インゴット

インゴットとは、比較的純粋な材料（通常は金属）を、さらに加工するのに適した形状に鋳造したものです。 ^{[ 1 ]}製鋼においては、半製品鋳造品の最初の段階です。インゴットは通常、有用な最終製品を作るために、冷間加工、熱間加工、切断、またはフライス加工などの2回目の成形工程を必要とします。バルク状に準備された非金属材料や半導体材料も、特に鋳型ベースの方法で鋳造された場合は、インゴットと呼ばれることがあります。^{[ 2 ]}貴金属インゴットは、金塊のように、通貨（他の形状に加工されている場合とされていない場合がある）または通貨準備として使用できます。

インゴットは一般的に、純金属または合金を融点以上に加熱し、鋳型冷却法を用いて棒状または塊状に鋳造して作られる。

特殊なケースとしては、溶融状態から引き上げて作られる多結晶または単結晶のインゴットが挙げられる。

インゴットは、溶融した液体（溶融物と呼ばれる）を型の中で冷却することによって製造されます。インゴットの製造にはいくつかの目的があります。

まず、金型は完全に凝固し、後の加工に必要な適切な結晶構造を形成するように設計されている。なぜなら、溶融物の冷却によって形成される構造が材料の物理的特性を制御するからである。

第二に、金型の形状とサイズは、インゴットの取り扱いと後工程での加工を容易にするように設計されています。最後に、金型は溶融物の無駄を最小限に抑え、インゴットの排出を容易にするように設計されています。溶融物またはインゴットのいずれかが失われると、完成品の製造コストが増加するためです。

鋳型にはさまざまな設計があり、溶融金属の物理的特性や凝固プロセスに合わせて選択できます。鋳型は、上方注湯、水平注湯、下方注湯のいずれにも対応でき、溝付きまたは平壁のものがあります。溝付き設計は接触面積が大きくなるため、熱伝達が向上します。鋳型は、熱伝達要件に応じて、固体の「塊状」設計、砂型鋳造（銑鉄など）、または水冷シェルのいずれかになります。インゴット鋳型は、不均一な冷却による亀裂の発生を防ぐためにテーパー状になっています。亀裂や空隙の発生は、一定質量の材料に対して液体から固体への変化に伴う体積変化によって発生します。これらのインゴット欠陥の発生により、鋳造されたインゴットが使用不能になり、再溶解、リサイクル、または廃棄が必要になる場合があります。

結晶性材料の物理的構造は、溶融金属の冷却および析出方法によって大きく左右される。注湯工程では、インゴット壁に接触している金属は急速に冷却され、冷却される液体と鋳型の冷却速度に応じて、柱状構造または等軸樹枝状結晶の「チルゾーン」を形成する可能性がある。 ^{[ 8 ]}

上部注湯インゴットの場合、鋳型内で液体が冷却されるにつれて、体積差効果により液体の上部が後退し、鋳型上部に湾曲した表面が残ります。この湾曲した表面は、最終的にインゴットから機械加工で除去する必要が生じる場合があります。鋳型の冷却効果により、凝固前線が前進し、いくつかの関連領域が存在します。壁に近い部分には、凝固中の溶融物から熱を奪う固体領域があり、合金の場合は、合金の相図における固液平衡領域の結果として生じる「マッシー」領域と液体領域が存在する場合があります。前線の前進速度は、凝固領域で樹枝状結晶または核が形成される時間を制御します。合金のマッシー領域の幅は、鋳型の熱伝達特性を調整したり、溶融合金の組成を調整したりすることで制御できます。

インゴット加工のための連続鋳造法も存在し、冷却された固体材料を連続的に取り出すことによって凝固の静止界面が形成され、鋳造プロセスに溶融液が加えられる。^{[ 9 ]}

米国のアルミニウムインゴットの約70％は、割れを軽減する直接冷却鋳造法を使用して鋳造されています。応力による割れや端部の変形のため、インゴットの5％は廃棄しなければなりません。 ^{[ 10 ]}

• 
  クレタ島ザクロスで発見された古代の銅製牛皮型インゴット。インゴットは動物の皮の形をしており、当時の銅製インゴットによく見られる形状である。
• 
  中国の銀貨（シチェ）の鋳型。銀貨または金貨の一種で、帝国時代に通貨として使用されていた。
• 
  ローマ時代のブリテン島から出土した鉛の塊が、ウェルズ・アンド・メンディップ博物館に展示されている。
• 
  スウェーデン、ダーラナ州ノーリッタン産の銑鉄インゴット。

平凸型のインゴットは広く分布している考古学的遺物であり、冶金の歴史に関する情報を提供するために研究されている。

• 棒材（ビレット）
• 地金
• 金塊
• 牛皮のインゴット
• Sycee、伝統的な中国のインゴット
• 錫のインゴット
• ウェーハエッチング

• チャルマーズ、ブルース（1977）。凝固の原理。ニューヨーク州ハンティントン：ロバート・E・クリーガー出版。ISBN 0-88275-446-7。
• ブラジリアン州シュレンカー (1974 年)。材料の紹介。ジャカランダプレス。

• ウィキメディア・コモンズにあるインゴット関連のメディア