オーステンパダクタイル鋳鉄鋳物: 特性、プロセス、および用途

最近、コンプレッサーのメーカーから、約 8,000 時間の運転時間を経ても吐出弁座に亀裂が入り続けるシリンダー鋳造品を見直すよう当社に依頼されました。この部品は従来のダクタイル鋳鉄で製造されており、破壊モードは衝撃疲労と滑り摩耗を組み合わせたものでした。これはまさに、オーステンパダクタイル鋳鉄鋳物を鋼で再絞り加工する前に詳しく調べる価値がある状況です。

オーステンパーダクタイル鋳鉄（一般にADIと呼ばれます）は、鋳造部品の形状の自由度を保持しながら、強度を約2倍にするために熱処理されたダクタイル鋳鉄です。現在、鍛造鋼または加工鋼で作られている多くの部品において、ADI は同等の機械的特性をより低い部品コストと軽量で実現しています。この記事では、ADI とは何か、オーステンパリング プロセスがどのように機能するか、指定できるプロパティ、および再検討する必要がある箇所について説明します。

オーステンパーダクタイル鋳鉄とは何ですか?

ADI はダクタイル鉄として始まり、球状鉄または球状黒鉛鉄としても知られています。組織内のグラファイトはねずみ鋳鉄に見られるフレークではなく小さな球を形成しており、その球形がダクタイル鋳鉄に靭性と伸びを与えます。ダクタイル鋳鉄の製造方法とねずみ鋳鉄との違いについて復習が必要な場合は、 ダクタイル鋳鉄の概要 基本的なことを説明します。

オーステンパ処理により、グラファイト小塊の周囲の金属マトリックスがオースフェライトと呼ばれる構造に変化します。オースフェライトは、微細な針状フェライトと炭素が豊富なオーステナイトの混合物です。パーライト、ベイナイト、焼き戻しマルテンサイトではありません。硬く耐疲労性のマトリックスと延性グラファイトノジュールの組み合わせにより、ADI には珍しいパッケージの特性が与えられます。

よくある誤解の 1 つは、ADI が単にダクタイル鋳鉄のより強力なグレードであるということです。出発材料はダクタイル鋳鉄ですが、熱処理によって高強度グレードが生成されます。従来のダクタイル鋳鉄の引張強さは 400 ～ 700 MPa の範囲です。 ADI グレードは約 850 MPa から始まり、1,400 MPa を超えます。

オーステンパリングプロセスの仕組み

オーステンパリングは 3 段階の熱処理であり、一般的な焼入れと焼き戻しのサイクルよりもはるかに高度な制御が必要です。

1. オーステナイト化: 鋳物をオーステナイト範囲 (通常は 830 ～ 930 °C) に加熱し、マトリックスが完全にオーステナイト化するまで保持します。
2. 急冷: 鋳物を 230 ～ 400 °C に保たれた溶融塩浴に素早く移します。塩浴は、フェライトやパーライトの形成を防ぐのに十分な速さで部品を冷却しますが、歪みを最小限に抑えるのに十分なほど均一に冷却します。
3. 等温変態: 鋳物は、オーステナイトがオースフェライトに変態する間、規定の時間塩浴温度に保持されます。

このプロセスを実用化するのが溶融塩バスです。水焼入れは複雑な鋳造品にとってはあまりにも積極的であり、空冷はほとんどの部分にとって遅すぎます。塩は、均一で制御可能な冷却速度を実現します。等温保持後、鋳物を取り出して室温まで冷却します。

塩浴の温度は最終グレードに直接影響します。およそ 230 ～ 315 °C の低い温度では、延性は低下しますが、強度と硬度が高くなります。およそ 315 ～ 400 °C の高温では、靭性と伸びが大きくなります。同じベースの鋳物を、熱処理を調整するだけで、いくつかの異なるグレードにオーステンパー処理できます。

ADI 鋳物の機械的特性

ADI の特性は国際的に標準化されており、最も一般的には ASTM A897/A897M に基づいて標準化されています。グレードの指定には、引張強さ、降伏強さ、伸び率の 3 つの数値が含まれます。以下の表は、標準的な ADI グレードをまとめたものです。

これらの数字が実際に意味するもの: 900-650-10 グレードは、従来のダクタイル鋳鉄をはるかに上回る強度を備えた強靱な構造用鉄のように動作します。 1400-1100-1 グレードは、かなりの負荷がかかる摩耗部品のように機能します。

ADIは疲労性能にも優れています。オースフェライト母材は亀裂の発生を抑制し、オーステンパリングによって残された圧縮残留応力により曲げ疲労強度が向上します。全体として、ADI は焼入れおよび焼き戻しされた炭素鋼および低合金鋼と比べて優れており、そのため、鋼の鍛造または製造が現在デフォルトとなっているコンポーネントの候補となっています。

オーステンパダクタイル鋳鉄鋳物の用途

ADI は、自動車のドライブトレイン、農業機器、鉱山機械、鉄道部品、工業用流体の取り扱いに使用されています。共通しているのは、負荷がかかり、疲労や摩耗が発生する部品であり、溶接や鍛造ではなく鋳造であることの恩恵を受けています。

コンプレッサーのコンポーネント

コンプレッサーは、圧力サイクル、滑り接触、および高い局所応力を加えます。シリンダー、クランクケース、バルブプレート、排気シートには、何万時間経っても磨耗したり、傷ついたり、亀裂が生じない素材が必要です。 ADI シリンダー鋳物は、ボア表面硬度と圧力能力の組み合わせから恩恵を受けます。すでに生産している鋳造工場 コンプレッサーシリンダー鋳物 ダクタイル鋳鉄では、過酷な用途向けのオーステンパバージョンを評価するために必要な基本的な材料知識を備えています。

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ポンプおよびバルブの鋳物

ポンプとバルブは、キャビテーション浸食、研磨媒体、および圧力保持要件に直面しています。 ADI の高い硬度は、標準的なダクタイル鋳鉄よりもキャビテーションや粒子浸食に対して優れた耐性を持ち、低グレードの延性によりサージ荷重下でも部品の安全性が保たれます。インペラ、ウェアリング、バルブボディが自然な候補です。のために ポンプ本体の鋳物 高揚程またはスラリーの使用では、オーステンパーグレードを指定すると、耐用年数を大幅に延長できます。

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工作機械の構造物

工作機械の誘導システムと構造コンポーネントには、剛性、減衰性、耐摩耗性の表面が必要です。オーステンパーダクタイル鋳鉄は、工作機械において鋳鉄を貴重なものにする振動減衰特性を維持しながら、従来の鋳鉄よりも高い硬度を提供します。ガイドウェイ、スライド、および 工作機械ベース鋳物 鋳物のニアネットシェイプで製造し、最終形状に研削または削り取ることができます。

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コストと設計に関する考慮事項

ADI は、すべてのキャスティングに対して自動的に正しい答えになるわけではありません。熱処理にはコストが追加されますが、追加コストは正当化されなければなりません。

軽量化

ADIは従来のダクタイル鋳鉄に比べて約2倍の強度があるため、薄肉化が可能です。 ADI で既存のダクタイル鋳鉄部品を再設計する場合、20 ～ 30% の重量削減が現実的です。鋼製製品を交換する場合、ADI の 1 キログラムあたりのコストが低くなり、鋼製溶接に必要な溶接と溶接後の機械加工が節約されます。

オーステンパ後の機械加工

オーステンパー鉄は硬く、通常は 300 HB 以上です。熱処理後の穴あけ、タップ加工、フライス加工には超硬工具が必要となり、機械加工コストが増加します。多くの製造業者は、ダクタイル鋳鉄の状態で部品を機械加工し、その後、ほぼ最終ステップとしてオーステンパー処理を行います。これは、熱処理によって部品が許容範囲を超えて変形しない場合に機能します。オーステンパ処理後に機械加工を行う必要がある場合は、在庫許容値を小さく保ち、より硬いツーリングを計画してください。

セクションサイズとプロセス感度

オーステンパ反応は断面の厚さに依存します。重いセクションは中心部での冷却が遅すぎる可能性があり、テストクーポンが示すよりも低い特性を持つ混合構造が生成されます。均一な壁の厚さとスムーズな移行により、このリスクからあなたを守ります。鋳造工場は、選択したグレードが部品の最も厚い部分で達成できることを確認する必要があります。

品質検証

ADI 特性は硬度測定だけでは検証できません。同じ熱からのテストクーポン、引張試験、金属組織学的評価、および鋳物全体の硬度調査が通常の検証スイートです。サプライヤーがその文書を提供できない場合は、材料仕様を慎重に扱ってください。熱処理ステップは、ADI の品質が決まるか失われるかです。

ダクタイル鋳鉄を熟知した鋳造工場と提携

ベースの鋳造によって、オーステンパリングがどこまでできるかが決まります。溶融品質、塊状性、収縮制御、および一貫した化学組成はすべて、部品が塩浴に達する前に鋳造工場で確立されます。ここにダクタイル鋳鉄専用の鋳造工場が付加価値を与えます。

Haian Aoyu Machinery Manufacturing Co., Ltd. は、中国の南通市にあるダクタイル鋳鉄およびねずみ鋳鉄の鋳造工場で、コンプレッサー、ポンプ、バルブ、工作機械の鋳物を北米、ヨーロッパ、アジアの顧客に供給しています。年間生産能力 20,000 トンの同社は、コンプレッサー本体とシリンダー、ポンプ本体、工作機械ベースなど、ADI が最も頻繁に適用されるコンポーネント ファミリを製造しています。同社のエンジニアリング チームは、すべてのプロジェクトの負荷条件とサービス環境をレビューするため、見積段階は、オーステンパー グレードが検討に値するかどうかを検討する適切な時期となります。

ADI について鋳造工場に問い合わせる場合は、部品の完全な荷重履歴、予想される摩耗メカニズム、熱処理に耐える必要がある寸法公差の 3 つを持参してください。現在、従来のダクタイル鋳鉄または鋼鍛造品から作られている多くの部品は、オーステンパダクタイル鋳鉄鋳物として製造することができます。この材料は数十年にわたって生産現場で実証されており、コンポーネントに適合するかどうかを知る唯一の方法は、プロセスを理解している鋳造工場と話し合うことです。