介在物、穴、亀裂（気孔、鍵穴、ひび割れ、冷間閉塞など）といった鋳造欠陥は、鋳造品の機械的特性、物理的・化学的特性、加工特性に影響を与え、鋳造品の品質を左右します。ダクタイル鋳鉄部品はほぼすべての鋳造欠陥を生じる可能性がありますが、その製造方法、結晶化法則、鋳造性能、その他の鋳造合金の特性により、ダクタイル鋳鉄特有の欠陥が生じることも少なくありません。
球状化装置に関連するダクタイル鋳鉄部品の欠陥、あるいは球状化装置によって引き起こされるダクタイル鋳鉄部品の欠陥とは何でしょうか？
本研究は、ダクタイル鋳鉄部品の欠陥のほぼすべてが球状化装置に関連していることを示している。これには主に以下の側面が含まれる。
1. 黒鉛球状化:黒鉛球状化は、凝集体、オタマジャクシ状、虫状、角状、その他の非球形など、不規則な形状の黒鉛を生成します。これは、球状黒鉛が放射方向に成長する際に、局所的な結晶成長パターンと成長速度が通常の成長法則から逸脱するためです。鋳造物中の残留球状化元素の量が要求範囲を超えると、例えば残留マグネシウムが多すぎて黒鉛の球状化を維持するために必要な最小量を超えると、黒鉛の結晶化条件にも影響を及ぼし、オタマジャクシ状の黒鉛が生成されやすくなります。残留希土類元素が多い場合、高炭素当量溶銑は断片化黒鉛を生成しやすく、断片化黒鉛が集中している領域は一般に「灰色の斑点」と呼ばれます。虫状黒鉛の出現は、残留球状化元素が不足しているか、チタンとアルミニウムが過剰であることに起因します。
2. 黒鉛の浮上：過共晶組成の厚肉球状黒鉛鋳鉄部品では、注湯位置の上部に黒鉛が密集した領域がしばしば現れます。これは「始端浮上」現象です。これは、黒鉛と溶銑の密度の違いによるものです。過共晶溶銑から直接析出した黒鉛は、浮力によって上方に浮上します。黒鉛の浮上度は、炭素当量、球状化元素の種類と残留量、鋳物の凝固時間、注湯温度などの要因に関係します。マグネシウムは球状黒鉛鋳鉄の共晶炭素含有量を増加させることができます。同じ炭素当量の溶銑の場合、残留マグネシウム含有量を増やすと黒鉛の浮上を減らすことができます。残留希土類元素の含有量が過剰だと、黒鉛の破裂が起こりやすくなります。
3. チル鋳鉄:一般的な鋳鉄部品のチル鋳鉄構造は、冷却が速い表面、鋭角、継ぎ目などに発生しやすい。チル鋳鉄欠陥はこれとは逆で、炭化物相は鋳造品の中間部の中心部、ホットスポットなどに発生する。球状化元素の残留量が多すぎると、チル鋳鉄欠陥の形成を促進する効果がある。希土類元素はマグネシウムよりも強力で、一般的に球状鋳鉄構造が形成される際に過冷却度を高めることができる。
4．収縮：収縮は、鋳造品の最終凝固部分（ホットスポット、ライザーネックと鋳造品の接合部、内角、または内湯口と鋳造品の接合部）でよく発生します。これは、鋳造品内部に隠れた穴、または表面に繋がった穴です。肉眼的には、収縮はホットスポットに現れ、微細な収縮穴は穴の内部でほとんどが相互に繋がっています。球状化元素に関連して、残留マグネシウムと希土類元素が過剰にならないように制御する必要があり、これは肉眼的および微視的な収縮を低減する上で大きな効果があります。収縮傾向は、球状化元素にほぼ比例します。
5．球状化の低下：これは、球状化された溶銑が長時間滞留し、残留マグネシウムが徐々に減少し、スラグが適時に除去されず、硫黄が溶銑に戻り、凝固構造中の黒鉛が減少または消失し、不規則な、虫状または薄片状の黒鉛に劣化するためです。この球状化の低下は、球状化剤中の希土類含有量が低いか、添加する球状化剤の量が少ないことに関係していますが、添加量を増やすことは推奨されません。なぜなら、残留マグネシウムの量が多いとスラグとセメンタイトの量が増加し、厚くて大きな部分では、黒鉛球もオタマジャクシ状の黒鉛に劣化するからです。生産の実践では、元の溶銑中の硫黄含有量を低くすることが、球状化の低下を防ぐ最も効果的な方法であることがわかっています。
