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図1◎プレス鍛造したTMW合金製のタービンディスク素材。
図1◎プレス鍛造したTMW合金製のタービンディスク素材。
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図2◎素材の組織。
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 三菱マテリアルと物質・材料研究機構(NIMS)は,「鍛造可能なものとしては世界最高」(三菱マテリアル)の耐熱特性を持つ鍛造合金素材の製造技術を開発。同合金から航空機エンジン用タービンディスクの素材を製作することに成功した。

 今回の研究開発は,新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)の委託を受け2007年に始まったものだ。NIMSの超耐熱材料センターで開発したニッケル-コバルト基耐熱合金(TMW合金)の実用化を目的として,三菱マテリアルの桶川製作所(埼玉県桶川市)においてインゴットから溶解,鍛造,熱処理工程までの製造技術を開発していた。

 一般に,航空機エンジンのタービンディスクやコンプレッサ・ブレードといった高温高強度部材には,耐熱性に優れたニッケル基鍛造超合金を使用する。しかし,さまざまな合金元素を添加して材料の耐用温度を高める必要があるので,成分にバラツキが発生したり製造工程で割れが生じたりしやすい,という課題があった。

 そこで三菱マテリアルとNIMSは,インゴットの溶解条件を最適化して,結晶粒径が10μmの均質な微細組織を持つタービンディスク素材を製作した(図1,2)。この素材の大きさは直径440mmで,実用化が可能という。この素材の高温特性をクリープ試験で評価した結果,現在使われている高強度鍛造超耐熱合金(アロイ720Li)より50℃以上高い耐用温度を持つことが確認できた。

 タービンディスクは,航空機エンジンの中でも特に高温・高圧の環境下で回転する大型部品だ。これまでは,国内外の航空機用エンジンのすべてに欧米で開発された合金製ディスクを使用していた。一方,航空機運航時の燃費を抑えるために,従来よりも高温で稼働できる航空機エンジンが求められており,材料の耐用温度を高める必要が高まっている。今回,耐熱合金素材の製造技術を開発し,さらに実用化可能な大きさのTMW合金タービンディスク素材を製作したことで,今後は国産タービンディスクを採用した航空機エンジンの実現が期待できるという。さらに両者では,産業用ガスタービン市場への参入も見込んでいる。