TMS-138
TMS-138 超合金について
名称および同等品名
TMS-138 は、ニッケル基第 4 世代単結晶超合金です。国際規格における直接的な同等品はありませんが、René N6 や CMSX-10 などの合金と類似性を共有しています。高応力・高温用途向けに設計された TMS-138 は、強化された熱安定性と疲労耐性を提供し、ジェットエンジンや発電タービンに適しています。
TMS-138 基本概要
TMS-138 は、次世代の航空宇宙および電力システムの要件を満たすために開発されました。その単結晶構造は粒界を排除し、卓越したクリープ耐性と機械的強度を提供します。この合金は、タービンブレードやベーンなど、周期的な熱負荷に曝される部品に最適であり、極限の運転条件下でも高性能を確保します。
バランスの取れた組成により、1100°C 以上において酸化耐性、熱安定性、機械的強度が保証されます。TMS-138 は、長期にわたる使用期間中に構造完全性を維持する能力があり、信頼性が不可欠な重要な航空宇宙およびエネルギー用途に理想的です。
TMS-138 の代替超合金
CMSX-10やRené N6などの他の高性能単結晶合金も、同様のクリープ耐性と疲労耐性を提供しますが、TMS-138 の高度な熱安定性には及ばない場合があります。CMSX-4やPWA 1484などの第 2 世代合金は、要求がそれほど厳しくない用途では実行可能な代替案となり得ます。しかし、TMS-138 の優れた高温性能により、次世代の航空宇宙エンジンおよびガスタービンにおける首选択となっています。
TMS-138 の設計意図
TMS-138 は、クリープ強度、疲労耐性、熱安定性を向上させることで、以前の世代の超合金の限界を克服するために設計されました。その単結晶構造により、高い機械的応力下でも良好な性能を発揮し、レニウムとタンタルの添加により合金母相が強化されています。この合金は、性能や寿命を損なうことなく、極端な温度和高頻度の熱サイクルに耐えなければならない部品を対象とした用途に指向されています。
TMS-138 化学組成
TMS-138 に含まれる元素は、その機械的および熱的特性を向上させます。コバルトは熱安定性を高め、レニウムはクリープ耐性を強化し、タンタルは高温での強度を提供します。
元素 | 重量% |
|---|---|
ニッケル (Ni) | 残部 |
クロム (Cr) | 4.2% |
コバルト (Co) | 7% |
タングステン (W) | 9% |
アルミニウム (Al) | 5.8% |
タンタル (Ta) | 8% |
レニウム (Re) | 6% |
TMS-138 物理特性
TMS-138 は卓越した機械的および熱的安定性を提供し、極限環境での動作を可能にします。
特性 | 値 |
|---|---|
密度 | 8.65 g/cm³ |
融点 | 1360°C |
熱伝導率 | 10.8 W/(m·K) |
弾性係数 | 216 GPa |
引張強度 | 1120 MPa |
TMS-138 超合金の金組織構造
TMS-138 の微細組織は、高性能用途向けに最適化されています。これは、ガンマプライム (γ') 析出物によって強化されたガンマ (γ) 母相から構成されています。これらの析出物は転位の移動を抑制することで合金を強化し、高温におけるクリープ耐性と疲労耐性を向上させます。
主にニッケル、アルミニウム、タンタルで構成されるγ'析出物の均一な分布は、周期的な熱応力下でも構造安定性を確保します。この微細組織により、TMS-138 は長期にわたる使用期間中に性能を維持でき、重要な航空宇宙およびエネルギー部品に理想的です。
TMS-138 機械的特性
TMS-138 は、高い引張強度、優れた疲労耐性、長期的安定性を含む卓越した機械的特性を提供します。
特性 | 値 |
|---|---|
引張強度 | ~1200 MPa |
降伏強度 | ~1050 MPa |
クリープ強度 | 1100°C で優れている |
疲労強度 | ~650 MPa |
硬さ (HRC) | 40-45 |
伸び | ~10% |
弾性係数 | ~230 GPa |
TMS-138 超合金の主要特徴
卓越したクリープ耐性 TMS-138 は優れたクリープ耐性を提供し、高温への長時間曝露下でも機械的完全性を維持するため、タービンブレードやベーンに最適です。
高い熱疲労耐性 この合金は周期的な熱負荷下で非常に優れた性能を発揮し、ジェットエンジンやガスタービンなどの高性能用途における耐久性を確保します。
単結晶構造 粒界がないため、TMS-138 は疲労寿命を延長し、クリープ変形を低減することで、機械的応力下で優れた性能を提供します。
長寿命 TMS-138 は長期使用向けに設計されており、特に航空宇宙および発電システムにおいて、メンテナンスコストとダウンタイムを削減します。
熱安定性 コバルトやレニウムを含むこの合金の組成は、優れた熱安定性を確保し、1100°C を超える極限の運転条件に適しています。
TMS-138 超合金の加工性
TMS-138 は真空精密鋳造と相容れます。このプロセスは、合金の構造完全性を維持しながら、高性能な航空宇宙部品に必要な精度を提供するためです。
単結晶鋳造は TMS-138 の主要な製造方法であり、粒界を排除することで最適なクリープ耐性と機械的性能を確保します。
TMS-138 は等軸結晶鋳造には推奨されません。この方法では、単結晶構造が持つ高い熱安定性と疲労耐性に匹敵できないためです。
超合金方向性凝固鋳造も実行可能ですが、TMS-138 の機械的利点は単結晶鋳造を通じて最もよく発揮されます。
粉末冶金タービンディスクは、単結晶の完全性が必要であるため、TMS-138 には適していません。粉末冶金ではこれを達成できません。
超合金精密鍛造も、変形により単結晶構造が損なわれる可能性があるため、TMS-138 には理想的ではありません。
TMS-138 は超合金 3D プリンティングには不適です。現在の積層造形技術では、最適な性能に必要な単結晶形成を再現できないためです。
CNC 加工は TMS-138 に対して実行可能です。当社は、合金の硬さに対応し、厳しい公差を維持できる専用工具を備えています。
超合金溶接は、単結晶構造に欠陥が生じる可能性があり、機械的性能を低下させる恐れがあるため、課題となります。
ホットアイソスタティックプレス (HIP)は、TMS-138 の性能を向上させ、内部空隙を排除し、機械的特性を改善します。
TMS-138 超合金の用途
航空宇宙および航空分野では、優れた耐熱性とクリープ強度が不可欠なタービンブレードやジェットエンジンに TMS-138 が使用されます。
発電分野では、TMS-138 はガスタービンを支え、極端な温度と機械的応力下での効率的な運転を確保します。
石油・ガス用途では、腐食環境に耐えるタービンや高温部品に TMS-138 が採用されます。
エネルギーセクターでは、先進的な電力システムにおいて TMS-138 が恩恵をもたらし、過酷な条件下での信頼性と熱安定性を提供します。
海洋用途では、TMS-138 は過酷で腐食性の高い海洋環境に耐えることで、推進システムを強化します。
採鉱分野では、磨耗条件と高温に曝される重要機器に TMS-138 が使用されます。
自動車分野では、特に熱安定性が不可欠なモータースポーツ用ハイパフォーマンスエンジンに TMS-138 が採用されます。
化学処理業界では、耐食性と耐熱性が必要な反応器や熱交換器に TMS-138 が使用されます。
医薬品および食品業界では、滅菌設備における耐久性と耐食性を確保するために TMS-138 が使用されます。
軍事および防衛分野では、極限環境での性能を確保するために、推進システムに TMS-138 が使用されます。
原子力用途では、長期的な熱安定性が不可欠な原子炉において、TMS-138 は信頼性の高い性能を提供します。
TMS-138 超合金を選択すべき時期
TMS-138 は、卓越したクリープ耐性、疲労強度、熱安定性を必要とするカスタム超合金部品のために選択すべきです。これは、性能と信頼性が最優先されるタービンブレードやジェットエンジン部品など、高温で作動する航空宇宙および発電部品に理想的です。この合金の熱疲労耐性と、循環負荷下で機械的完全性を維持する能力は、長寿命かつ高性能な用途に不可欠です。
