ダクタイル鋳鉄 vs 鋳鉄：適切な鉄合金選び

エンジニアが金属鋳造用合金を選ぶ方法

鋳造用鉄合金を選択する際、冶金学者は予算、要求される機械的特性、機械加工や熱処理などの鋳造後工程を考慮します。これらの要件がどの合金を使用するかを決定します。今日、最大の選択はダクタイル鋳鉄 vs 鋳鉄の間です。

技術的には、「鋳鉄」は鋳造所で鋳造される鉄合金を示唆します。ダクタイル鋳鉄もそのような合金の一つです。しかし、ダクタイル鋳鉄は現場では比較的新参者で、他の鉄合金とは一線を画す独自の機械的特性を持っています。この違いにより、「鋳鉄」は通常、何世紀にもわたって金属細工の一部であったグレイ鋳鉄やホワイト鋳鉄合金を指定することを意味します。

鋳造所で鋳造される鉄の種類は？

• ダクタイル鋳鉄：1948年に開発されたこの鉄タイプは、鉄鋳造所で非常に重要な合金となりました。他の鋳鉄よりはるかに脆くありません。
• マレーブル鋳鉄：ダクタイル鋳鉄発明前はこの合金がより人気でした。非常に長期間熱処理されるホワイト鋳鉄です。熱処理条件は非常に制御されたものでなければなりません。完成すると、マレーブル鋳鉄はかなり脆くなくなります。マレーブルはダクタイル鋳鉄があまり成功しない薄肉・小型鋳物で依然として使用されます。
• ホワイト鋳鉄：この合金は他の鋳鉄より速く冷却され、格子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、優れた硬度と耐摩耗性を持ちます。ベアリングやその他の高摩擦用途でよく使用されます。
• グレイ鋳鉄：最も標準的な「鋳鉄」アイテムはグレイ鋳鉄から作られるため、人々がこの用語を使うとき、おそらくこの合金を意味します。ホワイト鋳鉄とは異なり、グレイ鋳鉄は黒鉛微細構造を持ちます。優れた振動減衰能力と優れた機械加工性を持ちます。

ホワイト鋳鉄とグレイ鋳鉄は非常に似た外観の鋳物を作ります。それらの色は破壊時のみ明らかになります。

ダクタイル鋳鉄と鋳鉄の違いは？

ダクタイル鋳鉄は熱処理前でも他の鋳鉄より脆くありません。衝撃で容易に破壊されません。延性があるため鉄が曲がります。比較すると、グレイ鋳鉄はより硬いです。この硬さは表面摩耗をうまく管理することを意味します。グレイ鋳鉄は振動減衰でも優れています。違いはこれらの鉄合金内の黒鉛の微細構造によるものです。

グレイ鋳鉄は重量比で2.5〜4%の炭素と1〜3%のシリコンを含みます。合金中のシリコンはグレイ鋳鉄の特性を与える黒鉛分子を安定化・維持するために必要です。しかし、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黒鉛の支持と維持に効果的です。非常に急速な冷却は、シリコンが混合されていてもセメンタイトの形成を導き、グレイ鋳鉄をホワイト鋳鉄に変えてしまいます。グレイ鋳鉄では、黒鉛フレークが表面を通じて埋め込まれ、高度に研磨されたグレイ鋳鉄では視認可能です。

ダクタイル鋳鉄は3.2〜3.6%の炭素、2.2〜2.8%のシリコン、および少量の「球状化元素」を含みます。1943年に発見されたダクタイル鋳鉄はマレーブル鋳鉄と多くの同じ特性を持ちましたが、これらの特性を鋳型から出た直後から持っていました。マレーブル鋳鉄を作るために必要な長く技術的な熱処理は、より高価でエラーを起こしやすかったです。ダクタイル鋳鉄は明らかな解決策でした。（マレーブルは薄肉鋳物でダクタイル鋳鉄が急速冷却してカーバイドを生成する場合に依然として使用されます。）

グレイ鋳鉄と同様に、黒鉛はダクタイル鋳鉄の微細構造の重要な部分です。しかし、マグネシウム、セリウム、テルルなどの球状化元素が黒鉛分子をグレイ鋳鉄のフレークではなく球状に形作ります。これらの球体は、鉄が破壊される面を作る代わりに互いに滑り抜けます。結節がダクタイル鋳鉄をより柔軟に、より硬くなくします。表面硬度が必要な場合、熱処理を使用できます。

ダクタイル鋳鉄、グレイ鋳鉄、ホワイト鋳鉄、マレーブル鋳鉄の比較

ダクタイル鋳鉄と伝統的鋳鉄の選択

ダクタイル鋳鉄はグレイ鋳鉄よりわずかに高価ですが、鋼材より安価で鋳造しやすいです。通常、機械的特性と価値のために選ばれます。鋳鉄より脆くない合金として、延性と衝撃抵抗が有用な用途で使用されます。振動減衰と圧縮降伏では鋼材より優れていますが、グレイ鋳鉄が減衰では依然として優れています。

衝撃抵抗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。特に圧力下にあるパイプの主要鉄合金です。ダクタイル部品は自動車部品、ポンプ、衝撃が予想されるケーブルケーシングで見つかります。

グレイ鋳鉄は、伝統的鋳鉄の脆さが問題にならない用途では依然として重要でよく使用される合金です。定期的な摩耗の過程で衝撃にさらされないアイテムはしばしばグレイ鋳鉄で作られます。鋳鉄フライパンは通常グレイ鋳鉄です。樹木グレート、トレンチグレート、マンホール蓋などのハードスケープもよくグレイ鋳鉄です。優れた振動減衰によりグレイ鋳鉄は優れた機械ベースとなります。また、衝撃を受けないが高振動を扱う必要があるブレーキやエンジン部品にも適しています。

どのプロジェクトでも、合金を選択する前に冶金学者やエンジニアと相談することが重要です。彼らはコンポーネントへの作業応力を調べ、アプリケーションを安全に管理できる材料選びを助けます。ダクタイル鋳鉄 vs 鋳鉄の選択は時として単に価値の問題です。他の時は、合金の特定の品質が必要とされます。