鋳鉄鋳造品のガス欠陥やひけ欠陥に対する鋳型ガス …...2016/06/30 ·...

鋳鉄鋳造品のガス欠陥やひけ欠陥に対する鋳型ガスの影響

株式会社ツチヨシ産業

枝根和也,天久裕樹,黒川豊

1. はじめに

• 溶湯中に含まれるガス(酸素、窒素、水素)の主な流入源

①大気 ②溶解材料 ③鋳型

• 元湯のガス成分が少ないがガス起因による欠陥が発生することがあるが、これは鋳型から発生するガスを吸収していることに起因する。

• 本研究では鋳型から発生するガスが鋳鉄鋳造品に発生するガス欠陥ならびにひけ欠陥にどの様な影響を与えているかを調査した。

2. 実験方法 2.1 鋳込み試験片

全体像断面

図ひけ試験片モデル

表　鋳込みTP寸法幅(w) 長さ(L) 厚さ(Tms) 重量mm mm mm g

TP1 70 70 70 2470TP2 100 100 40 2880

表　溶湯成分ネライ値C Si Mn P S Mg3.6 2.4 0.3 0.02 0.01 0.04

※FCD700相当

2.2 鋳型の種類と特性表　ひけ鋳型条件

鋳型強度

種類樹脂,% 硬化剤,%/R kg/cm2

1 アルカリフェノール 1.50 20% 17.9 24H後強度

2 フラン 1.50 40% 40.5 24H後強度

3 ペプセットPart1：0.75Part2：0.75

3% 78.1 24H後強度

4 Na系ベントナイト 8.00 ― 1.1 CB35%時

水準バインダー

備考

本実験では鋳型を4種類用意し、溶湯が吸収すると思われるガス成分を変化させた。発生するガス量を一定にするため、樹脂添加量を一定にした。(生型は除く)

樹脂添加量が一定であり、鋳型強度に差があるため、試験片に発生する欠陥はこの強度差も考慮する必要がある。

3. 実験結果 3.1 ひけ試験片に発生した欠陥の分析結果

アルカリフェノール鋳型鋳造TP フラン鋳型鋳造TP

ペプセット鋳型鋳造TP 生型鋳型鋳造TP

図ひけ試験片の外観写真

図マイクロX線CTによる試験片内部観察結果

Shrinkage Shrinkage

Shrinkage Shrinkage

Blowholes Blowholes

Blowholes

Open Shrinkage

Open Shrinkage?

3.2.1 フラン鋳型鋳造TPの分析結果

図ブローホール欠陥のSEM・EDS分析

図ブローホール欠陥の組織写真

S検出

球状化崩れの層

ブローホール内にSが検出される。

ブローホール周辺の金属組織は球状化が崩れている。

鋳型から発生したガスによる欠陥と判定できる。

250μm

3.2 ガス欠陥およびヒケ欠陥の分析結果

図ひけ欠陥のSEM・EDS分析

図ひけ欠陥の組織写真 250μm

ブローホール周辺に発生している。欠陥内部のEDS分析ではOが高く検出されていることから、酸化していることが分かる。

EDS分析でCu(粒界偏析元素)が検出されていることから、ひけの影響を受けていると推測される。

ブローホールが近くに存在していることから、ガス気泡形成後、ひけの影響を受けて助長したものと推測される。

ブローホール

図アルカリフェノール鋳型TP

図ペプセット鋳型TP 図生型鋳型TP

図湯口断面

図鋳造TP断面

考察鋳型の影響を受けにくいと思われる湯口部分では欠陥部に窒素が濃化している。ブローホール欠陥近傍である「上部」と「中央部」は酸素が高い。 ➠ブローホール周辺には酸化傾向のあるひけ巣があることが影響していると思われる。窒素量は採取個所による違いが無い。水素量は中央部がやや高いが、誤差の範囲と思われる。ブローホール欠陥近傍である「上部」、「中央部」よりも「下部」の方が硫黄量が高い。 ➠鋳型から発生するガスの影響と思われる。 ➠鋳型から排出したガス中の硫黄は拡散しにくいと思われる。

表　フラン鋳型鋳造TPのガス分析結果酸素窒素水素硫黄ppm ppm ppm ppm

溶湯 - 56.7 - -湯口(欠陥あり) - 70.0 - -湯口(欠陥無し) - 53.7 - -TP上部 10.3 56.4 1.5 76.3TP中央部 14.3 55.6 2.3 75.9TP下部 1.6 55.8 1.9 83.0

3.2.2 アルカリフェノール鋳型鋳造TPの分析結果


図ひけ欠陥の組織写真

空洞の大きさが200～300μm程度と微細。欠陥内に黒鉛膜が確認できる。 EDS分析でOが検出されるが、酸化の傾向は低いと思われる。

250μm



図湯口断面

図鋳造TP断面

考察鋳型の影響を受けにくいと思われる湯口部分では欠陥部に窒素が濃化している。鋳造TPでは酸素、窒素、水素の分析結果で、中央部の測定値が高い傾向。 ➠中央部に拡散ガスが濃化する傾向が確認できる。

酸素窒素水素硫黄ppm ppm ppm ppm


表　アルカリフェノール鋳型鋳造TPのガス分析結果

3.2.3 ペプセット鋳型鋳造TPの分析



空洞の大きさが200～300μmと微細。欠陥内に黒鉛膜が確認できる。 EDS分析でMg,Siが検出されていることから酸化物が生成している可能性がある。

Cuが検出されていることから、ひけの影響を受けている可能性がある。

250μm



図湯口断面

図鋳造TP断面


表　ペプセット鋳型鋳造TPのガス分析結果酸素窒素水素硫黄ppm ppm ppm ppm


3.2.4 生型鋳型鋳造TPの分析結果



空洞の大きさが最も大きい。欠陥内に黒鉛膜が確認できる。 EDS分析でOが高く検出される。酸化傾向がある。 Cuが検出されていることから、ひけの影響を受けている可能性がある。

250μm



図湯口断面

図鋳造TP断面


表　生型鋳型鋳造TPのガス分析結果酸素窒素水素硫黄ppm ppm ppm ppm


4.結言

ガス分析結果から、鋳物内部に発生したひけ欠陥部に溶湯中のガスが集まる傾向が確認された。

中央部に集まるガス量は欠陥の大きさに比例している傾向が見られた。※ 鋳型中のN量と欠陥部分のN増加量に相関は認められないが、これは発生した欠陥の影響を受けていると考える。

本実験結果から、溶湯に吸収されたガス成分は、欠陥部(最終凝固部)に集まり、ガス化ま

たは酸化物を生成していると考えられる。また凝固時に発生した欠陥の大きさや種類によって形態を変化させていると考える。※

アルカリフェノールフランペプセット生型上側 67.6 10.3 10.8 12.3中央 1716.0 14.3 1672.0 269.0下側 5.1 1.6 10.0 67.6ケルダール窒素 61.0 315.0 353.0 0.0溶湯 56.7 56.7 55.2 55.2湯口直下 53.7 55.6 58.2 58.2湯口直下欠陥部 83.1 53.7 66.5 66.5上側 64.1 56.4 61.5 55.8中央 106.0 55.6 106.0 74.8下側 54.8 55.8 63.6 62.7上側 6.4 1.5 1.7 2.3中央 178.0 2.3 179.0 17.6下側 1.4 1.9 1.6 1.6H

,ppm

鋳型

表　ガス分析結果一覧

O,p

pmN

,ppm

参考資料① 内部巣の大きさとガス検出量

フラン鋳型鋳造TP

上側 67.6 上側 64.1 上側 6中央 1716.0 中央 106.0 中央 178下側 5.1 下側 54.8 下側 1O

,ppm

N,p

pm

H,p

pmアルカリフェノール鋳型鋳造TP


,ppm

N,p

pm

H,p

pm

ペプセット鋳型鋳造TP


,ppm

N,p

pm

H,p

pm

生型鋳型鋳造TP


,ppm

N,p

pm

H,p

pm

ひけ欠陥へのガス拡散概念図

①鋳鉄中の固溶ガス O，N，H，Mg

②鋳型･空洞(空気) N2，O2，(Ar，CO2)

③鋳型･中子のガス H2，CO，CH4，CO2，O2，N2

鋳型の種類により異なる

O，N，H

H 系外へ拡散しやすい

気泡 O2，N2，H2

酸化物， O2，N2，H2

鋳型の種類､ブローホール有無､ひけの形状などで

ひけ内の酸化物､O，N，Hが変化する｡

影響は小さい

収縮

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