鋳鉄vs鋳鋼
鋳鉄と鋳鋼の違いは何ですか？
キャスティングは、設計の細部に優れた能力を提供し、多くの場合、追加の製造や組み立ての必要性を排除します。いくつかの種類の金属や合成繊維を含む多くの材料を鋳造できますが、特に鉄鋼は、幅広い用途で優れた機械的特性を備えています。
鋳鉄と鋼は表面上は似ているように見えるかもしれませんが、それぞれに製造から用途まで明確な長所と短所があります。これらの長所と短所を理解し、適切に選択することは、容赦のない強度と耐久性と、すぐに光沢を失う破損または変形した部品との違いを意味する可能性があります。
炭素含有量が主な違いです
鉄と鋼はどちらも主に鉄原子からなる鉄金属です。ただし、製造ではそれほど単純ではありません。製造にはさまざまな合金やグレードが使用されています。それらを理解するには、日常の製品に使用されている鉄と科学元素の鉄（Fe）を区別することが重要です。元素鉄は自然界に見られるものであり、通常は酸化された形であり、抽出するには製錬と呼ばれる集中的な処理が必要です。
純粋な元素鉄は柔らかすぎて、ほとんどの用途に使用できません。カーボンと合金化または混合すると、硬くなり、したがってより有用になります。実際、炭素組成は鋳鉄と鋼の主な違いです。鋳鉄には通常2％以上の炭素が含まれていますが、鋳鋼には0.1〜0.5％の炭素が含まれていることがよくあります。
特徴
次の表は、各材料の品質の概要を示しています。考慮すべき鉄と鋼にはさまざまな種類がありますが、この表ではねずみ鋳鉄、鋳鉄、炭素鋼に焦点を当てています。
ねずみ鋳鉄
ダクタイル鋳鉄
鋼
機械加工性
★
鋳造性
★
振動減衰
★
耐食性
★
★
タフネス
★
もろさ
★
圧縮強度
★
引張強度
★
硬度
★
アプリケーション
エンジンブロック、シリンダーヘッド、マニホールド、ガスバーナー、ギアブランク、エンクロージャー、ハウジング、屋外ハードスケープ製品、フライパン、電気ボックス、装飾用鋳物、ストーブ部品、おもり
ボラード、現場備品、ステアリングナックル、クランクシャフト、頑丈なギア、自動車およびトラックのサスペンションコンポーネント、油圧コンポーネント、自動車のドアヒンジ
ボラード、工業用ホイール、鋳造ギア、バルブ本体、鉱業機械、水力タービンホイール、鍛造プレス、鉄道車両フレーム、ポンプケーシング、船舶用機器、エンジンケーシング、大型トラック、建設用機器
ねずみ鋳鉄
機械加工性
★
鋳造性
振動減衰
★
耐食性
★
タフネス
もろさ
★
圧縮強度
引張強度
硬度
★
アプリケーション
エンジンブロック、シリンダーヘッド、マニホールド、ガスバーナー、ギアブランク、エンクロージャー、ハウジング、屋外ハードスケープ製品、フライパン、電気ボックス、装飾用鋳物、ストーブ部品、おもり
ダクタイル鋳鉄
機械加工性
鋳造性
★
振動減衰
耐食性
★
タフネス
もろさ
圧縮強度
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引張強度
硬度
アプリケーション
ボラード、現場備品、ステアリングナックル、クランクシャフト、頑丈なギア、自動車およびトラックのサスペンションコンポーネント、油圧コンポーネント、自動車のドアヒンジ
鋼
機械加工性
鋳造性
振動減衰
耐食性
タフネス
★
もろさ
圧縮強度
引張強度
★
硬度
アプリケーション
ボラード、工業用ホイール、鋳造ギア、バルブ本体、鉱業機械、水力タービンホイール、鍛造プレス、鉄道車両フレーム、ポンプケーシング、船舶用機器、エンジンケーシング、大型トラック、建設用機器
鋳造性
ほとんどの人は、溶けた状態の鉄や鋼に遭遇したことはありません。鉄は約2300°Fで溶け、鋼は2600°Fで溶け、どちらもさらに高温で金型に注がれるため、理解できます。溶銑と鋼を扱う人々は、それらが注ぎやすさと収縮率が劇的に異なることにすぐに気付きます。
鋳鉄は、注ぎやすく、鋼ほど収縮しないため、比較的鋳造が容易です。これは、金型内の複雑なボイドを容易に埋めることができ、そうするために必要な溶融材料が少なくて済むことを意味します。この流動性により、鋳鉄は、柵やベンチなどの建築用または華やかな鉄工構造に理想的な金属になります。
鋼を注ぐことははるかに困難です。溶鉄よりも流動性が低く、金型材料に対してより反応性があります。また、冷却するとさらに収縮します。つまり、より多くの溶融材料を注ぐ必要があります。通常、ライザーと呼ばれる余分なリザーバーに、冷却時に鋳物が引き出されます。
ただし、鋳物は通常、内部構造全体で均一に冷却されません。外側の領域と薄い部分は、内側の領域とかさばる部分とは異なる速度で冷却および収縮します。多くの場合、内部の張力または応力が発生しますが、これは熱処理によってのみ緩和できます。鋼は鉄よりも収縮応力の影響を受けやすく、状況によっては、これらの張力によって内部および/または外部に重大なボイドが発生し、最終的には破損する可能性があります。
これらの理由から、鋳鋼は鋳造プロセス全体を通してより多くの注意と検査を必要とし、生産をより多くのリソースを消費します。
機械加工性
最終的な用途によっては、特定の公差を達成するため、または目的の仕上げを作成するために、鋳造部品を機械加工する必要がある場合があります。少なくとも、ゲートやランナーなどのオブジェクトは切り取って粉砕する必要があります。
被削性は、特定の材料がどれだけ簡単に切断または粉砕できるかを示す尺度です。一部の材料は、他の材料よりも機械加工が困難です。経験則として、機械的性能を向上させるために合金を多く添加した金属は、機械加工性が低くなります。
鋳鉄は通常、鋼よりも機械加工がはるかに簡単です。鋳鉄のグラファイト構造は、より簡単に、より均一に破壊されます。白鉄などの硬い鉄は、脆いため、機械加工がはるかに困難です。
鋼は同じ一貫性で切断するのは簡単ではなく、工具の摩耗が多くなり、製造コストが高くなります。焼入れ鋼、または炭素含有量の高い鋼も、工具の摩耗を増加させます。ただし、軟鋼が必ずしも優れているとは限りません。低炭素鋼は、軟鋼であるにもかかわらず、粘着性があり、取り扱いが困難になる可能性があります。
振動減衰
減衰能力が不足すると、リンギングや鳴き声などの過剰な振動や騒音が発生する可能性があるため、鋳造材料を選択する際には、減衰特性を考慮する必要があります。材料が使用されている場所によっては、効果的なダンピングにより、より頑丈で信頼性の高いパフォーマンスが得られます。
鋳鉄のグラファイト構造、特にねずみ鋳鉄のフレーク状の構造は、振動を吸収するのに特に適しています。これにより、鋳鉄はエンジンブロック、シリンダーハウジング、機械床、および頑丈さと精度が重要となるその他の用途に最適です。振動を減らすことで、ストレスを最小限に抑え、可動部品の摩耗を防ぐことができます。
圧縮強度
圧縮強度は、オブジェクトのサイズを縮小する力に耐える材料の能力です。これは、材料を引き離すように向けられた力とは反対です。圧縮強度は、圧力と封じ込めが要因となる機械的用途で有益です。通常、鋳鉄は鋼よりも優れた圧縮強度を持っています。
耐衝撃性
これまでのところ、鋳鉄を使用することには鋼よりも多くの利点があるように思われるかもしれませんが、鋼には1つの重要な利点があります。それは耐衝撃性です。鋼は、曲げたり、変形したり、壊れたりすることなく、突然の衝撃に耐えるのに優れています。これは、その靭性、つまり高い応力とひずみの力に耐える能力によるものです。
延性のない強度は、破壊されやすい脆性材料をもたらします。鋳鉄は、延性のない強度のポスターの子です。鋳鉄は脆いため、用途が限られています。
同時に、高い延性、または破損することなく変形する能力は、大きな衝撃に耐える強度がなければあまり使用されません。たとえば、輪ゴムは破損することなく大きな変形を起こすことができますが、かかる力の量は非常に限られています。
鉄はほとんどの鋳造用途で扱いやすいかもしれませんが、鋼は多くの用途で強度と延性の両方が最適に組み合わされており、鋳鋼は非常に丈夫です。鋼の耐衝撃性と耐荷重性により、多くの機械的および構造的用途に適しています。そのため、鋼は世界で最も広く使用されている金属です。
耐食性
鉄は鋼よりも優れた耐食性を持っています。両方の金属は湿気の存在下で酸化しますが、鉄は金属の完全性の深い腐食を防ぐために緑青を発達させます。
腐食を防ぐ別の方法は、塗料や粉体塗装、または保護を強化するためのIronArmorを使用することです。下にある金属を露出させる欠けや亀裂は腐食を引き起こす可能性があるため、コーティングされた金属の定期的なメンテナンスが重要です。
銀色の生金属の外観を維持しながら耐食性が重要な要素である場合は、合金鋼がより良い選択肢である可能性があります。特に、酸化を防ぐためにクロムやその他の合金が追加されたステンレス鋼です。
耐摩耗性
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。鋳鉄マトリックスに一定量のグラファイトが含まれていると、グラファイトの乾燥潤滑剤が生成され、表面の品質を低下させることなく固体表面を互いにスライドさせ、摩耗をより困難にします。
鋼は鉄よりも摩耗しやすいですが、それでも特定の種類の摩耗に耐性がある場合があります。特定の合金を追加すると、鋼の摩耗品質も向上します。
コスト
鋳鉄は、最終製品の製造に必要な材料費、エネルギー、および労働力が低いため、鋳鋼よりも安価であることがよくあります。生鋼は購入に費用がかかり、鋳造にはより多くの時間と注意が必要です。ただし、鋳造製品を設計する際には、長期の使用と交換のコストを考慮する価値があります。製造コストが高い部品は、長期的にはコストが低くなる可能性があります。
鋼は、シート、ロッド、バー、チューブ、ビームなど、多くのプレハブ形式でも入手可能であり、特定の用途に合わせて機械加工または組み立てることができます。製品と必要な数量によっては、既存の鉄鋼製品を製造することが費用効果の高いオプションになる場合があります。
さまざまな種類の鋳鉄と鋳鋼
鋳鉄（ねずみ鋳鉄）と鋳鋼（軟鋼または炭素鋼）の最も基本的な形態の品質を比較しましたが、鉄と鋼の特定の組成と相構造は、機械的特性に大きく影響する可能性があります。たとえば、標準的なねずみ鋳鉄の炭素は鋭いグラファイトフレークの形をとりますが、ダクタイル鋳鉄はより球状のグラファイト構造を特徴としています。フレーク状のグラファイトはねずみ鋳鉄をもろくしますが、ダクタイル鋳鉄の丸いグラファイト粒子は靭性を向上させ、耐衝撃性の用途により適しています。
合金を鉄と鋼の両方に添加して、目的の特性を設計することができます。たとえば、マンガンは靭性を高め、クロムは耐食性を向上させます。炭素含有量の変化は、低炭素鋼、標準炭素鋼、高炭素鋼を区別するものでもあります。量が多いほど、材料ははるかに硬くなります。
最終的に、鋳鉄と鋳鋼のどちらを選択するかは、最終的な設置の種類と用途によって異なります。
鉄鋼の詳細について、またはカスタムプロジェクトの見積もりをリクエストするには、お問い合わせください。
ソース
- アメリカ鋳造協会。 「鋳鉄部品の機械加工」。 afsinc.org
- アメリカ鋳造協会。 「鋳鋼の材料仕様を理解する」。 afsinc.org
- 機械設計。 "鋳鉄"。 machinedesign.com
- ニッケル研究所。 「鋳鉄および鋳造合金」。 Nickelinstitute.org
- Hosford、William F.IronandSteel。ケンブリッジ大学出版局。 2012年。
- ウッドフォード、クリス。 "鉄鋼"。 Explainthatstuff.com
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