鋳造プロセスに含まれるステップ：上位4ステップ|製造科学
以下のポイントは、鋳造プロセスに含まれる4つの主要なステップを強調しています。手順は次のとおりです。-1。パターンと金型の準備2.液化金属の溶解と注入3.液体金属の冷却と凝固4.欠陥とその検査。
キャストプロセスに関連する手順＃1。の準備 パターンと型 ：
パターンは、鋳造されるパーツのレプリカであり、金型キャビティの準備に使用されます。パターンは木または金属でできています。金型は、2つ以上の金属ブロックのアセンブリ、または一次キャビティからなる結合された耐火粒子（砂）です。
パターン許容値：
パターンは常に、作成される最終的なジョブよりもいくらか大きくなります。この寸法の超過は、パターン許容値と呼ばれます。パターン許容値には、収縮許容値と加工許容値の2つのカテゴリがあります。
収縮許容値は、鋳物の収縮を処理するために提供されます。
鋳造物の完全な収縮は3段階で行われ、次の要素で構成されます。
（i）注入温度から凍結温度への液体の収縮
（ii）液体から固体への相の変化に関連する収縮
（iii）凝固温度から室温への固体鋳造物の収縮。
ただし、収縮許容値によって処理されるのは収縮の最終段階にすぎないことに注意する必要があります。明らかに、収縮許容量は熱膨張係数α l に依存します。 材料の。この係数の値が高いほど、収縮許容値の値が大きくなります。
鋳物の寸法lの場合、収縮許容値は積α l で与えられます。 l（θ f –θ 0 ）、ここでθ f は材料の凝固点であり、θ 0 は室温です。これは通常、特定の材料の単位長さごとに表されます。表2.1は、さまざまな材料を鋳造するための収縮許容値に関する定量的な考え方を示しています。
通常、鋳造面は粗すぎて最終製品の面と同じように使用することはできません。その結果、仕上げ面を製造するために機械加工作業が必要になります。機械加工を行う最終的な仕事の寸法を超える鋳造物の寸法（および結果としてパターンの寸法）の超過は、機械加工許容値と呼ばれます。
総加工許容値は、収縮許容値として直線的ではありませんが、材料とジョブの全体的な寸法にも依存します。表2.1は、さまざまな材料の加工許容値の概念も示しています。内面の場合、提供される許容値は明らかに負である必要があり、通常、加工許容値は表にリストされているものより1mm大きくなります。
元の仕事の次元からの別の逸脱があり、パターンで意図的に提供されています。これはドラフトと呼ばれます。これは、金型キャビティからのパターンの引き抜き方向に平行な表面に配置されたテーパーを指します。ドラフトは、パターンの簡単な引き出しを容易にします。ドラフトの平均値は1/2°から2°の間です。
型の準備：
型の数が少ない場合は、手作業で型を作ります。単純な金型が多数必要な場合は、成形機を使用します。
この記事では、金型製作のいくつかの重要な機能について簡単に説明します。また、いくつかの典型的な成形機の概要を説明します。
パターンの除去を容易にするために、別れの化合物、例えば、濡れていないタルクがパターンにまぶされている。鋳物の良好な表面を得るために、細粒に面した砂が使用されます。通常、液体金属の流体力によってダイコープフラスコが浮くのを防ぐために、コープフラスコに自重が置かれます。
大きなカビの場合、パターンを取り除くために持ち上げたときに砂がコープフラスコから落ちないように注意する必要があります。これは、コープフラスコ内にガガーと呼ばれる追加のサポートを提供することで実行できます。リムに溝のあるホイールなど、リエントラントな表面を持つ鋳造の場合、金型は3つの部分で作成できます（図2.3）。コープとドラッグの間の部分はチークと呼ばれます。ガスを簡単に逃がすために、コープフラスコにベントホールが設けられています。
成形機は、図2.4で説明した原理の1つまたは組み合わせで動作します。衝撃体当たりでは、金型を約5 cmの高さまで持ち上げ、1分間に200回の速度で50〜100回落下させます。これにより、やや不均一な体当たりが発生しますが、水平面には非常に適しています。一方、浅いフラスコでは圧搾で十分です。サンドスリング操作も非常に高速で、均一なラミングが可能です。ただし、これには高い初期費用がかかります。
キャストプロセスに関連する手順 ＃ 2。液化金属の溶解と注入：
溶ける ：
（i）機械的にトラップされる可能性があります（このような状況では、金型内の適切なベント配置により発生が防止されます）、
（ii）さまざまな温度と相での溶解度の変化により、生成される可能性があります。
（iii）化学反応により生成される場合があります。
どちらの場合も、溶解度（5）は次のように表すことができます-
S =C exp [-E s /（k
水素は発熱性金属に格子間溶解し、格子歪みを引き起こすと考えられています。吸熱金属では、水素は格子欠陥に溶解し、歪みを生じません。表2.2は、さまざまな金属の固相線温度での固相および液相への水素の溶解度を示しています。これらの溶解度の違いは、ガスの発生の原因です。
ほとんどの水素除去技術は、式（2.2）に基づいています。つまり、他の乾燥した不溶性ガスを溶融物にバブリングすることにより、水素の分圧を下げます。非鉄金属の場合、塩素、窒素、ヘリウム、またはアルゴンが使用されます。窒素はこれらに可溶であるため、鉄およびニッケルベースの合金には使用できません。また、窒化物を形成して結晶粒径に影響を与える可能性があります。したがって、特に鉄合金では、窒素の正確な制御が必要です。このような状況では、一酸化炭素の泡が使用されます。これにより、水素だけでなく窒素も除去されます。炭素含有量は、その後の酸化と再炭化によって制御されます。
鉄金属の場合、相変化中に窒素の溶解度が著しく低下すると、鋳造物に多孔性が生じる可能性があります。空気からの窒素の再突入は、溶融物の上部にある不浸透性のスラグによって防止されます。
現在、金属中のガスの溶解や溶融物中の反応性元素の組み合わせを防ぐために、真空溶融がますます使用されています。溶融物ではなく取鍋への添加は、ガスと化学組成を制御するのにより効果的であることがわかっています。
金属の化学的性質は、標準元素の制御だけでなく、機械加工性などのいくつかの重要な機械的特性も決定します。
注ぐ（ゲーティングデザイン） ：
キャストプロセスに関連する手順 ＃3。 冷却と固化 液体金属の ：
ライザーの設計と配置：
凝固時間は主に比率VIAに依存します。ここで、Vは鋳物の体積、Aは熱放散の表面積（つまり、鋳物）です。熱量は体積に比例し、熱放散率は表面積に依存するため、これも直感的に予想できます。この情報は、鋳造後にライザーが確実に固化するようにライザーを設計するときに利用されます。
ただし、ライザーから必要な液体金属の量に関する情報は、注入温度から凝固までに発生する収縮を補正するためにのみ使用されます。金属に応じて、この収縮の割合は2.5から7.5まで変化します。したがって、（大きな凝固時間を確保するために）大きなライザーボリュームを使用することは不経済です。したがって、ライザーは、鋳造よりも遅い冷却速度を維持しながら、可能な限り最小の体積で設計する必要があります。
表面積/体積比が高い鋳造には、冷却速度のみを考慮して決定されたものよりも大きなライザーが必要であることに注意してください。これは、次の例で明確に示されています。
25cm x 25cm x0.25cmの寸法の鋼板を考えてみましょう。その場合、鋳造品のA / V比は–
になります。
検討したライザーの体積は1.95cm 3 それだけ。したがって、はるかに大きなライザーが必要です。
ただし、ライザーの特定の形状について、ライザーの寸法は最小のA / V比が得られるように選択する必要があり、収縮を考慮して最小の体積を確保する必要があります。液体金属は、凝固プロセスの初期段階でのみライザーから金型に流入することを覚えておく必要があります。これには、ライザーの最小体積が、収縮の考慮だけで決定される約3倍である必要があります。
鋳鋼のライザーサイズの妥当性を確認するには、通常、Caineの関係が使用されます。凝固時間は、体積/表面積の比率の2乗に比例します。ただし、Caineの関係は、冷却速度が表面積/体積の比率に直線的に比例するという仮定に基づいています。
ここで、曲線上の点の縦軸は体積比を示し、横軸は凍結比を示しています。また、下付き文字cとrは、それぞれキャスティングとライザーを表します。与えられた鋳造とライザーの組み合わせについて、図2.31のポイントが曲線の右側にある場合、ライザーの適切性が保証されます。立ち上がりリング曲線の式は、
の形式です。
aが金属の凍結定数である場合、bは液体から固体への収縮率であり、cはライザーと鋳造物の周囲のさまざまな媒体に応じた定数です。鋳物とライザーの周りの金型材料が同じである場合、cの値は1です。鋼の場合、一般的な値はa =0.1およびb =0.03です。
（A / V） c の面倒な計算 複雑な鋳造の場合、図2.32に示すタイプの立ち上がりリング曲線を使用する別の方法が生まれました。この方法では、（A / V） c の代わりに形状係数（l + w）/ h 、はx軸に沿ってプロットされます。ここで、l、w、およびhは、それぞれ、鋳造物の最大長さ、最大幅、および最大厚さを示します。この方法とCaineの関係は、単純な形状の鋳造でほぼ同じ結果をもたらします。鋳物の本体（単純で規則的な形状）への付属物が薄い場合、凝固時間は大きく変化しません。
その結果、ライザーの計算されたボリューム（本体に基づく）のわずかな増加は、十分に仕事を実行します。付属物が重くなると、必要なライザーの体積は、鋳造物の修正された総体積に基づいて計算されます。鋳物の総体積は、メインセクションの体積に寄生体積と呼ばれる付属物体積の有効パーセンテージを加えたものと見なされます。
実効パーセンテージは、図2.33に示すタイプの曲線から推定されます。断面の幅が深さの3倍以上かそれ以下かによって、形状は板状または棒状と呼ばれます。
キャスティングまたはライザーの冷却速度（したがって凝固時間）を制御する特別な手段はありません。ただし、実際には、冷却速度を上げるために、鋳物にチルブロックまたは薄いフィンが使用されます。冷却よりも熱伝導率が高い金属の場合、冷却の効果は低くなります。同様に、ライザーの凝固時間を長くするために、ライザーにいくつかの発熱性化合物を添加して、ライザーを長期間溶融状態に保ちます。
これまでのところ、収縮と冷却速度の観点から、ライザーサイズの適切性に限定して説明してきました。ライザーリングのもう1つの重要な側面は、ライザー内の利用可能な液体金属を鋳造物内の目的の場所に確実に供給できるようにすることです。
実際、冷却の最終段階での鋳造内の温度勾配が最も重要な要素です。最小許容勾配は、断面の形状とサイズによって異なります。通常、（A / V）比が低い鋳造物（立方体や球体など）の場合、1つの中央ライザーで鋳造物全体に供給することができます。一方、（A / V）比が高い鋳造物（たとえば、バーとプレート）の場合、通常、複数のライザーが必要です。このような場合、ライザーの適切な位置を決定する必要があります。
厚さ100mmまでの鋼板の場合、最大送り距離が板厚の4.5倍未満であれば、中央ライザー1つで十分です。図2.34aで説明されているように、送り距離はライザーの端から測定する必要があります。合計距離4.5tのうち、ライザー勾配が距離2tまで優勢であるのに対し、端壁勾配は残りの距離2.5tで優勢であることに注意してください。したがって、2つの連続するライザーのエッジ間の最大距離は4tであり、9tではありません（図2.34bを参照）。
側面が50〜200 mmの正方形の断面のバーは、単一のライザーから最大距離30√sまで十分に供給することができます。ここで、sはmmで表される正方形の側面です。 2つの連続するライザーのエッジ間の最大距離は1.2秒（60√sではない）であることがわかります。
金型にチルが存在すると、ライザーの送り距離が長くなります。これは、急激な温度勾配を提供し、その結果、供給抵抗が減少することによって達成されます。シングルライザーを使用する場合は、チルを端に配置する必要があることは明らかです。複数のライザーの場合、チルは2つのライザーの中間に配置する必要があります。図2.35は、ライザーとチルの適切な配置を概略的に説明しています。さまざまな場合の最大許容距離もこの図に示されています。
キャストプロセスに関連するステップ ＃4。欠陥とその 検査 ：
キャストの欠陥：
（v）ゲーティングとライズリング。
（i）ブロー-これは、鋳物のコープ表面で溶融金属を置換するガスによって生成される、かなり大きく、丸みのある空洞です。打撃は通常、凸状の鋳造面で発生し、適切な通気と適切な浸透性を持たせることで回避できます。サンドミックス中の水分と揮発性成分の含有量を制御することも、ブローホールの回避に役立ちます。
（ii）傷跡-通常、法定紙幣の表面に見られる浅い打撃は、傷跡と呼ばれます。
（iv）ガスホール-これらは、ほぼ球形の閉じ込められた気泡を指し、液体金属に過剰な量のガスが溶解したときに発生します。
（v）ピンホール-これらは小さなブローホールに過ぎず、鋳造面またはそのすぐ下に発生します。通常、これらは多数見られ、鋳造面全体にほぼ均一に分布しています。
（viii）包含-金属マトリックス内の非金属粒子を指します。分離すると非常に望ましくなくなります。
（x）汚れ-コープから落ちた砂の粒子が鋳物の上面に埋め込まれることがあります。取り外すと、これらは汚れと呼ばれる小さな角のある穴を残します。落下や汚れなどの欠陥は、適切に設計されたパターンは、コープの一部をできるだけ少なくする必要があることを示唆しています。また、最も重要なサーフェスをドラッグに配置する必要があります。
（xii）バックル-これは、高温金属の平らな鋳造物の表面に発生する、長く、かなり浅く、幅の広い、V字型のくぼみを指します。この高温では、金型面の液体金属が固化する前に、金型面の砂の薄層が膨張します。この膨張がフラスコによって妨げられるため、金型面が膨らみ、V字型を形成する傾向があります。したがって、砂混合物中の適切な量の揮発性添加剤は、この膨張のための余地を作り、座屈を避けるために不可欠です。
（xiii）かさぶた-これは、砂の薄い層の上に、鋳造面の上に突き出た、金属の粗くて薄い層を指します。層は砂を通して金属ストリンガーによって鋳造物に保持されます。かさぶたは、隆起した砂が型の表面から分離され、液体金属が型と押しのけられた砂の間の空間に流れ込むときに発生します。
（xiv）ラットテール-これは、通常、薄い鋳物に見られる長くて浅い角のあるくぼみです。その形成の理由はバックルのそれと同じです。ここでは、膨張する砂の隆起の代わりに、圧縮された層が一方の層で失敗し、もう一方の層の上を滑っています。
（xv）浸透-金型の表面が柔らかすぎて多孔質である場合、液体金属が砂粒子間をある距離まで金型に流れ込む可能性があります。これは粗い多孔質の突起を引き起こし、この欠陥は浸透と呼ばれます。鋳造面での砂の融合により、ざらざらした光沢のある外観が得られます。
（xvi）膨潤-この欠陥は、砂の高含水率によって引き起こされる静水圧によって鋳物砂が変形した場合に、鋳物の垂直面に見られます。
（xvii）ミスラン-多くの場合、液体金属は、過熱が不十分なために、金型キャビティの最も遠い点に到達する前に凍結を開始する場合があります。このようにして生じる欠陥は、ミスランと呼ばれます。
（xviii）コールドシャット-両側にゲートがある鋳造物の場合、鋳造物の中央にミスランが現れることがあります。これが発生した場合、その欠陥はコールドシャットと呼ばれます。
（xix）熱間引裂-高い残留応力のために鋳物に発生する亀裂は、熱間引裂と呼ばれます。
（xx）収縮キャビティ-不適切なライザーは、すでに詳述したように、収縮キャビティと呼ばれる欠陥を引き起こす可能性があります。
（xxi）シフト-金型またはコアの2つの半分の位置がずれていると、鋳造不良が発生する可能性があります。したがって、この欠陥はモールドシフトまたはコアシフトと呼ばれます。
鋳物の検査 ：
磁性粒子試験は、強磁性体の鋳造物の表面またはその直下にある非常に小さなボイドや亀裂をチェックするために実施されます。これにより、粉末状の強磁性体が表面に広がります。 。
X線撮影法は費用がかかり、地下探査にのみ使用されます。ここでは、X線とy線の両方が使用されます。 Y線を使用すると、複数のフィルムを同時に露光できます。ただし、X線写真はより明確です。この方法では、ボイド、非金属介在物、多孔性、亀裂、裂け目などのさまざまな欠陥を検出できます。露光されたフィルムでは、欠陥は密度が低く、周囲とは対照的に暗く見えます。
この方法は、減衰能力の高い材料（鋳鉄など）にはあまり適していません。このような場合、信号がある程度の距離でかなり弱くなるためです。
産業技術