1.鋳鉄の黒鉛化プロセス

鋳鉄中の黒鉛の生成過程は黒鉛化過程と呼ばれる。鋳鉄の構造の基本は、鋳鉄中の黒鉛の生成過程である。従って、黒鉛化過程の条件と影響因子を理解することは、鋳鉄材料の構造と特性をマスターする上で非常に重要である。

Fe-C合金の二重状態図によると、鋳鉄の黒鉛化プロセスは3段階に分けられる：

第一段階は液相の過共晶段階である。超共晶成分の液相から一次黒鉛を直接晶析し、共晶成分の液相からオーステナイト＋黒鉛、高温焼鈍中に一次セメンタイトと共晶セメンタイトを分解して生成した黒鉛を晶析することを含む。

中間段階は、共晶変態と低共晶変態の間の段階である。オーステナイトからの二次黒鉛の直接析出と、この温度範囲での二次セメンタイトの分解によって形成される黒鉛を含む。

第3段階、すなわち全割引の変態段階。共析変態中に形成される共析黒鉛と、焼鈍中に共析セメンタイトが分解して形成される黒鉛を含む。

2.鋳鉄の黒鉛化に影響を与える要因

鋳鉄の組織は黒鉛化の度合いに左右される。要求される組織を得るためには、黒鉛化の程度をコントロールすることが重要である。鋳鉄の化学組成、鋳鉄結晶の冷却速度、溶鉄の過熱と静置など、多くの要因が鋳鉄の黒鉛化と組織に影響することは、実践により証明されている。黒鉛化および鋳鉄の組織には、すべて影響があります。

1.化学組成の影響

鋳鉄に共通するC、Si、Mn、P、Sのうち、CとSiは黒鉛化を強く促進する元素であり、Sは黒鉛化を強く阻害する元素である。実際、鋳鉄の黒鉛化能に及ぼす各元素の影響は極めて複雑である。その影響は、各元素自体の含有量と、Ti、Zr、B、Ce、Mgなどの他の元素との相互作用の有無に関係する。Ti、Zr、B、Ce、Mgなどは、いずれも黒鉛化を妨げるが、含有量が極端に少ない場合（B、Ce＜0.01％、T＜0.08％など）には、黒鉛化を促進する効果を示す。

2.冷却速度の影響

一般的に鋳物の冷却速度が遅いほど、Fe-G安定系の状態図に従った晶出・変態や完全黒鉛化に有利な傾向があり、逆にFe-Fe3C準安定系の状態図に従った晶出・変態に有利な傾向がある。最終的に白鉄が得られた。特に共析時の黒鉛化は、温度が低く、冷却速度が速く、原子の拡散が困難なため、一般に共析時の黒鉛化を完全に進行させることは困難である。

鋳鉄の冷却速度は、注湯温度、成形材料の熱伝導率、鋳物の肉厚に関連する包括的な要因です。そして通常、これらの要因は2つの段階に基本的に同じ影響を与えます。

注湯温度を上げると、鋳物の冷却速度を遅らせることができ、黒鉛化第一段階と黒鉛化第二段階の両方が促進される。従って、注湯温度を上げると黒鉛がある程度粉砕され、共析変態も促進される。

3.鋳鉄の過熱と高温放置の影響

ある温度範囲内であれば、溶鉄の過熱温度を高くし、高温放置時間を長くすることで、鋳鉄中の黒鉛組織が微細化し、鋳鉄の強度が向上する。さらに過熱度を上げると、鋳鉄の核生成能が低下し、黒鉛の形態が悪化し、遊離セメンタイトまで出現して強度が低下するため、「臨界温度」が存在する。臨界温度は主に溶鉄の化学組成と鋳物の冷却速度に依存する。一般に、普通ねずみ鋳鉄の臨界温度は約1500～1550℃といわれており、鋳鉄の出銑温度がもっと高いことが望まれている。