鋳鉄

鋳鉄とは

鋳鉄（ちゅうてつ）は、一般的には鉄を基にした鋳物製品全般を指し、そこに含まれる鉄の種類をも意味します。学術的および産業的には、炭素（C）の含有率が2.14%から6.67%で、ケイ素（Si）が約1%から3%含まれる三元合金として分類されます。以下では、鋳鉄の特性やその種類について詳しく説明します。

概要

鋳鉄は、Fe-C（2成分系）状態図の共晶点近くで融点が低く、したがって型に流し込みやすい特性があります。これにより、鋳造プロセスにおいて広く使用されます。特に、鋳鉄の製造に用いる金属は、銑鉄に比べて多くのケイ素を含んでいることが特徴です。鋳鉄は炭素を多く抱えているため、その組織内には黒鉛（グラファイト）が析出します。この黒鉛の形状は冷却速度や合金成分によって異なり、これが鋳鉄の強度に影響を与えます。

たとえば、ねずみ鋳鉄（普通鋳鉄）では、黒鉛が片状に析出し、硬く脆い特性を持っています。一方、ダクタイル鋳[[鉄]]（球状黒鉛鋳鉄）は、黒鉛が球状になるように合金の構成を工夫し、剛性や靭性を高めています。さらに、鋳鉄は凝固収縮を黒鉛の析出によって相殺し、膨張する性質があります。このため、鋳鉄は理想的な鋳造材料と見なされ、特に巨大構造体においてその利用は続いています。また、炭素含有量が2.14%未満の鋳鋼材料は、鋳鉄とは異なる鋼の範疇に分類されることに留意が必要です。

鋳鉄の種類

鋳鉄は、炭素の状態によって大きく分けて、以下の三つに分類されます。

1. 通常の鋳鉄
- ねずみ鋳鉄：黒鉛が片状で、破断面がねずみ色のもの。一般に普通鋳鉄とも呼ばれます。
- 白鋳鉄：セメンタイトと呼ばれる鉄の炭化物が析出し、破断面が白く見えます。
- まだら鋳鉄：ねずみ鋳鉄と白鋳鉄が混在した特性を持っています。

2. 強化した鋳鉄
- 強靭鋳鉄：黒鉛を細かくし、丸みを持たせることで強靭性を高めた鋳鉄です。
- 球状黒鉛鋳鉄：マグネシウムやセリウムを加えることで黒鉛を球状化し、強度と靭性を向上させています。
- コンパクテッドバーミキュラ鋳鉄：球状黒鉛鋳鉄に近い特性を持ち、鋳造性と機械加工性の両方が優れた素材です。
- 可鍛鋳鉄：白鋳鉄を熱処理したもの。こちらも名前の通り鍛造できるわけではなく、強度の高い特性を持っています。
- 黒心可鍛鋳鉄、白心可鍛鋳鉄、パーライト可鍛鋳鉄などもこのカテゴリーに含まれます。

3. 合金鋳鉄
- 高クロム鋳鉄、高ケイ素鋳鉄、ニレジストなど、ニッケル、クロム、モリブデンを含む特定の合金元素が特徴の鋳鉄です。

結論

鋳鉄は、その多様な成分と特徴によって、様々な用途に対応しています。各種鋳鉄の特性を理解することで、その選択や使用に際する判断が容易になるでしょう。鋳造業界での重要性は高く、現在でも多くの製品に活用されています。今後も鋳鉄の特性を生かした新しい技術や製品開発が期待されます。

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