ひび割れ

インベストメント鋳造製品のクラックとコールドシャットを解決する方法
本ガイドは、精密鋳造におけるクラックやコールドシャットを排除するための、根本原因の分析から工程管理、検査に至るまで、包括的で段階的なアプローチを提供します。.

I.欠陥の特定と分化
1.ひび割れ
登場：
長くて不規則な線状の欠陥。表面に貫通している場合もあれば、表面にとどまっている場合もある。.

ホットティア：収縮が制限されるために凝固中に発生する。ホットスポットや断面遷移部に多い。.

冷亀裂：通常、熱処理中の内部応力または熱衝撃によって生じる。.

代表的な場所
ホットスポット、コーナー、ライザーネック、リブルート、複雑な内部セクション。.

2.コールドシャット
登場：
表面に銀灰色の線状の継ぎ目がある。2つの金属の流れが完全に融合せず、酸化した界面が残る。.

代表的な場所
フロージャンクション、薄肉交差部、ゲート端部、スプルーから離れた部分。.

違いだ：
コールドシャットは通常浅く連続的で、クラックはより深く粗い。.

II.ひび割れの主な原因と対策
1.鋳造設計とゲートシステム
原因がある：

不均衡なゲーティングは、大きな温度勾配と不均一な凝固を引き起こす。.

給電経路のないホットスポットは応力集中を引き起こす。.

対策：

スムーズで方向性のある充填のためにゲーティングを最適化する。.

順次凝固するようにライザーやチルを設ける。.

鋭角なコーナーや急激な厚みの変化は避け、フィレット（R≧3mm）を使用する。.

2.砲弾と発射
原因がある：

シェル強度が低いか、熱膨張が大きい。焼成不足または過剰焼成は脆性につながる。.

シェルの厚みが不均一だと、冷却が不均一になり、拘束される。.

対策：

低熱膨張のシリカゾルシェル使用。.

焼成温度／時間を制御する（通常850～1100℃）。.

殻の厚さを均一にする（6～10層）。.

吸湿と応力の蓄積を避けるため、シェルが熱いうちに注ぐ。.

3.合金と溶解
原因がある：

不適切な合金組成（過剰なS、P、Pb）は熱間延性を低下させる。.

ガスやスラグの介在は、脆いミクロ組織を引き起こす。.

過熱すると粒径が大きくなり、熱裂けやすくなる。.

対策：

合金の組成と純度を規格内に維持する。.

すべての工具を乾燥させ、精製し、ガスを抜く。.

注湯温度をコントロールする：

ステンレス鋼: 1550-1600 °C

炭素鋼: 1520-1570 °C

アルミニウム合金: 700-740 °C

シェル温度：900～1100 °C（スチール）、450～550 °C（アルミニウム）

4.冷却とノックアウト
原因がある：

急激な冷却や早すぎるシェルの取り外しは、熱応力の原因となる。.

強固な金属殻結合が収縮を抑制する。.

対策：

徐々に冷やし、厚い部分は保持時間を長くする。.

砂または炉による冷却を使用する。.

シェルを無理に外したり、激しい振動を与えないこと。.

III.コールドシャットの主な原因と対策
1.注湯温度と速度
原因がある：

注湯温度が低すぎるか、金属の冷却が速すぎる。.

注入速度が遅すぎると流動性が悪くなる。.

対策：

注湯とシェルの温度を通常より10～20℃上げる。.

途切れることなく注ぎ続ける。.

ゲート比率を最適化する（スプルー：ランナー：インゲート≒1：2：2）。.

2.ゲートと流れ方向
原因がある：

対向する金属の流れが衝突し、乱流と酸化膜層が形成される。.

対策：

ボトムゲーティングまたは同方向フローシステムを使用する。.

充填の最後にベントホールまたはワックスベントを追加する。.

金型流動シミュレーション（CAE）で流動パターンを検証する。.

3.金属の流動性
原因がある：

合金組成不良、ガス／スラグ汚染、過度の保持時間。.

対策：

注ぐ直前にドガ。.

溶融温度を均一に保つ。.

流動性向上元素（Si、Mg、Ni、合金による）を添加する。.

IV.検査・検証方法
項目 方法 目的
表面欠陥 浸透探傷試験（PT） 微小クラックや低温シャットラインを検出
内部欠陥 X線/CT検査 亀裂の深さと方向を評価する
金属組織学 光学顕微鏡検査 ホットクラック／コールドクラックとコールドシャット構造の識別
残留応力 ひずみゲージ／穴あけ 応力集中ゾーンの特定

V.予防の要点のまとめ
安定した充填、順次固化、スムーズな厚み変化。.

制御温度ウィンドウ：金属、シェル、環境。.

制約を減らす：金属とシェルの膨張を一致させる。.

クリーンな溶解：酸化や介在物を避ける。.

重要な部品にはモールドフロー解析を使用する。.

フィードバックループを閉じる：プロセス改善のために欠陥箇所をマッピングする。.

VI.現場でのクイック・トラブルシューティング・チェックリスト
欠陥の種類（平滑なコールド・シャットまたは酸化したホット・クラック）を確認する。.

注湯／シェルの温度と時間の曲線を見直す。.

シェルの焼成記録と高温強度テストバーをチェックする。.

合金の組成と精錬記録を確認する。.

ゲート断面と注湯速度を検査する。.

冷却とノックアウトの手順を確認する。.

繰り返し発生する不具合については、CAE解析を行い、金型の再設計を行う。.

VII.参考対照表
合金タイプ 注湯温度 (°C) シェル温度 (°C) 注湯速度 代表的な問題と解決策
炭素鋼 1520-1570 950-1050 定常 ホットクラック：小さなフィレット；コールドシャット：流れが悪い
ステンレス鋼 1550-1600 1000-1100 安定 ホットクラック：低Si; コールドシャット：低注湯温度
アルミニウム合金 700-740 450-550 速い 冷気遮断：酸化皮膜；亀裂：過熱／冷却の不均衡
銅合金 1080-1150 700-800 平滑 冷間シャット：クラック：ホットスポットでの熱応力

VIII.後処理と修復
ひび割れ：重要な部分の溶接は避ける。補修する場合は、溶接後に熱処理を施し、応力を緩和する。.

コールド・シャット：表面上の軽微な欠陥は機械加工で取り除くことができる。.

予防第一：継続的な改善のために「欠陥マッピング＋プロセス・トレーサビリティ」システムを導入する。.