硫黄含有量が多すぎると砂型鋳造でどのような問題が発生しますか?

砂型鋳造は現代の産業で広く使用されている金属成形プロセスですが、鋳物の品質は多くの要因に影響されることがよくあります。中でも硫黄分は無視できない重要なパラメータです。不純物元素としての硫黄は、鋳造プロセス中に適切に管理されないと、鋳物の性能や構造に悪影響を与える可能性があります。この記事では、砂型鋳造における高硫黄含有量の具体的な影響を分析し、根本的な原因と潜在的な解決策を探ります。

硫黄含有量が高いことによって引き起こされる主な問題

1.黒鉛の劣化（ダクタイル鋳鉄、ねずみ鋳鉄に適用）

ダクタイル鋳鉄およびねずみ鋳鉄では、硫黄がグラファイトの正常な核生成と成長を妨げ、グラファイトの形態の変化を引き起こします。

• ダクタイル鉄の場合、硫黄含有量が高いと小塊形成剤 (マグネシウムなど) の効果が抑制され、グラファイトが理想的な回転楕円体の形状ではなく、フレークやバーミキュラ形状などの不規則な形状になります。これにより、材料の強度と靭性が大幅に低下します。
• ねずみ鋳鉄の場合、硫黄含有量が高いと片状黒鉛が不均一に成長し、エッジが粗くなり、材料の熱伝導率と機械的特性に影響を与えます。

2.高温割れに対する感受性の増加

硫黄は溶融金属の流動性と凝固時の収縮能力を低下させ、鋳物内に高温亀裂の形成を引き起こす可能性があります。この問題は、複雑な構造や壁の厚さが異なる鋳物で特に顕著です。

3.硫化物介在物の生成

硫黄含有量が高いと、鉄やマンガンなどの金属内の他の元素と反応して硫化物介在物が形成されます。これらの介在物は鋳造品に弱い界面を形成し、引張強度や靭性などの機械的特性を低下させます。

4.表面品質の問題

硫黄が過剰になると、鋳造品に粗い表面欠陥やピンホールが発生する可能性があります。これは、冷却中に閉じ込められた硫黄ガスが鋳物の表面から逃げられない場合に発生します。

5.脆性の増加

硫黄は粒界に沿って偏析する傾向があり、低融点の硫化物相を形成して鋳物の耐衝撃性と延性を低下させ、鋳物をより脆く破損しやすくします。

衝撃のメカニズム

硫黄の影響は主に次のような形で現れます。

1.化学反応:

硫黄は金属内の他の元素 (マグネシウム、鉄、マンガンなど) と反応して、硫化マグネシウムや硫化鉄などの望ましくない相を形成します。

2.ガスの影響:

高温では硫黄は硫化水素ガスの形で存在し、溶湯の流動性や金型キャビティの充填に影響を与えます。

3.粒界偏析:

硫黄は粒界に蓄積する傾向があり、粒界の強度と特性が変化し、その結果全体的な材料性能が低下します。

ソリューション

1.原材料の品質管理の徹底

硫黄含有量の少ない原料を選択し、炉に装入する前に組成テストを実施します。

2.脱硫剤の使用

硫黄残留物を減らすために、製錬プロセス中にマグネシウム、カルシウム、バリウムなどの適切な脱硫剤を追加します。

3.溶解プロセスの最適化

溶融温度を上げ、硫化物介在物の形成を防ぐために均一な撹拌を確保します。

4.改良型砂型材料の採用

硫黄含有ガスが鋳型から放出されて鋳物の品質に影響を与えるのを防ぐために、鋳型砂の混合物が適切に配合されていることを確認してください。

5.オンライン監視と分析

分光学などの技術を使用して硫黄含有量をリアルタイムで監視し、硫黄含有量が許容範囲内に留まっていることを確認します。

砂型鋳造において、硫黄は「両刃の剣」です。一部の特殊なプロセスでは特定の特性を改善するのに役立つ場合がありますが、硫黄含有量が高いと一般に深刻な問題が発生します。原材料を厳密に管理し、プロセスを最適化し、リアルタイム監視を実施することにより、鋳造工場は硫黄の悪影響を効果的に軽減し、鋳造品質を向上させることができます。これは、高性能製品に対する顧客の要求を満たすだけでなく、市場における企業の競争力も強化します。