鋳物製造時の結晶粒粗大化の原因

鋳物中の粗粒は一般的ですが望ましくない現象であり、鋳物の機械的特性と耐用年数に直接影響を与えます。粗粒の原因を理解することは、生産プロセスを最適化し、鋳造品質を向上させるために非常に重要です。著者は、長年の製造実践と関連資料の参照に基づいて、鋳物中の結晶粒粗大の考えられる原因を多面的に調査します。

1.合金組成の影響

• 過剰な炭素含有量: 鋳鋼中の炭素含有量が高いと炭化物の析出が発生し、核生成速度が低下し、結晶粒の成長が加速される可能性があります。
• 合金元素が不足しています：チタンやバナジウムなどの微量元素が粒子の微細化に役立ちます。これらの元素が不足すると、粒子が粗大になる可能性があります。
• 不純物の影響：硫黄やリンなどの不純物が低融点偏析帯を形成し、局所的な結晶粒の粗大化を引き起こします。

2. 不適切な冷却速度制御

• 徐冷: 冷却速度が遅いと粒子が成長する時間が長くなり、その結果、構造が粗くなります。
• 不均一な冷却勾配: セクション間の冷却速度の違いにより、局所的な粗大粒子が発生する可能性があります。
• 金型設計の欠陥: 金型の熱伝導率が不均一であるか、金型内の温度制御が不適切であると、冷却の不均一が間接的に発生する可能性があります。

3. 過熱または溶解時間の延長

• 過度の溶解温度: 温度が高くなると粒子の成長が促進され、微量元素が燃え尽きて核生成サイトが減少する可能性があります。
• 長時間の保持: 保持期間を長くすると、特に十分な撹拌を行わずに粒子が成長する時間が長くなります。

4. その他の鋳造プロセスの問題

• 金型予熱温度が高すぎる：予熱温度が高いと冷却が遅れ、粒子が粗大になります。
• 速い注入速度: 急速に注ぐと乱流が発生し、核生成が減少し、粗粒領域が形成される可能性があります。
• 未処理の冶金的欠陥：介在物とガスの多孔性により、有効核生成サイトの密度が減少し、粒子の粗大化に寄与します。

5. 穀物精製の欠如

• 穀物精製業者の不在：ホウ素、ストロンチウム、マンガンなどの元素は粒子を効果的に微細化しますが、これらの元素が不適切に使用されたり、使用されなかったりすると、粒子が粗大化する可能性があります。
• 撹拌が不十分である: 精製剤の分散が不十分であるか、溶融物中で粒子が凝集していると、結晶粒の微細化が損なわれる可能性があります。

6. 不適切な熱処理

• 過剰なアニーリング温度またはアニーリング時間：熱処理中に粒成長が起こり、過剰な処理は粒粗大化を悪化させます。
• 制御されていない急速冷却と低速加熱: 冷却速度と加熱速度の制御が不十分な場合、粒子が異常に成長する可能性があります。

粗粒の原因には、材料の組成、プロセス設計、装置、および操作方法の組み合わせが関係します。これらの問題に対処するには、慎重な分析と段階的な排除が必要です。合金組成を制御し、冷却速度を最適化し、溶解温度と時間を正確に管理し、より優れた鋳造プロセスを設計し、高度な結晶粒微細化技術を採用することにより、粗粒の形成を効果的に最小限に抑え、鋳物の全体的な性能を向上させることができます。