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Nimonic 80A – 高温ニッケル基合金の概要

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Nimonic 80A は、優れた高温強度、クリープ耐性、酸化耐性を持つニッケル基高温合金であり、航空エンジン、ガスタービン、原子力産業、熱処理装置などの高温環境に適しています。本合金は固溶処理＋時効処理によって強化され、**アルミニウム（Al）とチタン（Ti）**を添加することで γ’（Ni₃(Al,Ti)）析出相を形成し、クリープ耐性を大幅に向上させます。

1. Nimonic 80A の標準化学成分（%）

元素	Ni（ニッケル）	Cr（クロム）	Co（コバルト）	Ti（チタン）	Al（アルミニウム）	Fe（鉄）	Mn（マンガン）	Si（ケイ素）	Cu（銅）	C（炭素）	S（硫黄）
標準値	残部	18–21	≤2.0	1.8–2.7	1.0–1.8	≤3.0	≤1.0	≤1.0	≤0.2	0.06–0.12	≤0.015

主な役割：

• Ni（ニッケル）： 母相、耐高温性・耐食性を提供

• Cr（クロム）： 酸化・腐食耐性を強化

• Ti＋Al（チタン＋アルミニウム）： γ’析出相を形成し高温強度・クリープ耐性を向上

• Fe（鉄）： 含有量を制限、過多は高温強度を低下させる

• Co（コバルト）： 熱安定性を改善し、クリープ耐性を向上

• C（炭素）： 高温硬度を強化、過多で脆化の恐れ

• S（硫黄）： 加工性低下を防ぐため厳しく制限

2. 物理特性

特性	数値
密度	8.0 g/cm³
融点	1320–1365°C
比熱容量	460 J/(kg·K)
熱伝導率	11.3 W/(m·K)（100°C）
電気抵抗率	1.18 μΩ·m
熱膨張係数	12.8 × 10⁻⁶ /°C（20–1000°C）
磁性	非磁性

3. 機械的性質

(1) 室温（時効処理後）

項目	引張強さ (MPa)	耐力 (MPa)	伸び (%)	硬度 (HB)
標準値	1000	600	20	260–310

(2) 高温下の性能

温度 (°C)	引張強さ (MPa)	耐力 (MPa)	伸び (%)
600	780	450	18
800	420	250	22
1000	120	70	40

(3) クリープ破断強度

温度 (°C)	応力 (MPa)	破断時間 (時間)
650	280	1000
700	230	1000
800	110	1000

4. 熱処理工程

Nimonic 80A は主に固溶処理と時効処理によって強化されます：

処理内容	温度 (°C)	時間 (時間)	冷却方法
固溶処理	1080–1120	2–4	空冷
時効処理	700–750	16	空冷

目的：

• 固溶処理： 組織の均一性を改善し、延性と靭性を向上

• 時効処理： γ’析出相を形成し、高温強度とクリープ耐性を強化

5. 主な特長

✅ 高温引張強さが優れており、時効後は最大1000 MPa

✅ 長時間の高温荷重下でも優れたクリープ耐性

✅ 850〜1000°Cの酸化雰囲気でも使用可能な高い酸化耐性

✅ 熱安定性が高く、相変態が起こりにくい

✅ 優れた溶接性（TIG、MIG、抵抗溶接、電子ビーム溶接対応）

✅ 機械加工性が良く、旋削・フライス・穴あけ・研削などに対応

6. 主な用途

(1) 航空宇宙

• 航空エンジンのタービンブレード、燃焼室部品、排気系統

• ターボチャージャー部品：高温・高圧環境向け

(2) 発電および原子力産業

• ガスタービン部品：タービンブレード、案内羽根など

• 原子炉構造部品：燃料集合体、高温部品

(3) 熱処理装置関連

• 高温炉の内張、熱交換器、工業炉部品

(4) 締結部品・バネ類

• 高温用ボルト、ワッシャー

• 高温ばね

(5) その他

• 自動車排気システム

• 化学プラントにおける耐高温腐食部品

7. 合金比較表

合金名	主成分	使用上限温度 (°C)	酸化耐性	クリープ強度	主な用途
Nimonic 80A	Ni-Cr-Ti-Al	1050	優秀	高	航空、ガスタービン
Nimonic 75	Ni-Cr-Ti	1000	良好	中	高温炉、締結部品
Inconel 718	Ni-Cr-Fe-Nb	1200	極めて優秀	非常に高い	航空、原子力
Hastelloy X	Ni-Cr-Fe-Mo	1200	極めて優秀	非常に高い	航空宇宙産業