鋳造ポロシティ — 根本原因分析と8D是正処置

鋳造ポロシティとは何か 鋳造ポロシティ（Casting Porosity）とは、鋳物内部に形成される空洞であり、溶湯に溶解したガスによるもの（ガス欠陥）と、凝固時の収縮によるもの（引け巣）のいずれかによって生じます。機械加工後の表面には、丸い気孔や不規則な海綿状の空洞として現れ、エンジンブロック、ポンプボディ、バルブハウジングなど気密性が要求される鋳物では、これらが原因でリーク試験に不合格となります。ポロシティは工程上の問題であり、溶湯品質、湯口・押湯設計、凝固制御が関与します。D4において、工程データ、シミュレーション、金属組織学的な証拠に基づいて調査されます。 症状 機械加工面に目視可能な穴：ガス欠陥は丸く、引け巣は不規則 気密性が要求される鋳物（ブロック、ポンプボディ、バルブボディ）のリーク試験不合格 引張試験片が気孔の位置で破断し、機械的強度が低下 X線やCTで内部の空洞群が確認される 機械加工後に異なる深さでポロシティが露出し、表面仕上げの欠陥を引き起こす 影響を受ける部品 アルミニウム鋳物（重力鋳造、低圧鋳造、高圧ダイカスト） 鉄鋳物（砂型鋳造、シェルモールド鋳造） 自動車：エンジンブロック、シリンダーヘッド、トランスミッションハウジング、ブレーキキャリパー 産業用：ポンプボディ、コンプレッサーハウジング、油圧バルブボディ 航空宇宙：構造用ブラケット、着陸装置部品 検出方法 X線／DR：2D投影により、断面厚さの約2%を超える内部ポロシティを検出 CTスキャン（3D）：気孔の体積率、位置、形態を定量化 リーク試験：圧力減衰法またはヘリウム質量分析法により、貫通したポロシティを検出 浸透探傷検査（DPI）：機械加工後に表面に露出したポロシティを検出 金属組織断面観察：顕微鏡下で気孔のサイズ、形状、分布を測定 減圧凝固試験（RPT）／密度指数：溶湯中の水素含有量を評価 考えられる原因 水素ガス欠陥：アルミニウム中に溶解した水素が凝固時にH2気泡として析出。発生源には、原料、治具、フラックス中の水分、湿った空気、不十分な脱ガス処理が含まれる。 引け巣：押湯設計の不備、押湯のサイズ不足、押湯がホットスポットから離れすぎていることによる、凝固時の押湯不足。 巻き込みガスと酸化皮膜：乱流充填により空気と酸化皮膜が巻き込まれる。アルミニウム重力鋳造で湯口速度が0.5 m/sを超えることが一般的な引き金となる。 砂中子ガス：ベンダーの分解によりガスが発生し、通気が不十分な場合に金属中に侵入する。 金型のホットスポット：高圧ダイカストにおける局所的な過熱が局部的な引け巣を生み、冷却チャネルの不備により悪化する。 離型剤や塗型の過剰：過剰な離型剤からの揮発成分が金属中に巻き込まれる。 なぜなぜ分析の例 問題：アルミニウム製トランスミッションハウジングがリーク試験に不合格。X線で取付フランジ付近に2〜5 mmのポロシティ群が確認された。 なぜポロシティが発生したのか？ → 厚肉ボス部の引け巣 — 凝固時の押湯不足 なぜ押湯が不足したのか？ → 押湯が厚肉部より先に凝固した なぜ押湯が早期に凝固したのか？ → 押湯のモジュラス（体積／表面積）が0.8 cmであり、必要値1.2 cmに対して不足していた なぜ押湯が小さかったのか？ → 鋳造シミュレーションが、実測した合金の凝固データではなく汎用の材料物性を使用していた なぜ汎用の物性が使用されたのか？ → その合金グレードについて、固相率対温度の実測データを鋳造工場が保有していなかった TRC（直接原因）：押湯が早期に凝固し、引け巣が発生した。 MRC（管理上の根本原因）：鋳造シミュレーションが、実測した合金の熱物性データで検証されていなかった。 特性要因図（6M） 人（Man）：オペレーターが生産量を追うために脱ガス時間を短縮した 機械（Machine）：保持炉の熱電対が15 °C低く表示され、溶湯が表示より低温であった 方法（Method）：注湯時間が仕様の8 sに対して12 sであり、充填前に溶湯が冷却した 材料（Material）：戻り材の比率が30%から50%に上昇し、酸化物巻き込みのリスクが増加した 測定（Measurement）：密度指数は1シフトに1回、X線サンプリングは50個に1個の頻度で実施 環境（Environment）：夏季の鋳造工場の湿度が85%であり、水素の吸収が増加した D3 暫定処置（Containment） 在庫および仕掛品の100% X線またはCT検査 脱ガス時間を8分から12分に延長し、戻り材を30%に削減 充填中の冷却を補償するため、注湯温度を20 °C上昇 影響を受けた生産期間の全鋳物を隔離 D5 恒久対策 湯口・押湯の再設計：押湯の大型化、厚肉部への冷し金の配置、実測した合金データで検証したシミュレーション 自動水素測定機能付きの回転式脱ガス装置（ALSCANまたは同等品）の導入 炉の出力を自動調整する、±5 °Cのクローズドループ注湯温度制御 溶解・注湯エリアに除湿機を追加し、湿度を60% RH未満に維持 D7 予防 実測した合金の凝固パラメータ（熱分析）をシミュレーションデータベースに追加 新しい金型の立ち上げ前に、鋳造シミュレーションのレビューを必須化 自動アラーム付きの密度指数リアルタイム監視 安全上重要な鋳物に対する100% CT検査 重要なポイント まずガス欠陥と引け巣を必ず区別すること — 対策は異なる。 押湯のモジュラスと押湯距離が、ほとんどの引け巣欠陥を説明する。 シミュレーションの精度はその背後にある合金データ次第であり、実際のグレードを測定すること。 溶湯の水素管理は、脱ガス時間、戻り材比率、湿度に依存する。 管理上の根本原因は、通常、工程の妥当性確認の欠如である。