インコネルの特徴と用途について【前編】
インコネルの耐熱温度や加工性、溶接性といった特徴を【前編】【後編】に分けて詳しくご紹介致します。インコネルはレーシングカーのマフラーにも使用されています。あなたの車のエンジン内にも使用されているかもしれません。耐熱温度の高いインコネルは重要度の高いところで活躍する金属です。
インコネルとは？
「インコネル」とは、耐熱性、耐蝕性、耐酸化性といった高温化での特性に優れている超耐熱合金のことです。優れた耐熱性能から、各種プラント設備、ごみ焼却炉、航空機のエンジンなどに使用されます。強度が高く、加工し難い金属を難削材と言いますが、このインコネルは難削材に分類され、最も切削加工が難しい合金の一つとなります。
難しいと聞くと、金属加工に携わった事がある方なら興味が出るのではないですか？加工は難しいけれど、超が付くほどの耐熱特性を持つインコネル、その魅力を知りたい方は引き続き本記事を読んでみてください。
インコネルの特性
ニッケルを主として、鉄やクロム、モリブデンなど様々な合金元素を添加したインコネルはどのような合金なのでしょうか。ここでは、インコネルの特性や、加工の難しさについて解説していきます。
インコネルは耐熱温度が高い
インコネルは過酷な高温下でも高い強度を維持する事ができます。一般的に、金属では耐熱温度といった表現はあまりしませんが、インコネルは約700℃の高温下で使用しても十分な強度を確保する事ができます。
エンジン部品、各種プラント設備など、高温下で使用される場合には、熱により強度が変化しないインコネルは非常に重宝される素材となります。
高温下でも十分に強度を確保できるインコネルですが、通常の鉄に比べ、融点が高いのかと言えばそういうわけではありません。鉄の融点は1538℃、インコネルの融点は約1400℃です。融点が高い金属の方が耐熱温度が高いと思ってしまいますが、必ずしもそうではないと言う事ができますね。
インコネルは耐蝕性がある
インコネルは約1000℃まで優れた耐蝕性を発揮します。通常の金属ならすぐに錆びてしまうような環境下であっても、インコネルは腐食しません。水や汚れが溜まっているところ、薬品を使用しているところ、繰り返し高温下に晒されるところであっても簡単に腐食する事はありません。
イメージ的にはステンレスに近いと思います。インコネルはステンレス同様、クロムやニッケルが含まれているので、不動態皮膜を形成する事ができます。この皮膜により、耐食性を高める事ができるのです。
この耐蝕性の高さと耐熱性の高さがインコネルの一番の特徴になります。ただし、耐食性が高いために薬品を使用した表面処理などは難しくなります。表面処理にお困りの方は専門の業者様に相談されると良いと思います。
インコネルは切削加工が困難
優れた耐熱特性を発揮するインコネルですが、加工性は悪いです。インコネルは難削材に分類され、加工の難易度も高く扱いずらい素材となります。インコネルの加工を検討中の方は、加工実績を積んだ加工会社に委託する方が良いかもしれません。
どういった理由で加工性が悪いのか、少し具体的に解説しておきます。
加工硬化
インコネルは加工硬化が生じやすい合金です。加工時に応力を加えるとインコネルの硬度がさらに増します。硬化する事で加工性が著しく低下します。工具の寿命を短くするとともに、加工方法によっては製品の仕上がりも粗悪なものになってしまうかもしれません。
工具寿命を低下させる
インコネルは耐熱性に優れる合金なので、切削抵抗が高いです。コーティング処理された特殊な刃物でも工具が折損してしまう事があります。この原因は、インコネルよりも工具の方が熱に弱く、熱伝導性が悪いために発生します。クーラント等で冷却しながら切削加工を行わなければなりません。
工具への溶着
インコネルはドリルなどの工具素材との親和性が高いです。そのため、加工中に発生した切粉が刃先に溶着する事があります。刃先に溶着が発生する事で刃物の切れ味が悪くなり、仕上がりが悪くなります。
工具の切れ味が悪くなることでさらに加工熱が発生しやすく、工具折損の原因にもなります。こちらも溶着しないよう、クーラントや切削液などを使用して、加工熱を抑える工夫をしなければなりません。
インコネルの強みは耐熱性と耐蝕性の高さです。その強みを活かして様々なところで活躍しています。各種プラント設備、水処理装置、航空機エンジン、原子炉部品などあげればキリがありません。しかし、これらで使用されていると言っても、小難しくてイメージし難いと思います。なので今回は自動車でインコネルの使用例を紹介しようと思います。
エンジン内部の部品
自動車のエンジン内は非常に高温になります。その高温下で繰り返し負荷が掛かり、強度が必要になる部品は沢山あります。一つ例をだすとエンジンバルブです。
エンジンバルブはエンジンが動力を生み出す為に必要な混合気をシリンダーに吸入するための弁とシリンダー内で発生した排気ガスを外に逃がすための排気弁があります。どちらの弁(バルブ)も高温下の中、繰り返し負荷が掛かる部品です。
自動車のエンジンを掛けると停車中でもエンジン回転数は約1000rpm程度を指していると思います。その際、一つのシリンダーについている各エンジンバルブは一分回に500回開け閉めを繰り返しています。一分間に500回と聞くとどれだけ過酷な環境で使用されているのかがわかると思います。
高温の中、高速で繰り返される負荷に耐える強度を確保しなければならない部品、という事でインコネルが使われています。このエンジンバルブが破損すれば、当然エンジンは動かなくなります。それだけ重要な部品にインコネルが使用されています。
前編はココまでです♪
次回は用途について詳しくご紹介致します。
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