- 750℃までの動作温度に耐える能力
- 優れた耐酸化性と耐食性
- 高い熱安定性
しかし、他の超合金に比べて加工性が低く、材料コストが高いという制約がある。
化学組成
インコネル738粉末の公称化学組成を以下に示す：
| エレメント | 重量 % |
|---|---|
| ニッケル（Ni） | バランス |
| クロム（Cr） | 15 – 17% |
| アルミニウム（Al） | 3 – 4% |
| コバルト | 8 – 10% |
| モリブデン (Mo) | 1.5 – 2.5% |
| チタン（Ti） | 0.7 – 1.2% |
| タングステン（W） | 2 – 3% |
| ニオブ | 0.1 – 0.6% |
| タンタル (Ta) | 0.5 – 1.5% |
ニッケル、クロム、アルミニウムの組み合わせが耐食性をもたらす。モリブデンやタングステンなどの元素は、固溶体強化によって高温強度を高める。一方、コバルトの添加は熱間加工性を向上させる。
微量の炭素、マンガン、ケイ素、リン、硫黄、ホウ素が含まれることもある。組成はインコネル738粉末のISO規格21332に従って制御され、積層造形やその他の粉末冶金用途で一貫した特性を保証します。
機械的特性
インコネル738粉末は、熱処理条件下で以下の機械的特性を達成することができる：
| プロパティ | 価値 |
|---|---|
| 引張強さ | 1050 - 1300 MPa |
| 0.2% 降伏強さ | ≥ 900 MPa以上 |
| 伸び | ≥ 16% |
| 面積の縮小 | ≥ 25% |
| 硬度 | ≥ 390 HV |
特性は、合金の仕様範囲内の正確な組成、粉末の品質、および積層造形中に使用されるパラメータに基づいて変化する。製造後のエージングなどの熱処理も機械的性能に影響を与えます。
インコネル718に比べ、インコネル738は、タンタルやニオブのような微量の添加により、15-20%近く高い引張強さとクリープ破断強さを示す。しかし、加工性は738材料系の方が低い。
アプリケーション
の代表的なアプリケーションをいくつか紹介しよう。 インコネル738粉末 を含む：
| 産業 | アプリケーション |
|---|---|
| 航空宇宙 | タービンブレード、燃焼缶/ライナー、ターボチャージャー部品 |
| 自動車 | ターボチャージャーのホイールとハウジング、排気バルブ |
| 石油・ガス | ダウンホール安全弁、坑口部品 |
| 発電 | ガスタービン高温部部品 |
| 化学処理 | リアクター内部、スクラバー、サイクロン部品 |
インコネル738粉末の主な用途は、複雑で軽量な形状を可能にする積層造形やその他の粉末床プロセスによる高温部の航空エンジン部品の製造である。
高温引張強さ、耐クリープ変形性、耐疲労性などの特性により、700℃以上の高温での使用に耐えるターボ機械用途に最適な材料である。
仕様とグレード
世界的に、インコネル738粉末は以下の仕様を満たすように製造されている：
| 仕様 | グレード指定 |
|---|---|
| AMS 5899 | アロイ738 |
| ISO 21332 | PK-MET740Y |
| UNS N07738 | – |
同等品にはアロイ738 LC（低炭素）、Cronal 738がある。機能的に類似した超合金にはHS 188とMar-M 738がある。
ISO 21332による粉末粒度分布を参考のため以下に示す：
| 粒子径（μm） | 金額（%） |
|---|---|
| >150 | 0 |
| 106 - 150 | ≤ 6 |
| 45 - 106 | バランス |
| <45 | ≤ 10 |
より優れた密度と機械的特性をもたらす、より微細な粒度分布も利用可能です。高い真球度と流動性を持つ積層造形用に最適化されたグレードも開発されている。
サプライヤーと価格
インコネル738 粉末の世界的な大手サプライヤーには以下のようなものがある：
| サプライヤー | 製品指定 | 価格帯（$/kg） |
|---|---|---|
| サンドビック・オスプレイ | オスプレイ® 738 | 450 - 750 |
| カーペンター添加剤 | カーペンター®合金738 | 500 - 850 |
| プラクセア | TA1 738 | 425 - 700 |
| ヘガネス | ヘガネス 738 | 400 - 650 |
| LPWテクノロジー | LPW 738 | 375 - 600 |
価格は、注文量、粒度範囲、場所、AM最適化のためのカスタマイズによって異なります。少量のラボ用サンプルは、1キログラム当たりの単価が高くなる傾向があります。
インコネル718パウダーとのコスト比較
| ファクター | インコネル738 | インコネル718 |
|---|---|---|
| 相対価格 | 1.4X | 1X |
| 密度 | 5%より高い | – |
合金含有量が高いにもかかわらず、 インコネル738粉末 は、機械的性能の向上により、高温用途でのコストメリットを示すことができる。
利点と限界
| メリット | 制限事項 |
|---|---|
| ~インコネル718より15%高い引張強さとクリープ破断強さ | 機械加工と溶接がより難しい |
| 750℃まで強度を保持 | 材料費の上昇 |
| 優れた耐酸化性と耐食性 | インコネル718より加工性が低い |
| 極低温条件下での熱安定性 | ひずみ時効割れの傾向 |
| インコネル625やワスパロイ®よりも高い硬度 | 熱処理のばらつきに敏感 |
| 実績ベースのコスト優位性 | – |
要点
- インコネル738、718より強度と温度特性が向上するも加工性に課題
- 積層造形用にカスタマイズされたパウダーが登場
- 過酷な環境におけるバリューエンジニアリングの代替品として適格
よくあるご質問
Q: インコネル738粉末は一般的に何に使用されますか？
A: インコネル738粉末は、タービンブレード、ターボチャージャー・ホイール、700℃以上の高温に耐える燃焼器缶のような高温部の航空宇宙部品の積層造形に主に使用されています。
Q: インコネル738は熱処理が必要ですか？
A: はい、インコネル 738 粉末は時効熱処理によって析出硬化します。溶体化処理に続く二重時効処理により、延性と高温強度の最適な組み合わせを達成することができます。
Q: AMに最適な粒子径は？
A: 20-45ミクロンの粒度範囲は、最適なパウダーベッド密度と機械的性能を提供します。しかし、加工性を向上させるために真球度や流動特性を制御した特殊グレードもあります。
Q: インコネル738は溶接可能ですか？
A: インコネル738は、合金添加量が多いため、718よりも 溶接性が劣る。溶接中のひずみ時効や流動化割れの可能性を 最小限に抑えるためには、母材とフィラー材 料の組成を合わせることが絶対に必要である。
Q: インコネル738と718の違いは何ですか？
A: インコネル738は、タンタルやニオブの添加により、718よりも15%以上高い引張強さとクリープ破断強さを示します。しかし、738は溶接や機械加工が難しい。
Q: インコネル738は、AM後に熱間静水圧プレス（HIP）が必要ですか？
A: インコネル738コンポーネントを積層造形した後、内部の気孔を除去し、100%の密度を付与し、最適な機械的特性を達成するためにHIPを推奨します。通常、100～150MPaの圧力下で1160～1200℃のHIPが使用されます。
