鋳造欠陥の種類と製品の欠陥を防ぐ方法

鋳物製造は複雑な多段階プロセスである。各工程の熟練度は大きく異なる。作業者のスキル、品質管理、試験方法や設備など、すべてが鋳物の最終品質に影響します。鋳造欠陥にはどのような種類があるのか、またその防止策を知りたいという方のために、このガイドブックではすべての鋳造欠陥の概要をご紹介します。.

鋳造工程で金属がガスに入り、凝固すると、気孔ができる。ポロシティを形成する最も一般的なガスは、窒素、酸素、水素です。鋳型はガスを逃がしますが、多くの要因でガスが流れないことがあります。その結果、インベストメント鋳造では一般的な鋳造表面の欠陥が生じます。ポロシティに関連する一般的な鋳造欠陥は3つあります。

1.ピンホール鋳造欠陥

ピンホール鋳造欠陥は、ストーマの別称である。ピンホールは最も一般的な金属鋳造欠陥であり、操作システムのあらゆる問題によって引き起こされる可能性がある。ピンホール鋳造欠陥は、肉眼では鋳物の表面付近や集団で見えることが多い。

鋳造と鋳造欠陥の原因

1. 含水率の高い砂が使われる。
2. 湿った取鍋からの注湯、または不十分なガス抜き
3. 溶けた金属は水素や一酸化炭素ガスを吸収する。

対策

1. 砂の含水率を下げることによって
2. 砂の浸透性を高める
3. 優れたフラックスと溶融方法を使用すべきである。
4. 急速な凝固によって

2.ストマータ

ピンホールよりも大きな空洞は、鋳造欠陥のポロシティと呼ばれます。鋳造品の内部に多く見られます。機械加工を行う前に、これらを特定することは困難であり、高調波、超音波、磁気、またはX線による調査が必要となります。

鋳造と鋳造欠陥の原因

1. 砂の中にはたくさんの水がある。
2. この砂は透水性が低い。
3. 砂の粒が小さすぎる。
4. 圧縮しすぎた砂
5. 換気不足

対策

1. 砂の含水率を管理し、必要なレベルに維持しなければならない。
2. 透水性の高い砂を使用する
3. 適切な大きさの砂を使用すること
4. 圧縮しすぎない
5. 十分な換気を行うこと

3.オープンホール

鋳物の欠陥における気孔は、鋳物の表面に現れる開孔よりも気づきにくい。ほとんどの場合、ひび割れた開口部が鋳物の表面に生じます。これらの欠陥は、金属を流し込む際に鋳型内に閉じ込められた空気によって発生します。

鋳造表面の欠陥の原因

1. 金型と中子の通気不良
2. 金型と中子の乾燥不足

対策

1. 乾燥した通気性の良い砂で開口部を防ぐ
2. 粗い砂を選ぶ。砂が粗ければ粗いほど、透水性が良くなる。
3. 金型とコアが乾いていることを確認する

金属は固体よりも液体の方が密度が低いため、収縮する。冷却工程では、収縮の問題がよく発生する。合金の凝固収縮は典型的なものですが、不均一な収縮は鋳物表面の欠陥の原因となります。
凝固の過程で、収縮によって鋳物に窪みが生じる。収縮スペースは、ガスボイドの滑らかな表面ではなく、鋭いエッジを持つ。ボイドは樹枝状割れや亀裂と一緒に見られることが多い。大きな収縮空隙は鋳物の完全性を損ない、加圧下で 破断を引き起こす可能性があります。鋳物の欠陥は2つの方法で収縮に起因する可能性があ る。

1.オープン・シュリンクの欠陥

鋳造品の表面に、開き収縮（パイプとも呼ばれる）によって窪み（凹み面とも呼ばれる）や穴ができること。金属が不均一に収縮すると、その部分の鋳型に空気が吸い込まれ、このような欠陥が生じる。

2.閉じた収縮の欠陥

閉じた引け巣は、引けのゆるみとも呼ばれ、閉じた引け巣を引き起こす鋳物の欠陥です。一方、微視的収縮は人間の目では見ることができない。
閉じた収縮断層は、ホットスポットの頂上付近や孤立した高温液溜りで最もよく見られる。

金属鋳造欠陥の原因

鋳型内の液体金属の温度が同じでない場合、収縮欠陥が発生する。収縮欠陥は、金属が鋳型に注がれる温度が高すぎる場合や、金属が不均一に凝固する場合に発生します。金型の設計が凝固の方向パターンを無視している場合、不均一な凝固がよく起こります。

対策

特に鉄系合金を熱処理して残留張力を下げることは、そり の防止に役立つ。アルミニウム合金の場合、焼入れと時効処理の間に鋳物を矯正することで、ワタを防止することができます。また、ワタの発生を抑制し、重要な部分に波形のようなリブ形状が多くなるようにすることで、より安定した対象物の冷却を可能にします。

1. 溶融金属の流れを中断させないためのライザーベースのランニング（ゲーティング）システムの設計
2. 局所的な熱放散を増やすには、内部クーラー、ヒートシンク、冷却コイルを挿入する。
3. 鋳造温度を下げ、総量不足を抑える。

1.切断と精練

注湯中に液体金属が鋳型の一部を侵食し、砂がそれに耐える熱的強度を持たない場合、切断や削れが発生する。洗浄と切断は、溶融金属が勢いよく流れ込む一端に向かって傾斜する最終表面の低い凸凹として現れる。

鋳造欠陥の原因

切断や精練は、高速の溶融金属流によってゲートを通過する過剰な金属流によって引き起こされる可能性がある。

対策

1. 注水システムの設計を改善する
2. モールドとコアの強化
3. 仕上げ砂と中子砂にバインダーを加える。

2.溶断

砂粒子と溶融金属が融合することをフュージングという。鋳物の表面では、融着はガラスのような殻として現れます。薄く脆いガラス質の地殻のようで、鋳物にぴったりとくっつきます。これは、鋳型の砂の一部が溶けて鋳物と融合することで起こります。

金属鋳造欠陥の原因

1. 屈折率の低い粘土または砂
2. 注湯温度の高い金属液体

対策

成形材料が金属と融合しないように液体の温度に耐える能力を耐火性という。珪砂の耐火度が最も高い。融着を防ぐには、成形材料の耐火性を向上させるか、溶湯の注湯温度を下げればよい。

3.金属貫通

メタルインペネトレーションとは、鋳型から液体金属が漏れることで、不完全な鋳造品や欠落した鋳造品の原因となる。

鋳造欠陥の原因

1. 強度が低く、透水性の高い砂を使用する。
2. 粗い砥粒や巨大な砥粒を使うこと。砥粒が粗ければ粗いほど、精神的な貫通力は強くなる。
3. 不十分なカビの除去
4. ソフトサンドパウンド

対策

このような鋳造欠陥を避けるためには、鋳造用金型が適切に設計されていることを確認してください。鋳造する前に、破損している鋳型を検査し、交換してください。
高温は金型の過度な摩耗を引き起こす可能性があります。金型には、高温に耐えられる高品質の原材料を使用してください。

4.むくみ

鋳型が柔らかすぎると、液体金属の重みで砂が外側に引っ張られ、膨れ欠陥が生じます。膨れは通常、鋳物の垂直面に小さな滑らかなこぶとして現れます。

鋳造欠陥の原因

膨張不良は通常、金型の不適切な使用や強度の低い金型によって引き起こされる。

対策

1. このような鋳造欠陥を避けるためには、鋳造用金型が適切に設計されていることを確認してください。鋳造する前に、破損している鋳型を検査し、交換してください。
2. 高温は金型の過度の摩耗を引き起こす可能性があります。金型には、高温に耐えられる高品質の原材料を使用してください。

5.ドリッピング

濡れたままの砂が金属鋳物の中に落ちると、砂が垂れる。滴は鋳物の上部に不均一な塊として現れます。これは、鋳型の強度が十分でなく、砂が液体金属に入り込んだ場合に起こります。水滴は金属の表面を汚染する可能性がある。

鋳造欠陥の原因

1. 強度の低い砂
2. ソフト・ラミング
3. 溶湯用フラックス不足
4. 補強が不十分なボールト内の砂の突起物

対策

1. 引張強度の高い砂を使用する。
2. より難しいタンプを提供する。
3. 十分なフラックスがあれば、溶融金属から不純物を除去できる。
4. 砂の突起を補強するには、釘やペンチを使う。

6.ラットの尻尾

ラットテールや脈は、鋳型の砂の表面が座屈したときに、鋳物に不均一な線や亀裂として現れます。ラットテイルは、溶融材料で覆われていることが多い鋳型の底面に最もよく見られます。座屈は、より深刻なラットテイルの一種です。

ダイカスト欠陥の原因

1. 砂の膨張が悪い
2. A 注湯温度
3. 金型の設計不良

対策

金型に溶融金属を収容するのに十分なスタンピングがあることを確認することは、これらの問題を避けるための良い方法です。また、注湯する金属が熱くなりすぎないように注意する。それらがうまくいかない場合は、上記の手順を適用して問題を解決します。

1. 砂への可燃性添加物の添加
2. 金属の注湯温度を下げる
3. 金型も硬すぎない方がいい。

鋳型の内側に到達する際の金属のサブクール温度は、注湯された金属のすべての欠陥の原因となる。十分に高温でない鋳型に金属を入れることで、これらの欠陥を発生させることができる。たとえ正しい温度で金属を注いだとしても、欠陥のある方法では、金型に入る前に金属が急速に冷えすぎたり、金型断面が薄すぎたりして、欠陥が発生することがある。小さな部品は、その軽さのために固まって他の金型部分を塞いでしまうこともある。

1.ヒートクラック／クラック

ひび割れには拡大しなくても見えるものもあれば、拡大が必要なものもある。ひび割れは凝固後、鋳物が冷えたときに現れます。

ダイカスト欠陥の原因

ホット・リッピングは、凝固した金属が凝固過程の引張張力に耐えるだけの強度がない場合に発生する。

対策

1. 金型設計の改善
2. 折り畳み性を改善するために金型を修正する

2.ホットスポット／ハードスポット

ハードスポットは高温部の別名です。このような欠陥は、特定の鋳造部分が周囲よりも速く冷却されたときに現れます。周囲の材料よりも早く冷えるからです。その結果、鋳物の硬い部分が形成されます。これらは工具の磨耗を引き起こし、機械加工の妨げとなります。困難な部分は加工を妨げ、工具摩耗の増加につながります。

金属鋳造欠陥の原因

ホットスポットは不適切な冷却が原因

対策

1. 正しい冷却習慣
2. 金属の化学組成の変更を検討する

鋳型の内側に到達する際の金属のサブクール温度は、注湯された金属のすべての欠陥の原因となる。金属の温度が十分でないときに金属を流すだけでは、たとえ金属が最初に正しい温度で注湯されていたとしても、このような問題が生じる可能性がある。その後、注湯機構に欠陥があると、金属が型に入る前に冷えすぎてしまうことがある。あるいは、鋳型部分が過度に薄くなり、欠陥が生じることもある。

1.コールドシャット鋳造欠陥

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表面キズはコールドシャット鋳造の欠陥です。鋳造表面に丸みを帯びたエッジを持つ線や亀裂が見られます。2つの溶融金属の流れが融点以下の温度で合流すると、融解して凝固せず、コールド・シャット鋳造欠陥が生じます。その結果、エッジが丸みを帯びた破断が生じるようです。鋳物の欠陥は肉眼で観察できます。

ダイカスト欠陥の原因

1. 注ぎ方が悪い
2. 低融点
3. 流動性の欠如

対策

1. 注湯システムの最適化
2. 適切な注湯温度
3. 金型の通気性を向上させる

2.ミス・ラン

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ミスランは、溶融金属が鋳型室を満たす前に固まり、鋳造品に隙間ができることで発生する。鋳型の空洞が液体金属で完全に満たされていない状態。

鋳造と鋳造欠陥の原因

1. 溶けた金属は流動性が低い。
2. 低温では溶融金属の流動性が低下する。
3. 不適切な注湯システムと薄すぎる断面

対策

1. 金型設計とドア制御システム設計の最適化
2. メタルフローを増やす
3. 薄すぎる断面は避ける。

3.スラグの包含

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液体を注ぐ際に水しぶきがかかると、固形の小球が発生することがある。これらの塊は、凍結する際に鋳物に巻き込まれる。コールドショットは多くの場合、球状、涙滴状、真珠状で、金属全体に分散している。燃え殻とガラガラは密接な関係にあり、一緒に発生することが多い。通常、地肌を取り除くと、その下にあるガラガラが見える。

鋳造と鋳造欠陥の原因

スラグは、粒子を含む溶融金属が金型キャビティに注がれ、凝固する際に発生する。

対策

1. 真空または不活性雰囲気中でフラックスを使って金属を溶かす。
2. 金属を底から注ぐには、専用のスプーンを使用する。
3. 注水システムにセラミックフィルターを追加する

鋳型の欠陥は、ズレやフライング・エッジの原因となる。形状の欠陥は通常、既存の鋳型を再調整する必要があるため、修正が最も簡単です。

1.ズレ／ミスマッチ

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別々の鋳造部分が、通常は水平方向にずれると、オフセットとも呼ばれるミスマッチが発生する。鋳型の上部と下部が一直線にならないため、鋳型ずれが生じます。鋳型のズレは、水平方向のズレとして現れるのが最も一般的です。垂直方向のずれが発生した場合は、金型ではなくコアがずれていることになります。

鋳造と鋳造欠陥の原因

1. 金型準備中に、上下の部品の位置合わせが正しく行われなかった。
2. サンドボックスのズレ
3. 抵抗にトップカバーを取り付ける際、細部に注意を怠り、ミスアライメントを招いた。

対策

オフセットがある場合は、マッチング・プレート・パターンの取り付けとアライメントを確認してください。作業に適したモールディング・ボックスとクロージング・ピンを使用していることを確認する。

2.フライエッジ

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最も一般的な鋳造欠陥のひとつにフライング・エッジがある。鋳巣、バリ、フラッシュはすべてフライング・エッジを指す用語です。フライング・エッジは、鋳造品に付着した余分な材料として現れ、一般的には鋳型部分が接する部分にフレークの形で発生します。再溶解してドロスを生成するスクラップは、フライエッジとして知られています。

鋳造欠陥の原因

中子表面にひび割れや穴があると、鋳物表面にフライング・エッジが発生します。隙間は、鋳型の重量不足や砂場のクランプ不良が原因かもしれません。

対策

この問題は、金型とコアを再び組み立てることで解決できる。2つの部品がしっかりと合うように、金型の上部には十分な重さがあるはずだ。
フラッシュは、わずかなものから非常にひどいものまである。ひどくなければ、メーカーがハンマーやプライヤーでフラッシュを壊し、パーティングラインまでヤスリをかけることで取り除くことができる。しかし、これは高価な作業となる。

3.反り

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反りは、凝固中または凝固後に発生する鋳造欠陥である。

鋳造欠陥の原因

他の部分で凝固速度が異なると、反りが頻繁に発生する。その結果、隣接する壁にひずみが生じる。反りは大きく平らな部分で起こりやすい。

対策

鋳鉄部品は、残留張力を除去する焼ならし熱処理が有効である。アルミニウム鋳物は、焼入れと時効処理の間に矯正が必要な場合があります。

4.ハニカムまたはスポンジ状

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これは、金属鋳物の小さな空洞が複数個隣接している外観上の欠陥である。

鋳造欠陥の原因

1. 溶融金属の懸濁液の中で、機械的に保持された破片や薄皮がこれを生成する。
2. レードルでのスキミングが不適切なために起こる。

対策

1. 溶けた金属にゴミや薄片が入り込むのを防ぐ。
2. 砂の流出は避けられる。
3. 取鍋で適切なスキミングを行い、溶融金属からスラグ屑を取り除く。

鋳造の品質管理には、鋳造欠陥とその原因を十分に理解することが必要です。サプライヤーに貴社の品質基準を理解してもらうため、製造前に具体的な欠陥許容範囲と期待品質を設定する必要があります。
欠陥の許容範囲は、製品や鋳造の問題の種類によって異なります。このような鋳造欠陥に対する許容範囲を決定することで、ベンダーがお客様の期待を理解し、将来の誤解や品質上の問題を回避することができます。