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超合金 (ちょうごうきん)[t08]

子供用のおもちゃで「超合金」というシリーズがありますが、これではなく、金属の超合金について簡単に紹介します。


子供のおもちゃで「超合金」というと、非常に「強い」金属というイメージが強いのですが、金属でいう超合金は「スーパーアロイ」の日本語訳で、高い硬さ、耐熱性、耐酸化性などに優れる金属という程度の意味です。


耐熱合金

耐熱要素の強いものでは、鉄鋼の分野では耐熱鋼(JIS記号はSUH***など)やオーステナイト系ステンレスがありますが、それらよりも耐熱性の高いものが超合金になります。

主な用途ではジェットエンジンやガスタービン部品、燃焼室用などで溶接棒に加工されて、さまざまな用途に使われています。

これらは普通は「超合金」とは言わずに 超耐熱合金 と呼んで分類されます。

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超耐熱合金には、大きく分けて、①鉄基合金系  ②コバルト基合金系  ③ニッケル基合金系 があります。

多くの製品がありますが、ほとんどが「固有の商品名」で呼ばれることも多く、鉄基合金系では「インコロイ***」、コバルト基系では「ステライト**」、ニッケル基系では「インコネル***」「ハステロイ***」などの名前を聞いたことがある方もおられるでしょう。

鉄基合金では、概ね、鉄の含有量が50%以下の合金量のものが超耐熱合金に分類されます。

ちなみに、鉄鋼製品で合金割合が最も高い粉末ハイスなどには、Fe以外の合金量が40%に達するものがありますが、耐熱合金との違いは、耐熱合金は炭素量(C)が低いことが特徴で、逆に、粉末ハイスは硬い炭化物を作るために2%を超える炭素量の鋼種があります。

下の表は、耐熱鋼と耐熱合金の例と、およその成分値をピックアップしたものですが、ここでは、鉄鋼の耐熱鋼とはかなり違う成分であるところだけをみておいてください。

耐熱性とは、高温の耐食性、耐酸化性、高温強度などに優れていることですが、これに伴って、耐薬品性なども高いものが多いです。

高温での変形に対する強度があることから、これらは鍛造などの成形加工ができないので、鋳造や溶接した後にグラインダなどで整形するのが通常の加工法になります。

高温強度を保つ方法で、「マトリックス強化型」と呼ばれるものと、析出硬化を利用する「析出硬化型」があります。

これらの中では、鋼種ごとに決められた熱処理が規定されるものもあります。 この熱処理は、鉄鋼と同じように、マトリックス強化型では、1000℃以上の高温状態から急冷する「固溶化処理(溶体化処理)」が、析出硬化型では、固溶化処理と700℃程度までの時効処理が行われます。

高硬さの合金:超硬合金

硬い」超合金では、切削工具などに用いられる、超硬合金 がよく知られています。

この基本のタイプは、硬質のWC(タングステンカーバイド)をコバルトやニッケルを結合剤にして焼結して作られます。

近年は、タングステン炭化物以外のTi・Taなどの硬い炭化物粉末を混合するものや、さらに、工具刃先に表面処理によるコーティングなどで、長寿命化された超硬工具製品もたくさん作られています。

一般的にいえば、超硬合金の Co の量は3-25%で、それ以外は硬い炭化物の粉末ですが、Co が多いほど耐衝撃性は優れますが、逆に、耐摩耗性は落ちるという性質になります。

例えば、鋼での耐摩耗性が最も高い部類の粉末ハイスで比較すると、イメージ的な数字ですが、超硬合金はマイクロビッカース硬さで1.5倍、吸収エネルギー(じん性)は1/2という感じになっていますが、実際には工具の使用法が全く違うように、かなり鉄鋼からはかけ離れた性質のものだといえます。



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用語の索引

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