積層造形（3Dプリンティング）用ハステロイXパウダー
ハステロイX粉末は、卓越した高温強度と優れた耐酸化性・耐食性を有するニッケル基超合金粉末です。
| 金属粉末 | サイズ | 数量 | 価格/kg |
| ハステロイX | 15-45um | 1KG | 107 |
| 10KG | 79 | ||
| 100KG | 70 |
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目次
ハステロイXパウダーの概要
ハステロイX粉末は、卓越した高温強度と卓越した耐酸化性・耐食性を有するニッケル基超合金粉末です。1150℃まで機械的特性を維持するため、航空宇宙エンジン、産業用ガスタービン、化学処理、溶湯処理などの重要部品に適しています。
ハステロイX粉末は、レーザー粉末床溶融法（LPBF）や電子ビーム粉末床溶融法（EBM）などの粉末床溶融積層造形プロセスによって、この高性能合金から部品を製造するために使用することができます。これにより、従来の鋳造や機械加工の制約を受けることなく、複雑な形状をCADデータから直接プリントすることができます。
従来のニッケル超合金に比べ、ハステロイXはコバルトやモリブデンなどの他の元素を戦略的に添加することにより、優れたクリープ破断強度を有しています。酸化性、還元性、中性雰囲気から極端な高温まで耐性を持ち、部品の寿命を延ばします。
アディティブ・マニュファクチャリングにより、設計者は、従来は不可能であったコンフォーマル冷却チャンネルや一体型アセンブリを備えた、より軽量なハステロイX部品を製造することができます。このガイドでは、ハステロイX粉末の組成、特性データ、用途、プリンタパラメータ、およびこの合金の利点を活用するサプライヤについて説明します。
ハステロイX粉末の組成
ハステロイXはNi-Cr-Fe-Co-Mo合金で、特定の特性を向上させるために他の元素が微量添加されている。公称組成は重量パーセントで
| エレメント | ニー | Cr | フェ | Co | モ | W | ムン | Si |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 重量 % | バル | 21.5 | 18.5 | 12.5 | 9.0 | 0.6 | 0.5 | 0.5 |
- ニッケルは、FCC結晶マトリックスを提供する主要なベース元素である。熱膨張係数を下げる。
- クロムは、表面に形成される酸化クロム保護層を通じて、耐酸化性と耐食性を助ける。
- 鉄、コバルト、モリブデンは固溶体メカニズムで材料を強化する。コバルトは延性も維持する。
- タングステンは、炭化物の形成を通じて高温強度をさらに向上させる。
- マンガンやケイ素のような微量元素は、鋳造性と熱間加工性を高める。
この標準組成を超える変更は、より高い強度や加工性のような特定の要求のために合金を調整したり、特定の元素を最小限に抑えることを目的としている。
ハステロイX粉末の特性
ハステロイXは、高温強度、耐食性、加工性、溶接性などの優れた特性を兼ね備えています。主な特性は以下の通りです：
| プロパティ | 価値 |
|---|---|
| 密度 | 8.22 g/cm3 |
| 融点 | 1350°C |
| 引張強度 | 760 MPa（20°C）<br>140 MPa (1090℃の場合) |
| エロンゲーション % | 50%（20℃にて） |
| 熱伝導率 | 11.3 W/m-K |
| 熱膨張係数 | 13.0 μm/m-°C |
| 弾性係数 | 196-214 GPa |
| ポアソン比 | 0.29-0.32 |
- 室温強度55%を900℃まで保持。980℃で1000時間以上のクリープ破断強度は100MPaを超える。
- 極端な温度までの高速ガス中での高温腐食や酸化に耐える。保護的なCr2O3酸化物層が形成されます。
- 加工性は45-55%の冷間加工性と高温熱間加工性により良好である。被削性は303ステンレスの35%です。
- 優れた溶接性を発揮。低炭素のため、溶接中の炭化物の析出が少ない。
印刷ハステロイXの特性
AMハステロイX部品の機械的特性は、造形方向、加工パラメー タ、熱処理に依存する。アニール状態では等方的な特性が得られます。データ例
| プロパティ | 印刷されたEBMF | 印刷されたLPBF |
|---|---|---|
| 引張強度 | 330 - 470 MPa | 500 - 660 MPa |
| 降伏強度 (0.2%) | 230 MPa | 320 MPa |
| 破断伸度 | 37% | 35% |
ハステロイXの用途
ハステロイXは、多くの分野で使用されている：
航空宇宙 燃焼室、スプレーバー、チューブ、ケース、ファスナー、航空機エンジンや陸上発電用タービンのハウジングなど。
化学処理： 改質管、分解コイル、熱交換器、耐食性を求める高温の炭化水素処理や混合工業雰囲気にさらされるバルブ部品。
溶融金属加工： るつぼ、熱電対シース、ファスナー、ポンプ／バルブ部品が、鋳造、コーティング、製錬作業中に溶融ガラス、アルミニウム、亜鉛、鉛、銅、鋼、超合金に接触する。
汚染防止： ダクト、煙突、スクラバー、ファン、ダンパーは、酸化と腐食を引き起こすゴミ焼却場や石炭火力発電所の高温の酸性排ガスを取り扱う。
金属加工： 耐熱性と耐摩耗性が重要な熱機械加工において、超合金、チタン、耐火性金属を高温で保持する熱間成形ダイス、押出コンテナー、工具。
積層造形によるハステロイX部品
ハステロイXで部品を付加製造する利点には、次のようなものがある：
- 機能性を向上させる複雑な冷却チャネルとバイオニック形状の製造
- 部品点数を減らすためのアセンブリの統合
- 合金をカスタマイズして特性をさらに高める
- デザイン・イテレーションとオンデマンド・パーツの高速化
- リードタイムと在庫の削減
- 格子を用いた複雑なサンドイッチ構造の構築
- トポロジー最適化によるコンポーネントの軽量化
ハステロイX粉末印刷のプロセスパラメータ
LPBFとEBMは、それぞれレーザービームまたは電子ビームを使用して、厚さ20～100ミクロンの金属粉末の薄い層を広げ、3D CADデータに基づいて選択的に領域を溶融する。ハステロイXの主なパラメータは以下の通り：
LPBFの設定
| パラメータ | レンジ |
|---|---|
| レーザー出力 (W) | 195 - 380 W |
| スキャン速度（mm/s） | 600～1550 mm/s |
| ビーム径 (μm) | 50-200 μm |
| 層厚（μm） | 20-50 μm |
| ハッチ間隔（μm） | 80-140 μm |
| シールドガス | アルゴン |
EBMの設定
| パラメータ | レンジ |
|---|---|
| ビームパワー (W) | 2.0-3.5 kW |
| ビーム速度（m/s） | 1000-3000 m/s |
| ビーム径 (μm) | 200 |
| 層厚（μm） | 50-200 μm |
| ラインオフセット（μm） | 100 |
| 予熱温度 (°C) | 1000°C |
99%以上の部品密度は、応力除去および熱間静水圧プレス後の両プロセスで達成される。最小フィーチャーサイズは100～200ミクロンです。
AM用ハステロイX粉末のサプライヤー
| 会社概要 | 製品指定 | 粒子径 |
|---|---|---|
| メット3DP | ハステロイXパウダー | 15-45 μm |
| カーペンター添加剤 | ハステロイX マイクロメルト球状粉末 | 10-45 μm |
| エーピーアンドシー | ハステロイX45 AMパウダー | D10 45 μm |
| アメリカが作る | ハステロイXガスアトマイズ粉末 | D50 17 μm |
| 金属粉 | カスタムハステロイX合金 | 10-53 μm |
| アトランティック・エクイップメント | ハステロイX 3Dプリンティングパウダー | 22-71 μm |
ハステロイXパウダーのコスト
高性能用途のニッチ超合金粉末として、ハステロイX粉末の価格は高い：
- 金属粉の材料費は1kgあたり$500-$1000です。
- カスタムオーダーのリードタイムは2週間から16週間です。
Met3DP ハステロイX 粉末価格表：
| 金属粉末 | サイズ | 数量 | 価格/kg |
| ハステロイX | 15-45um | 1KG | 107 |
| 10KG | 79 | ||
| 100KG | 70 |
機械試験規格
ハステロイX材料および粉末の引張、疲労、破壊靭性、クリープ破断特性を評価するために使用される主な試験方法には、以下のものがあります：
| スタンダード | タイトル | 組織 |
|---|---|---|
| ASTM E8 | 金属材料の引張試験 | ASTM |
| ASTM E23 | ノッチ付きバーの衝撃試験 | ASTM |
| ISO 6892 | 金属材料の引張試験 | 国際標準化機構 |
| AMS 2633A | ハステロイX部品の熱処理 | SAE |
付加製造されたハステロイX部品の後処理
印刷後、ハステロイXの部品は使用前に以下の後処理を行う必要があります：
サポートの取り外し
- 犠牲サポートは、ワイヤーEDM切断または化学溶解（アクセス可能な場合）を使用して取り外される。
応力緩和
- 層状に積み重なった残留応力を除去するには、真空または不活性ガス下で760～980℃に1～2時間かけて穏やかに加熱する。
熱間静水圧プレス
- プリント全体を1120℃の温度と100～200MPaの圧力で3～6時間HIP処理し、内部のボイドとマイクロポーラスを閉じる。
熱処理
- 1150～1210℃の溶体化焼鈍により、平衡組織と所望の硬度が確保される。
表面加工
- さらに、必要な表面粗さと仕上げを得るために、研削、フライス加工、研磨、ショットピーニングなどの表面処理を行う。
品質テスト
- 適用される規格に従って、部品が寸法、材料の完全性、微細構造、機械的特性などの仕様を満たしていることをテストする。レイヤーワイズスキャニングの実施
バイヤーズガイド - ハステロイXパウダーベッド3Dプリンタ
ハステロイX粉末のような反応性合金を使用する際の重要な印刷機の考慮事項は以下の通りである：
精密 - 寸法精度と繰り返し精度を維持するための厳格な工程管理
不活性雰囲気 - 材料汚染を防ぐ超高純度シールドガス
オートメーション - 酸素暴露を最小限に抑える粉体処理システム
品質保証 - インラインモニタリング、メルトプールと微細構造の閉ループフィードバック
スマート・ソフトウェア - 熱履歴と形状に適応した特殊なスキャン戦略
生産性 - 高出力レーザーと大容量ビルドボリュームによる高速ビルドレート
主要モデルは以下の通り：
- 3Dシステムズ DMPファクトリー500
- GEアディティブコンセプトレーザーXline 2000R
- EOS M 400-4 4レーザーシステム
- SLMソリューション 次世代シリーズ
- レニショー RenAM 500 クアッドレーザーマシン
ハステロイXとメタルAMの将来展望
ハステロイX部品の用途は、積層造形技術によって新たな可能性が生まれ、経済性も向上するため、既存の分野でも拡大することが予想されます：
- より一般的な用途としては、ロケットの燃焼室、商用ジェットエンジンの部品、工業用ガスタービンのホットセクション、発電ハードウェアを直接3Dプリントすることで、幾何学的、冷却的、重量的な利点を高めることができる。
- 熱交換器の内部や、溶接されたシートメタルアセンブリーではなく一体として印刷されたコンフォーマルチャンネルを備えたプロセスタンクなど、追加の化学装置。
- 真空や高純度の腐食性雰囲気の影響を受けやすい航空宇宙や半導体製造装置用のモジュール・アセンブリや従来のろう付けジョイントを統合。
- 液体推進システムやタービンの特定の熱環境に合わせてカスタマイズされた、ユニット化された燃料噴射装置アセンブリと噴出冷却プレート。
- 生体適合性を利用したブリッジやクラウンなど、患者に合わせたインプラントの採用が増加している。
金属AMの将来は、製造速度とターンアラウンド・タイムの高速化とともに、より手頃な価格であるため、非常に明るい。この技術の製造用途は拡大し続けている。
よくあるご質問
Q: ハステロイXの合金特性で最も有名なものは何ですか？
A: ハステロイXは、1150℃までの極端な温度でも高い強度を維持し、耐食性にも優れているため、過酷な環境下でも高温の酸化性雰囲気や還元性雰囲気に耐えることができます。
Q: ハステロイXとその関連超合金はどのような産業で最も使用されていますか？
A: ハステロイXの主な用途は、耐熱性（50%以上）を生かした航空宇宙です。次に耐食性を利用した化学処理、そして金属加工と公害防止用途です。
Q: ハステロイXが他のNi基超合金より極限環境用として優れている理由は何ですか？
A: 鉄、コバルト、モリブデンを戦略的に添加することで、ハステロイXは1150℃までニッケル合金の中で最高の強度を発揮します。他のNi超合金は、この最高温度には及ばないか、破断強度の持続時間では結局負けてしまいます。
Q: AM粉末床プロセスに適したハステロイX粉末の一般的な1kgあたりのコストは？
A: ハステロイXは要求の厳しい用途に合わせた特殊粉末なので、通常1kgあたり$500から$1000の価格設定になっています。これは例えばステンレス鋼の5～10倍の価格です。数量が少ない場合は、さらに上乗せされます。
Q: ハステロイXには、DMLSとEBMのどちらの3Dプリントプロセスが適していますか？
A: LPBFもEBMも、高密度のハステロイX部品を印刷することができます。レーザーベースのプロセスは、表面仕上げと寸法精度を～50ミクロンまで向上させることができます。しかし、EBMの方が造形速度が速いため、大量生産用途にはEBMの方が適しています。
Q:ハステロイXの部品には、AM加工後にどのような熱処理が施されますか？
A: 典型的な熱処理サイクルでは、最初に1080℃の応力除去を行った後、1150℃から1210℃の間で1～2時間の浸漬を行います。これにより、マトリックス中の元素が均質化され、望ましい相バランスと特性が得られます。
Q:ハステロイXは、標準的な304や316ステンレス鋼種より加工は難しいですか、それとも簡単ですか？
A: ハステロイXは、一般的な300系ステンレス鋼に比べ、強度と加工硬化特性が高いため、被削性は50%近く低くなります。より厳密なセットアップと適切な工具が必要です。
Q: ハステロイX超合金の溶接は、従来の溶融溶接法で可能ですか？
A: はい、ハステロイXは低炭素であり、脆い金属間 相を形成する粒界沿いの強化析出物がないため、ガ ス・タングステン・アーク溶接(GTAW)、プラズマ溶 接、レーザー溶接で優れた溶接性を示します。適合するフィラー合金を使用する。
Q: 今後、ハステロイXのような合金を使った金属AMの採用が進む産業は？
A: 航空宇宙、医療、自動車、エネルギー産業では、耐熱性、耐腐食性、高強度などの特性をバランスよく備えた合金で作られた印刷金属部品が最も価値の高い用途に使われています。
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