1 ダクタイル鋳鉄の凝固特性 結節状鋳鉄とねずみ鋳鉄の凝固方法の違いは、結節状黒鉛と片状黒鉛の成長方法の違いに起因する。

低共晶ねずみ鋳鉄では、黒鉛が一次オーステナイトの端で析出し始める。黒鉛シートの両側はオーステナイトに囲まれ、オーステナイトから黒鉛を吸収して厚くなる。黒鉛シートの先端は液中にある。黒鉛を吸収して成長する。

ノジュラー鋳鉄では、黒鉛が球状であるため、析出後に黒鉛球が黒鉛を吸収し始める。オーステナイトに囲まれているため、オーステナイトから吸収できる炭素は比較的限られており、液体中の炭素は固体を介してゆっくりと黒鉛球に拡散し、オーステナイトに囲まれているため、黒鉛球の成長が制限される；そのため、塊状鋳鉄の炭素当量はねずみ鋳鉄よりもはるかに高いにもかかわらず、塊状鋳鉄の黒鉛化はより難しく、凝固収縮を相殺するのに十分な黒鉛化膨張がないため、塊状鋳鉄は収縮しやすい。

また、黒鉛球を包むオーステナイト層の厚さは、一般に黒鉛球の直径の1.4倍である。つまり、黒鉛球が大きいほどオーステナイト層が厚くなり、液体中の炭素がオーステナイトを介して黒鉛球に移動しにくくなる。素晴らしい[1]。

低珪素ダクタイル鋳鉄に白口が発生しやすい根本的な理由は、ダクタイル鋳鉄の凝固方法にもある。前述したように、ダクタイル鋳鉄は黒鉛化が困難なため、黒鉛化によって発生する晶出潜熱が鋳型内に十分に放出されず、過冷却度が高くなり、黒鉛が析出してセメンタイトを形成する時間がない。また、球状黒鉛鋳鉄は成長と衰退が激しく、これも過冷却を極端に起こしやすい要因の一つである[1]。

2 押し湯のないノジュラー鋳鉄の条件

ダクタイル鋳鉄の凝固特性から、ダクタイル鋳鉄部品の押湯レス鋳造の実現がより困難であることは想像に難くない。筆者は、長年の生産現場での実務経験に基づき、ノジュラー鋳鉄が押湯レス鋳造を実現するために必要な条件を一般化してまとめ、ここで同僚と共有することにした。

2.1 溶鉄組成の選択

2.1. 1 カーボン等価物（CE）

同じ条件下では、微小な黒鉛は溶鉄に溶解しやすく、成長しにくい。黒鉛が成長すると、黒鉛の成長速度も速くなるため、溶鉄中の共晶の前に一次黒鉛を生成させ、共晶の凝固を促進させる黒鉛化は非常に有利である。過共晶組成の溶鉄はこのような条件を満たすことができるが、CE値が高すぎるため、共晶が凝固する前に黒鉛が成長し、ある程度の大きさまで成長すると黒鉛が浮き始め、黒鉛浮き欠陥が発生する。この時、黒鉛化による体積膨張は溶鉄の液面を上昇させるだけであり、鋳造の投入に意味がないばかりでなく、黒鉛は液状時に多量の炭素を吸収するため、共晶凝固時に溶鉄を凝固させる原因となる。媒質中のw(C)量が少ないと十分な共晶黒鉛を生成できず、共晶凝固による収縮を相殺できない。CE値を4.50%.

2.1. 2 ケイ素 (Si)

一般に、Fe-C-Si合金においてSiは黒鉛化元素であり、w（Si）が多いと黒鉛化膨張に有利であり、引け巣の発生を抑えることができると考えられている。Siが共晶凝固黒鉛化を阻害することはあまり知られていない。したがって、供給や片状黒鉛の発生防止という観点からはともかく、接種強化などの対策で白口を防止できる限り、w（Si）量はできるだけ少なくしなければならない。

2.1.3 炭素（C）

適正なCE値の条件下では、w(C)の量をできるだけ増やす。事実、ダクタイル鋳鉄のw(C)含有量は3.60%~3.70%に制御され、鋳物の収縮率が最も小さいことが証明されている。

2.1.4 硫黄（S）

Sは黒鉛の球状化を妨げる主な元素である。球状化の主目的はSを除去することであるが、ノジュラー鋳鉄の急成長と急減少はw（S）の少なさに直結するので、適量のw（S）が必要である。w(S)量は0.015%程度に制御でき、MgSの核生成効果を利用して黒鉛芯粒子を増加させ、黒鉛球の数を増やし、低下を抑えることができる[2]。

2.5 マグネシウム (Mg)

Mgは黒鉛化を阻害する元素でもあり、球状化率を90％以上とする前提では、Mgはできるだけ少なくする必要がある。原溶鉄のw(O)、w(S)が高くない条件下では、残留w(Mg)を0.03%～0.04%以内に制御するのが最も理想的である。

2.6 その他の要素

Mn、P、Crなど、黒鉛化を阻害する元素は可能な限り少ない。

Tiなどの微量元素の影響に注意。w（Ti）が少ないと黒鉛化を強く促進する元素である。同時に、Tiは炭化物を形成する元素であり、球状化に影響を与え、バーミキュラー黒鉛の生成を促進する元素でもある。したがって、w（Ti）の量は少ないほどよい。筆者の会社には、かつて非常に成熟したノンライザー鋳造プロセスがあった。一時的な原料不足のため、w(Ti)含有量0.1%の銑鉄を使用した。製造された鋳物には表面収縮だけでなく、加工後に内部に集中型が現れた。収縮。

要するに、純粋な原料はダクタイル鋳鉄の自給能力を向上させるのに有益なのである。

2.2 注湯温度

実験によると、ダクタイル鋳鉄の注湯温度は1 350 ℃から1500 ℃まで、鋳物の引け巣体積に明らかな影響はないが、引け巣の形態は集中型から分散型に徐々に移行する。黒鉛球の大きさは、注湯温度の上昇とともに徐々に大きくなり、黒鉛球の個数は徐々に減少する。従って、あまり低い注湯温度を要求する必要はない。鋳型が溶鉄の静圧に耐えられるだけの強度があれば、注湯温度を高くすることができる。共晶凝固時の過冷却を抑えるために溶鉄で鋳型を加熱し、黒鉛化を進行させる時間を十分に確保する。ただし、鋳型内の溶鉄の温度差を最小にするため、注湯速度はできるだけ速くする必要がある[3]。

2.3 冷鉄

筆者の冷間アイロン使用経験と上記の理論的分析に基づけば、冷間アイロンが収縮疵を除去できるという主張は正確ではない。一方では、冷し金の局所的な使用（穴あき部品など）は、収縮空洞をなくすのではなく、移し変えるだけである。他方では、広い面積に冷し金を使用することで、送給を減らす効果や、立ち上がりをなくす効果を得ることができる。冷し金の代わりに金型強度を無意識に高めると、液状または共晶凝固収縮が減少する。実際、冷し金の使用量が多すぎると、黒鉛球の成長や黒鉛化の程度に影響を与え、逆に収縮を悪化させる。

2.4 金型の強度と剛性

ダクタイル鋳鉄は共晶組成または過共晶組成を選択することがほとんどであるため、鋳型内で溶鉄が共晶温度まで冷却するのに時間がかかる、すなわち鋳型の静水圧が共晶組成の場合よりも長くなる。ねずみ鋳鉄が長くなると、鋳型が圧縮変形しやすくなる。黒鉛化膨張による体積増加が、液体収縮＋凝固収縮＋鋳型変形体積を相殺できない場合、収縮空洞は避けられない。したがって、十分な鋳型剛性と圧縮強度が、押し湯のない鋳造を実現するための重要な条件となる。砂型鋳鉄の鋳造プロセスには、押湯のない鋳造を実現するものが数多くあるが、これはこの理論の証明である。

2.5 接種処理

強力な接種剤と即時遅延接種プロセスは、溶融鉄に多量のコア粒子を与えるだけでなく、接種の低下を防ぐことができ、共晶凝固中にダクタイル鋳鉄に十分な黒鉛ボールを確保することができます；大小の黒鉛ボールは、黒鉛コアへの液体中のCの移動距離を短縮し、黒鉛化速度を向上させます。短時間で、大量の共晶凝固は、結晶化潜熱をより多く放出し、過冷却の程度を低下させ、白濁の発生を防止することができるが、また、黒鉛化の膨張を強化することができる。ダクタイル鋳鉄の自給能力を向上させるには、強力な接種が不可欠である。

2.6 液体鉄ろ過

溶鉄が濾過された後、酸化した介在物の一部が濾過されるため、溶鉄の微細流動性が向上し、微細な収縮の確率を低減することができる。

2.7 鋳造弾性率

鋳造したままのパーライト系ダクタイル鋳鉄は、黒鉛化を阻害する元素を添加する必要があるため、黒鉛化の程度に影響を与え、鋳物の自給率の実現に一定の影響を与える。そのため、データ紹介がある。押湯なし鋳造は、QT500以下の延性黒鉛鋳鉄に適している。また、鋳物の形状や大きさによって決まる弾性率は、少なくとも3.

特筆すべきは、板厚50mm未満の板状鋳物の押湯なし鋳造を達成するのは難しいということである。

また、QT500以上のノジュラー鋳鉄で押し湯のない鋳造プロセスを実現する条件は、弾性率が3.6cm以上であることとの情報もある。