鋳鉄鋳物 は、2 ～ 4% の炭素と 1 ～ 3% のシリコンを含む溶融鉄合金を、通常は砂で作られた型キャビティに流し込み、ほぼ最終的な部品形状に固化させる製造プロセスです。 世界中で最も一般的に使用されている方法は砂型鋳造です。砂型鋳造は、工具コストが低く、少量生産と大量生産の両方に対応できる柔軟性があるため、世界中で生産される鋳鉄部品の大部分を占めています。このプロセスは、複雑な形状、優れた機械加工性、高い圧縮強度、優れた振動減衰を備えたコンポーネントの製造に適しています。この特性により、鋳鉄はエンジン ブロック、パイプ継手、機械ベース、およびポンプ ハウジングに最適な材料となります。
つまり、鋳鉄鋳物は、低コストで成形が容易な材料と多用途の成形プロセスを組み合わせたもので、耐久性のある金属部品を大規模に製造するための最も経済的な手段の 1 つとなっています。
砂型鋳造は、比較的低コストで単純な部品形状と非常に複雑な部品形状の両方に対応できるため、鋳鉄製造では依然として主要な技術です。このプロセスは、一貫した一連の段階に従います。
パターン（通常は木材、金属、または樹脂で作られます）は、最終部品の正確な形状で作成されますが、冷却時の収縮を考慮してわずかに大きめに作られます。 ねずみ鉄は通常、凝固中に 1.0 ～ 1.2% 収縮します。 、この許容値をパターン寸法に組み込む必要があります。
バインダー（通常はベントナイト粘土または樹脂）と混合した砂をパターンの周りに詰めて、型のキャビティを形成します。パイプ継手やエンジン ブロックなど、内部に空洞がある部品の場合は、別の砂中子が作成され、型を閉じる前に金型内に配置されます。
鉄はキューポラ炉または誘導炉で次の温度で溶解されます。 1,350℃と1,450℃ 次に、流量を制御して乱流を最小限に抑えるように設計されたゲート システムを介して金型に注入され、ガスの閉じ込めや異物の削減に役立ちます。
鋳物は鋳型内で固まって冷却されます。冷却時間は肉厚によって異なり、薄い部分の場合は 1 時間未満から重い鋳物の場合は数時間までの範囲です。冷却後、砂型はシェイクアウトと呼ばれるプロセスで取り除かれます。
ゲート、ライザー、バリを取り除き、ショットブラストで表面を洗浄します。その後、最終的な公差を満たすために、重要な寸法と合わせ面に機械加工が適用されます。
機械的特性は鋳鉄の種類によって大きく異なるため、適切な材種を選択することは鋳造プロジェクトにおいて最も重要な決定事項の 1 つです。
最も広く使用されているグレードで、鱗片状黒鉛構造が特徴です。 ねずみ鋳鉄は 150 ～ 400 MPa の引張強さを提供します。 クラスに応じて優れた切削性と振動減衰性を備え、機械のベースやハウジングに最適です。
フレークではなく球状黒鉛塊を含むため、引張強度と伸びが大幅に向上します。 ダクタイル鋳鉄グレード 65-45-12 は、12% の伸びで最小引張強度 65,000 psi (450MPa) を実現します。 圧力パイプ、クランクシャフト、ギアに適しています。
グラファイトの生成を抑制する急速冷却によって生成され、硬くて脆い炭化物構造が得られます。非常に高い硬度 (通常 450 ～ 650 HB) があるため、機械加工は困難ですが、研削ボールやスラリー ポンプ ライナーなどの耐摩耗性の用途に適しています。
| グレード | 引張強さ | 代表的な用途 |
|---|---|---|
| ねずみ鋳鉄 30 級 | 210MPa | 機械ベース、ブラケット |
| ダクタイル鋳鉄 65-45-12 | 450 MPa | パイプ継手、クランクシャフト |
| ホワイトアイアン | 200～400MPa | ウェアライナー、研削メディア |
鋳鉄鋳物の安定した品質は、溶解プロセスと完成品の両方を制御することにかかっています。評判の良いファウンドリは、次のチェックを組み合わせて適用します。
分光計は、注ぐ前に炭素、シリコン、マンガン、微量元素の含有量を確認するために使用されます。 炭素当量のわずか 0.2% の偏差により、仕様を満たさないほど機械的特性が変化する可能性があります。 そのため、品質を重視する鋳造工場ではリアルタイムの溶融解析が標準的な手法となっています。
一般的な方法には次のようなものがあります。
製造部品と一緒に鋳造されたサンプル クーポンは、引張強度、硬度 (通常はブリネル試験による)、重要なコンポーネントの衝撃靱性がテストされ、各バッチが指定されたグレードの要件を満たしていることが確認されます。
座標測定機 (CMM) または 3D スキャンにより、重要な寸法が公差内 (通常は許容範囲内) に収まっているかどうかを検証します。 ±0.5mm～±1.5mm ISO 8062 などの規格に従って、部品のサイズと鋳造方法に応じて異なります。
典型的な欠陥を理解することは、バイヤーとエンジニアが品質問題を早期に特定し、ファウンドリと協力して根本原因を修正するのに役立ちます。
鋳鉄鋳造の鋳造工場を評価する場合、購入者は価格だけではなく、プロセス能力と認証を評価する必要があります。
文書化されたプロセス管理を行っている鋳造工場では、通常、スクラップ率が 5% 未満であると報告されています。 、厳格な品質システムのない施設では 10 ～ 15% 以上であるのに対し、この差はコストと納品の信頼性の両方に直接影響します。
鋳鉄鋳造、特に砂型鋳造は、業界全体で耐久性のある金属部品を製造するための最もコスト効率が高く、汎用性の高い方法の 1 つです。成功は、用途に適したグレードを選択し、制御された砂型鋳造プロセスに従い、溶融化学から最終寸法検査までのあらゆる段階で厳格な品質管理を適用するかどうかにかかっています。これらの基本を理解している購入者は、部品を正確に指定し、一貫した欠陥のない鋳物を提供できる鋳造パートナーを選択する能力が高まります。
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