鋳鉄とは何ですか？-定義、特性、および用途
鋳鉄とは何ですか？
鋳鉄は、炭素含有量が2〜4パーセントを超える鉄-炭素合金のグループです。さらに、シリコンの量を1〜3重量％、マンガン、および硫黄やリンなどの微量の不純物を変化させます。鋳鉄は高炉の鉄鉱石を減らして作られています。
溶鉄は、豚と呼ばれる粗いインゴットに注がれるか鋳造されて硬化され、その後、豚はキューポラ炉でスクラップや合金元素と一緒に再溶解され、金型に再鋳造されてさまざまな製品が製造されます。
合金成分は破損時に色に影響します。白い鋳鉄には亀裂が通過しやすい炭化物不純物があり、ねずみ鋳鉄には通過する亀裂を偏向させ、材料が破損すると無数の新しい亀裂を開始するグラファイトフレークがあり、ダクタイル鋳鉄には球状のグラファイトがあります亀裂を止める「小塊」はそれ以上の進行を妨げます。
可鍛鋳鉄を除いて、鋳鉄はもろくなる傾向があります。比較的低い融点、優れた流動性、鋳造性、優れた被削性、耐変形性、耐摩耗性を備えた鋳鉄は、幅広い用途のエンジニアリング材料になりました。
鋳鉄は、パイプ、機械、シリンダーヘッド、シリンダーブロック、ギアボックスなどの自動車部品に使用されています。酸化による損傷には耐性がありますが、溶接は困難です。
鋳鉄は何でできていますか？
鋳鉄は、高炉で鉄鉱石を溶かした銑鉄から作られています。鋳鉄は、溶融銑鉄から直接、または銑鉄を再溶解することにより、多くの場合、かなりの量の鉄、鋼、石灰石、炭素（コークス）とともに製造でき、望ましくない汚染物質を除去するためにさまざまな手順を実行します。
溶鉄からリンや硫黄が燃え尽きる可能性がありますが、これによって炭素も燃え尽きてしまい、交換する必要があります。アプリケーションに応じて、炭素とシリコンの含有量は、それぞれ2〜3.5％と1〜3％の範囲で、必要なレベルに調整されます。
必要に応じて、鋳造によって最終的な形状が生成される前に、他の要素が溶融物に追加されます。
鋳鉄は、キューポラと呼ばれる特殊な高炉で溶解することがありますが、最近の用途では、電気誘導炉や電気アーク炉で溶解することが多くなっています。溶解が完了したら、溶融した鋳鉄を保持炉または取鍋に注ぎます。
鋳鉄と鋼の違いは何ですか？
2つの元素の主な違いは、鋼は鉄鉱石と金属くずから製造され、炭素が制御された鉄の合金と呼ばれることです。鉄に含まれる炭素の約4％が鋳鉄になり、炭素の2％未満が鋼になります。
鋳鉄はほとんどの鋼よりも安価です。また、鋳鉄の溶融温度は鋼よりも低くなりますが、圧縮強度、硬度、耐摩耗性に優れています。したがって、鋼と鋳鉄の重要な違いは、鋼は延性があり展性があるのに対し、鋳鉄は硬化して高い圧縮強度を持っていることです。
鋼と鋳鉄のもう1つの重要な違いとして、鋼の炭素は炭化鉄の形であるのに対し、鋳鉄はグラファイトまたは炭化鉄、あるいはその両方の炭素を持っていると言えます。また、鋳鉄は鋼を使わず、流動性に優れています。
鋳鉄の特性
鋳鉄の一般的な機械的特性には、次のものがあります。
- 硬度。 鋳鉄は硬く、加熱・急冷で硬化します。これにより、非常に耐久性があります。軟鋼は、関連するプロセスを使用して硬化および焼き戻しすることができます。
- タフネス。 エネルギーを吸収する材料の能力
- 延性。 破壊せずに変形する材料の能力
- 弾力性。 変形後に元の寸法に戻る材料の能力
- 可鍛性。 破裂することなく圧縮下で変形する材料の能力
- 引張強度。 材料が裂けることなく耐えることができる最大の縦応力
- 疲労強度。 材料が破損することなく特定のサイクル数に耐えることができる最大の応力
- 融点。 鋳鉄は、13000°Cから14000°Cの範囲にある軟鋼の融点と比較して、より低い融点（12000°C）を持っています。
- 鋳造性。 鋳鉄は、材料から形状を鋳造する場合に扱いやすくなります。鋳鉄には余分な炭素が含まれているため、溶融形態の方が流動性が高く、材料を複雑な形状に鋳造しやすくなります。
- 機械加工性。 鋳鉄は、極限引張強さまでほぼ弾性があり、サンプルから簡単に剥がれる不連続な切りくずを生成します。これは、切断能力を向上させるのに役立ちます。このため、高い被削性と強度に関しては、鋳鉄が好ましい材料です。
鋳鉄、2〜4％の炭素を含む鉄の合金で、さまざまな量のシリコンとマンガン、および硫黄やリンなどの微量の不純物が含まれています。高炉で鉄鉱石を還元して作られています。
鋳鉄には、シリコン、硫黄、マンガン、リン、銅、ニッケル、クロムなどの少数の不純物も含まれており、これらは小規模または大規模にその特性に影響を与えます。これらのプロパティの効果は次のとおりです。
- シリコン： 鋳鉄では、シリコン粒子は最大4パーセント存在します。グラファイトの形成を促進し、柔らかくて機械加工が容易になり、焼入れ性と電気抵抗率が向上します。
- 硫黄： 0.1パーセントまで存在します。鋳鉄は硬くて脆くなります。
- マンガン： 鋳鉄の炭化物形成を促進し、エリートで硬くし、耐摩耗性を高めます。最大0.75パーセント存在します。
- クロム： また、炭化物の形成を促進し、焼入れ性、耐摩耗性、耐食性、耐酸化性を向上させます。
- ニッケル： 引張強度を高めます。
- タングステン： 高温硬度と高温強度が向上します。
- モリブデン： 焼入れ性が向上します。
- バナジウム： 焼入れ性と熱間硬度を向上させます。
- アルミニウム： 鋼の脱酸剤として機能します。
- チタン： 鋼の脱酸剤として機能します。
- ニオブ： 焼入れ性が低下し、延性が向上するため、衝撃強度が向上します。
- コバルト： 焼入れ性を低下させ、高温での軟化に抵抗します。
鋳鉄の4つの基本的なタイプは、白鉄、ねずみ鋳鉄、ダクタイル鋳鉄、および可鍛鋳鉄です。
- 白鉄。
- ねずみ鋳鉄。
- ダクタイル鋳鉄。
- 可鍛鋳鉄。
1。ねずみ鋳鉄
最も一般的なタイプのねずみ鋳鉄は、多くの小さな割れ目で構成されたグラファイトの微細構造を持っています。これらの小さな亀裂の存在が灰色の外観を作り出すため、「ねずみ鋳鉄」と呼ばれます。
ねずみ鋳鉄の製造中に、亀裂が開き、表面の下に灰色のグラファイトが現れます。ねずみ鋳鉄は鋼ほど強くなく、鋼と同じ量の衝撃を吸収することもできません。ねずみ鋳鉄は、鋼と同様の圧縮強度を提供します。その結果、圧縮強度が重要な用途で人気のある金属の選択肢になりました。
微細構造にグラファイトが含まれていることを特徴とし、次のようになります。
- 優れた機械加工性
- 耐摩耗性とかじりに優れています
2。白鋳鉄
白鉄はねずみ鋳鉄ほど一般的ではありませんが、言及する価値のある別のタイプです。セメンタイトとして知られる鉄化合物の結果であるオフホワイトの色からその名前が付けられています。ねずみ鋳鉄と同様に、白い鋳鉄にも小さな亀裂がたくさんあります。
違いは、白い鋳鉄は表面の下にセメンタイトが特徴であるのに対し、ねずみ鋳鉄は表面の下にグラファイトがあることです。グラファイトは灰色の外観を生成し、セメンタイトは白色の外観を生成します。白い鋳鉄は硬く、優れた耐摩耗性を提供します。
炭化物の蔓延を特徴とし、影響を与える：
- 高い圧縮強度
- 硬度
- 耐摩耗性に優れています
3。ダクタイル鋳鉄
ダクタイル鋳鉄は、ダクタイル鋳鉄とも呼ばれ、柔らかく、延性のある高炭素鉄合金の一種です。通常、マグネシウムやセリウムなど、微量の他の化合物で作られています。
これらの微量化合物を添加すると、グラファイトの成長速度が阻害され、金属が柔らかく延性が保たれます。ダクタイル鋳鉄は1940年代初頭から中期に発明されました。
少量のマグネシウムとセシウムを含むねずみ鋳鉄がグラファイトに結節を形成し、結果として
- 高強度
- 高い延性
4。可鍛鋳鉄
最後に、「作業」が簡単な可鍛鋳鉄です。それは通常、白い鋳鉄の熱処理プロセスによって作られています。白い鋳鉄は最大2日間加熱され、その後冷却されます。完成したら、可鍛鋳鉄を曲げて操作し、独自の形状とサイズを実現できます。
改善のために熱処理された白い鋳鉄
- より高い延性
5。まだらの鋳鉄
鋳鉄には、まだらの鋳鉄と呼ばれる等量の遊離炭素と炭化物が含まれています。ねずみ鋳鉄と白鋳鉄の中間的な性質と色を持っています。
6。冷やした鋳鉄
白い鋳鉄が溶融段階から急速に冷却された場合、生成された鉄はチルド鋳鉄として知られています。
7。合金鋳鉄
合金鋳鉄は、ニッケル、クロム、銅などの鋳鉄にいくつかの合金元素を添加することによって製造されます。合金元素に応じて特性が向上しています。この鋳鉄は、鋳鉄の望ましい特性を得るために製造されています。
鋳鉄は、さまざまな種類の材料やさまざまな工具の製造などに使用できます。
- ねずみ鋳鉄： エンジンシリンダーブロック、フライホイール、ギアボックスケース、工作機械ベース。
- 白い鋳鉄： ベアリング面。
- ダクタイル鋳鉄： ギア、カムシャフト、クランクシャフト、ピストンリング。
- 下水道管、マンホール、水道管、貯水槽など、多くの種類の衛生器具が鋳鉄を使用して製造されています。
- 柱のベースと金属の柱は鋳鉄を使用して作成できます
- 街灯柱、金属製の階段、門などを作るために使用される鋳造型。
- キャリッジホイールとレールチェアは鋳鉄製です。
- さまざまな種類の農機具や道具をそれから作ることができます。
- さまざまな機械部品を鋳鉄で作ることができます
- 自動車部品の製造に使用されます
- 鍋や道具の製造に使用されます
- 船の錨を作るのに使われます
鋳鉄の利点
- 優れた鋳造特性を備えています
- 感度が良い
- 耐摩耗性に優れています
- 機械加工性に優れています。
- ノッチ感度が非常に低い
- 応力集中が低い
- 低コストです
- 耐久性があります
- 変形に強い
- 鋼の3〜5倍の圧縮強度があります。
- 優れた防振（または減衰）特性を備えているため、機械フレームの製造に使用されます。
- 20〜350°Cの間で一定の機械的特性があります。
- 大量に入手できるため、大量生産されます。鋳造プロセスに必要な工具は比較的安価で安価です。これにより、製品のコストが低くなります。
- コストのかかる機械加工を使用せずに、複雑な形状やサイズを指定できます
鋳鉄のデメリット
- 錆びやすい
- 引張強度が低い
- 重量と強度の比率が高い
- 脆性が高い
- 耐衝撃性が低い
- 鋼に比べて被削性が悪い
- そのパーツはセクションに依存します。これは、厚い部分の冷却が遅いためです。
- 部品の故障は突然であり、全体として、降伏点を反映していません。
- 機械加工不可（白い鋳鉄）です。
よくある質問。
鋳鉄とは何ですか？
鋳鉄は、炭素含有量が2〜4パーセントを超える鉄-炭素合金のグループです。さらに、シリコンの量を1〜3重量％、マンガン、および硫黄やリンなどの微量の不純物を変化させます。鋳鉄は高炉の鉄鉱石を減らして作られています。
鋳鉄の組成は？
鋳鉄は、炭素含有量が2〜4パーセントを超える鉄-炭素合金のグループです。さらに、シリコンの量を1〜3重量％、マンガン、および硫黄やリンなどの微量の不純物を変化させます。
鋳鉄の種類は何ですか？
鋳鉄には、白鉄、ねずみ鋳鉄、ダクタイル鋳鉄、可鍛鋳鉄の4つの基本的なタイプがあります
- 白鉄。
- ねずみ鋳鉄。
- ダクタイル鋳鉄。
- 可鍛鋳鉄。
鋳鉄の用途は何ですか？
その優れた引張強度と延性の結果として、可鍛鋳鉄は、電気器具および機器、手工具、パイプ継手、洗濯機、ブラケット、農機具、採掘用ハードウェア、および機械部品に使用されます。可鍛鋳鉄の一般的な分類はASTMA47です。
鋳鉄で調理するのは健康ですか？
鋳鉄は揚げ物だけではありません。確かに、鋳鉄製のフライパンは揚げ物に最適な乗り物です。しかし、熱を保持するその能力は、健康的な料理にも役立ちます、とバーモントを拠点とする管理栄養士および栄養士のケリー・アン・ジェニングスは言います。
鋳鉄の利点は何ですか？
鋳鉄は熱を維持します。ステンレス鋼の調理器具は均一に素早く加熱できますが、鋳鉄は鍋全体でその熱にずっと長くかかる可能性があります。これにより、肉やステーキなどの食品でより均一で望ましい結果が得られます。
鋳鉄の欠点は何ですか？
鋳鉄のデメリット：
- 錆びやすいです。
- 引張強度が低い。
- その部品はセクションに敏感です。これは、厚いセクションの冷却が遅いためです。
- その部品の故障は突然で完全です。降伏点はありません。
- 耐衝撃性に劣ります。
- 鋼と比較して、機械加工性が劣ります。
鋳鉄は鋼よりも優れていますか？
鋳鉄は通常、特に摩擦摩耗の状況で、鋼よりも機械的摩耗に対する耐性が高くなります。
鉄と鋳鉄のどちらが良いですか？
鋳鉄は、錬鉄よりも硬く、もろく、展性がありません。引張強度が弱いため、曲げたり歪んだりする前に破壊するため、曲げたり、伸ばしたり、ハンマーで叩いたりすることはできません。ただし、優れた圧縮強度を備えています。
鋳鉄は強いですか？
鋳鉄は、やはり石積みのように、圧縮に非常に強いです。錬鉄は、他のほとんどの種類の鉄と同様に、そして実際に一般的なほとんどの金属と同様に、張力が強く、また丈夫で、破砕に強いです。
鋳鉄は安いですか？
小売業者は、特定の製品に対して可能な限り高い金額を常に請求します。鋳鉄製の鍋は安価に製造でき、LaCreusetのようなブランド化の利点はありません。これは、上質なエナメル鋳鉄調理器具になります。鋳鉄で調理することは、ある意味ニッチ市場であり、世代から受け継がれる可能性があります。
鋳鉄が錆びないのはなぜですか？
鋳鉄は炭素含有量が高く（少なくとも1.7％、通常は3.0〜3.7％）合金であるため、腐食に対して比較的耐性があります。
黒鉄は鋳鉄と同じですか？
その名前にもかかわらず、黒鉄パイプは実際には低品位の「軟鋼」化合物で作られています。これにより、従来の鋳鉄管よりもはるかに優れた耐食性が得られます。
鋳鉄を発明したのは誰ですか？
イギリス人のアブラハムダービーは、鋳鉄調理器具に革命をもたらしたとされています。 1707年に、彼は鉄を比較的薄い鍋ややかんに鋳造する方法の特許を取得しました。これにより、製造が安価になりました。
鋳鉄がこんなに重いのはなぜですか？
鋳鉄は銅よりも熱容量が大きいため、1ポンドの鋳鉄を1ポンドの銅よりも特定の温度に加熱するには、より多くのエネルギーが必要です。より多くのエネルギーが鋳鉄の各ポンドに蓄えられます。 Âアルミニウムは鉄よりも熱容量が大きい（1ポンドあたりの熱をより多く蓄える）が、鉄よりもはるかに密度が低い。
鋳鉄はアルミニウムよりも強いですか？
鋳鉄と鋳造アルミニウムの外観と感触は同じですが、鋳造アルミニウムはより軽く、より強力です。鉄の質量が重いため、熱をより長く保持しますが、熱くなるまでに少し時間がかかります。鋳鉄は寿命が長く、高価です。
また読む
- グラファイト：プロパティ、アプリケーション、およびさまざまなタイプのグラファイト。
- クロム：特性、用途、および人体への影響。
- 鋼：定義、タイプ、および用途
- ステンレス鋼：定義、種類、用途
金属