鋳物工場 – 概念

鋳造 技術は、産業で使用する材料を得るために使用される多くの技術のうちの 1 つです。この技術を理解することは、同じ材料に異なる化学元素を溶解することを可能にする反応を支配する物理的原則を理解することから始まり、業界の重要な基盤を形成します。

この鋳造研究では、特に鋼と鋳鉄の場合を研究するため、これらの材料とは何か、状態図、核生成と偏析のメカニズムを十分に理解する必要があります。

鋼の最も一般的な定義は次のとおりです。「鋼は、一般に 0.008% ～ 2.11% の炭素と、製造プロセスで生じる特定の残留元素を含む鉄と炭素の合金です。」

この研究で使用する定義は次のとおりです。「 鋳鉄は、鉄 – 炭素 – シリコンの合金であり、炭素含有量が一般に 2% 以上で、オーステナイト中に固溶して保持されている量よりも多く含まれており、部分的に炭素が含まれていません。 、黒鉛の静脈またはラメラの形で 」。

特に鋳造を通じて材料を開発する場合、「溶質」と「溶媒」という用語は非常に意味があります。 2 つ以上の元素が関与するほとんどの合金系では、溶解して固溶体を形成できる原子の最大数が存在します。

砂糖の水への溶解は、溶解限界が存在することを示す明らかな例です。特定の温度では、さらに砂糖を加えると水に溶けていない結晶が形成される点があり、その時点で砂糖水シロップと砂糖の結晶ができます。砂糖の水への溶解度は温度によって変化します。たとえば、100 °C では、80% の砂糖と 20% の水を含むシロップを形成することができますが、20 °C では、この溶解度は 65% に達しません。

相の概念は鋳造の研究に不可欠です。前の例を考えてみましょう。砂糖水シロップは 1 つの相であり、砂糖の結晶は別の相であり、物理的および化学的特性が異なります。ただし、ある相を別の相から区別するには、化学的または物理的特性の違いだけで 2 つの相を区別するのに十分です。たとえば、水と氷は化学的には同じですが、前者は液体、後者は固体であるため、2 つの相を形成します。システムは単相 (均質) であることも、2 つ以上の相で構成されることもあり、そのため「混合」または「不均質」システムと呼ばれます。

金属合金 の微細構造は、存在する相の数、それらの分布/配置方法、およびそれらの比率によって特徴付けられます。これは材料の機械的挙動を決定するため、凝固プロセス中の材料の形成を理解することが基本的に重要です。

溶解度の限界、相、微細構造という主題全体は、状態図を理解するためのものです。これらを通じて、たとえば、特定の組成の材料を鋳造した結果を発見することができます。

状態図は、 目的の合金のさまざまな組成の冷却曲線から構築されます。冷却曲線の決定は、さまざまな時間間隔で溶融金属の中に熱電対を配置することによって行われます。図 1 に示すように、冷却曲線には 2 つの特性があります。

純粋な金属を冷却すると、 ニッケル の場合と同じように動作するとは限りません（一定の温度で相転移が起こります）。冷却条件、比熱、溶融物と金型間の 熱伝導率 、および金属の凝固 潜熱 により、過冷却が発生する可能性があります。

このような場合、金属が凝固するには、理論上の凝固温度よりも低い温度に到達して、最終的に凝固が開始される必要があります。系内に十分な金属が存在する場合、図 2 (a) に示すように、潜熱の放出により過冷却後に急速に凝固温度に達します。ただし、金属が不足すると、冷却曲線は図 2 (b) のようになります。図 2 (c) のケースは、結晶構造が固化しないガラスなどのアモルファス材料でのみ発生します。

最も単純な状態図は Ni-Cu の状態図であり、図 3 の例でより簡単に理解できます。

平衡状態にある系では、図 3 に示すような変態が起こります。ただし、平衡に達するには冷却速度を非常に遅くする必要があり、凝固中に 偏析 現象が発生し、濃度勾配が生じることがわかります。固体粒子の中で。