鋳造欠陥の種類と原因

鋳造欠陥とは、鋳造工程で発生する鋳物の不具合のことです。鋳造欠陥には、割れや寸法不良など、他の加工法と同様の不良も存在しますが、鋳物内部の欠陥である鋳巣など鋳物特有の欠陥も含まれています。鋳物内部の欠陥である鋳巣をはじめとした鋳造欠陥が生じると、部品の強度不足等の問題に繋がるため、正しく対処し鋳造欠陥を回避することが重要です。

ここからは、代表的な鋳造欠陥についてご説明します。原因や対策も含めて説明していきますので参考にしてください。

①鋳造欠陥：ひけ巣

ひけ巣とは、鋳物内部の比較的大きな空洞のことです。溶融金属が固体に変わる際の凝固収縮時に発生します。ひけ巣は、鋳巣の中の1つであり、後述するブローホールと併せて最も懸念される鋳造欠陥です。
ひけ巣は、凝固収縮により金属の体積が減少することで生じますが、押し湯から減少した分を補給すると引け巣を回避できます。他にも、①最終凝固部にあたる厚肉部を作らず肉厚を均一にする　②冷やし金を適切に使用する　などがあります。

②鋳造欠陥：ブローホール

ブローホールとは、鋳造した際に鋳物内部に生じる空洞のことです。鋳造時に空気やガスが溶融金属に巻き込まれることで発生します。
ブローホールの原因は、
①溶融金属と素材が異なる固体物質の反応により生じたガスが原因 
②溶融金属と鋳型、中子、水分の反応により生じたガスが原因
③空気を巻き込むことが原因、の3つに大きく分類されます。

ブローホールの対策として、
①粘結材や砂粒形の最適化
②鋳込み温度、鋳込み時間の最適化
などがあります。

③鋳造欠陥：寸法不良

寸法不良とは、鋳物が決められた寸法にて成型されないことを言います。寸法不良は多くの場合、金属の収縮率に基づいた縮み代を誤り、鋳型設計を最適化できないことで発生します。また、鋳型の加工ミスにより上型・下型の型合わせが不正確となり、型ずれによって寸法不良が発生することがあります。他にも鋳型設計時のヒューマンエラーによる寸法ご記載などによっても寸法不良は生じます。お分かりの通り、寸法不良は鋳造時ではなく、設計段階で生じていると言えます。

④鋳造欠陥：割れ

割れとは、鋳物の表面に発生する亀裂のことです。鋳物の割れは、凝固完了前と凝固完了後の２つに分類できます。凝固完了前に発生する割れは、「凝固割れ」や「引け割れ」に分類でき、凝固完了後の割れは「高温割れ」や「冷間割れ」に分類できます。割れが生じると、引張り・圧縮・せん断などの外力に対する耐久性が著しく低下するため、適切に対処する必要があります。

⑤鋳造欠陥：歪み

歪みとは、鋳物の伸び・縮み・ねじれ等の変化のことです。残留応力が原因として歪みは生じます。鋳物における歪みは肉厚が薄いと生じやすくなります。薄肉の場合、歪みを完全に回避することは難しく、鋳造後の歪み取りが必要となります。歪み取りには技術が必要となり、人的に依存する工程と言えます。

⑥鋳造欠陥：湯回り不良

湯回り不良とは、溶融金属を鋳型に流し込む際に、溶湯が完全に充満せず、欠けるなど鋳物形状が不完全になることです。湯回り不良の原因は多くあり、①充填時間が長い ②鋳込み温度が低い ③鋳物が薄肉で、肉厚が均一化されていない ④鋳型のガス抜きの設計が最適化されていない ⑤湯口形状、位置が不適切、などが上げられます。製品肉厚や湯口形状、鋳込み速度を最適化することで湯回り不良は防ぐことができます。

⑦鋳造欠陥：湯境

湯境とは、溶湯が合流する場所に酸化膜が発生し完全に融合されず、境目が形成される鋳造欠陥です。湯境が生じた境目は、鋳物内部にも形成されることが多くあります。湯回り不良と同様に、湯流れが不十分であることが原因であり、湯回り不良と同様の対策で回避が可能となります。

⑧鋳造欠陥：湯じわ

湯じわとは、溶湯が完全に融合せず、鋳物の表面に浅いしわが形成される鋳造欠陥です。砂型鋳造やロストワックスでも発生リスクはありますが、ダイカストにて発生しやすい鋳造欠陥です。湯回り不良同様に、薄肉部分で生じやすく、ガスの抜けが悪い所でも生じます。鋳込み温度が低いことが原因で湯じわが発生することが多いです。湯回り不良や湯境と同様の対策が必要であり、ダイカストの場合は金型温度の適正化も求められます。

当コラムでは、代表的な鋳造欠陥についてご説明させて頂きました。鋳造メーカーにとって、鋳造欠陥を回避することが非常に重要であり、ノウハウや経験が求められます。アルミ鋳物 課題解決センターは、鋳造欠陥の少なさを評価頂き皆様に選ばれ続けてきました。鋳造欠陥にお悩みをお持ちの皆様、お気軽に当社にご相談下さい。