ねずみ鋳鉄における合金元素の役割

1. マンガンと硫黄
Generally speaking, sulfur is a harmful element. But for gray cast iron, a small amount of sulfur plays a very important role in the refinement of graphite core and cocrystal groups. Therefore, the sulfur content in gray cast iron should not be less than 0.06%, and it is best to keep between 0.06% and 0.08%. If the sulfur content is too high (>0.18%)、あらゆる種類の有害な影響が現れ、鋳造品の品質にダメージを与えます。
硫黄は強い化学活性を持つ元素です。 鋳鉄中のマンガン含有量が非常に低い場合、硫黄と鉄は化合物FeS（融点1193度）を生成し、また鉄と炭素との低融点共結晶（炭素0.17パーセント、硫黄31.7パーセント、残りは鉄、融点975度）を形成します。
FeS 鉄溶液に完全に溶解することができます。 鉄の凝固、オーステナイトおよび炭化固溶体中の硫黄またはFeSは非常に少量であり、残りの液相に徐々に濃縮され、最終的に硫化物の形で析出します。鋳鉄中の硫黄含有量が0.02パーセントの場合、独立した硫化物が現れることがあります。
ねずみ鋳鉄では、硫黄とマンガンの親和力は鉄の親和力よりもはるかに大きく、次の式で説明される反応では MnS の形成が支配的です。
Mn+FeS MnS+Fe
MnSの融点は1620度です。 ねずみ鋳鉄では、MnS は小さくて無害な青灰色の介在物であり、金属母材中に分散して分散しており、鋳鉄の加工性能の向上と工具寿命の向上に役立ちます。
ねずみ鋳鉄では、MnS と FeS が相互溶解する可能性があるため、複合硫化物 (MnFe) S 中のマンガンと硫黄の量は変化します。 硫黄と酸素は相互に溶解する可能性があるため、ねずみ鋳鉄では硫化物の状況は非常に複雑で、得られる化合物は FexMnySvOw で表すことができ、x、y、v、W の値は鋳鉄の特定の条件によって変化します。
近年の定量的金属組織学的分析による研究により、灰鋳鉄1cm3中にMnSおよび(MnFe)S介在物が約4,300万個存在し、介在物のサイズは2〜23ミクロンであることが示されています。 介在物の総量は鋳鉄の重量の 0.01 パーセント未満です。
FeSや三元共結晶中に硫黄が存在すると、凝固過程で共結晶ブロック界面の液相に偏析し、共結晶群の成長を阻害し、共結晶凝固時の過冷却を増大させて鋳鉄の白口化傾向を増大させる。 凝固後、共結晶群の境界にあるFeSまたは三元共結晶は鋳鉄の機械的性質を低下させ、脆性を大きくします。 これが硫黄の悪影響です。
FeS の生成を抑制し、微細で分散した硫化物介在物を形成するために十分な量のマンガンを鋳鉄に添加すると、硫黄は黒鉛の核生成と成長においてプラスの有益な役割を果たします。 結果 鋳鉄は結晶が小さく、黒鉛はタイプAで、白い口はありません。 グラファイトシートの形状を満足のいくものにするために、ねずみ鋳鉄中の硫黄含有量は最小で 0.06% でなければなりません。 硫黄含有量がこの値より低いと、鋳鉄中の黒鉛シートの分布が悪くなり、白口が発生しやすくなります。
ねずみ鋳鉄におけるマンガンの主な役割は、硫黄を抑制し、FeS の生成を抑制することです。 マンガンと硫黄の原子量の比は 1.71 であるためです。 鋳鉄中に形成されるマンガンと硫黄のMnS当量比は1.71です。 平衡よりも高いマング、と呼ばれる