フレキシブルアイアン？ダクタイル鋳鉄と鋳鉄
エンジニアが金属鋳造用の合金を選択する方法
鋳造用の鉄合金を選択するとき、冶金学者は予算、必要な機械的特性、および機械加工や熱処理などの鋳造後のステップを考慮します。これらの要件により、使用する合金が決まります。最近では、ダクタイル鋳鉄と鋳鉄のどちらかを選択するのが最大です。
技術的には、「鋳鉄」とは、鋳造所で鋳造される鉄合金を指します。ダクタイル鋳鉄はそのような合金の1つです。ただし、延性は、他の鉄合金とは一線を画す独自の機械的特性を備えた、現場では比較的新参者です。この違いは、「鋳鉄」は通常、何世紀にもわたって鍛冶の一部であった灰色または白色の鉄合金を指定することを意味します。
鋳造所ではどのような種類の鉄が鋳造されていますか？
- ダクタイル鋳鉄：このタイプの鉄は1948年に開発され、鉄の鋳造所にとって非常に重要な合金になりました。他の鋳鉄よりもはるかに脆くありません。
- 可鍛鋳鉄：ダクタイル鋳鉄が発明される前は、この合金の方が人気がありました。非常に長時間熱処理された白い鋳鉄です。熱処理装置の状態は非常に制御する必要があります。可鍛鋳鉄が完成すると、もろくなりません。可鍛性は、延性があまり良くない小さくて薄い鋳物に今でも使用されています。
- ホワイト鋳鉄：この合金は他の鋳鉄よりも急速に冷却され、格子内にセメンタイトと呼ばれる分子を生成します。脆い合金ですが、硬度と耐摩耗性に優れています。ベアリングやその他の高摩擦アプリケーションでよく使用されます。
- ねずみ鋳鉄：ほとんどの標準的な「ねずみ鋳鉄」アイテムはねずみ鋳鉄から作られているため、この用語を使用する場合、これはおそらく合金を意味します。白鋳鉄とは異なり、ねずみ鋳鉄は黒鉛の微細構造を持っています。優れた制振能力と優れた被削性を備えています。
白と灰色の鋳鉄は、非常によく似た鋳物を作成します。それらの着色は、それらが骨折したときにのみ明白になります。
ダクタイル鋳鉄と鋳鉄の違いは何ですか？
ダクタイル鋳鉄は、熱処理前でも他の鋳鉄よりも脆くありません。衝撃で簡単に破損することはありません。延性があるため、鉄が曲がることができます。それに比べて、ねずみ鋳鉄は硬いです。この硬度は、表面の摩耗をうまく管理することを意味します。ねずみ鋳鉄は、振動減衰にも優れています。違いは、これらの鉄合金内のグラファイトの微細構造によるものです。
ねずみ鋳鉄は、重量で2.5〜4％の炭素と1〜3％のシリコンです。合金中のシリコンは、ねずみ鋳鉄にその特性を与えるグラファイト分子を安定させるために必要です。ただし、このシリコンは、金属が冷却中に熱衝撃を受けない場合にのみ、グラファイトの支持と維持に効果的です。非常に急速に冷却すると、セメンタイトが形成され、シリコンが混合されていてもねずみ鋳鉄が白鉄になります。ねずみ鋳鉄では、グラファイトのフレークが表面に埋め込まれており、高度に研磨されたねずみ鋳鉄で見ることができます。
ダクタイル鋳鉄には、3.2〜3.6％の炭素、2.2〜2.8％のシリコン、および「結節性元素」のわずかな割合が含まれています。 1943年に発見された延性は、可鍛鋳鉄と同じ特性の多くを持っていましたが、型から出してすぐにこれらの特性を持っていました。可鍛鋳鉄を作るために必要な長くて技術的な熱処理は、それをより高価にし、エラーを起こしやすくしました。延性は明らかな解決策でした。 （可鍛鋳物は、延性が速すぎて炭化物を生成する薄い鋳物でまだ使用されています。）
ねずみ鋳鉄と同様に、グラファイトはダクタイル鋳鉄の微細構造の重要な部分です。ただし、マグネシウム、セリウム、テルルなどの根粒形成要素は、グラファイト分子をフレークではなく球に成形します。これらの球は、鉄が破壊できる平面を作成するのではなく、互いにすれ違うようにスライドします。小結節は、ダクタイル鋳鉄をより柔軟にし、硬さを軽減します。表面硬度が必要な場合は、熱処理を使用できます。
ダクタイル鋳鉄（ASTM A536）
ねずみ鋳鉄（ASTM 40）
ホワイトアイアン
可鍛鋳鉄（鋳鉄、焼きなまし）
鋳造性
標準鋳造性：鋼鋳造よりもはるかに簡単
降伏強度
50k psi
—
—
33k psi
伸び％
18
0.5
0
12
引張強度
72k psi
40〜50 k psi
25 k psi
52 k psi
硬度[ブリネル]
130-217
260
450
130
耐食性
錆びますが、屋外環境で保護緑青を発生させる可能性があります。
熱膨張20C
6.46 * 10
-6
in /（in *ºF）
6.46 * 10
-6
in /（in *ºF）
5.0 * 10
-6
in /（in *ºF）
6.6 * 10
-6
in /（in *ºF）
相対減衰
（連続振幅の対数比）
5-20 * 10 4
20-500 * 10 4
2-4 * 10 4
8-15 * 10 4
コスト
$$
$
$
$$$
機械加工性
中
良い
良い
中
溶接性
手順に応じて低-中
中
溶接不可
溶接は可能ですが、可鍛鋳鉄の一部をねずみ鋳鉄に変換します
ダクタイル鋳鉄（ASTM A536）
鋳造性
標準鋳造性：鋼鋳造よりもはるかに簡単
降伏強度
50k psi
伸び％
18
引張強度
72k psi
硬度[ブリネル]
130-217
耐食性
錆びますが、屋外環境で保護緑青を発生させる可能性があります。
熱膨張20C
6.46 * 10
-6
in /（in *ºF）
相対減衰（連続振幅の対数比）
5-20 * 10 4
コスト
$$
機械加工性
中
溶接性
手順に応じて低-中
ねずみ鋳鉄（ASTM 40）
鋳造性
標準鋳造性：鋼鋳造よりもはるかに簡単
降伏強度
—
伸び％
0.5
引張強度
40〜50 k psi
硬度[ブリネル]
260
耐食性
錆びますが、屋外環境で保護緑青を発生させる可能性があります。
熱膨張20C
6.46 * 10
-6
in /（in *ºF）
相対減衰（連続振幅の対数比）
20-500 * 10 4
コスト
$
機械加工性
良い
溶接性
中
ホワイトアイアン
鋳造性
標準鋳造性：鋼鋳造よりもはるかに簡単
降伏強度
—
伸び％
0
引張強度
25 k psi
硬度[ブリネル]
450
耐食性
錆びますが、屋外環境で保護緑青を発生させる可能性があります。
熱膨張20C
5.0 * 10
-6
in /（in *ºF）
相対減衰（連続振幅の対数比）
2-4 * 10 4
コスト
$
機械加工性
良い
溶接性
溶接不可
可鍛鋳鉄（鋳鉄、焼きなまし）
鋳造性
標準鋳造性：鋼鋳造よりもはるかに簡単
降伏強度
33k psi
伸び％
12
引張強度
52 k psi
硬度[ブリネル]
130
耐食性
錆びますが、屋外環境で保護緑青を発生させる可能性があります。
熱膨張20C
6.6 * 10
-6
in /（in *ºF）
相対減衰（連続振幅の対数比）
8-15 * 10 4
コスト
$$$
機械加工性
中
溶接性
溶接は可能ですが、可鍛鋳鉄の一部をねずみ鋳鉄に変換します
ダクタイル鋳鉄と従来の鋳鉄のどちらかを選択
ダクタイル鋳鉄はねずみ鋳鉄よりもわずかに高価ですが、鋼よりも安価で鋳造が容易です。それは通常、その機械的特性と価値のために選択されます。鋳鉄よりも脆性の低い合金であるため、延性と耐衝撃性が役立つ用途に使用されます。ねずみ鋳鉄は減衰に優れていますが、振動減衰と圧縮降伏では鋼よりも優れています。
耐衝撃性のために設計されたボラードは、しばしばダクタイル鋳鉄を使用します。これは、パイプ、特に圧力がかかっているパイプに使用される主要な鉄合金です。延性のある部品は、衝撃が発生する可能性のある自動車部品、ポンプ、ケーブルケーシングに見られます。
ねずみ鋳鉄は、従来の鋳鉄の脆性が問題にならない用途で、依然として重要でよく使用されている合金です。通常の着用過程で衝撃にさらされないアイテムは、多くの場合、ねずみ鋳鉄で作られています。鋳鉄製のフライパンは通常ねずみ鋳鉄です。ツリーグレーティング、トレンチグレーティング、マンホールカバーなどのハードスケープも、ねずみ鋳鉄であることがよくあります。優れた振動減衰により、ねずみ鋳鉄は優れた機械ベースになります。また、打たれることはないが、高い振動に対処する必要があるブレーキやエンジンコンポーネントにも適しています。
どのプロジェクトでも、合金を選択する前に冶金学者またはエンジニアに相談することが重要です。彼らは、コンポーネントの作業ストレスを調べ、アプリケーションを安全に管理できる材料を選択するのに役立ちます。ダクタイル鋳鉄と鋳鉄を選ぶと、価値が下がることがあります。また、合金の特定の品質が必要な場合もあります。
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