自動車産業の鋳物および生鋳鉄の要件の詳細な概要

自動車産業の鋳物は、エンジン部品から構造部品に至るまで、車両の製造に使用される重要な部品です。ここでは、自動車鋳物の主な製品と、その製造に使用される生鋳鉄の具体的な要件について詳しく説明します。

自動車産業用鋳物の主な製品

自動車用鋳物は、さまざまな自動車部品の製造に欠かせません。これらの部品は通常、未加工の鉄やその他の合金から鋳造されており、各製品は車両内で異なる機能を果たします。自動車用鋳物の主なカテゴリは次のとおりです。

エンジンコンポーネント:

エンジン ブロック: ピストン、クランクシャフト、その他のコンポーネントを収容し、非常に高い機械的ストレスに耐えます。高い強度と優れた耐振動性が必要です。

シリンダーヘッド: 燃焼室を密閉し、高い熱圧力と機械圧力に耐えます。これらは通常、鋳鉄またはアルミニウム合金で作られており、優れた高温耐性と疲労強度を備えていなければなりません。

クランクシャフトとコネクティングロッド: これらのコンポーネントはエンジン部品間で力を伝達し、大きな負荷に耐えます。高い曲げ強度と引張強度が必要です。

バルブシートとバルブ: これらは高温や機械的ストレスに耐えます。耐摩耗性、耐食性、熱安定性を備えていなければなりません。

オイル パン: エンジン オイルを保管するもので、通常は鋳鉄またはアルミニウム合金で作られています。耐食性と十分な強度が必要です。

伝送システムのコンポーネント:

トランスミッション ケース: トランスミッションのギアとシャフトを収納するケースです。これらの部品の製造には鋳鉄またはアルミニウム合金が使用されており、優れた強度、耐摩耗性、高温特性が必要です。

ギアとシャフト: ギアとシャフトはトルクを伝達し、高い強度と耐摩耗性が必要です。これらは通常、高炭素合金または鋼から鋳造されます。

サスペンションおよびステアリングシステム部品:

コントロール アーム: これらは車両の車輪をフレームに接続し、車両の重量と振動に耐える必要があります。高い靭性と耐疲労性が必要です。

車軸とハブ: これらの部品はトルクを伝達し、車両の荷重に耐えます。鋳造部品には優れた引張強度と耐衝撃性が必要です。

ステアリング ギア ハウジング: 正確なステアリングを実現するには、これらの部品は剛性と安定性が必要です。

ブレーキシステムコンポーネント:

ブレーキディスクとドラム: これらはブレーキシステムの重要なコンポーネントであり、効率的なブレーキのためには優れた耐摩耗性、耐熱性、熱安定性を備えていなければなりません。

排気システムコンポーネント:

エキゾーストマニホールド：エンジンからの排気ガスを集める部品であり、耐高温性、耐食性、構造強度が要求されます。

触媒コンバーター ハウジング: これらのハウジングは触媒コンバーターを密閉しており、優れた耐食性と高温安定性が必要です。

その他の構造部品:

シャーシ フレームと内装コンポーネント: これには、ドア フレームやエンジン サポートなどの部品が含まれます。優れた強度、靭性、精度が必要です。

サポートブラケット: エンジンマウントなどのコンポーネントには、十分な剛性と耐荷重能力が必要です。

自動車鋳物に使用される生鋳鉄の要件

未加工鋳鉄は、自動車の鋳物に使用される主要な材料の 1 つです。鋳鉄の品質は、鋳造部品の性能と寿命に直接影響します。以下は、自動車鋳物に使用される生鋳鉄の詳細な要件です。

1. 化学組成の要件

鋳鉄の化学組成は、最終鋳物の特性にとって重要です。以下は、典型的な要素とその必要な範囲です。

炭素含有量 (C):

鋳鉄には、鋳物の要件に応じて、通常 2.5% ～ 4.0% の炭素が含まれています。炭素はグラファイトやその他の炭化物を形成することで、硬度、強度、延性に影響を与えます。

ねずみ鋳鉄: エンジン ブロックやシリンダー ヘッドなどの一般的な自動車部品によく使用され、炭素含有量は約 2.7% ～ 3.5% です。

ダクタイル鋳鉄（球状鋳鉄）：ステアリングナックルやブレーキディスクなどの高強度部品に使用され、炭素含有量を3.0％～3.8％に抑えています。

シリコン含有量 (Si):

シリコンは溶鉄の流動性を高めて鋳造性を向上させます。通常、シリコン含有量は 1.0% ～ 3.0% です。

シリコン含有量が高いと流動性が向上しますが、強度が低下する可能性があります。

マンガン含有量 (Mn):

マンガンは鋳鉄の脱硫・脱リンを促進し、靱性を向上させます。典型的なマンガン含有量は 0.5% ～ 1.0% です。

リン含有量 (P):

リンは鋳鉄を脆化させる有害な不純物です。 0.1%未満に抑える必要があります。

硫黄含有量 (S):

硫黄含有量が高いと鋳鉄が脆くなり、亀裂が発生しやすくなります。通常は 0.02% 未満に保たれます。

マグネシウム含有量 (Mg) (ダクタイル鋳鉄の場合):

マグネシウムは、鋳鉄内の黒鉛を球状の形状に変換し、強度と靭性を向上させるために使用されます。一般的なマグネシウム含有量は 0.03% ～ 0.05% です。

その他の合金元素 (クロム Cr、銅 Cu、モリブデン Mo など):

クロム: 耐摩耗性を高め、ブレーキ ディスク、エンジン ブロック、その他のコンポーネントに一般的に使用されます。

銅：耐食性を向上させ、ウォーターポンプハウジングなどの接水部品に使用されます。

モリブデンとチタン: 強度、高温耐性、耐疲労性が向上します。

2. 物性要件

鋳鉄の物理的特性は、鋳物の品質に直接影響します。

抗張力：

鋳鉄には通常、部品の機能に応じて 150 ～ 500 MPa の引張強さが必要です。エンジンブロック、アクスル、トランスミッションコンポーネントなどの高強度部品には、より高い引張強度が必要です。

硬度：

鋳鉄の硬度は通常 200 ～ 300 HB の間に制御されますが、ブレーキ ディスクやバルブ シートなどの摩耗しやすいコンポーネントにはより高い硬度が必要です。

靭性:

振動や衝撃を受ける部品 (車軸、コントロールアームなど) には、亀裂や破損を防ぐために優れた靭性が必要です。靭性は、炭素含有量、合金元素、鋳造プロセスを制御することによって強化されます。

耐摩耗性:

ブレーキディスクやエンジンブロックなどの部品には高い耐摩耗性が求められます。これは通常、クロム、モリブデン、銅などの元素を添加して耐摩耗性を向上させることで実現されます。

3. 鋳造性能要件

生鉄の鋳造性能は、最終製品の品質に影響を与えます。

流動性:

鋳鉄の流動性は、特に複雑な形状の場合、溶融金属が金型にどの程度うまく充填できるかを決定します。良好な流動性により、金型が完全に充填され、気孔やコールドシャットなどの欠陥が軽減されます。

収縮率:

収縮は凝固中に起こる物理的変化です。過度の収縮は鋳物の変形や亀裂を引き起こす可能性があります。化学組成と鋳造プロセスを調整することで収縮を制御します。

気孔率と亀裂の制御:

気孔や亀裂は鋳造品の一般的な欠陥であり、特に凝固中にガスポケットが形成される場合に発生します。高品質の鋳鉄は、これらの欠陥を防ぐためにガス含有量が低い必要があります。

4. 耐熱性、耐食性

エンジンブロック、エキゾーストマニホールド、ブレーキディスクなどの自動車部品は高温にさらされています。したがって、鋳鉄は優れた耐熱性と熱サイクルに耐える能力を備えていなければなりません。さらに、ウォーターポンプハウジングやエキゾーストマニホールドなどの部品は、過酷な環境下での劣化を防ぐ耐食性を備えていなければなりません。