高温合金とは何か、主にどんな分類がありますか。

高温合金とは？高温合金は鉄、ニッケル、コバルトを基にして、600℃以上の高温及び一定の応力作用の下で長期にわたって働くことができる金属材料であり、比較的に高い高温強度、良好な抗酸化と耐食性、良好な疲労性能、破壊靭性などの総合性能を持っている。高温合金は単一オーステナイト組織であり、様々な温度で良好な組織安定性と使用信頼性を有する。

高温合金が有する高温耐性、耐食性などの性能は主にその化学組成と組織構造に依存する。GH 4169ニッケル基変形高温合金を例にとると、GH 4169合金中のニオブ含有量が高く、合金中のニオブ偏析の程度は冶金技術と直接関連しており、GH 4169基体はNi−Gr固溶体であり、Ni含有質量分率は50%以上で1,000℃前後の高温に耐えることができ、米国番号Inconel 718と類似しており、合金はγ基体相、δ相、炭化物と強化相γ′とγ″″相からなる。GH 4169合金の化学元素と基体構造はその強大な力学性能を示し、降伏強度と引張強度はいずれも45鋼の数倍より優れ、塑性も45鋼より優れている。安定した格子構造と大量の強化因子はその優れた力学性能を構築した。

高温合金はその複雑で劣悪な作業環境のため、その加工表面の完全性はその性能の発揮に非常に重要な役割を果たしている。しかし、高温合金は典型的な難加工材料であり、そのミクロ強化項は硬度が高く、加工硬化度が深刻であり、しかもそれは高いせん断応力と低い熱伝導率を有し、切削領域の切削力と切削温度が高く、加工過程で加工表面の品質が低く、工具の破損が非常に深刻であるなどの問題がよく発生する。一般的な切削条件下では、高温合金表層は硬化層、残留応力、白層、黒層、結晶粒変形層などの過大な問題を生じる。

高温合金材料は、基体元素の種類、合金強化タイプ、材料成形方式によって区分される3つの方式によって行うことができる。

1、基体元素の種類別

⑴鉄系高温合金

鉄基高温合金は耐熱合金鋼とも呼ばれる。その基体はFe元素であり、少量のNi、Crなどの合金元素を添加し、耐熱合金鋼はその正火の要求に応じてマルテンサイト、オーステナイト、パーライト、フェライト耐熱鋼などに分けることができる。

ニッケル基高温合金

ニッケル基高温合金のニッケル含有量は半分以上であり、1,000℃以上の作業条件に適用され、固溶、時効の加工過程を採用することで、耐クリープ変性エネルギーと耐圧耐力を大幅に向上させることができる。高温環境で使用される高温合金について分析すると、ニッケル基高温合金の使用範囲は鉄基とコバルト基高温合金の使用範囲をはるかに上回っている。同時にニッケル基高温合金は我が国の生産量が最大で、使用量が最大の高温合金であり、多くのタービンエンジンのタービン翼及び燃焼室、さらにはターボ過給機もニッケル基合金を製造材料として使用している。半世紀以上にわたって、航空エンジンに使用されてきた高温材料の高温耐性は、1940年代末の750℃から90年代末の1 200℃に向上したというべきで、この巨大な向上は鋳造技術の加工やコーティングなどの面で急速に発展した。

コバルト基高温合金

コバルト基高温合金はコバルトを基体とし、コバルト含有量は約60%を占め、同時にCr、Niなどの元素を添加して高温合金の耐熱性能を向上させる必要がある。通常、高温条件（600〜1,000℃）と、航空エンジンの作動翼、タービンディスク、燃焼室熱端部材、宇宙エンジンなどのような限界複雑応力を受けた長時間の高温部品に使用される。より優れた耐熱性を得るためには、一般的には、製造時にW、MO、Ti、Al、Co，その優れた熱抵抗疲労性を保証するために。

2、合金強化タイプ

合金強化タイプによって、高温合金は固溶強化型高温合金と時効沈殿強化合金に分けることができる。

⑴固溶強化型

固溶強化型とは、鉄、ニッケルまたはコバルト基の高温合金に合金元素をいくつか添加し、単相オーステナイト組織を形成し、溶質原子は固溶体基体の格子を歪ませ、固溶体中のスリップ抵抗を増加させて強化する。一部の溶質原子は合金系の層転位エネルギーを低下させ、転位分解の傾向を高めることができ、交差滑りが進行しにくくなり、合金が強化され、高温合金強化の目的を達成することができる。

⑵時効沈殿強化

いわゆる時効沈殿強化とは、合金ワークが固溶処理され、冷塑性変形後、比較的高い温度で放置または室温でその性能を保持する熱処理プロセスである。例えば：GH 4169合金、650℃での最高降伏強度は1,000 MPaに達し、羽根を作製する合金温度は950℃に達することができる。

3、材料成形方式

材料成形方式により、鋳造高温合金（普通鋳造合金、単結晶合金、配向合金などを含む）、変形高温合金、粉末冶金高温合金（普通粉末冶金と酸化物分散強化高温合金を含む）が区分される。

⑴高温合金の鋳造

鋳造方法を用いて直接部品を製造する合金材料を鋳造高温合金と呼ぶ。合金基体成分の区分により、鉄基鋳造高温合金、ニッケル基鋳造高温合金、コバルト基鋳造高温合金の3種類に分けることができる。結晶方式によって分けられ、多結晶鋳造高温合金、配向凝固鋳造高温合金、配向共晶鋳造高温合金、単結晶鋳造高温合金の4種類に分けることができる。

⑵変形高温合金

依然として航空エンジンで最も多く使用されている材料であり、国内外での応用が広く、我が国の変形高温合金の年間生産量は米国の約1/8である[2]。GH 4169合金を例にして、それは国内外の応用範囲が最も多い主要な品種である。我が国は主にタービン軸エンジンのボルト、圧縮機及びホイール、オイルリールを主要部品として、他の合金製品の成熟に伴い、変形高温合金の使用量は徐々に減少する可能性があるが、未来の数十年の中で依然として主導的な地位を占めている。

⑶新規高温合金

粉末高温合金、チタンアルミニウム系金属間化合物、酸化物分散強化高温合金、耐食性高温合金、粉末冶金及びナノ材料などの多種の細分化製品分野を含む.

①第三世代粉末高温合金の合金化程度を向上させ、前二世代の利点を両立させ、より高い強度の低い損傷を獲得し、粉末高温合金の生産技術は日に日に成熟しており、将来は以下のいくつかの方面から展開する可能性がある：粉末製造、熱処理技術、コンピュータシミュレーション技術、双性エネルギー粉末ディスク、

②チタンアルミニウム系金属間化合物は第4世代まで開発され、多元微量と多量微小元素の2つの方向に徐々に拡大しており、ドイツのハンブルク大学、日本の京都大学、ドイツのGKSSセンターなどは広範な研究を行っており、チタンアルミニウム系金属間化合物は現在船舶、生物医療用、スポーツ用品分野に応用されている。

③酸化物分散強化高温合金は粉末高温合金の一部であり、生産開発中のものは20種類近くあり、比較的に高い高温強度と低い応力係数を有し、ガスタービン耐熱抗酸化部品、先進航空エンジン、石油化学反応釜などに広く応用されている、

④耐食性高温合金は主に耐火材料と耐熱鋼の代替に用いられ、建築及び宇宙航空分野に応用される。