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機械設計エンジニアの基礎知識 | 設計・3DCAD・製図・金型等

合金鋼、鋳鉄などの機械材料

合金鋼

金属は一般的に、純金属の状態よりも合金のほうが強度など機械的性質が優れています。そのため、炭素鋼に様々な性質を付加するために、一つまたは複数の合金元素(クロムやモリブデンなど)を加えたものがあります。それが「合金鋼」です。

 

合金元素の役割の一つは、鋼の焼入れ性を向上させ、強さと靭性(粘り強さ)を与えるものです。これにより、低合金鋼としての目的を果たします。低合金鋼でよく知られるのがH鋼、ハイテン鋼です。

 

合金元素のもう一つの役割は、耐摩耗性、耐熱性、耐食性、強磁性等の特殊な性質をもたせることです。これらは高合金鋼といわれるばね鋼、工具鋼、ステンレス鋼、耐熱鋼などです。

 

そして合金成分が成分比率でFeより多い超合金など非常に多くの種類に分けることができます。

 

高合金でよく知られるのがステンレス鋼です。SUSと表記され、さびない鋼となります。ステンレス鋼はFeにCrを添加し合金化することで耐食性が向上したものです。

 

鋳鉄・鋳鋼

溶融金属を鋳型に鋳込み、凝固・冷却して製品とする技術を「鋳造:ちゅうぞう」といいます。そしてその製品を「鋳物:いもの」とよびます。

 

 

この鋳物材料として必要であるのは、融点が低いこと、湯の流動性が良いこと、凝固の際の収縮が少ないことが挙げられます。

 

このような鋳造に適した特性をもつ鉄系の材料を「鋳鉄」といいます。この鋳鉄は純鉄や炭素鋼、合金鋼とは区別して考えています。

 

炭素鋼や合金鋼を鋳造して成型することはもちろん可能なので、鋳造法によって製造された鋼は「鋳鋼」とよび、鋳鉄とは区別しています。

 

鋳鋼は鋳鉄に比べて、融点が高く、流動性が劣り、収縮も大きいので、鋳造欠陥のない鋳物をつくることは難しいです。しかし、形状が複雑で強度が求められる機械部品、構造用部品等には重要な材料とされています。

 

鋳鉄は「ねずみ鋳鉄」・「白鋳鉄」の二つに大別されます。他の特別な処理が施される鋳鉄に対して、ねずみ鋳鉄は普通鋳鉄ともよばれており、一般的で鋳鉄の代表とされます。

 

鋳鉄の特徴
多量の炭素を含有することが挙げられます。これにより、鋼よりも低い温度で溶融します。溶融したFeの中の炭素は凝固する際、炭素鋼ではセメンタイトとなり準安定相ですが、鋳鉄では大部分が安定相の黒鉛となります。鋳鉄に含まれる片状黒鉛によって、鋳鉄特有の優れた切削加工性、耐摩耗性、高熱伝導性、高減衰性などの特性を生み出します。しかし、高温では黒鉛が成長するなどの欠点もあります。

 

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