ダクタイル鋳鉄 www.tool-tool.com

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「ダクタイル鋳鉄」は，球状黒鉛鋳鉄の別称です。 読んで字のごとく，鋳鉄中の炭素（黒鉛）が球の形になっています。 その組織写真を示します。 左側がダクタイル鋳鉄，右側がねずみ鋳鉄（FC200）です。
	ダクタイル(FCD450)	ネズミ鋳鉄(FC200）
写真の黒い部分が黒鉛であり，その周りにフェライトと呼ばれる鉄の組織， 素地の部分がパーライトと呼ばれる組織です。 左右を見比べると，明らかに黒鉛の状態が異なります。 普通の鋳鉄，主にねずみ鋳鉄中の黒鉛の分布状態は化学成分のほかに， 溶解条件，冷却速度その他多くの条件によって変わるため， はっきりと特定することはできませんが，一般に右の写真のように， 片状（たくさんの筋状）の組織になっているものが多く， そうでなくても，黒鉛の結晶が不規則に，いくらか連なっている場合がほとんどです。 そのため，普通鋳物は力が加わったときに，その炭素の結晶部分を発端として， 脆性破壊が起こります。 炭素の結晶部分は，鉄の部分と比較すると結合力が小さいために， 簡単に割れてしまうのです。 それを克服したのが「ダクタイル鋳鉄」なのです。 先ほどの組織写真からわかるように，黒鉛の結晶が球状で， 独立しているために黒鉛が連なって破壊することが少なくなり、 普通鋳物にはほとんどない「伸び」がでるようになります。 「伸び」ることによって引っ張り強度も増し、強い鋳物になったのです。

次にこの"ダクタイル鋳鉄"の詳細について説明しましょう。 前のページなどでもお話ししましたが，炭素（黒鉛）が球状になっています。 この炭素を球状にするために，特別な処理を施します。

工業的にはマグネシウム（Ｍｇ）を添加することにより，黒鉛を球状化させます。 Ｃe（セリウム）などでも球状化する事が確認されていますが高価なため使用されていないようです。 配合割合は1%前後で各社で溶解条件等に会わせて調整しているようです。

鋳物のページでも述べましたが，JIS規格では，ダクタイル鋳鉄の場合にも， 化学成分に関してはほとんど規定しておらず、鋼とは異なります。 下に球状黒鉛鋳鉄品の引張試験規格を示します。(JIS G5502)(1995)

球状黒鉛鋳鉄品の機械的性質 種類の記号 引張強さ (N/mm2) 耐力 (N/mm2) 伸び （％） シャルピー吸収エネルギー(Ｊ) 試験温度 ３個の平均値 個々の値 （参考） 硬さHB FCD350-22 ＞350 ＞220 ＞22 23±5　　　　17以上　　 　　14以上 150以下 FCD350-22L ＞350 ＞220 ＞22 -40±2　　　 12以上　　　 　9以上 150以下 FCD400-18 ＞400 ＞250 ＞18 23±5　　　　14以上　　　　 11以上 130-180 FCD400-18L ＞400 ＞250 ＞18 -20±2　　　 12以上　　　　　9以上 130-180 FCD400-15 ＞400 ＞250 ＞15 －　　　　　　　－　　　　　　　　－ 130-180 FCD450-10 ＞450 ＞280 ＞10 － 140-210 FCD500-7 ＞500 ＞320 ＞7 － 150-230 FCD600-3 ＞600 ＞370 ＞3 － 170-270 FCD700-2 ＞700 ＞420 ＞2 － 180-300 FCD800-2 ＞800 ＞480 ＞2 － 200-330

普通，どのような合金においても冷却に際しては，液体収縮と凝固時の収縮を伴います。 そして，どのような合金でも収縮度合いについて，固有の値を持っています。

しかし，ねずみ鋳鉄・ダクタイル鋳鉄においては，これが当てはまりません。 つまり，ある時期に膨張が起こるだけでなく，体積変化の様相も一定ではないのです。 その理由の一つはは，液体化している鉄と，黒鉛の密度差に起因しているといわれます。

凝固時にはまず黒鉛が晶出し，その後鉄が凝固するのですが， 鉄には約３％の凝固収縮がありますので，黒鉛の体積分と差し引くと， 結局，計算上は３％弱ほど体積が大きくなります。 しかし，実際の研究報告では３％から６％程度の体積増加がおこることが報告されていて， 密度差だけでは説明できないようです。

どうして体積膨張がおこることが問題になるかというと，そこで不良品ができてしまうからです。 といっても，体積が大きくなるから不良品である，というわけではありません。 それに起因して鋳造品の内部に"引け巣"と呼ばれる，空洞部分ができてしまうのです。 場合によっては，製品の表面がへこんでしまう場合もあります。

前ページの引け巣をなくすため，押湯という方法で２次収縮による体積変化の補償をしています。 押湯というのは，製品以外の部分を余分にくっつけておいて， 製品内の体積膨張による隙間を埋めてしまおう、という方法です。 この方法も製造現場においては理論が確立しているわけではなく，経験の部分が多いのが現状でしょう。

一般にダクタイル鋳物を製造する場合には、かなり大きな押湯を必要とします。 そうすると当然余分に材料などの資材が必要であり、仕上げ作業も大変になり多くの無駄が出ます。 手間や無駄により製造上採算割れしてしまううえ、またエネルギーなどの資源の無駄になり環境にも負担がかかるということにつながります。 　 そこで逆に膨張をうまく制御して押湯なしで製品を作る「無押湯方案」もよく利用されます。 先ほどの膨張と冷却による収縮のバランスをとることにより欠陥のない鋳物ができます。

しかし特にダクタイル鋳鉄に関しては，体積変化の度合いがねずみ鋳鉄に比べて大きく， その制御には多くの技術者が頭を悩ませています。 その理由として、ねずみ鋳鉄とダクタイル鋳鉄の凝固形態の違いが挙げられます。 普通のねずみ鋳鉄の場合，主として，まず鋳型の接触面に表皮が形成され， その後凝固が徐々に内部に進行してゆく表皮型凝固をします。

表皮型凝固に対し，ダクタイル鋳鉄の場合には，表皮が形成するのは同様なのですが， その後は溶けている液体の大部分が固相線温度に達したときに， 鋳物全体が凝固するマッシー型と呼ばれる凝固をします。

そのため，従来のねずみ鋳鉄の凝固パターンが使用できないうえに， ダクタイル鋳鉄の凝固形態の方がより複雑なため，その解析も困難であるので， より高度な技術が必要となってしまうのです。

近年、技術者の不足が指摘されています。このままでは良い鋳物が製造できなくなる可能性があります。業界にとって経験の豊富な職人は大切です。 現在は凝固解析などのコンピューター解析が発達してきており、その技術もずいぶんと進んできました。 これほどすばらしい技術を絶やさないようにさらに努力していかなければいけません。 　 ここまでいろいろとご説明してきましたが，いかがだったでしょうか？ 書いている自分自身わからないことが多いため，わかりにくいところ，誤りもあると思います。 よろしければご意見，ご感想をお送りください。 今後の参考にさせていただきたいと思います。　　　　　　　　　　　　　　　　（終わり）

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