金属凝固の解説:溶解から鋳造まで

金属凝固は、液体から固体への包括的な変換プロセスであり、最終的な目的の製品を製造するために金型内で金属または金属合金を溶解、注入、再凝固することを含む鋳造技術の基礎です。

1.溶ける

鋳造プロセスは、るつぼ内の金属合金が溶けるまで加熱することから始まります。加熱された金属は融点に達すると液体になります。金属の融点は、金属または合金の種類によって異なります。たとえば、亜鉛合金は華氏 900 度付近で溶けますが、青銅合金の一部は華氏 2000 度を超えて溶けます。純粋な金属は同じ一定温度で溶けます。逆に、金属合金は、材料の組成に応じて、ある温度範囲内で溶けます。溶融状態では、金属は大量のエネルギーを含んでいます。合金は融点以上に加熱されるため、金属が冷える前に金型に流し込むのに十分な時間がかかります。

2.脱ガスと改質

亜鉛合金やアルミニウム合金は注湯前に脱ガスする必要があります。脱気は、溶融物にグラファイトランスを挿入することによって行われます。ランスは非常に高速で回転し、ランスを通してアルゴンまたは窒素が注入され、溶融した合金中に分散します。アルゴンまたは窒素は、溶融水素およびその他の汚染物質を溶融物の表面に移動させます。次に、合金を型に流し込む前に、表面からこの汚染を除去します。

多くの合金は、注ぐ前に修正が必要です。これらの変更により、金属の流動性が向上し、粒子構造が改善され、汚染物質が除去されます。これを達成するために当社が使用する材料には、チタン - ホウ素、銅 - リン、ストロンチウム、マンガンなどがあります。

3.注ぐ

脱気と修正後、金属の温度をテストして、希望の注入温度より約華氏 50 ～ 150 度高いことを確認します。追加の 50 ～ 150 度により、注入プロセス中に固化する前に金属が部品全体に流れるのに十分な時間が確保されます。るつぼまたは取鍋を注湯ラインに運び、準備ができた型に液体金属を注ぎます。金型の中空キャビティが、目的の最終製品の形状になります。この空洞は 1 つの部分である場合もあれば、複数の個別の部分である場合もあります。金属が鋳型キャビティに入る際の速度を下げるために、るつぼのリップを砂型にできるだけ近づけておくことが不可欠です。

4.凍結

溶けた液体が型に注入されると、急速に冷却されます。液体金属の温度がその特定の金属または合金の融点を下回ると、凝固プロセスが始まります。凍結プロセスには通常、数分もかかりません。

5.固化

さらに温度が下がると、溶融金属はエネルギーを失い、結晶が形成され始めます。このプロセスは金型の壁の近くで始まり、そこで最初に冷却されます。これらの結晶は最終的に最終構造内の粒子になります。金属の凝固が遅い場合、粒子は長くなります。急速に冷却すると、粒は目に見えて短くなります。結晶 (または樹枝状結晶) は、溶融物全体が固化するまで形成され、硬化し続けます。

凝固プロセス中に、金属は収縮します。ほとんどの金属は固体よりも液体のほうが密度が低いため、収縮が発生します。収縮により、固化する最後の点に空隙が生じる可能性があります。収縮欠陥を回避するには、ライザーやその他の技術を使用します。フィーダーとも呼ばれるライザーは、金属鋳造金型に組み込まれたリザーバーで、鋳造品の空洞を防ぐのに役立ちます。