鋳鉄とは？鋳鉄（ちゅうてつ）の種類と用途、鋳鉄の切削のコツ

　 　 　

鋳鉄（ちゅうてつ／いてつ）は、自動車や家庭用品、マンホールなどさまざまな用途で広く使われている金属材料です。鋳鉄の種類は、その製造方法や処理によって細かく分かれており、適切な材料選定や加工には、それぞれの特徴を把握することが重要です。

この記事では、鋳鉄の種類とそれぞれの特徴、鋳鉄の切削加工のポイントについて紹介します。

鋳鉄（ちゅうてつ／いてつ）とは

鋳鉄（ちゅうてつ／いてつ）は一般的に、鉄を材料とした鋳物全般のことです。産業上ではより明確に定義されており、炭素が「2.14～6.67%」の割合で含まれ、さらにケイ素と鉄を主成分とした鋳造金属のことを指します。

鋳鉄の用途は多岐にわたり、身近なマンホールや水道管にも採用されています。また工業用途では、機械部品にも幅広く使われています。

鋳鉄と炭素鋼の違い

炭素鋼は主に「鉄」と「炭素」で構成されており、鋳鉄との違いは炭素の含有割合のみです。
炭素の量が大きい順から、下記のように分類されます。

鋳鉄は炭素の含有量が多いため、純鉄にくらべて「硬さ」や「耐摩耗性」に優れますが、デメリットとしてじん性が低くもろくい点があげられます。

鋳鉄の種類と用途

鋳鉄には、通常の「鋳鉄」と、添加剤や特殊な加工を加えた「強化した鋳鉄」があります。
それぞれ炭素の量や添加されている材料の違いによって、さらに細かく分かれています。

通常の鋳鉄

通常の鋳鉄は、含まれている炭素の状態によって、「ねずみ鋳鉄」「白鋳鉄」「まだら鋳鉄」の3つに分類されます。

〈通常の鋳鉄の種類〉

鋳鉄と鋳鋼：
鋳鉄では、性能を安定化させるため炭素の他にケイ素を添加します。炭素およびケイ素の含有量が多いほど、また冷却速度が遅いほど組織中に黒鉛が析出しやすくなります。黒鉛が析出した鋳鉄を広義のねずみ鋳鉄、セメンタイトのみの鋳鉄を白鋳鉄といいます。

引用元：バルブのいろは｜滋賀県東北部工業技術センター

ねずみ鋳鉄

ねずみ鋳鉄は、破断面がねずみ色の鋳鉄です。鋳鉄のなかではもっとも一般的で、広く使われています。
ねずみ鋳鉄の特徴は、含まれている炭素がグラファイト（黒鉛）の状態で存在している点です。溶かした鋳鉄をゆっくりと冷やすことで、ねずみ鋳鉄になります。

ねずみ鋳鉄にはグラファイトが多く含まれているため、他の鉄材料にくらべてもろく、引張り強度も小さいです。耐摩耗性に優れていることから、摺動（しゅうどう）する機械部品や、マンホールなどに採用されています。
また耐熱性の高さから、金属の溶融炉や、自動車のブレーキディスクなどにもよく使われています。

白鋳鉄（はくちゅうてつ）

白鋳鉄（はくちゅうてつ）は、破断面が白い鋳鉄です。
白鋳鉄では溶かした鋳鉄を急速冷却することで、セメンタイトとよばれる白い結晶が生成されます。
セメンタイトを含む白鋳鉄は、耐摩耗性が高く、腐食しにくい特徴があります。そのため「耐摩耗性」や「耐食性」が求められる部品に使われています。

まだら鋳鉄

まだら鋳鉄は、「ねずみ鋳鉄」と「白鋳鉄」がまだらに混ざりあった鋳鉄です。溶かした鋳鉄を冷やす過程で、グラファイトとセメンタイトが両方生成されます。
特性が安定しないため、まだら鋳鉄を狙って生成し、それを加工して製品化することは多くありません。

強化した鋳鉄

強化した鋳鉄は、特定の特性を強化するため添加物を加えたり、熱処理などを加えた材料です。
厳密に定義されていないものも多くありますが、この記事では下記の4つに分類して紹介します。

〈強化した鋳鉄の種類〉

強靭（きょうじん）鋳鉄

強靭（きょうじん）鋳鉄は、ねずみ鋳鉄よりも強度が優れた鋳鉄の総称で、高級鋳鉄とよばれます。
FC300（引張り強さ300MPa以上）よりも数値の大きいものが、強靭鋳鉄に分類されます。

ダクタイル鋳鉄

ダクタイル鋳鉄は、鋳鉄に含まれる黒鉛を球状化したもので、鋳鉄にマグネシウムやセリウムを加えることで生成しています。（球状黒鉛鋳鉄や、ノジュラー鋳鉄ともよばれます）
ねずみ鋳鉄は強度が低くもろいですが、ダクタイル鋳鉄では応力が集中する黒鉛を球状化することで、その欠点を克服しています。

じん性に優れているため、自動車部品や水道管などに採用されています。

可鍛鋳鉄（かたんちゅうてつ）

可鍛鋳鉄（かたんちゅうてつ）は、白鋳鉄を熱処理したもので、ねずみ鋳鉄の弱点である「強度」を強化した鋳鉄です。（可鍛＝強くたたいた際に割れにくいという意味です）
熱処理の違いによって「白心可鍛鋳鉄」「黒心可鍛鋳鉄」「パーライト可鍛鋳鉄」に分類され、それぞれじん性や強度が異なります。これらは、ダクタイル鋳鉄とおなじように、強度の必要な自動車部品や鉄管継手などに採用されています。

合金鋳鉄

合金鋳鉄は「機械的性質」「耐熱性」「耐腐食性」を向上させるために、特殊な元素を追加した鋳鉄の総称です。
添加する元素は、ニッケル、クロム、モリブデンなどがあり、さらに銅やチタンなどが添加されることもあります。

合金鋳鉄は、鋳鉄が多く使われている自動車部品のなかでも、カムシャフトやブレーキドラムなど、負荷がかかる部品に採用されています。

鋳鉄の切削加工のポイント

鋳造後の鋳鉄の加工は、切削加工が一般的です。鋳鉄を加工する際のポイントについて解説します。
「ダクタイル鋳鉄は構成刃先が発生しやすい」「白鋳鉄は硬度が高く、切削がむずかしい」など、切削加工のポイントは鋳鉄の種類によっても大きく変わります。

鋳鉄は切削しやすい

鋳鉄のなかでもよく用いられる「ねずみ鋳鉄」は、黒鉛を含んでいるため切粉が小さく、分断しやすいのが特徴です。
さらに黒鉛が潤滑剤として作用するため、鋼にくらべて切削抵抗が小さく、切削時の熱も発生しにくいため、切削加工しやすい材料といえます。

鋳鉄は工具の欠けが起きやすい

鋳鉄は全体的に硬度が高いため、適切な工具を選定しないと工具が欠けてしまい、大きなトラブルにつながる可能性があります。
特にすくい角が大きいと欠けが発生しやすいため、すくい角が小さな刃先を選定することが重要です。また、工具材質も比較的硬度の高いものを選択する必要があります。

鋳鉄はドライ加工が一般的

鋳鉄の切削は、切粉の排出性がよく切削時の熱も発生しにくいことから、クーラントを使わないドライ加工が一般的です。
一方で切削時の粉塵を抑えるため、あえて切削油を使って加工をする場合もあります。

切削油を使う場合は、湿った切粉が、加工穴や機械内に詰まることがあるため注意が必要です。設備や周辺の清掃もドライ加工にくらべ面倒になります。