鋳鋼の亀裂欠陥の原因は何ですか?

鋳鋼部品における亀裂欠陥の発生は非常に一般的かつ複雑な問題であり、製錬、鋳造プロセスからその後の処理までの生産チェーン全体が関係します。亀裂は基本的に、その温度での材料の強度限界を超える内部応力 (主に熱応力と収縮応力) によって発生します。

通常、亀裂はホット亀裂とコールド亀裂の 2 つのカテゴリに分類されます。

1、 熱間割れは、金属が固液共存状態にあり、強度や塑性が低い溶鋼の凝固後期または凝固直後に発生します。発生温度：通常固相線付近（約1300～1450℃）。特徴：亀裂部分は酸化が激しく、黒または青色に見え、曲がりくねった不規則な形をしています。

主な原因:

1. 鋳物の構造設計: 壁厚の過度の違いや接続部の不均一な移行により、不均一な冷却と重大な熱応力が発生します。

2. 注湯システムの不合理な設計: スプルーが集中しすぎているか、不適切な位置にあるため、局所的な過熱が発生し、最終的にはその領域で固化します。

圧縮やサポートを受けることができません。

3. 砂型・中子の後退不良：砂型の強度が高すぎるため、鋳造凝固時の自由収縮が阻害され、収縮し、引張応力が発生し、亀裂が発生します。これは非常に一般的な理由です。

4. 合金の化学組成：硫黄（S）やリン（P）などの有害な元素が多く含まれています。これらは低融点の硫化物やリン化物を形成し、粒界に液体の薄膜を形成し、粒界の結合力を大幅に弱め、熱亀裂を引き起こす非常に重要な要因となります。炭素（C）含有量：炭素含有量が高くなると凝固温度範囲が広くなり、デンドライトが粗大化し、熱割れが発生しやすくなります。 5. ライザーと冷却アイロンの不適切な使用: ライザーネックが長すぎたり短すぎたり、冷却アイロンが適切に配置されていない場合、不均一な冷却が悪化します。

2、冷間割れは、鋳物が完全に凝固して弾性状態に冷却された後、通常は600℃以下の低温段階で発生します。発生温度：より低い温度。特徴：亀裂断面はきれいで、金属光沢またはわずかな酸化色を有し、亀裂は比較的直線的で直線状に連続している。

主な原因:

1. 過剰な鋳造応力: 熱応力: 鋳造品のさまざまな部分の冷却速度の不一致によって引き起こされます。収縮応力: 金型、砂中子、スプルー システム、およびボックス ストップによって引き起こされる鋳造収縮に対する機械的障害。変態応力: 組織変態(オーステナイトがマルテンサイトに変態するなど)が発生した場合の冷却プロセス中の比体積の変化によって発生する応力。

2. 鋼の冶金的品質: ガス含有量、特に水素 (H) が多いと、「水素誘起亀裂」が発生し、材料の靭性が低下する可能性があります。非金属介在物は数多くあります。介在物は応力集中点として、材料の強度と耐クラック性を大幅に低下させる可能性があります。

3. 箱詰め中の早すぎるサンディング: 鋳物がまだ十分に低い温度まで冷却されていないため、内部応力が完全に除去されていないため、早すぎる振動やサンディングにより低温割れが発生しやすくなります。

4. 不適切な熱処理工程：過剰な加熱または冷却速度：特に焼鈍および焼きならし処理の際、加熱または冷却が不均一であると、巨大な熱処理応力が発生し、元の鋳造応力と重なり、割れが発生します。

焼入れ亀裂：これは特殊な形態の冷間亀裂であり、焼入れの急速な冷却速度により高硬度のマルテンサイトが形成され、巨大な構造応力を伴うため、非常に亀裂が発生しやすくなります。

まとめと解決策のアイデア

鋳鋼部品に亀裂が見つかった場合、その原因を次の側面から体系的に調査する必要があります。

1. 化学成分：S、Pなどの有害元素の含有量を厳しく管理します。

2. 製錬プロセス: 溶鋼中のガスや介在物の含有量を減らすために精錬方法が使用されます。 3. 鋳造構造: 肉厚の急激な変化を避け、丸みを帯びた移行部を使用するように設計を最適化します。

4. 鋳造プロセス: スプルーおよびライザー システム: 局所的な過熱を回避し、順次凝固または同時凝固を達成するように合理的に設計されています。鋳物砂・中子砂：十分な降伏性と崩壊性を確保します。冷アイロンとライザー: 冷却順序を制御するために適切に使用します。

5. 砂の除去と洗浄: 箱詰めする前に、鋳物が砂型内で十分に低い温度 (400 °C 以下など) に冷却されていることを確認します。ライザーの切断や溶接補修の際にも、新たな応力の発生を避ける必要があります。

6. 熱処理プロセス: 合理的な熱処理仕様を作成し、特に加熱速度と冷却速度を制御します。複雑な部品や高合金鋼部品の場合は、段階的に加熱して徐冷する方法を採用します。

特定の原因を正確に特定するには、多くの場合、亀裂の巨視的および微視的形態分析（金属組織検査）、プロセスレビュー、および化学組成分析を組み合わせて総合的に判断する必要があります。