正しい選択 ダクタイル鋳鉄鋳物 グレードは 1 つの主要なトレードオフに帰着します。 延性と強度 。部品が衝撃を吸収したり、負荷がかかっても曲がったり、機械加工を容易にする必要がある場合は、次のような低強度、高伸びのグレードを選択してください。 60-40-18 。部品が重い静荷重に耐え、衝撃荷重をあまり気にせずに摩耗する必要がある場合は、次のような高強度グレードを選択してください。 100-70-03 または 120-90-02 。ほとんどの一般的なエンジニアリング用途 (従来は軟鋼を使用していた種類) 65-45-12 がデフォルトの開始点です。
ASTM A536 に基づくグレードの選択は、引張強さ (ksi)、降伏強さ (ksi)、伸び率という 3 つの数字の命名システムによって決まります。特定のアプリケーションにとってこれらの各数値が何を意味するかを理解することが、オーバーエンジニアリング (不必要な強度にお金を払う) とアンダーエンジニアリング (使用に失敗するグレードの指定) の両方を回避する鍵となります。
ASTM A536 はダクタイル鋳鉄鋳物の米国標準仕様であり、最小引張強さ (数千 psi 単位)、最小降伏強さ (数千 psi 単位)、および最小伸び率の 3 つの部分番号を使用して各グレードを定義しています。たとえば、グレード 65-45-12 は、引張強さ 65 ksi (448 MPa)、降伏強さ 45 ksi (310 MPa)、および伸び 12% を意味します。
ダクタイル鋳鉄の挙動が通常のねずみ鋳鉄と大きく異なるのは、その微細構造です。 ASTM A536 に基づくダクタイル鋳鉄の特徴は、溶融中にマグネシウムまたはセリウムを添加することによって得られる球状黒鉛の微細構造です。ねずみ鋳鉄に見られる鋭い片状黒鉛ではなく、この丸い球状黒鉛の形状により、応力集中と亀裂の発生が最小限に抑えられ、これがダクタイル鋳鉄の名前の由来である延性と耐衝撃性をもたらします。
ASTM A536 は標準グレードのファミリーを定義しており、それぞれの強度と延性のバランスが異なります。
| グレード | 引張強さ(分) | 降伏強さ (分) | 伸び(分) |
|---|---|---|---|
| 60-40-18 | 60,000 psi (414 MPa) | 40,000 psi (276 MPa) | 18% |
| 65-45-12 | 65,000 psi (448 MPa) | 45,000 psi (310 MPa) | 12% |
| 80-55-06 | 80,000 psi (552 MPa) | 55,000 psi (379 MPa) | 6.0% |
| 100-70-03 | 100,000 psi (689 MPa) | 70,000 psi (483 MPa) | 3.0% |
| 120-90-02 | 120,000 psi (827 MPa) | 90,000 psi (621 MPa) | 2.0% |
特殊用途向けの 2 番目のグレード グループ (60-42-10、70-50-05、および 80-60-03) もあり、標準グレードがカバーするものよりもより具体的な要件を持つプロジェクト向けに、わずかに異なる強度と延性のバランスを提供します。
グレード 60-40-18 は、完全フェライト母材により最大の延性、優れた機械加工性、低温靱性を備え、高い伸びと衝撃靱性をもたらします。このグレードは通常、その特性を達成するために完全なフェライト化焼鈍を必要とします。衝撃荷重を受ける部品、低温での使用、または生の強度よりも機械加工性が優先される場合には、これは当然の選択です。
ASTM A536 グレード 65-45-12 はダクタイル鋳鉄ファミリーの主力製品であり、その引張強度と降伏強度が軟鋼のそれに非常に近いため、軟鋼の製造物をダクタイル鋳鉄鋳物に変換するときにほとんどの設計者が選択する合金です。このグレードは通常、追加の熱処理を行わずに鋳造のまま使用できるため、生産コストの制御に役立ちます。
用途が適度な延性と耐衝撃性、さらに高い強度を必要とする場合、グレード 80-55-06 が有力な候補となります。 65-45-12 と同様に、通常は鋳放しで供給でき、延性のある低級グレードと硬くて寛容性に劣る高強度グレードの間の有用な中間点を提供します。
100-70-03 のような高強度グレードは、主にパーライト質マトリックスに依存して強度と耐摩耗性を提供しますが、伸びは低下します。グレード 120-90-02 は非常に高い強度と耐摩耗性を備えていますが、特殊なクロムホワイトアイアンほど耐摩耗性はありません。これらの最上位グレードは通常、指定された特性に達するために焼き入れと焼き戻し、焼きならしと焼き戻し、または等温熱処理を必要とし、延性が二次的な問題となる高負荷の部品に最適です。
熱処理の要件はグレードファミリーによって大きく異なり、生産のリードタイムとコストに直接影響します。
| グレード | 必要な熱処理 |
|---|---|
| 60-40-18 | 完全フェライト化焼鈍 |
| 65-45-12 | 鋳造のまま（処理は必要ありません） |
| 80-55-06 | 鋳造のまま（処理は必要ありません） |
| 100-70-03 | 焼入焼戻し、焼ならし焼戻し、または等温処理 |
| 120-90-02 | 焼入焼戻し、焼ならし焼戻し、または等温処理 |
100-70-03 などの熱処理グレードよりも 65-45-12 や 80-55-06 などの鋳放しグレードを選択すると、コストとリードタイムの両方を大幅に削減できます。用途が高強度グレードの性能を厳密に必要としない場合は、考慮する価値があります。
ダクタイル鋳鉄の衝撃特性は微細構造に依存し、標準 ASTM A536 グレードではデフォルトで衝撃要件が指定されていません。衝撃試験は、エンジニアリング設計で必要な場合、別の ISO 1083 規格に従います。低温または高衝撃の用途では、より高い伸びを備えた完全フェライトグレードを特に要求する価値があります。これは、微細構造中のパーライト含有量が低い（通常 15% 未満）ため、材料が -20°C で 12 ジュールなどの厳しい衝撃基準を満たすことができるためです。
アプリケーションに寒冷地、衝撃荷重、または安全性が重要な耐衝撃性が含まれる場合は、標準グレードの指定で自動的にカバーされると想定するのではなく、この要件を鋳造工場に明示的に通知してください。
グレードを最終決定する前に、そもそもダクタイル鋳鉄が適切な材料ファミリーであることを確認する価値があります。ダクタイル鋳鉄は、強度、延性、コスト、鋳造性のバランスが優れており、構造部品や動的部品に適しています。比較すると、ねずみ鋳鉄は安価ですが脆く、動的用途や衝撃荷重がかかる用途には適していません。一方、炭素鋼は強度と溶接性が高くなりますが、鋳造が難しく、機械加工がより高価になります。
また、ダクタイル鋳鉄は、そのグラファイト微細構造のおかげで優れた振動および音響減衰特性を示し、動的用途ではしばしば鋼よりも優れた性能を発揮します。これは、生の強度と同じくらい振動制御が重要であるギアボックス、フライホイール、機械ハウジングなどのコンポーネントにとって重要な考慮事項です。
ASTM A536 ダクタイル鋳鉄スパン機械、バルブ、トラック、鉄道部品、ギアボックスとフライホイールの典型的な用途は、このグレード ファミリが業界全体でいかに広範囲に拡大しているかを反映しています。最初からグレードを正しく選択することは、耐用年数全体にわたって確実に機能するコンポーネントと、負荷がかかると早期に故障するか、製造に必要以上のコストがかかるコンポーネントとの違いを意味します。
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