鋳鉄鋳物 は、溶けた鋳鉄を型に流し込んで固化させ、特定の形状と寸法の部品を製造する金属成形プロセスです。鋳鉄、通常は以下の炭素含有量を持つ鉄と炭素の合金です。 2.0%と4.0% 、溶融状態での優れた流動性、複雑な形状の鋳造の容易さ、高い耐摩耗性、および中規模から大規模生産の費用対効果の高さにより、広く使用されています。炭素含有量が高いため融点が下がり、約100℃程度の温度での鋳造が可能になります。 1,150～1,200℃ 、機械的特性に影響を与えるグラファイト構造の形成に寄与します。
鋳鉄は単一の素材ではなく、 合金のファミリー 、それぞれに独自の特徴があります。
鋳鉄合金の多用途性により、鋳造は自動車、建設、機械、エネルギー分野に適したソリューションとなります。
鋳鉄鋳造の第一歩は、 パターンデザイン 。パターンは最終コンポーネントのレプリカであり、冷却時の収縮を考慮して若干大きめに作られています。パターンの材料としては、 木、金属、またはプラスチック 、鋳造量と精度の要件に応じて異なります。複雑なコンポーネントでは、中空セクションを形成するためにコアインサートが必要になる場合があります。
パターンの準備ができたら、 金型 型の周りに砂やレジンボンド砂などの成形材料を詰めて作ります。で 砂型鋳造 、金型キャビティは最終部品の望ましい形状を複製します。注意が必要です 抜き勾配角度 、フィレット、および表面仕上げにより、金型の取り外しが容易になり、鋳造品質が向上します。 ゲートシステム また、この段階では、溶融鉄の流れを制御して乱流を最小限に抑え、均一な充填を確保し、ガスの閉じ込めやコールドシャットなどの欠陥を軽減するように設計されています。
寸法精度、表面品質、機械的特性を達成するには、適切な金型の準備が重要です。さらに、現代の鋳造工場では、コンピューター支援設計 (CAD) およびシミュレーション ツールをよく使用して、金型の形状、ゲート、ライザーの配置を最適化し、歩留まりを向上させ、スクラップを最小限に抑えます。
型が準備できたら、次のステップは次のとおりです。 鋳鉄を溶かす 。鋳鉄を溶かすことができます キューポラ炉、電気誘導炉、または電気アーク炉 。炉の選択は、生産量、エネルギー効率、合金制御要件によって異なります。一般的な融解温度の範囲は次のとおりです。 1,150℃～1,200℃ 、複雑な金型充填に適した流動性を確保します。
溶解中、正確な制御 化学組成 は不可欠です。などの要素を合金化する シリコン、マンガン、ニッケル、クロム 機械的特性、凝固挙動、グラファイト形成を調整するために添加されます。溶融物はしばしば次のような影響を受けます。 脱ガス・脱硫 介在物を減らし、最終鋳造品の気孔を防ぐための処理。最新の鋳造工場では、リアルタイム監視システムにより、溶融物が望ましい温度と組成を確実に維持し、大量生産のための一貫した品質が保証されます。
溶解後、溶けた鋳鉄を慎重に鋳型に流し込みます。 ゲートシステム 。避けるためには適切に注ぐことが重要です 乱流、空気の巻き込み、不均一な充填 ひけ巣、コールドシャット、ブローホールなどの欠陥を引き起こす可能性があります。溶融金属はスプルーからランナーおよびゲートに流れ、キャビティを徐々に満たして熱を均一に放散させます。
の 注入速度 安定した流体フロントを維持するために温度と温度が制御されます。現代の鋳造工場では、多くの場合、安全性と再現性を向上させるために、正確な流量制御を備えた自動注湯システムが使用されています。溶融鋳鉄は高温になる可能性があるため、注湯は通常、保護具と安全手順を講じて実行されます。 1,200℃ .
型に充填されると、鋳鉄が鋳造され始めます。 固まる 。冷却速度は、 微細構造と機械的特性 キャストの。一般に、冷却が遅いとねずみ鋳鉄における粗い黒鉛フレークの形成が促進され、振動減衰が向上します。一方、冷却が速いと微細な黒鉛または白鉄構造が生成され、硬度と耐摩耗性が向上します。
ライザー または、金属が凝固するときの収縮を補うためにフィーダーが使用されます。複雑な鋳造品では、冷却パターンを予測し、ホットスポットを特定し、気孔や構造欠陥を防ぐためにライザーの配置を最適化するために、シミュレーション ソフトウェアがよく使用されます。均一な冷却により、コンポーネント全体で一貫した機械的特性が確保され、亀裂の原因となる内部応力が軽減されます。
固まった後、型を壊すという工程が行われます。 シェイクアウト 、キャストが分離されます。砂、中子、その他の型材を除去します。ランナー、ゲート、ライザーから余分な金属が切り取られ、鋳物は次のような方法で洗浄されます。 ショットブラスト、研削、または化学洗浄 .
最後に、鋳造品には多くの場合、 機械加工、熱処理、または表面仕上げ 正確な寸法、公差、表面品質を実現します。このステップは、エンジン ブロック、機械部品、ポンプ ハウジングなど、高い寸法精度が必要な機能部品にとって非常に重要です。
の following table summarizes different cast iron types and their properties:
| 鋳鉄タイプ | グラファイトフォーム | 主要なプロパティ | 代表的な用途 |
|---|---|---|---|
| ねずみ鋳鉄 | フレーク | 優れた減衰性、機械加工可能、適度な強度 | エンジンブロック、機械ベース、パイプ |
| ダクタイル鋳鉄 | 球状 | 高い引張強度、延性、耐衝撃性 | 圧力管、自動車部品 |
| 白鋳鉄 | 超硬・硬質 | 非常に硬く、耐摩耗性があり、脆い | ライナー、研削ボール、耐摩耗性表面 |
| 可鍛鋳鉄 | 熱処理済み | 延性と靭性の向上 | フィッティング、ハードウェア、ブラケット |
Q1: 一部のコンポーネントでは鋼よりも鋳鉄が好まれるのはなぜですか?
A1: 鋳鉄は、優れた振動減衰性、耐摩耗性を備え、大型または複雑な部品のコストを低減できるため、これらの特性が優先される場合に最適です。
Q2: 鋳鉄鋳物でよくある欠陥は何ですか?
A2: 欠陥には、引け巣、気孔、低温シャット、亀裂が含まれます。適切なゲート、ライザー設計、冷却制御により、これらの問題を最小限に抑えることができます。
Q3: 鋳鉄は薄肉部品に使用できますか?
A3: はい。ただし、鋳鉄は鋼よりも脆いため、冷却速度と金型の設計を慎重に制御する必要があります。
Q4: 鋳鉄鋳造に大きく依存している産業は何ですか?
A4: 自動車、重機、建設機械、ポンプおよびバルブの製造、エネルギー産業。
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