凝固収縮

熱割れとは、金属を型に流し込んで部品を作る鋳造作業において、高い温度の状態から冷えて固まる過程で、材料自体が割れてしまう現象のことです。高温の金属が型の中で冷えて固まる際、金属は収縮しようとします。しかし、型や金属自身の形状によっては、この収縮が妨げられることがあります。例えば、複雑な形状の型だと、金属が自由に収縮できない箇所が生じます。また、金属内部でも温度差があると、収縮の度合いが部分的に異なり、内部に力がかかります。このような収縮を阻害する力が、まだ高温で強度が十分でない金属にかかると、金属は耐えきれずに割れてしまうのです。 熱割れは、金属がまだ赤く光っている高温状態、あるいは赤みが消え始めたばかりの冷却初期段階で発生しやすいです。これは、高温状態では金属の強度が低いため、わずかな力でも割れが生じやすいためです。また、金属が冷えて固まる際に発生する収縮応力は、温度変化が大きいほど大きくなります。つまり、高温からの冷却初期段階では、大きな収縮応力が発生し、これが熱割れの発生を促進するのです。 熱割れが生じた断面をよく見ると、多くの場合、青紫色に変色しているのが確認できます。これは、高温下で金属の表面が空気中の酸素と反応し、酸化膜が生成されるためです。この酸化膜の色は、熱割れの発生を判断する重要な目安となります。他の鋳造欠陥、例えばガスが金属の中に閉じ込められてできる巣や、金属が型に完全に充填されずにできる未充填などとは、この色の変化で見分けることができます。このように、熱割れは高温の金属が冷え固まる際の収縮、それに伴う応力、そして高温による酸化という要素が複雑に絡み合って発生する現象です。