高温インベストメント鋳造向けインコネル合金の選び方

高温、酸化、腐食性化学薬品に耐える部品が必要なら、インコネルでのインベストメント鋳造を検討してください。インコネルはニッケル基超合金で、酸化に強く、1,000°F（約538°C）以上でも強度を保持します。複数の組成で生産され、中にはインベストメント鋳造に適したものも多くあります。

本稿ではインコネルを概観し、種類・組成・インベストメント鋳造でインコネル部品を作るメリットを説明します。

インコネルと超合金の概要

インコネルはスペシャリティ・メタルズ社の商標名。インコネル指定とは同社製品を指定することを意味します。他社も類似超合金を製造しますが、インコネルの名称は使用できません。

「超合金」とは、融点に近づいても強度を保持する金属を指します。ステンレス鋼など非超合金は高温になるにつれ徐々に弱くなりますが、超合金は融点の90%の温度でも全強度を維持します。

インコネルは高温になると表面に不動態化酸化皮膜を形成し、他の合金では寿命を縮める酸化を防ぐ特徴があります。

超合金はニッケル基、コバルト基、少数の鉄基の3タイプに大別されます。インコネルは約60%ニッケル、18%クロム、19%鉄にコバルト、モリブデン、アルミニウム、チタンを微量含有。正確な配合比が各タイプの差異となります。

なぜインコネルをインベストメント鋳造するのか

硬さ、靭性、高温強度により、ニッケル基超合金は切削が極めて困難です。インベストメント鋳造はニアネットシェイプで精密な部品を生産することでこの問題を回避。ワックスパターンとセラミックコア製作プロセスは複雑ですが、インベストメント鋳造品は仕上げ加工が最小限で済みます。これにより、より複雑な部品を比較的大量に必要とする場合にコスト効率が良くなります。

超合金の初期には鍛造で部品を作っていました。しかし、真空インベストメント鋳造の発展により、初期の鋳造試みを悩ませたガス孔問題が解決。今日、超合金のインベストメント鋳造はほぼ全て真空下で行われます。

適切な熱処理が不可欠

インコネルのような超合金は、合金の結晶化の仕方によって強度を得ます。鋳造後の熱処理プロセスはこの不可欠な一部です。

超合金の問題は、合金を構成する多元素が異なる温度で凝固するため、偏析が生じること。熱処理は再均質化によりこれを解決します。

熱処理は約1,800°F（約982°C）での固溶化焼鈍（ソリューションアニーリング）と水焼入れで構成。これに析出硬化が続く場合があり、段階的に低温での保持を繰り返します。析出硬化グレードのインコネルは最も高い高温強度と耐食性を示します。

インベストメント鋳造向けインコネルの種類

インコネルの名で販売されるニッケル基超合金は20種類以上。インベストメント鋳造で最もよく用いられるのは600、625、713、718。ただし、617、690なども鋳造可能です（600と625は析出硬化に不向き）。

特定のインコネルタイプが必要なプロジェクトでは、インベストメント鋳造プロセス採用前に鋳造所専門家に相談してください。

インコネルの代替として、同一番号で記述される合金が目安になります。例：インコネル718は一般に「合金718」とも表記。また、ヘインズ230、レネ41、MAR-M200（マーティン・マリエッタ製）も組成が類似しています。

プロジェクト向け超合金選定アドバイス

インコネルのようなニッケル基超合金は優れた高温強度を提供。多くは酸化と化学攻撃にも耐え、化学プラントや石油掘削「ダウンホール」用途に適しています。しかし、この強度ゆえに切削が非常に困難です。

一部のインコネルは鍛造に適します。しかし複雑な形状にはインベストメント鋳造プロセスがより良い選択肢。高精度により機械加工量を最小限に抑え、トータル製造コストを競争力ある水準に保てます。

インプロはインコネルやその他超合金のインベストメント鋳造に豊富な経験があります。用途に最適な金属タイプについてのアドバイスが必要な方は、お問い合わせください。