鋳鉄対鋳鉄: 重要な違い, プロパティ & アプリケーション

1. 導入

鋳鉄製と鋳鉄はどちらも融解と鋳造プロセスを通じて生成される鉄金属です.

彼らは、彼らのプロパティの基本要素（アイアン）を共有していますが, アプリケーション, 炭素含有量と合金要素の変動により、パフォーマンスの特性が大きく異なります.

鋳鉄と鋳鉄のどちらかを選択することは、エンジニアにとって非常に重要です, メーカー, デザイナーは強さに直接影響を与えるからです, 加工性, 耐食性, コンポーネントの全体的なライフサイクルコスト.

この記事では、冶金を探ります, 機械的挙動, 生産方法, そして、鋳鉄と鋳鉄の最終用途の適合性を深く.

2. 鋳鉄とは何ですか?

鋳鉄 鉄炭素合金のグループです 通常、炭素含有量 2.0% そして 4.0%, さまざまなレベルのシリコンとともに (1.0–3.0％), マンガン, 硫黄, とリン.

この高い炭素含有量はそれを鋼と区別し、鋳鉄に明確な物理的および機械的特性を与えます.

エンジニアリングと製造で最も古く、最も広く使用されている鉄金属の1つです, そのために評価されています 優れたキャスティブ可能性, 振動減衰, そして 圧縮強度.

歴史的文脈

鋳鉄の日付の使用は、中国で紀元前5世紀にさかのぼります, 15世紀から広範囲にわたる産業養子縁組があります.

建設に革命をもたらしました, 機械, と輸送, 橋やパイプからエンジンや調理器具まで、あらゆる方法に進出する.

鋳鉄の重要なタイプ

鋳鉄の重要な特徴

• 高い炭素含有量: キャスティブを向上させ、耐摩耗性を高めますが、延性を低下させます.
• 優れたキャスティブ可能性: 低融点 (≈1150〜1200°C) そして、良好な流動性は複雑になります, 大きい, そして、簡単にキャストされる複雑な形状.
• 良好な減衰能力: 特に灰色の鉄で, 振動をよく吸収します, 機械のベースに最適です.
• 脆さ: ほとんどのフォーム, 特に灰色と白の鋳鉄, 引張荷重または衝撃荷重下で骨折します.
• 熱伝導率: 熱分布に有効, エンジン部品と調理器具に適した素材にする.
• 耐食性: コーティングなしで中程度, 特定の合金要素または表面処理で改善されましたが.

3. 鋳鉄とは何ですか?

鋳鋼 aを持つ鉄炭素合金のカテゴリです 通常、炭素含有量は範囲です 0.1% に 0.5%, 溶融鋼を型に溶かして鋳造することによって生成され、特定の形を形成する.

鋳鉄とは異なり, 鋳鉄製の炭素含有量は低くなっています, その結果、大幅になります より高い延性, タフネス, および溶接性.

それは特に、関連するアプリケーションに好まれています 動的荷重, 耐衝撃性, そして 耐摩耗性.

歴史的文脈

錬金術鋼は古代にさかのぼります, 鋳鋼 19世紀に広く利用可能になりました。ベッセマーやオープンハースの方法などの鉄鋼メイキングプロセスの進歩により.

今日, 鋳鉄は構造の重要な材料です, 自動車, マイニング, 強度と汎用性による圧力を含むアプリケーション.

鋳造品の主要な種類

鋳鉄の重要な特性

• より低い炭素含有量: 通常0.1〜0.5％, 鋳鉄と比較して優れた延性と溶接性をもたらす.
• 高強度 & タフネス: 鋳鉄製のオファー 優れた機械的特性, 高い引張強度と衝撃負荷に対する抵抗を含む.
• 熱処理可能: 鋳鉄とは異なり, 鋳鋼は熱処理できます (クエンチ, 気性, 正規化) 硬さを高めるため, タフネス, そして耐摩耗性.
• 溶接性: 製造に最適です, 修理, および参加 - 変更やメンテナンスが必要なコンポーネント用のideal.
• 加工性: 一般的に良い, ただし、合金組成と熱処理状態によって異なります.
• 耐食性: 合金要素によって大きく異なります. ステンレスグレードは非常に腐食耐性です.

4. 比較表: 鋳鉄対鋳鉄

5. 一般的な鋳造方法: 鋳鉄対鋳鉄

鋳造方法の選択は、コスト制御のために極めて重要です, 寸法精度, 機械的性能, および生産規模.

鋳鉄製と鋳鉄は、いくつかの鋳造技術を共有しています, しかし、各素材は融点の違いによりユニークな課題を提示します, 凝固挙動, および合金反応性.

鋳鉄製の鋳造方法

鋳鉄製の砂鋳造

砂鋳造 鋳鋼部品を生産するための最も広く使用されています, 特に中程度から大きなコンポーネントの場合.

パターン (木材, 金属, または樹脂) 緑の空洞を形作るために使用されます (粘土バウンド) または化学的に結合した.

鋳鉄製には高温の温度が必要だからです (1,450–1,600°C), カビ材料とゲーティングシステムは、熱衝撃を処理するように設計する必要があります, 侵食, そして収縮.

一般的な部分: ギアボックス, バルブボディ, 構造括弧.

キャスト鋼投資キャスティング (失われたワックス)

インベストメント鋳造 薄い壁と厳しい許容範囲で複雑な形の生成に優れています. ワックスパターンはセラミックスラリーでコーティングされています, 後で脱線して発射されるシェルを形成します.

この高精度プロセスは、機械加工を最小限に抑える能力のため、鋳造品に最適です, 特に複雑な航空宇宙の場合, 医学, またはエネルギーコンポーネント.

一般的な部分: タービンブレード, 医療機器, 軍事部品.

鋳鉄製のシェル型鋳造

シェルモールディング 加熱された金属パターンを使用して、樹脂でコーティングされた砂シェルを治す. 従来の砂鋳造と比較して、優れた表面仕上げと寸法の一貫性を提供します.

スチール用, このプロセスは、再現性が高い中程度複合コンポーネントが必要な場合に特に効果的です.

一般的な部分: エンジンマウント, 油圧ブラケット, ベアリングキャップ.

鋳鋼遠心鋳造

で 遠心鋳造, 溶融鋼は回転型に注がれます.

高速回転は金属壁に金属を外側に分配します, 密度の増加と包摂やガスの多孔性などの欠陥の減少.

円筒形または管状の部分に特に便利です, この方法は、細粒のコンポーネントを生成します, 非常に均一な構造.

一般的な部分: スチールパイプ, 袖, そしてオイルのリング & ガスまたは鉄道アプリケーション.

鋳鋼の連続鋳造 (セミフィニッシュ製品用)

ネット近くの部品や完成した部品には使用されていませんが, 鉄鋼産業ではビレットを生産するために継続的な鋳造が不可欠です, 花, およびスラブ.

溶融鋼は水冷型に注がれます, 引き出されたときに固化します. これらのフォームは、後で鍛造によって処理されます, 機械加工, またはローリング.

製品: バーストック, 構造ビーム, 鋼鉄鋼.

鋳鉄の鋳造方法

鋳鉄グリーンサンドキャスティング

グリーンサンドキャスティングは、コストが低いため、鋳鉄の支配的な方法のままです, リサイクルバリティ, および適応性.

「緑」は砂の水分含有量を指します, ベントナイト粘土と結合しています.

鋳鉄の優れた流動性と低い融点 (1,100–1,250°C) このプロセスに完全に適しています.

一般的な部分: マンホールカバー, エンジンブロック, コンプレッサーハウジング.

鋳鉄なし (樹脂結合) 砂鋳造

ノーベークモールディングで, 砂は室温で治療する樹脂と触媒と混合されています, 強い形成, 硬質型.

このプロセスは、緑の砂が提供できるよりも優れた寸法精度と滑らかな表面を必要とする大きな鋳鉄部品に好まれます.

一般的な部分: 大きな機械ベース, 産業用ハウジング, インペラ.

鋳鉄製シェル型鋳造

シェル型鋳造は鉄ではあまり使用されませんが、より緊密な許容範囲やより滑らかな仕上げが必要な場合は有益なままです. 樹脂でコーティングされた砂は薄い形を形成します, パターンの周りの半剛性シェル.

鋳鉄がうまく流れるからです, このプロセスにより、最小限の点滅と細かいエッジ定義が保証されます.

一般的な部分: ギアハウジング, バルブボディ, 装飾的な鉄工.

鋳鉄の遠心鋳造

延性鉄パイプおよびシリンダーライナーに広く使用されています, 遠心鋳造レバレッジの回転力は、金型内に溶融金属を分布させる.

鋳鉄用, これにより、結節の形成が強化されます (延性グレード), 気孔率が低下します, 穀物の洗練を促進します.

一般的な部分: パイプセクション, フライホイール, ブレーキドラム.

鋳鉄はフォームキャスティングを失いました

フォームキャスティングの紛失 骨のない砂に埋め込まれたポリスチレンパターンを使用します. 溶融鋳鉄が注がれたとき, 泡が蒸発します, 鉄の反応性が低いため、最小限のガス閉じ込めで形状を形成する.

この方法は、ラインやコアを別にすることなく複雑な幾何学に優れています.

一般的な部分: エンジンマニホールド, ポンプハウジング, 装飾品.

鋳造特性の重要な違い

6. 熱処理と溶接性: 鋳鉄対鋳鉄

熱処理 溶接性は、パフォーマンスに影響を与える重要な要因です, サービスライフ, 鋳造コンポーネントの修理可能性.

鋳鉄と鋳鉄の基本的な冶金の違いは、各材料が熱加工と溶接にどのように反応するかに直接影響します.

鋳鋼

熱処理:

鋳造鋼には一般に、より低い炭素が含まれています (0.1–0.5％) そして、その機械的特性を調整するために、さまざまな熱処理を受けやすい. 一般的な熱処理には含まれます:

• アニーリング: 鋼を柔らかくします, 残留応力を減らします, 機械性を向上させます.
• 正規化: 臨界温度を上回ることにより、穀物構造を改良します (〜870–950°C) その後、空冷が続きます; 強度と靭性を高めます.
• クエンチングと焼き戻し: 迅速な冷却 (消光) オーステナイト温度から (〜900〜1,000°C) マルテンサイトを形成する, その後、硬度と延性のバランスをとるための気性が続きます.
  このプロセスは、耐摩耗性または高強度鋳鉄部品に不可欠です.

これらの熱処理により、鋳鉄は幅広い機械的特性を実現できます, 高い引張強度を含む (400–800 MPa), 衝撃の靭性が向上しました, そして制御された硬度.

溶接性:

鋳鋼の比較的低い炭素含有量と均一な微細構造により、溶接性が高くなります. そのような従来の技術を使用して溶接できます:

• シールドされた金属アーク溶接 (スモー)
• ガスタングステンアーク溶接 (gtaw)
• フラックスコードアーク溶接 (fcaw)

しかし, 割れを避けるために、予熱および溶接後の熱処理を制御するように注意する必要があります, 特に合金化された鋳物鋼または厚いセクションで.

溶接金属は、基本材料の特性に密接に一致させることができます, 効果的な修理と参加を可能にします.

鋳鉄

熱処理:

鋳鉄, その高い炭素含有量 (2.0–4.0％) グラファイトフレークまたは結節の存在, 熱処理とは異なる反応を示します:

• アニーリング: 硬さを低下させ、延性を改善するために、順応性鉄によく適用されることがよくあります.
• 正規化: 使用されています, 主に白い鋳鉄の微細構造を変更する.
• ストレス緩和: 残留応力を減らしますが、硬度や強度を大幅に変えることはありません.

鋳鋼とは異なり, 鋳鉄はグラファイトの存在のためにクエンチングによって効果的に硬化することはできません, マルテンサイト変換を阻害します.

したがって, その機械的特性は、キャストと冷却後にほぼ固定されています.

溶接性:

鋳鉄の溶接は大きな課題をもたらします:

• グラファイトフレークの存在 (特に灰色の鋳鉄で) 溶接中の亀裂開始と伝播を促進します.
• 高い炭素等価性は、脆性と熱い亀裂のリスクにつながります.
• 溶接とベースメタル間の熱膨張の不一致は、残留応力を引き起こす.

鋳鉄の溶接にはしばしば必要です:

• 予熱などの専門的な手法 (200–400°C), ゆっくりと冷却, ニッケルベースのフィラー金属の使用.
• ひびを最小限に抑えるために、溶接後のピーニングまたはストレス緩和.

8. 耐食性と表面仕上げ: 鋳鉄対鋳鉄

腐食性環境での材料行動と、鋳造または機械加工後の達成可能な表面品質は、コンポーネントの耐久性における重要な要因です, パフォーマンス, と美学.

鋳鉄と鋳鉄, 両方の鉄物質, 特に耐食性とその組成による仕上げ後の仕上げの特性が異なります, 微細構造, および炭素含有量.

耐食性

鋳鋼

一般的に鋳鉄は持っています 内因性腐食抵抗が低い より反応的であるため、鋳鉄よりも, 均一な微細構造と低い炭素含有量.

しかし, それは提供します より大きな汎用性 合金処理および表面処理による腐食制御.

特性:

• 未成年の炭素鋼鋳物 になりやすい 均一な錆び 湿気や酸素にさらされた場合.
• 合金化された鋳物鋼 (例えば。, クロム付き, ニッケル, またはモリブデン) さまざまな環境に抵抗できます:

• • ステンレス鋼の鋳物 (≥10.5％Cr) 強い腐食抵抗を示します, 酸性または海洋の環境でも.

• と互換性があります コーティング (亜鉛メッキ, 絵画, エポキシ) 強化された保護のため.

鋳鉄

より脆いにもかかわらず, 鋳鉄はよく示されます 停滞または軽度の腐食性環境でのより良い耐食性, 主にのためです 保護酸化物層 グラファイトの含有量と表面テクスチャによって形成されます.

特性:

• 灰色の鋳鉄 フォームa 安定した, 酸化酸化層 それは腐食を遅らせます - 自己制限プロセス.
• グラファイトマトリックス カソードとして機能します, 鋳鉄が深い孔食の傾向が少なくなりますが、均一な表面酸化の影響を受けやすくする.
• 延性鉄 灰色の鉄よりも優れた腐食性能を提供します, 特にコーティングまたはエポキシライニングを使用します.

キャストと機械加工後の表面仕上げ

鋳鋼

• そのため 密で均質な穀物構造, 鋳鉄はaを達成できます より滑らかな表面仕上げ マシン後と研磨後.
• AS-CASTサーフェス 鋳鉄よりも粗い傾向がありますが、投資や恒久的な金型鋳造を使用して改善することができます.
• 必要なコンポーネントに最適です 厳しい公差または重要なシーリング表面.

典型的な仕上げ (as-cast):

• 砂鋳造: RA 12.5-25 µm
• インベストメント鋳造: RA 1.6-6.3 µm

鋳鉄

• 鋳鉄は持っています 優れたキャスティブ可能性, しばしばその結果です より良い表面複製 カビから.
• しかし, the グラファイトの存在 aを作成できます わずかに多孔質の表面テクスチャ, 特に灰色の鉄で.
• 加工性は優れています グラファイトがチップブレーカーと潤滑剤として作用するため, マシニング後の仕上げにつながります.

典型的な仕上げ (as-cast):

• 緑の砂鋳造: RA 6.3-12.5 µm
• シェル型鋳造: RA 3.2-6.3 µm

9. 鋳鋼と鋳鉄の利点と制限

の間の選択 鋳鋼 vs 鋳鉄 機械的性能のバランスに依存します, 料金, 製造, 耐食性, アプリケーション固有の要求.

どちらの資料も、設計と調達の決定に影響を与える明確な強みとトレードオフを提供します.

鋳鋼

利点

1. 高い延性 & タフネス
   鋳鋼は、優れた耐衝撃性と引張強度を示します, 動的および高負荷アプリケーションに適しています.
2. 優れた溶接性
   その低炭素含有量と均一な構造により、溶接と修理が簡単になります.
3. 広い合金の選択
   クロムと合金化できます, ニッケル, モリブデン, 等, 耐食性を高めるため, 硬度, または耐熱性.
4. 熱の治療可能性
   機械的特性は、熱処理を通じてカスタマイズできます (例えば。, 消光, 焼き戻し, アニーリング).
5. 良好な疲労抵抗
   周期的な負荷と衝撃状態に最適です (例えば。, 構造部品または自動車部品).

制限

1. より低いキャスティブ可能性
   縮小が高く、流動性が低いため、鋳造の複雑または薄壁の形状がより困難になります.
2. より高いコスト
   エネルギー使用に関してより高価です, カビの複雑さ, および合金要素.
3. 表面仕上げ
   一般的に、キャスト形式の鋳鉄よりも粗く、追加の機械加工が必要になる場合があります.
4. 腐食が発生しやすい (解釈されていない場合)
   腐食性環境での用途にコーティングまたは合金が必要です.

鋳鉄

利点

1. 優れたキャスティブ可能性
   金型に簡単に流れます; 複雑に最適です, 薄壁, または複雑な形状.
2. 優れた加工性
   グラファイト微細構造は潤滑剤として機能します, 加工性とツールの寿命を改善します.
3. 良い振動減衰
   騒音と振動制御が重要な機械ベースとエンジンブロックに最適.
4. 費用対効果
   融点が低く、エネルギー集約型の処理が少ないこと全体のコストが削減されます.
5. 自然腐食抵抗 (停滞した条件)
   特に灰色の鉄, 保護酸化物層を形成します.

制限

1. 脆性骨折
   延性の低さと耐衝撃性が低いため、動的荷重や高ストレス用途には適していません.
2. 溶接性が低い
   グラファイトフレークと高い炭素含有量のために溶接するのが難しい; 多くの場合、修理は非現実的です.
3. 低い引張強度
   負荷をかけるまたは構造的なアプリケーションで鋳造鋼と一致させることはできません.
4. 限られた熱処理オプション
   主にストレスの緩和またはアニーリングに限定されています; 機械的特性の調整はそれほどではありません.

10. 鋳鋼と鋳鉄の一般的な用途

間の選択 鋳鋼 そして 鋳鉄 多くの場合、パフォーマンスの需要によって駆動されます, 環境条件, および経済的制約.

鋳鉄用アプリケーション

鋳鉄の優れた流動性, キャスト性, ダンピングプロパティは、複雑な幾何学のあるコンポーネントに最適です, 静的荷重, およびノイズ/振動感度.

鋳鉄製のアプリケーション

鋳鉄は、高強度を必要とする産業で好まれています, 耐衝撃性, および構造的完全性, 特に動的または極端なサービス条件下で.

11. 結論

両方の鋳鉄対鋳造鋼は、現代のエンジニアリングで重要な役割を果たします.

鋳鉄は、優れたキャスティブ性を必要とするアプリケーションに最適です, 加工性, 振動減衰, 一方、鋳鋼は衝撃的に優れています, 高強度, 疲労が発生しやすい環境.

材料の選択は、パフォーマンス要件に基づいている必要があります, 動作条件, 最適な機能と耐久性を実現するためのライフサイクルコスト.

Langheの包括的な金属鋳造サービス

ランゲ 世界中の産業の多様なニーズを満たすために調整された幅広いプロフェッショナルキャスティングサービスを提供しています.

私たちの機能は、最適なパフォーマンスを確保するために、複数の鋳造技術と金属材料に及びます, 品質, すべてのプロジェクトの費用効率.

私たちが提供する鋳造方法:

• 砂鋳造
• インベストメント鋳造 (失われたワックス)
• 永久型鋳造
• ダイカスト
• 遠心鋳造
• ロストフォームキャスティング
• 重力鋳造

私たちが働く材料:

• 鋳鉄 (灰色の鉄, 延性鉄, 白い鉄)
• 鋳鋼 (炭素鋼, 低合金鋼, ステンレス鋼)
• アルミニウム合金 (alsi10mg, A356, 等)
• 銅ベースの合金 (真鍮, ブロンズ)
• 亜鉛合金
• 特殊合金 (耐熱性, 腐食耐性グレード)

開発しているかどうか 複雑な精密部品 または 大きな構造鋳物, ランゲ 信頼できるあなたの信頼できるパートナーです, 高品質の金属鋳造ソリューション.

FAQ

鋳鉄は鋳鉄よりも強いです?

いいえ. 鋳鋼は、引張強度が高くなっています (400–1000 MPa) 延性鉄よりも (400–800 MPa) そして、灰色の鉄をはるかに超えています (200–400 MPa).

鋳鉄を溶接することができます?

延性鉄は予熱して溶接できます (200–300°C) しかし、10〜20％の延性を失います. 灰色の鉄は、脆性のために溶接するのが困難です. キャストスチールは簡単に溶接します, 一致するベースメタル強度.

これはより機密性があります?

灰色の鉄は最も機密性があります (グラファイトは潤滑剤として機能します), 続いて延性鉄が続きます. 鋳鉄製の機械を機械処理するのが難しいです, 炭化物ツールが必要です.

エンジンブロックに鋳鉄が使用されるのはなぜですか?

その振動減衰はノイズを減らします, 低コストの大量生産に訴えます, そして、流動性は、複雑なウォータージャケットとオイルギャラリーを可能にします.

ステンレス鋳造品が必要なのはいつですか?

腐食性環境で (海水, 化学物質) または高純度アプリケーション (医薬品, 食品加工) 錆や汚染が受け入れられない場合.