砂型鋳造の熱処理方法：強度と耐久性の向上

砂型鋳造は、砂で立体的なパターンから型を作り、溶融金属を型腔に注いで凝固させる金属成形プロセスです。工程の一環として、鋳造品は一連の加熱・冷却プロセスを経て、お客様が定めた硬度、金属組織、機械的仕様を満たすよう調整されます。

砂型鋳造で製造される典型的な製品には、エンジンブロック、シリンダーヘッド、ピストン、フレーム、ブラケット、高馬力エンジン用マニホールド、インペラ、ハウジング、建設・農業機械用トランスミッションのギアボックス部品などがあります。熱処理は鋳造品の機械的・物理的特性を改善し、引張強度を高め、金属の延性（伸び）を低減させます。本稿では砂型鋳造向け熱処理の種類を紹介します。

砂型鋳造熱処理の3段階

熱処理は砂型鋳造品の制御された加熱と冷却を含みます。高温を用いて材料の微細構造を変化させ、鋳造品の機械的特性に望ましい変化をもたらすのが目的です。主な3段階は以下の通り。

• 加熱：金属を徐々に所定温度まで加熱し、割れずに形状を保持させます。この段階で均一に加熱することが割れや歪み防止に不可欠。加熱速度は材料種類、熱伝導率、鋳造品サイズに基づきます。
• 保持（浸漬）：所定温度で一定時間保持します。必要な内部構造変化が完了するまで材料をその温度に保つのが目的。保持時間は材料種類、ワークピースのサイズと複雑さによります。表面のみの構造変化で済むものもあれば、全体を均一化する必要があるものもあります。
• 冷却：鋳造品を室温まで制御された方法で冷却し、望ましい機械的特性を得ます。冷却方法は材料種類により、空冷、冷却媒体冷却、溶液中での急冷（焼入れ）などがあります。

砂型鋳造向け熱処理の種類

加熱・保持・冷却のステップは共通ですが、到達温度、保持時間、冷却速度の違いにより最終結果が変わります。主な種類は以下の通り。

• 焼鈍（アニーリング）：材料を上部臨界温度以上まで加熱し、徐冷します。金属をより耐久性があり加工しやすい特性に改善し、残留応力を低減。後工程への影響を減らし、割れリスクを低減して鋳造プロセスに柔軟性を与えます。ワークピースの追加加工性も向上。
• 正火（ノーマライジング）：ワークピースの硬度を向上。焼鈍温度範囲以上まで加熱し結晶構造を変化させ、常温空気中で冷却。応力が少なく、切削性に優れたワークピースが得られます。
• 焼入れ（ハードニング）：金属をより強くしますが、脆くなる可能性も。徐冷の代わりに水、塩水、油溶液に浸漬して急冷。表面のみを硬化させる場合もあります。
• 焼き戻し（テンパリング）：焼入れ点未満の温度まで加熱、保持、空冷。脆性を低減しますが、材料が軟化することもあります。

適切な熱処理方法の選択は、関わる金属の種類と望ましい最終特性に関連します。

砂型鋳造熱処理のメリット

材料種類、鋳造品の用途、お客様の仕様により様々なメリットが得られます。代表的なメリットには以下があります。

• 材料に所望の軟らかさや硬さを付与
• 電気伝導度と熱伝導度に影響
• 磁気特性を変更
• 先行工程からの応力を除去
• 望ましい化学的特性を付与

砂型鋳造熱処理についてさらに知る

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