鋳鉄


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鋳鉄とは?

Cを2%以上含有する鉄合金を鋳鉄という。γ鉄(オーステナイト)中へのCの最大溶解度が2%程度なのでここにラインが引かれている。
通常はSi等も同時に添加される。鋳鉄中の炭素量が多いため、通常、凝固した組織中には黒鉛が見られる。
鋳鉄はそのままでは弱い。黒鉛自体が弱い上に、黒鉛と鉄との結合も弱いため、相界面で剥がれるように壊れてしまうためだ。
このため、合金元素の添加や熱処理などによって晶出するCの状態と、基地となる鉄組織を制御する必要がある。

なぜ鋳鉄?

鋼のほうが機械的性質が良いのに、なぜ鋳鉄を用いるのか。鋼と比べると、一般に以下のことが言える。
  • 融点が低く、溶かしやすい。
  • 溶融時の流動性がよい。
  • 凝固時に体積膨張する。
要するに、より少ない熱で溶かせて、型にいれたとき隅々まで回りやすく、引け巣(製品内部なら空洞、表面なら凹みのこと)が起こりにくいということになる。 都合が良すぎじゃないですか?
耐摩耗性、耐熱性が良いことなどから自動車のエンジン部品として利用されたりする。

鋳鉄組織の制御

組織の制御とは具体的に何をすればいいのだろうか。
普通の鋳鉄である片状黒鉛鋳鉄(ねずみ鋳鉄)では黒鉛が花弁状に立体的に広がっているため脆い。
つまり、まずは 黒鉛の連続性を断つ 必要がある。
代表的な例として、球状黒鉛鋳鉄(ダクタイル鋳鉄)がある。
これは、Mg(MgやCeを含む合金が主流になってきているという)を添加することで黒鉛を球状化する、というものである。
球状化の原理に関しては諸説あるが、OやSを除去することにより鉄―黒鉛間の界面エネルギーが増加し、それを最小にするため球状化する、という説がある。
いずれにせよ、黒鉛の球状化によって強度や延性が大幅に向上するが、この性質は生地となっているFeによるものである。
そのため、続いてFeの 基地を強化する 必要があると分かる。
フェライト基地、パーライト基地・・・とあるがこの話は鋳鉄に限らないので割愛する。
そのほか、接種(黒鉛成長の核となる物質を生成させる処理)による共晶セルの微細化に伴う強度上昇などがある。


その他鋳鉄については、晶出する組織、添加する元素の違いによる性質の変化などが重要である。
今後加筆していく予定。

関連項目

参考文献

  • 新版 鋳造工学
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