ねずみ鋳鉄

ねずみ鋳鉄は、黒鉛微細構造を持つ鋳鉄の一種です。黒鉛の存在により形成される破片の灰色にちなんで名付けられました。 ^[1]重量ベースでは最も一般的な鋳鉄であり、最も広く使用されている鋳造材料です。^[2]

ねずみ鋳鉄は、内燃機関のシリンダーブロック、ポンプハウジング、バルブボディ、電気ボックス、装飾鋳物など、部品の引張強度よりも剛性が重要なハウジングに使用されます。ねずみ鋳鉄の高い熱伝導率と比熱容量は、鋳鉄製の調理器具やディスクブレーキローターの製造によく利用されています。^[3]

貨物列車のブレーキでは以前は広く使用されていたが、^騒音公害に関する懸念から欧州連合では大幅に削減された。^{[4] [ 5 ] [6] [7]}例えばドイツ鉄道は、2020年12月に施行された法律に準拠するため、2019年までに53,000台の貨車（全車両の85％）のねずみ鉄ブレーキを、より静かな新型に交換した。^{[8] [9] [10]}

グラファイト微細構造を得るための典型的な化学組成は、重量で炭素2.5 ～ 4.0% 、ケイ素1 ～ 3% です。グラファイトはねずみ鋳鉄の体積の 6 ～ 10% を占めます。ケイ素は白鋳鉄ではなくねずみ鋳鉄の製造に重要です。これは、ケイ素が鋳鉄のグラファイト安定化元素であり、合金が鉄炭化物ではなくグラファイトを生成するのに役立つためです。3% のケイ素では、炭素は鉄炭化物として化学的な形で保持されることはほとんどありません。グラファイト化に影響を与えるもう 1 つの要因は凝固速度です。速度が遅いほど、炭素が拡散してグラファイトに蓄積する時間が長くなります。中程度の冷却速度ではパーライト基質が形成され、速い冷却速度ではフェライト基質が形成されます。完全にフェライト基質にするには、合金を焼鈍する必要があります。^{[1] [11]急速冷却は、部分的または完全にグラファイト化を抑制し、}白鋳鉄と呼ばれるセメンタイトの形成につながります。^[12]

グラファイトは3次元の薄片の形をしています。2次元では、研磨された表面として、グラファイト薄片は細い線のように見えます。グラファイトには目立った強度がないため、空隙として扱うことができます。薄片の先端は既存のノッチとして機能し、そこに応力が集中するため、脆く振る舞います。 [ ^{12] [13]}グラファイト薄片が存在すると、グラファイト薄片全体で簡単に割れる傾向があるため、ねずみ鋳鉄は簡単に機械加工できます。ねずみ鋳鉄は減衰能力も非常に優れているため、工作機械の取り付けベースとしてよく使用されます。

米国では、ねずみ鋳鉄の最も一般的に使用されている分類は、 ASTM 国際規格 A48 です。^[2]この規格は、ねずみ鋳鉄を、平方インチ当たり数千ポンド (ksi) 単位の最小引張強度に対応するクラスに分類します。たとえば、クラス 20 のねずみ鋳鉄の最小引張強度は 20,000 psi (140 MPa) です。クラス 20 は炭素当量が高く、フェライト マトリックスです。クラス 40 までの強度の高いねずみ鋳鉄は、炭素当量が低く、パーライトマトリックスです。クラス 40 を超えるねずみ鋳鉄は、固溶強化のために合金化が必要であり、マトリックスを変更するために熱処理が行われます。クラス 80 は利用可能な最高クラスですが、非常に脆いです。^[12] ASTM A247 も、グラファイト構造を説明するために一般的に使用されています。ねずみ鋳鉄を扱う他の ASTM 規格には、ASTM A126、ASTM A278、および ASTM A319 があります。^[2]

自動車業界では、SAEインターナショナル（SAE）規格SAE J431がクラスの代わりにグレードを指定するのに使用されています。これらのグレードは、引張強度とブリネル硬度の比の尺度です。^[2]さまざまなグレードの引張弾性率の変動は、材料に含まれるグラファイトの割合を反映しています。グラファイトは強度も剛性もなく、グラファイトが占める空間は空隙のように機能し、スポンジ状の材料を作り出します。

ねずみ鋳鉄は、比較的低コストで、切削時にグラファイトが潤滑作用を発揮し、切削片を分解するため、機械加工性に優れているため、一般的なエンジニアリング合金です。また、グラファイト片が自己潤滑性を持つため、耐摩耗性と耐摩耗性にも優れています。グラファイトはエネルギーを吸収して熱に変換するため、ねずみ鋳鉄に優れた減衰能力も与えます。 [ 3 ]ねずみ^鋳鉄は高温でも加工（鍛造、押し出し、圧延など）できません。

ねずみ鋳鉄は、黒鉛微細構造を形成しない他の鋳鉄に比べて凝固収縮が少ない。シリコンは、鋳造時に優れた耐食性と流動性を高める。^[12]ねずみ鋳鉄は一般的に溶接しやすいと考えられている。^{[16]より現代的な鉄合金と比較すると、ねずみ鋳鉄は引張強度と}延性が低いため、耐衝撃性はほとんどありません。^[16]

• ミーハナイト

• デガーモ、E. ポール; ブラック、J. T.; コーサー、ロナルド A. (2003)、製造における材料とプロセス (第 9 版)、Wiley、ISBN 9780471033066。
• シュバイツァー、フィリップ A. (2003)、金属材料、CRC プレス、ISBN 9780203912423。
• スミス、ウィリアム F.; ハシェミ、ジャバド (2006)、材料科学と工学の基礎 (第 4 版)、マグロウヒル、ISBN 9780072921946。

• ステファネスク、ドル・マイケル（2002）、鋳造凝固の科学と工学、Springer、ISBN 978-0-306-46750-9。