金属鋳造欠陥の完全ガイド：識別方法、原因の特定、および予防策

メタ説明: 表面・内部・寸法・材質の各カテゴリに分類された20種類以上の金属鋳造欠陥を網羅した総合ガイドです。鋼および鋳鉄の鋳物を対象に、欠陥の見分け方、発生原因の理解、そして実績のある予防対策の実施方法を学びます。

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すべての鋳造所では、欠陥を伴う鋳物が生産されます。世界トップクラスの鋳造所と一般レベルの鋳造所との違いは、欠陥が「存在しない」かどうかではなく、欠陥の根本原因を体系的に特定し、是正措置を実施し、再発を防止する能力にあります。部品調達担当者や設計エンジニアにとって、鋳造欠陥を理解することは不可欠です。これにより、合理的な受入判断、現実的な品質期待値の設定、および鋳造所の技術チームとの建設的な連携が可能になります。

本ガイドでは、20種類以上の鋳造欠陥を「表面欠陥」「内部欠陥」「寸法欠陥」「材質欠陥」の4つのカテゴリーに分類し、それぞれについて、外観による識別ポイント、根本原因の分析、実績のある防止策、および修復の可否評価を示しています。

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第1部：表面欠陥

表面欠陥は、切断や体積検査（非破壊検査）を行わなくても鋳物の外観から確認できます。通常、目視検査（VT）、磁粉探傷検査（MT）、浸透探傷検査（PT）によって検出されます。

1.1 割れ

割れは、鋳造欠陥の中で最も重大な種類であり、構造的健全性を損ない、応力集中源となり、使用中の荷重下で進行する可能性があります。

ホットティア（熱割れ）

視覚識別 ：不規則でギザギザした枝分かれ状の割れで、破断面が酸化して暗青～黒色を呈します。通常、肉厚の変化部やホットスポット（局所的な高温部）で発生します。破断面には柱状結晶（デンドライト）構造が見られ、これは金属が部分的に凝固した状態で破断が生じたことを示しています。

根本原因 :

• 厚肉部と薄肉部との冷却速度の差により、金属の高温強度を超える熱応力が発生する
• 型・コアの崩壊性（収縮追従性）が不十分である——冷却時の鋳物の自然な収縮を型またはコアが妨げている
• 急激な肉厚変化やフィレット半径の不足など、不適切なパターン設計
• 注湯温度が高すぎること — 温度勾配および熱応力を増大させる
• 鋼の硫黄またはリン含有量が高いこと — 結晶粒界に偏析し、高温延性を低下させる

予防 :

• 壁厚を均一に設計する。異なる壁厚の部位間には、テーパー状の移行部（厚さ比≥3:1）を採用する
• 収縮可能なコアおよび優れた熱分解特性を有する型材を用いる
• すべての内角に十分なフィレット半径（≥壁厚の0.5倍）を設ける
• 注湯温度を制御する — 型全体を完全に充填できる最低温度
• 鋼鋳物では、硫黄含量を0.030％以下、リン含量を0.040％以下に保つ
• 肉厚部の冷却を促進するためにチャイルドを配置し、鋳物全体の冷却速度を均一化する

修理の可否 溶接修復可能（資格認定済みの手順による）。アークガウジングまたは研削により亀裂を完全に除去した後、200～350℃で予熱し、資格認定済みの溶接材を用い、溶接後に熱処理を行う必要がある。ただし、すべての用途で亀裂修復が許容されるわけではないため、適用される規格または仕様書を確認すること。

冷間亀裂（コールド・シャット欠陥）

視覚識別 狭く直線的な亀裂で、破断面は清潔（未酸化）かつ明るい光沢を示す——凝固完了後の低温で形成されたことを示す。鋭角部、残留応力が作用する薄肉部、あるいは拘束度の高い部位に多く見られる。

根本原因 :

• 不均一な冷却による過大な残留応力——常温での材料の破壊強度を超える引張残留応力が発生した際に亀裂が発生する
• 合金鋼の過激な焼入れによるマルテンサイト生成——マルテンサイト変態時の体積膨張により内部応力が生じる
• 水素脆化——鋼中に溶解した原子状水素が三軸応力の高い領域へ拡散し、遅延破壊を引き起こす
• 湯口の不適切な除去——湯口打落とし時の衝撃や熱衝撃によって亀裂が誘発される

予防 :

• シェイクアウト直後に応力除去焼鈍を行う（鋳物を常温まで冷却させた後では行わない）
• 合金鋼の焼入れ時の冷却速度を制御する——水の代わりに油またはポリマー系冷却材を使用
• 水素脱離（脆化防止）のため、断面厚さ25 mmあたり2～4時間、200～250 °Cで焼きなまし
• 湯口との接触部にブレーカー・コアを用いて、湯口のきれいな分離を容易にする
• 割り出しおよび仕上げ作業中は鋳物を慎重に取り扱い、衝撃荷重を避ける

修理の可否 溶接修復可能——亀裂がアクセス可能かつ材料が溶接可能な場合（炭素鋼、低合金鋼）。オーステナイト系ステンレス鋼も修復可能。球状黒鉛鋳鉄および灰色鋳鉄の亀裂は信頼性の高い修復が困難であり、廃棄したほうが経済的な場合が多い。

1.2 冷接合

視覚識別 溶融金属の流れが型内で合流したが、完全に融合しなかったために生じる鋳物表面の目立つ継ぎ目または不連続部。この欠陥は、滑らかな縁をもつ溝や亀裂状の線として現れ、しばしば丸みを帯びた端部を示す——これにより、鋭い端部をもつ亀裂と区別される。

根本原因 :

• 注湯温度が低すぎる——型が完全に充填される前に金属が凝固を始めている
• 注湯速度が遅すぎます — 型腔が満たされる前に金属の先端部が冷却・酸化してしまいます
• ゲート系設計が不十分です — 複数の金属流が異なる温度で同一位置に到達します
• 乱流による注湯です — 金属が跳ねて冷却され、主流れと融合しない微小な液滴が形成されます
• 型の透過性が低すぎます — 型内ガスによる背圧で金属の流れが遅くなります

予防 :

• 注湯温度を20～50℃上げてください
• ゲート系を最適化し、すべての部位に均一な温度の金属を同時に供給できるようにしてください
• 大型鋳物には複数のインゲートを採用し、長距離の流れを避けられるようインゲート位置を設定してください
• 一定の速度で安定して注湯してください — 途中で止める、あるいは断続的な注湯は避けてください
• 型の排気を改善してください

修理の可否 非重要面に生じたコールドシャットは、機械加工余裕量の範囲内であれば研削除去可能です。深さの大きいコールドシャットは実質的に亀裂とみなされ、同様に扱う必要があります — 許容される場合は溶接修復、そうでなければ廃棄してください。

1.3 砂巻き込み

視覚識別 鋳造表面に生じる不規則な空洞または凹みで、型砂が部分的または完全に充填されているもの。欠陥内部に砂粒が確認できる。しばしば、粗く不規則な縁を伴う。

根本原因 :

• 型腔内に残留した緩い砂が、型閉じ前に除去されていないこと
• 注湯中の型の侵食 — 金属流が型壁から砂を洗い流す
• 型強度が不十分 — 溶湯の静水圧により型表面が破損する
• コアの破損 — 型組みまたは注湯中に発生
• ゲーティング設計の不適切さ — 高速の金属流が型壁に衝突すること

予防 :

• 型閉じ前に型腔を十分に清掃する — 圧縮空気および真空を使用
• 乱流および型壁への金属流の衝突を最小限に抑えるようゲーティングシステムを設計する — テーパー状のスプルー、丸みを付けたランナー曲げ部、複数のインゲートを採用
• 型強度を向上させる — 粘土含有量を増加、より良い締固め、または樹脂結合砂の使用
• 表面強度を向上させるため、型洗浄剤（耐火被膜剤）を塗布する
• ゲーティング系にセラミックフォームフィルターを用いて、砂やスラグ粒子を捕捉する

修理の可否 機械加工面に存在する表面砂巻き込みは、加工余肉の範囲内であれば機械加工時に除去される。鋳造直後の表面に存在する砂巻き込みは、生じる凹みが許容できる場合に限り研削で除去可能である。深い砂巻き込みは修復不可であり、該当鋳物は廃棄となる。

1.4 サブ（皮むけ）および膨張欠陥

視覚識別 鋳物表面に現れる、わずかに盛り上がった粗い剥離性の斑点で、金属の薄層が主鋳物本体から分離したもの。サブは、鋳物表面に部分的に付着した crust（ crust：皮膜状の固まり）として現れる。ラテイルは、細く浅い表面亀裂または静脈状の突起である。

根本原因 :

• シリカ砂の膨張 — シリカは573°C（α-クオーツからβ-クオーツへの相変態）で急激な体積膨張（約5.5％）を起こし、型表面がたわむ原因となる
• 注湯温度が高すぎる — 砂の膨張が促進される
• 型の通気性が不十分 — 型内ガスが逃げず、型腔内が加圧される
• 水分過多の粘土結合砂 — 蒸気発生により表面が剥離（スパリング）

予防 :

• 熱膨張率の低い砂を使用 — クロマイト砂、ジルコン砂、または有機添加剤を含むシリカ砂（焼失により膨張緩衝空間を形成）
• 高温強度を高めるため、粘土またはバインダーの含有量を増加
• 冶金的に許容される範囲で、注湯温度を低下
• 型の排気を改善してください
• 金属の浸透を防ぐ型洗浄剤（モールドウォッシュ）を使用

修理の可否 表面的なスキャブは研削で平滑化可能。寸法公差を超える凹みを残すスキャブは、通常、鋳物の廃棄を招く。

1.5 金属浸透およびバーンオン

視覚識別 金属または金属酸化物が金型表面の砂粒間に浸透し、砂が混入した粗い表面を生じる。ショットブラスト後、表面は「サンドペーパー状」の粒子状に見える。バーンオンとは、金属酸化物とシリカ砂との化学反応によりフェイアライト（鉄珪酸塩）という強固な付着層が形成される現象である。

根本原因 :

• 注湯温度または金属静圧頭が高すぎる——溶融金属が砂粒間を浸透する
• 砂の粒径が粗い——粒間空隙が大きくなる
• 型の密度が低い——十分な締固めが行われていないため、型表面に開放気孔が残る
• 型洗剤（モールドウォッシュ）の塗布がない——金属と砂の間に遮断層が形成されない
• 反応性の高い合金（高マンガン鋼、ステンレス鋼など）は、低融点のケイ酸塩を生成し、これが砂表面を濡らす

予防 :

• より細かい砂粒径を用いる（鋼用ではAFS GFN 50～80）
• 型の締固め度を高める
• 耐火性の型洗剤（鋼用にはジルコン、クロマイト、またはアルミナ系；鋳鉄用にはグラファイト系）を塗布する
• 注湯温度を下げる
• マンガン鋼およびステンレス鋼では、クロマイトまたはジルコン系の面砂を用いる——これらは化学的に不活性であり、溶融金属と反応しない

修理の可否 軽微な焼付は、延長されたショットブラストで除去される。清掃後に表面の凹みを残す重度の金属浸透については、研削が必要となる場合があるが、寸法が維持されていれば許容される。深部への浸透は修復不可である。

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第2部：内部欠陥

内部欠陥は表面からは目視できず、体積検査による非破壊検査（超音波探傷試験（UT）または放射線透過試験（RT））または破壊的な断面観察によってのみ検出可能である。

2.1 拘束収縮孔

拘束収縮孔は、鋼製鋳物において最も一般的な内部欠陥である。これは、金属が凝固時に収縮するためであり、その体積減少を補うには、リザーバーから溶融金属が継続的に供給される必要がある。供給経路が遮断されたり、リザーバーのサイズが不十分な場合、収縮空洞が形成される。

マクロ収縮（収縮空洞）

視覚識別 （断面観察またはRT検査後）：内部表面が粗く、枝状（デンドリティック）の大きな不規則な空洞。空洞の壁には、空隙に接して凝固した金属特有の木の枝のような（デンドリティックな）構造が見られる。凝固が最後まで残る部位——通常は肉厚部の幾何学的中心部、断面の接合部、あるいは湯口からの供給から孤立した領域——に位置する。

根本原因 :

• 湯口のサイズが不十分——湯口が鋳物への供給を完了する前に凝固してしまう
• 湯口の配置が不適切——湯口が最も肉厚な部位（最後に凍結する部位）に配置されていない
• 方向性凝固が不十分——薄肉部が先に凝固し、厚肉部への供給経路を遮ってしまう
• 注湯温度が高すぎること——全体的な凝固収縮量が増加する
• 湯口の断熱措置が不十分（発熱性または断熱性スリーブを使用していない）

予防 :

• 方向性凝固を考慮した鋳物設計を行う——断面の厚さは湯口に向かって徐々に増加するようにする
• モジュールに基づく計算で湯口のサイズを決定する：湯口モジュール ≥ 1.2 × 鋳物断面モジュール
• 発熱性または断熱性のリザーバー・スリーブを使用して、リザーバーの凝固時間を延長します
• 厚肉部の冷却を加速するためにチャイルドを追加し、温度勾配を逆転させます
• パターン製作前にリザーバーの十分性を検証するためのシミュレーションソフトウェア（MAGMASOFT、ProCAST）

修理の可否 空洞が表面（機械加工面または研磨によるアクセス面）からアクセス可能であれば、溶接修理が可能です。どの表面からもアクセスできない内部空洞は修理できません——鋳物は廃棄されます。

微小縮孔（マイクロポロシティ）

視覚識別 機械加工面や放射線透過写真（RT）で観察される、スポンジ状の細かい連続した微小空隙ネットワークです。RTフィルム上では、明確な空洞ではなく、雲状・斑状の領域として現れます。通常、肉厚部の中心や肉厚変化部（継手部）に集中します。

根本原因 :

• 広い凝固範囲を有する合金（炭素当量の高い炭素鋼、ステンレス鋼など）——半凝固帯（マッシュゾーン）が広く、段階的な補縮が困難になります
• 凝固前線における温度勾配が不十分
• 凝固時のガス発生が微小縮孔（ガス・縮孔複合欠陥）を悪化させる

予防 :

• 注湯温度を下げて温度勾配を大きくする
• 重要な部位で温度勾配を急峻にするためにチャイルドを追加する
• リザーバーにホットトップ材を使用する
• ステンレス鋼の場合：凝固範囲を狭めるため、規格内での化学組成を最適化する
• 真空脱気またはアルゴンパージにより溶解ガス量を低減する

修理の可否 機械加工面に局所的に発生した微小縮孔は溶接修復が可能であるが、鋳物全体に広がる extensive な微小縮孔は修復できない。圧力保持部品では、圧力境界壁に微小縮孔が存在する場合、通常は不合格となる。

2.2 ガス孔

視覚識別 内壁が滑らかで、球状または細長い空洞。直径は通常0.5～5 mm。縮孔（内壁が粗く樹枝状）とは異なり、ガス孔の内部表面は滑らかである。単独で存在することもあれば、集合して存在することもある。機械加工面では、小さな光沢のある穴として現れる。

根本原因 — ガスの発生源は以下の3種類：

1. 溶解ガス 溶融金属に溶解した水素および窒素が凝固時に析出する（温度低下により溶解度が減少）
2. 反応性ガス 型内で発生する化学反応 — 鑄型用砂中の水分が分解して水素および酸素を生成；コアのバインダーが注湯時に分解
3. 巻き込まれたガス 乱流による注湯時に、空気または型内ガスが金属中に機械的に閉じ込められる

ガス種別ごとの主な原因 :

予防 :

• 炉投入材、耐火物、ラドル、フェロ合金をすべて使用前に乾燥させる
• 緑砂の水分量を制御する（3～5％）
• コアを十分に排気して、バインダーの分解ガスが逃げるようにする
• アルゴン吹き込みまたは真空処理による溶鋼の脱ガス（特に重要用途の場合）
• 乱流を起こさないようゲート系を設計する（加圧ゲート方式）
• 金型を確実に充填できる最低限の温度で注湯する
• カルシウム処理またはアルミニウム脱酸により溶解酸素を不活性化する

修理の可否 表面と連通した孤立したガス孔は、適切に認定された溶接修理手順により修復可能である。内部のガス孔集合体は修復不可である。耐圧部品においては、壁貫通型のガス孔は不合格とする根拠となる。

2.3 スラグ介在物

視覚識別 機械加工面または放射線透過検査（RT）画像上に確認される不規則な非金属介在物。RTフィルム上では、スラグ介在物は周囲の金属より密度が低いため、不規則な暗色領域として現れる。機械加工面上では、ガラス質の光沢を伴うことが多い暗灰色～黒色の非金属斑点として現れる。

根本原因 :

• 注湯前にろうど（ラドル）からスラグを十分に除去しなかった
• 注湯時のスラグ巻き込み — 金属表面に浮遊するスラグが金型内に流入
• ゲーティング系によるスラグ捕集機能の不備 — スラグトラップ、ワールゲート、セラミックフォームフィルターが未設置
• 注湯中の再酸化 — 空気への暴露により新たな酸化物介在物が生成
• 耐火物の侵食 — ラドルまたは炉の耐火物粒子が金属中に混入

予防 :

• 注湯前のラドル内での徹底的なスラグすくい取り
• 底部注湯式ラドルの採用（スラグ層下方から金属を引き出す方式）
• ゲーティング系にセラミックフォームフィルターを導入 — 鋼用は10PPI（1インチあたりの孔数）、鋳鉄用は20～30PPI
• スラグトラップを備えたゲーティング系設計 — ウェア付き延長ランナー、ワールゲート、スピントラップなど
• 一定で満流の注湯を行う — 空気の巻き込みを防ぐため、断続的な注湯を避ける
• ラドル耐火物の状態を良好に維持

修理の可否 機械加工面に存在する表面スラグ介在物は、浅い場合は機械加工中に除去される。深いスラグ介在物は修復不能である。圧力境界壁にスラグ介在物が存在する場合は、不合格となる。

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第3部：寸法欠陥

寸法欠陥は部品の幾何形状に影響を及ぼし、内部品質が良好であっても図面公差を満たすことができなくなる。

3.1 充填不良（ミスラン）

視覚識別 鋳造物が不完全である——金属が金型キャビティ全体を充填しなかった。端部および薄肉部は丸みを帯び、鋭角が形成されない。この欠陥は、ゲートから最も離れた位置で発生する。

根本原因 :

• 注湯温度が低すぎる——金属の粘度が上昇し、流動性が低下する
• 注湯速度が遅すぎる——金属が端部に到達する前に冷却される
• 合金の最小鋳造可能肉厚より薄い肉厚の部分
• ゲーティング設計が不適切——有効過熱度に対して金属の流路が長すぎる
• 金型の排気不足——背面圧力によりキャビティへの充填が妨げられる

予防 :

• 注湯温度を30～80℃上げる
• 注湯速度を上げる。シャントおよびランナーの断面積を大きくする
• 薄肉部を再設計する——肉厚を製造プロセスの最小限界値以上に増加させる
• 流動経路長を短縮するために、追加のゲートを設ける
• ベントワイヤーまたは通気性ベントプラグを用いて金型の排気を改善する

修理の可否 修復不可。鋳物は廃棄される。

3.2 ウォーページ（反り・歪み）

視覚識別 鋳物が図面の幾何形状と比べて湾曲・ねじれ・非平面状になっている。表面プレート上に鋳物を載せ、隙間を測定するか、三次元測定機（CMM）による寸法検査で検出可能。歪みは目視では明らかでない場合もあるが、特徴部の位置ずれや平行度不良を引き起こす。

根本原因 :

• 不均一な冷却——部位ごとに冷却速度が異なり、熱応力が生じ、それが永久変形を引き起こす
• 機械加工前の応力除去が不十分——残留応力が切削加工中に緩和され、鋳物が反る
• 不適切な熱処理用支持 — 鋳物が高温で自重によりたわんだり変形したりする場合、適切な支持が行われていない
• 急冷 — 熱衝撃により収縮の不均一が生じる

予防 :

• 脱型直後に応力除去を行う — 鋳物が完全に冷却される前に応力除去を実施する
• 熱処理炉内での鋳物の支持を適切に行う — 重要寸法を維持するための支持治具を用いる
• 変形しやすい形状には、水冷ではなくポリマーまたは油冷を用いる
• 熱処理後の鋳物は矯正を行う（鋼材は加熱状態でプレス矯正、球状黒鉛鋳鉄は常温で矯正）
• 高平面度が要求される部品については、粗加工 → 応力除去 → 精加工の順で加工する

修理の可否 軽微な変形はプレス矯正で修正可能（鋼材は加熱状態、球状黒鉛鋳鉄は常温で、塑性ひずみ約2％まで）。複雑形状の鋳物で重度の変形が発生した場合は、多くの場合回復不能であり、該当鋳物は廃棄となる。

3.3 コアズレ

視覚識別 内部形状（ボア、通路、壁厚）が設計位置からずれている。RT検査または切断後、コアが目視でずれていることが確認できる。外部からの兆候：超音波厚さ測定器で測定した際の壁厚のばらつき。

根本原因 :

• コアプリントの設計不十分——金型内でのコアの位置決めが不確実
• コアプリントが小さすぎる——浮力および金属流動による力に耐えるための支持面積が不足
• 金型閉じ込み時にコアの組立が誤っている
• 金型の上下ハーフが閉じ込み時にずれている（関連欠陥：金型ずれ／ミスマッチ）

予防 :

• 水平方向のコアについては、コアプリントの長さおよび断面積を十分に確保する（最小でコア直径の1.5倍）
• 鋳込み時にコアの位置を保持するためにチャプレット（金属製サポート）を用いる
• 金型閉じ込み前にコアの配置を確認するため、コア組立用ジグおよびゲージを用いる
• 金型の確実な位置合わせのために、閉じ込み用ピンおよびブッシングを用いる
• 鋳物図面にコアずれの許容公差を明記し、鋳造業者と許容範囲を合意する

修理の可否 壁厚が最小値を下回っている場合、または内部形状の位置がずれている場合は修理不可です。ただし、壁厚が最小値以上を維持し、形状のずれが機能に影響を与えない場合は、場合によっては許容可能です——ただし、エンジニアリングによる判断が必要です。

3.4 型ズレ（ミスマッチ）

視覚識別 コアとドラッグの型半分が合っていないために、分型線上に目視可能な段差またはずれが生じている状態です。この段差は、分型線全体にわたり一定のオフセット量で現れます。

根本原因 :

• 型閉じピンおよびブッシングの摩耗・緩み
• 鋳型の取り扱いや搬送時のフレーム（フランク）の位置ずれ
• パターンプレートがフレーム内に中心に配置されていない

予防 :

• 型閉じピンおよびブッシングの点検・保守を行い、摩耗によりクリアランスが0.2 mmを超えた場合は交換する
• 型閉じガイドおよび確実な位置決め機構を採用する
• 各パターンから最初に製作された鋳物（初品）について、型ズレの有無を検査する

修理の可否 機械加工面のミスマッチは、機械加工中に除去される（ただし、ミスマッチが機械加工余肉の範囲内に収まっている場合に限る）。鋳造直後の表面のミスマッチは修正できない——寸法公差を超える場合は、該当鋳物は廃棄される。

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第4部：材質欠陥

材質欠陥とは、鋳物の寸法が正確であり、内部に欠陥がない場合でも、その化学組成、微細構造、または機械的性質に起因する欠陥を指す。

4.1 化学組成の不適合

視覚識別 外観からは判別できない。分光分析（OES）により検出される。硬度の異常、切削性の悪化、あるいは腐食挙動の変化などとして現れることがある。

根本原因 :

• 炉投入材の配合計算誤り
• 異なる合金のスクラップによる炉投入材への混入
• フェロアロイの添加ミス——種類・量・タイミング（酸化損失）のいずれかが不適切
• 前回の溶湯からの残留——合金切替え時の炉内清掃が不十分

予防 :

• 鋳造前の各ロットについて分光分析装置で検証 — 化学組成が確認されるまで鋳造してはならない
• 組成が明確な認定炉材を使用する
• スクラップは合金種別ごとに分別保管し、混入を防止する
• 互換性のない合金を切り替える際には、炉内を清掃する
• 各ロットから急冷鋳造試料を採取し、分光分析用に保存して独立した検証に備える

修理の可否 修復不可。鋳造前に検出された場合は、時間および温度制約の範囲内で合金添加により修正可能である。しかし、一度鋳造された後では、化学組成が不適切な鋳物は廃棄となる。

At 丹東市鵬信機械有限公司 当社では、すべてのロットについて鋳造前に光学発光分光分析装置（OES）による検証を行い、さらに検証用試料をアーカイブ保存しています。この工程前段階の品質ゲートにより、最も高コストな欠陥——すなわち、鋳造・機械加工・検査完了後に誤った合金組成を発見すること——を未然に防いでいます。

4.2 硬点（急冷鋳鉄、逆急冷）

視覚識別 局所的な極端な硬さの領域——通常、150～200 HBが期待される鋳鉄において300～500 HBとなる。切削面では、切削工具が抵抗を受けた箇所に明るく光沢のある斑点として目視可能。灰口鋳鉄では、破断面で硬質点は（セメンタイト／白口鋳鉄として）灰色ではなく白色に見える。

根本原因 :

• 局所的な急冷——薄肉部、角部、またはチャイルと接触している部分が過剰に急速に冷却され、黒鉛ではなくセメンタイトが生成する。
• 不適切なインオキュラント処理——インオキュレーション量が不足していたり、均一でなかったりすると、炭化物を安定化させる元素（Cr、V、Moなど）がチャイルの形成を促進する。
• 溶湯中の炭化物を安定化させる元素（Cr、V、Ti、Bなど）の含有量が過剰である。
• 球状黒鉛鋳鉄におけるマグネシウム処理の問題——粒界に炭化物が析出する原因となる。

予防 :

• 適切なフェロシリコン系インオキュラントを、正しい品位および適正な添加量（灰口鋳鉄では0.2～0.5％、球状黒鉛鋳鉄では0.3～0.6％）で均一に添加すること。
• 投入材中の炭化物を安定化させる元素（Cr、V、Tiなど）を管理し、意図的に合金化しない限り、その含有量を最小限に抑えること。
• シリコン含有量を増加させる（鉄の黒鉛化を促進）
• 冷却速度を低下させる——断熱スリーブを使用、過剰なチャイルド配置を避ける

修理の可否 硬質部による機械加工困難は、亜臨界焼鈍（灰鋳鉄では650～700°C、球状黒鉛鋳鉄では700～760°C）により軟化できる場合がある。焼鈍が効果を示さない、あるいは実施が許可されていない場合は、該当鋳物は廃棄される。

4.3 機械的性質の不適合

視覚識別 外観からは判別できない。引張試験、硬度試験、または衝撃試験によって検出される。品質検査で見逃された場合、使用中に早期破損を引き起こす可能性がある。

根本原因 :

• 熱処理条件の誤り——温度設定ミス、保温時間不足、冷却速度の不適切さ
• 化学組成の誤り——炭素、マンガン、または合金元素の含有量が仕様範囲外
• 試験片が代表的でない——試験片が鋳物とは別に鋳造され、異なる冷却条件で冷却されている
• 熱処理中の脱炭——酸化性雰囲気下での表面層の炭素喪失

予防 :

• 熱処理炉の校正を確認（温度均一性調査は6か月ごと）
• すべての熱処理サイクルについて炉の記録チャートを記録し、指定された保温時間を確実に確保していることを確認
• 重要用途には、鋳物本体に一体で鋳込まれ、同一条件で冷却される試験棒を使用
• 脱炭を防止するため、制御雰囲気または真空熱処理を採用
• すべての鋳物について硬度試験を実施し、迅速なスクリーニング検査とする

修理の可否 硬度のみに起因する欠陥の場合は、再熱処理により特性を回復できる可能性がある。一方、化学組成の不適正が原因である場合、該当鋳物は修復不能である。

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第5章：欠陥防止——体系的なアプローチ

5.1 欠陥予防の優先順位階層

5.2 矯正措置のループ

欠陥が検出された場合、専門的な鋳造所では単に該当鋳物を廃棄して再鋳造するのではなく、以下の点を調査します：

1. 欠陥の特定 — 種類、発生場所、発生頻度による分類
2. 根本原因の分析 — 金属組織観察（金相研磨断面）、化学分析、工程パラメータの検討を実施
3. 是正措置を実施する — 工程パラメータ、パターン設計、または材料の変更
4. 有効性を検証する — 次回の量産ロットを検査し、欠陥が解消されたか、あるいは許容範囲内に低減されたかを確認
5. 書類 — 欠陥内容、根本原因、是正措置およびその検証結果を品質管理システムに記録

成熟した品質管理システムを有する鋳造所——たとえば 丹東市鵬信機械有限公司 iSO 9001に基づいて運用されている事業所——は、不適合事象および是正措置に関する文書化された管理体制を整備しており、すべての鋳造工程における継続的改善を推進している。

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結論

鋳造欠陥は偶然発生するものではなく、明確に特定可能な根本原因と、広く知られた予防策が存在する。顧客へ出荷される欠陥が最もコストが高い。そして次にコストが高いのは、根本原因が未解決のまま再発する欠陥である。

鋳造品質管理の基本原則：

1. 鋳造性を考慮した設計 — 最も効果的な欠陥防止策は、均一な肉厚、十分な丸み（リード）および適切な抜き勾配を備えた部品設計です
2. 溶湯を流す前に検証する — 毎炉ごとの分光分析により、化学組成に起因する、完全に修復不能な欠陥を未然に防ぎます
3. 金型鋼材を加工する前にシミュレーションを行う — 鋳造シミュレーションにより、パターン製作前に縮孔、充填不良、熱割れのリスクを特定します
4. 早期に応力除去を行う — 歪みや低温割れのリスクがある場合は、鋳物を常温まで冷却せずに応力除去を行ってください
5. リスクに応じた適切な検査を行う — 非破壊検査（NDT）の実施範囲は、故障時の影響度に応じて設定する必要があります。圧力保持部および安全上重要な鋳物には、超音波検査（UT）または磁粉検査（MT）を100％実施。それ以外の非重要部品については、サンプリングによる検査で十分です。
6. フィードバックループを確立する — 缺陥が見つかった場合、単に不良品を交換するだけでなく、必ず原因究明と是正処置を実施しなければなりません。

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