機械部品や設備部品の材料として広く使用されている「鋳鉄」。
鋳鉄にはさまざまな種類がありますが、その中でも代表的な材料が「ねずみ鋳鉄」と「ダクタイル鋳鉄」です。
これらは多くの産業分野で使用されており、当社でも上下水道用鋳物の製造において、用途に応じてねずみ鋳鉄やダクタイル鋳鉄を使い分けています。
同じ鋳鉄材料でありながら、強度・靭性・用途などに大きな違いがあるため、部品設計や材料選定の際にはそれぞれの特徴を理解して適切に選ぶことが重要です。
この記事では、鋳鉄の基礎から、ねずみ鋳鉄とダクタイル鋳鉄の違い、特徴、用途、JIS規格(FC材・FCD材)についてわかりやすく解説します。
鋳鉄とはどんな材料か
鋳鉄とは、鉄を主成分に2.14～6.67％の炭素と数％のケイ素を含む鉄の合金のことを指します。
鋳鉄は溶かした金属を鋳型に流し込んで成形する鋳造に適しており、以下のような特徴があります。
・材料コストを抑えやすい
・流動性、熱収縮の特徴から鋳造作業が比較的容易
・耐摩耗性が高い
このような特徴から、鋳鉄は機械部品・自動車部品・建設機械部品・設備部品・上下水道部品など、幅広い分野で使用されています。
鋳鉄の中でも代表的なのが「ねずみ鋳鉄(片状黒鉛鋳鉄)」と「ダクタイル鋳鉄(球状黒鉛鋳鉄)」です。
この2つの材料の違いは、鋳鉄内部に存在する黒鉛(グラファイト)の形状にあります。
※鋳物の金属の種類による分類と解説～鉄系金属～
ねずみ鋳鉄
ねずみ鋳鉄は、鋳鉄の中で最も一般的に使用されている材料です。別名「片状黒鉛鋳鉄」と呼ばれ、鋳鉄内部の黒鉛が薄いフレーク状（片状）になっています。
この片状黒鉛の構造によって、ねずみ鋳鉄には次のような特徴があります。
ねずみ鋳鉄の特徴
・切削加工性が良い
・振動吸収性が高い
・比較的低コスト
・鋳造性が良い
黒鉛が潤滑剤のような役割を果たすため、加工性に優れていることが大きなメリットです。また、振動を吸収する特徴が高いため、機械の振動を抑える部品にも多く使用されます。
ねずみ鋳鉄の主な用途
・エンジンブロック
・ブレーキディスク
・ポンプ部品
・バルブ部品
一方で、黒鉛がフレーク状であることから応力集中(※)が起こりやすく、強度や靭性(粘り強さ)はそれほど高くありません。そのため、強度よりも加工性や振動特性を重視する用途に適した材料といえます。
※応力集中・・・製品の形によって特定部分に応力が偏って、破損の起点となる現象
ダクタイル鋳鉄
ダクタイル鋳鉄は、ねずみ鋳鉄と同じ鋳鉄材料でありながら、より高い強度と靭性を持つ材料です。別名「球状黒鉛鋳鉄」と呼ばれ、鋳鉄内部の黒鉛が球状の粒として分布しているのが特徴です。
ねずみ鋳鉄は、自然に片状黒鉛が生成されるのに対し、ダクタイル鋳鉄は鋳造前に球状化処理を行うことで、黒鉛を球状化させます。ダクタイル鋳鉄は以下のような特徴があります。
ダクタイル鋳鉄の特徴
・高い引張強度
・優れた靭性(粘り強さ)
・衝撃に強い
・耐圧性能が高い
球状黒鉛構造によって材料内部の応力集中が起こりにくくなるため、鋳鉄でありながら鋼に近い強度を持つことが大きな特徴です。そのため、荷重や衝撃がかかる部品、圧力がかかる配管部品などにも使用することができます。
ダクタイル鋳鉄の主な用途
・マンホール蓋
・上下水道用部品
・自動車部品
・建設機械部品
・圧力配管部品
特に荷重や衝撃がかかる部品では、ダクタイル鋳鉄が採用されるケースが多くなります。
ねずみ鋳鉄とダクタイル鋳鉄の違い
両者の最大の違いは、黒鉛の形状です。
片状黒鉛は振動吸収性や加工性を高める一方で、応力集中が起こりやすく強度は低くなります。
一方、球状黒鉛は応力を分散するため、引張強度や衝撃強度が大きく向上します。
そのため、
・加工性、振動吸収重視 ⇒ ねずみ鋳鉄
・強度、耐久性重視 ⇒ ダクタイル鋳鉄
という使い分けが一般的です。
鋳鉄のJIS規格「FC材・FCD材」とは？
実際の設計図面や材料指定では、「ねずみ鋳鉄」「ダクタイル鋳鉄」という名称ではなく、「FC材」や「FCD材」という表記が使われることが多くあります。
これらは日本産業規格(JIS)で定められた鋳鉄材料の規格名称です。
ねずみ鋳鉄は「FC(Ferrum Casting) 」と表記され、ダクタイル鋳鉄は「FCD(Ferrum Casting Ductile) 」と表記されます。例えば、次のような材料指定を見ることがあります。
・FC200
・FC300
・FCD500
・FCD700
これらの数字は主に「引張強さ(MPa) 」を表しており、数字が大きいほど強度が高い材料であることを意味します。FCDでは、強度が高いほど硬さは比例して高くなり、伸び率は逆に低くなっていきます。
鋳鉄部品の材料を選定する際には、使用荷重・衝撃の有無・振動対策・加工方法・コストなどの要素を考慮する必要があります。
当社では、ねずみ鋳鉄およびダクタイル鋳鉄の鋳造・加工の両方に対応しており、図面仕様や用途に応じた材料選定のご相談にも対応しています。
鋳鉄部品の製作や材質選定についてお困りの際は、ぜひお気軽にご相談ください。
次回の記事もお楽しみに✨
