ダクタイル鋳鉄部品における鋳造ライザーとチラーの役割および設計時の注意事項

ダクタイル鋳鉄部品の品質は、使用される材料や製造工程だけでなく、ライザーとチラーの設計にも大きく左右されることは周知の事実です。優れた設計は、ライザーの数を減らし、ダクタイル鋳鉄部品の品質率を向上させるだけでなく、生産コストを直接削減し、経済的利益を高めることにもつながります。したがって、上記のような効果を得るためには、ライザーとチラーの役割、そして設計プロセスにおいて注意すべき点を理解することが不可欠です。

鋳造ライザーとチラーの役割

鋳造成形工程において、体積変化による収縮欠陥を防止するために、補償が必要な溶融金属を供給する。

鋳造ライザーとチラーの役割

1) 鋳造物の高温部分の冷却速度を速めることで、鋳造物が同時に凝固する傾向が強まり、鋳造物の変形や亀裂を防ぎ、偏析を低減するのに役立つ。

2) ライザーと併用することで、鋳造品の局所的な冷却が促進され、鋳造品の逐次凝固条件が強化され、ライザー収縮補償およびライザー収縮補償範囲の拡大に有利になります。これは、鋳造品の収縮や収縮欠陥を防止するだけでなく、ライザーの数や体積、収縮補償の傾斜を低減し、ダクタイル鋳鉄鋳造品のプロセス歩留まりを向上させることにも役立ちます。

3) 鋳造品の特定の特殊部分の冷却速度を加速させ、鋳造品の表面硬度と耐摩耗性を向上させ、母材構造を微細化する目的を達成する。

4) ライザーを設置するのが難しい場所や、ライザーで収縮を補償するのが容易でない場所に冷却装置を設置し、収縮や縮みを軽減または防止します。

5) ダクタイル鋳鉄の場合、チルを使用して冷却すると、鋳造品の表面または中心部の温度勾配が増加し、黒鉛化膨張の利用率を向上させ、ライザーの収縮補償効果を向上させるのに有利です。

ダクタイル鋳鉄の凝固モードはペースト凝固です。設計時には、この凝固モードに基づいて設計することを考慮し、設計したプロセスが正しいかどうかを検証するために凝固シミュレーションを行う必要があります。もちろん、プロセス全体を考慮する際には、ライザーとチルをできる限り考慮し、それらをまとめて検討する必要があります。したがって、チルとライザーの設計においては、以下の点に注意する必要があります。

ライザーは、収縮を補うのに十分な量の溶融鉄を供給できなければならない。

ライザーは機能的でなければならない。ブラインドライザーにはウィリアムズコアとエアアイが必要であり、オープンライザーにはヒーティングスリーブが必要である。

ライザーには一定の収縮供給距離があり、これは壁厚と溶銑の冶金学的品質によって決まります。例えば、水平方向の収縮供給距離は断面厚さの10～2倍、垂直方向の収縮供給距離は断面厚さの15～4倍となります。

ダクタイル鋳鉄は金型と接触すると固い層を形成することを理解しておくことが重要です。この層（2～3mm）は、肉厚部品よりも薄肉部品にとってより重要です。

冷却によって溶融鉄の収縮を完全に補うことは決してできず、その収縮を他の部分に伝達するだけである。

冷気の最大効果は、その厚さの半分、または壁の厚さの半分のうち、小さい方となる。

冷却された部分は、ライザーの収縮供給距離を短縮します。ライザーの「周囲」部分は冷却できません。ライザーに近いほど、冷却層の厚さは薄くなります。

設計全体において、誤解を解く必要があるのは、チル処理は鋳物の弾性率を低下させるだけであり、収縮補償の目的を達成するものではないという点です。現在、多くの人が漠然とチル処理によって収縮を解決できる、あるいは収縮を除去できると考えていますが、実際には、チル処理はその箇所のダクタイル鋳鉄部分の弾性率を低下させるだけであり、収縮は他の部分にも広がっていくのです。