ダクタイル鋳鉄鋳物: グレード、特性、および適切な鋳造所の選び方

ダクタイル鋳鉄鋳物が構造部品として現実的な選択肢である理由

私たちが協力したポンプ メーカーは、最近溶接鋼製吐出ハウジングをダクタイル鋳鉄鋳物に置き換えました。溶接バージョンでは、機械加工の前に、プレートの切断、成形、複数の溶接パス、および応力除去が必要でした。ダクタイル鋳鉄バージョンは、正味の形状に近い形で鋳造され、少ないセットアップで機械加工され、1.5 倍の作動圧力での水圧試験に合格しました。総コストは約20％削減されました。

その結果は珍しいことではありません。 ダクタイル鋳鉄鋳物は、より低い製造コストで、鋳鉄の設計の自由度と鋳鋼に近い機械的特性を兼ね備えています。 荷重を伝達したり、圧力を保持したり、衝撃を吸収したりするコンポーネントの場合、通常、ダクタイル鋳鉄が最初に評価される材料です。

ダクタイル鋳鉄鋳物とは何ですか?

ダクタイル鋳鉄は、球状鋳鉄または球状黒鉛鉄とも呼ばれ、黒鉛がフレークではなく微細な球として析出する鋳鉄合金です。このプロセスは 1943 年に Keith Millis によって開発され、彼は溶融鉄にマグネシウムを添加し、結果として生じるノジュールによってねずみ鉄に典型的な内部応力集中が除去されることを示しました。さらに詳しい紹介が必要な場合は、次の記事を参照してください。 ダクタイル鋳鉄とは何ですか 冶金学をわかりやすく解説します。

違いは実験室の詳細ではありません。ねずみ鋳鉄では、グラファイトフレークが内部応力集中体として機能し、材料に良好な振動減衰を与えますが、延性と耐衝撃性が制限されます。ダクタイル鋳鉄では、球状黒鉛構造により金属母材が鋭い内部ノッチなしで荷重を支えることができるため、鋳物が破損する前に降伏して変形することができます。

典型的な組成範囲は、3.2 ～ 4.0% の炭素、1.8 ～ 2.8% のシリコン、制限されたマンガン、リン、硫黄に加え、塊状化のための残留マグネシウムです。これらの値は鋳物の最終的な強度、延性、および機械加工性を決定するため、厳しい公差内で制御されます。

知っておくべき機械的特性とグレード

ダクタイル鋳鉄はグレードによって指定されており、国際取引で最も一般的な分類システムは ASTM A536 です。グレードの指定は、最小の引張強さ、降伏強さ、伸びを直接表します。

名称の読み方は簡単です。65-45-12 は、標準試験棒における最小引張強さ 65 ksi、最小降伏強さ 45 ksi、伸び 12% を意味します。 60-40-18 などのフェライトグレードは最も延性が高く、圧力ハウジングや衝撃を受けやすい部品に適しています。 100-70-03 などのパーライトグレードは、より高い強度と優れた耐摩耗性を提供しますが、伸びは低くなります。

標準グレードでは不十分な場合は、オーステンパーダクタイル鋳鉄 (ADI) が強力な疲労性能を備えて 1,000 MPa を超える引張強さに達します。 ADI は専用の熱処理サイクルを必要とし、主に重歯車、トラック部品、高応力機械部品に使用されます。

ダクタイル鋳鉄鋳物の製造および管理方法

上記の機械的特性は、鋳造所が溶融化学から凝固速度までプロセス全体を制御する場合にのみ達成されます。ここで、信頼できる鋳造サプライヤーと低コストの供給元との間のギャップが目に見えてきます。

成形・固化制御

ほとんどのダクタイル鋳鉄鋳物は、生砂、樹脂砂、またはシェル型で作られます。シェルモールディングはコーティングサンドモールディングとも呼ばれ、良好な表面仕上げと一定の寸法が必要なコンプレッサーシリンダーや部品に一般的です。注湯中に、溶融物はマグネシウムで処理され、フェロシリコンが接種されて、球状黒鉛の形成が促進されます。鋳造工場では、収縮欠陥や自由な炭化物の形成を避けるために、注湯温度、冷却速度、ライザーの設計を制御する必要があります。

ダクタイル鋳鉄はねずみ鋳鉄よりも収縮するため、凝固制御は重要です。ゲートとライザーの設計が適切でないと、機械加工後にのみ内部の気孔が現れる可能性があります。大手サプライヤーは、定義されたサンプリング計画に基づいて、切片化、超音波検査、または X 線撮影を通じて健全性を検証します。

熱処理と機械加工

多くのダクタイル鋳鉄鋳物は鋳放しの状態で出荷されますが、一貫した硬度や機械加工性の向上が必要な場合には熱処理が指定されます。焼きなましによりフェライト含有量と延性が増加します。正規化により、より強力なパーライト構造が生成されます。工作機械の構造については、熱処理と長期の摩耗挙動との関連性が十分に文書化されており、 工作機械鋳物の熱処理 耐用年数への実際的な影響について説明します。

機械加工も同様に重要です。ダクタイル鋳鉄はねずみ鋳鉄よりも切削工具の摩耗性が高いため、それに応じて速度、送り、インサート材種を計画する必要があります。社内で CNC 加工を行うサプライヤーは、すぐに組み立てられる鋳物を提供できるため、サプライ チェーンが短縮され、公差の積み重ねが削減されます。

ダクタイル鋳鉄鋳物が最大の価値を発揮する場所

ダクタイル鋳鉄は汎用材料ではありません。疲労、圧力、寸法安定性が支配基準となるコンポーネントに選択されます。海安青宇機械製造有限公司では、主に3つの産業分野向けにダクタイル鋳鉄鋳物を生産しています。

コンプレッサーのコンポーネント

コンプレッサー本体、クランクケース、シリンダー、ベアリングシート、ローターハウジングは、ガス圧、振動、滑り摩耗にさらされています。ダクタイル鋳鉄は、コンプレッサーの設計に必要な複雑なコア形状に鋳造可能でありながら、数百万回の圧力サイクルに耐える疲労強度を提供します。シェルモールドシリンダーにより、表面仕上げと寸法の一貫性が向上し、鋳造後の機械加工が軽減され、シールが容易になります。代表的な部品が当社の コンプレッサー本体の鋳物 、フレームおよびシェル用途向けにダクタイル鋳鉄で製造されています。

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ポンプとバルブの鋳物

ポンプ本体、バルブ本体、カバー、インペラは油圧下で動作し、多くの場合、研磨性または攻撃的な媒体を扱います。フェライト系およびフェライト系パーライト系ダクタイル鋳鉄は、水、廃水、およびプロセス用途に必要な耐圧性と耐衝撃性を備えています。また、ねずみ鋳鉄よりも熱サイクルに対する耐久性が高く、頻繁に起動および停止するポンプにとっては重要です。私たちの ポンプ本体の鋳造 圧力クラスとデューティサイクルに応じて、ダクタイル鋳鉄とねずみ鋳鉄の両方で使用できます。

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工作機械の構造

工作機械のベースとコラムには、高い剛性、優れた減衰性、そして長年の使用にわたる寸法安定性が必要です。ねずみ鋳鉄は振動減衰のための古典的な選択肢ですが、ダクタイル鋳鉄はより高い弾性率と強度を備えているため、剛性を犠牲にすることなく肉厚を薄くすることができます。その結果、軽量で同等の剛性の構造が得られ、これがダクタイル鋳鉄が高速マシニング センターや大型ガントリー機械に使用される理由です。一般的な例としては、 機械ベース鋳造 精密機器の下で使用されます。

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ダクタイル鋳鉄鋳造サプライヤーを評価する方法

ダクタイル鋳鉄鋳物を調達する場合、単価は見積書で最も役に立たない数値です。重要なのは、鋳造工場が指定されたグレード、健全性、寸法精度を一貫して提供できるかどうかです。これらは、ベンダーを承認する前に確認することをお勧めするポイントです。

• 溶融制御と結節性: 鋳造工場がマグネシウム含有量と球状性をどのように検証しているか尋ねてください。信頼できるサプライヤーは、製造サンプルの顕微鏡写真を示し、その許容限界を説明する必要があります。
• テスト頻度: 引張試験と硬さ試験がロットごとに実行されるのか、それとも要求に応じてのみ実行されるのかを確認します。ロットごとの試験は、構造用鋳造品の場合は最小限です。
• 加工能力： 社内機械加工によりリードタイムが短縮され、鋳造品質に関するフィードバックが鋳造工場に直接提供されます。
• 輸出経験: 海外の購入者は、一貫した文書、マーキング、梱包を必要とします。すでにヨーロッパ、北米、または日本に輸出しているサプライヤーは、これらの要件を理解しています。

Haian Aoyu Machinery Manufacturing Co., Ltd. は、30,000 平方メートルの施設で年間 20,000 トンの生産能力でダクタイル鋳鉄およびねずみ鋳鉄鋳物を生産しています。当社の鋳物は米国、ドイツ、イタリア、デンマーク、スイス、ベルギー、スペイン、日本に輸出されており、当社の製品範囲にはコンプレッサー鋳物、ポンプおよびバルブ鋳物、工作機械鋳物が含まれます。

コンプレッサーメーカーからは、強度と耐摩耗性のバランスをどのようにすればよいかよく尋ねられます。 コンプレッサーベアリングシートの材質選択 。答えは動作温度、潤滑、衝撃荷重によって異なりますが、ほとんどの場合、ダクタイル鋳鉄の方がねずみ鋳鉄よりも疲労強度と摩耗性能の優れた組み合わせが得られます。

現役を続けるキャスティングの決定

ダクタイル鋳鉄鋳物は、ねずみ鋳鉄ではできない以下のトレードオフを解決するため、コンプレッサー、ポンプ、バルブ、工作機械の用途でその役割を果たしています。 脆性のない強度と、鍛造または加工鋼の価格を気にしない靭性 。材料は、鋳造工場が溶融化学、成形、固​​化、および試験を規律をもって管理する場合にのみ、指定どおりに機能します。

鋳造ベンダーを承認する前に、証明書だけでなくプロセス管理の証拠を求めてください。球状性がどのようにチェックされるか、バッチごとに引張試験が行われる棒の数、および見積段階で鋳造工場が鋳造用の設計をサポートしているかどうかを確認します。これらのチェックには費用はかからず、機械加工、塗装、または現場での設置後にのみ現れる欠陥から保護されます。