砂型鋳造ダクタイル鋳鉄 – プロセスの能力と限界

炭素鋼は融点が高いため、砂型鋳造が容易ではありません。ダクタイル鋳鉄は代替品です。その低い融点は、砂型鋳造部品の鋼と同様の冶金特性を達成する方法を提供します。鋼からダクタイル鋳鉄への切り替えは、機械加工の要件を削減し、おそらく部品コストも削減する方法です。

ダクタイル鋳鉄の紹介と砂型鋳造の説明です。

2 種類の鋳鉄

鋳造職人は、何世紀にもわたってねずみ鋳鉄を製造し、使用してきました。容易に溶解して鋳造でき、機械加工性に優れていますが、引張強度と延性が低いという欠点があります。

強度が低いのは、金属マトリックス全体に分布するグラファイトのフレークが原因です。これらは、脆弱性につながる亀裂の開始点を提供します。

20 世紀半ばに開発されたダクタイル鋳鉄は、この問題を克服しています。炭素が豊富な高品質の銑鉄に厳選された元素を少量添加すると、薄片ではなく、フェライトとパーライト (Fe3C) のマトリックス内に小さな黒鉛球が生成されます。このため、球状またはノジュラー鋳鉄と呼ばれることもあります。

ダクタイル鋳鉄は鋼よりもわずかに密度が低く (0.256 lb/in3 / 7.1 g/cm3 対 0.284 lb/in3 / 7.8 g/cm3)、したがって軽量ですが、引張強度は非常に似ています。適度な延性と耐摩耗性があり、衝撃荷重を吸収できます。

砂型鋳造プロセス

砂型鋳造は、鋳造される部分を複製するパターンから始まります。これを砂を詰めた箱に入れます。次にパターンを取り出して、金属で満たされる空洞を残します。

ボックスは、技術的には「フラスコ」であり、上部の「コープ」と下部の「ドラッグ」の 2 つの半分で構成されています。上型には金属が流入する通路が形成され、空洞が満たされると余分な金属が盛り上がります。これらはランナーとライザーです。

金属が固まると、砂が振り落とされ、鋳造品は機械加工される前にランナーとライザーの除去のために送られます。

ダクタイル鋳鉄と砂

砂は鋳造工程で重要な役割を果たします。わずかに透過性があるため、ガスを外に出すと同時に、外側から固化する液体金属を冷やすことができます。充填密度と砂の組成は、一貫した金属の収縮と部品の品質を確保するために慎重に管理する必要があります。

ダクタイル鋳鉄は通常、約 5% の石炭粉塵を含む生砂で鋳造されます。ここでの「グリーン」とは、色ではなく水分量を指します。 「グリーン」サンドは、乾燥プロセスを経ていないサンドです。

砂自体に加えて、鋳造用の生砂には一定割合のベントナイト粘土が含まれています。これはバインダーとして機能し、充填された砂をフラスコ内でまとめます。

「海炭」と呼ばれることもある炭粉は、ダクタイル鋳鉄を鋳造するための砂の重要な成分です。その役割は、熱い鉄が砂と接触するときに放出される酸素を吸収する還元雰囲気を作り出すことです.膨張が遅くなり、砂の焦げ付きが少なく、滑らかできれいな鋳造面が得られます。石炭粉塵を含む鋳造砂は、灰色またはほぼ黒色の外観で簡単に識別できます。

鋳鉄接種

鋼に匹敵する鋳鉄部品を製造するには、2 つの処理ステップが重要です。これらは接種とマグネシウム治療です。最高品質のダクタイル鋳鉄の場合、注湯の直前に行われます。

接種は、炭素がグラファイトフレークとして沈殿する傾向に対処します。炭素が核生成または結晶化するためのポイントを提供する、特別に選択された合金を少量追加する必要があります。これにより、強度と延性に有害なフレークの形成が防止されます。

同様に、鉄中の硫黄を「一掃」するためにマグネシウムが追加されます。接種と同様に、これにより得られる金属の機械的特性が向上します。

機能と制限

ダクタイル砂型鋳造は、鋼に匹敵する鋳鉄部品の製造に最適です。高品質の部品を作成するには、収縮許容値と抜き勾配が必要であり、穴や取り付け面などの精密な機能を追加するには、ほとんどの場合二次加工が必要です。さらに、薄い切片は実用的ではありません。ただし、石炭粉塵を使用すると、良好な表面仕上げが得られます。

砂型鋳造では、鋳造できる部品のサイズにほとんど制限がありません。重量が 1 ポンド (0.5 kg) 未満の小さな部品、および重量が数百ポンドでフィート単位の部品。