高強度 Ni 基鍛造合金の革新的加工技術
1. はじめに
航空機向けに開発が進められている 高強度 Ni 基鍛造合金（1）（2）（精密鋳造材 と同等レベルのクリープ強度と 1.5 倍 以上の引張・疲労強度を有する）をガ スタービンへ適用することを目的に，
析出強化相である
γ’ 相を多量に含む
高強度 Ni 基鍛造合金の加工性を飛躍 的に改善する技術（MH プロセス）の 開発を進めている（3）．本稿ではこの技 術の概要と加工性検証結果を紹介する．2. 高強度材のガスタービン部品 適用への技術的課題
ガスタービンの高効率化には燃焼温 度の向上，冷却空気の削減や翼長拡大 が有効である．現在，ガスタービンの 動翼材としては Ni 基の精密鋳造材が 主流である．精密鋳造材は，クリープ 強度に優れるが，疲労強度や引張強度 は鍛造材の方が優れている．燃焼器部 材には，熱間圧延材，冷間圧延材が主 流であるが，加工性の観点から高強度 Ni 基合金の適用は困難である．近年，
精密鋳造動翼材と同等のクリープ強度 を有する Ni 基鍛造合金が開発されて いるが，加工性が乏しく，現状航空機 ディスクのような小型品の製造に限定 されている．
3. 高強度鍛造材の革新的加工技 術「MH プロセス」
図 1に
γ’ 相析出強化型の強化メカ
ニズムを示す．母相である
γ
相に対して
γ’ 相が格子整合性を持って析出す
ることで，その整合界面が強度に寄与 することが知られている（図 1 左図）．
このため，このタイプの高強度材は
γ’
相が消失する温度付近またはそれ以上 の温度において熱間加工を行う．
これに対して，MH プロセスでは鍛 造と熱処理による組織制御を駆使し，
図 1 右側に示すように
γ
相とγ’ 相の界
面を非整合化する．これにより，γ’ 相 を多量に析出させた状態でも，その強 化能力を消失させることを可能としている．MH プロセスを適用することで，
γ’ 相を多量に析出させた状態でも良好
な加工性（熱間鍛造性，被削性，冷 間加工性等）が得られる．さらに，加工終了後に熱処理によ り，非整合な
γ’ 相を消失させてから，
再度
γ’ 相を整合に析出させることで，
素材本来が持つ強度を回復できる．
4. 加工性検証結果
熱間加工性について，航空機エン ジ ン 用 に 開 発 さ れ た 高 強 度 鍛 造 材 AD730（1）の高温引張試験を実施し，引 張延性を評価した．図 2に破断後引 張試験片の外観写真を示す．従来熱 処理では 920℃においてほとんど変形 せずに破断しているのに対して，MH プロセス適用材は高い絞りを示した ことから，熱間加工性の飛躍的な向 上を確認した．加えて，950℃におい て MH プロセス適用 AD730 は大きな 伸びも示した．従来，AD730 の熱間
鍛造は
γ’ 相固溶温度付近の狭い温度
範囲（1 050～1 090℃）で実施されて いるが，鍛造温度範囲を大幅に拡大 するだけでなく，巨大延性を利用し て切削加工せずに複雑形状を製造す るネットシェイプ鍛造への応用も期
待される．
また，MH プロセスを適用した高強 度材 TMW 合金（γ’ 相析出量 50%）（2）
を用いて，冷間加工性を評価し，冷間 圧延，冷間線引きが可能であることを 確認した（図 3）．
5. おわりに
本稿では，ガスタービンへの高強度 鍛造材適用を可能とする加工性向上 技術「MH プロセス」について，メカ ニズムと加工性検証結果を紹介した．
本技術は，ガスタービン部品製造にお いて非常に重要なキー技術であり，今 後プロセスを最適化し，模擬部品の試 作・強度評価へ向け開発を進めていく．
本 研 究 の 一 部 は 戦 略 的 イ ノ ベ ー ション創造プログラム（SIP）の成果 である．
（原稿受付 2016 年 3 月 25 日）
〔太田敦夫・今野晋也 三菱日立パ ワーシステムズ（株）〕
●文 献
（ 1 ）Devaux, A., ほか，A New Nickel-Based Siperalloy For High Temperature Engine Potative Parts, Superalloys 2012, （2012），
912-919.
（ 2 ）Gu, Y., ほか，New Ni-Co-base Disk Su- peralloys with Higher Strength and Creep Resistance, Scripta Materialia, 55（2006），
815-818.
（ 3 ）今野晋也・ほか，火力プラントの効率向上 に寄与する高強度鍛造 Ni 基合金の合金設計 及び革新的製造技術，三菱重工技法，52-2
（2015），30-35．
図１ γ’ 相析出強化型 Ni 基合金の強化機構
従来組織
整合界面
母相（γ相）
析出相（γ'相）
非整合界面 本技術の組織 非整合γ’相
非整合γ’ γz’ 整合γ’相
整合γ’
γ γ
強化に寄与
強化機能なし γp’
γ相
図２ MH プロセス適用 AD730 の破断後引張 試験片外観写真
破断部
（a）従来熱処理適用AD730
（試験温度 920℃）（b）MHプロセス適用AD730 （試験温度 920℃）
（c）MH プロセス適用 AD730 （試験温度 950℃）
図３ MH プロセス適用 TMW の冷間加 工後外観写真
（a）冷間圧延（厚さ 3 mm）
（b）冷間線引き（直径：φ5 mm）
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日本機械学会誌 2016. 6 Vol. 119 No.1171 371
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