鋳鉄と鋳鋼：化学組成と主要な違いの解説

鋳鉄と鋳鋼の選択は、エンジニアリングおよび製造業における基本的な決定です。どちらも鋳造によって製造される鉄系合金ですが、主に炭素含有量という化学組成の違いにより、性質と用途が大きく異なります。

化学組成と微細構造
根本的な違いは炭素含有量にあります。 鋳鉄 通常、炭素を2％から4％、シリコンを1％から3％含んでいます。この高い炭素量により、過剰な炭素が鉄母材中にグラファイトの flakes（灰色鉄の場合）または粒状（じゅう鉄の場合）として析出します。 鋳造鋼 対照的に、炭素含有量ははるかに低く、一般的に0.5％以下であり、炭素は固溶体または炭化鉄として存在し、主にパーライトまたはマルテンサイトの微細構造になります。

機械的および性能特性
この構造上の違いがそれぞれの性能を決定づけます：

• 強度と延性：  鋳造鋼 は引張強度、衝撃抵抗性、延性に優れています。破断前に大きな変形に耐えることができ、動的負荷に最適です。 鋳鉄 特に灰色鉄は圧縮強度に優れますが、引張りでは比較的脆く、衝撃抵抗性が低いです。

• 硬度および摩耗性： 白口鋳鉄など、一部の鋳鉄は優れた硬度と耐摩耗性を備えています。鋳鋼は表面を硬質化できますが、特定の用途では鋳鉄の方が優れた摩耗抵抗を示すことが多いです。

• 減衰性および加工性：  鋳鉄 グラファイトフレークの存在により優れた振動減衰能力を持ち、一般的に切削加工が容易です。 鋳造鋼 振動の減衰はやや劣るものの、溶接性および溶接強度に優れています。

用途およびコストの検討

• 典型的な用途:

  • 鋳鉄： 剛性、減衰性、または耐摩耗性が重要なエンジンブロック、ブレーキディスク、工作機械のベース、配管、調理器具などに使用されます。

  • 鋳鋼： 高強度、靭性、疲労抵抗が求められる構造部品、ギア、重機部品、圧力容器、自動車サスペンションなどに使用されます。

• 費用: 一般的に、基本的な鋳鉄の原材料費および製造コストは、鋳鋼よりも低くなります。製鋼プロセスはより多くのエネルギーを必要とし、また鋳鋼品の製造には望ましい特性を得るために、より高度な金型技術および鋳造後の熱処理を必要とする場合が多いです。

まとめると、 鋳鉄 剛性、減衰性、耐摩耗性を必要とするコスト効率の高い部品に適した選択です。 鋳造鋼 靭性が極めて重要となる、衝撃、応力、動的負荷がかかる高性能部品に選ばれます。最終的な判断は、機械的要件、使用条件、および総コストの正確な評価にかかっています。