鋳造におけるガス欠陥の実践ガイド：原因、種類、予防

はじめに

精密鋳造の複雑な世界では、鋳物のガス欠陥は一般的で困難な問題です。このような小さな隠れた欠陥は、鋳物の外観に影響を与えるだけでなく、その機械的特性や信頼性に深刻な影響を与え、最終的にはコストのかかるスクラップや再加工につながる可能性があります。

ガス欠陥の原因を理解し、効果的な防止方法を習得することは、鋳造技術者や品質管理担当者にとって必須のスキルです。本書は、ガス欠陥の定義と原因、そして科学的手法によるガス欠陥の除去方法について、より深く理解するための実践的な手引書です。

鋳造におけるガス欠陥とポロシティ欠陥とは？

鋳造におけるガス欠陥とは、一般に、様々なガスが抜けきらず、凝固する金属内部や表面に形成される空隙を指す。これらの欠陥は、鋳造における一般的な気孔欠陥を含め、その形状や位置によっていくつかの主な種類に分けることができます：

多孔性 これは最も一般的なタイプのガス欠陥で、しばしば気孔欠陥と呼ばれる。気孔は通常、鋳物の内部や表面に球状、楕円状、または不規則な空洞として現れる。空洞は孤立していることもあれば、ハニカム状 に集まっていることもある。

ピンホール ポロシティに似ているが、はるかに小さいピンホールは、通常直径2mm以下の小さな空洞で、鋳造表面またはそのすぐ下に集団で現れることが多い。

ブローホール 滑らかな壁を持つ大きなキャビティで、通常鋳物の上部や側面に見られる。通常、ガスが鋳型のキャビティに閉じ込められたときに形成される。

ガス欠の一般的な原因

ガス欠陥やそれに関連する気孔欠陥を効果的に防止するには、まずその根本原因を理解することが不可欠です。鋳物に気孔が形成されるのは単一の要因によるものではなく、複数の相互作用する要素の結果です。これらの原因は以下のカテゴリーに大別されます：

溶融金属の問題

• 過度の溶存ガス： 溶融金属は高温でガス、特に水素を吸収することができる。金属が冷えて固化するにつれ、ガスの溶解度は低下し、余分なガスは気孔を形成する。

• 材料中の水分と油分： 原料や再溶解されたスクラップに水分、油分、錆が含まれていると、溶解過程でこれらの物質が分解し、ガスが発生する。

砂型とコアの問題

• 砂型の透水性が悪い： 砂型の通気性はガスを逃がすために重要である。砂粒が細かすぎたり、粘土分が多すぎたり、締め固めすぎたりすると、通気性が不十分となり、ガスがスムーズに抜けなくなる。

• コアの水分と結合剤： 中子内の水分や有機バインダーは高温で大量のガスを発生させる。これらのガスが適切な逃げ道を持たない場合、鋳物内に閉じ込められてしまう。

ゲートと注湯プロセスの問題

• 不適切なゲートシステム： ゲートシステムの設計が不適切な場合、溶融金属に乱流が生じ、 空気の巻き込みにつながる可能性がある。同様に、不適切に配置されたベントやライザーは、ガス の排出を妨げる可能性がある。

• 過度に高い注入温度： 注湯温度が高いと、溶湯中のガス含有量が増加し、凝固時間が長くなるため、ガスが発生しやすい条件が整う。

ガス欠防止のための効果的な方法

幸いなことに、ガス欠陥は避けられないものではない。材料、設備、工程を総合的に管理することで、その発生を大幅に減らすことができる。

資材管理と準備

• 溶融前処理： 再溶解されたスクラップや原材料はすべて、水分や油分を取り除くために十分に乾燥させる。

• 脱気処理： 例えば、不活性ガス（アルゴンなど）でパージする。

• 注湯温度のコントロール： 過熱を避けるため、注湯温度は推奨範囲内で厳密に管理すること。

砂型と中子の設計

• 透水性を改善する： 粒子が粗く透水性の良い砂を使用し、締固め密度をコントロールする。

• 排気路を作る： 金型キャビティと中子に合理的なベントとライザーを設計し、ガスがスムーズに抜けるようにします。中子の製造が鋳造品質にどのように影響するかについては、詳細な記事をご覧ください、 砂型鋳造における中子造型：種類、プロセス、設計のヒント.

ゲートシステムとプロセスの最適化

• ゲートシステムを最適化する： 適切なゲートシステムとランナーを設計し、溶融金属が金型キャビティにスムーズに流れ込み、乱流が減少するようにする。

• 注湯速度のコントロール： 安定した注入速度を維持し、空気の巻き込みにつながる不均一な流れを避ける。

まとめと提言

総合的な品質管理により、ガス欠陥、特にポロシティ欠陥の発生を効果的に防止することができる。溶解前の準備から鋳型の設計、最終的な注湯作業まで、すべてのステップが重要です。

このような欠陥を防ぐことは、製品の品質だけでなく、収益にも関わることです。経済的な影響を理解するには、以下のガイドをご覧ください。 カスタムメタル鋳造プロジェクトにおけるコスト要因トップ5.

このガイドを参照し、お客様固有の鋳造条件に基づいて調整されることをお勧めします。お客様の生産において困難なガス欠陥問題が発生した場合、当社の専門鋳造技術者チームが技術サポートと解決策を提供いたします。