コンパクテッド・グラファイト・アイアン - 完全ガイド

圧縮黒鉛鉄（バーミキュラー黒鉛鉄とも呼ばれる）は、材料科学の分野で注目されている金属材料である。特殊な黒鉛形状と優れた性能により、多くの産業分野で重要な役割を果たしている。

圧縮黒鉛鋳鉄とは？

圧縮黒鉛鋳鉄（cgi）は、独特の黒鉛形状を持つ鋳鉄材料の一種である。その黒鉛は、普通のねずみ鋳鉄のような薄片状でもなく、延性鋳鉄のような球状でもなく、その中間的な堅くカールした形態を示す。この特殊な黒鉛形状が、鋳鉄に一連の優れた特性を与えている。

鋳鉄材料システムでは、圧縮黒鉛鋳鉄の等級は、異なる黒鉛形態に従って分けることができます。黒鉛鋳鉄の等級は、黒鉛の形態の違いによって分けられます。そして、その独特の黒鉛形態が、強度と靭性の性能を決定します。例えば、黒鉛鋳鉄の高グレードは、より高い性能が要求される工業分野に適しています。

圧縮黒鉛鋳鉄の基本原理

グラファイトフォーム

圧縮黒鉛鉄の黒鉛フォーム

グラファイトの形態はワームのような形をしている。これは、多数の小さなグラファイト・シートが互いに連結して密な構造を形成したものである。この構造により、黒鉛を鋳鉄マトリックス中に均一に分散させることができる。したがって、鋳鉄の機械的特性を効果的に向上させることができる。

結成のメカニズム

鋳造工程では、マグネシウム、カルシウムなどの特定の合金元素を添加することで、黒鉛の晶出を促進し、ワーム状にする。これらの元素は黒鉛の成長を抑制し、比較的安定した構造を形成させる。同時に、鋳造工程では、冷却速度と凝固条件も黒鉛形態の形成に重要な役割を果たす。

合金組成

圧縮黒鉛鉄は、主に鉄、炭素、ケイ素、マンガンおよびその他の元素で構成されている。炭素は黒鉛形成の主要元素であり、ケイ素は黒鉛の形状や分布に影響を与える。さらに、マグネシウム、カルシウムなどの元素を加えることで、黒鉛の形状や性質をさらに調整することができる。

圧縮黒鉛鉄の特性

機械的特性

強さとタフネス

圧縮黒鉛鋳鉄は高い強度と靭性を持っています。その黒鉛構造は、応力を効果的に分散させることができ、黒鉛鋳鉄の引張強さを400〜600MPAに向上させます。そのため、鋳鉄は荷重に耐えたときに割れにくい。ねずみ鋳鉄と比較して、圧縮黒鉛鋳鉄の強度と靭性は大幅に改善されています。そのため、さまざまな複雑な工学環境に適応することができる。

耐疲労性

グラファイトの特殊な形状により、優れた耐疲労性を持つ。繰り返し荷重の作用下で、黒鉛は効果的に亀裂の拡大を防止することができます。したがって、鋳鉄の寿命を延ばすことができます。

物理的性質

熱膨張係数

圧縮黒鉛鋳鉄は、熱膨張係数が比較的小さい。つまり、温度が変化しても、その大きさの変化が少なく、安定性を保つことができる。この特性により、高温環境下でも優れた性能を発揮します。

熱伝導率

圧縮黒鉛鋳鉄は熱伝導率が良い。その黒鉛構造は効果的に熱を伝えることができるため、鋳鉄は加熱プロセス中に均等に熱を放散することができます。この特徴は、エンジンのような熱交換部品にとって特に重要です。

プロセス・パフォーマンス

圧縮黒鉛鋳鉄法

鋳造工程は、圧粉黒鉛鋳鉄の品質と性能の重要なリンクである。鋳造工程では キャスティング プロセスでは、鋳造温度、速度、その他のパラメーターを正確に制御することで、黒鉛の形状や分布の不利な変化を効果的に回避することができる。例えば、適切な注湯温度は、黒鉛を均一に分散させ、黒鉛の浮遊や分極を防ぐことができる。それにより、黒鉛と鉄マトリックスとの結合力を高めることができる。さらに、適切な冷却方法も重要である。冷却速度をコントロールすることで、黒鉛の結晶化プロセスを調整し、黒鉛のサイズと形状を最適化することができる。そして最終的には、黒鉛の機械的特性と加工特性を向上させることができる。

加工性

加工性が良い。切断、穴あけ、研削の加工が可能で、さまざまなエンジニアリングのニーズに応えることができる。

圧縮黒鉛鋳鉄の用途

自動車産業

圧縮黒鉛鋳鉄エンジン・ブロック

エンジンブロックの製造に使用できる。その良好な強度と熱特性は、エンジンの高負荷要件を満たすことができるからです。エンジン運転中、圧縮黒鉛鉄は効果的に熱を放散し、エンジンの効率と信頼性を向上させることができます。

ブレーキシステム

ブレーキシステムには、耐摩耗性と耐疲労性に優れた鋳鉄が必要です。鋳鉄の特性は、ブレーキシステムの要件を満たすことを可能にし、ブレーキの有効性と安全性を向上させます。

航空宇宙

航空宇宙産業では、非常に高性能な材料が要求されます。圧縮黒鉛鋳鉄は、軽量、高強度、優れた熱特性により、航空機のエンジン、翼、その他の部品に広く使用されています。

その他の地域

建設

建築分野では、構造部品やパイプの製造に使用できる。その優れた強度と耐食性は、建物の長期的な安定性を保証することができます。

機械製造

機械製造業界では、ギア、シャフトなどの様々な機械部品の製造に使用することができます。その良好な機械的特性と加工特性は、さまざまな生産ニーズを満たすことができます。

圧縮黒鉛鋳鉄の長所と短所

メリット

優れた機械的特性：高い強度と靭性で、大きな荷重に耐えることができる。

優れた熱性能：熱膨張係数が低く、熱伝導率が良い。高温環境下でも安定性を維持できる。

良好な鋳造性能：それは良質の鋳造物を作り出すことができます。

デメリット

製造工程が複雑：鋳造工程では、パラメーターを厳密に管理する必要があり、設備や技術に対する要求も高い。

コストが高い：特殊な製造工程と性能要件のため、コストは比較的高い。

圧縮黒鉛鋳鉄と他の素材との比較

黒鉛鋳鉄と鋳鉄の比較

通常のねずみ鋳鉄黒鉛シートは厚く、分布が不均一で、外部応力集中に耐えやすく、強度が低い。鉄黒鉛はウォーム状で均一に分布しているため、応力を分散させ、強度と靭性を大幅に向上させることができる。ミクロレベルでは グラファイトシート は特殊な界面で基板と結合し、相互作用を強化する。機械製造分野での高荷重に耐えることができ、主要部品のニーズに応えることができる。

黒鉛鋳鉄とアルミニウムの比較

アルミニウムの密度は低く、高重量が要求される場合には利点がある。しかし、圧縮黒鉛鋳鉄の強度と熱特性は傑出している。アルミニウムの機械的特性は高温で影響を受け、構造安定性が低下し、変形しやすくなる。一方、圧粉黒鉛鋳鉄は熱安定性に優れ、航空宇宙分野で信頼性の高いサポートを提供できる。

黒鉛鋳鉄とダクタイル鋳鉄の比較

ダクタイル鋳鉄の黒鉛は球状で、靭性があり、延性が良い。しかし、強度や熱的特性は圧粉黒鉛鋳鉄の方が優れている。また、ダクタイル鋳鉄の強度は、次のような要因によって容易に低下する。 黒鉛化 高温でも圧縮黒鉛鉄黒鉛構造は安定している。その利点は、大型機械基幹部品や高圧容器など、高い強度が要求される場面では明らかです。これは、複雑な作業条件のニーズをよりよく満たすことができます。

圧縮黒鉛鋳鉄はどのようにして作られるのですか？

圧縮黒鉛鋳鉄の製造工程は以下の通りである：

まず、鉄などの原材料だ、 カーボンとシリコンは温度と溶融に比例して炉に投入される。

その後、マグネシウムやカルシウムなどの合金元素を加え、高温で攪拌することで、黒鉛をワームのような形状にする。この工程では、温度と元素の比率を正確にコントロールする必要がある。その後、溶けた液体を型に流し込む。そして冷却の過程で、黒鉛は徐々に圧縮された形に固定される。

最後に、圧縮黒鉛鋳鉄の製造は、脱脂と洗浄の工程を経て完成する。この全工程には高い技術要件があり、各リンクを厳密に管理する必要があります。

結論

ユニークな素材である圧縮黒鉛鋳鉄は、優れた特性と幅広い応用の可能性を持っている。その製造工程は複雑でコストがかかるが、技術の絶え間ない進歩に伴い、その応用範囲は拡大し続けるだろう。今後の工学分野においても、圧粉黒鉛鋳鉄は産業の発展に重要な役割を果たすことでしょう。