素材 718 は、卓越した高温強度、耐酸化性、耐食性を持つニッケル基超合金です。過酷な環境に耐えなければならない航空宇宙、発電、工業用途に広く使用されています。この包括的なガイドでは、エンジニア、設計者、調達担当者が718材の特性、用途、仕様、取り付けなどを理解するのに役立つ、718材に関する主要な詳細を提供します。
素材718の概要
インコネル718、IN718、NS163などの商品名でも知られる718材は、鉄、ニオブ、モリブデンを多量に含み、微量のアルミニウムとチタンを含む析出硬化型のニッケルクロム合金である。
素材718の主な特性と特徴：
表1：素材718の特性と特徴
| プロパティ | 詳細 |
|---|---|
| 構成 | ニッケルクロム合金とニオブ、モリブデン、鉄、アルミニウム、チタン |
| 密度 | 8.19 g/cm3 |
| 融点 | 1260-1335°C |
| 強さ | 253℃から704℃まで優れた強度 |
| 硬度 | 36-41 HRC |
| タフネス | 振動、熱衝撃、疲労に耐える |
| 耐食性 | 高温下でも耐孔食性、耐隙間腐食性 |
| 耐酸化性 | 1000℃まで保護酸化膜を形成 |
| 溶接性 | GTAW、GMAW、SMAWによる溶接が良好 |
| 製造可能性 | 熱間加工または冷間引抜加工による様々な形状 |
| コスト | 炭素鋼より高コスト |
材料718のユニークな特性は、高強度、硬度、耐食性が重要な極端な温度、圧力、腐食性、高応力環境での使用に適しています。
素材718の用途と使用例
718の優れた特性は、以下のような要求の厳しい用途に理想的です：
表2：素材718の用途と使用例
| 申し込み | 用途 |
|---|---|
| 航空宇宙 | ジェットエンジンおよび機体部品、ブレード、ディスク、ファスナー、ケーシング、ブラケット |
| 石油・ガス | ダウンホールツール、ドリルカラー、坑口設備、バルブ、ポンプ |
| 発電 | ガスタービンブレード、発電機、蒸気タービン部品、熱交換器 |
| 自動車 | ターボチャージャー部品、バルブ、排気部品 |
| 化学処理 | 原子炉、配管、熱交換器、圧力容器 |
| 公害防止 | 煙突スクラバー、廃棄物焼却炉、高温ガスフィルター |
| 工具 | 押出成形用金型、プラスチック射出成形用金型、熱間加工用工具 |
| メディカル | インプラント、骨に接触する補綴物 |
| マリン | 海水ポンプ、脱塩装置、海洋リグ |
| 熱処理 | 什器、トレイ、バスケット、熱間作業工具 |
強度、耐食性、高温性能を併せ持つ718は、主要産業の過酷な環境にさらされる重要な部品にとって貴重な存在です。
素材718の仕様
材料718は、化学組成、機械的特性、微細構造、およびその他の品質パラメータを規定する厳密な仕様に従って製造されます。
表3：素材718の仕様と規格
| 仕様 | 詳細 |
|---|---|
| UNS番号 | N07718 |
| AMS仕様 | 午前5662、午前5663、午前5664 |
| ASTM仕様 | ASTM B637 |
| ISO仕様 | ISO 6207 |
| 化学組成 | Ni 50-55%、Cr 17-21%、Nb 4.75-5.5%、Mo 2.8-3.3%、Ti 0.65-1.15%、Al 0.2-0.8%、C 0.08%以下 |
| 密度 | 8.19 g/cm3 |
| 溶解範囲 | 1260-1335°C |
| 機械的特性 | 引張強さ1241MPa、降伏強さ1034MPa、伸び12 |
| 粒度 | ASTM 6またはそれ以上 |
| 硬度 | 36-41 HRC |
| 微細構造 | 析出硬化を伴うオーステナイト系面心立方(FCC)マトリックス |
認証された仕様に適合することで、718材は用途を問わず一貫した性能を発揮します。厳格な品質管理とテストは製造中に行われます。
素材718に関する設計上の主な考慮事項
素材718の可能性を最大限に活用するには、エンジニアは次のような要素を考慮して部品を適切に設計しなければならない：
表4：素材718の主な設計要因
| デザイン | 詳細 |
|---|---|
| 強さの条件 | 高い強度と加工性のバランス、必要な強度レベルに適合 |
| 耐疲労性 | 析出硬化を利用した繰り返し応力条件での設計 |
| 耐食性 | 使用環境、温度、ストレスの考慮 |
| 公差 | フィット、クリアランス、寸法の厳しい公差を維持する |
| 軽量化 | 可能な限り軽量化するために設計を最適化する |
| コスト削減 | 性能のニーズとコストのバランスをとり、機械加工と鋳造／鍛造のトレードを活用する。 |
| 製造可能性 | 成形、機械加工、接合特性を考慮する |
| 検査 | 重要区域の点検のためのアクセスを含む |
| テスト | テストを通じて、設計が仕様を満たしていることを検証する |
| コード | アプリケーションに必要な工業規格を遵守する |
これらの要素を考慮した思慮深い設計により、エンジニアは制限を緩和しながら718の利点を十分に活用することができる。
素材の形状と加工 718
材料718は、特定の設計要件に適合するよう、幅広い形状、形状、加工条件で供給業者から入手可能である：
表5：素材718の形状と加工オプション
| フォーム/加工 | 詳細 | 用途 |
|---|---|---|
| バー・ストック | 熱間圧延、冷間引抜丸材、角材、六角材 | 機械加工部品、ポンプシャフト、ファスナー |
| プレート | 熱延板、せん断板 | 構造部品、ケーシング、ブラケット |
| シート | 熱間圧延、冷間圧延、シャーリングシート | シュラウド、ダクト、カバー |
| チューブ | シームレス、溶接 | 配管、熱交換器、シリンダー |
| 鋳物 | インベストメント鋳造、砂型鋳造 | 複雑な形状の部品、ハウジング |
| 押出成形品 | 熱間押出成形 | 航空機の支柱、チャンネル |
| 鍛造品 | クローズドダイ鍛造品 | リング、ディスク、ファスナー |
| 溶接 | gtaw、gmaw、smaw | 加工部品と組立品 |
| 熱処理 | 溶液アニールとエージング、安定化 | 最終プロパティの最適化 |
| コーティング | 電気メッキ、化成処理 | 腐食保護 |
| 添加物製造 | パウダーベッド、指向性エネルギー蒸着 | 複雑な形状 |
最適な形状と加工ルートを選択することで、設計者は特定の用途に適した特性、性能、コストのバランスを達成することができる。
材料の供給業者と入手可能性 718
広く使用されている超合金である718は、高性能合金の世界的な大手サプライヤーから容易に入手できる：
表6：素材718の主要サプライヤー
| サプライヤー | 製品呼称 | 利用可能なフォーム |
|---|---|---|
| ヘインズ・インターナショナル | ヘインズ718合金 | バー、シート、プレート、チューブ |
| カーペンター・テクノロジーズ | パイロメット718 | バー、ビレット、ワイヤー |
| 特殊金属株式会社 | Inconel 718 | 棒、板、薄板、管、溶接ワイヤ |
| VSMPO | EI-718 | プレート、シート、バー |
| アレゲニー・テクノロジーズ | U718 | バー、ビレット、プレート、シート |
| サンドビック・マテリアル | サニクロ718 | バー、ワイヤー |
材料718は、棒、板、薄板、管、溶接消耗品など様々な形で、販売業者から短いリードタイムで容易に入手できる。特注の鍛造品、鋳造品、ファスナーも認可されたサプライヤーから調達可能です。
表7：素材718の価格帯
| フォーム | 価格帯 |
|---|---|
| プレート | ポンドあたり8～12ドル |
| バー | ポンドあたり7～10ドル |
| シート | ポンドあたり12～18ドル |
| チューブ | ポンドあたり15～22ドル |
| 鍛造 | ポンドあたり15～25ドル |
| 鋳物 | ポンドあたり18～30ドル |
価格は、注文量、サイズ、リードタイム、テスト/検査要件、サプライヤーによって異なります。大量のOEM契約は、コストを大幅に削減することができます。
マテリアル718コンポーネントの取り付け
素材718のコンポーネントの適切な取り付けには、仕様の順守、適格な手順の使用、徹底した文書化が必要です：
表 8: 素材 718 の取り付けガイドライン
| パラメータ | 推薦の言葉 |
|---|---|
| ハンドリング | 適切な吊り具を使用し、表面の損傷を避ける |
| ストレージ | 化学物質への暴露を避け、屋内に保管する |
| ファスニング | 指定されたトルク値、焼付き防止剤を使用する |
| ガスケット | 適合するガスケット材質を選択し、必要に応じて交換する |
| シーリング | 圧力封じ込めのための漏れのないシールと高品質の溶接を確保する。 |
| コネクション | パイプ、バルブ、継手のダブルチェック定格 |
| ドキュメンテーション | トルク値、リークチェック、異常の記録 |
| テスト | 運転前の圧力テスト、完全性テストの検証 |
| 安全性 | 個人保護具、安全作業許可証の着用 |
適格な設置手順に従うことは、718システムを使用開始する際に、漏れ、損傷、または安全でない状態を防ぐために不可欠です。徹底した文書化は、質の高い記録を提供します。
マテリアル718機器の操作とメンテナンス
材料718の機器から信頼できる性能と長い耐用年数を得るためには、適切な操作とメンテナンスのプロトコルを実施しなければならない：
表 9：材料 718 の操作とメンテナンスのガイドライン
| アクティビティ | 推薦の言葉 |
|---|---|
| モニタリング | 圧力、流量、温度、振動を常時監視 |
| 検査 | 摩耗、腐食、亀裂がないか定期的に点検する。 |
| 潤滑 | 適切な潤滑油レベルを維持し、フィルターを交換する |
| シール | 摩耗または損傷したシールとガスケットを交換する。 |
| ファスナー | 重要なファスナーのチェックと増し締め |
| クリーニング | 適切な手順に従って付着物を除去し、損傷を避ける |
| オーバーホール | スケジュールに従って部品の分解、検査、修理 |
| ドキュメンテーション | 運転パラメータ、メンテナンスアクションの記録 |
| トレーニング | 担当者が手順について適切に訓練されていることを確認する |
| 安全性 | ロックアウト、タグアウト、個人用保護具の使用 |
OEMのガイドラインに従った718機器の操作とメンテナンスは、安全で信頼できる長期的な性能を保証します。
信頼できる718材サプライヤーの選択
718材を提供するサプライヤーは非常に多いため、信頼できる供給元を選ぶことが、高品質の一貫した部品を確保するための鍵となります：
表10：信頼できる718材サプライヤーの選び方
| 考察 | ベストプラクティス |
|---|---|
| 評判 | 実績のあるサプライヤーを選ぶ |
| 品質システム | ISO 9001およびAS9100認証 |
| テスト能力 | サプライヤーは、社内に広範なラボ試験能力を持つべきである。 |
| インベントリー | 短納期を可能にするため、標準サイズの在庫が豊富な販売代理店を探す。 |
| リードタイムズ | 特定のニーズに対する現在のリードタイムと可用性についてお問い合わせください。 |
| テクニカルサポート | サプライヤーは、知識豊富な技術サポートを提供すべきである。 |
| ドキュメンテーション | メーカーの工場証明書を提出すること |
| 品質保証 | 第三者検査サービスの提供能力 |
| 信頼性 | 納期厳守と完全受注が重要 |
| 付加価値 | 熱処理、機械加工、コーティングなどの追加サービスを提供するところもある。 |
材料718に関する深い専門知識と能力を持つサプライヤーを選ぶことで、バイヤーは常に仕様を満たす製品を手に入れることができる。
素材718の長所と短所
材料718は要求の厳しい用途で優れた性能を発揮するが、考慮すべき制限もある：
表11：素材718の長所と短所
| 長所 | 短所 |
|---|---|
| 高温での優れた強度 | 低合金より高価 |
| クリープ、破断、疲労破壊に強い | 成形時にひずみ時効割れが発生する |
| 熱衝撃とサイクルに耐える | ステンレス鋼より低い耐食性 |
| 1000℃までの耐酸化性 | 完全な特性を得るには熱処理が必要 |
| 加工しやすい溶接 | 加工時の汚染に敏感 |
| 高性能工具で加工可能 | 異種金属の接合は困難 |
| 複雑な形状に成形可能 | 704℃までの連続使用に制限 |
最適な結果を得るためには、設計エンジニアとプロセスエンジニアは、適切な設計、製造、検査、操作を通じて、制限を最小限に抑えながら、718の利点を最大化するよう努力しなければならない。
素材718と他の超合金の比較
718は、ニッケルクロム超合金の一種です。他の超合金と比較して、最適な特性のバランスを提供します：
表12：素材718と他の超合金との比較
| 合金 | 強さ | タフネス | 溶接性 | 耐食性 | 耐熱温度 | コスト |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 718 | 素晴らしい | 素晴らしい | 素晴らしい | 中程度 | 素晴らしい | 中程度 |
| ワスパロイ | 素晴らしい | グッド | フェア | 中程度 | 素晴らしい | 高い |
| ルネ 41 | グッド | 中程度 | グッド | 中程度 | 素晴らしい | 中程度 |
| Hastelloy X | 中程度 | 素晴らしい | 素晴らしい | 素晴らしい | グッド | 非常に高い |
| ヘインズ230 | 素晴らしい | 中程度 | グッド | 素晴らしい | 素晴らしい | 高い |
| Inconel 625 | 中程度 | 素晴らしい | 素晴らしい | 素晴らしい | 中程度 | 中程度 |
素材718は、強度、溶接性、耐食性などあらゆる面で最高の組み合わせを提供し、特にコストを考慮する多くの厳しい用途に適しています。
マテリアル718と積層造形
積層造形(AM)は、従来の方法では極めて困難または不可能な複雑な718部品の製造を可能にします。718を使用したAMは、以下のような利点をもたらします：
- 鋳造や鍛造では不可能な複雑な形状を製造する能力
- 少量生産におけるリードタイムとコストの削減
- 製造性よりも性能のために設計を最適化する能力
- サブトラクティブ製法と比較して廃棄物を削減
- 既存のコンポーネントを修理したり、機能を追加したりする能力
- アセンブリを単一のプリント部品に統合する可能性
718を使ったAMの限界は以下の通り：
- 大量生産の場合はコストが高くなる
- 従来の製造より遅い製造速度
- 最終的な特性を得るためには、後処理が必要な場合がある。
- 異方性材料特性により、設計上の調整が必要となる場合がある。
- プリント部品の性能を検証するために必要な認定試験
- サプライチェーンの成熟度は従来の生産に比べ遅れている
技術の発展に伴い、718を用いたAMは、航空宇宙、エネルギー、産業市場において、複雑で高価値な用途への採用が増加するだろう。
よくある質問
Q: 718材は何に使われるのですか？
A: 718は、ジェットエンジン、ガスタービン、化学プラント、石油化学プラントなど、高温下での優れた強度と耐食性を必要とする用途に最も広く使用されています。
Q: 718材は溶接できますか？
A: はい、718はガス・タングステン・アーク溶接(GTAW)、ガス・メタル・アーク溶接(GMAW)、被覆アーク溶接(SMAW)、その他の溶接プロセスで容易に溶接できます。割れを避けるため、適切な手順に従わなけれ ばならない。
Q: インコネル718とヘインズ718の違いは何ですか？
A: どちらも718合金の商標名です。インコネル718はスペシャル・メタルズ・コーポレーションが製造しており、ヘインズ718はヘインズ・インターナショナルが製造しています。両合金はほぼ同じ組成と特性を持っています。
Q: 718の引張強さは？
A: 焼きなまし時効処理した718の規定引張強さの下限は1241MPaです。実際の強度は加工次第で1370MPa以上に達することもあります。
Q: 718はどのような金属に溶接できますか？
A: 718は、適切な手順で鋼、ステンレス鋼、異種ニッケル合金に溶接できる。継手の設計、溶加材、溶接後の熱処理が重要な要素です。
Q: 718の最高使用温度は何度ですか？
A: 718は1095℃まで有用な強度を持つが、一般的にほとんどの用途では704℃までの連続使用に制限される。荷重や環境によっては、より高い温度での使用が可能です。
Q: 718材は316ステンレスと互換性がありますか？
A: はい、718ステンレスと316ステンレスは、適切な設計、表面処理、異種溶接手順に従えば、うまく接合して使用することができます。
Q: 718合金と725合金の違いは何ですか？
A: 725合金は、タンタルとニオブの添加により、強度と耐食性が若干向上しています。725はより高価ですが、要求の厳しい化学プロセス産業用途には利点があります。
