铸造ni基合金.pdf

2016 年 金属材料学 高田 尚記 11. 鋳造 Ni 基合金 今回はジェットエンジン及びガスタービンに適用されている Ni 基合金（しばしば Ni 基超合金（Ni based superalloy）と呼ばれる）について述べる．Ni 基合金は鋳造合金（cast alloy）と鍛造合金（wrought alloy）に分類され，適用されるジェットエンジンの部位も異なる．先ず，鋳造合金（主に単結晶合金： single-crystal alloy）について述べる． 11.1 ジェットエンジン・ガスタービンの原理 GE （ゼネラルエレクトリック）社が開発したGEnx エンジン（図 11.1）は，現在 Boeing （ボーイ ング）社の中型航空機 B787 の搭載ターボファンエンジンである．また，B747 型機の必威体育精装版型となる B747-8 の搭載エンジンに選定され，開発が進められている．航空機に搭載するタービンエンジンとラムジェッ トエンジンを総称してジェットエンジンと呼ばれるが，現在，航空機に搭載されているエンジンのほと んどはタービンエンジンであるため，ジェットエンジン（航空機用）とガスタービン（発電用）は同じ 原理である．ジェットエンジンは通常のピストンエンジン同様，吸気 （suck），圧縮 （squeeze），燃焼 （bang）， 排気（blow）の 4 つの作業を行う．（図11.2）特にジェットエンジンは，それぞれの過程を同時かつ連 続的に行うため，小型・高出力を実現可能である（自動車などのピストンエンジンは，1 つの部屋で 4 つの作業を順番に行う必要があるため，力を生み出す燃焼は 4 回に 1 回である）． 図 11.1 GE 社製のジェットエンジン GEnx の断面図 [2] 1 2016 年 金属材料学 高田 尚記 図 11.2 ジェットエンジン・ガスタービンの運転原理 [3] 図 11.3 ジェットエンジン・ガスタービンに用いられている金属材料 [3] 図 11.3 に，ジェットエンジン・ガスタービンに用いられている種々の材料を示す．吸気や圧縮を行うフ ァンやコンプレッサーのブレードはチタン合金が使用されているが，圧縮空気と燃料が送り込まれる燃 焼室内の高圧タービンブレードやそれらを支えるディスクは Ni 基合金が用いられている．また排気に 近づく低圧タービンブレードにおいても Ni 基合金が用いられている．なお，必威体育精装版の GEnx エンジンの 低圧タービンブレードに TiAl 基合金が適用されている．以上のように Ni 基合金は高温・高圧下に耐え うる材料，すなわち耐熱材料として使用されている．特にタービンブレード用Ni 基合金の耐用温度は 2 2016 年 金属材料学 高田 尚記 燃焼室の温度を決め，エンジン・ガスタービンの効率に直結する（図 11.4）．したがって，Ni 基合金の 耐用温度を高める材料開発が高効率ジェットエンジン・ガスタービンの実現の必要不可欠の技術となる． 図 11.4 ガスタービンの規格化出力とタービン入口温度（燃焼室の温度）[4,5] 11.2