Haynes 188
材料紹介
Haynes 188 は、酸化、熱疲労、クリープ抵抗がミッションの成功に不可欠な極限の高温環境向けに設計されたコバルト - ニッケル - クロム - タングステン超合金です。980°C 以上で優れた強度維持能力を持つことで知られる Haynes 188 は、航空宇宙、発電、産業用ガスタービンシステムで広く使用されています。Neway AeroTech の高温超合金 3D プリンティングなどの先進的な金属積層造形プラットフォームで加工することで、従来の鋳造や鍛造方法では製造が困難、あるいは不可能であった内部冷却チャネル、格子構造、薄肉プロファイルを持つ軽量で最適化された形状を設計者が実現できます。その卓越した耐酸化性、優れた冶金学的安定性、および強力な溶接性は、持続的な熱サイクル、腐食性排気ガス、極限の機械的負荷に耐えなければならない部品にとってプレミアムな素材となっています。
国際名称または代表的なグレード
国/地域 | 一般名称 | 代表的なグレード |
|---|---|---|
米国 | Haynes 188 | Alloy 188 |
欧州 | Co-Ni-Cr-W 超合金 | 2.4684 |
日本 | 耐熱コバルト合金 | Alloy 188 |
中国 | GH5188 | GH188 |
航空宇宙産業 | コバルト基耐熱合金 | 188 |
代替材料オプション
異なる性能バランスが必要なアプリケーションの場合、温度範囲、酸化要件、またはコストに基づいていくつかの代替案を検討できます。Inconel 738やInconel 939などのニッケル基超合金は、高温で卓越したクリープ強度を提供し、タービンブレードでの使用に適しています。さらに高い耐久性が必要な場合、CMSX-4などの単結晶合金や、方向性凝固によって製造された超合金は、極限の長期的な熱安定性を実現します。化学腐食が主な懸念事項である場合、Hastelloy Xなどのモリブデン�富な合金は、酸化性および還元性環境に対して卓越した耐性を提供します。中温域で高い比強度が必要な場合は、Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Moなどの軽量代替材が選択される可能性があります。これらのオプションにより、設計者はコスト、耐熱性、構造的要件に応じて材料選択を調整できます。
設計目的
Haynes 188 は、当初、燃焼室、タービン排気部、航空宇宙推進システムで一般的に見られる過酷な高温酸化環境向けに設計されました。コバルト、ニッケル、クロム、タングステンの組成は、従来のニッケル合金を大幅に上回る優れた熱安定性、耐酸化性、およびクリープ強度をもたらします。積層製造においては、質量を削減しながら極限の運用条件下での熱効率、燃料性能、長期的な耐久性を向上させる、コンフォーマル冷却された軽量でトポロジー最適化された構造の生産へと目的が拡大しています。
化学組成（典型的な範囲）
元素 | 組成 (%) |
|---|---|
コバルト (Co) | 残部 |
ニッケル (Ni) | 22 |
クロム (Cr) | 22 |
タングステン (W) | 14 |
鉄 (Fe) | ≤ 3 |
マンガン (Mn) | ≤ 1.25 |
ケイ素 (Si) | ≤ 0.5 |
炭素 (C) | 0.06–0.14 |
物理的特性
特性 | 値 |
|---|---|
密度 | ~9.1 g/cm³ |
融点 | ~1260–1355°C |
熱伝導率 | 10–12 W/m·K |
電気抵抗率 | ~1.1 μΩ·m |
比熱容量 | ~430 J/kg·K |
機械的特性
特性 | 典型的な値 |
|---|---|
引張強さ | 760–860 MPa |
降伏強さ | 450–520 MPa |
伸び | 35–50% |
硬さ | 220–260 HB |
高温強度 | 1100°C まで優れている |
主要な材料特性
タービンおよび燃焼表面向けの��越した高温耐酸化性
繰り返しの加熱および冷却サイクル下での優れた耐熱疲労性
980°C を超える温度での強力な耐クリープ性
広範な温度範囲にわたる優れた延性と靭性
高熱環境での長期暴露に理想的な安定した微細組織
積層融合プロセス中の優れた溶接性と耐亀裂性
高温腐食および燃焼ガス環境に対する高い耐性
薄肉構造および複雑な形状における優れた性能
航空宇宙エンジンでの急速な熱サイクル中の強力な冶金学的安定性
極限の機械的応力と高温を伴う環境への適合性
さまざまなプロセスにおける製造可能性
積層製造：パウダーベッド融合により、Neway の先進的な超合金 3D プリンティング技術を使用して、複雑な内部冷却チャネルを持つ高精度・高温部品を生産できます。
CNC 加工：加工硬化挙動には、超合金 CNC 加工によってサポートされた最適化された切削戦略が必要です。
EDM 加工：超合金 EDMを通じて、複雑なプロファイルや冷却通路を効率的に生産できます。
深穴あけ：先進的な深穴あけ技術を使用して加工する場合、熱負荷下で寸法安定性を維持します。
熱処理：微細組織の改良と応力除去は、精密な超合金熱処理サイクルを通じて行われます。
溶接：高い溶接性により、制御された超合金溶接を使用した効果的な接合が可能です。
精密鋳造：熱疲労機能が必要な特定の形状に対し、制御された等軸結晶鋳造を通じて適用可能です。
適切な後処理方法
気孔率を除去し疲労強度を高めるための、先進的なHIP 処理による熱間等方圧加圧（HIP）
クリープ抵抗と微細組織の均一性を最大化するための高温熱処理
タービンまたは燃焼器セクションでの精密な公差制御のための表面加工
熱サイクル性能を向上させるための、サーマルバリアコーティングなどの耐酸化コーティング
先進的な材料試験および分析による非破壊検査
エンジン部品での抗力を低減し熱流れを強化するための研磨または研摩仕上げ
滑らかな熱流れを必要とする複雑な内部経路のための EDM 仕上げ
一般的な業界とアプリケーション
航空宇宙用タービン部品、燃焼器ライナー、排気セグメント、燃料ノズル構造
発電用ガスタービンの高温部要素
極限の酸化に曝される工業用炉部品
エネルギーセクターの高温アセンブリおよび熱交換器
高い熱耐久性を必要とする防衛推進部品
腐食性ガスと極限の熱を伴う化学処理環境
この材料を選択すべき時期
部品が長期的な耐酸化性を保ちながら 980°C 以上の温度に耐える必要がある場合
熱疲労がタービンまたは排気システムの主要な設計上の懸念事項である場合
薄肉、軽量、またはコンフォーマル冷却構造を積層製造によって生産する必要がある場合
高温においても機械的負荷が過酷であり続ける場合
腐食および高温ガス酸化に対して卓越した合金性能が要求される場合
部品が循環熱環境において長寿命を必要とする場合
ニッケル合金がクリープまたは酸化の限界により失效する場合
航空宇宙、エネルギー、または防衛システムが最大の高温信頼性を必要とする場合
