鋳鉄–特性、種類、用途
鋳鉄とは何ですか？
鋳鉄 は2〜4％の炭素を含む鉄合金です 、さまざまな量のシリコンとマンガン、および硫黄やリンなどの微量の不純物。鉄鉱石は高炉で還元されて製造されます。
鋳鉄中の炭素は通常、一緒に関連付けられた2つの形式で存在します
（ 1 ）複合セメンタイトとして つまり、化学的結合の状態にあり、鉄は白い鋳鉄として知られています 、および
（ 2 ）フリーカーボンとして 、すなわち、機械的混合の状態にある。最初の形式の炭素は「結合炭素」と呼ばれます 「そして後者ではねずみ鋳鉄と呼ばれます 。
これら2種類の鉄の中間段階では、白い構造に灰色の斑点が見られます。この鉄はまだらの鉄と呼ばれます 。
まだらにされた鋳鉄（MCI）は、抵抗、熱伝導率、弾性率の高さの組み合わせにより、特に最後のミルスタンドでミルローリングに使用される材料です。 MCIでは、白鋳鉄とねずみ鋳鉄の微細構造領域は凝固によって生じます。
したがって、鋳鉄の品質は、含まれる炭素の絶対量だけでなく、その炭素が存在する条件にも依存します。一般的に使用されている鋳鉄の種類は次のとおりです：
鋳鉄の種類
一般的に使用されている鋳鉄の種類は次のとおりです。-
- ねずみ鋳鉄
- 白い鋳鉄
- 可鍛鋳鉄
- ダクタイル鋳鉄
- 冷やした鋳鉄
- 合金鋳鉄
- ミーハナイト鋳鉄
1。ねずみ鋳鉄
これは、溶融金属を冷却し、ゆっくりと固化させることによって得られます。 固化すると、鉄はグラファイトフレークの形で炭素の大部分を含みます 。
ねずみ鋳鉄には、大量の炭素と、シリコンリン、硫黄、マンガンなどの比較的少量の他の元素が含まれています。
鈍い灰色の結晶または粒状構造を示します 強い光は光沢効果を与えます 遊離黒鉛フレークの反射による。この遊離黒鉛の存在は、鋳鉄をファイリングまたは機械加工するときにも見られ、手を黒くします。
鋳鉄はもろい 重いハンマーを使用すると簡単に壊れることがあります。鉄の強度は、引張よりも圧縮の方がはるかに大きくなります。鋳鉄の極限引張強さは、12〜13 kgf / mm2（120〜300ニュートン/mm²）の間で変化し、鉄の組成によって異なります。圧縮では、ねずみ鋳鉄は1 mmあたり約60〜75 kgfに耐えますか？ （600〜750ニュートン/ mm2）破砕前、せん断中の強度は約15〜22 kgf / mm2（150〜225ニュートン/ mm2）です。硬度は150から240BHNの範囲です。その使用を支持する主な利点は次のとおりです：（1）その安さ、（2）
溶融温度が低く（1,150°C〜1,200°C）、溶融状態での流動性があり、（3）機械加工が容易です。鋳鉄のさらに優れた特性は、その構造内の遊離黒鉛が潤滑剤として機能しているように見えることです。 、そして大きなマシンスライドがそれで作られているとき、非常に自由に動くアクションが得られます。鉄の流動性分析により、複雑な形状の部品やほとんどすべての鋳鉄の形状の鋳造品を製造するために広く使用できます。
2。白鋳鉄
白い鋳鉄 セメンタイト（炭化鉄）の形でのみ炭素を含みます。これは、比較的大量のマンガン、非常に少量のシリコンの存在、および急速な冷却によって得られます。砂の通常の冷却速度は遊離グラファイトを生成しますが、急速冷却はセメンタイトの生成に役立ちます。さらに、マンガンは炭化物の形成を促進します。白鋳鉄のおおよその化学組成を表4.2に示します。
白い鋳鉄は非常に硬く（硬度は400〜600 BHNの範囲）、もろく、破断面は銀色の金属の外観をしています。エンジニアリングの観点から、白い鋳鉄の用途は限られています。これは、機械加工が困難であり、一般に機械加工能力が比較的低いためです。このタイプの鉄は、錬鉄の製造に広く使用されています。白鋳鉄は、可鍛鋳鉄を作るための中間材料としても鋳造されています。白い鋳鉄は灰色の種類ほど錆びません。
3。可鍛鋳鉄
通常の鋳鉄は硬くて脆いです。したがって、薄くて軽く、衝撃や振動にさらされる物品や、さまざまな機械部品に使用される小さな鋳物には適していません。
「可鍛性」という用語の適用 鋳造品は、可鍛性の基準と比較した場合、あまり可鍛性がないため、誤称です。しかし、かなりもろいねずみ鋳鉄の鋳物と比較すると、可鍛性の鋳物はある程度の靭性を備えているため、おそらくそのように名付けられました。
可鍛性鋳物 最初に、すべての炭素を組み合わせた形の鉄、つまり白い鋳鉄から作られます。次に、鋳物を柔軟化するために2つの方法が使用されます。（1）ホワイトハート 、および（2）ブラックハート 。名前は、各方法で製造された鋳物によって与えられた骨折の色を表しています。両方の品種のおおよその化学組成を表4.3に示します。
4。ダクタイル鋳鉄
球状黒鉛鋳鉄 、ダクタイル鋳鉄とも呼ばれます は、グラファイトがフレークの形ではなく回転楕円体の形で沈殿するため、より高いグレードです。これは、マグネシウム、セリウム、カルシウム、ビスマス、亜鉛、カドミウム、チタン、またはホウ素のいずれかの元素を添加するなど、さまざまな方法で実現できます。
フェロシリコンは接種剤としても使用されます。球状鋳鉄は、可鍛鋳鉄よりも厚い部分で製造できます。球状鋳鉄の優れた特徴は、流動性が高く、複雑な形状の鋳造が可能であり、強度と延性の優れた組み合わせです。この鉄の引張強度は、1mm2あたり約33kgf（330ニュートンペットmm）です。この材料は、ダクタイル鋳鉄とも呼ばれます。 。
球状鋳鉄は、密度と耐圧性が非常に望ましい品質である鋳造部品に広く使用されています。それらには、油圧シリンダー、バルブ、パイプおよびパイプ継手、コンプレッサーおよびディーゼルエンジン用のシリンダーヘッドが含まれます。圧延機用のロールや多くの種類の遠心鋳造部品も球状鋳鉄でできています。
5。冷やした鋳鉄
急冷は「冷却」と呼ばれます 」とそのように生成された鉄は「チルドアイアン」です 」。すべての鋳物は、型内の冷たい砂と接触することにより、外面で冷却されます。鋳鉄は砂よりも熱伝導率が高いため、鋳物の冷却部分は急速に凝固および冷却され、それによって群れの表面が生成されます。しかし、この硬度は深さ約1〜2mmしか浸透しません。
鋳物が意図的に冷やされることもあれば、誤って浅い深さまで冷やされることもあります。金型の硬い表面が必要な部分には、砂の代わりに鋳鉄を使用して意図的に冷却します。これらが溶融金属に触れると、その表面は突然冷却され、白い鋳鉄に変換されます。チルキャスティングでは、耐熱鋼またはフレークグラファイトを含む鋳鉄で作られた永久金型が使用されます。
悪寒 一部の部品は白鋳鉄の硬度が必要であり、他の部品はねずみ鋳鉄の比較的柔らかくて丈夫なコアが必要な鋳物に使用されます。
6。合金鋳鉄
合金鋳鉄 近年、通常の鋳鉄に固有の特定の欠陥を克服し、特別な目的により適した品質を提供するために開発されました。ニッケル、クロム、モリブデン、チタン、シリコン、銅、その他の合金元素を添加すると、この鋳鉄に特別な特性が与えられます。
ニッケルを1％または2％使用するのが適切です。良質の鉄は、この鋳鉄の特性を改善するための簡単で効果的な手段を提供します。
ニッケルの1〜2％の使用が適切です。良質の鉄は、鉄鋳物によって提供される特性とサービスを改善するための簡単で効果的な手段を提供します。鋳鉄の被削性と構造の均一性を確保します。 25％程度のニッケルを使用することで、アブレシブ摩耗を受けた部品の寿命を延ばすこともできます。
7。ミーハナイト鋳鉄
すべてのサイズのシリンダーまたはシリンダーライナーは、最小から最大まで、優れた例を提供します。ニッケル鋳鉄は、腐食性腐食に耐えるためにも使用されます。このため、苛性アルカリと接触する苛性ポット、パイプ、その他の鋳物の製造に広く使用されています。
ニッケルをわずか1％添加するだけで、この目的のためのあらゆる面でのメリットが得られます。鋳鉄にニッケルを使用する最も重要な要素は、断面が大きく変化する鋳物の密度と気密性を確保することです。これにより、蒸気および油圧機械、コンプレッサー、内燃機関の多くの部品にニッケルキャストが適用されるようになりました。
摩耗品質の改善が重要な場合、ニッケルにクロムを添加すると便利なことがよくあります。このように合金化された鋳鉄は、摩擦摩耗および侵食摩耗を考慮しなければならないすべてのタイプのポンプに幅広い用途があります。 10〜30％のクロムと1〜3％の総炭素を含む合金鋳鉄も、高温での強度と組み合わされた高度の耐熱性を示します。
10％のニッケルと6％のマンガンで合金化された鋳鉄は非磁性になります。特殊な非磁性の特許取得済みの鋳鉄は、「 Nomag」という名前で知られています。 」。
ミーハナイト鋳鉄
金属がケイ化カルシウムで処理された鋳鉄は、ミーハナイトの商品名で知られています。ケイ化カルシウムは黒鉛化剤として機能し、優れた機械的特性の鋳鉄を与える微細な黒鉛構造を生成します。しかし、メカナイト鉄の高品質は、ケイ化カルシウムの使用だけでなく、コピュラまたは電気炉での鉄の溶解および鋳物の成形に関与するすべての要因の注意深い制御によるものです。凝固後の鉄には、ケイ化カルシウムはほとんど残っていません。
使用される金属はシリコンが少なく、炭素が適度に少なく、制限されており、約2.5〜3パーセントです。これは通常、鋳造すると白くなりますが、ミーハナイト制御システムによる黒鉛化は、エンジニアリング業界の幅広い要件を満たすためのさまざまな材料を提供します。
現在、26種類以上のミーハナイト金属が5つの大まかな分類で利用可能です：（a）一般工学 、（b）耐熱性 、（c）耐摩耗性 、（d）耐食性 、（e）結節状の「S」タイプ。
すべてのミーハナイトアイアンは、高強度の靭性、延性、および容易な機械加工性を備えています。したがって、彼らは通常の鋳鉄と鋼の間のギャップを埋めると主張しています。鋳物の重量は500〜6,000kgです。金属はきめが細かく、ブリネル硬さは200から210です。
ミーハナイト鉄は、通常のねずみ鋳鉄とは異なり、熱処理に反応し、全体または表面が硬化します。工作機械の鋳造に使用する適切な処理によって強化することもできます。
鋳鉄の生産
鋳鉄は、高炉で鉄鉱石を溶かした副産物である銑鉄から作られています。鋳鉄は、溶融銑鉄から直接、または銑鉄を再溶解することによって作成できます。多くの場合、大量の鉄、鋼、石灰石、炭素（コークス）、および望ましくない汚染物質を除去するためのさまざまな手順が使用されます。リンと硫黄は溶鉄から燃え尽きる可能性がありますが、これは炭素も燃え尽きるので、交換する必要があります。炭素とシリコンの含有量は、用途に応じて、それぞれ2〜3.5％と1〜3％の範囲で、必要なレベルに調整されます。必要に応じて、最終的なフォームをキャストする前に、他の要素をメルトに追加できます。
鋳鉄は、キュポラと呼ばれる特殊な高炉で溶解することがありますが、最近の用途では、電気誘導炉または電気アーク炉で溶解するのが一般的です。溶解プロセスが完了したら、溶融した鋳鉄を保持炉または取鍋に注ぎます。
産業技術