砂型鋳造の欠陥：金属鋳造所における原因と防止策

砂型鋳造は、複雑な形状を持つ金属部品を製造するために多くの産業で使用されています。 カスタム砂型鋳造サービス は、 ダイカストサービス よりも高い複雑性を提供できますが、生産性は低くなります。しかし、鋳造品の品質と性能を損なう欠陥が、造型、注湯、凝固の工程中に発生することがあります。欠陥の主なカテゴリー、原因、対策を特定することは、鋳造歩留まりと信頼性を向上させるために重要です。

ガス気孔欠陥

砂型鋳造で最も一般的な欠陥の一つはガス気孔であり、金属の注湯と凝固中に閉じ込められたガスによって形成される空隙や穴から成ります。ガス気孔の一般的な原因には以下が含まれます：

- 不十分な排気 - 型内の排気が制限されると、溶融金属でキャビティが満たされる際にガスがスムーズに逃げられなくなります。深い窪みや細かいディテールは、この問題を避けるために追加の排気が必要になることがよくあります。

- 低い注湯温度 - 溶融金属が冷たすぎると、より早く凝固し始め、ガス気泡が型から完全に排出される前に閉じ込めてしまいます。適切な過熱温度を維持することが重要です。

- 乱流充填 - 高い注湯速度や過剰な型コーティング高さは、型が満たされる際に乱流スプラッシュを発生させ、金属流に気泡を引き込みます。制御された穏やかな充填がこの乱流を最小限に抑えます。

- 中子からのガス発生 - 砂中子は注湯中にバインダーガスを放出し、中子が事前に完全に焼成されていないと閉じ込められます。適切な中子の硬化と調整が不可欠です。

- 型の品質不良 - 汚染された、強度の低い、または崩壊しやすい型材が金属に浸食され、気孔を形成します。適切な型材の選択、混合手順、締固め、環境条件の制御が必要です。

収縮欠陥

鋳造品が冷却・収縮する際に、押湯システムから適切に給湯されない局所的な高温部が形成され、収縮欠陥が生じることがあります。冷却時に体積が収縮するほぼすべての材料は、自然な収縮欠陥を生じます。収縮巣や沈み込みにつながる一般的な要因には以下が含まれます：

- 給湯制限 - 不十分な押湯容積と不適切な配置により、部品が固化する際に高温部に溶融金属が供給されなくなります。より十分なサイズの押湯が必要になることがよくあります。

- 狭い断面 - 厚い断面が薄い領域の近くにある場合、薄い断面はより急速に冷却され、高温割れや空隙を引き起こします。移行フィレットがこれを防ぐのに役立ちます。

- 不良なゲーティング - 不均衡なランナー設計は、不均一な速度と不完全な型充填を引き起こし、特定の領域が収縮しやすくなります。マルチインゲートシステムが必要になる場合があります。

- 合金の問題 - 収縮率の高い合金は、体積損失を補償するために追加の給湯が必要です。収縮傾向の少ない合金を使用することで問題を最小限に抑えられます。

介在物欠陥

介在物は、固化した鋳造金属マトリックス内に閉じ込められた異物粒子から成ります。これらは応力集中部やき裂発生点として作用します。一般的な起源は：

- 砂介在物 - 型壁の浸食により砂粒が注湯流に混入します。粘土結合砂は特に洗い流されやすいです。

- スラグ/ドロス - 溶融金属移送容器からの巻き込まれた酸化物不純物が注湯金属を汚染し、閉じ込められます。

- 耐火物破片 - 劣化したラウンダー、ランナー、またはるつぼ内張り材からのセラミック微粒子が剥離し、取り込まれます。

- 金属介在物 - 未溶解の装入材、浸食された工具、または以前の鋳造品からの破片が溶解・注湯中に混入します。

- 型添加物破片 - 粉末コーティング、発熱スリーブ、または断熱層が剥離し、鋳造部品内にはがれ落ちることがあります。

コールドシャット

コールドシャットは、鋳造品の表面または内部に平面的な継ぎ目や重なりとして現れます。これらは、凝固中に出会った収束する金属フロントが正しく融合しないときに形成されます：

- 低い注湯温度 - 低温での粘度増加は、特に薄肉断面でコールドシャットを防ぐために必要な流動性を妨げます。

- 排気阻害 - 閉じ込められたガスのポケットが、合流するフロント間の密着接触を妨げます。排気の強化が必要です。

- 合金の感受性 - 特定の合金組成は、フロント間の融合を阻害する粘性流動の問題を起こしやすいです。合金の変更が役立ちます。

- 過度な開口 - 大きな型キャビティ開口部は、融合が困難な広く離れた流動フロントを引き起こします。ゲートを最小限に抑えることでより良い融合が促進されます。

- 不良なゲーティング/押湯 - スプルーとランナーからの不均衡な充填は、収束を遅らせ、コールドシャットを残します。

高温割れ欠陥

高温割れは、応力が低い材料強度を超えたときに半固体状態で形成される部分的なき裂として現れます。典型的な原因には以下が含まれます：

- 型からの拘束 - 剛性のある型は、鋳造品が固化する際の自由な収縮を妨げ、応力を誘導します。型の硬度を下げることでこれを最小限に抑えることができます。

- 合金の割れ傾向 - 特定の合金は広い範囲で固化しやすく、部分的な固化き裂を促進します。脆い相も寄与します。

- 熱衝撃 - まだ熱い状態で押湯カバー、チャプレット、または工具と接触すると、大きな温度勾配と割れが生じます。徐々に均一に冷却することが理想的です。

- 剛性の中子 - 鋳造品に埋め込まれた剛性のある砂中子による膨張の制約は、固化中に高温割れを開始させる可能性があります。崩壊性の中子がこれを防ぎます。

多様な欠陥とその根本原因を理解することで、鋳造所は、造型、押湯、ゲーティング、金属処理、合金選択、およびプロセス制御の改善を通じて体系的に問題を修正し、鋳造品質を最適化できます。

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