鋳鉄を理解する：構造と重要性

鋳鉄は長い間、工業生産の柱として存在してきた。しかし、高度な合金や複合材料が発達した現代においても、なぜ鋳鉄が重要な役割を果たしているのでしょうか。古代中国の冶金学から現代機械のパワートレイン・コアに至るまで、鋳鉄はその価値を一貫して証明し、鋳造性、強度、振動減衰性、手頃な価格の稀有なバランスを提供してきました。

技術的には、鋳鉄は2%以上の炭素を含む鉄-炭素合金を指し、通常は2.5%から4%の間である。鋳鉄を際立たせているのは、黒鉛の形状、冷却速度、わずかな合金化によって内部構造を設計できることです。この制御により、エンジニアは硬度、強度、熱安定性などの機械的特性を微調整し、要求の厳しい使用ケースに対応することができます。

鋳鉄の種類

1.灰色の鋳鉄

グラファイトフレークで知られるねずみ鋳鉄は、業界の主力製品です。制振性に優れ、機械加工が容易で、エンジンブロック、ブレーキドラム、ハウジング、マシンベースなどに最適です。

2.ダクタイル鋳鉄（ノジュラー鋳鉄）

ダクタイル鋳鉄は、丸いグラファイトノジュールにより、ねずみ鋳鉄にはない強度と耐衝撃性を発揮します。サスペンション部品、油圧バルブボディ、クランクシャフト、ギアキャリアなどに最適です。

3.白鋳鉄

白鉄は黒鉛の代わりに硬い炭化物を形成するため、耐摩耗性は極めて高いが、延性はほとんどない。鉱業、セメント、ライナーやポンプ部品などの研磨部品によく使われる。

4.可鍛鉄

熱処理された白鉄は可鍛性に富み、丈夫で加工しやすくなる。現在ではダクタイル鋳鉄に取って代わられることが多いが、電気継手や小さな金物にはまだ使われている。

5.黒鉛鋳鉄（CGI）

ねずみ鋳鉄とダクタイル鋳鉄の中間に位置するCGIは、ねずみ鋳鉄よりも強度と耐疲労性に優れている。高性能ディーゼルエンジンのブロックやエキゾースト・マニホールドに使用されている。

比較表

タイプ	主な特徴	一般的な使用例
灰色の鋳鉄	減衰、加工性	エンジンブロック、ハウジング
ダクタイル鋳鉄	強度、延性	クランクシャフト、ギアキャリア
白鋳鉄	極めて硬く、脆い	ライナー、セメントプラント部品
可鍛鉄	強靭な熱処理	電装品、小型部品
CGI	疲労強度、ミッドフレックス	ディーゼルエンジン、エキゾーストマニホールド

機械的特性

• 圧縮強度:静荷重に強く、ベースやフレームに最適。
• 引張・衝撃強度:ダクタイル鋳鉄がリードし、ねずみ鋳鉄と白鋳鉄は後塵を拝している。
• 硬度:白鉄は非常に硬く、耐摩耗性に優れている。
• 振動減衰:灰鉄鉱は、黒鉛フレーク構造により優れている。
• 熱安定性:優れた導電性と低熱膨張は、ブレーキやマニホールドに役立つ。
• 加工性:灰色の鉄が最も切りやすく、白い鉄が最も硬い。

製造概要

ほとんどの鋳鉄部品は砂型鋳造で製造される。シェルモールドや遠心鋳造などの代替法は、より複雑な形状に使用されます。主な製造工程は以下の通りです：

• パターン作成と金型準備
• 溶解（誘導炉またはキュポラ炉）
• 型に流し込む
• 制御された冷却
• 洗浄と熱処理
• 機械加工と検査

産業用途

 

• 自動車:エンジンブロック、ブレーキローター、ステアリング部品
• 産業機械:ギアハウジング、工作機械用ベッド、コンプレッサー
• ウォーターシステム:ダクタイル鋳鉄管および市営継手
• 鉱業・エネルギー:高摩耗環境で使用される白鉄
• インフラ:マンホール蓋、橋梁支柱、鋳造ベース

メリット

✅ 複雑な形に鋳造する
✅ 優れた振動減衰性
✅ 大型部品の費用対効果
✅ 高い耐摩耗性と圧縮強度

制限事項

❌ 形状によっては脆い
重い重量
溶接が難しい。

デザインのヒント

• 均一な肉厚を維持
• 鋭い角の代わりに切り身を加える
• 離型にドラフトアングルを使う
• 加工代を含む
• ベントとコアの配置を早めに計画する

規格スナップショット

• ASTM:A48（灰色）、A536（延性）、A532（白色）、A47（可鍛性）
• EN/DIN:EN-GJL, EN-GJS
• 国際標準化機構:ISO 185, ISO 1083
• 中国GB:GB/T 9439、1348、8263

よくある質問（FAQ）

Q: 鋳鉄は溶接できますか？
A: 一般的に、ほとんどの鋼種は脆性と割れの危険性から溶接が難しい。

Q: ダクタイル鋳鉄とねずみ鋳鉄の違いは何ですか？
A：ダクタイル鋳鉄は球状黒鉛構造で靭性を高め、ねずみ鋳鉄は薄片状黒鉛で減衰を助けます。

Q：鋳鉄は今でも現代の産業で使われているのですか？
A: もちろんです。鋳鉄は、自動車、自治体のインフラ、重機産業では依然として不可欠です。

鋳鉄は、鋳造性、機械的性能、コスト効率の優れたバランスにより、製造業において重要な役割を果たし続けています。多様なグレードと用途を持つ鋳鉄は、多くの業界のエンジニアや製品設計者にとって信頼できる材料であり続けています。

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