鋳鉄とは？ 鋼との違いや種類ごとの特性を知って加工に生かそう

鋳鉄の種類

鋳鉄は添加物や炭素の状態、製造方法などからいくつかの種類に分けられ、それぞれ異なる特性を持っています。鋳鉄の種類とそれぞれの特徴は、以下のとおりです。

・白鋳鉄

鋳鉄に含まれる炭素やケイ素が少ない場合、炭素は黒鉛（グラファイト）として析出せずに、炭素化合物のセメンタイト（Fe3C）になります。このセメンタイトの結晶により、破面が白くなるため白鋳鉄（はくちゅうてつ）と呼ばれています。 白鋳鉄は硬く耐摩耗性に優れますが、被削性は悪く加工が困難で、もろく割れやすいのが特徴です。

・ねずみ鋳鉄（FC）

鋳鉄にある程度の炭素量があると、炭素がセメンタイトよりも黒鉛の形で多く結晶化します。黒鉛の影響で破面がねずみ色に見えるものが、ねずみ鋳鉄や普通鋳鉄と呼ばれる鋳鉄です。

鉄（Fe）と鋳造（Casting）の頭文字を取ってFCと略され、FCの後ろには引張り強度を表す3桁の数字が記載されます。例えば、FC150なら 引張り強度が最低150以上のねずみ鋳鉄ということです。黒鉛が花片の集まったような形状から「片状黒鉛鋳鉄」と呼ばれます。ねずみ鋳鉄と白鋳鉄が混在し、破面が白黒の斑点状に見える状態のものは「まだら鋳鉄」と呼ばれる場合もあります。

ねずみ鋳鉄は強度や靭性に乏しいものの、鋳造しやすく被削性が高いのが特徴です。優れた耐摩耗性や耐食性に加えて、振動吸収性という特有の性質も持つことから、機械本体や部品、エンジンのシリンダーブロックなど、幅広い場面で使用されています。

・ダクタイル鋳鉄（FCD）

ダクタイル（Ductile）は英語で「延性のある/しなやかな」などの意味を持ちます。マグネシウム（Mg）やセリウム（Ce）などを加えることで、組織中の黒鉛の形状を球状にしたものがダクタイル鋳鉄（FCD）です。黒鉛の見た目から、「球状黒鉛鋳鉄」や「ノデュラー鋳鉄」などと呼ばれることもあります。

ダクタイル鋳鉄は強度に優れる「強靭鋳鉄（高級鋳鉄）」の一種で、ねずみ鋳鉄の数倍の強度を持っています。これは、黒鉛が球状なので、引張や曲げが起こっても黒鉛の周囲の応力集中（特定の部位に応力が集まる現象）が小さいのが理由です。

機械的強度や耐摩耗性、耐熱性にも優れ、熱処理によって靭性と耐食性を得ることもできますが、マグネシウムを添加するため引けやピンホールが生じやすいので注意が必要です。また、硬くのびるという特性を持つため、切削がしにくい場合あります。

強度の高さを生かして、自動車の部品や車道のマンホール、水道管、ガス管など、強度が必要な部品に広く使われています。

・CV鋳鉄（FCV）

CV鋳鉄は、ねずみ鋳鉄とダクタイル鋳鉄の中間の特性を持つ材料です。CVは「Compacted Vermicular」の略で、バーミキュラ（ぜん虫状の・うねうねした）という名前のとおり、芋虫状の黒鉛組織を含有しています。
ダクタイル鋳鉄に等しい強度を持ちながら、優れた機械加工性や鋳造性、高い熱伝導率、振動吸収性を備えているのが特徴です。その特性を生かして、油圧バルブやシリンダーブロックなどに使われています。

・可鍛鋳鉄

白鋳鉄を熱処理し、延性を与えたものが可鍛鋳鉄（かたんちゅうてつ）です。ねずみ鋳鉄やダクタイル 鋳鉄は、鋳造した段階で黒鉛を生成しますが、可鍛鋳鉄は鋳造した白鋳鉄に焼きなましを施して、セメンタイトから黒鉛を生成します。もろく伸びにくいという鋳鉄の欠点を補いながら、ねずみ鋳鉄のような鋳造性を備えていて、叩いても割れが発生しにくいのが特徴です。
熱処理の方法から「白心可鍛鋳鉄」「黒心可鍛鋳鉄」「パーライト可鍛鋳鉄」の3種類に分けられます。

【白心可鍛鋳鉄】
熱処理で一部の炭素を除去（脱炭）したものが白心可鍛鋳鉄です。黒鉛がないことから、鋼と似た性質を持ちます。鋳造性や強靭さに優れ、溶接やろう付けを行うことも可能です。

【黒心可鍛鋳鉄】
熱処理によって白鋳鉄のセメンタイトを分解し、地鉄と黒鉛の組織にしたものです。柔らかさや伸びに優れています。

【パーライト可鍛鋳鉄】
パーライトとは、フェライト（α鉄の結晶）とセメンタイトが交互に重なった層状組織のことです。黒心可鍛鋳鉄よりも短時間の熱処理で、鉄の部分をパーライト組織とします。粘り強さがあり、引張り強度は可鍛鋳鉄の中でも特に優れています。